KR101700851B1 - 빅 헬리칼 파일 - Google Patents

Abstract

본 본 발명은 빅 헬리칼 파일에 관한 것으로, 리드각이 "0"인 헬릭스 본체와 헬릭스 본체의 리딩에지에서 하향 만곡 형성된 절삭날과 헬릭스 본체의 트레일링 에지에서 상향 만곡 형성된 절삭토사정리날과 헬릭스 본체의 하면 가장자리에 구비된 절삭가이드날 및 헬릭스 본체의 상면 가장자리에 구비된 절삭토사가이드날을 구비하여 소형 헬리칼 파일은 물론 대형 헬리칼 파일에 적용하더라도 시공 과정에서 좌굴 부하가 작용하지 않게 되어 지반에 대하여 정확하게 수직으로 관입할 수 있게 되며, 좌굴 부하가 발생하지 않는 만큼 토오크의 손실이 최소화되어 적은 토오크로서도 시공이 가능하게 된다.

Description

빅 헬리칼 파일{Big helical pile}

본 발명은 헬리칼 파일에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 소형 헬리칼 파일은 물론 대형 헬리칼 파일에 적용하는 경우에도 관입하는 과정에서 발생하는 토압이 헬리칼 파일 본체에 대하여 좌굴하중으로서 작용하지 않게 하여 헬리칼 파일을 수직으로 정확하게 관입할 수 있으며, 적은 토오크로서도 헬리칼 파일을 관입할 수 있도록 함과 아울러 헬릭스의 리딩 에지(leading edge) 부분에는 하향 만곡되며 선단이 예리한 절삭인선부로 구성되는 절삭날을 구비하고, 헬릭스의 트레일링 에지(trailing edge) 부분에는 상향 만곡되는 절삭토사가이드날을 구비함으로써 지반의 절삭이 효과적으로 이루어지도록 하며, 헬릭스의 하면에 원호형의 절삭가이드날을 구비함과 아울러 헬릭스의 상면에 절삭토사가이드날을 구비함으로써 헬리칼 파일을 보다 정확하게 수직으로 관입할 수 있도록 한 빅 헬리칼 파일(Big Helical Pile; BH Pile)에 관한 것이다.

일반적으로 건축물이나 토목구조물의 하중을 지지하는 기초를 시공함에 있어서 지반에 파일(pile)을 관입하게 되는데, 예로부터 파일에 타격을 가하여 타입하는 타격방법과 파일에 압입력을 가하여 압입하는 압입방법이 사용되어 왔다.

그러나 종래의 타격방법과 압입방법은 시공시 소음과 진동에 의하여 안전상의 문제와 환경상의 문제가 지적되면서 회전압입 방식이 개발되어 사용되고 있다.

회전압입방식에서는 헬리칼 파일(helical anchor pile)이 사용된다. 헬리칼 파일은 파이프 형태로 된 헬리칼 파일 본체와, 헬리칼 파일 본체의 외주면에 형성된 복수개의 헬릭스(helix)를 포함하여 구성된다.

또한 헬리칼 파일 본체는 오거 드릴 머신(auger drill machine)과 같은 대형 장비를 사용하지 않고, 백호우(backhoe)의 붐 선단에 설치한 유압회전장치에 결합하여 회전시키게 된다.

따라서 헬리칼 파일을 회전시키기 위한 장비의 높이를 무한정 높게 할 수 없으므로 헬리칼 파일의 길이를 3m 정도로 구성하며, 필요한 관입 깊이가 헬리칼 파일보다 깊을 경우에는 헬리칼 파일의 상단에 하나 또는 그 이상의 샤프트 앙카 파일(헬릭스가 없는 단순 파이프 형태의 파일)을 연결하여 관입하도록 하고 있다.

통상적인 헬리칼 파일 시공방법은 헬리칼 파일 관입 단계, 샤프트 파일의 연결 및 관입 단계, 그라우팅 단계, 두부(頭部) 정리 단계 및, 동재하시험 단계를 거쳐게 되며, 특성화된 유압회전장치와 백호우의 결합으로 시공이 간편하고, 일체화된 파일 시공으로 공기를 250m/day로 단축할 수 있으며, 시공품질이 우수하고, 비배토(非排土), 무소음, 무진동 공법으로 시공안정성과 환경개선, 시공현장에서의 민원 및 분쟁 해소 등의 장점은 물론 연약지반 시공시 지반교란을 최소화하여 경사각도에서도 시공이 가능하다는 장점이 있다.

