KR100313721B1 - 가설흙막이구조물을이용한합성지하옹벽설계방법및건축물지하옹벽공사방법 - Google Patents

가설흙막이구조물을이용한합성지하옹벽설계방법및건축물지하옹벽공사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축물의 지하 구조물을 설치하기 위한 지하 터파기 공사 때 임시 시설물로써 설치한 흙막이 벽을 건축 지하 옹벽의 일부로 활용하여 경제적으로 건축물 지하 부분의 옹벽을 구축하는 방법에 관한 것이다.
가설 흙막이 벽은 현장 상황에 따라 현장 타설 콘크리트 말뚝, 소일 시멘트월, 강재 시트 파일 등 다양하게 채택되며 이런 다양한 종류의 가설 흙막이 벽이 가진 구조성능을 활용한다.
그리고 본 발명은 터파기를 위한 가시설로 소일 네일링(soil nailing)공법으로 자연 및 인공사면을 보강한 경우 소일 네일링 처리한 가시설의 구조적 성능을 활용하여 구조체 옹벽의 두께를 줄일 수 있는 방법도 포함한다.
또한 본 발명은 가설 흙막이 벽의 구조 성능을 합성하여 건축옹벽을 구축하고, 합성된 건축옹벽의 전단마찰력을 강화시켜 구조체가 지하수위에 의한 부력을 부담할 수 있는 방법도 제공한다.
본 발명으로 건축물의 지하 구조물용 터파기를 위하여 임시로 설치하는 가설을 영구 시설물의 일부로 활용하는 방법을 제공하여 한번 사용하고 철거하거나 매립하여야 가설 흙막이 시설을 영구 구조물의 일부로 활용함으로서 한정된 자원을 효율적으로 사용하고 공사비를 절감할 수 있게 되었다.

Description

가설 흙막이 구조물을 이용한 합성 지하옹벽 설계방법 및 건축물 지하 옹벽 공사방법(Composite Retaining Wall Design & Construction Method)
본 발명은 건축물의 지하옹벽 구축방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 임시 시설물로서 설치한 흙막이 벽을 건축물 영구구조 부재의 일부로 활용하여 경제적으로 건축물 지하 부분의 옹벽을 구축하는 방법에 관한 것이다.
도심지에서는 한정된 토지를 효율적으로 활용하기 위하여 지하 굴착 심도가 깊어지고 있다. 지하 굴착할 때 인접 건물, 도로 등 기존 시설물을 파손하지 않기 위하여 흙막이 벽의 설치가 요구된다. 흙막이 벽을 설치하기 위하여 많은 공사비가 소요되지만 흙막이 벽체는 단지 가설용 시설로 인식하고 설계, 시공되고 있다. 흙막이 벽체는 토압, 수압, 상재 하중 등을 단지 건물 구조체가 완성될 때까지만 견딜 수 있으면 되고, 건물 구조체가 완성되면 그대로 사장하거나 극히 일부 공사 현장의 경우 해체, 철거하여 건물 지하 옹벽 구조체와는 전혀 별개의 구조체로 취급되고 있는 실정이다. 건물 구조체의 지하 옹벽과 같은 기능을 할 수 있는 데도 가설 흙막이와 건물 지하 옹벽을 따로 따로 설계, 시공함으로 낭비 요소를 안고 있다. 그리고 가설 흙막이의 설계 및 시공과정에서도 가장 경제적으로 설계해야 할 강박감을 갖게 되어 상대적으로 안전율이 부족할 우려가 많아 예기치 못한 하중에 대하여 붕괴 등 안전사고가 발생할 가능성도 높았다.
지하에 구조물을 설치할 터파기를 하기 위하여 사용하는 가설 흙막이 벽은 여러 종류가 있다. 지하 터파기를 위하여 채택하는 흙막이 벽은 H형재 말뚝을 박고 H 형재 말뚝 사이에 토류판을 끼우는 방법, 소일 시멘트 월(Soil Cement Wall, SCW)공법, 현장타설 콘크리트 말뚝(Cast-in-place concrete pile, CIP)공법, 그리고 소일 네일링공법 등이 있다. 이들 공법은 토압, 수압 등 외력을 견딜 수 있도록 지중에 벽체를 형성한 후 내부에서 버팀대(strut)로 지지하거나 어스앵커(earth anchor)로서 당기거나 원지반을 천공하여 소일 네일(soil nail)로 보강한다. 버팀대나 어스앵커의 축력은 시간이 지날수록 재료의 피로현상이 발생하여 구조적 결함이 발생할 수 있기 때문에 가시설로 분류한다. 그러나 땅속에 박혀있는 H형재, SCW, CIP, 소일 네일링 벽 등은 건축물의 외곽 옹벽과 결합하여 영구 구조물의 일부로 재활용할 수 있는데도 매립, 사장해 버리는 실정이었다.
가시설로서 흙막이 벽을 설치할 때는 지하 옹벽을 구축하기 위한 작업공간이 필요하므로 흙막이 벽 선이 작업공간을 확보할 만큼 외곽 쪽으로 후퇴해야 하고 후퇴한 선 만큼 터파기 량이 많아지고 되메우기 량 역시 많아지는 낭비요소도 있었다. 소일 네일링의 경우 이론상 소일 네일링 처리한 후에는 주변 흙은 전단강도가 향상되어 자립할 수 있어 더 이상 토압을 구조체에 미치지 앉는데도 토압이 미치는 것으로 가정하고 옹벽을 설계하는 모순점을 안고 있었다.
종래의 가설 흙막이 공법에서 안고 있는 문제점을 해결하기 위하여 발명자는 임시로 설치하여 일정 기간이 지난 뒤 해체하거나 매립해 버리는 가설 흙막이 벽체를 지하 구조물 옹벽의 일부로서 영구히 활용할 수 있는 지하옹벽 구축 방법을 개발하게 되었다.
본 발명의 목적은 건축물의 지하 구조물용 터파기를 위하여 임시로 설치하는 가설 흙막이 벽체를 영구 시설물의 일부로 활용하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 한번 사용하고 매립, 사장하여야 가설 흙막이 벽을 영구 구조물의 일부로 활용함으로서 한정된 자원을 효율적으로 사용하고 공사비를 절감하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 건축물의 지하 부분을 설치하기 위한 터파기 량과 되메우기 량을 줄일 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
제1도는 종래 지하옹벽을 구축하는 방법을 보인 평단면도와 입면도이다.
제2도는 본 발명의 지하옹벽 구축방법의 개념을 보인 평면도와 단면도이다.
제3도는 가설 흙막이 벽과 지하옹벽을 일체화시키기 위하여 사용하는 정착전달연결수단으로서 전단연결재의 예이다.
제4도는 H형재를 엄지말뚝으로 사용하고 토류판을 끼운 가설 흙막이 시설을 영구시설로 활용한 구체예이다.
제5도는 본 발명의 철근 배근 개념도이다.
제6도는 제5도에서 유효 폭 구간의 철근 배근 개념도이다.
