KR100726984B1 - 흙막이 가설시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 버팀대 및 중간파일 없이 굴착지반에 작용하는 토압에 저항할 수 있는 굴착된 지반내측면에 설치되는 지보공으로서, H 파일인 수직빔 또는 띠장을 포함하는 굴착지반 지보공; 상기 굴착지반 지보공으로부터 주위 지반에 이격되어 매설되는 쉬트파일을 포함하는 고정정착강재; 및 상기 고정정착강재에 일단부가 고정되어 상기 굴착지반지보공과 고정정착강재 사이에 형성된 중간지반(A)을 관통하여 타단부가 굴착지반 지보공으로 연장되어 굴착지반 내측에서 긴장후 정착되는 긴장재;를 포함하는 흙막이 가설시스템에 관한 것이다.

흙막이, 긴장재, 지보공

Description

흙막이 가설시스템{TEMPORARY SYSTEM FOR LAND-SIDE PROTECTION WALL}

도 1a는 종래의 굴착지반 보강재로서 버팀대가 설치된 상태를 도시한 것이다.

도 1b 및 도 1c는 종래의 버팀대의 설치를 생략할 수 있는 가설시스템의 설치형태도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 흙막이 가설시스템의 설치도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 긴장재로서 앵커볼트 및 PC 강연선을 이용하는 경우의 설치상태도이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 강재편 또는 방사형정착대인 정착장치의 예를 도시한 것이다.

도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명의 상판지지구조체의 예를 도시한 것이다.

도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 흙막이 가설시스템의 설치상태도를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:본 발명의 흙막이 가설시스템 110:굴착지반 지보공

120:고정정착강재 130:긴장재

200:고정수단 210:관통구멍

220:고정판재 230:고정구

240:덮개판 250:충진재

300:정착수단 310:강재편

320:방사형정착대 330:중간 방사형정착대

340:수평긴장재 400:상판구조지지체

410:상현재 420:하현재

430:경사빔 440:수직재

450:정착구 460:모서리경사재

500:상판구조물(복공판)

본 발명은 흙막이 가설시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 지반을 굴착(터파기)함으로서 굴착지반이 토압에 의하여 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 설치되는 가시설인 흙막이 가설시스템에 관한 것이다.

건축물, 개착터널, 지하철, 전력구, 통신구, 하수관거 등과 같이 지반을 소정의 깊이 및 길이방향으로 연장하여 굴착하고, 그 굴착지반 내부 공간에 구조물을 설치하는 경우에 있어, 굴착된 지반면은 항상 토압(주동토압)에 의하여 붕괴되려고 하기 때문에 통상은 도 1a와 같이 H 파일과 같은 수직빔(10)을 먼저 지반에 항타시 켜 매설시킨 후, 지반을 굴착하면서 수직빔 사이에 토류벽(20,흙막이판, 통상 목재를 이용하게 된다.)을 끼워 설치하는 방식으로 굴착지반 지보공을 설치하게 된다.

이때, 토류벽이 설치된 수직빔에는 수평빔 형태의 띠장(30,WALE,통상 H 파일)을 설치하게 되는데, 이는 수직빔을 서로 수평방향으로 연결시켜줌으로서 수직빔(10)과 띠장(30)이 격자형태의 구조체로서 작용하는 주동토압에 보다 효과적으로 저항할 수 있도록 하기 위함이다.

나아가, 띠장과 띠장 사이에는 굴착지반을 가로질러 양 단부가 띠장에 지지되어 역시 토압에 저항할 수 있도록 버팀보(40, STRUT)를 설치하게 되는데, 통상 이도 역시 H 파일이 이용되는 것이 일반적이다.

이러한 버팀보(40)는 지반굴착면에 설치된 띠장 사이에 일종의 횡 지지빔으로서 설치되어 작용 토압에 보다 효과적으로 저항할 수 있도록 하는 것으로서 거의 모든 굴착지반 지보공에 설치되고 있다.

나아가 굴착지반 지보공으로서 수직빔 및 토류벽을 사용하지 않고, 쉬트파일을 이용하는 경우도 있으며, 지반을 천공시킨 후 콘크리트를 충전시키는 콘크리트 파일 또는 강재파일을 함께 이용하는 경우도 있고, 벤토나이트를 이용한 지중벽을 이용하는 경우도 있다.

이러한 종래의 방법들 또한 나름대로 장점은 있으나 위에서 살펴본 종래의 굴착지반 지보공은 지반굴착 깊이가 커질 수록 작용하는 토압의 크기가 커지기 때문에, 굴착깊이에 따른 버팀보의 설치개수가 증가되고, 그 설치간격(대부분 2-3M)이 작아짐으로서 굴착공간의 이용에 있어 중대한 장애요인이 되고 있으며, 특히 작 업도중 이미 설치된 버팀보의 위치를 이동시킬 필요가 있는 경우에 특히 많은 노력과 시간이 소요되어, 되도록 버팀보의 설치개수를 최소화하거나 아예 버팀보의 설치가 필요없는 방법에 대한 기술개발의 필요성이 대두되었다.

