KR100455247B1 - 배노트공법과 고압 그라우팅공법에 의한 지중연속벽 및 그시공법 - Google Patents

배노트공법과 고압 그라우팅공법에 의한 지중연속벽 및 그시공법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 확장 배노트공법에 의해 굴착경계를 따라 일정한 간격으로 지반에 복수의 배노트기둥들을 설치하고, 배노트기둥들 사이의 지반을 배노트기둥에 연결되도록 고압 그라우팅공법으로 강화시켜 차수벽을 형성하는 강화지반기둥을 설치하고, 고압그라우팅 공정에서 그라우팅 포인트의 설정으로서 강화지반기둥이 쐐기형이 되도록 내측 융기부 및 외측 융기부를 발달시키고, 고압 그라우팅공정에서 쐐기형 지중연속벽의 양단이 배노트기둥에 접착되도록 하는 배노트공법과 고압 그라우팅공법에 의한 지중연속벽 및 그 시공법이다. 이 발명에 의하면 지중연속벽이 차수벽이되고, 강화지반기둥에 부하되는 수압과 토압이 쐐기형 강화지반의 연결부의 차수성을 향상시켜 지하 수압의 변동을 최소화하고, 지중연속벽의 설치 공정과 부대설비가 간결하여 시공 공간이 최소화되고, 공기를 단축하고, 공사비용을 절감하고, 인접건물의 영향을 최소화하고, 환경공해가 감소하고, 안정하게 시공할 수 있는 것이다.

Description

배노트공법과 고압 그라우팅공법에 의한 지중연속벽 및 그 시공법{CAST-IN-SITE DIAPHRAGMS WALL AND THE METHOD WITH BENOTO METHOD AND GROUTING METHOD OF HIGH PRESSURE}
이 발명은 배노트공법과 고압 그라우팅공법에 의한 지중연속벽 및 그 시공법을 제안하고자 한다.
종래 지반 굴착공사가 제약되는 도심의 지하구축물 시공은 슬러리 월 공법(slurry wall method : 슬러리를 이용하여 굴착부를 유지하면서 굴착한 곳에 벽체를 축조하는 공법)이 채용되었다. 국내에서 최근 채용되어 시공중인 슬러리월 공법은 서울특별시 지하철건설본부에서 발주한 914정거장과 915정거장의 지하연속벽(정거장의 지하 둘레벽)을 들 수 있다.
슬러리 월 공법은 지하수압의 변동을 초래하지 않고 지하 연속벽을 설치할 수 있는 잇점이 있으나, 연속벽을 작은 경간으로 분할하여 시공하고, 분할 시공 경간을 연결하여 연속벽을 구축하고, 단경간 굴착 공구의 입구에 지하수압 강압(2ton/㎡)용 슬러리 호퍼를 설치하고, 슬러리 수위를 지상 2m 높이로 유지하기 위하여 수위 유지 시스템을 수반해야 하므로 시공 현장이 복잡화되고, 콘크리트 주입 후의 슬러리를 처리해야 하는 등 공정이 매우 복잡하고 이 결과로서 비싼 공사비용이 투입된다. 구체적으로 최근 지하철 정거장 발주 시방서에 의하면 깊이 30m 폭1m의 슬러리월 벽체 설치에 일천만원을 상회하는 공사비가 투입되고 있다.
이와 같은 슬러리월공법은 굴착공의 벽면이 절삭 흙벽이고 슬러리가 충진되어 있어서, 굴착공의 말단에서 경암을 만난 경우 고가의 롤 비트 등 저진동 굴착장비를 이용하여 느린 굴착을 시행할 수 있으나 경암을 만난 경우 굴착이 전혀 불가능한 것이었다.
