주면 마찰력을 이용한 장대 매입 말뚝(Long Pile using Skin Friction Force)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2011년02월07일
(11) 등록번호 10-1012183
(24) 등록일자 2011년01월25일
(51) Int. Cl.

E02D 5/58 (2006.01) E02D 5/52 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2010-0004905
(22) 출원일자 2010년01월19일
심사청구일자 2010년01월20일
(56) 선행기술조사문헌
JP09310345 A*
JP15105751 A*
JP17282185 A*
JP2003105751 A*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
(주) 종합건축사사무소 동일건축
서울특별시 강남구 논현동 91-10 동일빌딩
(72) 발명자
김배혁
경기도 안산시 상록구 이동 698-8
(74) 대리인
정무석
전체 청구항 수 : 총 4 항 심사관 : 최우준
(54) 주면 마찰력을 이용한 장대 매입 말뚝
(57) 요 약
본 발명은, 장대 매입 말뚝의 주면 마찰력을 이용한 매입 말뚝 및 그 이음에 관한 것으로, 장대 매입 말뚝은, 지
반의 지지층에 매입되어 상부 구조물을 지지하는 말뚝 본체와; 상기 말뚝 본체는, 지반의 지지층에 매입되어 지
지되는 매입부와, 상기 매입부에서 상부로 연장되어 구조물을 지지 가능하게 결합하는 기초부와, 상기 매입부와
상기 기초부 사이에 개재된 중간부를 구비하며, 상기 기초부에서 상기 매입부로 가면서 정( )주면 마찰력 또는
부(-)주면 마찰력이 변하는 경우, 상기 기초부, 상기 매입부 및 상기 중간부 중 적어도 어느 하나에 말뚝 본체의
규격이 변하는 영역인 단차부가 형성된 것을 특징으로 한다.
이에, 경제성과 작업성을 향상시킬 수 있는 장대 매입 말뚝을 제공할 수 있다.
대 표 도 - 도2a
등록특허 10-1012183
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특허청구의 범위
청구항 1
매입 말뚝의 주면 마찰력을 이용한 장대 매입 말뚝에 있어서,
지반의 지지층에 매입되어 상부 구조물을 지지하는 말뚝본체(110)와;
상기 말뚝 본체(110)는, 지반의 지지층에 매입되어 지지되는 매입부(130)와, 상기 매입부(130)에서 상부로 연장
되어 구조물을 지지 가능하게 결합하는 기초부(160)와, 상기 매입부(130)와 상기 기초부(160) 사이에 개재된 중
간부(140)를 구비하며,
상기 매입부, 상기 기초부 및 상기 중간부는 상기 지지층으로 매입되는 과정에서 규격화 내지 표준화된 단위체
를 연속적으로 결합시켜 이루어지고,
상기 단위체는 프리 스트레스 콘크리트 말뚝을 포함하며,
상기 말뚝본체에 정( )주면 마찰력이 작용하는 경우 또는 상기 말뚝본체에 부(-)주면 마찰력이 작용하는 경우에
연속적으로 결합되는 상기 단위체 중 적어도 어느 하나의 강도가 상이하고, 상기 중간부는 다수로 마련되며,
상기 말뚝본체에 정( )주면 마찰력이 작용하는 경우에, 상기 매입부의 단위체 강도는 상기 기초부의 단위체 강
도보다 약하고, 상기 매입부의 단위체 강도는 상기 중간부의 단위체 강도와 같거나 약하며, 상기 중간부의 단위
체 강도는 상기 기초부의 단위체 강도와 같거나 약하고,
상기 말뚝본체에 부(-)주면 마찰력이 작용하는 경우에, 상기 매입부의 단위체 강도는 상기 기초부의 단위체 강
도보다 강하고, 상기 매입부의 단위체 강도는 상기 중간부의 단위체 강도와 같거나 강하며, 상기 중간부의 단위
체 강도는 상기 기초부의 단위체 강도와 같거나 강한 것을 특징으로 하는 장대 매입 말뚝.
청구항 2
삭제
청구항 3
삭제
청구항 4
제1항에 있어서,
상기 말뚝 본체는 규격화된 단위체를 연결하는 연결부를 더 포함하며,
상기 연결부는, 상기 단위체의 일측에 마련된 물림 부재와, 상기 단위체의 타측에 상기 물림 부재와 결합되도록
마련된 걸림 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장대 매입 말뚝.
