KR100654973B1 - 프리캐스트 콘크리트 파일을 이용한 흙막이 구조체 및이의 시공 방법 - Google Patents

Abstract

건축 또는 토목 공사에 수반되는 토공사에서 배면토사가 붕괴되는 것을 방지하기 위해 시공되는 흙막이 벽체 구조에 관한 개선된 기술이 개시된다. 본 발명은 벤토나이트와 같은 차수재가 혼입된 시멘트 재질로 이루어지며 그 내부에는 프리캐스트 콘크리트 파일 또는 H-형강 파일이 매설된 원형 토류기둥들을 서로 단면이 중첩되도록 병렬 배치함으로써 흙막이 구조체로서 기본적으로 요구되는 강성과 더불어 확실한 차수 효과를 얻을 수 있어 종래와 같은 보조적인 차수 공법을 필요로 하지 않는 흙막이 구조체를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 하는 발명으로서, 이를 위하여 본 발명은 차수성을 가지는 시멘트 재질로 된 원형단면의 기둥 부재로서 흙막이면을 따라 일렬로 늘어서게 설치되어 흙막이 벽체 본체를 형성하는 다수개의 토류기둥과; 상기 다수개의 토류기둥 내에 매립 설치되며 상기 다수개의 토류기둥 중 소정 개소마다 간헐적으로 설치되는 H-형강 파일; 및, 상기 다수개의 토류기둥 중 상기 H-형강 파일이 설치되어 있지 않은 토류기둥 내에 매립 설치되는 프리캐스트 콘크리트 파일;을 포함하되, 상기 다수개의 토류기둥은 인접하는 토류기둥끼리 소정의 길이만큼 원형 단면이 상호 중첩되게 구성되며, 상기 H-형강 파일과 프리캐스트 콘크리트 파일은 상기 토류기둥의 내부에 매립 설치됨에 있어 배면 토사의 반대측 방향으로 최대한 편심되게 배치되어 있는 것을 구성상의 특징으로 한다.

Description

프리캐스트 콘크리트 파일을 이용한 흙막이 구조체 및 이의 시공 방법 {Earth Retaining Wall Structure Using Precast Concrete Pile and Construction Method Thereof}

도1은 종래의 흙막이 공법들을 도시한 도면이다.

도2는 본 발명에 따른 흙막이 벽체의 구성을 도시한 사시도이다.

도3는 본 발명에서 사용되는 스페이서에 대한 구체예들을 도시한 도면이다.

도4는 본 발명에서 1개의 토류기둥을 시공하는 과정을 순서적으로 도시한 도면이다.

도5는 본 발명의 흙막이 구조체를 형성함에 있어 시공이 진행됨에 따른 단계별 시공 상태를 순서적으로 도시한 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 토류기둥 12 : H-형강 파일

14 : 프리캐스트 콘크리트 파일 20 : 스페이서

100 : 채움재 H-0 : H-파일설치공

H-1 : 제1 PC-파일설치공 H-2 : 제2 PC-파일설치공

본 발명은 건축 또는 토목 공사에 수반되는 토공사에 있어 배면 토사가 붕괴되는 것을 방지하기 위한 목적으로 시공되는 흙막이 벽체 구조 및 이의 시공을 위한 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벤토나이트와 같은 차수재가 혼입된 시멘트 재질로 이루어지며 그 내부에는 강성이 우수한 프리캐스트 콘크리트 파일 또는 H-형강 파일이 매설된 단위 토류기둥들을 서로 단면이 중첩되도록 병렬 배치 구성함으로써 흙막이 구조체로서 기본적으로 요구되는 강성과 더불어 확실한 차수 효과를 얻을 수 있어 종래와 같은 보조적인 차수 공법을 필요로 하지 않는 개선된 흙막이 벽체 구조에 관한 것이다.

일반적으로 건축 또는 토목 현장의 지하 터파기 공사에 있어서는 소정 심도로 흙을 굴착해 낸 뒤 구조물이 형성될 때까지 주위의 토사가 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 터파기 면을 따라 흙막이 벽체를 구축하는 흙막이 공사를 시행하고 있다. 이와 같은 흙막이 공사에 있어 시공되는 흙막이 벽체의 경우 일차적으로는 충분한 강성을 가짐으로써 배면 토사의 토압등으로 인한 붕괴를 방지할 수 있어야 할 뿐 아니라 배면 토사로부터의 물이 공사장 내부로 유입됨으로써 지하 수위 저하로 인한 지반 침하 등을 방지할 수 있도록 차수 처리가 되어야 할 것이 특히 요구되고 있다. 이에 상기와 같은 관점에서 종래로부터 다양한 방식으로 흙막이 공법이 개발되어 왔으며 이러한 종래의 흙막이 시공공법으로는 H-PILE과 토류판을 이용하는 공법, CIP 공법, SWC 공법, 쉬트파일 공법 및 지하 연속벽(SLURRY WALL)공법을 대표적으로 들 수 있다.

