KR100477357B1 - 차수벽 흙막이 공법 - Google Patents

차수벽 흙막이 공법 Download PDF

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KR100477357B1 KR10-2002-0049309A KR20020049309A KR100477357B1 KR 100477357 B1 KR100477357 B1 KR 100477357B1 KR 20020049309 A KR20020049309 A KR 20020049309A KR 100477357 B1 KR100477357 B1 KR 100477357B1
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Abstract

본 발명은 각종 건축공사 현장에서 차수와 흙막이를 위해 시공하는 공법에 관한 것으로, 소형의 천공홀(Φ200mm 이하, 바람직하기로는 Φ102mm)로도 충분한 차수 및 흙막이 효과를 얻을 수 있어 협소한 공간에서 작업이 용이하며, 주변 구조물에 대한 근접공사가 가능하여 대지 사용 효율성이 높고, 장비의 소형화가 가능하여 소음발생억제 및 공사 비용절감이 가능할 뿐만 아니라 주변지반의 암밀화 유도를 통한 침하방지가 가능하여 민원발생을 최소화 할 수 있도록 하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 흙막이 벽체를 형성하고자 하는 지면에 일정한 간격으로 홀을 천공한 다음, 상기 천공된 홀에 가상의 중심선을 기준으로 일측방향으로만 다수개의 분사공이 형성된 파이프 파일을 삽입하되 파이프 파일의 분사공이 굴토면의 반대쪽을 향하도록 삽입한 후 상기 파이프 파일에 시멘트 밀크를 고압으로 주입하여 시멘트 밀크가 분사공을 통해 파이프 파일의 외부로 유출되어 시멘트 밀크가 굴토면의 반대쪽 흙막이 벽체 주변지반과 함께 고결체를 형성하도록 하는 차수벽 흙막이 공법에 있어서, 상기 파이프 파일 내부에 다수개의 철근을 삽입한 다음 시멘트 밀크를 주입하여 고결체를 형성한 후 파이프 파일 상단으로 헤드콘크리트를 타설함을 특징으로 하는 차수벽 흙막이 공법을 제공한다.

Description

차수벽 흙막이 공법{Construction method for retaining of earth}
본 발명은 각종 건축공사 현장에서 차수와 흙막이를 위해 시공하는 공법에 관한 것이다. 특히, 홀 천공시 소형의 천공홀로도 충분한 차수 및 흙막이 효과를 얻을 수 있어 협소한 공간에서 작업이 용이할 뿐만 아니라 주변 구조물에 대한 근접공사가 가능하며, 장비의 소형화가 가능하므로 공사 기간의 단축과 공사비용의 절감 및 소음발생 억제 효과를 얻을 수 있으며, 주변지반의 암밀화 유도를 통한 침하방지가 가능한 차수벽 흙막이 공법에 관한 것이다.
한정된 토지를 효율적으로 활용하기 위하여 건축물 축조시 대부분 지하의 굴착 작업을 실시하고 있으며, 지하를 굴착하는 과정에서 인접 건물이나 도로 등의 기존 시설물을 파손하지 않고 공사가 가능하도록 하기 위하여 대부분 흙막이 벽을 설치한 후 작업을 실시하고 있다.
상기 흙막이 벽을 설치하기 위한 방법에는 매우 다양한 공법들이 적용되고 있는바, 예를 들어 일정간격으로 H 파일을 박고 H파일 사이에 토류판을 끼우는 방법, 소일 시멘트 월(Soil Cement Wall, SCW)공법, 현장타설 콘크리트 말뚝(Cast-in-place concrete pile, CIP)공법, 그리고 소일 네일링 공법 등이 사용되고 있다.
그러나, 상기한 흙막이 공법들은 토류벽 공법의 H-pile 천공, CIP 공법의 천공, SCW 공법의 천공시 천공홀의 규격이 최소 Φ350mm이상(Hammer 천공시 최소 Φ400mm이상)이므로 인접 대지 경계선에서의 이격거리가 최소 700mm이상 확보되어야 하는 단점이 있으므로 주택가 밀집지역에서 대지 경계선 침범이 빈번해지고, 장비의 규격이 커서 협소한 공간에서의 작업이 용이하지 못할 뿐만 아니라 주변 구조물에 대한 영향이 크고, 소음과 진동이 매우 커서 민원의 소지가 높다는 단점을 가지고 있다.