청구항 5
제4항에 있어서,
상기 물림 부재와 상기 걸림 부재 중 어느 하나는 암나사부를 가지고, 상기 물림 부재와 상기 걸림 부재 중 다
른 하나는 상기 암나사부와 맞물리는 수나사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장대 매입 말뚝.
청구항 6
제5항에 있어서,
상기 걸림 부재 및 상기 물림 부재가 맞물린 상태에서 물림 유지 가능한 물림유지부재를 더 포함하는 것을 특징
으로 하는 장대 매입 말뚝.
명 세 서
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기 술 분 야
본 발명은 주면 마찰력을 받는 장대 매입 말뚝에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 매입 말뚝의 규격을 바꾸며 이[0001]
음 구조를 개선한 주면 마찰력을 받는 장대 매입 말뚝에 관한 것이다.
배 경 기 술
말뚝기초는 토목 내지 건축 공사에서 이루어지는 기초 공사의 하나이다.[0002]
이러한 말뚝기초는 상부 지층이 구조물로 인한 하중을 견디지 못할 경우 상부의 하중을 하부의 단단한 지반에[0003]
전달시키거나 흙과 말뚝의 접촉면에서 발생하는 마찰저항을 이용하여 구조물을 안전하게 지지하기 위해 사용한
다.
매입말뚝의 재질로는 파이프와 같은 강재로 만들어진 강 말뚝, 기성 콘크리트 말뚝, 나무 말뚝 등으로 나눌 수[0004]
있다. 기성 콘크리트 말뚝의 한 종류로 프리텐션방식 원심력 고강도 프리 스트레스 철근콘크리트 말뚝
(Pretensioned Spun High Strength Concrete Piles, 이하에서 ‘PHC 말뚝’ 또는 ‘장대 말뚝’이라고 함)이
있다.
장대 매입 말뚝은 외력에 의하여 일어나는 응력을 소정의 한도까지 상쇄할 수 있도록 그 응력의 분포와 크기를[0005]
정하여 말뚝 상호 이음 시공을 할 수 있다.
이러한 말뚝의 설치 공법으로, 말뚝 머리를 해머로 타격하여 말뚝을 지중으로 관입시키는 타입 공법과, 기성말[0006]
뚝의 크기에 해당하는 깊이까지 먼저 굴착한 지반 속에 말뚝을 매입하여 설치하는 매입 공법을 예로 들 수
있다.
타입 공법은 비교적 공기가 빠르고 공사비가 저렴하며, 시공 후 말뚝 주변의 마찰력이 크게 확보되는 등의 장점[0007]
을 갖는다. 반면에, 타입 작업 중 말뚝의 선단이 지지층에 도달하기 이전에 지반의 중간에 단단한 층이 존재할
경우 큰 항타력이 소요되므로 말뚝이 손상될 우려가 있으며, 소음 및 진동 등의 공해가 발생한다는 단점을 갖는
다.
매입 공법은 지반에 단단한 층이 존재할 가능성이 높거나 소음 및 진동 등의 공해로 인해 항타 작업이 곤란한[0008]
경우, 선단 지지력이 중요한 경우 유효한 공법이다. 그러나, 매입 공법은 말뚝이 설치되는 전체 깊이에 걸쳐 처
음부터 끝까지 천공하기 때문에 굴착량이 많을 뿐만 아니라 선 천공 후 말뚝을 삽입하므로 현장 여건상 지반의
지층 변화가 심한 점을 고려할 때 공사비 낭비 요소가 매우 큰 문제점이 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 중공부(53)를 갖는 장대 매입 말뚝의 하나인 PHC 말뚝(50)은, 연약 지[0009]
층(10)을 관통하여 단단한 지반인 지지층(30)에 매입되는 부분이나 구조물(20)과 결합되는 부분의 단면적이 동
일하다.
발명의 내용
해결하려는 과제
따라서, 본 발명의 목적은, 정( ) 또는 부(-)주면 마찰력이 작용하는 영역에 규격이 상이한 말뚝을 사용하여 경[0010]
제성을 향상시킬 수 있는 주면 마찰력을 이용한 장대 매입 말뚝을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 작업성을 향상시킬 수 있는 주면 마찰력을 이용한 장대 매입 말뚝을 제공하는 것[0011]
이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 말뚝과 말뚝을 이음 수직도를 향상시킬 수 있는 주면 마찰력을 이용한 장대[0012]
매입 말뚝을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 말뚝 이음을 용접으로 함에 따라 발생하는 품질 저하나 품질의 불균일함을 해[0013]
소할 수 있는 주면 마찰력을 이용한 장대 매입 말뚝을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 말뚝 이음 시간을 단축할 수 있는 주면 마찰력을 이용한 장대 매입 말뚝을 제[0014]
공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 말뚝 이음의 풀림을 방지하기 위한 주면 마찰력을 이용한 장대 매입 말뚝을[0015]
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제공하는 것이다.