한편 종래의 지반 굴착시 흙막이 공법을 살펴보면 일반적인 공법으로 해당 구역의 굴토계획선을 따라 지지파일을 타입 한 후, 지반 굴착을 수행하면서 엄지말뚝에 토류판을 끼워넣어 구축물 바닥까지 흙막이 벽을 설치하고, 지층 구조물을 아래로부터 순차 시공하는 것이다. 건축물이 밀집된 도심구축물 시공에는 다양한 형태의 탑다운(TOP DOWN)공법이 활용되고 있다. 탑다운 공법의 하나는 해당 지하층 축조 구역내의 지중에 정착시킨 합성기둥과 지지기둥의 상부를 경계로 하여 지상 공사와 지하 공사를 동시에 진행하며, 지하구축물은 각 층별로 지반 굴삭을 수행하여 노출된 합성기둥 후면에 데크플레이트 고정시켜서 흙막이벽을 설치하면서 지하 구조물을 시공하는 것이다.
또한 관련하여 종래의 특허 제10-273864호에서 알려진 흙막이벽을 이용한 개량형 탑다운공법을 살펴보면, 지하층 축조 구역내의 지중에 타입한 구축물 외변의 강 기둥과 구축물 내측의 강 기둥의 상단부를 경계로 지상과 지하에서 동시에 구축물 시공을 진행하되, 지하 구조물은 지표면으로부터 각 층별로 지반을 굴착하면서 강 기둥에 토류판을 끼워 흙막이벽을 설치하고, 흙막이벽의 버팀기둥을 건축물 내측 강 기둥에 일체로서 연결하면서 지하 각층 슬래브를 설치하고, 지하 기초바닥으로부터 상기 흙막이 벽과 단면상 분리되도록 최상부의 지층슬라브까지 영구외벽을 순차적으로 타설하는 공법이 알려져 있다.
그러나 위에 인용된바와 같은 지반 굴착방법이나 톱다운 공법은 지하 수압의 변동에 의한 인접 구축물에 대한 간섭을 차단할 수 없는 것이었다.
배노트공법(Benoto method)은 올케이싱 말뚝 공법(all casing Benoto method)이라고도 한다. 배노트 공법은 헤머그래브와 케이싱튜브를 병용하여 굴착하는 공법으로 먼저 케이싱튜브를 압입 한 다음 튜브 안에 토사를 해머그래브로 굴삭하여 파내고 튜브 안에 철근망을 넣고 콘크리트를 타설하고 튜브를 탈거한다. 케이싱 콘크리트를 탈거하면 콘크리트가 굳어지면 구조물의 힘이 지반에 전달된다.
이 발명에서 배노트공법이라 함은 전통적인 배노트공법 외에도 대구경 현장타파일공법과, 발전된 다양한 토사굴삭방법과을 포함하고, 배노트 케이싱 튜브저단이 암반에 접속된 경우 튜브내에 작업자와 굴삭 장비를 투입하여 배노트 굴착공에 이어서 굴착을 하거나 암반굴착 비트를 투입하여 배노트굴착공을 연장하여 굴착하고 이들 굴착구멍에 기둥을 설치하는 공법을 포함한다.
이 발명에서 배노트기둥이라 함은 상기 확장된 배노트공법에 의해 얻어지는 기둥을 포함한다.
이 발명에서 고압 그라우팅공법이라 함은 고압분사 회전식 그라우팅법을 의미한다.
이 발명은 배노트공법으로 설치하는 복수의 배노트기둥들과, 배노트 기둥사이의 지반을 고압 그라우팅 공법으로 강화시켜 얻는 강화지반기둥으로서 형성하는 지중연속벽 및 그 시공법을 제안함에 목적이 있다.
이 발명의 다른 목적은 강화지반 기둥에 부하되는 수압과 토압이 배노트기둥과의 연결부를 가압하여 차수성을 향상하는 지중연속벽 및 그 시공법을 제안함에 목적이 있다.
이 발명은 지중연속벽이 지하 수압의 변동을 최소화하는 지중연속벽 및 그 시공법을 제안함에 목적이 있다.
이 발명은 공정과 부대설비가 간결하여 시공 공간을 최소화하고, 공기를 단축하고, 공사비용을 절감하고, 인접건물의 영향을 최소화하고, 작업공간이 적게 소요되고, 환경공해가 감소하고, 안정하게 시공할 수 있는 지중연속벽 및 그 시공법을 제안함에 목적이 있다.