그러나 종래의 헬리칼 파일 시공 방법에서는 여러 가지 문제점이 있다.

첫째, 헬리칼 파일의 헬리칼 파일본체의 선단을 경사지게 절단하거나 하단이 첨예한 원추형 헤드를 결합하여 지반을 파고 들어가기 쉽도록 하고 있으나, 시공과정에서 암반을 통과해야 하는 경우에는 천공이 불가능하게 되어 시공이 불가능하게 되는 문제점이 있다.

둘째, 헬리칼 파일의 헬리칼 파일 본체와 샤프트 앙카 파일은 동일 직경의 파이를 사용하고, 헬리칼 파일과 샤프트 앙카 파일을 연결하기 위하여 헬리칼 파일 본체의 상단과 샤프트 앙카 파일의 하단에 연결슬리브를 끼우고 연결슬리브와 헬리칼 파일 본체 및 샤프트 앙카 파일을 관통하는 연결핀을 끼우며, 여러 개의 샤프트 앙카 파일을 사용하는 경우 샤프트 앙카 파일과 샤프트 앙카 파일끼리 연결하기 위하여 하부의 샤프트 앙카 파일 상단과 상부의 샤프트 앙카 파일의 하단에 연결슬리브를 끼우고 연결슬리브와 상하부 샤프트 앙카 파일을 관통하는 연결핀을 끼우는 것으로, 연결부위가 취약하기 때문에 시공시 큰 토오크(torque)가 걸리는 경우에는 헬리칼 파일과 샤프트 앙카 파일의 연결부위가 파손되어 시공이 지연되는 문제점이 있다.

따라서 시공중 암반을 통과하여야 하는 경우에도 시공이 가능하며, 천공부하를 최소화하여 시공시 큰 토오크가 걸리지 않도록 할 수 있고, 소형 유압회전장치로서도 시공이 가능하여 경제적인 시공이 가능하도록 하는 기술의 개발이 요구되고 있다.

이러한 요구에 따른 선행기술로서 대한민국 등록특허 제1552139호(2015.09.04. 등록) "헬리칼 파일"(이하, '선행기술'이라 함)이 개시되어 있다.

상기 선행기술은 헬리칼 파일에 구비된 복수개의 헬릭스의 외주부에 절취부를 형성하여 지반에 관입시 절삭된 토사의 저항을 최소화할 수 있으며, 절취부에 절삭날을 구비하여 지반의 절삭 성능이 향상되고, 헬리칼 파일의 하단에 절삭력이 우수한 재질로 된 외주측 절삭팁과 하단측 절삭팁을 가지는 천공용 크라운을 결합하여 헬릭스에 의한 지반 절삭에 앞서 천공용 크라운이 지반을 천공하도록 함으로써 지반의 천공과 절삭이 매우 효과적으로 이루어지고, 이에 따라 시공중 암반을 통과해야 하는 경우에도 시공이 가능하게 되며, 헬릭스의 절삭에 대한 부담을 경감시켜 줄 수 있으므로 보다 신속한 헬리칼 파일의 시공이 이루어지게 되고, 소형 유압회전장치로도 시공이 가능하게 되어 경제적인 시공이 가능하게 되도록 한 것이다.

그러나 상기 선행기술은 헬릭스가 일정한 리드각을 가지는 나선형태로 형성되어 있기 때문에 지반을 절삭하는 과정에서 발생하는 토압이 헬릭스의 나선면에 작용하게 되고, 이 토압의 수평분력이 헬리칼 파일 본체에 대한 좌굴부하로 작용하게 되어 헬리칼 파일 본체에 좌굴 현상이 발생하게 되고, 결과적으로 헬리칼 파일이 정확하게 수직으로 관입되지 못하게 되는 문제점이 있으며, 유압회전장치에 의하여 헬리칼 파일을 회전시킴에 있어서 좌굴부하 만큼 큰 토오크가 필요하게 되는 문제점이 있게 된다.

이러한 문제점은 헬리칼 파일 본체를 구성하는 파이프의 외경과 헬릭스의 외경이 큰 대형 헬리칼 파일의 경우 더욱 크게 나타나게 된다.