제7도는 소일 시멘트 월(SCW)을 가설 흙막이로 설치하는 경우 이를 영구 구조물로 활용하는 구체예이다.
제8도는 현장타설 콘크리트 말뚝 (Cast-in-place concrete pile, CIP) 가설 흙막이 벽을 영구 구조물로 활용하는 것을 보이는 구체예이다.
제9도는 현장타설 콘크리트 말뚝 가설 흙막이 벽에서 H형재를 보강한 흙막이 벽을 영구 구조물로 활용하는 것을 보이는 구체예이다.
제10도는 제6도에서 터파기 깊이가 깊어 질 경우의 구체예이다.
제11도는 제10도의 변형예이다.
제12도는 제10도 또는 제11도의 평단면도의 예이다.
제13도는 옹벽에서 발생하는 사인장 파괴에 대응하기 위한 보강철근을 배치하는 개요도이다.
제14도는 제10도 또는 제11도에서 형강을 설치하는 방법을 나타낸 도면이다.
제15도는 본 발명에서 정착전단연결수단을 생략한 경우의 구체예이다.
제16도는 지반의 상황 및 흙막이의 종류에 따라 H형재의 간격이 달라질 경우 배근도의 개념을 나타낸 도면이다.
제17도는 H형재의 상부와 지하층 중 최상층 슬래브와 접합상세를 나타낸 도면이다.
제18도는 H형재의 하부와 기초 매트의 접합상세를 나타낸 도면이다.
제19도는 소일 네일링 시공 후, 옹벽 시공전의 상황도이다.
제20도는 소일 네일링을 옹벽과 합성구조로 처리한 구체예이다.
제21도에서 제24도는 소일 네일링을 옹벽과 합성구조로 처리하기 위한 구조 해석 개념도이다.
제25도는 소일 네일링을 옹벽과 합성구조로 처리한 경우 배근 입면도이다.
제26도는 종래 건축물이 받는 부력을 계산하는 개념도이다.
제27도는 본 발명에서 건축물이 부상하는 것을 방지하는 방법을 보인 구체예이다.
제28도는 제27도에서 옹벽의 평단면 상세도이다.
* 도면의 주요부호에 대한 부호의 설명
1 : 지반 2 : 지하 옹벽
3a, 3b : 수직철근 4a,4b : 수평 철근
4c : 사인장 보강철근 4d : 토류판 역할 보강근
5 : 하중(토압+수압) 6 : 지지점
7 : 모멘트 곡선 11 : 정착전단연결수단
11a,11b : 형강제 보강수단 12 : 연결 보강재
20 : 가설 흙막이 벽 21 : H형재
22 : 소일 시멘트 월(SCW)
23 : 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽
24 : H형재 보강 현장 콘크리트 말뚝 흙막이 벽
26 : LW 차수벽 27 : 보강철근
41 : 최상층 슬래브 42 : 최하층 슬래브 또는 기초 매트
51 : 소일 네일 52, 52a : 정착판
53 : 숏크리트면 61 : 탄성 지지점
71 : 활동(滑動) 지지점 72 : 마찰용 스터드 볼트
73 : 마찰 수단 74 : 정착장치
제1도는 종래 지하옹벽을 구축하는 방법을 보인 평단면도(a)와 배근 입면도(b)이다.
건물의 지하 터파기를 위하여 가설 흙막이 벽(도시하지 않음)을 설치하고 터파기 후 건조물의 지하옹벽(2)을 설치하고 지하옹벽 외부에 있는 가설 흙막이 벽을 철거하거나 땅속에 매립하고 지반(1)을 다져 완성한다.
종래의 방법대로 설계 및 공사할 경우 가설 흙막이 벽체는 단순히 지하 터파기를 위한 용도로만 사용되므로 지하 터파기가 완료된 뒤에는 그대로 매립하거나 철거해야 한다. 그러나 현실적으로 철거비용이 많이 들거나, 철거할 경우 주변 지반이 침하하여 인접 건물에 피해를 줄 수 있거나, 철거 작업이 어려운 곳이 많아 아예 땅속에 대립해 버리는 경우가 많아 아까운 자원을 땅속에 버리는 결과가 되었다.
지반(1)을 다진 다음에는 하중(5)이 직접 지하 옹벽(2)에 작용하므로 지하 옹벽은 하중을 견딜 수 있도록 구조설계가 되어야 한므로 하중의 크기에 따라 철근(3a, 3b, 4a, 4b)을 배치하는 방법으로 공사를 하였다.
제2도는 본 발명의 지하 옹벽 구축방법의 개념을 보인 평면도(a)와 그 단면도(b)이다.
본 발명은 가설 흙막이 벽(20)과 지하 옹벽(2)을 정착전단연결재(11)로서 결합시켜 일체 거동하도록 함으로서 강성을 키운 것이다(도면에서 가설 흙막이 벽(20)은 편의상 H형재를 도시하였다). 철거하거나 매립해야 할 가설 흙막이 벽을 지하 옹벽(2)과 일체화하여 영구 벽체로 활용하는 기본 개념으로 제시하였다.
제3도는 가설 흙막이 벽과 지하 옹벽을 연결하는 정착전단연결수단(11)으로서 전단연결재를 예시한 것이다.
전단연결재(shear connector)는 부재 단면에 생기는 전단 흐름과 토압전달과정에서 발생하는 사인장 균열에 저항하기 위한 것으로, 제3도에서는 대표적인 것으로서 스터드 볼트(stud bolt), ㄷ형강, 나선근을 예시하였다. 전단연결재는 반드시 예시한 형태에 한정되지 않는다. 즉 가설 흙막이 벽과 지하 옹벽을 일체로 결합시키는 수단, 예를 들면 접착제, 거친 면으로 만들어 결합을 강화시키기 위한 샌드 블라스팅(sand blasting), 전단 요철(shear key) 등도 정착전단연결수단으로 활용할 수 있다.
제4도는 멈지 말뚝으로 H형재(21)에 토류판을 끼워 가설 흙막이 벽을 형성한 흙막이 벽을 영구 구조물로 활용한 구체예이다.
H형재(21)에 정착전단연결수단(11)을 소정의 간격으로 고정시키고 내부쪽으로 지하 옹벽(2)을 형성시켜 일체화시킨 것이다. 이렇게 일체화시키면 H형재(21)가 있는 부분은 종래 방법으로 지하 옹벽(2)을 형성하게 되며, 이 경우에는 B×h1의 단면을 가진 단위 보로 해석되지만 정착전단연결수단(11)에 의해 일체화되면 B×h의 단면을 가진 단위 보로 해석된다. 따라서 단면 2차 모멘트는 [h/h1]3즉 [1+h2/h1]3만큼 커지므로 하중에 대한 저항 능력이 커진다.
