KR101877971B1 - 전방위 연성작용을 가지는 내진용 기초파일의 설치구조 및 그 기초파일의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축구조물을 지진으로부터 보호하기 위한 내진구조에 관한 것으로서, 기초콘크리트의 하부에 일체로 고정되어 상기 기초콘크리트와 함께 거동하는 가변부재와, 지중에 매입되어 상기 기초콘크리트를 지지하는 중공파일과, 상기 중공파일 내부에 삽입된 상태에서 그라우팅재에 의해 고정 설치되는 나선관과, 일단부는 나선관의 하단에 정착되고 타단부는 상기 기초콘크리트에 매립되어 기초콘크리트의 수직인장변위를 흡수하는 강연선과, 기초콘크리트 하부에 타설되는 버림콘크리트에 상면이 노출되도록 매립되어 상기 가변부재를 지지하는 것으로서 나선관의 선단에 고정되는 확장압력판과, 가변부재와 확장압력판의 사이에 위치하여 가변부재의 수직압축변위 및 수평이동변위를 흡수하는 탄성패드가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전방위 연성작용을 가지는 내진용 기초파일의 설치구조 및 그 기초파일의 시공방법{INSTALLATION STRUCTURE OF EARTHQUAKE RESISTANT FILE WITH THE MOVING FUNCTION IN ALL DIRECTIONS FOR BUILDING AND THE CONSTRUCTION METHOD THEREOF}

본 발명은 건축구조물을 지진으로부터 보호하기 위한 내진구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지진에 의해 발생되는 진동에 대하여 건축구조물이 유연하게 변형되면서 진동에너지를 흡수하여 건축구조물에 대한 피해를 최소화시킬 수 있도록 하는 내진구조에 관한 것이다.

지진이 발생하게 되면 지반이 흔들리면서 관성에 의해 지반과 건축구조물이 서로 분리되려는 힘이 발생하게 되며, 그로 인하여 기둥, 보, 전단벽 등 주요구조체들이 영향을 받으면서 건축구조물이 파괴되는 등 많은 피해가 발생하게 된다.

다른 한편으로 한편 건축구조물을 구축하고자 하는 지반이 연약지반으로 이루어져 있는 경우 건축물의 부동침하 등을 방지하기 위한 방안의 하나로 지중에 마찰말뚝을 설치하거나 지지암반에 까지 근입되는 지지말뚝을 설치하여 건축 구조물 내지 기초를 지지한다.

지지말뚝에 의한 기초말뚝의 설치는 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이 지지층까지 근입된 말뚝의 두부를 건축구조물 또는 기초와 일체화시킴으로써 건축구조물의 안정적인 지지를 꾀한다.

상기한 기초구조에 대하여 내진성능을 강화시키기 위해서는 건축구조물과 말뚝 사이의 강성을 극대화시킴으로써 지진의 충격에 견딜수 있도록 해야 한다. 그런데 이러한 내진설계에 의해서는 각 부재들의 단면이 대폭 증가될 수 밖에 없기 때문에 그만큼 공사비가 크게 증가하는 문제점이 있다.

지진피해를 방지하기 위한 또 다른 방안으로 지반에 발생한 지진파가 건축구조물에 전달되는 것을 최대한 막기 위한 면진장치를 건축구도물에 설치하는 방법이 제안되고 있다.