따라서 소형 헬리칼 파일은 물론 대형 헬리칼 파일에 적용하는 경우에도 관입하는 과정에서 발생하는 토압이 헬리칼 파일 본체에 대하여 좌굴부하로서 작용하지 않게 하여 헬리칼 파일을 수직으로 정확하게 관입할 수 있으며, 적은 토오크로서도 헬리칼 파일을 관입할 수 있도록 하는 기술의 개발이 요구된다.

대한민국 등록특허 제1552139호(2015.09.04. 등록) "헬리칼 파일"

따라서 본 발명의 목적은 소형 헬리칼 파일은 물론 대형 헬리칼 파일에 적용하는 경우에도 관입하는 과정에서 발생하는 토압이 헬리칼 파일 본체에 대하여 좌굴하중으로서 작용하지 않게 하여 헬리칼 파일을 수직으로 정확하게 관입할 수 있으며, 적은 토오크로서도 헬리칼 파일을 관입할 수 있도록 한 빅 헬리칼 파일을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 헬릭스의 리딩 에지(leading edge) 부분에는 하향 만곡되며 선단이 예리한 절삭인선부로 구성되는 절삭날을 구비하고, 헬릭스의 트레일링 에지(trailing edge) 부분에는 상향 만곡되는 절삭토사가이드날을 구비함으로써 지반의 절삭이 효과적으로 이루어지도록 한 빅 헬리칼 파일을 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 헬릭스의 하면에 원호형의 절삭가이드날을 구비함과 아울러 헬릭스의 상면에 절삭토사가이드날을 구비함으로써 헬리칼 파일을 보다 정확하게 수직으로 관입할 수 있도록 한 빅 헬리칼 파일을 제공하려는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 원형파이프로 이루어지는 헬리칼 파일 본체; 상기 헬리칼 파일 본체의 하단에 결합되는 천공 헤드; 상기 천공 헤드의 상방에서 상기 헬리칼 파일 본체의 외주면에 회전대칭형으로 접합되는 한 쌍의 헬릭스; 를 포함하여 구성되며, 상기 천공 헤드는 상기 헬리칼 파일 본체의 하단에 접합되는 원판과, 상기 원판의 상면에 접합되어 상기 헬리칼 파일 본체의 하단 내부에 삽입되어 결합되는 결합원통부 및, 직각삼각형으로 형성되어 상기 원판의 하면에 접합되어 등각도 간격으로 배치되는 복수개의 천공날을 포함하여 구성되고, 상기 복수개의 천공날은 직각삼각형 형태로 형성되어 직교하는 두 변이 각각 상변과 수직변을 이루고, 빗변이 헬리칼 파일 외주방향을 향하도록 배치되며, 수직변이 서로 용접에 의하여 접합됨과 아울러 상변이 상기 원판의 하면에 용접에 의하여 접합되며, 상기 한 쌍의 헬릭스는 반원보다 작고 1/4원보다 큰 원호면을 가지며 수평으로 설치되는 절삭판 본체와, 상기 절삭판 본체의 리딩 에지에 하향 만곡 형성되며 선단부에 예리한 절삭인선부가 형성되는 절삭날과, 상기 절삭판 보체의 트레일링 에지에 상향 만곡 형성되는 절삭토사정리날을 포함하고, 상기 헬릭스 본체는 리드각이 "0"으로 형성되어 헬리칼 파일 본체에 대하여 직각을 이루는 상태로 접합되어 헬리칼 파일 본체를 수직으로 세웠을 때 헬릭스 본체가 수평을 이루도록 구성되며, 상기 헬릭스 본체의 하면 가장자리에는 헬릭스 본체의 외경과 동일한 외경을 가지는 원호형으로 형성된 복수개의 절삭가이드날이 상기 절삭가이드날의 돌출 높이는 절삭날의 돌출 높이보다 낮게 돌출 설치되며, 상기 헬릭스 본체의 상면 가장자리에는 헬릭스 본체의 외경과 동일한 외경을 가지는 원호형으로 형성된 복수개의 절삭토사가이드날이 상기 절삭토사정리날의 돌출 높이보다 낮게 돌출 설치되는 빅 헬리칼 파일을 제공한다.