한편 H형재(21)가 있는 곳에는 토압 및 수압에 의한 모멘트와 전단 저항 능력이 대단히 향상되므로 H형재(21)가 있는 곳의 슬래브로 지지되는 부분의 사이(즉 층과 층사이 부분) 실내측 쪽으로 수직 철근(3a)을 보강하여 보의 기능을 수행하고 H형재가 있는 곳과 다른 H형재가 있는 곳의 사이의 지하 옹벽(2)은 단지 하중을 받아 H형재(21)가 있는 곳으로 전달하는 기능만 하도록 설계할 수 있다. 이 경우 하중이 흐르는 방향을 살펴보면 지하 옹벽에 걸린 하중은 H형재가 있는 곳으로 흘러가(도면에서 화살표 참조) H형재가 있는 곳의 단면이 하중에 저항하게 된다. 따라서 제5도에 보인 바와 같이 H형재가 있는 곳의 슬래브로 지지되는 부분의 사이(즉 층과 층사이 부분)의 주 보강철근은 내부 쪽 수직 철근(3a)이고 H형재 있는 곳의 사이에 있는 지하옹벽(2)의 주철근은 내부 쪽 수평철근(4a)이다. H형재 있는 곳의 사이에 있는 지하옹벽(2)의 수직철근은 더 이상 필요하지 않으므로 최소 철근비 정도만 보강하면 된다. 또한 옹벽 내부 쪽 슬래브로 지지되는 부분의 수직철근은 더 이상 필요하지 않게 된다.
제6도는 제5도의 B-B 단면으로 H형재 있는 곳의 단면의 철근 배근 개념도이다.
가설 흙막이 벽(여기서는 H형재+토류판으로 된 것을 도시하였다)과 지하 옹벽(2)이 일체로 되어 지하 구조물의 슬래브로 지지된 연속보로 이해할 수 있다. 지지점(6)에서는 H형재에 부모멘트가 생기고 이 부모멘트는 H형재가 부담한다. 지지점(6) 사이 중간 부분에는 정모멘트가 생기고 이 정모멘트는 수직 철근(3a)을 배근하여 견디도록 한다. 수직 철근(3a)은 정모멘트에 견디면 되므로 반드시 연속될 필요는 없다. 따라서 일정 규격으로 외부에서 제작하여 조립하는 방식으로 공사하면 공기 단축과 품질의 향상을 기대할 수 있다. 도면에서 전단응력도는 도시하지 않았지만 지지점 부근에서 전단 응력도가 최대가 되고 지지점 사이 중간 부분에서 최소가 되므로 정착전단연결수단(11)은 지지점(6) 부근에서 촘촘히 배치하고 지지점(6) 사이 중간 부분으로 갈수록 성기게 배치한다. 그러나 H형재가 대부분의 전단을 담당하게 되므로 전단 배근은 생략하는 경우가 일반적일 것이다.
본 발명에서는 정착전단연결수단(11)에 의해 지하 옹벽과 일체가 된 H형강(21)이 제1도의 종래 지하 옹벽에서 주근으로 인식되는 수직철근(3b)을 대신하여 설치되기 때문에 제1도의 철근(3b)은 더 이상 필요하지 않게 된다. 또한 같은 이유로 수평철근도 더 이상 필요없게 된다. 따라서 본 발명의 경우 토압측 철근 배근은 제4도의 일부 수평철근(4a)의 일부를 제외하고는 전혀 필요없다. 따라서 최소 철근비 정도만 보강할 수 있고 또는 용접철망과 같이 기성제품을 재단하여 사용하면 편리하다. 즉 프리패브화(prefabrication)가 가능하다.
제7도는 소일 시멘트 월 가설 흙막이 벽(22)을 설치한 경우를 보인 구체예이다. 소일 시멘트 월은 흙에 시멘트를 혼합하여 주열식으로 형성하여 흙막이 벽을 만드는 방법이다. 벽의 강성을 높이기 위하여 소정 간격으로 H형재를 넣는다.
전반적인 작용과 구성은 제4도 H형재+토류판 흙막이 벽과 유사하다.
본 발명의 방법은 소일 시멘트 주열이 1열로 된 것(제7a도), 제1열 뒤쪽에 소일 시멘트 월을 1열 더 보강하여 2열로 된 것(제7b도), 또는 제1열 뒤쪽에 소일 시멘트 월을 2열 더 보강하여 3열(제7c도) 어느 경우든 적용된다.
제8도는 가설 흙막이 벽으로 현장 타설 콘크리트 말뚝(cast-in-place concrete pile)을 사용한 경우를 나타낸 구체예이다. 현장 타설 콘크리트(CIP) 콘크리트 말뚝은 소요 위치에 구멍을 뚫고 구멍 속에 보강철근(27)을 넣어 형성한 말뚝이다. 이 말뚝을 주열식으로 형성하면 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽(23)으로 된다. 이 말뚝의 보강 철근(27)에 정착전단연결재를 고정하여 지하옹벽(2)과 일체화시킨다. 현장타설 콘크리트 말뚝 뒤쪽에는 차수를 위하여 물 유리를 주입한 LW 차수벽(26)을 시공할 수 있다.
본 발명의 방법은 보강 철근(27)을 및은 현장타설 콘크피트 말뚝 흙막이 벽 주열이 1열로 된 것(제8a도), 제1열 뒤쪽에 무근 또는 보강 철근을 넣은 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽 1열 더 보강하여 2열로 된 것(제8b도), 또는 제1열 뒤쪽에 무근 또는 보강 철근을 넣은 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽 1열을 더 보강하여 3열(제8c도)인 것 어느 경우든 적용된다.
제9도는 제8도에서 현장 타설 콘크리트 말뚝에 보강 철근(27)과 H형재를 소정 간격으로 보강한 H형재 보강 현장 콘크리트 말뚝 흙막이 벽(24)인 경우의 구체예다.
본 발명의 방법은 H형재로 보강한 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽 주열이 1열로 된 것(제9a도), 제1열 뒤쪽에 무근 또는 보강 철근을 넣은 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽 1열 더 보강하여 2열로 된 것(제9b도), 또는 제1열 뒤쪽에 무근 또는 보강 철근을 넣은 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽 1열 더 보강하여 3열(제9c도) 어느 경우든 적용된다.
제4도를 참조하여 본 발명의 공사방법을 설명한다.
건축물의 외곽선을 감안하여 가설흙막이 벽을 설치할 위치를 결정하여 오거 드릴 등 토공장비로 구멍을 뚫어 H형재(21)를 박고 토류판을 설치하여 가설 흙막이 벽을 설치하고 터파기한다. 터파기가 완료되면 H형재(21)에 정착전단연결수단(11)을 소정의 간격으로 설치한다. 지하 옹벽 부분에는 보강 철근을 배치한다. 즉 지하 옹벽(2) 부분 중 H형재(21) 부분에 주 수직 철근(3a)을 배근하고, 지하 옹벽(2) 부분 중 H형재(21) 사이 부분에는 수평 철근(4a)을 배근한다.
지하 옹벽(2)의 내부 쪽에 형틀을 설치하고, 콘크리트를 타설하여 양생한다.