도 2는 등록특허공보 등록번호 10-1105377호의 '건축물의 내진 보강을 위한 면진 기초 파일 구조 및 그 시공 방법'이라는 명칭의 발명으로서, 소구경 천공장비로 지반을 천공 후 고강도 강재를 삽입하고 그라우트를 주입하여 기초 보강체를 형성하는 건축물의 내진 보강을 위한 면진 기초 파일 구조에 있어서, 소정의 직경과 길이를 가지며, 상하로 간격(11)이 형성되도록 천공홀에 관입되는 다수개의 케이싱(10); 소정의 직경과 길이를 가지며, 외주면에는 나사산(21a)이 형성되는 다수개의 강봉(21), 상기 강봉(21)의 상단부와 하단부에 체결되어 이웃하는 강봉(21)을 체결하는 커플러(240)(22) 및 상기 강봉(21)의 외표면에 소정의 간격으로 결합되어 상기 케이싱(10) 내에서 강봉(21)의 중심을 유지하도록 하는 중심간격재(23)를 구비하는 마이크로 파일(20); 상기 케이싱(10) 사이의 상기 간격(11)을 통하여 상기 지반의 연약층 내부로 압입되는 보강층(31)을 형성하면서, 상기 케이싱(10)과 마이크로 파일(20) 사이의 공간에 채워지는 그라우팅재(G)(30); 상판(41)과 하판(42) 사이에 탄성 받침이 보강되고, 상기 상판(41)의 일측에는 구조물의 기둥(4)에 정착되기 위하여 횡단면은 기둥(4) 외면의 일측 횡단면과 동일한 형상으로 상측으로 수직 연장되는 고정판(43)이 일체로 구비되며, 상기 기둥(4)과 고정판(43) 사이에는 충진재(5)가 충진되고, 상기 상판(41)과 고정판(43)은 한 쌍의 리브(44)에 의하여 보강되어, 상기 마이크로 파일(20)의 상단에 고정 체결되는 면진장치(40);로 구성되되, 상기 면진장치(40)는 중앙부에 형성되는 홀에 상기 마이크로 파일(20)의 단부가 삽입되고, 그 상하측에서 스크류 체결되는 너트의 조임에 의하여 상기 마이크로 파일(200) 상단에 고정 체결되며, 한 쌍의 상기 면진장치(40)의 고정판(43)이 다수개의 고정앵커(45)에 의하여 상기 기둥(4)의 양 측에서 기둥 표면을 감싸도록 고정 체결되어, 구조물의 바닥 슬라브(3)를 관통하여 지반 속으로 관입된 한 쌍의 상기 마이크로 파일(20)이 구조물의 기둥(4) 양 측에서 구조물을 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

상기한 선행기술은 지반을 통해 전달되는 상하 진동이 면진장치(40)에 구비된 탄성받침에 의해 흡수되도록 하여 상기 진동이 구조물에 전달되는 것을 최소화하고자 한다.

지진은 다양한 종류의 파를 형성하고 이러한 파의 종류에 따라 진동의 방향이 달라진다. 따라서 상하 방향의 진동을 흡수하도록 설계되는 상기한 선행기술의 면진장치(40)에 의해서는 좌우 방향의 진동을 흡수할 수 없어 슬라브(3)와 기초파일{케이싱(10)과 강봉(21) 등으로 구성} 사이의 전단파괴를 방지할 수 없다는 문제점이 있다.

KR 10-1105377 B1

본 발명은 상기한 선행기술을 비롯한 종래기술들이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기초구조물의 단면을 증가시키지 않고 저렴한 시공비용으로 지진의 모든 진동방향에 대하여 건축구조물이 함께 탄성적으로 변위하면서 지진의 진동에너지를 흡수하여 건축구조물의 파괴를 최소화시킬 수 있도록 하는 전방위 연성작용을 가지는 내진용 기초파일의 설치구조 및 그 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 의하면, 기초콘크리트의 하부에 일체로 고정되어 상기 기초콘크리트와 함께 거동하는 가변부재와, 지중에 매입되어 상기 기초콘크리트를 지지하는 중공파일과, 상기 중공파일 내부에 삽입된 상태에서 그라우팅재에 의해 고정 설치되는 나선관과, 일단부는 나선관의 하단에 정착되고 타단부는 상기 기초콘크리트에 매립되어 기초콘크리트의 수직인장변위를 흡수하는 강연선과, 기초콘크리트 하부에 타설되는 버림콘크리트에 상면이 노출되도록 매립되어 상기 가변부재를 지지하는 것으로서 나선관의 선단에 고정되는 확장압력판과, 가변부재와 확장압력판의 사이에 위치하여 가변부재의 수직압축변위 및 수평이동변위를 흡수하는 탄성패드가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 전방위 연성작용을 가지는 내진용 기초파일의 설치구조가 제공된다.

이때 상기 가변부재는 상부에 위치한 선단앵커헤드와 상기 선단앵커헤드의 하부에 원통형상으로 구성되는 보호관으로 이루어져, 가변부재 내측에 고정공간부가 형성되고, 확장압력판에는 통공이 형성되어, 나선관을 상기 통공에 관통시킨 후 확장압력판의 상하면에서 각 체결되는 고정너트와 지지너트의 체결에 의해 확장압력판이 나선관의 선단에 고정되도록 하되, 확장압력판의 상면에서 체결된 고정너트는 상기 고정공간부에 의해 보호되도록 구성시킬 수 있다.

아울러 상기 강연선은 나선관에 비부착 방식으로 설치되며, 나선관의 내부에는 방청오일이 충진되도록 하여 강연선의 신장이 원활히 이루어지게 할 수 있다.