본 발명의 빅 헬리칼 파일에 의하면 리드각이 "0"인 헬릭스 본체와 헬릭스 본체의 리딩에지에서 하향 만곡 형성된 절삭날과 헬릭스 본체의 트레일링 에지에서 상향 만곡 형성된 절삭토사정리날과 헬릭스 본체의 하면 가장자리에 구비된 절삭가이드날 및 헬릭스 본체의 상면 가장자리에 구비된 절삭토사가이드날을 구비하여 소형 헬리칼 파일은 물론 대형 헬리칼 파일에 적용하더라도 시공 과정에서 좌굴 부하가 작용하지 않게 되어 지반에 대하여 정확하게 수직으로 관입할 수 있게 되며, 좌굴 부하가 발생하지 않는 만큼 토오크의 손실이 최소화되어 적은 토오크로서도 시공이 가능하게 된다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 의한 빅 헬리칼 파일의 바람직한 실시예를 보인 것으로,
도 1은 빅 헬리칼 파일의 상방에서 본 부분절개 사시도,
도 2는 빅 헬리칼 파일의 하방에서 본 부분절개 사시도,
도 3은 빅 헬리칼 파일의 상방에서 본 부분절개 분해 사시도,
도 4는 빅 헬리칼 파일의 하방에서 본 부분절개 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 빅 헬리칼 파일에 연결하여 사용하는 샤프트 파일을 보인 부분절개 사시도이다.

이하, 본 발명에 의한 빅 헬리칼 파일을 첨부도면에 예시한 바람직한 실시예에 따라서 상세히 설명한다.

본 실시예에 따른 빅 헬리칼 파일(HP)은 원형파이프로 이루어지는 헬리칼 파일 본체(100); 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 하단에 결합되는 천공 헤드(200); 상기 천공 헤드(200)의 상방에서 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 외주면에 회전대칭형으로 접합되는 한 쌍의 헬릭스(300); 를 포함하여 구성된다.

상기 헬리칼 파일 본체(100)는 상단에 결합되어 백호우의 붐에 장착되는 유압회전장치(도시생략) 또는 샤프트 파일(SP)을 연결하기 위한 연결 헤드(110)가 구비된다.

상기 연결 헤드(110)는 헬리칼 파일 본체(100)의 외경에 대응하는 내경을 가지는 원형파이프로 구성되며, 연결핀(120)을 끼우기 위한 복수개의 연결핀공(111)이 형성된다.

상기 연결핀(120)은 연결핀공(111)의 내경보다 큰 머리부를 가지는 핀과, 핀이 연결핀공(111)에서 임의로 이탈하는 것을 방지하기 위한 분할핀 등으로 구성할 수도 있으며, 도시예와 같이, 연결핀공(111)에 관통되는 연결볼트(121)와 연결볼트(121)의 돌출단부에 체결되는 연결너트(122)로 구성할 수도 있다.

도면에서는 헬리칼 파일 본체(100)를 부분적으로 절단한 상태로 도시하고 있으나, 헬리칼 파일 본체(100)의 길이는 4m로 제작할 수 있으며, 현장 사정에 따라 다른 길이로 제작할 수 있다.

상기 천공 헤드(200)는 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 하단에 접합되는 원판(210)과, 상기 원판(210)의 상면에 접합되어 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 하단 내부에 삽입되어 결합되는 결합원통부(220) 및, 직각삼각형으로 형성되어 상기 원판(210)의 하면에 접합되어 등각도 간격으로 배치되는 복수개(도면에서는 6개)의 천공날(230)을 포함하여 구성된다.

상기 원판(210)은 헬리칼 파일 본체(100)의 외경에 대응하는 외경을 가지는 철판으로 구성하여 용접에 의하여 헬리칼 파일 본체(100)의 하단에 접합된다.

상기 원판(210)은 헬리칼 파일 본체(100)의 외경보다 약간 큰 외경을 가지도록 형성하여 지반천공시 가해지는 압력에 의하여 원판(210)이 헬리칼 파일 본체(100)의 내부로 밀려들어가는 일이 없도록 하는 것이 바람직하다.

상기 결합원통부(220)는 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 내경에 대응하는 외경을 가지도록 형성하여 그 하단을 상기 원판(210)의 상면에 용접에 의하여 일체로 접합할 수 있다.

상기 결합원통부(220)는 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 내경에 대응하는 외경을 가지며 헬리칼 파일 본체(100)의 하단 내부에 삽입되어 결합볼트(241)와 결합너트(242)에 의하여 헬리칼 파일 본체(100)의 하단에 고정 결합된다.