특히, 토류벽 공사의 경우 토류벽의 뒷채움 작업으로 인하여 주변 지반의 이완 현상으로 침하 작용을 초래하여 주변구조체에 대해 영향이 매우 크다는 단점을 가지고 있다. 또한, CIP 공법의 경우 침하의 우려는 없으나, 겹공을 연속 시공할 수 없어 공사기간이 지연되고, 공사비용이 토류벽 공사의 300% 이상 증가되며, 천공시 소음 진동으로 인하여 민원의 발생소지가 높을 뿐만 아니라 기둥간의 연결성이 좋지 못하여 차수성이 떨어지고 토사 유실의 가능성이 커서 별도의 누수에 대한 보조방법이 필요하다는 문제점을 안고 있다. 또, SCW공법의 경우 연속적인 공사가 가능하다는 이점은 있으나 장비의 대형화로 인한 소음 진동이 매우 커서 민원이 자주 야기되고, 공사비용 또한 토류벽 공사의 300% 이상 증가되는 단점이 있고, 지반 구조상 사토질, 풍화토가 50%이상 포함되어야 하므로 공사시 현장 지반 여건상의 제약이 매우 심하다는 단점을 가지고 있다.
이에 본 발명은 소형의 천공홀(Φ200mm 이하, 바람직하기로는 Φ102mm)로도 충분한 차수 및 흙막이 효과를 얻을 수 있어 협소한 공간에서 작업이 용이하며, 주변 구조물에 대한 근접공사가 가능하여 대지 사용 효율성이 높고, 장비의 소형화가 가능하여 소음발생억제 및 공사 비용절감이 가능할 뿐만 아니라 주변지반의 암밀화 유도를 통한 침하방지가 가능하여 민원발생을 최소화 할 수 있는 차수벽 흙막이 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은
흙막이 벽체를 형성하고자 하는 지면에 일정한 간격으로 홀을 천공한 다음, 상기 천공된 홀에 가상의 중심선을 기준으로 일측방향으로만 다수개의 분사공이 형성된 파이프 파일을 삽입하되 파이프 파일의 분사공이 굴토면의 반대쪽을 향하도록 삽입한 후 상기 파이프 파일에 시멘트 밀크를 고압으로 주입하여 시멘트 밀크가 분사공을 통해 파이프 파일의 외부로 유출되어 시멘트 밀크가 굴토면의 반대쪽 흙막이 벽체 주변지반과 함께 고결체를 형성하도록 하는 차수벽 흙막이 공법에 있어서, 상기 파이프 파일 내부에 다수개의 철근을 삽입한 다음 시멘트 밀크를 주입하여 고결체를 형성한 후 파이프 파일 상단으로 헤드콘크리트를 타설함을 특징으로 하는 차수벽 흙막이 공법을 제공한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 파이프 파일의 일 예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 파이프 파일의 단면도로서, 상기 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 파이프 파일(10)은 다수개의 분사공(11)이 형성되어 있는데, 이러한 구조의 파이프 파일(10)을 일정간격으로 천공된 홀에 삽입한 후 시멘트 밀크를 고압으로 주입하게 되면 시멘트 밀크가 분사공(11)을 통해 파이프 파일(10)의 외부로 유출되게 되고, 그에 따라 시멘트 밀크가 주변의 지반과 함께 고결체를 형성하여 주변지반의 암밀화를 도모할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에 따른 파이프 파일(10)에 형성된 다수개의 분사공(11)은 가상의 중심선(CL)을 기준으로 일측방향으로만 형성되어 있는데, 이는 파이프 파일(10)의 분사공(11)이 굴토면의 반대쪽을 향하도록 삽입하여 시멘트 밀크가 굴토면의 반대쪽 흙막이 벽체 주변지반과 함께 고결체를 형성할 수 있도록 하기 위함이다.
상기 도 1과 도 2에 도시한 파이프 파일(10)은 시멘트 밀크의 주입시 고압에 의하여 시멘트 밀크가 지상으로 배출되는 것을 방지하기 위하여 덮개판(20)을 더 구비할 수 있다. 도 3에 파이프 파일용 덮개판의 사시도를 나타내었으며, 상기 덮개판(20)의 주입구(21)를 통해 시멘트 밀크를 주입하게 된다.