과제의 해결 수단
상기 목적은, 본 발명에 따라, 매입 말뚝의 주면 마찰력을 이용한 장대 매입 말뚝에 있어서, 지반의 지지층에[0016]
매입되어 상부 구조물을 지지하는 말뚝 본체와; 상기 말뚝 본체는, 지반의 지지층에 매입되어 지지되는 매입부
와, 상기 매입부에서 상부로 연장되어 구조물을 지지 가능하게 결합하는 기초부와, 상기 매입부와 상기 기초부
사이에 개재된 중간부를 구비하며, 상기 기초부에서 상기 매입부로 갈수록 주면 마찰력이 변하는 경우, 상기 기
초부, 상기 매입부 및 상기 중간부 중 적어도 어느 하나에 말뚝 본체의 규격이 변하는 영역인 단차부가 형성된
것을 특징으로 하는 장대 매입 말뚝에 의해 달성된다.
또한, 상기 말뚝 본체는, 말뚝에 작용하는 주면 마찰력 조건에 따라 상부와 하부의 말뚝 규격을 조절하여 연결[0017]
할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 말뚝 본체에 정( )주면 마찰력이 작용하는 경우, 상기 말뚝 본체는 상기 기초부에서 상기 매입부로[0018]
갈수록 점점 약한 강도를 갖는 것으로 선정하며, 상기 말뚝 본체에 부(-)주면 마찰력이 작용하는 경우, 상기 말
뚝 본체는 상기 기초부에서 상기 매입부로 갈수록 점점 강한 강도를 갖는 것으로 선정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 말뚝 본체는 규격화된 단위체를 연결하는 연결부를 더 포함하며, 상기 연결부는, 상기 단위체의 일[0019]
측에 마련된 물림 부재와, 상기 단위체의 타측에 상기 물림 부재와 결합되도록 마련된 걸림 부재를 포함하는 것
이 바람직하다.
또한, 상기 물림 부재와 상기 걸림 부재 중 어느 하나는 암나사부를 가지고, 상기 물림 부재와 상기 걸림 부재[0020]
중 다른 하나는 상기 암나사부와 맞물리는 수나사부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 걸림 부재 및 상기 물림 부재가 맞물린 상태에서 물림 유지 가능한 물림유지부재를 더 포함하는 것[0021]
이 바람직하다.
발명의 효과
본 발명에 따르면, 주면 마찰력이 작용하는 심도에 따라 말뚝의 규격을 달리하여 경제성을 향상시킬 수 있다.[0022]
또한, 하부의 지지층으로 갈수록 단면이 작아져 작업성을 향상시킬 수 있다.[0023]
또한, 말뚝과 말뚝을 연결하는 경우 수직도를 향상시킬 수 있다.[0024]
또한, 말뚝과 말뚝의 연결이 나사로 이루어져 품질 저하나 품질의 불균일을 해소할 수 있다. [0025]
또한, 말뚝 연결 시간을 단축할 수 있어 시공 시간을 단축할 수 있다.[0026]
또한, 말뚝 이음의 풀림을 방지할 수 있다.[0027]
도면의 간단한 설명
도 1은 종래기술에 따른 장대 말뚝 시공예를 나타낸 단면도,[0028]
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 횡단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정( )주면 마찰력이 작용하는 경우 장대 말뚝 시공예를 나타낸 단면도,
도 4a 및 도 4b는 연결부의 결합 실시예를 나타낸 정면도,
도 5a 및 도 5b는 연결부의 결합 과정을 설명하기 위한 도면,
도 6은 심도와 정( )주면 마찰력의 관계를 설명하기 위한 개념도,
도 7은 심도와 부(-)주면 마찰력의 관계를 설명하기 위한 개념도,
도 8은 부(-)주면 마찰력이 작용하는 경우 장대 말뚝 시공예를 나타낸 도면이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명에 따른 장대 매입 말뚝은 기성의 다양한 말뚝을 이어 비교적 길게 매입되는 말뚝을 총칭한다. 다만, 이[0029]
하에서 장대 매입 말뚝의 일예로 프리 스트레스 콘크리트 말뚝(이하에서 ‘PHC 말뚝’이라 함)에 대하여 설명한
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다. 따라서, 다른 종류의 기성 말뚝을 길게 이어 매입하는 장대 매입 말뚝을 배제하는 것을 아니다.