먼저 H-PILE과 토류판을 이용하는 공법은 도1(a)에 도시된 바와 같이 흙막이를 설치해야 할 지반상에 수직으로 H-형강 파일(1)을 박아 넣고, 터파기를 진행해 나감에 따라 H-PILE들의 사이에 목재 토류판(2)을 수평으로 끼워 넣어 흙막이 벽체를 구성하는 방식으로서, 상기 공법의 경우 그 시공이 비교적 간편하고 경제적이어서 현재 흙막이 공법으로서 가장 보편적으로 적용되는 방식에 해당하는 것이라 할 수 있다. 그러나 한편으로 이 방식은 기본적으로 차수 능력을 가지고 있지 못하기 때문에 지하수위가 높아 배면 토사로부터의 수분이 유입될 위험이 있는 경우에는 이를 방지하기 위해 흙막이 벽체의 배면에 별도의 차수 보강 그라우팅 등을 시행하여 차수 처리를 해야 하는 바, 이러한 경우 오히려 공사 기간 및 비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

다음으로 CIP(CAST IN PLACE PILE) 공법은 일종의 주열(柱列)식 현장타설 말뚝 공법으로서, 이 공법은 도1(b)에 도시된 바와 같이 지반 상에 보링 머신 등을 이용하여 소정 직경으로 구멍을 천공하고, 이 천공된 구멍 내에 철근 조립체 또는 H-형강 파일 등의 보강체(3)를 삽입한 다음, 그 나머지 부위에 자갈을 채우고 시멘트 페이스트를 주입하거나 레미콘을 타설함으로써 흙막이 벽체를 형성하는 방식이다. 하지만 상기 공법의 경우 협소한 작업 공간 하에서도 흙막이 시공이 가능하고 단면 크기에 비해 강성이 크다는 장점이 있는 반면, 그 구성 형태 상 말뚝과 말뚝 간의 경계면을 통한 누수 현상의 발생이 불가피하기 때문에 이를 방지하기 위해 별도의 천공 장비 및 그라우팅 주입관(4)을 이용하여 차수 그라우팅을 해야 한다는 점에서 앞서 본 토류판과 H-PILE에 의한 방식에서와 동일한 문제점을 가지고 있었다. 아울러, 이 공법의 경우 콘크리트 타설을 비롯한 대부분의 공정이 현장에서 습식 방식에 의해 이루어지는 것인 바 품질의 신뢰성을 보장할 수 없고, 설계대로 시공이 이루어지고 있는 지에 대한 확인이 곤란한 면이 있으며, 시공 중에는 콘크리트의 재료 분리 및 공벽 붕괴로 인한 품질 저하의 우려가 있었다.

또한, SCW(SOIL CEMENT WALL) 공법은 도1(c)에 도시된 바와 같이 계획 심도까지 보링 장치(3축 오거)로 구멍을 천공한 후, 시멘트 주입재를 투입하여 벽체를 형성하고 H-PILE을 응력재로 삽입하여 흙막이를 구성하는 공법으로서, 이 방식은 연속 벽체를 형성할 수 있어 별도의 차수 처리를 필요로 하지 않는다는 장점을 가지는 반면, 시공장비가 대형이어서 넓은 작업 공간을 필요로 하고 적용 연장이 짧으면 비경제적이며, 연암 이상의 암반층에는 적용이 곤란하여 암반층 이하로의 깊은 굴착의 경우에는 보조 공법으로서만 활용할 수 있다는 문제점이 있다.

그리고, 쉬트 파일 공법은 도1(d)에 도시된 것과 같은 형태를 비롯하여 다양한 형상으로 제작되는 쉬트 파일(5)을 좌우로 연결하고 이를 항타기로 타격하여 지반에 연속으로 근입시킴에 의해 흙막이를 형성시키는 공법으로서, 이는 자체 강성이 크고, 차수 효과가 높다는 장점이 있으나 항타기를 이용하므로 소음 및 진동이 매우 심하여 도심지 구역에서는 적용하기 어렵고 다수의 쉬트파일을 정밀하게 이어 설치하기가 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 또한, 지하 연속벽(SLURRY WALL) 공법은 벤토나이트가 혼입된 안정액으로 공벽을 유지하면서 지반을 굴착한 후 철근망 등을 삽입한 다음 안정액을 회수하면서 콘크리트를 타설하여 흙막이 및 영구벽체로 사용하는 공법으로서, 이 공법의 경우 차수 효과 및 흙막이로서의 강성 확보가 유리하다는 장점이 있으나, 그 시공에 있어 숙련된 기술을 필요로 하고 넓은 작업 공간이 필요하며, 무엇보다도 공사비가 고가이어서 경제성이 떨어진다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 흙막이 공법들이 가지는 제반 문제점 및 한계점을 극복하고 경제성과 품질 확보 등의 면에서 유리한 새로운 방식의 흙막이 공법을 제공하고자 안출된 것으로서, 구체적으로 본 발명은 벤토나이트와 같은 차수재가 혼입된 시멘트 재질로 이루어짐과 동시에 내부에는 강성이 우수한 프리캐스트 콘크리트 파일 또는 H-형강 파일이 매설된 단위 토류기둥들을 서로 단면이 중첩되도록 병렬 배치 구성함으로써 흙막이 구조체로서 기본적으로 요구되는 강성과 더불어 확실한 차수 효과를 얻을 수 있어 종래에서와 같은 보조적인 차수 공법을 필요로 하지 않는 개선된 흙막이 벽체 구조를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 기술적 과제에 부가하여, 내부에 응력재로서 설치되는 H-형강 및 프리캐스트 콘크리트 파일을 흙막이 전면측으로 편심 배치함으 로써 토류기둥의 후면 및 양 측면으로 차수성 시멘트 채움재로 이루어지는 부위가 충분하게 확보되므로 차수 효과를 극대화 할 수 있으며, 아울러 이후의 굴착 작업 시에 굴착 장비에 의해 후면의 차수성 있는 시멘트 부위가 손상되는 것이 방지됨으로써 하자 발생을 미연에 방지할 수 있음과 동시에 평활한 흙막이 벽체면을 가질 수 있는 개선된 흙막이 벽체 구조를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