또 상기 나선관의 하단 쪽에는 상기 나선관에 대하여 슬라이딩되는 면진장치가 구비될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의하면, a) 확장압력판과 강연선이 설치된 나선관을 제작하는 단계; b) 지중에 천공홀을 구비시키고, 상기 천공홀에 나선관을 삽입시킨 후 그라우팅하여 상기 나선관을 지중에 고정시키는 단계; c) 확장압력판의 상면 위치까지 버림콘크리트를 타설하는 단계; d) 확장압력판의 상면에 탄성패드를 설치하고, 상기 탄성패드의 상면에 선단앵커헤드가 구비된 가변부재를 설치하는 단계; e) 강연선을 부분긴장 시킨 후 행커헤드에 정착시키는 단계; f) 가변부재가 매립되도록 기초콘크리트를 타설하는 단계; 가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전방위 연성작용을 가지는 내진용 기초파일의 시공방법이 제공된다.

본 발명은 강연선의 부분긴장으로 인한 탄성여력을 이용한 건축구조물의 변위구조를 가지게 함으로써 지진발생시 건축구조물이 다양한 방향으로 진행되는 진동에 순응하여 전방위적으로 함께 변위되면서 지진에너지를 흡수할 수 있도록 할 뿐 아니라, 탄성패드와 나선관 하단의 면진장치에 의한 면진작용에 의해 1차로 지진에너지를 흡수하고 상기 건축구조물의 변위작용에 의해 2차로 지진에너지를 흡수하게 함으로서 건축구조물의 피해를 최소화시킬 수 있도록 한다.

또한 본 발명은 기초구조물 등의 단면을 증가시키지 않고, 진동에 순응하도록 하는 변위구조가 단순하여 저렴한 비용으로 시공할 수 있어 매우 경제적인 내진용 기초파일이 구축된다.

도 1은 일반적인 기초구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래기술에 의한 면진구조를 가지는 기초파일의 설치구조에 관한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 내진용 기초파일의 설치구조에 관한 단면도이다.
도 4는 본발명의 기초파일 선단부의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 5는 상기 기초파일 선단부의 작용관계를 설명하는 각 단면도이다.
도 6은 본 발명의 기초파일에 설치되는 강연선의 정착고정에 관한 실시예의 각 단면도이다.
도 7 내지 12는 본 발명의 기초파일을 시공하는 각 단계를 도시한 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관한 설명을 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 내진용 기초파일(200)의 설치구조를 전체적으로 나타낸 것이고, 도 4는 상기 기초파일(200)의 선단부 구조를 나타낸 것이며, 도 5는 상기 기초파일(200) 선단부에 의한 내진관련 작용관계를 설명한 것이다.

본 발명의 내진용 기초파일(200)의 설치구조는 도 5에 도시된 바와 같이, 지진에 의해 발생하는 진동에 따라 건축구조물이 함께 거동하면서 지진에너지를 흡수함으로써 건축구조물의 주요 구조부재가 파손되는 것을 방지하는 것을 기본적인 기술사상으로 한다.

즉 본 발명은 건축구조물의 강성을 증대시켜 지진의 진동에 견디게 하는 내진구조나, 방진패드 등으로 진동을 흡수하여 지진의 진동이 건축구조물에 전달되지 않도록 하는 면진구조와는 달리, 건축구조물이 지진의 진동에 순응하여 변위되도록 한다는 점에서 기술적 특징이 있다.

통상적으로 연약지반의 지중에 기초파일(200)이 설치되고 지반의 상면에는 버림콘크리트(C1)가 타설된 후 그 상면에 건축구조물을 지지하는 기초콘크리트(C2)가 타설된다.

본 발명의 내진용 기초파일(200) 설치구조는 도 3에 도시된 바와 같이. 건축구조물이 설치된 기초콘크리트(C2)와 함께 거동하는 가변부재(100)와, 지중에 설치되어 상기 기초콘크리트(C2)를 지지하는 기초파일(200)로 이루어지고, 가변부재(100)는 기초파일(200)을 중심으로 수평 및 수직방향으로 변위가 가능하도록 구성된다.

따라서 가변부재(100)는 기초콘크리트(C2)의 하부에 일체로 고정된다. 이를 위하여 가변부재(100)의 외면에는 기초콘크리트(C2)에 매립되는 스터드볼트 등의 전단연결재(121)가 더 설치될 수 있다.

이러한 가변부재(100)의 가장 바람직한 실시예의 구성으로는 상부에 선단앵커헤드(110)가 위치하고 상기 선단앵커헤드(110)의 하부에 원통상의 보호관(120)으로 구성된다. 이러한 구성은 가변부재(100) 내측에 고정공간부(130)를 형성시킴으로써 후술하는 확장압력판(510)의 고정용 고정너트(530) 및 나선관(220)의 선단을 보호하고, 더 나아가 기초파일(200)과 기초콘크리트(C2) 사이에 부가적인 면진효과의 발생을 위한 탄성체(미도시)를 내장시킬 수 있는 공간을 제공한다.