상기 헬리칼 파일 본체(100)의 하단과 결합원통부(220)에는 각각 상기 결합볼트(241)가 관통되는 볼트관통공(243, 244)을 형성하여 결합원통부(220)를 헬리칼 파일 본체(100)의 하단 내부에 삽입한 상태에서 볼트관통공(243, 244)에 결합볼트(241)를 관통시키고 결합볼트(241)의 돌출단부에 헤드결합너트(242)를 체결하는 것에 의하여 결합할 수 있다.

상기 복수개의 천공날(230)은 직각삼각형 형태로 형성되어 직교하는 두 변이 각각 상변과 수직변을 이루고, 빗변이 헬리칼 파일(HP)의 외주방향을 향하도록 배치되며, 수직변이 서로 용접에 의하여 접합됨과 아울러 상변이 상기 원판(210)의 하면에 용접에 의하여 접합된다.

상기 한 쌍의 헬릭스(300)는 반원보다 작고 1/4원보다 큰 원호면을 가지며 수평으로 설치되는 절삭판 본체(310)와, 상기 절삭판 본체(310)의 리딩 에지(leading edge)에 하향 만곡 형성되는 절삭날(320)과, 상기 절삭판 보체(310)의 트레일링 에지(trailing edge)에 상향 만곡 형성되는 절삭토사정리날(330)을 포함한다.

상기 헬릭스 본체(310)는 리드각이 "0"으로 형성되어 헬리칼 파일 본체(100)에 대하여 직각을 이루는 상태로 접합되어 헬리칼 파일 본체(100)를 수직으로 세웠을 때 헬릭스 본체(310)가 수평을 이루도록 구성된다.

상기 절삭날(320)은 헬릭스 본체(310)의 리딩 에지로부터 일정 각도로 하향 경사진 평판상으로 형성할 수도 있으나, 절삭효율과 구조적 강도를 높이기 위하여 상하면이 모두 곡면 형태로 만곡된 형태로 형성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 절삭날(320)은 절삭효율을 높이기 위하여 선단부에 예리한 절삭인선부(321)를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 절삭토사정리날(330)은 헬릭스 본체(310)의 트레일링 에지로부터 일정 각도로 상향 경사진 평판상으로 형성할 수도 있으나, 토사정리 효율과 구조적 강도를 높이기 위하여 상하면이 모두 곡면 형태로 만곡된 형태로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 절삭날(320)과 절삭토사정리날(330)은 각각 헬릭스 본체(310)의 리딩 에지와 트레일링 에지에 일체로 형성하거나 용접에 의하여 일체로 접합할 수 있다.

상기 헬릭스 본체(310)의 하면 가장자리에는 헬릭스 본체(310)의 외경과 동일한 외경을 가지는 원호형으로 형성된 복수개의 절삭가이드날(340)이 돌출 설치된다.

상기 절삭가이드날(340)의 돌출 높이는 절삭날(320)의 돌출 높이보다 낮게 하여 절삭가이드날(340)의 하단이 절삭날(320)의 하단보다 높은 위치에 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 복수개의 절삭가이드날(340)은 헬릭스 본체(310)의 하면 가장자리에 용접에 의하여 일체로 접합할 수 있다.

상기 절삭가이드날(340)의 두께 t는 헬릭스 본체(310)의 두께를 T라고 할 때 T / 2 ≤ t ≥ T로 할 수 있다.

상기 절삭가이드날(340)은 상기 절삭날(320)을 뒤따라가면서 절삭된 토사층을 원통형으로 절삭하여 헬리칼 파일(HP)의 중심이 항상 수직을 이루도록 가이드하는 역할을 하는 것으로, 도시예에서는 한 쌍의 헬릭스 본체(310)에 각각 1개씩 설치하여 전체적으로 180도 간격으로 2개를 설치한 예를 들고 있으나, 한 쌍의 헬릭스 본체(310)에 각각 2개씩 설치하여 전체적으로 90도 간격으로 4개를 설치할 수도 있다.

상기 헬릭스 본체(310)의 상면 가장자리에는 헬릭스 본체(310)의 외경과 동일한 외경을 가지는 원호형으로 형성된 복수개의 절삭토사가이드날(350)이 돌출 설치된다.

