KR100313720B1 - 가설 흙막이 벽용 철골 버팀대를 영구 구조물의 일부로 사용하는 - Google Patents

가설 흙막이 벽용 철골 버팀대를 영구 구조물의 일부로 사용하는 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축물의 지하 구조물 구축방법에 관한 것으로, 구체적으로 지하에 구조물을 설치하기 위한 터파기를 위하여 토압 등 외력을 지탱하는 철골 버팀대(steel strut)를 영구 구조물의 일부로 사용하는 방법에 관한 것이다.
건축물이 설치될 곳의 경계선에 H형강(21)을 박고, 건축물의 기둥이 설치될 곳에 센터 파일(3, center pile)을 박고, 제1단계 굴토작업을 실시하고, 상기 H형강(21)과 콘크리트옹벽(22)을 전단정착연결수단(23)으로 결합하여 일체화한 CRS옹벽(2)을 시공하고, 상기 CRS옹벽(2)에 고정판(6, embedded)으로 영구 구조물의 일부로 사용될 거더(4)를 설치하여 상기 센터 파일(3)에 거치시키고, 제2단계 굴토작업을 실시하여 상기 제1단계 이후의 단계를 반복하여 건축물의 최하부까지 굴착하고, 그리고 상기 센터 파일(3)과 상기 거더(4)를 내화피복 또는 콘크리트 타설하고 슬래브를 설치하는 단계로 이루어진다.
본 발명으로 건축물의 지하 구조물용 터파기를 위하여 임시로 설치하는 가설 버팀대를 영구 시설물의 일부로 활용하는 방법을 제공하여, 가설 버팀대를 영구 구조물로 사용함으로서 가설 버팀대의 설치와 해체작업을 줄일 수 있게 되었다.

Description

가설 흙막이 벽용 철골 버팀대를 영구 구조물의 일부로 사용하는 구조물 구축방법{Composite Underground Structure Construction Method}
본 발명은 건축물의 지하 구조물 구축방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 지하에 구조물을 설치하기 위한 터파기를 위하여 토압 등 외력을 지탱하는 철골 버팀대(steel strut)를 영구 구조물의 일부로 사용하는 방법에 관한 것이다.
도심지와 같이 땅값이 비싼 지역에서는 토지 이용효율을 높이기 위하여 지하 깊이 땅을 파고 구조물을 설치한다. 지하에 구조물을 설치하기 위하여 통상 가설 흙막이 벽을 설치하고, 가설 흙막이 벽에 걸리는 하중을 버팀대로 지탱하면서 지하 맨 아래쪽부터 구축해 상부로 올라가는 방법을 통상 채택한다. 이 때 설치하는 버팀대는 임시 구조물로서 구조물 공사를 하는데 장애요인이 된다. 즉 건설용 자재를 내리거나 콘크리트를 타설할 때 매우 불편하고 작업 중 해체하거나 이설해야 하는 불편도 따른다. 만약 철골 버팀대를 영구 구조물의 일부로 활용할 수 있다면 철골 버팀대를 해체하는 작업을 생략할 수 있고 구조물 작업이 매우 쉬워질 것이다.
발명자는 임시 시설물로서 설치하는 흙막이 벽을 건축물 영구구조 부재의 일부로 활용하여 경제적으로 건축물 지하 부분의 옹벽을 구축하는 방법[다음부터 이공법을 약칭하여 CRS(Composite Retaining wall System)라 한다]을 개발하여 1998-42252호 및 1998-50962호로 특허출원한 바 있고, 상기 CRS공법이 가진 특성을 극대화 할 수 있는 본 발명을 개발하게 되었다. CRS공법에서는 건축물의 지하옹벽이 가설 흙막이 벽으로 작용하기 때문에 지하 옹벽을 지탱해 줄 버팀대를 영구 구조물의 일부로 활용할 수 있는 환경이 마련된다.
또한 통상의 가설 흙막이 벽체에서는 벽체에 가해지는 하중을 가설 버팀대가 지지할 수 있도록 가설 흙막이 벽체에 띠장(wale)을 설치하고 있지만 CRS벽체의 강성 등 구조적인 성능이 충분하고, 부족할 경우 CRS벽체에 철근 추가 보강하면 되므로 띠장을 별도로 설치하지 않아도 된다.
본 발명의 목적은 건축물의 지하 구조물용 터파기를 위하여 임시로 설치하는 가설 버팀대를 영구 시설물의 일부로 활용하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가설 버팀대를 영구 구조물로 사용함으로서 가설 버팀대의 설치와 해체작업을 줄일 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가설 버팀대를 위한 가설 띠장의 설치를 생략할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
제1도에서 제10도는 본 발명의 공사방법의 단계별 설명도이다.