상기 선단앵커헤드(110)와 보호관(120)은 일체로 성형된 것이 사용될 수도 있고, 이들 사이가 나사체결에 의해 일체화되는 분리구조의 것이 사용될 수도 있다. 후자와 같이 나사체결구조를 가지는 경우에는 후술하는 강연선(300)의 손실 긴장력을 보정할 수 있는 효과를 기대할 수 있게 된다.

상기 기초파일(200)은, 지중에 매입되어 기초콘크리트(C2)를 지지하는 중공파일(210)과, 그 내부에 설치되는 나선관(220) 및, 이들 사이에 충진되는 그라우팅재(G) 등으로 이루어진다.

상기 중공파일(210)은 내부에 중공이 형성되어 나선관(220)이 설치될 수 있도록 하는 것으로서 지중에 형성시킨 천공홀(H)의 붕괴를 방지할 수 있는 것이면 족하나, 바람직하게는 강관 또는 중공PC파일을 사용한다.

중공파일(210)의 내부에는 강연선(300)이 설치된 나선관(220)이 삽입 설치된다. 중공파일(210)과 나선관(220) 사이에는 그라우팅재(G)가 충진되며, 양생에 의해 이들은 일체화된다.

그라우팅재(G)에 의해 중공파일(210) 내부에 고정 설치된 나선관(220)에는 앞서 설명한 바와 같이 강연선(300)이 삽입 설치되는 것인 바, 상기 나선관(220)은 외주면에 나사산이 형성되고 내부에 강연선(300) 삽입용 중공이 형성되어 있는 것으로서, 예컨대 마이크로 파일이 사용될 수 있다.

나선관(220)의 외주면에 형성된 나사산은 다음에 설명하는 확장압력판(510)의 정확한 설치를 용이하게 할 뿐 아니라, 나선관(220) 길이의 연장이 커플러(240) 부재의 나사체결만으로 쉽게 이루어지게 한다. 그러나 더욱 중요한 것은 중공파일(210) 내부에 충진된 그라우팅재(G)에 대한 마찰력을 증대시켜 강연선(300)에 대한 앵커링 기능이 확실하게 이루어지게 한다.

상기 나선관(220)의 외주면에는 스페이서(250)가 더 설치될 수 있다. 상기 스페이서(250)는 나선관(220)이 중공파일(210)의 중심에 위치하게 함으로써 그라우팅재(G)의 밀실한 충진 및 시공의 정밀성을 도모할 수 있게 한다.

나선관(220)의 선단에는 확장압력판(510)이 설치 고정된다. 상기 확장압력판(510)은 그 상부에 놓여지는 가변부재(100)를 지지하여 상부하중을 기초파일(200) 및 지반에 분산시키면서, 다른 한편으로는 상기 가변부재(100)가 지진의 진동에 의해 수평이동하는 것을 허용할 수 있도록 하는 슬라이딩 바닥판의 기능을 한다. 이러한 확장압력판(510)은 기초콘크리트(C2) 하부에 타설되는 버림콘크리트(C1)에 상면이 노출되도록 매립되어 설치된다.

이와 함께 가변부재(100)와 확장압력판(510) 사이에는 탄성패드(600)가 설치된다. 상기 탄성패드(600)는 1차적으로 면진기능을 하여 지반을 통해 전달되는 지진에너지를 흡수함으로써 건축구조물에 전달되는 진동 규모의 정도를 줄여주는 효과를 가지게 한다.

그러나 상기 탄성패드(600)의 가장 중요한 기능은 가변부재(100)의 수직압축변위와 수평이동변위를 흡수하여 앞서 설명한 가변부재(100)의 수평이동이 보다 원활하게 이루어지도록 함과 더불어, 나선관(220)에 삽입 설치된 강연선(300)과의 유기적인 작용을 통하여 건축구조물의 수직방향에 대한 변위가 용이하게 이루어질 수 있게 한다. 따라서 건축구조물은 수직 및 수평방향 등 전방향에 대하여 자유자재로 유연하게 변형하면서 지진에 의한 진동에너지를 흡수할 수 있게 된다.