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본 발명은 건축 또는 토목 공사에서 배면 토사의 붕괴를 방지하기 위한 목적으로 시공되는 흙막이 벽체에 있어서, 차수성을 가지는 시멘트 재질로 된 원형 단면의 기둥 부재로서, 흙막이면을 따라 일렬로 늘어서게 설치되어 흙막이 벽체 본체를 형성하는 다수개의 토류기둥; 상기 다수개의 토류기둥 내에 매립 설치되며 상기 다수개의 토류기둥 중 소정 개소마다 간헐적으로 설치되는 H-형강 파일; 및 상기 다수개의 토류기둥 중 상기 H-형강 파일이 설치되어 있지 않은 토류기둥 내에 교대로 매립 설치되는 대구경 프리캐스트 콘크리트 파일 및 소구경 프리캐스트 콘크리트 파일; 을 포함하되, 상기 다수개의 토류기둥은 인접하는 토류기둥끼리 소정의 길이만큼 원형 단면이 상호 중첩되게 구성되며, 상기 H-형강과 프리캐스트 콘크리트 파일은 상기 토류기둥의 내부에 매립 설치됨에 있어 배면 토사의 반대측 방향으로 최대한 편심되게 배치되어 있고, 상기 프리캐스트 콘크리트 파일과 끼움결합하는 스페이서가 배면 토사쪽 측면에 적어도 하나 이상이 부설되어 있는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 파일을 이용한 흙막이 구조체를 제공한다.
이하, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명이 바람직하게 구현된 일 실시예를 제시하고 이를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 더욱 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 하기 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 하기와 같은 구체적인 실시 형태로서 한정하고자 하는 것은 아님을 미리 밝혀 두는 바이다.

도2는 본 발명에 따라 이루어진 흙막이 구조체의 구성을 도시한 도면으로서, 상기 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 흙막이 구조체는 전체적으로 원형 단면의 기둥 부재로서 서로 원형 단면이 중첩되도록 하여 일렬로 늘어서게 설치된 다수개의 토류기둥(10)과, 상기 다수개의 토류기둥(10) 중 일부 토류기둥 내에 매립 설치되는 H-형강 파일(12) 및, 상기 다수개의 토류기둥 중에서 상기 H-형강 파일(12)이 설치되어 있지 않은 나머지 토류기둥 내에 매립 설치되는 프리캐스트 콘크리트 파일(14);을 포함하여 구성되며, 상기 H-형강 파일(12)과 프리캐스트 콘크리트 파일(14)은 상기 토류기둥(10)의 내부에 매립 설치됨에 있어 배면 토사(S)의 반대측 방향으로 최대한 편심되게 배치 구성되어 있는 것임을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 흙막이 구조체에 있어서 토류기둥(10)은 도2에 도시된 바와 같이 차수성을 갖는 시멘트를 사용하여 원형 단면을 갖는 기둥 부재의 형태로 성형 제작한 것으로, 이와 같은 토류기둥(10)을 형성함에 있어서는 기본적으로 시멘트를 주요 기재로 하고 여기에 차수용 첨가제를 혼입, 배합하여 차수성을 갖도록 한 시멘트 페이스트를 사용하며, 이와 같은 차수성이 부여된 시멘트 페이스트 채움재를 지반 상에 천공된 구멍 내에 채워 넣고 경화시킴으로써 상기와 같은 원형 기둥 형태의 시멘트 토류기둥(10)을 구축할 수 있다.

이 때, 사용되는 차수용 첨가제로는 구득이 용이하고 가격이 저렴할 뿐 아니라 수분 접촉에 대하여 자체 팽창성을 갖는 공지의 벤토나이트(bentonite) 분말이 바람직하게 사용될 수 있으며, 이 외에도 시멘트 구조체 자체에 차수성 내지 지수성을 부여할 수 있는 다양한 첨가제가 현장 상황 등에 따라 선택적으로 사용될 수 있다. 이 때, 상기 시멘트와 벤토나이트 분말을 혼합하여 채움재를 배합함에 있어서 시멘트 비율을 높이게 되면 강도가 증가하여 구조적으로는 유리한 반면 후술하는 시공 방법에서와 같은 오버랩(overlap) 절삭이 어렵게 되고, 반대로 벤토나이트의 비율을 높이게 되면 전체적으로 강도가 저하되어 지반 변형 등을 초래할 수 있는 바 통상의 오오거 장비로 절삭이 가능할 정도의 강도를 가질 수 있도록 적절한 배합비를 정하여 사용하도록 한다. (통상적으로는 시멘트 중량에 대한 벤토나이트의 비율이 10% 정도가 되도록 하는 것이 적당하다.)