제11도는 거더를 스트러트 대신 사용한 상태의 평면도이다.
제12도는 제11도의 부분 상세도이다.
제13도와 제14도는 CRS옹벽을 설치하는 방법을 보인 구체예이다.
제15도는 스트러트를 설치하는 대신에 본구조물용 거더를 CRS옹벽에 설치하여 흙막이공사와 굴토공사를 하는 본발명에서 CRS옹벽에 걸리는 하중상태를 나타내는 도면이다.
제16도는 본 발명에서 거더에 설치하는 잭(jack)의 처리 방법을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부호에 대한 설명 *
1: 지반 2: CRS 옹벽
21: 흙막이용 H형강 22: 콘크리트 옹벽
23: 정착전단연결재24: 띠장 생략을 위한 보강철근
3: 센터 파일(center pile) 4: 거더(girder)
5: 빔(beam) 6: 고정판(embedded plate)
7: 잭 8: 기초
첨부한 도면에 표시한 구체예에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.
제1도에서 제10도는 본 발명의 공사방법의 단계별 설명도이다.
제1도와 같이 건축물이 설치될 곳의 경계선에 H형강을 박는다. 통상은 H형강을 엄지말뚝으로 사용하여 엄지말뚝에 토류판을 끼워 흙이 무너지는 것을 막고 토압을 받는 가설 흙막이 벽을 설치한 다음 내부 쪽의 흙을 파내고 건축물을 구축한다. 이때 작업공간을 확보해야 하기 때문에 H형강은 건축물의 지하 외벽선에서 일정한 간격을 두고 설치하는 것이 보통이다. 본 발명자가 개발하여 이미 특허출원해 둔 CRS공법은 가설 흙막이 벽이 갖고 있는 강성을 영구구조물로 활용한다. 따라서 작업공간을 확보하기 위하여 지반을 많이 팔 필요가 없고 따라서 되메우기량도 적어진다. 본 발명에서도 H형강은 건축물의 경계선에 맞춰 박으면 된다. H형강은 연약지반인 경우 직접 타입할 수도 있으나 통상 천공용 장비(auger)로 미리 굴착하여 박아 설치한다. 설치된 H형강(21)은 콘크리트 옹벽(22)과 일체화되어 CRS옹벽(2)을 형성하게 될 것이다.
제2도는 건축물의 기둥이 설치될 곳에 센터 파일(3, center pile)을 박는 단계를 표시한다. 종래에 가설 버팀대 공법에서는 버팀대(또는 스트러트)의 좌굴장이 길면 저항할 수 있는 능력이 급격히 저하되기 때문에 버팀대의 중간에 지지점을 주어 좌굴장을 줄이는 역할을 하였다. 따라서 영구 구조물이 완성되고 난 다음에는 제거하여야 할 가설물이었다. 본 발명에서의 센터 파일은 토공사 중에는 토압을 지탱하고, 동시에 본 구조물의 기둥으로서 기능을 수행한다. 따라서 상기 센터 파일(3)은 해체할 필요가 없어 종래 공법과 비교할 때 해체에 따른 작업량을 줄여 준다.
제3도는 제1단계 굴토작업을 실시하고, 영구 구조물을 겸한 CRS옹벽(2)을 시공한다. CRS옹벽(2)은 이미 설치한 H형강(21)에 전단정착연결수단(23)을 설치하고 콘크리트 옹벽(22)을 타설하여 서로 일체가 되도록 결합함으로서 형성된다.
제4도는 제3도의 작업이 끝난 후 버팀대(strut)로서 거더(girder)를 시공하는 과정을 보여 준다. 상기 거더(4)는 센터 파일(3)에 거치되고 CRS옹벽(2)에 설치되어 토공사 중에는 버팀대의 역할을 하고, 토공사가 완료되면 영구 구조물의 일부로 사용된다. 거더(4)와 CRS옹벽(2)의 연결은 고정판(6, embedded plate)에 의해 이루어진다. 거더가 흙막이 공사 중에 스트러트로서 작용할 수 있도록 결합시키기 위하여 잭을 사용하는데 잭의 시공과 처리 방법에 대하여는 후술한다.