이러한 방법으로서 고안된 것 중 하나가 굴착지반면으로부터 주위 지반 속으로 앵커공을 천공한 후, 어스앵커를 앵커공에 매입시키고, 어스앵커의 선단에 구근이 형성되도록 그라우팅을 한 후, 어스앵커의 두부를 수직빔등에 고정 또는 긴장,정착시키는 방법이다. 하지만 어스앵커의 설치에 있어서 그 연장길이가 상당히 길어야 소요의 지지력을 얻을 수 있어 주위 건물이 장애가 되어 그 시공에 있어 한계가 있을 뿐만 아니라 다소 고가라는 문제점이 있었다.

이에 도 1b와 같이 수평형태의 삼각형받침대(51), 삼각형정착장치(52) 및 이들을 연결해주는 연결용 받침대(53) 및 긴장재(54)로 구성된 프리스트레스트 띠장(50), 및 상기 삼각형정착장치를 모서리부에서 지지하는 버팀보(60)로 이루어진 가시설(대한민국 실용신안등록 20-322945호(IPS 공법)도 소개되어 있는 바, 종래의 버팀보를 설치하지 않는 공법도 소개되어 있다.

하지만 이러한 IPS공법도 도 1c와 같이 굴착공간의 폭이 좁고, 길이방향으로 길어지는 경우에 있어서는 굴착공간을 가로지는 중간파일(70)을 추가적으로 설치하게 되며, 이는 곧 프리스트레스트 띠장의 역할에 한계가 있음을 보이는 것으로서 보다 효율적인 띠장 설치방법에 대한 기술개발의 필요성이 대두되었다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 지반굴착 지보공(종래의 토류벽 등)에 설치되는 띠장을 지반굴착 지보공 배면으로부터 효과적으로 압착 설치되도록 함으로서 버팀대 및 중간파일의 설치없이도 띠장만으로도 지반굴착면에 작용하는 토압을 충분히 지지할 수 있는 흙막이 가설시스템을 제공하는 것이다.

상기 기술적과제를 달성하기 위하여 본 발명의 흙막이 가설시스템(100)은

첫째, 굴착지반 지보공(110)으로서 설치되는 띠장(113)을 굴착지반면으로부터 주위 지반으로 이격된 고정정착강재(120)에 일단부가 고정된 긴장재(130)로서 지반굴착면에 압착시키는 프리스트레스를 도입시킴으로서 띠장(113)만으로도 지반굴착면에 작용하는 토압에 저항할 수 있도록 하는 것을 핵심적 기술적 특징으로 한다.

둘째, 굴착지반 지보공(100)으로서 설치되는 수직빔(111) 상부면에 복공판인 상판구조물(500)이 상부면에 설치되는 상판구조지지체(400)를 설치함에 있어 수직빔(111)과 상기 상판구조지지체(400)가 서로 강결되는 라멘식 구조를 채택함으로서 상판구조지지체(400)로부터 전달되는 작용하중이 보다 효과적으로 하부지반에 전달될 수 있도록 하고 있다.

셋째, 또한 띠장(113)에도 상기 긴장재(130)가 정착되는 방사형정착대(320)를 추가적으로 설치하고, 방사형정착대(320) 사이에 중간 방사형정착대(330)를 띠장(113)에 설치한 뒤, 수평긴장재(340)를 포물선형태로 방사형정착대 및 중간 방사형정착대를 경유하여 긴장,정착되도록 함으로서 보다 효율적인 프리스트레스 띠장 설치가 가능하도록 하였으며, 상기 띠장(113), 방사형정착대(320), 중간 방사형정착대(330) 및 수평긴장재(340)을 일체로 제작한 띠장조립체를 미리 제작하여 설치할 수 있도록 하였으려 이로서 좁고 긴 굴착지반을 터파기 함에 있어서도 중간파일 없이 흙막이 가설시스템을 설치할 수 있도록 하였다.

특히, 방사형정착대(320) 및 중간 방사형정착대(330)의 경우 지지점이 사방으로 벌어져 지지되도록 함으로서 수평 및 수직방향으로의 굴착지방보강재(110)의 지지가 가능하도록 하였다.

넷째, 또한 상판구조지지체(400)를 설치함에 있어 굴착지반폭이 커질 경우 상판구조지지체(400)에 긴장재 및 정착장치를 설치함으로서 추가적으로 프리스트레스가 상판구조지지체(400)에 도입되도록 하여 보다 안정적이고 경제적인 상판구조지지체(400)의 설치가 가능하도록 하였다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 흙막이 가설시스템(100)이 지반 지보공(110)에 설치된 상태를 단면도 형태로 도시한 것이으로서, 상기 흙막이 가설시스템(100)은,

굴착된 지반내측면에 설치되는 지보공으로서, 적어도 H 파일인 수직빔 또는 띠장을 포함하는 굴착지반 지보공(110);

상기 굴착지반 지보공(110)으로부터 주위 지반에 이격되어 매설되는 쉬트파 일을 포함하는 고정정착강재(120); 및

상기 고정정착강재(120)에 일단부가 고정되어 상기 굴착지반지보공(110)과 고정정착강재(120) 사이에 형성된 중간지반(A)을 관통하여 타단부가 굴착지반 지보공으로 연장되어 굴착지반 내측에서 긴장후 정착되는 긴장재(130);를 포함한다.