도 4는 파이프 파일과 덮개판이 결합된 상태에서의 사용 상태도를 나타낸 도면으로, 파일프 파일(10) 내부로 시멘트 밀크를 고압으로 주입하게 되면 분사공(11)을 통해 외부로 유출되어 주변 지반과 고결체를 형성하게 되며, 이때의 덮개판(20)은 시멘트 밀크가 지상으로 배출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 5는 본 발명에 따른 차수벽 흙막이 공법을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도시된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차수벽 흙막이 공법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 먼저 흙막이 벽체를 형성하고자 하는 지면에 일정한 간격으로 홀(40)을 천공하게 된다(도 5a). 천공은 크롤라 드릴 등의 소형 천공장치(30)를 사용하여 지반(G)에 Φ200mm이하로(적정 Φ102mm)굴토하며, 굴토할 홀(40)의 깊이는 굴토할 지반(G)의 구조상의 계산에 의하여 결정한다. 이와 같이 소형 천공장비와 소형구경(Φ200mm이하)으로 천공이 가능함에 따라 본 발명은 기존 천공장비(Φ350mm이상)에 비하여 소음과 진동이 매우 적어 민원의 소지를 극소화시킬 수 있으며, 협소한 공간에서도 작업을 용이하게 실시할 수 있게 된다.
천공이 완료되면 천공된 홀(40)에 본 발명에 따른 파이프 파일(10)을 삽입하게 된다(도 5b). 이때, 파이프 파일(10)에 형성된 분사공(11)이 굴토면의 반대쪽을 향하도록 삽입한다.
파이프 파일(10)의 삽입이 완료되면, 상기 파이프 파일(10)에 덮개판(20)을 씌운 다음 시멘트 밀크를 고압으로 주입시킨다(도 5c). 이때 시멘트 밀크의 주입 압력은 굴토하는 지반(G)의 토양 환경에 따라 변화될 수 있는데, 바람직하게는 주변 토양의 주성분이 점성토인 경우 10∼12Kg/㎤, 사질토인 경우 10∼15Kg/㎤, 자갈이나 모래가 주성분인 토양에서는 15∼25Kg/㎤의 주입압으로 시멘트 밀크를 주입하는 것이 좋다.
이때, 사용되는 시멘트 밀크는 시멘트와 물을 통상의 비율로 혼합하여 제조된 것을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 시멘트와 물을 1:1중량비로 혼합하여 사용하였다.
상기와 같이 파이프 파일(10) 내부에 시멘트 밀크를 고압으로 주입시키면 도 5c에서 보는 바와 같이 시멘트 밀크는 분사공(11)을 통해 파이프 파일(10)의 외부로 유출되어 주변의 지반(G)과 함께 고결체를 형성하게 된다. 본 발명에서는 파이프 파일(10)에 형성된 다수개의 분사공(11)이 굴토면의 반대쪽을 향하게 됨에 따라 시멘트 밀크가 굴토면의 반대쪽 흙막이 벽체 주변지반과 함께 고결체를 형성하게 되고, 그에 따라 주변지반의 암밀화를 도모할 수 있어 침하 방지에 기여할 수 있게 된다.
도 5d는 파이프 파일에 주입된 시멘트 밀크가 고결된 상태의 지면의 단면도로서, 도시된 바와 같이 굴토면(GF)의 반대쪽으로 거대한 고결체(C)가 형성되게 되는데, 이와 같이 파이프 파일(10)에 시멘트 밀크가 충진된 후 주변 지반(G)과 함께 고결체(C)를 형성됨에 따라 파이프 파일(10)의 자립성을 대폭 증대시켜 일반적인 흙막이 공사과정에서 필요로 하는 스트러트(버팀대)공정을 없앨 수 있어 공기의 단축과 공사비용의 절감효과를 얻을 수 있다.
고결체(C)가 형성되는 유효경은 지반(G)의 토양 상황에 따라 다르며, 점성토인 경우 유효경은 0.8∼1.0m, 사질토인 경우 0.8∼1.2m, 자갈이나 모래가 주성분인 토양에서는 0.6∼0.8m이다. 또한 횡압축 강도는 토양이 점성토인 경우 20∼30Kg/㎤, 사질토인 경우 40∼80Kg/㎤, 자갈이나 모래가 주성분인 토양에서는 80∼100Kg/㎤이다.
위와 같이 고결체(C)가 형성되는 유효경이 주변 지반(G)의 토양 환경에 따라 달라지므로 흙막이 공사직전에 주변지반과 지질에 의한 구조를 충분히 파악한 후 이를 고려하여 일정한 간격으로 홀을 천공한 다음 흙막이 공사를 실시하는 것이 바람직하다. 또한 보다 완벽한 차수를 확보함과 동시에 흙막이 벽체의 자립성을 확보하기 위하여 파이프 파일(10)을 2열 이상 시공할 수 있다.