거더(4)와 센터 파일(3)의 연결은 통상 철골공사에서 처리하는 방식을 따른다. 센터 파일로 사용하는 철골의 종류에 따라, 예를 들면 H형강, 원형강, 상자형 기둥 등에 따라 그리고 거더와 센터 파일이 만나는 형식에 따라, 예를 들면 센터 파일이 H형강인 경우 H형강의 플랜지 부분과 만나느냐 아니면 웨브 부분과 만나느냐에 따라 통상 철골공사에서 처리하는 방식을 따른다.
제5도는 제4도의 1단계 굴토와 CRS옹벽설치가 끝난 뒤 2차 굴토, 2차 CRS옹벽 설치, 2차 거더 설치가 진행되는 과정을 보여준다. 제1단계 굴토, 옹벽, 거더가 설치되어 있어 이들이 토압 등 하중을 지탱하고 있기 때문에 2단계 작업이 진행될 수 있다.
제6도는 제3도 및 제4도의 과정이 되풀이되어 최하부까지 굴토가 완성된 상태의 단면도이다. 즉 상부에서 스트러트 기능을 하는 거더(4)와 센터파일(3)이 CRS옹벽(2)에 걸리는 하중을 지탱하면서 굴토를 완성해 나가는 과정이다.
제7도는 굴토가 완성되고 최하부에 기초(8)를 시공한 단계이다.
제8도와 제9도는 최하층 보와 슬래브 부분까지 공사가 완성된 상태의 평면도이다. 센터파일(3)과 거더(4)와 CRS옹벽(2)이 결합되어 흙막이 때 걸리는 하중에 견디게 된다. 제9도까지 굴토공사가 마무리되면 본구체공사에 들어간다. 본구체가 어떤 종류로 설계되어 있느냐에 따라 구체공사의 내용은 달라진다. 구체의 구조는 철골조(S조), 철골철근콘크리트조(SRC조)로 구분할 수 있다. 그리고 구체는 기둥, 거더와 빔, 슬래브로 구성된다. 철골조인 경우 기둥, 거더와 빔은 내화피복을 하고 슬래브는 현장타설콘크리트, PC판, 데크플레이트 위 콘크리트 타설하는 방법 등 통상 사용하는 공법을 채택할 수 있다. 철골철근콘크리트조인 경우 기둥, 거더와 빔 주위에 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하게 된다.
제10도는 지하 모든 층의 구체공사를 완료한 상태를 보이는 단면도이다. 통상의 가설 흙막이 공법과는 달리 스트러트를 해체할 필요없이 곧장 구체공사로 이어져 완성된 것이다. 지하 모든 층의 구체공사를 완료하기 전에 1층 슬래브를 선시공하게 되는 경우에는 작업공간으로 사용하기 위해 설치하는 복공판을 설치하지 않고 영구 1층 슬래브가 작업공간의 역할을 동시에 수행할 수 있어 경제적인 시공이 가능해 진다. 지하 구조물은 이 밖에도 굴토와 병행해서 보 및 슬래브를 지하 쪽으로 시공하는 공법을 적용시킬 수도 있다.
제11도는 거더를 스트러트 대신 사용한 상태의 평면도이다. CRS옹벽(2)에 본공사용 거더(4)가 고정판(6)에 의해 결합되어 흙막이 벽을 대신하고 있다. 모서리부분에는 본공사용 거더만으로 토압 등 외력에 약할 수 있으므로 추가로 보강용 스트러트(4a)를 설치할 수 있다.
제12도는 제11도의 부분 상세도이다. 거더(4)가 CRS옹벽(2)의 콘크리트 옹벽(22)에 만나는 부분에는 고정판(6, embedded plate)을 설치하여 고정시킨다. 그리고 거더(4)와 거더 사이에는 슬래브의 재질과 구조에 따라 적절한 간격으로 빔(5)을 설치한다. 빔을 적절히 설치하면 슬래브의 구조를 PC판(또는 하프 PC판+현장타설콘크리트), 데크플레이트 등 공장생산부재를 사용하여 프리패브화를 이룰 수 있다.
제13도와 제14도는 CRS옹벽(2)을 설치하는 방법을 보인 구체예이다. CRS옹벽(2)은 굴토공사의 진행에 이어 진행되기 때문에 상부에서 하부로 시공해 내려가는 이런 바 역타설시공의 형태를 띤다. CRS옹벽의 하부처리는 제13도와 같이 하부에 동바리(서포트)로서 현장제작한 거푸집을 지지하거나, 제14도와 같이 지반 위에 버림콘크리트를 타설하고 버림콘크리트 위에서 CRS옹벽을 완성하는 방법을 취한다.