굴착지반 지보공(110)은 통상의 H 파일인 수직빔(111,엄지말뚝)을 소정의 이격거리를 두고 지반에 항타시킨 후, 지반을 굴착해 내려가면서 수직빔(111) 사이에 목재판 등의 토류판(112)을 끼워 설치하고, 소정의 깊이에 다다른 후, 수직빔(111)과 수직빔(111)을 띠장(113,H 파일)을 설치함으로서 설치될 수 있다.

이러한 굴착지반 지보공(110)은 통상의 토류벽(수직빔, 토류판)으로 이용되는 경우가 도시되어 있지만 콘크리트 파일, 강관파일, 지중벽형태 등으로 설치될 수 있으며, 적어도 후술되는 본 발명의 긴장재(130)가 정착될 수 있는 띠장(113)이 설치되는 것만으로도 정의될 수 있다.

이러한 띠장(113)은 후술되는 바와 같이 단순한 H 파일로 형성될 수 있지만, 후술되는 바와 같이 방사형정착대, 중간 방사형정착대 및 수평긴장재가 추가되어 프리스트레스가 도입되는 띠장조립체로도 설치될 수 있다.

이러한 굴착지반 지보공(110)으로부터 그 배면쪽 지반에 소정의 간격을 두고 고정정착강재(120)가 설치되며, 이러한 고정정착강재로서 쉬트파일이 설치될 수 있으며 본 발명에서는 이를 기준으로 설명하나 고정정착강재(120)로서 쉬트파일 이외에 H 파일등을 이용할 수도 있다.

상기 굴착지반 지보공(110)과 고정정착강재(120) 사이에는 긴장재(130)가 긴 장후 정착되는 방식으로 설치된다.

이로서 굴착지반 지보공(110)과 고정정착강재(120) 사이에 위치한 중간지반(A)은 긴장재(130)를 굴착지반 내측에서 긴장, 정착시킬 때, 고정정착강재(120)가 굴착지반 내측으로 쏠려 휘어지거나 변형이 발생하지 못하도록 하는 일종의 지지체 역할을 하게 되는데, 이로서 굴착지반 지보공(110)을 구성하는 띠장(113)은 긴장재(130)에 의하여 안정적으로 굴착지반면에 압착 지지되는 효과를 가지게 되어, 띠장만으로도 굴착지반면에 작용하는 토압에 충분히 저항할 수 있게 된다. 이때 긴장재(130)에 의하여 도입되어야 하는 프리스트레스값에 따라 고정정착강재와 굴착지반면과의 거리 및 그 설치개수 및 위치를 적절하게 조정하도록 한다.

이로서 상기 굴착지반 지보공(110)을 구성하는 띠장(113)에는 긴장재(130)의 일단부가 정착되도록 하고, 긴장재의 타단부는 고정정착강재(120)에 고정되도록 설치된다.

이러한 긴장재(130)는 앵커볼트, FRP 부재, PC 강연선을 포함하는 텐던 및 와이어로프 중 어느 하나로 설치될 수 있으며, 본 발명의 긴장재의 역할 및 기능을 가지는 것이라면 재질 및 형태에 있어 대체가 가능하다.

도 3a와 같이 상기 앵커볼트(130a)가 설치되는 경우를 살펴보면,

도 2와 같이 띠장(113)을 관통하지 않고 설치될 수도 있지만, 도 3a와 같이 띠장(113)에 미리 형성시킨 관통공을 이용하여 띠장 배면에 설치된 수직빔(111,역시 미리 관통공을 형성시킬 수 있다.) 또는 토류판(112)을 천공기로 천공시켜 가면서 중간지반(A)을 천공, 지반을 굴착지반 내측으로 배출될 수 있도록 할 수 있다.

이때 천공된 굴착공이 붕괴될 우려가 있는 경우에는 미도시된 케이싱을 함께 삽입되도록 함으로서 굴착공의 붕괴를 방지할 수 있다.

중간지반(A)의 굴착이 진행되면서 천공기의 선단이 고정정착강재(120)인 쉬트파일에 다다르게 되면, 자연스럽게 앵커볼트를 삽입할수 있는 천공홀(B)이 형성된다.

계속하여 천공기를 작동시킴으로서 쉬트파일도 천공시킬 수 있지만, 쉬트파일에 미리 관통공을 형성시킨 경우에는 그 관통공에 천공홀이 연통되도록 할 수 있으며, 미리 관통공을 형성시킨 경우 관통공을 덮을 수 있는 덮개판(커버)를 설치함이 바람직하다.

이에 앵커볼트(130a)를 띠장(113), 수직빔(111) 및/또는 토류판(112), 중간지반(A)을 경유하여 그 선단이 쉬트파일을 관통하여 쉬트파일 배면에 위치하도록 하고, 쉬트파일을 관통한 앵커볼트 선단에 구근(C)이 형성될 수 있도록 미도시된 주입관을 통해 그라우팅작업을 할 수 있다. 나아가 도 2와 같이 쉬트파일 배면에 너트와 같은 체결구를 이용하여 앵커볼트(130a)를 체결하여 고정시킬 수도 있다.