상기 복수개의 절삭토사가이드날(350)은 상기 절삭토사정리날(330)의 돌출 높이보다 낮게 하여 절삭토사가이드날(350)의 하단이 절삭토사정리날(330)의 상단보다 낮은 위치에 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 절삭토사가이드날(350)은 헬릭스 본체(310)의 상면 가장자리에 용접에 의하여 일체로 접합할 수 있다.

상기 절삭토사가이드날(350)은 절삭토사정리날(330)보다 앞서 가면서 절삭되어 절삭날 본체(310)의 상부에 적재되는 절삭토사층을 원통형으로 절삭하여 헬리칼 파일(HP)의 중심이 항상 수직을 이루도록 가이드하는 역할을 하는 것으로, 도시예에서는 한 쌍의 헬릭스 본체(310)에 각각 1개씩 설치하여 전체적으로 180도 간격으로 2개를 설치한 예를 들고 있으나, 한 쌍의 헬릭스 본체(310)에 각각 2개씩 설치하여 전체적으로 90도 간격으로 4개를 설치할 수도 있다.

본 실시예에 따른 빅 헬리칼 파일(HP)과 함께 사용되는 샤프트 파일(SP)은 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 헬리칼 파일 본체(100)와 동일한 직경을 가지는 샤프트 파일 본체(400)와, 상기 샤프트 파일 본체(400)의 상단에 결합되어 백호우의 붐에 장착된 유압회전장치 또는 또 다른 샤프트 파일(SP)을 연결하기 위한 연결 헤드(410)로 구성된다.

상기 샤프트 파일 본체(400)의 하단에는 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 상단부에 결합된 연결 헤드(110)에 형성된 연결핀공(111)에 대응하는 연결핀공(401)이 형성되고, 상기 연결 헤드(410)에는 유압회전장치 또는 다른 샤프트 파일(SP)을 연결하기 위한 연결핀공(411)이 형성된다.

이하, 본 실시예에 따른 빅 헬리칼 파일의 작용에 대하여 설명한다.

헬리칼 파일 본체(100)의 상단에 결합된 연결 헤드(110)를 연결핀(120)에 의하여 유압회전장치(도시생략)에 연결한 상태에서 백호우의 붐을 조정하여 헬리칼 파일 본체(100)의 하단에 결합된 천공 헤드(200)의 천공날(230)이 지반에 닿도록 한다.

헬리칼 본체(100)가 결합된 유압회전장치를 가동시키면, 연결 헤드(110), 헬리칼 파일 본체(100), 천공헤드(200) 및 헬릭스(300)로 이루어지는 헬리칼 파일(HP) 전체가 회전하게 된다.

빅 헬리칼 파일(HP)이 회전함에 따라 가장 먼저 천공헤드(200)의 천공날(230)이 지반을 천공하게 된다.

이때, 복수개의 천공날(230)은 등각도 간격으로 배치되며, 직각삼각형 형태로 형성되어 직교하는 두 변이 각각 상변과 수직변을 이루고, 빗변이 빅 헬리칼 파일(HP)의 외주방향을 향하도록 배치되며, 수직변이 서로 용접에 의하여 접합됨과 아울러 상변이 상기 원판(210)의 하면에 용접에 의하여 접합된 구조로 구성되어 있으므로 천공날(230)의 하단과 빗변이 지반을 천공하게 되며, 천공의 직진성을 유지할 수 있게 되며, 연약지반과 강성지반은 물론 암반도 천공할 수 있게 된다.

천공날(230)에 의한 지반천공이 진행됨에 따라 헬릭스(300)의 절삭날(320)의 절삭인선부(321)가 지면에 닿게 되면, 절삭인선부(321)에 의한 절삭이 이루어지게 된다.

이때, 헬릭스(300)는 헬리칼 파일 본체(100)에 대하여 직각을 이루도록 접합되어 있으므로 유압회전장치에 연결된 헬리칼 파일 본체(100)를 수직으로 유지시키면, 헬릭스(300)는 수평을 유지하면서 회전하게 되며, 헬릭스 본체(310)는 리드각이 "0"인 원호형 판체로 형성되어 있기 때문에 절삭 과정에서 발생하는 토압이 헬리칼 파일 본체(100)에 대한 좌굴부하로서 작용하지 않게 되어 빅 헬리칼 파일(HP)을 지반에 대하여 정확하게 수직으로 관입할 수 있게 된다.