종래의 방법과 비교해 볼 때 종래에는 가설 흙막이 벽을 설치하고 지하 옹벽을 별도로 설치해야 하기 때문에 지하 옹벽을 설치할 작업공간이 더 필요하므로 가설 흙막이 벽체가 더 외부 쪽에 위치해야 한다. 따라서 터파기해야 할 용적이 커지고 해당 공간에 되메우기 해야 할 토량이 많아져 발생할 공사비를 절감할 수 있는 요인이 되기도 한다.
제7도를 참조하여 본 발명의 다른 구체예의 공사방법을 설명한다.
건축물의 외곽선을 감안하여 가설흙막이 벽을 설치할 위치를 결정하여 오거 드릴 등 토공장비로 구멍을 뚫어 H형재를 박고 소일 시멘트 월(22)을 가설 흙막이 벽으로 형성하고 터파기한다. 터파기가 완료되면 소일 시멘트 월(22)의 H형재 주변을 파취하여 정착전단연결수단(11)을 소정의 간격으로 설치한다. 지하 옹벽(2) 부분에는 보강 철근을 배근한다. 즉 지하 옹벽(2) 부분 중 H형재 부분에 주 수직 철근(3a)을 배근하고, 지하 옹벽(2) 부분 중 H형재 사이 부분에는 수평 철근(4a)을 배근한다.
지하 옹벽(2)의 내부 쪽에 형틀을 설치하고, 콘크리트를 타설하여 양생한다. 지하 옹벽(2) 부분 중 H형재 사이 부분에는 필요에 따라 구멍을 뚫고 다우월 바(dowel bar)를 박아 지하 옹벽(2) 부분 중 H형재 사이 부분에서도 소일 시멘트 월(22)과 일체화 시켜 더욱 구조성능을 높일 수 있다.
제8도를 참조하여 본 발명의 또 다른 구체예의 공사방법을 설명한다.
건축물의 외곽선을 감안하여 가설흙막이 벽을 설치할 위치를 결정하여 오거 드릴 등 토공장비로 구멍을 뚫어 보강 철근(27)을 넣고 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽(23)을 형성하고 터파기한다. 터파기가 완료되면 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽(23)의 보강 철근(27) 주변을 파취하여 보강 철근(27)에 정착전단연결수단(11)을 소정의 간격으로 설치한다. 지하 옹벽(2) 부분에 수직 철근(3a)과 수평 철근(4a)을 배근한다.
지하 옹벽(2)의 내부 쪽에 형틀을 설치하고, 콘크리트를 타설하여 양생한다. 경우에 따라 현장 타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽(23)에 구명을 뚫고 다우월 바(dowel bar)를 박아 지하 옹벽(2)과 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽(23)을 일체화시킬 수 있다.
제9도를 참조하여 본 발명의 또 다른 구체예의 공사방법을 설명한다.
건축물의 외곽선을 감안하여 가설흙막이 벽을 설치할 위치를 결정하여 오거 드릴 등 토공장비로 구멍을 뚫어 소정의 간격으로 H형재를 넣고 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽(24)을 형성하고 터파기한다. 터파기가 완료되면 현장타설 H형재 보강 현장 콘크리트 말뚝 흙막이 벽(24)의 H형재 주변을 파취하여 H형재에 정착전단연결수단(11)을 소정의 간격으로 설치한다. 지하 옹벽(2) 부분에 수직 철근(3a)과 수평 철근(4a)을 배근한다.
지하 옹벽(2)의 내부 쪽에 형틀을 설치하고, 콘크리트를 타설하여 양생한다. 경우에 따라 철근이 보강된 부분의 현장 콘크리트 말뚝 흙막이 벽에 구멍을 뚫고 다우월 바(dowel bar)를 박아 지하 옹벽(2)과 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽을 일체화시킬 수 있다.
이상에서 설명한 방법 외에 도면으로 표시하지 않았지만 강재 시트 파일(steel sheet pile)을 가설 흙막이 벽으로 사용한 경우에도 강재 시트 파일을 영구 구조물의 일부로 활용할 수 있다. 공사 방법은 건축물의 외곽선을 감안하여 가설흙막이 벽을 설치할 위치를 결정하여 강재 시트 파일을 항타하여 가설 시트 파일 흙막이 벽을 형성하고, 상기 가설 시트 파일 흙막이 벽 내부를 터파기하고, 상기 가설 시트 파일에 정착전단연결수단(11)을 설치하고, 지하 옹벽(2) 부분에 수직 철근(3a)과 수평 철근(4a)을 배근하고, 상기 지하 옹벽(2)의 내부 쪽에 형틀을 설치하고, 콘크리트를 타설하여 양생하여 공사한다.
제10도는 제6도에서 터파기 깊이가 깊어 토압 및 수압이 커질 경우의 구체예이다.
제10a도를 참조하며 설명한다. 터파기 깊이가 깊어 질 경우에는 옹벽과 전단정착연결수단으로 합성되는 H형재만으로는 내력이 부족할 수가 있다. 대개 지하 4-5층 정도면 구조계산상 가시설에서 사용되는 H형재와 지하옹벽의 합성만으로는 부족한 것으로 보인다. 지하 4-5층 이하의 옹벽에는 H형재에 보강 형강제 보강수단(11a)을 용접하여 깊이에 따라 커지는 토압 및 수압에 견뎌야 한다. 이때 보강되는 형강제 보강수단은 옹벽 속으로 시공되므로 전단정착연결수단이 필요하지 않을 수도 있다. 그러나 완벽한 연결을 위해 제10도와 제11도에서는 형강재 위에 전단정착연결수단을 시공한 경우를 보여주고 있다. 보강용 형강재는 흙막이 벽속의 H형재에 용접 또는 볼트식으로 시공한다. 형강은 앵글, T형강, H형강 등이 사용되고 응력에 대응(모멘트가 크게 걸리는 부분에 대응)하여 소정의 길이로 절단하여 사용한다. 일부 형강제 보강수단(11a)의 옹벽 쪽에는 스터드 볼트와 같은 전단정착연결수단을 설치하면 결합력을 더 높일 수 있다.
제10b도와 같이 H형재를 시공할 때 시공오차, 지반의 상황에 의해 H형재가 기울어지게 시공되는 경우가 발생한다. 이 경우라도 합성구조의 설계와 시공방법에는 변함이 없다. H형재가 기울어지게 시공된 경우 옹벽의 두께가 증가하여 안전 쪽의 합성구조가 된다. H형재가 안쪽으로 기울어지는 경우는 재시공하는 과정을 거치므로 합성구조의 성능이 저하되는 경우는 생기지 않는다.
제11도는 제10도의 변형예이다.
제10도에서는 모멘트에 대항하는 형강재를 필요한 위치에만 시공하는 경우지만 형강제 보강재를 가공하고 시공하는 편의를 위하여 일정 깊이 이하에서는 형강을 연속하여 H형재(21)에 보강 설치한다. 연속 형강제 보강수단(11b)은 응력의 크기에 대응하여 치수와 소요 길이가 계산된다.