이로서 앵커볼트(130a)의 선단이 쉬트파일 배면에서 구근(C)에 의하여 고정되면, 굴착지반 내측에서 앵커볼트(130a)를 긴장 후 후술되는 정착장치(300)를 이용하여 정착시킴으로서 앵커볼트(130a)에 프리스트레스가 도입되도록 한다. 이로서 띠장(113)은 굴착지반면(D)에 압착되는 효과를 가지면서, 작용하는 토압에 충분히 저항할 수 있게 된다.

이러한 토압에 대한 저항작용은 본 발명의 경우 이중으로 작용함을 알 수 있 는데,

첫째는, 지반보강재(120)인 쉬트파일에 의한 저항작용이다.

즉, 쉬트파일에 의하여 원지반(E)에 의한 토압이 저항될 수 있으므로 종국적으로 굴착지반면에 작용하는 토압이 1차적으로 현저하게 줄어들 수 있게되며, 이점이 바로 종래의 어스앵커와 같이 고정정착강재(120) 없이 설치하는 경우와 구별되는 점이라 할 것이다. 또한 상기 쉬트파일은 원 지반에 지하수 수위가 높아지는 경우 일종의 지수판으로서 역할을 함으로서 수압에 의한 토압의 증가를 줄일 수 있다는 효과가 발현될 수 있게 된다.

둘째는, 앵커볼트(130a)에 의하여 도입되는 프리스트레스에 의한 저항작용이다.

즉,중간지반(A)에 의하여 굴착지반면(D)에 작용하는 토압이 쉬트파일과 굴착지반 지보공(110)에 설치된 앵커볼트(130a)의 프리스트레스에 의하여 상쇄되는 것이다. 나아가 상기 중간지반(A)에 의한 토압은 지반보강재(120)에 의하여 원지반(E)와는 달리 일종의 정지토압으로서 작용하게 되므로 그 토압의 크기가 상당히 작게 작용하게 된다는 장점이 있으며, 중간지반(A)은 고정정착강재(120)을 지지하는 지지체 역할을 함으로서 고정정착강재가 프리스트레스에 의하여 휘어지는 등의 변형을 구속할 수 있어 보다 영구적인 고정정착강재의 설치 및 시공이 가능하게 된다.

결국, 본 발명에 의하여 굴착지반면(D)에 작용하는 토압은 이중으로 상쇄되는 효과가 있게되어 띠장(113)이 분담하는 토압의 크기가 현저하게 줄어들게 됨으 로서, 굴착지반면은 종래의 버팀보없이 띠장만으로도 충분히 작용토압에 저항할 수 있게 된다.

또한 띠장이 분담하는 응력의 크기가 작기 때문에 보다 작은 단면의 띠장설치가 가능하게되고, 동일한 단면크기라면 장지간의 띠장설치가 가능하게 된다. 이러한 방식으로 FRP 부재(주로 봉형태)도 동일하게 설치할 수 있다.

도 3b는 긴장재(130)로서 PC 강연선(130b)을 이용하는 사용하는 경우를 도시한 것이다.

이러한 PC 강연선(130b)은 둘굴게 말을 수 있다는 장점 때문에 미리 지반보강재(120)인 쉬트파일에 PC 강연선(130b)을 장착시켜 지반에 설치할 수 있다는 장점이 있다.

이를 위해 쉬트파일의 배면 측에 고정수단(200)을 설치하게 된다.

상기 고정수단(200)은

고정정착강재(120)인 쉬트파일에 형성시킨 관통구멍(210); 상기 관통구멍 주위에 이격되어 공간부(S)가 형성되도록 설치된 고정판재(220); 상기 관통구멍을 제외한 공간부(S) 내측의 쉬트파일 배면에 설치한 고정구(230); 및 상기 관통구멍을 개폐할 수 있도록 쉬트파일의 전면에 설치한 덮개판(240);을 포함한다.

관통구멍(210)은 쉬트파일에 일단부가 고정되는 긴장재(130)인 PC강연선(130b)이 지반굴착 지보공(110)쪽으로 연장될 수 있도록 형성된 구멍으로서 긴장재(130)의 설치위치, 개수에 따라 쉬트파일에 미리 예정된 위치에 소정의 크기로 형성되도록 한다.

고정판재(220)는 긴장재(130)인 PC강연선(130b)을 수용할 수 있는 공간부(S)가 형성되도록 관통구멍 주위에 이격되도록 형성시킨 판재로서 강판을 가공하여 제작할 수 있고, 달리 형상에 제한될 것은 없으므로 PC 강연선(130b)이 수용될 수 있을 정도의 공간이 마련되도록 설치하면 된다.

고정구(230)는 상기 고정판재(220)에 의하여 형성된 공간부(S)에 있어서 관통구멍을 제외한 공간부 내측의 쉬트파일 배면에 PC 강연선(130b)의 타단부가 고정될 수 있도록 하는 것으로서 스토퍼를 이용할 수 있다.