또한 좌굴부하가 발생하지 않는 만큼 유압회전장치로부터 헬리칼 파일 본체(100)를 통해 헬릭스 본체(310)에 전달되는 과정에서 토오크에 손실 없이 100% 전달되어 동력손실이 없고, 지반절삭 및 관입 효율이 향상되고, 연약지반과 강성지반은 물론 암반도 절삭 및 관입이 가능하게 된다.

이 과정에서 헬릭스 본체(310)의 트레일링 에지에서 상향 만곡 형성된 절삭토사정리날(330)은 절삭날(320)에 의하여 절삭된 지반토사를 상방으로 밀쳐 올리는 작용을 하게 되어 헬릭스 본체(310)와 절삭날(320)에 작용하는 절삭토사의 부하를 최소화할 수 있게 되므로 토오크의 손실을 더욱 최소화할 수 있게 된다.

한편, 헬릭스 본체(310)의 하면 가장자리에 구비된 원호형 절삭가이드날(340)이 절삭날(320)에 의하여 절삭된 지반토사를 원통형으로 재차 절삭하게 되고, 헬릭스 본체(310)의 상면 가장자리에 구비된 원호형 절삭토사가이드날(350)이 절삭된 지반토사를 원통형으로 재차 절삭하게 되므로 빅 헬리칼 파일(HP)의 직진성을 높이게 되어 빅 헬리칼 파일(HP)을 수직으로 관입될 수 있게 한다.

이와 같이 천공 헤드(200)에 의한 지반천공과 헬릭스(300)의 절삭날(320)에 의한 지반절삭 및 절삭가이드날(340) 및 절삭토사가이드날(350)에 의한 작용은 순차적으로 이루어지게 되며, 빅 헬리칼 파일(HP)의 상단 부근까지 관입이 이루어지면, 유압회전장치를 정지시키고, 빅 헬리칼 파일(HP)을 유압회전장치로부터 분리하고, 빅 헬리칼 파일(HP)의 상단에 샤프트 파일(SP)을 연결한 다음 샤프트 파일(SP)의 상단을 유압회전장치에 연결한다.

빅 헬리칼 파일(HP)과 샤프트 파일(SP)의 연결은 빅 헬리칼 파일(HP)의 상단에 결합된 연결 헤드(110)에 샤프트 파일(SP)의 하단을 삽입하고, 연결핀(120)을 구성하는 연결볼트(121)를 연결 헤드(110)의 볼트관통공(111)과 샤프트 파일(SP)의 샤프트 파일 본체(400) 하단에 형성된 볼트관통공(401)에 관통시키고 연결볼트(121)의 돌출단부에 연결너트(122)를 체결하는 것에 의하여 이루어진다.

빅 헬리칼 파일(HP)의 상단에 연결된 샤프트 파일(SP)은 샤프트 파일 본체(400)의 상단에 결합된 연결 헤드(410)를 연결핀(120)에 의하여 유압회전장치(도시생략)에 연결한다.

이 상태에서 유압회전장치를 가동시키면, 샤프트 파일(SP)과 이에 연결된 빅 헬리칼 파일(HP)이 회전하게 되고, 상술한 천공 및 절삭 과정이 이루어지게 된다.

이후, 관입 깊이에 따라 샤프트 파일(SP)의 상단에 또 다른 샤프트 파일(SP)을 연결하여 관입할 수 있으며, 최종 샤프트 파일(SP)을 연결하고 관입이 완료되면, 그라우팅 단계와 두부(頭部) 정리 단계 및 동재하시험 단계를 거쳐 시공을 완료한다.

상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 빅 헬리칼 파일은 리드각이 "0"인 헬릭스 본체와 헬릭스 본체의 리딩에지에서 하향 만곡 형성된 절삭날과 헬릭스 본체의 트레일링 에지에서 상향 만곡 형성된 절삭토사정리날과 헬릭스 본체의 하면 가장자리에 구비된 절삭가이드날 및 헬릭스 본체의 상면 가장자리에 구비된 절삭토사가이드날을 구비하여 소형 헬리칼 파일은 물론 대형 헬리칼 파일에 적용하더라도 시공 과정에서 좌굴 부하가 작용하지 않게 되어 지반에 대하여 정확하게 수직으로 관입할 수 있게 되며, 좌굴 부하가 발생하지 않는 만큼 토오크의 손실이 최소화되어 적은 토오크로서도 시공이 가능하게 된다.