제12도는 제10도 또는 제11도의 평단면도의 예이다.
제12a도를 참조하며 설명한다. 건축 옹벽의 두께를 줄일 수 있는 이론적인 설명은 제4도에서 설명한 바와 같다. 즉 H형재와 옹벽이 형강제 보강수단 들(11a, 11b)로 보강되어 합성보로서 거동하고, 단면2차모멘트는 H형재와 보강된 형강재만큼 더 커지므로 하중에 대한 저항능력이 향상된다.
H형재(21)가 있는 곳에는 저항 능력이 대단히 향상되므로 H형재(21)가 있는 곳의 실내측의 슬래브로 지지되는 부분의 사이(즉 층과 층사이 부분)에 수직 철근(3a)을 보강하여 보의 기능을 수행하고 H형재가 있는 곳과 다른 H형재(21)가 있는 곳의 사이의 지하 옹벽(2)은 단지 하중을 받아 H형재(21)가 있는 곳으로 전달하는 기능만 하도록 설계할 수 있다.
옹벽을 보강하는 수직철근은 옹벽이 부담해야 할 응력이 큰 경우 철근을 2중으로 배치하거나 철근 지름이 큰 것을 사용해야 한다. 이 경우 철근을 배근하는 대신에 제12도에 도시한 바와 같이 형강류(태널, 앵글, H형강 등)로 보강할 수 있다.
구조적으로 효율적인 단면을 가진 형강류를 사용하여 철근을 대치할 수 있다. 고성능의 형강류로 대치하며, 철근의 배근량이 많아 콘크리트가 제대로 채워지지 않는 등 시공성을 개선할 수 있게 된다.
형강제 보강수단(11a, 11b)에는 전단정착연결수단(11)를 구조해석에 의해 더 설치할 수 있다. 전단정착연결수단(11)을 설치하는 위치는 제12a도와 같이 형강제 보강수단(11a, 11b)의 정면, 제12b도와 제12c도와 같이 측면 또는 정면과 측면에 더 설치할 수 있다.
옹벽의 배근 방법도 구조해석에 의해 수직철근(3a, 3b)를 먼저 배치하고 최소 철근을 배근하는 방법(제12a도와 제12b도) 또는 최소 철근을 먼저 배치하고 모자라는 부분을 더 보강 배치하는 방법(제12c도) 중 한 쪽을 택할 수 있다. 제12c도에서 보이는 것처름 또한 최소 수령철근은 건조 수축 등을 방지하기 위하여 균등하게 배근해도 좋다.
제13도는 옹벽에서 발생하는 사인장 파괴에 대응하기 위할 보강철근을 배치하는 개요도이다.
제10도와 제11도에서와 같이 지하 깊이가 깊어지는 경우 구조적 성능이 큰 형강류를 사응하여 보강하게 되는데 이때 토압의 전달과정에서 발생하는 인장력에 의한 사인장 파괴가 일어 날 수 있다. 콘크리트의 인장응력으로 사인장 파괴에 견디지 못할 경우 사인장 파괴에 대응하기 위하여 형강제 보강수단(11a, 11b) 가까이 부분적으로 사인장 보강철근(4c)으로서 보강한다.
제14도는 제10도 또는 제11도에서 형강제 보강수단(11a, 11b)을 H형재에 설치하는 방법을 나타낸 그림이다.
형강제 보강수단(11a, 11b)은 H형재(21)에 앵글이나 띠철판을 고정용 안내 철물을 미리 용접하고, 안내철물 사이에 형강제 보강수단(11a, 11b)을 볼트 조임하는 방법(제14a도), H형재(21)에 직접 용접하는 방법으로 설치할 수 있다(제14b도).
제15도는 본 발명에서 전단연결수단을 생략한 경우의 구체예이다.
가시설 흙막이 벽의 H형재를 콘크리트 옹벽 속에 일부를 시공하여 옹벽을 합성시켜 구조내력이 충분한 경우에는 굳이 정착전단연결수단을 설치하지 않아도 된다. 이 경우 흙막이 벽을 설치할 때 H형재에 미리 토류판을 낄 수 있는 토류판 설치용 안내철물을 설치해 두고 토류판을 설치하고, 내부에 H형재 일부분과 함께 옹벽을 설치하는 방법을 채택할 수 있다. 이 경우에 H형재의 플랜지 중 하나는 옹벽 속에 매입되어 H형재와 옹벽이 일체가 되어 합성 거동하게 된다. 옹벽의 배근설계 및 배근 방법은 다른 구체예와 유사하다.
제16도는 지반의 상황에 따라 H형재의 간격이 달라 질 경우 배근도의 개념을 나타낸 도면이다.
제4도, 제5도, 제7도, 제8도, 제9도, 제12도, 제13도, 제15도에서 H형재의 간격이 제법 넓을 경우(예를 들면 제16a도와 같이 1.8미터 정도인 경우)에는 합성보 구간과 토류판 구간의 배근도가 확연히 차이가 있다. 그러나 제16b도와 같이 H형재의 간격이 좁은 경우에는 토류판 구간이 축소되거나 아예 합성보 구간이 거의 인접하게 되어 비록 가시설 흙막이 벽의 구조성능을 이용하여 설계를 하였더라도 외면상 일반 옹벽 설계방법으로 설계한 옹벽과 구분이 안되는 경우도 생긴다. 그러나 본 발명의 방법을 사용하였는지 아닌지는 구조설계도서에서 옹벽의 두께, 배근량 등을 면밀히 검토하면 알 수 있을 것이다.
제17도는 H형재의 상부와 지하층 중 최상층 슬래브와 접합하는 방법의 구체예이다. 제18도는 H형재의 하부와 기초 매트를 접합하는 방법의 구체예이다.
H형재의 상부와 하부는 건축구조체와 일체로 결합되어야 합성구조로서 기능을 할 수 있다. H형재의 상부와 하부는 구조체와 일체로 거동할 수 있는 방법으로 결합되면 충분하고, 스터드 볼트(제17a도, 제18a도) 또는 형강재(제17b도, 제18b도)와 같은 상하부 결합수단(12)으로 결합된다.
H형재를 지중에 관입시킬 때에는 수직도가 통상 1/200이 되도록 유지하고 관리한다. H형재의 연결은 영구구조물 활용기준에 의거하고, 형강재 보강수단과 H형재를 용접할 때에는 용접품질은 PT시험 등으로 확인한다.
제10도와 제11도의 구체예는 가설 흙막이 벽의 구축형식이 달라지는 경우, 예를 들면 제7도에서 제9도에서 보인 소일 시멘트 월, 현장 타설 콘크리트 말뚝 주열벽 등에도 적용할 수 있음은 자명하다.
다음에는 H형재 말뚝을 박고 H형재 말뚝 사이에 토류판을 끼우는 방법, 소일 시멘트 월(Soil Cement Wall, SCW)공법 , 현장타설 콘크리트 말뚝(Cast-in-place concrete pile, CIP)공법에서 사용된 흙막이의 구조성능을 이용하여 합성 옹벽을 설계하는 과정을 설명한다.