나선관(220) 선단에 대한 확장압력판(510)의 고정 설치는 다양한 방법에 의할 수 있으나, 가장 바람직하게는 확장압력판(510)에 통공을 형성시키고, 나선관(220)을 상기 통공에 관통시킨 후, 확장압력판(510)의 하면에 지지너트(520)를 체결함과 동시에 확장압력판(510)의 상면에 고정너트(530)를 체결함으로써 확장압력판(510)이 나선관(220)에 대하여 상하 이동이 불가능하도록 고정시킨다. 이때 확장압력판(510)의 상면에서 체결된 고정너트(530)는 앞서 설명한 바와 같이 가변부재(100)에 의해 형성되는 고정공간부(130)에 의해 보호된다.

나선관(220)에 삽입된 강연선(300)은 일단부가 나선관(220)의 하단에 정착되고 타단부는 기초콘크리트(C2)에 매립되어 기초콘크리트(C2)의 수직인장변위를 흡수한다.

이를 위하여 강연선(300)에는 미리 긴장력이 도입되도록 하되, 강연선(300)에 탄성변형이 충분히 이루어질 수 있도록 부분긴장시키고, 강연선(300)의 자유장 길이가 최대가 되도록 강연선(300)은 나선관(220)에 비부착 방식으로 설치된다.

강연선(300)을 긴장시키는 정도는 지진발생에 대한 건축구조물의 허용변위 정도와 자유장의 길이 등을 고려하여 설정되는 것으로서 가장 바람직하게는 최대 긴장력의 40%정도로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 나선관(220)의 내부에는 방청오일을 충진시킴으로써 강연선(300)의 부식을 방지하게 할 수 있다.

도 6은 강연선(300)의 정착 고정에 관한 일 실시예를 도시한 것이다.

상기 강연선(300)의 일단부는 나선관(220)의 하단부에 정착되는 바, 이를 위한 하단앵커헤드(230)가 상기 나선관(220)의 하단부에는 고정 설치된다. 상기 하단앵커헤드(230)에 대한 강연선(300)의 정착방법은 다양하게 이루어질 수 있으며, 그 예의 하나로 하단앵커헤드(230)에 웨지홀(231)을 구비시키고, 강연선(300)을 웨지홀(231)에 통과시킨 후 웨지(232)를 끼워넣어 강연선(300)이 고정 정착되게 할 수 있다.

또 강연선(300)의 타단부는 가변부재(100)에 구비된 선단앵커헤드(110)에 1차 정착된 후 기초콘크리트(C2) 내부에 2차 정착된다. 선단앵커헤드(110)에 대한 정착은 후단앵커헤드에서와 동일한 웨지 방식에 의해 이루어질 수 있으며, 기초콘크리트(C2) 내부에 대한 2차 정착은 강연선(300)의 단부를 여러 가닥으로 풀어 데드앵커(310)를 형성시킴으로써 이루어지게 할 수 있다.

한편 가변부재(100)의 고정공간부(130)에는 고정너트(530)가 체결된 나선관(220)의 단부가 위치하게 되는데, 이때 상기 나선관(220)의 단부는 가변부재(100)의 상면을 형성하는 선단앵커헤드(110)의 하면으로부터 일정 거리 이격되게 하는 것이 바람직하다. 이러한 나선관(220) 단부와 선단앵커헤드(110) 하면 사이의 이격거리는 지진에 의한 가변부재(100)의 변위 발생시 나선관(220)의 선단에 의해 간섭되지 않도록 함으로써 강연선(300)의 파손을 방지하며 강연선(300)의 유연한 신축이 이루어지도록 한다. 상기한 이격거리는 가변부재(100)에 대하여 설계된 허용변위 이상이 되어야 한다.

본 발명의 내진용 기초파일(200)의 설치구조는 지금까지 설명한 바와 같이, 지중에 고정 설치되는 기초파일(200)에 대하여 강연선(300)을 이용하여 건축구조물이 전방위적으로 연성작용을 통해 진동을 따라 함께 거동하게 함으로써 지진에너지를 흡수하도록 하는 것이나, 이에 더하여 면진장치(700)를 통해 진동의 일부 흡수하여 건축구조물이 지나치게 변위되는 것을 방지하게 할 수 있다.

이를 위한 본 발명의 또 다른 실시예에서는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 강연선(300)이 정착된 하단앵커헤드(230)의 하부에 나선관(220)에 대하여 슬라이딩되는 면진장치(700)가 더 구비된다. 상기 면진장치(700)는 중공파일(210) 내부에 충진되는 그라우팅재(G)에 매립 고정되는 보호관체(710)와, 상기 보호관체(710) 내부에 삽입되는 탄성체로 이루어진다.

상기 탄성체는 패드형상으로 구성될 수도 있고 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 스프링(720)의 형상으로 구성될 수 있다.

이와 같이 하단앵커헤드(230)의 하부에 설치되는 면진장치(700)는 지반과 기초파일(200) 사이에서의 지진에너지를 1차 흡수하고 나머지 부분에 대하여만 건축구조물에 연성작용이 일어나게 한다.