상기와 같은 다수개의 토류기둥(10)들은 계획된 흙막이 라인을 따라 서로 인 접되게 연속적으로 배치됨으로써 일종의 주열식 벽체를 이루면서 본 발명에 따른 흙막이 구조체의 본체를 형성하게 된다. 이 때, 본 발명에서는 상기 토류기둥(10)들을 연속되게 배치 구성함에 있어, 종래의 CIP 공법 등의 경우 인접하는 단위 기둥들이 서로 그 외주면끼리 맞닿아 있도록 배열됨으로써 이들의 사이로 물이 침투할 우려가 있는 문제점이 있었던 것과 비교할 때, 흙막이 벽체를 구성하는 토류기둥(10)들끼리 서로 일정 길이 이상 단면이 중첩(overlap) 구성되도록 함으로써 이들 토류기둥(10)들이 완전히 연속화된 벽체를 형성하여 내부로 물이 스며들 우려가 없게 된다. 따라서 본 발명의 경우 상기한 바와 같이 차수 능력을 갖는 단위 토류기둥(10)들이 이음매 없이 중첩되게 연속되도록 한 구성을 취하고 있는 바 흙막이 구조체가 자체적으로 차수 성능을 가지기 때문에 종래의 일반적인 주열식 흙막이 공법에서 필요로 하였던 보강 그라우팅재 주입과 같은 보조 차수 시공을 별도로 하지 않아도 되는 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기와 같은 토류기둥(10)들의 내부에는 벽체의 강성을 보강할 수 있도록 하기 위하여 토류기둥(10)의 소정 개소마다 H-형강재의 파일(12)이 삽입 설치되며, 이와 같이 H-형강 파일(12)이 설치된 토류기둥을 제외한 나머지 토류기둥들에는 그 내부에 프리캐스트 콘크리트 파일(14)이 삽입 설치되도록 구성된다. 상기 H-형강 파일(12)은 통상의 흙막이 공법이나 구조용으로 사용되는 일반적인 H-형강을 사용하는데 그 규격으로는 300 ×300㎜ 이하의 기존 공장 생산된 제품을 사용한다. 또한, 상기 H-형강 파일(12)이 설치되는 간격은 흙막이 구조체로서의 소요 강성 및 경제성 등을 고려하여 대략적으로 4 ~ 6개의 토류기둥(10)마다 1본씩 설치하는 것이 적당하다.

다음으로, 상기 프리캐스트 콘크리트 파일은 공장(경우에 따라서는 현장)에서 미리 소정 길이의 말뚝 형태로 제작된 기성 제품으로서, 이러한 프리캐스트 콘크리트 파일로는 일반 R.C(Reinforced Concrete)파일을 비롯하여 P.C(Prestressed Concrete)파일 또는 P.H.C(Pretensioned Spun High Strength Concrete) 파일 등이 이용될 수 있다. 이와 같이 본 발명은 기성 제품으로서의 프리캐스트 콘크리트 파일을 지반 천공홀 내에 삽입하고 나머지 빈 공간부를 상기한 시멘트+벤토나이트 등의 채움재로 채워 흙막이 벽체를 형성하도록 하고 있는 바, 이러한 본 발명에 의하면 종래의 현장 타설식 흙막이 공법과 비교하여 별도의 철근망 조립 설치와 같은 공정이 생략되고 습식 시공방식에 따라 이루어지는 채움재 시공량을 상당 부분 줄일 수 있기 때문에 시공이 매우 간편해지는 것은 물론, 소요 흙막이 벽체 강도에 맞추어 다양한 강성의 파일들을 선택적으로 사용할 수 있어 현장 상황을 반영한 안정적인 품질 확보가 가능하게 되는 효과를 기대할 수 있게 된다.

나아가, 본 발명에 따른 흙막이 구조체에 있어서 상기와 같은 H-형강 파일(12) 및 프리캐스트 콘크리트 파일(14)을 설치함에 있어서는 통상적인 경우에서와 같이 기둥 부재의 중심에 위치하도록 배치하는 것이 아니라, 도2에 도시된 바와 같이 배면 토사(S)의 반대측 방향으로 최대한 편심되게 배치한 구성을 취하고 있으며, 이와 같은 점에서도 본 발명은 종래의 기술들과 구별되는 구성상의 특징을 나 타내고 있다.