우선 지반에서 건축옹벽에 하중을 가하게 될 하중의 크기를 계산한다. 즉 지반의 성질, 즉 흙의 점착력과 마찰각을 파악하여 토압의 크기를 계산하고, 지하 수 위를 예측하여 수압을 계산하고, 지반 위에 실리게 될 상재하중 등 옹벽에 걸리는 모든 하중요소를 계산한다.
건축 구조물에서 발생하는 하중을 계산한다. 즉 건물의 구조체에 의한 고정 하중, 건물에 실리는 적재하중, 풍하중, 지진하중 등 제반 하중요소에 의해 옹벽이 부담해야 하는 하중을 계산한다.
지반에서 옹벽에 작용하는 하중과 건축구조물에 발생하여 옹벽이 부담해야 하는 하중을 계산하며 건축옹벽이 견뎌야 할 응력을 계산한다.
이미 설치된 가설 흙막이 벽의 설계내용 즉 가설 흙막이 벽의 종류, H형강의 간격 및 크기 등을 파악한다.
상기 하중에 대하여 가설 흙막이 벽과 건축옹벽의 합성구조가 견뎌야 할 응력을 계산하여 전단정착연결수단(예를 들면 스터드 볼트)만으로 합성이 가능할 것인지 아니면 형강제 보강수단을 사용하여야 할 것인지를 결정한다.
첫째, 전단정착연결수단, 즉 스터드 볼트만으로 가능한 경우의 설계순서는 다음과 같다.
슬래브에 의해 지지되는 부분의 설계는, 스터드 볼트로 연결된 H형재와 옹벽의 중립축을 산정하여, H형재와 옹벽의 합성구조에서 H형재에 발생하는 최대 인장 응력과 합성구조에서 옹벽의 콘크리트에서 발생하는 최대 압축음력 및 수평 전단력을 산정하여 전단정착연결수단의 종류와 설치 개수를 결정한다.
슬래브로 지지되는 부분의 사이(층과 층 사이 부분)의 설계는, 스터드 볼트로 연결된 H형재와 옹벽의 중립축을 산정하여, H형재와 옹벽의 합성구조에서 H형재에 발생하는 최대 압축응력을 구한다. 이때 합성구조에서 옹벽의 콘크리트에는 인장응력이 발생하므로 소정의 모멘트에 저항하기 위한 수직철근을 계산한다.
지반 하중의 전달과정에서 발생하는 인장력에 의한 전단정착연결수단 및 사인장 파괴 방지용 철근을 설계한다.
옹벽단면에서 건물 쪽 층과 층사이 부분의 수직철근을 산정한다. 따라서 층과 층 사이 부분에서는 종래 합성보 이론과는 반대로 H형재가 압축력을 받고, 철근이 인장력을 받게 된다.
다음은 토류판 역할을 하는 옹벽 부분의 주철근을 산정한다.
응력 계산에 의해 철근의 사용량이 감소한 부분에는 최소 철근량과 비교하여 최소 철근량보다 적게 설계된 부분에는 최소 철근량으로 설계한다. 또한 응력 계산상 철근을 생략해도 되는 부분에도 최소 철근량으로 설계한다.
둘째, 깊이가 깊어져 지하 옹벽과 전단정착연결수단인 스터드 볼트로 연결된 H형재의 합성구조만으로는 응력이 부족하여 부분적으로 형강제 보강수단으로 구조 내력을 보강해야 할 경우의 설계순서는 다음과 같다.
형강제 보강수단으로 보강된 H형재와 지하 옹벽의 합성구조의 중립축을 산정한다.
슬래브에 의해 지지되는 부분의 설계는, 합성구조에서 형강제 보강수단으로 보강된 H형재에서 발생하는 최대 인장 응력을 산정하고, 합성구조에서 옹벽의 콘크리트에서 발생하는 최대 압축응력을 산정하고, 수평 전단력을 산정하여 전단연결재의 종류와 설치 개수를 결정한다.
슬래브로 지지되는 부분의 사이(층과 층 사이 부분)의 설계는, 형강제 보강수단으로 보강된 H형재와 지하 옹벽의 합성구조의 중립축을 산정하여 형강제 보강수단으로 보강된 H형재에 발생하는 최대 압축 응력을 구한다. 이때 합성구조에서 옹벽의 콘크리트에는 인장응력이 발생하므로 소정의 모멘트에 저항하기 위한 수직철근을 계산하여야 한다. 즉 옹벽단면에서 건물 쪽 부분의 층과 층 사이 부분의 수직철근을 산정한다. 따라서 층과 층 중간부분에서는 종래의 합성보 이론과는 반대로 H형재가 압축력을 받고, 철근이 인장력을 받게 된다.
지반하중의 전달과정에서 발생하는 인장력에 의한 전단정착연결수단 및 사인장 파괴를 방지하기 위한 사인장 보강철근을 설계한다. 그리고 응력 계산에 의해 철근의 사용량이 감소한 부분에는 최소 철근량과 비교하여 최소 철근량보다 적게 설계된 부분에는 최소 철근량으로 설계하고, 철근이 생략되는 부분에도 최소 철근량으로 설계한다.
형강제 보강수단이 설치된 곳의 사인장 파괴를 방지하기 위하여 사인장력의 크기 산정과 이에 대응하는 사인장 철근을 설계하고, 마지막으로 형강제 보강수단과 H형재의 접합을 위한 설계(용접 또는 볼트식 접합법)에 들어간다.
상기 설계방법은 가시설 흙막이 벽이 이미 설계 설치된 경우를 상정하여 기술하였지만 설계단계에 있는 건축물의 경우에 본 발명의 설계방법을 적용하는 더욱 효율적인 효과가 기대된다.
제19도는 소일 네일링 시공 후, 옹벽 시공전의 상황도이다.
소일 네일링 공법은 1972년 프랑스에서 출발하여 유럽에서 활성화 및 널리 보급되기 시작하였고, 미국에서 기술발전을 거쳐 일본과 한국에 도입되었다. 소일 네일링 공법은 굴착 즉시 응력해방에 따라 중력작용에 의해 발생되는 초기 변위량 및 국부적 붕락량을 최소화하기 위해 굴착표면 보호용으로 숏크리트를 타설한 후 시간의 흐름에 따른 진행성 파괴 및 크리이프(creep) 발생을 최소화하도록 원지반에 소일 네일(soil nail)로 보강하여 원지반의 전단강도를 향상시킴으로서 자립할 수 있도록 시공한다. 즉 소일 네일이라 불리는 보강재를 좁은 간격으로 삽입하여 전체적인 전단강도를 증대시켜 기존 지반을 보강하여 지반이 자립할 수 있도록 처리하는 공법이다.
지반이 자립할 수 있도록 소일 네일로 보강되고, 보강한 소일 네일은 잔존 구조내력을 갖고 있음에도 토압과 수압 등 하중이 모두 작용하는 것으로 가정하여 설계하고 시공하는 종래의 지하 건축옹벽 구축방식에는 모순점을 갖고 있다.