물론 도시하지는 아니하였으나 가변부재(100)의 고정공간부(130) 내부에 탄성체를 삽입시켜 기초콘크리트(C2)와 기초파일(200) 사이에서도 면진작용이 발생되게 할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.

지금까지 본 발명의 전방위 연성작용을 가지는 내진용 기초파일(200)의 설치구조에 관하여 설명하였는바, 이하에서는 그 기초파일(200)의 시공방법에 관하여 설명한다.

도 7 내지 12는 전방위 연성작용을 가지도록 내진용 기초파일(200)을 시공하는 과정을 각 단계별로 도시한 것이다.

본 발명에 의한 기초파일(200)의 시공은 도 7 내지 12에 도시된 바와 같이, a) 나선관(220)의 제작 단계; b) 나선관(220)의 지중 설치 단계; c) 버림콘크리트(C1)의 타설 단계; d) 가변부재(100)의 설치 단계; e) 강연선(300)의 정착 단계; f) 기초콘크리트(C2)의 타설 단계;가 포함되어 이루어진다.

a) 나선관(220)의 제작 단계(도 7);

강연선(300)을 삽입시킨 상태에서 지중에 설치될 수 있도록 구성되는 나선관(220)을 제작하는 단계이다.

생산 및 운반되는 나선관(220)의 길이는 제한될 수 있는 바, 이 경우 지중에 구축되는 기초파일(200)의 길이에 상응하도록 커플러(240)를 이용하여 다수 개의 나선관(220)을 이음연결하여 적정한 길이가 되게 한다.

아울러 본 단계에서는 상기 나선관(220)에 확장압력판(510)과 강연선(300)이 미리 설치되도록 하는 바, 강연선(300)의 일단부는 하단앵커헤드(230)를 통해 나선관(220)의 하단에 정착되도록 하고, 강연선(300)의 타단부는 나선관(220)의 선단으로부터 충분히 뽑아내어 향후 타설되는 기초콘크리트(C2)에 매립될 수 있게 한다.

또 나선관(220)의 외주면에는 소정의 간격으로 스페이서(250)를 설치하여 다음 단계에서 나선관(220)을 지중에 설치할 때 상기 나선관(220)이 중공파일(210)의 어느 한 쪽으로 치우지지 않고 중심에 위치할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

아울러 나선관(220)의 하단에는 앞서 설명한 면진장치(700)를 더 설치할 수도 있다.

나선관(220)의 하단에 대한 상기한 강연선(300) 정착작업 등과 더불어, 나선관(220)의 상단에도 확장압력판(510)을 고정 설치 한다. 상기 확장압력판(510)의 넓이는 가변부재(100)의 단면 넓이보다 크게 구성되어 적어도 가변부재(100)는 확장압력판(510)의 상면에서 충분히 수평변위할 수 있어야 한다.

b) 나선관(220)의 지중 설치 단계(도 8);

지중에 천공홀(H)을 구비시키고, 상기 천공홀(H)에 나선관(220)을 삽입시킨 후 그라우팅하여 상기 나선관(220)을 지중에 고정시키는 단계이다.

먼저 오거 등의 천공장비를 이용하여 지중에 천공홀(H)을 형성시키면서 중공파일(210)을 지중에 진입시켜 천공홀(H) 벽면이 붕괴되는 것을 방지한다. 상기 중공파일(210)의 지중 근입은 적어도 암반의 상면까지는 이루어지도록 하는 것이 바람직하며, 암반에 형성되는 천공홀(H)은 벽면이 붕괴될 우려가 적으므로 암반의 내부까지 중공파일(210)을 근입시킬 필요는 없다.

천공홀(H)의 형성 및 중공파일(210)의 지중 근입이 완료되면, 확장압력판(510)과 강연선(300)이 설치되어 제작된 나선관(220)을 상기 천공홀(H) 내부, 구체적으로는 천공홀(H)에 삽입된 중공파일(210)의 내부에 삽입한 후, 중공파일(210) 또는 천공홀(H)과 나선관(220)의 사이에 그라우팅재(G)를 충진시켜 양생시킴으로써 나선관(220)이 지중에 고정되게 한다.

이때 나선관(220)의 선단에 고정 설치된 확장압력판(510)은 그 상면이 기초콘크리트(C2)의 하면에 위치하도록 지반면으로부터 돌출되어야 한다.