PC 강연선은 상기 고정구(230)에 일단부가 고정된 상태에서 공간부(S)에 말아져 배치되도록 함으로서 추후 PC 강연선의 일단부를 인출할 수 있도록 PC강연선(130b)의 타단부는 관통구멍(210)의 초입에 위치할 수 있도록 세팅하게 된다.

이때, 관통구멍(210)에 의하여 쉬트파일이 지반에 항타 등의 방법으로 매입될때 지반의 흙이 유입될 수도 있으므로, 이를 방지하기 위하여 덮개판(240)를 개폐가 용이하도록 쉬트파일의 전면부에 설치한다.

이러한 고정수단(200)의 경우에도, 앵커볼트의 경우처럼 띠장을 포함한 굴착지반 지보공(110) 및 중간지반(A)의 굴착은 동일하게 진행되고, 쉬트파일에 천공기가 다다를 무렵 천공기를 빼내고 상기 쉬트파일의 전면부에 설치된 덮개판(240)를 열고 관통구멍(210) 초입에 위치한 PC강연선(130b)의 타단부를 인출하게 된다.

이에 상기 PC 강연선(130b)의 타단부를 굴착지반 지보공(110)에 설치된 정착장치(300)에 긴장 후 정착시키게 된다.

또한 PC 강연선(130b)이 긴장 후 정착된 이후에 굴착공을 통해 주입관등을 이용하여 상기 공간부(S)에 모르타르를 포함한 충진재(250)를 충전시킴으로서 상기 공간부를 폐쇄시켜 PC강연선(130b)부식 등의 내구성 저하를 막을 수 있다.

이러한 방식으로 감아 배치될 수 있는 와이어로프도 동일하게 설치할 수 있다.

상기 정착장치(300)는 굴착지반면에 설치된 띠장(113) 또는 수직빔(111)에 직접 통상의 긴장재용 정착구를 설치한 후, 긴장재의 일단부를 긴장 후, 상기 정착구에 정착시킬 수 있다.

나아가 도 4a와 같이 띠장(113) 또는 수직빔(111)에 강재편(310)을 더 설치하여 1차로 정착된긴장재(130)의 일단부를 연장시켜 강재편(310)을 관통하는 긴장재를 2차로 긴장, 정착할 수도 있다.

나아가, 강재편과 유사하게 도 4b와 같이 방사형정착대(320)를 이용할 수 있다.

상기 방사형정착대(320)는 긴장재(130) 타단부의 선단이 띠장(113) 또는 수직빔(111)로부터 이격되어 연장된 상태에서 그 선단을 정점으로 하여 사방으로 경사져 설치된 경사부재(321)의 조립체인 삼각뿔 또는 피라밋 형태의 형강조립체로 설치될 수 있다.

이때 각 경사부재(321)는 H 파일을 가공하여 띠장(113) 또는 수직빔(111)에 볼트 등으로 지지고정될 수 있도록 함이 바람직하며, 긴장재(130)는 상기 방사형정착대(320)의 정점부에 설치된 정착구(322)에 긴장 후 정착된다.

이러한 입체적인 형태로 방사형정착대(320)를 정착장치(300)로 설치하는 이 유는 정착구(322)를 지반굴착면으로부터 이격될 수 있도록 한 상태에서 긴장, 정착할 수 있도록 하되, 띠장(113) 또는 수직빔(111)에 접하여 정착구를 설치할 수 없는 경우에 유용하게 이용될 수 있으며, 방사형정착대(320) 그 자체로서 다른 지지부재없이도 자립설치가 가능하도록 하기 위함이다.

이는 도 1b 및 도 1c같은 경우 수평형태의 삼각형받침대(51), 삼각형정착장치(52)가 수평면으로 설치되기 때문에 이를 지지하기 위한 별도의 받침대가 필요한 경우와 비교될 수 있는 핵심적인 본 발명의 기술적 특징이라 할 수 있다.

또한 이러한 형태의 방사형정착대(320)에는 후술되는 바와 같이 띠장조립체에 수평방향으로 프리스트레스를 도입시키기 위한 수평긴장재의 정착구 및 고정구가 설치되는 부재의 역할도 하게되며, 방사형으로 연장된 경사부재(321)가 띠장 등에 지지됨으로서 긴장력 지지에 있어 응력분산이 가능하며, 지지점이 많아져 보다 안정적으로 설치될 수 있게 된다.

이때 방사형정착대(320)는 긴장재(130)가 설치되는 지반굴착면의 띠장(113) 및 수직빔(111)에 지지되도록 설치될 수 있다.

또한 방사형정착대(320)와 방사형정착대(320) 사이에는 수평방향으로 추가적으로 중간 방사형정착대(330)가 더 설치되며, 방사형정착대(320) 사이의 띠장(113) 및/또는 수직빔(111)에 지지되어 설치될 수 있다.