이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 헬리칼 파일 본체 200 : 천공 헤드
210 : 원판 220 : 결합원통부
230 : 천공날 300 : 헬릭스
310 : 헬릭스 본체 320 : 절삭날
330 : 절삭토사정리날 340 : 절삭가이드날
350 : 절삭토사가이드날 400 : 샤프트 파일

Claims (1)

1. 원형파이프로 이루어지는 헬리칼 파일 본체(100); 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 하단에 결합되는 천공 헤드(200); 상기 천공 헤드(200)의 상방에서 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 외주면에 회전대칭형으로 접합되는 한 쌍의 헬릭스(300); 를 포함하여 구성되며,
   상기 천공 헤드(200)는 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 하단에 접합되는 원판(210)과, 상기 원판(210)의 상면에 접합되어 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 하단 내부에 삽입되어 결합되는 결합원통부(220) 및, 직각삼각형으로 형성되어 상기 원판(210)의 하면에 접합되어 등각도 간격으로 배치되는 복수개의 천공날(230)을 포함하여 구성되고,
   상기 원판(210)은 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 외경보다 큰 외경을 가지는 철판으로 구성하여 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 하단에 용접하여 지반천공시 가해지는 압력에 의하여 원판(210)이 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 내부로 밀어들어가지 않도록 구성되며,
   상기 결합원통부(220)는 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 내경에 대응하는 외경을 가지도록 형성하여 그 하단을 상기 원판(210)의 상면에 용접에 의하여 일체로 접합되고,
   상기 결합원통부(220)는 상기 헬리칼 파일 본체(100)의 내경에 대응하는 외경을 가지며 헬리칼 파일 본체(100)의 하단 내부에 삽입되어 결합볼트(241)와 결합너트(242)에 의하여 헬리칼 파일 본체(100)의 하단에 고정 결합되며,
   상기 복수개의 천공날(230)은 직각삼각형 형태로 형성되어 직교하는 두 변이 각각 상변과 수직변을 이루고, 빗변이 헬리칼 파일(HP)의 외주방향을 향하도록 배치되며, 수직변이 서로 용접에 의하여 접합됨과 아울러 상변이 상기 원판(210)의 하면에 용접에 의하여 접합되며,
   상기 한 쌍의 헬릭스(300)는 반원보다 작고 1/4원보다 큰 원호면을 가지며 수평으로 설치되는 절삭판 본체(310)와, 상기 절삭판 본체(310)의 리딩 에지에 하향 만곡 형성되며 선단부에 예리한 절삭인선부(321)가 형성되는 절삭날(320)과, 상기 절삭판 보체(310)의 트레일링 에지에 상향 만곡 형성되는 절삭토사정리날(330)을 포함하고,
   상기 헬릭스 본체(310)는 리드각이 "0"으로 형성되어 헬리칼 파일 본체(100)에 대하여 직각을 이루는 상태로 접합되어 헬리칼 파일 본체(100)를 수직으로 세웠을 때 헬릭스 본체(310)가 수평을 이루도록 구성되며,
   상기 헬릭스 본체(310)의 하면 가장자리에는 헬릭스 본체(310)의 외경과 동일한 외경을 가지는 원호형으로 형성된 복수개의 절삭가이드날(340)이 상기 절삭가이드날(340)의 돌출 높이는 절삭날(320)의 돌출 높이보다 낮게 돌출 설치되며,
   상기 헬릭스 본체(310)의 상면 가장자리에는 헬릭스 본체(310)의 외경과 동일한 외경을 가지는 원호형으로 형성된 복수개의 절삭토사가이드날(350)이 상기 절삭토사정리날(330)의 돌출 높이보다 낮게 돌출 설치되고,
   상기 절삭날(320)은 절삭효율과 구조적 강도를 높이기 위하여 상하면이 모두 곡면 형태로 만곡된 형태로 형성되며,
   상기 절삭토사정리날(330)은 토사정리 효율과 구조적 강도를 높이기 위하여 상하면이 모두 곡면 형태로 만곡된 형태로 형성됨을 특징으로 하는 빅 헬리칼 파일.

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