도1은 이 발명 지중연속벽의 평면 배치도
도2는 지중 연속벽의 일측을 굴삭한 상태 사시도
도3은 배노트기둥 배열예의 평면도
도4는 배노트기둥 실시예의 횡단면도
도5은 배노트기둥 다른 실시예의 횡단면도
도6(A)는 도3 배노트기둥의 플랜치부 횡단면도 (B)는 종단면도
도7(A)는 배노트기둥에 지지부재 또는 보의 연결상태 횡 단면도
(B)는 연결부재와 보의 분해도
도8은 배노트기둥의 시공예시도(저단에 암반이 접속된 경우)
도9은 배노트기둥의 시공예시도(기둥에 암반이 걸친 경우)
도10은 배노트기둥과 지하 구축공간 시공 단계의 설명도
<도면 주요 부호의 설명>
1,1a:배노트기둥, 2:강화지반기둥 3:그라우트포인트 4:접착부 5,6:쐐기형 융기부 13:케이싱 튜브 14:철근 15:콘크리트 16:강재 17:플랜지 18:볼트19:충진재 40:지반 43:슬래브
이 발명은 배노트공법과 고압 그라우팅공법에 의한 지중 연속벽 및 그 시공법이다.
이 발명의 시공법은 확장 배노트공법에 의해 굴착경계를 따라 일정한 간격으로 지반에 복수의 배노트기둥들을 설치하고, 배노트기둥들 사이의 지반을 배노트기둥에 연결되도록 고압 그라우팅공법으로 강화시켜 차수벽을 형성하는 강화지반기둥들을 설치하고, 고압그라우팅 공정에서 그라우팅 포인트의 설정으로서 쐐기형 강화지반기둥의 형태가 내측 융기부 및 외측 융기부로 발달되게 하고, 고압 그라우팅공정에서 쐐기형 강화지반 기둥의 양단을 배노트기둥에 접착시키도록 하는 것이다.
구체적으로 상기 배노트기둥은 케이싱 튜브를 지반에 압입 한 다음 튜브 안의 토사를 해머그래브 등 가능한 굴삭 장비를 이용하여 굴삭하고, 또는 튜브 말단에 인력과 장비를 투입하여 연장 굴착하고 토사가 굴삭된 튜브 안에 강재를 넣고 콘크리트를 타설 한 후 튜브를 탈거하여 얻는다.
또한 튜브 안에 삽입하는 강재는 구축물의 구조해석에 따른 철근 조립체나 강재 또는 철근조립체에 강재를 삽입한것중의 어느 하나의 강재이고, 배노트기둥에 삽입된 강재는 지하층 공간바닥의 슬래브 지지용 보를 연결하기 위한 보 연결요소를 구비한 배노트기둥이다.
상기 차수벽을 형성하는 강화지반기둥은 배노트기둥들 사이의 지반을 고압 그라우팅공법으로 강화시켜 그 양단이 배노트기둥의 외면에 연결 접착되고 동시에 토압과 수압을 받기에 안정하고, 토압과 수압이 접착부를 밀착시키는 쐐기형태로 발달시킨다.
상기와 같은 이 발명 시공법을 통해 얻는 지중 연속벽의 구조적 특징은 굴착경계를 따라 일정한 간격으로 지반에 설치하여 얻는 복수의 배노트기둥들과, 배노트기둥들 사이의 지반을 배노트기둥에 연결되도록 고압 그라우팅공법으로 강화시켜 차수벽을 형성하는 강화지반기둥과, 굴착경계 일측을 굴착시 강화지반기둥이 받는 토압 및 수압을 배노트기둥에 전달하고 동시에 토압 및 수압이 배노트 기둥과의 접착부의 밀착 압력을 높이도록 강화지반기둥을 쐐기형으로 발달시키는 내측 융기부 및 외측 융기부와, 배노트 기둥에 접착되어 수압의 누출을 차단하는 강화지반기둥 양단의 접착부의 구성에 있다.