이와 같이 본 발명은 H-형강 파일(12) 및 프리캐스트 콘크리트 파일(14)이 토류기둥(10) 내에서 편심 배치되도록 구성되어 있음으로써 토류기둥(10)의 후면 및 양 측면으로 차수성 시멘트 채움재로 이루어지는 부위가 충분하게 확보되므로 오버랩되는 면적이 증가됨에 따라 차수 효과를 극대화 할 수 있게 되며, 나아가 후술하는 본 발명에 대한 시공 방법에서와 같이 이미 채움재가 채워져 기 형성된 토류기둥들 사이로 오버랩 절삭을 통해 천공홀을 시공하는 경우에 있어 보링머신의 오오거가 상기 H-형강 파일(12) 또는 프리캐스트 콘크리트 파일(14)에 접촉됨에 의한 간섭 가능성이 현저히 줄어들게 되므로 시공 작업에 대한 편의성 및 시공 능률이 상당히 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 아울러 본 발명은 상기와 같은 구성을 가짐으로써 H-형강 파일(12) 및 프리캐스트 콘크리트 파일(14)들이 완성된 흙막이 구조체의 굴착 전면부(즉, 배면 토사의 반대편)로 위치하게 되는 바, 터파기 굴착 작업시에 굴착 장비의 버켓이 흙막이 벽체를 긁고 지나가더라도 흙막이 구조체 전면에 위치한 H-형강 파일 등(12)(14)의 표면에만 다소 긁힘이 있을 뿐, 차수 성능을 갖는 채움재로 이루어진 나머지 부분에는 영향이 없기 때문에 이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 형태에 의하여 흙막이 구조체에 대한 누수 하자의 가능성을 미연에 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 본 발명에서 H-형강 파일(12) 및 프리캐스트 콘크리트 파일(14)이 토류기둥(10) 내에서 편심 배치되도록 한 구성을 이루기 위하여는 토류기둥(10)의 시공에 있어 채움재를 투입 시에 천공 구멍 내에 삽입된 H-형강 파일(12) 및 프 리캐스트 콘크리트 파일(14)이 배면 토사의 반대편으로 편심 위치된 상태를 유지할 수 있도록 하여야 하며, 이를 위해서는 상기 H-형강 파일(12) 및 프리캐스트 콘크리트 파일(14)의 측면에 스페이서(20)를 추가로 장착 구성하는 것이 바람직하다.

도3은 본 발명에서 상기와 같은 용도로 사용되는 스페이서(20)에 대한 구체예들을 도시한 도면으로서, 이와 같은 스페이서(20)로는 H-형강 파일(12)의 경우 예컨대 도3(a)에 도시된 것과 같이 철판을 대략 'ㄷ'자형으로 절곡 가공한 것을 H-형강 파일(12)의 측면에 용접 부착하거나, 도3(b)에 도시된 것과 같이 두개의 철판(21) 사이에 원통형의 블럭(22)을 회전 가능하게 장착한 형태의 것 등을 사용할 수 있다. 또한, 도3(c)에는 프리캐스트 콘크리트 파일(14)에 사용되는 스페이서(20)가 예시되어 있으며, 이는 합성수지, 금속재, 콘크리트, 목재 등의 재질의 스페이서(20) 본체(23)의 일측에 고정봉(24)이 돌출되도록 구성하고 이 고정봉(24)을 프리캐스트 콘크리트 파일(14)의 측면에 마련된 구멍에 끼워 고정하는 형식으로 되어 있다.

도3(d)는 상기와 같은 스페이서(20)가 부착된 프리캐스트 콘크리트 파일(14)을 지중에 설치한 상태를 도시한 것으로서, 상기에 도시된 바와 같이 본 발명의 스페이서(20)를 설치함에 있어서는 프리캐스트 콘크리트 파일(또는 H-형강 파일)의 일측에 스페이서(20)를 소정 간격으로 다수개 설치하고, 이와 같이 스페이서(20)가 부설된 프리캐스트 콘크리트 파일(14)을 지중에 천공된 구멍(H)에 삽입하면 이 스페이서(20)로 인하여 프리캐스트 콘크리트 파일(14)이 구멍(H) 내에서 일측으로 밀착 설치됨과 동시에 파일(14) 양측으로 동일한 폭의 채움재 시공 공간이 형성된다. 이 때, 상기 스페이서(20)의 구체적인 치수를 정함에 있어서는 스페이서(20)의 높이와 프리캐스트 콘크리트 파일(14)의 직경을 합하면 상기 천공구멍(H)의 직경과 거의 같도록(약 1cm정도 부족하게) 설계하는 것이 적당하다. 한편, 상기와 같은 스페이서의 구체적인 형태 및 설치 상태는 본 발명의 실시를 위한 바람직한 형태로서 본 발명자가 제시하는 것이며 상기와 같은 형태들 이외에도 그 형상 및 재질면에서 다양한 방식으로 제작 사용이 가능함은 당업자에게 명백하다 할 것이다.

이하, 상기에서 설명한 것과 같은 본 발명의 흙막이 구조체를 시공하는 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 시공 단계별로 상세하게 설명한다.