이때 중간 방사형정착대(330)는 다수가 설치되되 그 설치높이에 있어 차이를 두어 후술되는 수평긴장재(340)가 수평방향으로 포물선형태로 배치되도록 한다. 즉, 중간 방사형정착대(330)의 정점부 높이는 적어도 방사형정착대(310)의 정점부보 다 크도록 형성시켜 후술되는 수평긴장재(340)의 설치형태가 포물선 형태로 설치될 수 있도록 한다.

이러한 중간 방사형정착대(330)는 방사형정착대(320) 사이 띠장(113)에 설치되어 그 정점부에 수평방향으로 수평긴장재(340)가 긴장후 정착되도록 하는 지지정착대 역할을 하게 되는데,

구체적으로 살펴보면, 수평긴장재(340)의 일단부는 한쪽 방사형정착대(320)의 경사부재(321)에 고정구(322)에 의하여 고정되고, 중간 방사형정착대(330)의 정점부를 경유하여 다른 방사형정착대(320)의 경사부재(321)에 타단부가 긴장 후 정착됨으로서 띠장(113)에 추가적으로 수평방향으로 프리스트레스가 도입되도록 하면서, 띠장(113)을 일종의 띠장조립체로 설치할 수 있다. 즉, 띠장을 띠장조립체로서 미리 제작하여 현장에서는 일체로 띠장(113), 방사형정착대(320), 중간 방사형정착대(330)를 설치할 수 있는 것이다.

나아가, 중간 방사형정착대(330)는 상기 강재편(310)과 강재편 (310)사이의 띠장(113)에 설치되어 수평긴장재(340)의 일단부가 한쪽 강재편에 고정구에 의하여 고정되고, 중간 방사형지지부재의 정점부를 경유하여 다른 강재편에 타단부가 긴장 후 정착됨으로서 띠장에 추가적으로 수평방향의 프리스트레스가 도입되도록 할 수도 있다.

이로서 본 발명의 지반굴착면은 굴착지반 지보공인 띠장에 의하여 버팀대 없이 작용하는 토압에 충분히 저항할 수 있는 구조가 되는데, 이러한 흙막이 시스템은 빌딩터파기, 아파트 단지 터파기, 지하철 터파기, 지하차도 터파기, 공동구 터 파기, 상하수 관로 터파기, 배수펌프장 터파기, 드라이작업을 위한 교각터파기, 도로지반 터파기에 유용하게 적용될 수 있으며, 폐단면으로 터파기가 진행될 경우 각 모서리는 통상의 모서리 버팀대를 더 설치함으로서 본 발명의 흙막이 시스템의 병설시공이 가능하다.

또한 지반굴착 후, 지반굴착면 상부는 개방되기 때문에 그 위로 차량 등이 통과할 필요가 있는 경우라면, 예컨대 지하철공사 터파기의 경우, 복공판과 같은 상판구조물(500)을 설치할 필요가 있다.

이를 위해 본 발명에서는 도 2와 같이 굴착지반 지보공(110)의 상부 내측에 트러스 형태의 상판지지구조체(400)를 더 설치할 수 있다.

상기 상판지지구조체(400)는 굴착지반 지보공인 수직빔(111) 상부면에 라멘식으로 강결되어 설치된 상현재(410); 상기 수평빔 하방으로 이격되어 수직빔 사이에 설치된 하현재(420); 및 상기 상현재와 하현재 사이에 설치된 경사빔(430);을 포함하여 구성된다.

상현재(410)는 수직빔(111)의 상부면에 라멘식으로 강결되어 설치된다는데 그 기술적 특징이 있다.

통상 종래의 가교의 경우 H 파일과 같은 거더가 가설동바리 위에 길이방향으로 설치되고, 거더 위에 복공판을 얹어 설치하는 방식으로 가교를 시공하는데, 이러한 구조로는 교통하중의 전달에 있어 다소 비효율적이므로 휨 모멘트, 축력 및 전단력에 효과적으로 저항할 수 있는 라멘식 구조를 이용함으로서 보다 경제적이고 안정적인 굴착지반 지보공을 제작할 수 있다.

이에 상현재(410)의 양 단부를 수직빔(111)의 상부면에 강결(용접 또는 볼팅)시키게 된다.

하현재(420)는 상현재(410)로부터 하방으로 이격되어 수직빔(111) 내측 사이에 역시 양 단부가 강결되도록 하여 설치되며 수직빔과 연결되는 부위는 하측에 지지보강편이 설치될 수 있다.

이러한 상현재(410)와 하현재(420) 사이에 경사빔(430)을 설치하게 된다.

이러한 상판지지구조체(400)의 상부면에는 상판구조물(500)인 복공판을 설치함으로서 복공판으로부터 전달되는 작용하중이 상판지지구조체(400), 수직빔(111), 띠장(113)을 경유하여 하부 지반으로 효과적으로 전달되게 된다.

이때, 굴착폭이 큰 경우에는 상현재(410)와 하현재(420) 중간에 수직재(440)를 더 설치할 수 있으며, 이에 따라 경사빔(430)도 수직재(440)를 기준으로 대각선 형태로 경사져 설치될 수 있다.