이 발명 상기 배노트기둥의 직경은 대체로 0.5~2m이다. 그러나 특히 필요한경우 직경을 2m이상으로 할 수 있다.
이 발명 실시예에서 배노트기둥의 직경을 1m로 한 경우 강화지반기둥의 장경을 1.2~15m로 하였다.
이 발명을 실시예 도면에 따라서 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 이 발명 지중 연속벽 시공 실시예 평면도이고, 도2는 도1 실시 예에서 굴착경계(C)의 내측(in) 지반을 굴삭한 상태 사시도이다. 도1, 도2에서 직경(D)가 1m이고, 길이(깊이)가 30m인 배노트기둥(1)을 지반 굴삭경계(C)를 따라 간격(L) 1m를 띄워서(중심거리 2m) 설치하였다. 배노트기둥(1)들의 사이에 쐐기형 강화지반기둥(2)을 발달시켜 강화지반기둥(2)과 배노트기둥(1)의 연결부에 접착부(4)가 조성되었다. 그라우팅 포인트(3)의 설정은 대체로 굴착경계(C) 내측의 작은직경 만곡 융기부(5)와 외측의 큰직경 만곡융기부(6)로 발달되어 쐐기형 강화지반기둥(2)이 되도록 설정된다. 도1, 도2에서 그라우팅포인트(3)는 굴착경계(C) 간격(L)의 중심에서 외측으로 20cm의 위치(t)에 설정 하였다. 이와같이 그라우팅포인트를 설정하여 얻어진 쐐기형 강화지반 기둥(2)은 굴착경계(C)의 내측(in)을 굴착하였을 때 강화지반기둥(2)에 가해지는 토압과 수압을 배노트기둥(1)에 전달한다. 동시에 쐐기형 강화지반기둥(2)에 가해지는 압력은 배노트기둥(1)과 강화지반기둥(2)의 연결부 의 밀착압력을 높여줌으로써 접착부(4)의 차수력을 높여준다. 도1,도2의 실시 예에서 강화지반기둥(2)의 양단에 접착부(4)가 조성되어 두 요소의 연결부는 차수력을 가지게 되었다. 접착부(4)의 차수력을 더 높이자면 그라우트재에 수밀성혼화재를 포함시킨다. 수밀성 혼화재는 그라우트재의 경화속도를 강화시켜강화지반기둥(2)내부의 모세관 형성을 차단하고 동시에 접착부(4)의 미세한 수로 형성을 차단하여 수밀성을 향상하는 것이다. 물론 이 발명 지중연속벽도 다른 지중벽에서와 같이 일시에 완전한 수밀성 및 방수성을 얻기는 어렵다. 따라서 연속벽 일측의 지반을 굴삭하면서 연속벽에 대한 적절한 방수공정을 병행해야 한다.
이 발명은 톱다운 공법에 적용한 예에 따라 설명함으로써 더욱 명확해 질 것이다.
도3은 설계 구조물에 따른 배노트기둥의 배열예이다.
구축물의 설계에 따라 외측 배노트기둥(1)과 내측 배노트기둥(1a)이 배열되었다.
도4는 케이싱 튜브(13)에 철근조립체(14)와 콘크리트를 투입한후 케이싱 튜브(13)를 탈거하기 전 배노트기둥의 횡단면도 이다.
도4에서 철근조립체(14)와 콘크리트를 투입하기 전 배노트 굴착공의 굴착 진행점에 암반이 나타난 경우, 케이싱내에 투입되는 기존의 배노트 굴삭 장비를 제거한 다음 암반굴삭 장비를 투입하거나, 암반 굴삭 장비와 작업인력을 함께 투입하여 굴삭 진행점을 살피면서 굴삭할 수 있고, 케이싱튜브에 의해 굴삭공이 안전하게 지지되므로 다양한 고성능 암반 굴삭장비를 투입할 수 있고, 더 나아가 발파에 의한 굴삭도 적용할 수 있다.