본 발명은 소일 네일링 공법을 채택한 경우 소일 네일의 잔존 구조내력을 이용하여 건축옹벽을 설계하고 구축하는 방법에 관한 것이다.
소일 네일링 공법의 시공 순서는 지반(1)을 1단계 굴착하고, 연직 굴착면에 1차 숏크리트를 타설한다. 숏크리트 면에 천공하고 소일 네일(51)을 삽입하고 와이어 메쉬 보강재를 설치하고 네일에는 정착판(52)을 끼운다. 와이어 메쉬 면에 2차 숏크리트를 타설하고 2단계 굴착하여 첫 사이클로 되돌아간다.
제20도는 소일 네일링을 옹벽과 합성구조로 처리한 구체예이다.
정착판(52)으로 숏크리트(53)에 고정된 소일 네일(51)의 연장선 끝에 장착판(52a)을 추가로 끼워 건축물의 옹벽(2)에 합성될 수 있도록 하고, 합성된 구조로 보고 계산한 결과에 따라 수직철근(3a, 3b)과 수평철근(4a, 4b)을 배근한다. 소일 네일의 내력을 이용함으로서 옹벽의 두께는 종래의 방법에 비해 훨씬 줄어든다.
제21도에서 제24도는 소일 네일링을 옹벽과 합성구조로 처리하기 위한 구조 해석 개념도이다. 제21도에서 제24도를 참조하며 소일 네일링 공법을 채택한 경우 건축옹벽을 설계하는 방법은 다음과 같다.
제21도 및 제22도와 같이 소일 네일이 정착판(51a)에 의해 옹벽(2)에서 지지되는 지지점을 결정한다.
지지점이 결정되면 지지점 강성을 탄성지지점으로 치환하여 모델링하여 2차원 및 3차원 구조해석(제23도 및 제24도)을 수행한다. 구조해석 수행결과를 바탕으로 경제적인 옹벽 두께를 결정하고 정모멘트와 부모멘트가 발생하는 위치와 그 크기에 따라 철근 배근 설계한다.
제25도는 위와 같은 설계과정을 거쳐 소일 네일을 옹벽과 합성구조로 처리한 경우 배근도의 예이다. 본 배근예에는 통상의 옹벽과 같이 내외부 수직철근(3a, 3b)과 내외부 수평철근(4a, 4b)이 설계되지만 철근량은 통상의 옹벽설계에 비해 현저히 감소되고, 옹벽의 두께도 훨씬 감소된다. 그리고 옹벽과 소일 네일링 벽의 합성은 소일 네일의 전단응렬에 의해 이루어진다.
제26도부터 제28도까지는 가설 흙막이 벽과 건축옹벽의 합성구조를 사용하여 건축물이 부력을 받아 떠오르는 것을 방지하는 방법을 설명하는 도면이다.
건축물이 지하에 설치되는 경우 지하수 또는 다른 유체의 부력을 받아 지반에 정착하지 못하고 떠오르는 것을 막을 대책을 강구해야 한다. 종래에는 건축물의 자중과 지하수위에 의한 부력을 계산하여 부력이 자중보다 크다면 차이에 해당하는 힘을 해소시키기 위하여 지하 기초의 두께를 늘이거나 기초에 록 앵커(rock anchor)를 박아 당김으로서 부력을 해소하고 있다. 그러나 기초 매트의 두께를 늘이거나 록 앵커를 설치하는 방법은 비용, 공기가 많이 소요되는 문제점이 있었다.
종래 건물의 부력을 계산하는 개념은 건축물의 지하는 흙에 묻혀 있어 흙과 구조물 사이에는 흙에 의한 마찰력이 발생하여 부상력에 저항하는 역방향의 힘이 작용하고 있는데도 이를 무시하고 제26도와 같이 흙과 구조물 사이는 활동(滑動)지지점(71)으로 보고 부력에 대한 설계를 하고 있다.
구조물과 흙 사이에서 구조들과 흙의 마찰력을 강화시킬 수 있는 수단을 제공할 수 있다면 굳이 기초 두께를 늘이거나 록 앵커를 설치하지 않아도 부력문제를 해결할 수 있을 것이다. 이에 발명자는 구조물과 흙 사이에 마찰력을 강화시킬 수 있는 방법을 고안하게 되었다.
제27도에 따라 본 발명의 구조물 부상(浮上) 방지 방법을 설명한다.
본 발명에서 사용하는 부상 방지 장치는 마찰 수단(73)과 마찰 수단의 건물쪽 끝에 부착되는 정착수단(74)으로 구성된다. 마찰 수단(73)은 가설 흙막이 벽을 관통하여 지반(1)에 꽂히고 정착수단(74)은 구조물의 옹벽(2)의 중간에 매입된다. 마찰 수단(73)은 이형철근 토막, 원형철근 토막, 형강류 토막 등이 사용되고, 정착 수단은 마찰 수단(73)의 끝에 나사결합 또는 용접결합된 너트나 철판이 사용된다.
마찰 수단으로 H형재(21)에 지반(1) 쪽으로 마찰력을 발휘하기 위한 스터드 볼트(72)를 설치할 수 있다. 스터드 볼트를 설치한 H형재를 땅 속에 밖을 때 시공상의 난점은 예상되지만 부상력이 비교적 작거나 스터드 볼트를 설치할 H형재를 시공하는데 장애가 적은 환경에서는 적용할 수 있을 것이다.
마찰력을 강화하여 구조물의 부상을 방지하는 설계방법은 다음과 같다.
종래 부력 설계 방법대로 건물의 자중이 수압에 의한 부상력보다 크다면 마찰력을 보강할 필요가 없다. 만약 건물의 자중이 수압에 의한 부상력보다 작다면 H형재와 지하 옹벽 측면의 마찰력을 강화하기 위한 마찰 수단의 길이와 개수를 전단마찰설계법에 의해 결정한다. 또한 토압에 의한 지하 옹벽 측면과 지반의 마찰력을 산정하여 수압에 저항하는 마찰력을 계산하여, 전단마찰설계법에 의해 설계된 전단마찰수단에 의해 확보된 마찰력과 동시에 수압에 저항하는 것으로 활용할 수도 있다. 그리고 전단마찰수단의 개수는 필요한 마찰력의 크기를 전단마찰수단 1개당 마찰력의 크기로 나누어 결정한다. 다음에 전단마찰수단이 옹벽에 정착해야 할 길이와 정착판을 설계한다.
제28도를 참조하며 지하 옹벽에 마찰수단을 설치하는 방법을 설명한다.
상기 설계에서 산정된 마찰 수단을 설치하기 위하여 가시설 흙막이 벽(토류판, SCW, CIP 등)에 천공하고, 상기 마찰 수단을 소정의 길이만큼 삽입하고, 마찰 수단의 옹벽 쪽 글에 정착판을 설치한다. 마찰력의 확보를 위하여 필요한 경우 마찰 수단과 지반 사이의 공극을 메우기 위해 그라우팅할 수 있다. 옹벽 부분에 필요한 철근을 배근 및 거푸집을 설치하고 옹벽 콘크리트를 타설한다.