도 6은 파이프 파일을 2열 이상 시공하여 흙막이 벽체를 형성한 지면의 단면도이다. 도시된 바와 같이 파이프 파일(10)을 2열 이상 시공함에 따라 고결체(C)가 상호 연결되어 보다 완벽한 차수를 확보할 수 있게 되며, 그와 동시에 벽체의 저항력이 강화되어 연약한 지반에서 유용하게 활용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 흙막이 공법은 소형의 천공홀(Φ200mm 이하, 바람직하기로는 Φ102mm)로도 충분한 차수 및 흙막이 효과를 얻을 수 있어 협소한 공간에서의 작업의 용이성과 주변 구조물에 대한 근접공사가 대지 경계선 200mm까지 가능하므로써 대지의 극대적인 효율성을 가지며, 주변지반의 암밀 효과까지 얻을 수 있어 침하에 대한 안전성을 확보할 수 있다는 이점이 있다. 또한 공사기간의 단축(30%이상)과 공사비의(30%이상)의 절감 효과를 얻을 수 있으며, 소음과 진동에 의한 민원 발생의 소지를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서는 흙막이 벽체의 자립성과 횡압에 의한 전단 저항력을 증진시키기 위하여 도 7과 도 8에 도시한 바와 같이 공법을 진행할 수 있다.
도 7은 흙막이 벽체의 자립성과 횡압에 의한 전단 저항력 증진을 위한 방법의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 파이프 파일(10) 내부에 다수개의 철근(60)을 삽입한 다음 시멘트 밀크를 주입하여 고결체를 형성한 후 횡압에 의한 전단 저항력 증진을 위하여 파이프 파일 상단으로 헤드콘크리트(70)를 형성한 것을 보여준다. 상기 헤드콘크리트(70)는 다수개의 파이프 파일(10)의 가로방향으로 철근을 배근하거나, H빔(110)을 가로방향으로 사장시킨 다음, 시멘트 콘크리트로 타설하여 형성한 것으로서 횡압에 의한 전단 저항력을 증진시켜 흙막이 공사시 파이프 파일(10)의 자립성을 대폭 증진시킬 수 있다.
도 8은 흙막이 벽체의 자립성과 횡압에 의한 전단 저항력 증진을 위한 방법의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 파이프 파일(10)의 상단 가로방향으로 H빔(110)을 사장시킨 다음, 시멘트 콘크리트를 타설하여 헤드콘크리트(70)을 형성하여 벽체를 시공하고, 벽체가 시공된 후 굴토를 하면서 파이프 파일(10) 사이의 벽체면에 와이어 메쉬(90)와 숏크리트를 분사하여 벽면을 이루도록 함과 동시에 토류판(80)을 설치 시공한 것을 보여준다. 이와 같이 실시할 경우 어떠한 주변지반 구조에도 대응할 수 있으며, 또한 일일이 인력에 의존하여 토류벽 작업을 해야 하는 구태의연한 방법을 탈피한 공법이어서 뒷채움의 불완전한 시공을 미연에 방지하고, 공기의 단축, 인건비와 공사자재 비용의 절감효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 흙막이 공법은 버팀대 공법 또는 토류판 공법 등과 같은 타공법과 병행시공할 수 있으며, 이는 시공시 필요에 따라서 선택적으로 이루어질 수 있다.
예를 들어 본 발명에 따른 파이프 파일(10)은 H 파일(100)과 병행하여 시공할 수 있는데, 도 9는 H 파일(100)과 본 발명에 따른 파이프 파일(10)을 병행 시공한 상태를 나타낸 도면이며, 도 10은 H 파일(100)과 파이프 파일(10)을 병행시공하여 벽체를 형성한 후 토류판(80)을 시공한 상태를 나타낸 도면이며, 도 11은 2열이상의 파이프 파일(10)과 H 파일(100)을 병행시공한 상태를 나타낸 도면이다.
도 9의 시공방법은 자립성을 보강하기 위하여 실시할 수 있는 것으로서 안정된 지반에 적용할 수 있다. 도 10의 시공방법은 파이프 파일의 시공 후 흙막이 벽체의 안정화를 극대화시키기 위하여 실시할 수 있는 것으로서 CIP, SCW 공법의 대체시공으로 적합하다. 도 11의 시공방법은 연약지반에서 완벽한 차수를 필요로 할 때 시공할 수 있는 것으로 sulrry wall 공법의 대체로도 가능하다.