도4는 본 발명의 방법에서 1개의 토류기둥(10)을 시공하는 과정을 순서적으로 도시한 도면이고, 도5는 본 발명의 흙막이 구조체를 형성함에 있어 시공이 진행됨에 따른 단계별 시공 상태를 순서적으로 도시한 평면도로서, 상기 도면들을 참조하여 본 발명에 대한 시공 방법을 설명하면 다음과 같다. 우선 흙막이 구조체를 구축하고자 하는 지반 상에 예정 흙막이 라인을 따라 H-파일 설치공(H-0)을 소정 간격마다 천공 형성한다 (도4의(a) 및 도5의(a)참조). 이 때, 상기 H-파일 설치공(H-0)의 천공에 있어서는 오오거(A)를 구비한 통상의 보링 머신을 이용하되, 본 발명의 효과적인 실시를 위하여는 천공 수직도가 1/300 이내에 들도록 관리할 필요가 있다. 또한, 상기 H-파일 설치공(H-0)의 천공 직경은 대략 500㎜ 정도로 하고 천공 간격(pitch)는 1.6m 내지 2.4m 정도로 하는 것이 적당하며, 상기와 같은 직경으로 천공하는 경우 H-형강으로는 250×250㎜나 300×300㎜규격의 것을 사용하는 것 이 적당하다.

상기와 같이 하여 지반 상에 H-파일 설치공(H-0)이 형성되면 도4의(b)와 (c)에서와 같이 H-파일 설치공(H-0) 내에 H-형강 파일(12)을 삽입하고 나머지 공간에 채움재(100)를 채워 넣음으로써 토류기둥(10)을 형성한다 (도4의(d)와 도5의(b) 참조). 이 때, 본 발명에서 상기 H-형강 파일(12)을 삽입 설치함에 있어서는 H-파일 설치공(H-0)의 중앙에 설치하는 것이 아니라 배면 토사의 반대측 방향으로 최대한 편심되도록 설치하여야 하고 이를 위하여 별도의 스페이서(도4에서 20, 도5에는 도시되지 않음)를 설치할 수 있음은 전술한 바와 같다. 또한, 상기 채움재(100)로서는 시멘트와 벤토나이트 분말을 혼합한 것이 바람직하게 사용될 수 있으며, 이 경우 배합비로는 현장 여건에 따라 적절히 정할 수 있을 것이나 통상적인 경우 1㎥당 시멘트 360㎏, 벤토나이트 35㎏, 물 420ℓ의 비율로 배합하면 무난하다.

상기와 같은 공정에 따라 내부에 H-형강 파일(12)이 매설된 토류기둥(10)이 형성되면, 다음 공정으로서 상기 H-파일 설치공(H-0)과 H-파일 설치공(H-0) 사이의 지반 상에 보링 머신을 사용하여 제1 PC-파일설치공(H-1)을 천공 형성한다 (도5의(c) 참조). 여기서, 상기 제1 PC-파일설치공(H-1)은 먼저 형성된 H-파일 설치공(H-0) 간의 간격에 따라 하나 또는 다수개를 형성하는데 그 형성 간격을 정함에 있어서는 상기 H-파일 설치공(H-0)과의 거리 및 인접하는 제1 PC-파일설치공(H-1)과의 이격 거리가 최소한 상기 보링 머신의 천공 직경(본 실시예에서는 500㎜)보다 작도록 함으로써 후술하는 제2 PC-파일설치공(H-2)의 천공시에 설치공들의 단면이 소정 길이 이상 서로 중첩될 수 있도록 하여야 한다. 이 때, 중첩되는 길이가 클수록 차수 효과의 면에서는 유리하지만 설치공의 천공 개소가 늘어나는 단점이 있으므로 적절한 중첩길이를 정해야 할 것이며, 대략적으로는 10 ~ 20㎝ 정도 중첩될 수 있도록 하는 것이 적당할 것이다.

다음으로는 상기와 같은 공정에 따라 형성된 제1 PC-파일설치공(H-1)의 내부에 프리캐스트 콘크리트 파일(14)을 삽입 설치하고 나머지 공간에 채움재(100)를 채워 넣음으로써 토류기둥을 형성시킨다 (도5의(d) 참조). 여기서 상기 프리캐스트 콘크리트 파일(14)을 삽입 설치시에 배면 토사의 반대측으로 최대한 편심될 수 있도록 하는 것과 채움재(100)의 배합비 등과 같은 사항들은 앞서 설명한 H-파일설치공(H-0)의 경우에서와 동일하므로 별도의 설명은 생략하기로 한다. 한편, 상기 제1 PC-파일설치공(H-1)의 내부에 삽입 설치되는 프리캐스트 콘크리트 파일(14)의 직경은 천공 구멍의 직경에 비해 다소 소구경인 Φ300㎜ 정도의 것을 사용하는 것이 적당한데, 이는 이후 공정인 제2 PC-파일설치공(H-2)의 천공 시에 이미 설치된 콘크리트 파일(14)에 의해 보링 작업이 지장을 받는 것을 방지하고 충분한 채움재(100)의 중첩 길이를 확보할 수 있도록 고려된 것이다.