제15도는 스트러트를 설치하는 대신에 본구조물용 거더를 CRS옹벽에 설치하여 흙막이공사와 굴토공사를 하는 본발명에서 CRS옹벽에 걸리는 하중상태를 나타내는 도면이다. CRS옹벽(2)은 강성은 매우 크기 때문에 H형강을 사용한 가설 흙막이 공법에서 가설 흙막이에 설치하는 띠장(wale)이 필요하지 않다. 구조 계산상 띠장이 없기 때문에 내력이 부족한 곳에는 토압지지용 보강철근(24)을 추가로 배근하면 된다. 띠장을 설치하지 않고 가설흙막이를 해결할 수 있는 점은 본 발명의 큰 장점중의 하나이다.
제16도는 본 발명에서 거더에 설치하는 잭(jack)의 처리 방법을 나타내는 도면이다. 종래의 가설 흙막이 공법에서 잭은 가설 흙막이 벽과 스트러트 사이에 틈새를 없애 토압을 확실히 전달할 수 있도록 하기 위하여 사용한다. 본 발명에서도 마찬가지 이유로 사용하지만 본 발명에서 거더(4)는 본구조물의 일부로 활용되어야 하기 때문에 구조의 성능을 담보하기 위한 조치가 필요하다. 잭(7)은 거더(4)의 중간에서 하중(고정하중과 적재하중 등)에 의한 휨모멘트가 최소로 되는 곳에 설치한다. 본 발명에서 거더는 토압을 견딘 후에는 본 구조물의 일부로 사용될 예정이고 토압이 작용할 때에는 잭에 축력이 작용하지만 본공사 슬래브가 시공된 후에는 축력은 더 이상 작용하지 않고 휨모멘트가 작용하게 될 것이기 때문이다.
잭을 토공사가 끝난 후 처리하는 방법은 여러 가지가 있다. 제16도와 같이 잭을 설치한 상태에서 거더의 플랜지 부분을 철판으로 보강하고, 다음에 잭을 제거하고, 웨브 부분도 철판으로 용접하여 보강한다. 잭에는 축력이 작용하지 않기 때문에 플랜지에 보강한 철판이 휨모멘트에 저항하고, 잭을 제거한 후에는 웨브부분에 보강한 철판과 함께 하중에 견디게 된다.
이 외에도 도시하지는 않았지만 필요한 경우에는 잭 주변에 철판으로 상자를 형성한 뒤 콘크리트를 채워 매입시킬 수도 있다.
본 발명을 적용할 경우 기존 가설 흙막이 벽 공법에 비해 CRS벽의 두께는 얇고 강성은 뛰어나 골조 공사비가 감소하고, 기존 가설 흙막이 벽체보다 강성이 뛰어나고 안전도가 우수하여 본 공사용 지하 외벽을 대체할 수 있다. 그리고 가설용으로 사용되는 강재(strut, center pile 등)를 본 공사용으로 활용하여 강재의 소모 방지, 공사비 감소하고, 특히 띠장을 설치하지 않아도 되므로 자원절약과 공사비 감소는 극대화된다.
본 발명의 특성상 공기를 단축할 수 있고, 슬래브 시공을 위한 자재의 생산을 공장화할 수 있어 공기를 단축할 수 있는 여지가 더욱 생기고 품질의 안정화도 기대된다. 공기 단축의 정도는 지하 6층을 기준으로 공사기간을 추정해 보면 통상 22개월 소요되는 기간을 17개월 정도로 단축할 수 있는 것으로 파악된다.
도심지에서 건축물공사를 하는 경우 작업공간이 부족하기 때문에 톱다운공법을 채택하는 경우가 많은 데 본 발명을 적용하면 1층 슬래브를 먼저 시공함으로서 1층 슬래브를 작업용 공간으로 활용할 수 있다.
본 발명은 발명자가 개발한 CRS옹벽 구축방법에 의한 방법으로 가설 흙막이 공사를 할 경우의 구체예로서 설명하였지만 톱다운공법에 주로 적용하는 지하연속벽(slurry wall)을 시공하는 경우에도 적용시킬 수 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명함은 당연하다. 즉 본 발명세서 설명한대로 지하 구조물을 아래로 시공하면서 센터파일의 지지력을 충분히 확보하고 있다면 상부구조물도 윗 쪽으로 동시에 시공 가능한 이른바 톱다운공법으로 공사를 할 수 있다. 또한 가설흙막이 벽을 설치하고 토압을 지지하면서 굴토하고, 제1층 슬래브부터 하부로 각층 슬래브를 시공하면서 내려가는 방법도 가능해 진다.