상기에서 설명한 바와 같이 흙막이 공사시 기존 공법은 최소 Φ350mm이상(Hammer 천공시 최소 Φ400mm이상) 천공해야 되기 때문에 인접 대지 경계선에서의 이격거리가 최소 700mm이상 확보되어야 하므로 주택가 밀집지역에서 대지 경계선 침범이 빈번해지고, 장비의 규격이 커서 협소한 공간에서의 작업이 용이하지 못할 뿐만 아니라 주변 구조물에 대한 영향이 크고, 소음과 진동이 매우 커서 민원의 소지가 높다는 단점을 가지고 있으나, 본 발명에 따른 공법은 소구경(Φ200mm 이하, 바람직하기로는 Φ102mm)으로 천공함에 따라 장비의 소형화가 가능하여 소음발생억제 및 공사 비용절감이 가능할 뿐만 아니라 주변지반의 암밀화 유도를 통한 침하방지가 가능하여 민원발생을 최소화 할 수 있다.
상기에서 본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과한 것으로서 도시된 도면 이외의 다양한 공법과 병행시공이 가능하며, 다양한 변형이 가능하다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 대지면에 근접하여 시공할 수 있는 극대적인 장점과, 장비의 소형화로 민원의 소지를 없앨 수 있고, 또한 기존 방법의 흙막이 공법 시공 시, 주변 지반에 대한 구조적인 결점을 원천적으로 봉쇄하여 흙막이 공사의 원활한 시공으로 공기의 단축이 가능하며, 휨강성이 뛰어난 파이프 파일의 시공으로 파일의 자립성이 뛰어나 버팀대 공정을 생략할 수 있어 시공성이 뛰어나며, 공기의 단축과 주변지반의 안정화로 안전하고 신속하게 지하 구조물을 구축할 수 있는 환경을 조성하여 원활하게 공사 수행을 할 수 있고, 높은 시공성과 경제성 등을 확보할 수 있는 차수벽 흙막이 공법을 제공하는 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 파이프 파일의 일 예를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 파이프 파일의 단면도.
도 3은 파이프 파일용 덮개판 사시도.
도 4는 파이프 파일과 덮개판의 결합된 상태에서의 사용 상태도.
도 5는 본 발명에 따른 차수벽 흙막이 공법을 개략적으로 나타낸 도면으로서,
도 5a는 지면에 홀을 천공한 상태를 나타낸 도면이고,
도 5b는 천공된 홀에 파이프 파일을 삽입하는 상태를 나타낸 도면이며,
도 5c는 파이프 파일에 시멘트 밀크를 주입하는 상태를 나타낸 도면이고,
도 5d는 파이프 파일에 주입된 시멘트 밀크가 고결된 상태의 지면의 단면도.
도 6은 파이프 파일을 2열 이상 시공하여 흙막이 벽체를 형성한 지면의 단면도.
도 7은 흙막이 벽체의 자립성과 횡압에 의한 전단 저항력 증진을 위한 방법의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 8은 흙막이 벽체의 자립성과 횡압에 의한 전단 저항력 증진을 위한 방법의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 9는 H 파일과 파이프 파일을 병행 시공한 상태를 나타낸 도면.
도 10은 H 파일과 파이프 파일을 병행 시공하여 벽체를 형성한 후 토류벽을 시공한 상태를 나타낸 도면.
도 11은 2열이상의 파이프 파일과 H 파일을 병행 시공한 상태를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 파이프 파일 11 : 분사공 20 : 덮개판
21 : 주입구 30 : 천공장치 40 : 천공홀
50 : 시멘트 밀크 주입기 60 : 철근 70 : 헤드콘크리트
80 : 토류판 90 : 와이어 메쉬 100 : H 파일
110 : H 빔 G : 토양 C : 고결체
CL : 중심선

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 흙막이 벽체를 형성하고자 하는 지면에 일정한 간격으로 홀을 천공한 다음, 상기 천공된 홀에 가상의 중심선을 기준으로 일측방향으로만 다수개의 분사공이 형성된 파이프 파일을 삽입하되 파이프 파일의 분사공이 굴토면의 반대쪽을 향하도록 삽입한 후 상기 파이프 파일에 시멘트 밀크를 고압으로 주입하여 시멘트 밀크가 분사공을 통해 파이프 파일의 외부로 유출되어 시멘트 밀크가 굴토면의 반대쪽 흙막이 벽체 주변지반과 함께 고결체를 형성하도록 하는 차수벽 흙막이 공법에 있어서,
    상기 파이프 파일 내부에 다수개의 철근을 삽입한 다음 시멘트 밀크를 주입하여 고결체를 형성한 후 파이프 파일 상단으로 헤드콘크리트를 타설함을 특징으로 하는 차수벽 흙막이 공법.
  4. 삭제
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KR101067707B1 (ko) * 2009-10-20 2011-09-28 이복우 현장타설 콘크리트말뚝과 그라우팅 기둥을 이용한 주열식 토류벽 차수 시공방법
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