나아가, 특히 경사빔에는 도 5a와 같이 추가로 정착구(450)가 설치되어 정착구(450)에 상부긴장재(600)의 일단부가 고정되고, 타단부가 경사빔 또는 하현재(420)에 설치된 다른 정착구(450)에 긴장 후 정착됨으로서 경사빔에 프리스트레스를 더 도입시킬 수 있으며, 이로서 굴착폭이 큰 경우에 보다 효율적이고 경제적으로 상판지지구조체(400)를 설치할 수 있게 된다.

나아가 상기 경사빔은 도 5b와 같이 대각선 형태의 직선 형강빔을 이용해도 되지만 아치형으로 설치될 수도 있으며, 상현재 및 하현재에도 추가적으로 정착구가 설치될 수도 있다. 즉 상현재 및 하현재에도 정착구 및 상부긴장재를 설치함으 로서 상현재와 하현재에도 프리스트레스를 도입시킬 수 있다.

또한 도 5c와 같이 하현재(420) 없이 수직빔(111)과 상현재(410)의 모서리 연결부에 모서리경사재(460)를 설치하고, 상현재(410) 하부면에 거더(470, H 파일)를 설치하고, 상부긴장재(600)의 일단부를 모서리경사재(460)에 설치한 고정구(470)에 고정하고, 타단부가 다른 모서리경사재(460)에 설치한 정착구(480)에 정착되도록 하되 주형거더에 설치한 새들(490)을 경유하도록 하여 전체적으로 하향 경사져 포물선형태로 설치되도록 할 수도 있다.

또한 도 5d와 같이 굴착폭(L1)이 상당히 큰 경우에는 도 5a와 같이 정착구(450), 상부긴장재(600), 경사빔(430), 수직재(440)를 설치하되, 상기 경사빔(460)을 수직재(440)를 기준으로 추가로 더 설치하여 보다 안정적이고 효율적으로 상판지지구조체(400)를 설치할 수 있다.

이러한 상판지지구조체(400)를 지반굴착 지보공(110) 상부에 설치하면, 길이방향으로 길게 터파기를 해야할 경우라도 중간중간에 굴착지반을 횡단하는 중간버팀대의 설치를 생략할 수 있다는 장점이 있게 된다.

도 6a는 특히 개략 정사각형 형태의 폐합 지반굴착에 있어 본 발명의 흙막이 가설시스템(100)이 설치된 상태를 도시한 것이다.

즉, 굴착지반 지보공(110)이 설치된 굴착지반면(D)으로부터 이격되어 고정정착강재(120)가 굴착지반면을 둘러싸도록 설치됨을 알 수 있으며 상기 고정정착부재(120)로부터 굴착지반 지보공(110) 사이에 긴장재(130)이 다수 설치되어 있고, 긴장재(130)는 굴착지반 내측에서 방사형정착대(320)에 정점부에 설치된 정착구에 긴 장 후 정착됨을 알 수 있다.

또한 방사형정착대(320) 사이에는 중간 방사형정착대(330)이 다수 설치되어 있고, 수평긴장재(340)이 방사형정착대 및 중간 방사형정착대를 경유하여 설치되어 있음을 알 수 있다. 이러한 방사형정착대 및 중간 방사형정착대는 띠장에 일체로 부착되어 띠장 조립체로 시공될 수 있다.

또한 굴착지반면의 모서리부에는 모서리버팀대(700)가 설치되어 그 양단부가 수직빔, 띠장에 지지되도록 설치됨을 알 수 있다.

이로서 굴착지반 내측에는 버팀대가 설치되지 않아 그 공간을 효율적으로 이용할 수 있게 된다.

도 6b는 특히 폭이 좁고 길이방향으로 연장된 지반굴착에 있어 본 발명의 흙막이 가설시스템(100)이 설치된 상태를 도시한 것이다.

즉, 도 6a와 같이 굴착지반 보강재(110), 고정정착강재(120), 긴장재(130), 방사형정착대(320), 중간방사형정착대(330), 수평긴장재(340)가 설치되어 있음을 알 수 있는데, 도 1c와는 달리 띠장만으로 충분히 토압에 저항할 수 있으므로 추가적인 중간파일(점선표시)이 설치가 필요없음을 알 수 있다.

도 6c는 특히 고정정착강재(120)의 설치에 있어 굴착지반면(D) 주위에 설치되되 고정정착강재(120)가 굴착지반면(D)을 둘러싸 연속적으로 설치되지 않고, 긴장재(130)가 설치되는 부위를 기준으로 분리되어 비연속적으로 설치될 수 있음을 보인 것이다.

도 6d는 도 6c와 같은 고정정착강재(120)의 설치방식을 따르되, 방사형정착 대(320) 3개를 1개조로 하여 설치하고, 각각의 방사형정착대(320) 사이에 중간 방사형 정착대(330)를 설치함으로서 방사형정착대(320) 사이의 간격을 최소화 하여 방사형정착대, 중간 방사형정착대가 차지하는 공간을 최소화 할 수 있음을 도시한 것이다.