도 1은 종래기술에 따른 장대 말뚝 시공예를 나타낸 단면도, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예를 설명하기 위[0030]
한 횡단면도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정( )주면 마찰력이 작용하는 경우 장대 말뚝 시공예를 나타낸
단면도, 도 4a 및 도 4b는 연결부의 결합 실시예를 나타낸 정면도, 도 5a 및 도 5b는 연결부의 결합 과정을 설
명하기 위한 도면, 도 6은 심도와 정( )주면 마찰력의 관계를 설명하기 위한 개념도, 도 7은 심도와 부(-)주면
마찰력의 관계를 설명하기 위한 개념도, 도 8은 부(-)주면 마찰력이 작용하는 경우 장대 말뚝 시공예를 나타낸
도면이다.
본 발명에 따른 장대 매입 말뚝의 일예인, PHC 말뚝(100)은, 도 2 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 매입부(130)[0031]
와, 중간부(140)와, 기초부(160) 및 단차부(150)를 포함한다. PHC 말뚝(100)은, 연결부(210)를 더 구비한다.
PHC 말뚝(100)은, 물림 부재(220) 및 걸림 부재(230)를 더 가질 수 있다. 또한, PHC 말뚝(100)은 물림 유지부재
(250)를 더 포함할 수 있다.
매입부(130)는 PHC 말뚝(100)이 지지되는 지반의 단단한 층에 매입되는 부분으로 말뚝 본체(110)의 제일 하단부[0032]
에 위치한다. 기초부(160)는 구조물(20)과 직접 접촉되어 구조물(20)과 연결되며, 말뚝 본체(110)의 상단부에
위치된다. 중간부(140)는 매입부(130)와 기초부(160) 사이에 개재된 말뚝 본체(110)를 말한다.
단차부(150)는 기초부(160)에서 매입부(130)로 내려갈수록 주면 마찰력이 증가하면서 말뚝 본체의 규격이 변하[0033]
는, 달라지는 영역이다. 단차부(150)의 상측과 단차부(150)의 하측은 그 규격이 상호 다르다는 의미이다. 단차
부(150)는 말뚝 본체(110)의 전체 길이에 거쳐 여러 개가 형성될 수 있음은 물론이다. 여기서, 규격이란 말뚝
본체(110)의 허용 축하중, 외경, 두께, 등급 등을 의미하며, 규격이 변한다는 의미는 이러한 구성 요소 중 어느
하나라도 다른 것을 의미한다. 단차부(150)는 경우에 따라 매입부(130) 및 기초부(160)에도 존재할 수 있다. 단
차부(150)의 형상은 도 4a에 도시된 바와 같이, 상측 및 하측의 외경이 상이한 채로 그대로 두어 단을 갖는 경
우와, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상측에서 하측으로 갈수록 줄어드는 테이퍼 형상을 갖는 경우를 고려해 볼 수
있다. 도 4b에 도시된 바와 같은 테이퍼 형상이 도 4a의 형상보다 지반에 매입되는 과정에서 저항을 덜 받아 바
람직할 것이다.
연결부(210)는 예를 들면, 길이 5 ~ 15m 사이에서 규격화된 말뚝 본체(110)의 한 본(本)을 연결하는 부분이다.[0034]
말뚝 본체(110)의 양 단부에는 금속제로 된 선단부(215)가 부착되어 있다. 연결부(210)는 선단부(215)에 부착된
물림 부재(220)와 걸림 부재(230)가 결합되어 말뚝 본체(110) 한 본과 한 본이 연결되는 영역을 말한다. 연결부
(210)는 단차부(150)도 될 수 있다. 즉, 상측 및 하측 말뚝 본체(110)의 규격이 상이한 것을 연결한 영역은 연
결부(210)인 동시에 단차부(150)가 될 것이다.