상기와 같이 마찰력을 이용하여 부력에 저항시키면 고가의 록 앵커를 설치하지 않아도 되므로 공사비가 절감되고 록 앵커의 시공에 따른 방수처리의 어려움도 해소된다. 기초 매트를 두껍게 만들 필요가 없어 재료비와 인건비를 절감하고, 공기도 단축할 수 있는 이점이 있다.
가설 흙막이를 건축 옹벽과 합성구조로 처리한 구조에서 적용한 경우를 설명하였지만 종래의 구조로 설계 시공되고 있는 구조에서도 쉽게 적용할 수 있다. 즉 옹벽 거푸집을 설치할 때 마찰 수단을 설치할 슬리이브(sleeve)를 미리 설치하고, 콘크리트 타설·양생 후 거푸집을 해체하고, 슬리이브에 마찰 수단을 가설 흙막이 벽 쪽으로 관통 돌출시키고, 슬리이브와 마찰 수단 사이의 공극은 에폭시 수지 등으로 그라우팅하여 구조체와 일체화시키고, 옹벽 뒤쪽을 되메우기하면 마찰 수단은 흙 속에 매입되어 부력에 저항하는 수단이 될 것이다. 또한 마찰 수단이 먼저 설치되어 있어 되메우기가 곤란한 경우라면 되메우기를 먼저하고 마찰 수단을 후시공할 수도 있다.
본 발명으로 건축물의 지하 구조물용 터파기하기 위하여 임시로 설치하는 가설 흙막이 벽체를 영구 시설물의 일부로 활용하는 방법을 제공하여 한번 사용하고 철거하거나 매립하여야 가설 흙막이 벽을 영구 구조물의 일부로 활용함으로서 한정된 자원을 효율적으로 사용하고 공사비를 절감할 수 있게 되었다.

Claims (2)

  1. H형재(21)를 박고 토류판을 설치하거나, H형재(21)를 박고 소일 시멘트 월(22)을 형성하거나, 보강 철근(27)을 넣은 현장 타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽(23)을 형성하거나, H형재(21)로 보강한 현장타설 콘크리트 말뚝 흙막이 벽(24)을 형성하거나, 시트파일로 된 가설 시트 파일 흙막이 벽(20)을 설치함으로서 형성되어진 통상의 흙막이벽을 지하옹벽(2)의 일부로 합성 시공함으로서 상기 가설 흙막이벽을 영구 지하구조물로 구축하는 시공방법에 있어서, 기 설치되어진 상기 흙막이 벽 내측에서 터파기가 완료되면 이후 형성되어질 콘크리트 옹벽과의 일체화를 통한 내력 보강을 위해 상기 H형재(21) 또는 보강철근(27) 또는 시트파일에 형강제 보강수단(11a, 11b)을 설치하는 단계가 포함되어 시공이 이루어짐을 특징으로 하는 가설 흙막이 구조물을 이용한 지하옹벽 구축방법.
  2. 지반의 성질을 파악하여 토압의 크기를 계산하고, 지하 수위를 예측하여 수압을 계산하며, 지반 위에 실리게 될 상재하중 등 옹벽에 걸리는 모든 하중요소를 계산하여 건축옹벽에 하중을 가하게 될 하중의 크기를 계산하고, 건축 구조물에서 발생하는 하중, 즉 건물의 구조체에 의한 고정하중, 건물에 실리는 적재하중, 풍하중, 지진하중 등 제반 하중 요소에 의해 옹벽이 부담해야 하는 하중을 계산하여 건축물의 구조를 설계함에 있어서: 설치된 가설 흙막이 벽의 설계내용을 파악한 후 상기 하중들에 대하여 가설 흙막이 벽과 건축옹벽의 함성구조가 견뎌야 할 응력을 계산하여 전단정착연결수단에 형강제 보강수단을 설치할지 여부를 결정하는 단계, 상기 형강제 보강수단을 설치하지 않기로 결정한 경우, 슬래브에 의해 지지되는 부분의 설계는 스터드 볼트로 연결된 H형재와 옹벽의 중립축을 산정하여 H형재와 옹벽의 합성구조에서 H형재에 발생하는 최대 인장응력과 합성구조에서 옹벽의 콘크리트에서 발생하는 최대 압축응력 및 수평 전단력을 산정하여 전단정착연결수단의 종류와 설치 개수를 결정하고, 슬래브로 지지되는 부분의 사이의 설계는 스터드 볼트로 연결된 H형재와 옹벽의 중립축을 산정하여 H형재와 옹벽의 합성구조에서 H형재에 발생하는 최대 압축응력을 구하고 합성구조에서 옹벽의 콘크리트에서 인장응력이 발생하므로 소정의 모멘트에 저항하기 위한 수직철근을 계산하고, 지반 하중의 전달 과정에서 발생하는 인장력에 의한 전단 연결수단과 사인장 파괴를 방지하기 위한 사인장 보강철근을 설계하고, 토류판 역할을 하는 옹벽 부분의 주철근을 산정하는 단계; 스터드 볼트로 연결된 H형재의 합성구조만으로는 응력이 부족하여 부분적으로 형강제 보강수단으로 구조내력을 보강하기로 결정한 경우에는, 형강제 보강수단으로 보강된 H형재와 지하 옹벽의 합성구조의 중립축을 산정하고, 슬라브에 의해 지지되는 부분의 설계는 합성구조에서 형강제 보강 수단으로 보강된 H형재에서 발생하는 최대 인장 응력을 산정하고, 합성구조에서 옹벽의 콘크리트에서 발생하는 최대 압축응력을 산정하고, 수평 전단력을 산정하여 전단 전단정착연결수단의 종류와 설치 개수를 결정하고, 슬래브로 지지되는 부분의 사이의 설계는 형강제 보강수단으로 보강된 H형재와 지하 옹벽의 합성구조의 중립축을 산정하여 형강제 보강수단으로 보강된 H형재에 발생하는 최대 압축 응력을 구하고, 합성구조에서 옹벽의 콘크리트에 발생하는 인장응력에 의한 소정의 모멘트에 저항하기 위한 수직철근을 계산하여 건물쪽 부분의 층과 층 사이 부분의 수직철근을 산정하고, 지반하중의 전달과정에서 발생하는 인장력에 의한 전단정착연결수단과 사인장 파괴를 방지하기 위한 사인장 보강철근을 설계하고, 형강제 보강수단과 H형재의 접합을 위한 설계를 하는 단계; 및 상기 응력 계산에 의해 철근의 사용량이 감소한 부분에는 최소 철근량과 비교하여 최소 철근량보다 적게 설계된 부분에는 최소 철근량으로 설계하고, 철근이 생략되는 부분도 최소 철근량으로 설계하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가설 흙막이 구조물을 이용한 합성 지하옹벽 설계방법.
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