이 발명에서 상기와 같이 배노트 공의 굴삭은 굴착공 바닥을 볼 수 있고, 다양한 장비와 인력을 투입할 수 있음에 의해 안정한 공정관리를 가능하게 하고, 공기를 단축하고, 공사비용을 절감할 수 있게 하며, 슬러리월 공법과 비교해 볼 때 다양한 암반의 출현에 대하여 저 비용으로 신속 안전하게 굴삭을 진행할 수 있는 잇점이 있다.
도4는 케이싱 튜브(13)내에 철근조립체(14)을 삽입하고 콘크리트(15)를 타설한 배노트기둥의 횡단면도 이다. 콘크리트 타설 후 케이싱튜브(13)는 배노트 공법에 따라 탈거 된다.
철근 조립체를 강재로서 배노트기둥에 삽입하는 경우 보를 연결하기 위한 보 연결용 철근을 철근조립체에 삽입하거나, 도6에 인용된 강보 연결 플랜지를 설치한 ??은 강재를 철근조립체의 보 연결부위에 삽입하여 보 연결이 배려된 배노트 기둥을 얻는다.
도5는 케이싱 튜브(13)내에 강재(16)을 삽입하고 콘크리트(15)를 타설한 배노트기둥의 횡단면도 이고, 도6은 배노트기둥의 보 또는 기둥의 지지부재 연결 플랜지(17)부분의 횡단면도 이다. 플랜지(17) 부분에는 지하공간을 굴착하면서 연결플랜지(17)를 지하 공간에 개방하기 위한 충진재(19)(목재, 합성수지, 또는 스티로폴재)가 삽입되어 있다. 연결플랜지(17)에 미리 연결볼트(18)가 삽입되어 있다. 도6에서 충진재(19)의 삽입 영역은 보 또는 지지부재의 연결 상태에 대응하여 형성된다. 도5, 도6에서도 케이싱 튜브(13)는 콘크리트 타설 후 배노트 공법에 의해 탈거 된다.
도7은 배노트기둥에 삽입된 강재(16)의 플랜지(17)에 보 또는 지지부재를 연결 조립한 상태도이다.
충진재(19)를 제거하고 강화지반기둥(2)의 일부를 절삭(26)한 배노트기둥의 플랜지(17) 볼트(18)에 연결부재(21)를 부착하고, 연결부재(21)의 좌우 플랜지에 배노트기둥(1)들을 잇는 강보(22)를 겹치고, 연결부재(21)와 강보(22)를 볼트(23) 또는 용접으로 연결 부착하였다. 마찬가지로 연결부재(21)의 중앙 플랜지에 내측 배노트기둥(1a)에 연결하기위한 보 또는 지지부재(24) 끝을 겹치고, 볼트(25) 또는 용접으로 연결부재(21)와 지지부재(24)를 연결부착 하였다.
도2의 철근조립 배노트기둥인 경우 배노트 기둥에 포함시킨 보 연결용 철근을 보 철근에 연결하고 또는 용접한 후 보 콘크리트를 타설하여 보 또는 연결부재를 연결하는 것이다.
상기와 같이 배노트기둥에 삽입되는 철근 또는 강재는 보나 연결부재 접속을 위한 연결요소를 포함한다. 이러한 연결요소들은 지하층 구조물의 조립을 위한 수치를 고려하여 배열되며 철근 또는 강재 삽입시 연결요소들의 높이를 맞출 수 있도록 고려된다.
도8은 상기 배노트기둥(1,1a)의 저단이 암반(31)에 접속된 경우이다. 케이싱 튜브(13)는 암반 위에 접속되어 있고, 배노트기둥(1,1a)은 상단이 지면(GL) 상부로 솟아있고 저단이 암반(31)에 접속되어 있으며, 배노트기둥의 저단은 설계 지하 구축물의 설치 영역(33)보다 내려가 있다.
이와 같은 배노트 기둥의 높이(h)는 대체로 30m 전후이고 케이싱 튜브(13)는 탈거된다.