물림 부재(220)와 걸림 부재(230)는 연결부(210)에서 상호 결합된다. 물림 부재(220)와 걸림 부재(230)의 일예[0035]
로, 도 4a와 같은 나사 결합을 포함한다. 물림 부재(220)와 걸림 부재(230)는 선단부(215)에 용접 등에 의해 결
합될 수도 있고, PHC 말뚝(100)을 제조하는 과정에서 선단부(215)에 미리 용접되어 제조되거나 선단부(215)와
일체로 형성될 수도 있다.
물림 부재(220)는 규격화되어 생산되어 하나로 유통되는 단위체인 말뚝 본체(110)의 단부인 상측 선단부(215)에[0036]
결합되어 있으며 일예로 암나사부(223)를 가지고 있다. 걸림 부재(230)는 말뚝 본체(110)의 단부인 하측 선단부
(215)에 결합되어 물림 부재(220)와 맞물린다. 걸림 부재(230)는 물림 부재(220)의 암나사부(223)에 대응한 수
나사부(233)가 형성되어 있다. 물림 부재(220)와 걸림 부재(230)는 도면의 위치와 반대로 위치할 수도 있다.
물림 유지부재(250)는, 도 4a 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 규격화된 단위체를 연결하는 연결부(210)에서 물림[0037]
부재(220)와 걸림 부재(230)가 맞물린 상태를 그대로 유지하는 기능을 한다. 이러한 물림 유지부재(250)는, 도
5b에 도시된 바와 같이, 걸림 부재(230)에 다수로 마련된 홀 내부의 스프링으로 가압되어 홀의 소정 위치 외부
로 돌출되고 볼을 누르는 소정의 외부력에 의해 홀에 매입 가능한 볼이 형성되고, 물림 부재(220)에 볼을 수용
할 수 있는 다수의 짧은 그루브가 형성된 것을 예로 들 수 있다. 이에, 물림 부재(220)와 걸림 부재(230)가 결
합된 경우, 볼이 그루브에 수용되어 말뚝 본체(110)가 상호 회전되는 것을 방지하여 나사 결합이 유지될 수 있
다. 즉, 암나사와 수나사의 결합력 및 볼과 그루브의 결합력이 작용하여 상당한 외압을 가하지 않으면 맞물린
상태를 해제할 수 없는 구조를 갖는다. 물림 유지부재(250)는 이러한 기술적 사상을 갖는 다양한 형태를 포함할
수 있다.
반면, 종래 기술에서 말뚝과 말뚝을 상호 용접하여 연결하는 경우, 말뚝과 말뚝을 서로 연결하는 연결부(210)를[0038]
미리 용접해 놓을 수가 없어 현장에서 용접 작업을 할 수밖에 없다.
등록특허 10-1012183
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이에, 본 발명에 따른 연결부(210)는 현장에서 용접을 함에 따라 발생될 수 있는 변형 등을 예방할 수 있어 연[0039]
결 수직도를 향상시킬 수 있다. 또한, 현장 용접에 따라 발생할 수 있는 품질 저하나 품질의 불균일함을 해소할
수 있다. 즉, 습기가 많거나 현장의 사정이 열악한 점을 고려한 것이다. 또한, 현장의 용접 작업에 따른
발전기, 용접기, 용접선, 용접 인원 등의 부대설비도 불필요하며, 용접 작업 시 발생할지도 모를 안전사고 등도
예방할 수 있다. 이에, 본 발명에 따르면, 현장에서 용접으로 결합 하는 것보다 훨씬 작업이 용이하고
간편하다. 즉, 작업 및 사용이 간단하고 편리하며, 말뚝과 말뚝을 연결하는 시간이 단축되고, 품질도 향상될 수
있다.
이러한 물림 부재(220)와 걸림 부재(230)의 작동 과정을 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.[0040]
먼저, 지반에 매입 중인 하부 말뚝 본체(110)의 상측 선단부(215)에는 물림 부재(220)가 결합되어 있다. 그 수[0041]
직 상측으로 하측 선단부(215)에 걸림 부재(230)가 결합된 상측 말뚝 본체(110)를 위치시킨다. 그런 후 상측 말
뚝 본체(110)를 하강시키면서 회전시켜 상부 및 하부 말뚝 본체(110)를 결합시킨다. 이에, 암나사부(223)와 수
나사부(233)가 상호 나사 결합된다. 그런 후, 물림 유지부재(250) 및 물림 부재(220)와 걸림 부재(230)의 나사
결합력에 의해 상부 및 하부 말뚝 본체(110)는 맞물린 상태를 유지할 수 있다.