상기와 같이 하여 H-파일설치공(H-0) 및 제1 PC-파일설치공(H-1)의 내부에 채움재(100)가 채워져 토류기둥(10)이 형성되면, 이들이 소정 강도로 경화될 때까 지 대기한 후 상기 H-파일설치공(H-0)과 제1 PC-파일설치공(H-1)의 사이(또는 H-파일설치공들 사이에 제1 PC-파일설치공이 2이상 설치된 경우에는 제1 PC-파일설치공과 제1 PC-파일설치공의 사이)의 지반상에 보링머신을 사용하여 제2 PC-파일설치공(H-2)을 천공 형성한다. 이 경우, 전술한 바와 같이 상기 H-파일설치공(H-0)과 제1 PC-파일설치공(H-1) 간의 이격된 거리가 보링머신의 천공 직경보다 작은 값을 갖도록 형성되어 있는 바, 상기와 같이 보링 작업을 실시하게 되면 도5의(e)에서와 같이 제2 PC-파일설치공(H-2)의 양측 토류기둥의 채움재(100)에 대하여 소정 길이로 단면 절삭이 이루어지게 된다. 따라서, 상기 제2 PC-파일설치공(H-2)을 천공함에 있어서는 기 형성된 토류기둥들의 경화 정도를 고려하여 시공 시기를 정하여야 하는데, 앞서 제시한 채움재의 배합비로 시공한 경우라면 대략 1 ~ 2일간 경화시킨후 천공 작업을 시행하도록 한다.

상기와 같은 공정에 의해 제2 PC-파일설치공(H-2)이 형성된 다음에는 도4에 도시된 바와 같이 그 내부에 프리캐스트 콘크리트 파일(14)을 편심되게 설치한 뒤 채움재(100)를 주입하여 토류기둥(10)을 형성한다. 이와 같은 시공 단계를 거치면 도5의(f)에 도시된 것과 같이 다수개의 토류기둥(10)들이 서로 단면이 중첩되게 구성된 연속 흙막이 벽체가 이루어지며, 이로써 본 발명에 따른 흙막이 구조체가 완성되는 것이다. 이 때, 상기 제2 PC-파일설치공(H-2) 내부에 설치되는 프리캐스트 콘크리트 파일(14)의 직경은 상기 제1 PC-파일설치공(H-1)의 경우보다는 다소 큰 Φ400㎜ 정도의 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 설치공(H-2) 내부에 투입되 는 채움재(100)의 양을 줄이면서도 적절한 채움재 두께가 유지될 수 있게 함으로써 차수 성능과 함께 필요한 강성을 확보할 수 있도록 고려한 것이다. 한편, 상기와 같이 완성된 흙막이 구조체에 있어 프리캐스트 콘크리트 파일의 중공부에는 모래나 잡석 등을 채워 넣어 마무리 할 수도 있으며 이는 현장 상황에 따라 선택적으로 실시할 수 있다.

위와 같은 시공 순서에 따라 본 발명의 흙막이 구조체가 완성된 이후로는 후속 공정인 터파기 공사를 진행해 나가며, 이 때, 배면 토사의 토압 등을 고려하여 필요에 따라 추가의 흙막이 보강 공사를 수행할 수도 있다. 도2에서 미설명 부호 210, 220은 이와 같은 보강 구조체의 일종으로서 수평 버팀대(스트럿; strut)(210)와 띠장(220)을 도시한 것으로 이와 같은 형태 이외에도 현장 여건에 따라 다양한 보강 공사가 선택적으로 수행될 수 있을 것이다. 한편, 도5의 도시를 보면 지반상에 설치공을 천공함에 있어 제1, 제2 PC-파일설치공(H-1)(H-2)보다 H-파일설치공(H-0)이 다소 전면측으로 돌출되게 형성되어 있음을 확인할 수 있는데, 이는 본 발명에 따라 완성된 흙막이 구조체에서 H-형강 파일(12)의 플랜지 면이 프리캐스트 콘크리트 파일(14)의 외주면보다 최소한 같거나 전면으로 돌출되게 함으로써 전술한 것과 같은 띠장(220)을 설치함에 있어 지장이 없도록 하기 위한 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예들에 의하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사 상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한 것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

상기와 같이 상세하게 설명한 본 발명에 따르면 자체적으로 차수 성능을 가지고 있는 단위 토류기둥을 서로 단면이 중첩되게 하여 연속적인 벽체를 형성함으로써 별도의 보조적인 차수 공법을 필요로 하지 않아 공사 비용 및 공사 기간을 단축할 수 있으며, 공장 제작된 프리캐스트 콘크리트 파일을 이용함으로써 흙막이 벽체의 품질 확보가 용이할 뿐 아니라 철근망 제작 및 설치와 같은 공종이 생략되므로 별도의 작업장을 필요로 하지 않고 시공이 단순화되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 경우 내부에 응력재로서 설치되는 H-형강 및 프리캐스트 콘크리트 파일을 흙막이 전면측으로 편심 배치한 구성을 가짐으로써 원활한 흙막이 벽체의 시공 작업이 가능해질 뿐 아니라 이후의 굴착 작업에 있어서 흙막이 벽체가 손상되어 차수 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