한편 그라우팅재(G)의 충진을 위해 그라우트주입호스(410)가 천공홀(H) 내지 중공파일(210) 내부에 미리 설치되어야 하는 바, 상기 그라우트주입호스(410)는 본 단계에서 천공홀(H)에 나선관(220)을 삽입시킨 후에 별도로 삽입하여 설치할 수도 있으나, 바람직하게는 상기한 a)단계에서 나선관(220)을 제작할 때 그 외면에 그라우트주입호스(410)를 미리 설치해 놓음으로써, 천공홀(H)에 나선관(220)을 삽입시킬 때 함께 설치되도록 한다.

c) 버림콘크리트(C1)의 타설 단계(도 9);

나선관(220)의 설치가 완료되면 확장압력판(510)의 상면 위치까지 버림콘크리트(C1)를 타설한다. 따라서 확장압력판(510)은 버림콘크리트(C1)에 상면이 노출된 상태로 매립되는 형태를 가진다.

d) 가변부재(100)의 설치 단계(도 10);

버림콘크리트(C1)의 양생이 완료되면, 먼저 버림콘크리트(C1)로부터 노출된 확장압력판(510)의 상면에 탄성패드(600)를 설치한다. 상기 탄성패드(600)는 중앙에 통공이 형성되어 나선관(220)이 관통된 상태로 설치된다.

탄성패드(600)가 설치되면 그 상면에 선단앵커헤드(110)가 구비된 가변부재(100)를 거치시킨다. 이때 나선관(220)의 상단으로부터 인출된 강연선(300)은 상기 선단앵커헤드(110)에 구비된 웨지홀(111)을 통과하여 향후 타설되는 기초콘크리트(C2)에 매립될 수 있도록 한다. 아울러 가변부재(100)의 설치시 나선관(220)의 선단과 선단앵커헤드(110)의 하면 사이가 이격되도록 해야 함은 앞서 설명한 바와 같다.

또 상기 가변부재(100)의 외면에는 기초콘크리트(C2)와의 구조적 일체성을 확보하기 위한 전단연결재(121)가 설치될 수 있다. 상기 전단연결재(121)는 본 단계에서 설치되도록 할 수도 있으나, 가변부재(100)의 제작시 미리 설치해 놓은 것이 바람직하다.

아울러 상기 가변부재(100)에 면진기능까지 겸할 수 있도록 그 내측에 형성되는 고정공간부(130)에 탄성체를 삽입시킬 수도 있다.

e) 강연선(300)의 정착 단계(도 11);

가변부재(100)의 설치가 완료되면 선단앵커헤드(110)의 웨지홀(111)을 통과하여 인출된 강연선(300)을 긴장시켜 나선관(220)에 프리스트레스트가 도입되도록 한다. 다만 본 발명의 강연선(300)은 탄성력을 이용하여 지진의 진동에 따라 건축구조물이 자유롭게 변위될 수 있도록 하는 것인 바, 도입가능한 최대 긴장력의 일부만을 발생되도록 부분긴장시킨다.

강연선(300)에 대한 부분긴장이 이루어지면 선단앵커헤드(110)의 웨지홀(111)에 웨지(112)를 삽입하여 강연선(300)을 정착시킨다.

또 상기와 같이 강연선(300)을 정착시킨 후 그 상부에 보호캡(미도시)을 더 설치하여 웨지홀(111)에 삽입된 웨지(112)가 작업과정 중에 예기치 않은 충격에 의해 웨지홀(111)로부터 이탈되는 것을 방지하게 할 수 있다.

참고로 본 발명의 시공방법을 설명하면서 강연선(300)이 웨지(112,232)에 의해 정착되는 것을 예로 하고 있으나, 웨지 방식이 아닌 볼트체결방식 등 다른 정착수단이 적용될 수 있다.

f) 기초콘크리트(C2)의 타설 단계(도 12);

버림콘크리트(C1) 상면에 가변부재(100)가 매립되도록 콘크리트를 타설하여 기초콘크리트(C2)를 구축함으로써 기초파일(200)의 설치를 완료한다. 이때 강연선(300)의 단부가 기초콘크리트(C2)에 매립되는 바, 상기 강연선(300)의 단부를 풀어 헤쳐 데드앵커(310)를 구성시켜 기초콘크리트(C2)에 매립되게 함으로써 이에 의한 강연선(300)의 2차 정착이 이루어지게 할 수도 있다.