한편, PHC 말뚝(100)에 정( )주면 마찰력이 작용하는 경우 상부 기초부(160)에 최대 하중이 작용하고 심도가 깊[0042]
어질수록 말뚝 본체(110)에 작용하는 하중은 줄어든다. 정( )주면 마찰력이 말뚝 본체(110)에 작용하는 경우 말
뚝의 표면과 지층에 의해 발생하는 마찰력만큼 말뚝 본체(110)에 작용하는 하중은 줄어든다. 즉, 도 6에 도시된
바와 같이, 말뚝 본체(110)의 최상층에 작용하는 하중이 100ton이고 심도 10m 마다 흙과 말뚝 본체(110)의 외주
면에서 발생하는 정( )주면 마찰력이 10ton이라고 가정하면, 말뚝 본체(110)에 작용하는 하중은 심도에 따라
90ton, 80ton, 70ton으로 점점 줄어 최하단부에서는 60ton의 하중이 작용한다.
따라서, 말뚝 본체(110)를 기초부(160)부터 매입부(130)까지 전체를 100ton의 하중에 견디는 규격품을 사용하지[0043]
않는 것이 바람직할 것이다. 예를 들면, 100ton에서 90ton까지 하중이 작용하는 영역에서는 100ton에 견디는 규
격품을 사용하고, 80ton에서 70ton까지 하중이 작용하는 영역에서는 80ton에 견디는 규격품을 사용하고, 70ton
에서 60ton까지 하중이 작용하는 영역에서는 60ton에 견디는 규격품을 사용하고 정( )주면 마찰력이 작용시
60ton 규격에서 점차 100ton규격을 사용하여 재료비를 절감할 수 있어 경제적인 시공이 가능하고, 시멘트 등의
원재료가 적게 사용되거나 제조 공정이 간단하여 친환경적이다.
여기서, 본 발명에 따른 PHC 파일(100)의 적용 예를 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.[0044]
먼저, 도 2a와 같이, 말뚝의 외경이 동일한 경우를 살펴본다.[0045]
지반에 매입하는 심도에 따라 사용되는 규격 말뚝의 크기 및 연결되는 말뚝 수량이 상이하지만, 50m의 심도에[0046]
본당 10m 길이의 규격 말뚝을 사용하고, 정( )주면 마찰력이 10m당 10ton 작용하고, 지지층(30)의 높이가 지반
의 표층의 높이와 동일하다고 가정한다. 그러면, 지층으로부터 심도 10m까지는 100 ~ 90ton의 축하중이, 심도
10 ~ 20m까지는 90 ~ 80ton의 축하중이, 심도 20 ~ 30m까지는 80 ~ 70ton의 축하중이, 심도 30 ~ 40m까지는 70
~ 60ton의 축하중이, 심도 40 ~ 50m까지는 60 ~ 50ton의 축하중이 말뚝 본체(110)에 각각 작용한다. 한편, 규격
화된 단위체 말뚝 본체(110)에서, 본당 10m 길이의 외경이 400mm, 두께 65mm인 “A”등급은 109ton 허용 축하중
을 가지고, “B”등급은 82ton 허용 축하중을 가지고, “C”등급은 68ton 허용 축하중을 가진다고 가정한다. 이
러한 가정 하에서 본 발명을 적용하면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 심도 0 ~ 20m에서는 “A”등급의 109ton 허
용 축하중 말뚝을 사용하고, 20 ~ 40m에서는 “B”등급 82ton 허용 축하중 말뚝을 사용하고, 40 ~ 50m에서는 “
C”등급 68ton 허용 축하중 말뚝을 사용한다. 즉, 규격이 상이한 단차부(150)가 두 군데 존재함을 알 수 있고,
단차부(150)의 상측 및 하측에서 규격을 구성하는 요소 중 등급이 다르다는 것을 알 수 있다. 종래의 경우에는
동일한 규격의 말뚝을 사용하였으나, 본 발명에서는 규격이 상이한 말뚝이 사용된다. 이에, 등급의 차이에 따라
소요되는 자재인 철근, 콘크리트 등의 규격 내지 량 등이 상이하여 이에 따른 소요 자재를 줄일 수 있어 경제성
을 향상시킬 수 있고, 친환경적이다.