나아가, 종래의 주열식 토류 벽체에서는 콘크리트의 강도 때문에 오버랩 시공을 할 수 없거나 오버랩 시공이 가능한 경우에도 대형 장비를 사용하여야 하고 공사비가 고가인 단점이 있었지만, 상기에서 설명한 본 발명의 시공 방법의 경우 비교적 강도가 약한 채움재만을 절삭하는 것이므로 기존의 일반적인 소형 장비로도 시공이 가능하여 저렴한 공사비로 빠르게 시공할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 건축 또는 토목 공사에서 배면 토사의 붕괴를 방지하기 위한 목적으로 시공되는 흙막이 벽체에 있어서,

   차수성을 가지는 시멘트 재질로 된 원형 단면의 기둥 부재로서, 흙막이면을 따라 일렬로 늘어서게 설치되어 흙막이 벽체 본체를 형성하는 다수개의 토류기둥;

   상기 다수개의 토류기둥 내에 매립 설치되며 상기 다수개의 토류기둥 중 소정 개소마다 간헐적으로 설치되는 H-형강 파일; 및

   상기 다수개의 토류기둥 중 상기 H-형강 파일이 설치되어 있지 않은 토류기둥 내에 교대로 매립 설치되는 대구경 프리캐스트 콘크리트 파일 및 소구경 프리캐스트 콘크리트 파일; 을 포함하되,

   상기 다수개의 토류기둥은 인접하는 토류기둥끼리 소정의 길이만큼 원형 단면이 상호 중첩되게 구성되며, 상기 H-형강과 프리캐스트 콘크리트 파일은 상기 토류기둥의 내부에 매립 설치됨에 있어 배면 토사의 반대측 방향으로 최대한 편심되게 배치되어 있고, 상기 프리캐스트 콘크리트 파일과 끼움결합하는 스페이서가 배면 토사쪽 측면에 적어도 하나 이상이 부설되어 있는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 파일을 이용한 흙막이 구조체.
2. 제1항에서, 상기 H-형강에는 두개의 철판 사이에 원통형의 블럭을 회전 가능하게 장착한 형태의 스페이서가 배면 토사쪽 측면에 적어도 하나 이상이 부설되어 있는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 파일을 이용한 흙막이 구조체.
3. 제1항에서, 상기 토류기둥을 이루는 시멘트는 벤토나이트 분말이 혼입되어 배합된 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 파일을 이용한 흙막이 구조체.
4. 제1항에 기재된 구성의 흙막이 구조체를 시공하는 방법으로서,

   (a) 보링머신을 이용하여 지반 상에 계획된 흙막이 라인을 따라 소정 간격마다 다수개의 H-파일설치공을 천공하는 단계;

   (b) 상기 천공된 H-파일설치공 내에 H-형강 파일을 삽입 설치하되, 상기 H-형강 파일이 상기 H-파일설치공 내에서 배면 토사의 반대 방향으로 최대한 편심 위치되도록 한 상태에서 상기 H-파일설치공의 내부에 채움재를 주입하여 토류기둥을 형성시키는 단계;

   (c) 상기 H-파일설치공과 H-파일설치공 사이의 지반 상에 보링머신을 이용하여 하나 또는 다수개의 제1 PC-파일설치공을 천공하되, 상기 제1 PC-파일설치공은 인접하는 H-파일설치공 또는 제1 PC-파일설치공과의 간격이 상기 보링머신의 천공 직경보다는 작은 값을 가지도록 천공하는 단계;

   (d) 상기 천공된 제1 PC-파일설치공 내에 소구경 프리캐스트 콘크리트 파일을 삽입 설치하되, 상기 프리캐스트 콘크리트 파일이 상기 제1 PC-파일설치공 내에서 배면 토사의 반대 방향으로 최대한 편심 위치되도록 한 상태에서 상기 제1 PC-파일설치공의 내부에 채움재를 주입하여 토류기둥을 형성시키는 단계;

   (e) 상기 (b)단계와 (d)단계에서 형성된 토류기둥이 경화된 후 상기 H-파일설치공과 제1 PC-파일설치공 사이, 또는 상기 제1 PC-파일설치공과 제1 PC-파일설치공 사이의 지반상에 보링머신을 사용하여 제2 PC-파일설치공을 천공하는 단계;

   (f) 상기 천공된 제2 PC-파일설치공 내에 대구경 프리캐스트 콘크리트 파일을 삽입 설치하되, 상기 프리캐스트 콘크리트 파일이 상기 제2 PC-파일설치공 내에서 배면 토사의 반대 방향으로 최대한 편심 위치되도록 한 상태에서 상기 제2 PC-파일설치공의 내부에 채움재를 주입하여 토류기둥을 형성시키는 단계; 를 포함하여 이루어지는 프리캐스트 콘크리트 파일을 이용한 흙막이 구조체의 시공 방법.
5. 제4항에서, 상기 (b)단계, (d)단계 및 (f)단계에서 사용되는 채움재는 시멘트 내에 벤토나이트 분말을 혼입하여 배합된 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 파일을 이용한 흙막이 구조체의 시공 방법.

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