도9은 구축물 설치 영역(33)이 암반(31)에 걸쳐있다. 케이싱 튜브(13)는 압반(31) 상부에 닿아 있고 배노트기둥(1,1a)은 암반의 굴착영역까지 연결되어 있다. 구축물 설치영역(33)에 속한 암반(31a)은 지하 구축물 구축시 굴착된다.
도10은 배노트기둥(1)이 지반에 삽입되고 케이싱 튜브(13)가 탈거된 상태도이다. 케이싱튜브(13)를 탈거되면 배노트기둥(1)은 지반에 지지된다.
구축물 설치영역(33)은 배노트기둥(1)의 사이 지반을 고압 그라우트하여 쐐기형의 강화지반기둥(2)으로 발달시키고, 지상 기층 보(22,26)와 슬래브(43)을 설치하고, 지하 공간 지반을 1개층씩(BF1, BF2, ...,) 굴착하면서, 보와 슬래브 등 지층 구조물을 설치하고, 최저층 공간이 굴착되면 지층 바닥 구조물(BB)과 지층 구조물을 설치하는 것이다. 부호 44는 작업구멍 이다.
상기 강화지반기둥은 배노트기둥과 함께 영구 구조물로서 존치되고, 상기 지하 공간 굴착시 강화지반 기둥의 내측융기부 일부를 절삭할 수 있다.
상기와 같이 이 발명은 배노트공법으로 설치하는 복수의 배노트기둥들과, 배노트 기둥사이의 지반을 고압 그라우팅 공법으로 강화시켜 얻는 강화지반기둥으로서 형성하는 지중연속벽 및 그 시공법을 제공하는 발명으로서, 지중연속벽이 차수벽이 되고, 강화지반 기둥에 부하되는 수압과 토압이 배노트기둥과의 연결부에 가압력으로 작용하여 차수성을 향상하여 지하 수압의 변동을 최소화하고, 지중연속벽의 설치 공정과 부대설비가 간결하여 시공 공간을 최소화하고, 공기를 단축하고, 공사비용을 절감하고, 인접건물의 영향을 최소화하고, 환경공해가 감소하고, 안정하게 시공할 수 있는 지중연속벽 및 그 시공법을 제공하는 것이다.

Claims (3)

  1. 굴착경계를 따라 일정한 간격으로 지반에 설치하여 얻는 복수의 배노트 기둥들과 배노트 기둥들 사이의 지반을 배노트 기둥과 연결되도록 고압 그라우팅으로 강화시켜 차수벽을 조성하는 강화지반 기둥들과 배노트 기둥을 설치하기 위하여 토사가 굴삭된 튜브안에 삽입하는 강재는 구조물의 구조해석에따라 삽입하는 지중연속벽 설치에 있어서,
    상기 배노트 기둥들 사이에 형성된 쐐기형의 내측 및 외측 융기부와 배노트 기둥에 삽입된 강재에는 슬래브 지지용 보를 연결하기 위한 보 연결요소를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 배노트 공법과 고압그라우팅 공법에 의한 지중연속벽.
  2. 삭제
  3. 확장 배노트공법에 의해 굴착경계를 따라 일정한 간격으로 지반에 복수의 배노트기둥들을 설치하고, 배노트기둥들 사이의 지반을 배노트기둥에 연결되도록 고압 그라우팅공법으로 강화시켜 차수벽을 형성하는 강화지반기둥을 설치하고, 고압그라우팅 공정에서 그라우팅 포인트의 설정으로서 강화지반기둥이 쐐기형이 되도록 내측 융기부 및 외측 융기부를 발달시키고, 고압 그라우팅공정에서 쐐기형 지중연속벽의 양단이 배노트기둥에 접착되도록 하는 배노트공법과 고압 그라우팅공법에 의한 지중연속벽 시공법.
KR10-2001-0032230A 2001-06-09 2001-06-09 배노트공법과 고압 그라우팅공법에 의한 지중연속벽 및 그시공법 KR100455247B1 (ko)

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