다음, 도 2b와 같이, 말뚝 본체(110)의 외경이 상이한 경우를 고려해볼 수 있다.[0047]
규격화된 단위체에서 하나에 10m 길이의 외경이 450mm, 두께 70mm인 “B”등급 말뚝은 100ton 허용 축하중을,[0048]
같은 길이의 외경 400mm, 두께 65mm인 “B”등급 말뚝은 82ton 허용 축하중을, 같은 길이의 외경 350mm, 두께
60mm인 “B”등급 말뚝은 66ton 허용 축차중을 갖는다고 가정한다. 이러한 가정 하에서 본 발명을 적용하면, 도
2b에 도시된 바와 같이, 심도 0 ~ 20m에서는 “B”등급의 450mm, 두께 70mm의 말뚝(도 2b의 “X 규격” 참조)을
사용하고, 20 ~ 40m에서는 “B”등급의 400mm, 두께 65mm의 말뚝(도 2b의 “Y 규격” 참조)을 사용하고, 40 ~
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50m에서는 “B”등급의 350mm, 두께 60mm의 말뚝(도 2b의 “Z 규격” 참조)을 사용한다. 즉, 두 군데의 단차부
(150) 상측 및 하측에서 사용되는 말뚝 본체(110)는 외경, 두께, 허용 축하중 등이 상이해진다.
표 1
종래 장대 매입 말뚝[0049] 본 발명의 장대 매입 말뚝
사용 말뚝 부피
(㎥)
중량
(ton)
사용 말뚝 부피
(㎥)
중량
(ton)
Φ450*70t 50m 4.17 10.85 Φ450*70t 20m 1.67 4.34
Φ400*65t 20m 1.37 3.56
Φ350*60t 10m 0.55 1.42
합계 3.59 9.32
종래의 경우에는 동일한 규격의 말뚝인 100ton 축하중용 “B”등급의 450mm, 두께 70mm를 사용했다고 가정하고,[0050]
본 발명에 따라 사용된 말뚝 본체(110)와 비교하면 총 사용된 레미콘 부피가 표에서 보는 바와 같이, 그 부피에
있어서는 약 13.9%, 중량에 있어서는 약 14.1% 감소하였음을 알 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 장대 매입 말뚝을 적용하면, 경제적 비용, 취급 중량 등이 줄어들고 타격에 필요한 힘도[0051]
덜 소요되어 경제성과 작업성이 매우 향상됨을 알 수 있다. 또한, 도 2b를 도 2a의 경우와 같이, 매입부(130)의
외경이 기초부(160)의 외경보다 작으므로 지반에 타격에 의해 매입시 도 2b와 같은 경우가 훨씬 용이하게 지반
에 매입될 수 있고 이 때 소요되는 타격 에너지도 적음을 알 수 있다. 따라서, 작업 비용, 시간, 인력 등이 전
체적으로 매우 절감됨을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예를 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하였지만, 표에서와 같이 본 발명의 더[0052]
바람직한 실시예는 도 2b인 것이 바람직하다. 이 경우, 말뚝 본체(110)의 규격(외경, 두께, 길이, 허용 축하중,
등급 등)은 본 실시예에 한정되는 것이 아니고 다양하게 적용될 수 있다.
또한, 도 7은 전술한 바와 달리 부(-)주면 마찰력이 작용하는 경우 심도에 따라 본 발명인 장대 매입 말뚝에 작[0053]
용하는 하중을 설명하기 위한 개념도이다.
그리고, 도 8은 도 7과 같이 부(-)주면 마찰력이 작용하는 경우에 하중이 다르면서 외경이 다른 말뚝을 선정하[0054]
여 시공한 예를 나타낸 도면이다. 도 7 및 도 8에 대한 설명은 전술한 정( )주면 마찰력이 작용하는 경우와 반
대로 이해하면 되기 때문에 생략한다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명의 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진[0055]
당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
부호의 설명
100 : 장대 말뚝 110 : 말뚝 본체[0056]
130 : 매입부 140 : 중간부
150 : 단차부 160 : 기초부
210 : 연결부 213 : 중공부
215 : 선단부 220 : 물림 부재
223 : 암나사부 230 ; 걸림 부재
233 ; 수나사부 250 : 물림 유지부재
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도면
도면1
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도면2a
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도면2b
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도면3
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도면4a
도면4b
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도면5a
도면5b
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도면6
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도면7
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도면8
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