이에 의해 가변부재(100)는 내측에 고정공간부(130)가 형성되어 나선관(220)의 선단 및 이에 체결된 고정너트(530) 등을 보호하면서, 다른 한편으로는 건축구조물이 설치된 기초콘크리트(C2)와 함께 거동하면서 확장압력판(510)의 상면에서 전방위적으로 변위할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

100; 가변부재 110; 선단앵커헤드
111,231; 웨지홀 112,232; 웨지
120; 보호관 121; 전단연결재
130; 고정공간부 200; 기초파일
210; 중공파일 220; 나선관
230; 하단앵커헤드 240; 커플러
250; 스페이서 300; 강연선
310; 데드앵커 410; 그라우트주입호스
510; 확장압력판 520; 지지너트
530; 고정너트 600; 탄성패드
700; 면진장치 710; 보호관체
720; 스프링

Claims (8)

1. 기초콘크리트(C2)의 하부에 일체로 고정되어 상기 기초콘크리트(C2)와 함께 거동하는 가변부재(100)와,
   지중에 매입되어 상기 기초콘크리트(C2)를 지지하는 중공파일(210)과,
   상기 중공파일(210) 내부에 삽입된 상태에서 그라우팅재(G)에 의해 고정 설치되는 나선관(220)과,
   일단부는 나선관(220)의 하단에 정착되고 타단부는 부분긴장된 상태에서 상기 기초콘크리트(C2)에 매립되어 기초콘크리트(C2)의 수직인장변위를 흡수하는 강연선(300)과,
   기초콘크리트(C2) 하부에 타설되는 버림콘크리트(C1)에 상면이 노출되도록 매립되어 상기 가변부재(100)를 지지하는 것으로서 나선관(220)의 선단에 고정되는 확장압력판(510)과,
   가변부재(100)와 확장압력판(510)의 사이에 위치하여 가변부재(100)의 수직압축변위 및 수평이동변위를 흡수하는 탄성패드(600) 및,
   나선관(220)의 하단에 나선관(200)에 슬라이딩되는 면진장치(700)가 포함되어 구성되는 것으로서,
   가변부재(100)는 상부에 위치하여 상기 강연선(300)을 1차 정착시키는 선단앵커헤드(110)와 상기 선단앵커헤드(110)의 하부에 원통형상으로 구성되는 보호관(120)으로 이루어져, 가변부재(100) 내측에 고정공간부(130)가 형성되고, 상기 고정공간부(130)에 위치한 나선관(220)의 단부와 선단앵커헤드(110)의 사이가 설계된 허용변위 이상 이격되도록 구성되며,
   보호관(120)의 선단앵커헤드(110)에 1차 정착된 강연선은 단부에 데드앵커(310)를 형성시켜 기초콘크리트(C2)내부에서 2차 정착되고,
   확장압력판(510)에는 통공이 형성되어, 나선관(220)을 상기 통공에 관통시킨 후 확장압력판(510)의 상하면에서 각 체결되는 고정너트(530)와 지지너트(520)의 체결에 의해 확장압력판(510)이 나선관(220)의 선단에 고정되도록 하되, 확장압력판(510)의 상면에서 체결된 고정너트(530)는 상기 고정공간부(130)에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 전방위 연성작용을 가지는 내진용 기초파일의 설치구조.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 강연선(300)은 나선관(220)에 비부착 방식으로 설치되며, 나선관(220)의 내부에는 방청오일이 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 전방위 연성작용을 가지는 내진용 기초파일의 설치구조.
6. 건축구조물을 지지하는 기초파일을 시공하는 방법에 있어서,
   a) 확장압력판(510)과 강연선(300)이 설치된 나선관(220)을 제작하되, 나선관(220)의 하단에 나선관(220)에 대하여 슬라이딩되는 면진장치(700)가 구비되도록 나선관(220)을 제작하는 단계;
   b) 지중에 천공홀(H)을 구비시키고, 상기 천공홀(H)에 나선관(220)을 삽입시킨 후 그라우팅하여 상기 나선관(220)을 지중에 고정시키는 단계;
   c) 확장압력판(510)의 상면 위치까지 버림콘크리트(C1)를 타설하는 단계;
   d) 확장압력판(510)의 상면에 탄성패드(600)를 설치하고, 상기 탄성패드(600)의 상면에 선단앵커헤드(110)가 구비된 가변부재(100)를 설치하는 단계;
   e) 강연선(300)을 부분긴장 시킨 후 선단앵커헤드(110)에 정착시키고, 강연선의 단부에 데드앵커(310)를 형성시키는 단계;
   f) 가변부재(100)와 강연선(300)의 데드앵커(310)가 매립되도록 기초콘크리트(C2)를 타설하는 단계; 가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전방위 연성작용을 가지는 내진용 기초파일의 시공방법.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,
   상기 a) 단계에는 나선관(220)의 외면에 그라우트주입호스(410)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 전방위 연성작용을 가지는 내진용 기초파일의 시공방법.

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