본 발명으로 건축물의 지하 구조물용 터파기를 위하여 임시로 설치하는 가설 버팀대를 영구 시설물의 일부로 활용하는 방법을 제공하여, 가설 버팀대를 영구 구조물로 사용함으로서 가설 버팀대의 설치와 해체작업을 줄일 수 있게 되었다.
또한 본 발명으로 가설 버팀대를 위한 가설 띠장의 설치를 생략할 수 있게 되어 전체적으로 공사기간의 단축, 자원의 절약, 공사비를 절감할 수 있게 되었다.

Claims (8)

  1. 건축물이 설치될 곳의 경계선에 H형강(21)을 박고, 건축물의 기둥이 설치될 곳에 센터 파일(3, center pile)을 박아놓은 상태에서 하기의 단계별 굴토작업이 실시되어지며, 건축물의 최하부까지 최종 굴토가 수행 후 센터 파일(3)을 포함하는 층간구조체에 내화피복 또는 콘크리트 타설하고 슬래브를 설치하는 시공방법에 있어서,
    상기 굴토면을 소정깊이로 굴착하는 굴착단계;
    상기 굴토착업 후 H형강(21)과 콘크리트옹벽(22)을 전단정착연결수단(23)으로 결합하여 일체화한 CRS옹벽(2)에 고정판(6)을 설치하는 단계;
    상기 고정판(6)과 센터파일(3)에 영구 구조물의 일부로 사용될 거더(4)를 거치시켜 설치하는 단계;
    를 반복하여 시행함으로서 건축물의 최하부까지 굴토 및 거더(4) 설치작업이 단계별로 순차적으로 진행되어짐을 특징으로 하는 구조물 구축방법.
  2. 제1항에서, 상기 거더(4)를 상기 센터 파일(3)에 거치시킬 때 잭(7,jack)을 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 구조물 구축방법.
  3. 제1항에서, 상기 고정판(6, embedded)으로 고정된 거더(4)와 또 다른 거더(4) 사이의 상기 CRS옹벽(2)에 띠장을 생략함으로 부족한 내력을 보강할 토압지지용 보강철근(24)을 더 배근하는 것을 특징으로 하는 구조물 구축방법.
  4. 제1항에서, 상기 CRS옹벽(2)에 고정판(6, embedded)으로 영구 구조물의 일부로 사용될 상기 거더(4)를 설치하여 상기 센터 파일(3)에 거치시킬 때 토압 등 하중에 지탱할 내력이 부족할 경우 가설 버팀대를 상기 CRS(2)에 추가로 더 설치하여 보강하는 것을 특징으로 하는 구조물 구축방법.
  5. 건축물이 설치될 곳의 경계선에 H형강(21) 또는 지하연속벽(Slurry wall)을 시공하고, 건축물의 기둥이 설치될 곳에는 센터파일(3)을 박아놓은 상태에서 하기의 단계별 굴토작업이 실시되어지며, 건축물의 최하부까지 최종 굴토가 수행 후 센터 파일(3)을 포함하는 층간구조체에 내화피복 또는 콘크리트 타설하고 슬래브를 설치하는 시공방법에 있어서,
    상기 굴토면을 소정깊이로 굴착하는 굴착단계;
    상기 굴토작업후 H형강(21)과 콘크리트옹벽(22)을 전단정착연결수단(23)으로 결합하여 일체화한 CRS옹벽(2) 또는 상기 지하연속벽에 고정판(6)을 설치하는 단계;
    상기 고정판(6)과 센터파일(3)에 영구 구조물의 일부로 사용될 거더(4)를 거치시켜 설치하는 거더 설치단계;
    상기 거더(4)와 센터파일(3)로 만들어지는 제1층에 슬래브 콘크리트를 타설하거나 데크플레이트 또는 PC판을 설치하여 제1층 바닥을 완성하는 단계;
    상기 제1층 바닥하부에서 제2단계 굴토작업을 실시하고, 상기 고정판(6)과 거더(4)를 설치하는 작업이 건축물의 최하부까지 반복되어 실시되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 구축방법.
  6. 청구항6는 삭제 되었습니다.
  7. 청구항7는 삭제 되었습니다.
  8. 제5항에서, 상기 거더(4)와 센터파일(3)로 만들어지는 제1층 바닥의 상부 방향으로 구조물 공사를 동시에 병행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 구축방법.
KR1019990000639A 1999-01-13 1999-01-13 가설 흙막이 벽용 철골 버팀대를 영구 구조물의 일부로 사용하는 KR100313720B1 (ko)

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