즉, 방사형정착대(320) 사이의 간격이 너무 장지간화되는 경우 시공은 다소 간편할지 모르나 그 구조적 안전성을 확보하기 위하여 단면크기 등이 큰 부재로 설계해야 하기 때문에 오히려 굴착지반 내측의 공간을 잠식할 수 있어 본 발명과 같이 버팀대 및 중간파일 제거에 의한 장점을 상쇄시킬 수 있기 때문이다.

도 6e는 역시 도 6c와 같은 고정정착강재(120)의 설치방식을 따르되, 적어도 굴착지반면(D)의 한면에는 중간 방사형정착대(330) 및 수평긴장재(340)의 설치를 생략할 수 있음을 도시한 것이다. 이는 중간지반에 특성에 따라 굳이 중간 방사형정착대(330) 및 수평긴장재(340)를 설치할 필요가 없는 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 물론 모든 굴착지반면에 중간 방사형정착대(330) 및 수평긴장재(340)의 설치를 생략할 수도 있다.

도 6f는 도 6b에 있어, 긴장재(130)가 설치되는 부위를 기준으로 분리되어 비연속적으로 설치될 수 있음을 보인 것이며 도시하지는 않았지만, 도 6e와 같이 물론 어느 한 굴착지반면 또는 모든 굴착지반면에 중간 방사형정착대(330) 및 수평긴장재(340)의 설치를 생략할 수도 있다.

본 발명의 흙막이 가설시스템은 특히 고정정착강재 및 긴장재에 의하여 지반 굴착 지보공에 있어 띠장만으로 소요의 토압에 충분히 저항할 수 있으므로 버팀대 및 중간파일의 시공없이도 굴착지반 내측의 공간을 효율적으로 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 긴장재의 긴장,정착을 위한 정착대의 경우도 별도의 하면지지부재 없이 설치할 수 있다는 장점에 의하여 부가적인 지지부재 설치에 의한 시공성 및 경제성 저하요인을 제거할 수 있어 매우 안정적이고, 효율적이며 경제적인 흙막이 가설시스템의 제공이 가능하게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

Claims (15)

1. 지반을 굴착하여 지보공을 설치하는 흙막이 가설시스템에 있어서,

   굴착된 지반내측면에 설치되는 지보공으로서, 적어도 H 파일인 수직빔 또는 띠장을 포함하는 굴착지반 지보공;

   상기 굴착지반 지보공으로부터 주위 지반에 이격되어 매설되는 쉬트파일을 포함하는 고정정착강재; 및

   상기 고정정착강재에 일단부가 고정되어 상기 굴착지반지보공과 고정정착강재 사이에 형성된 중간지반(A)을 관통하여 타단부가 굴착지반 지보공으로 연장되어 굴착지반 내측에서 긴장후 정착되는 긴장재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고정정착부재는 굴착지반 지보공으로부터 주위 지반에 설치됨에 있어서, 굴착지반면(D)을 둘러싸면서 연속적으로 설치되거나, 긴장재를 중심으로 비연속적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 굴착지반 지보공인 수직빔 상부면에 라멘식으로 강결되어 설치된 상현재; 상기 수평빔 하방으로 이격되어 수직빔 사이에 설치된 하현재; 및 상기 상현재와 하현재 사이에 설치되되 대각선 또는 아치형으로 설치된 경사빔;을 포함하는 상판지지구조체가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설 시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 상판지지구조체를 구성하는 상현재, 하현재 및 경사빔 중 어느 하나에 추가로 상부긴장재 및 정착구가 설치되어 상현재, 하현재 및 경사빔에 프리스트레스가 더 도입되도록 하는 것을 흙막이 가설시스템.
5. 제 2항에 있어서, 상기 굴착지반 지보공인 수직빔 상부면에 라멘식으로 강결되어 설치된 상현재; 수직빔과 상현재의 모서리 연결부에 설치된 모서리경사재; 상현재 하부면에 설치된 거더; 일단부를 모서리경사재에 설치한 고정구에 고정하고, 타단부가 다른 모서리경사재에 설치한 정착구에 정착되도록 하되 상기 거더에 설치한 새들을 경유하도록 하여 전체적으로 하향 경사져 포물선형태로 설치된 상부긴장재;를 포함하는 상판지지구조체가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
6. 제 1항에 있어서, 상기 상부수평빔 상부면에 복공판을 포함하는 상판구조물이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
7. 제 1항에 있어서, 상기 긴장재는 PC 강연선을 포함하는 텐던, 와이어로프, 앵커볼트, FRP 부재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
8. 제 7항에 있어서, 상기 긴장재 중 앵커볼트 또는 FRP 부재의 일단부는 지반보강재의 배면에 구근 또는 너트를 포함하는 체결구를 포함하는 고정구에 의하여 고정되는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
9. 제 7항에 있어서, 상기 긴장재로서 PC강연선 또는 와이어로프를 이용하는 경우 PC강연선 또는 와이어로프는 고정정착강재에 형성시킨 관통구멍; 상기 관통구멍 주위에 이격되어 공간부가 형성되도록 설치된 고정판재; 상기 관통구멍을 제외한 공간부 내측의 쉬트파일 배면에 설치한 고정구; 및 상기 관통구멍을 개폐할 수 있도록 쉬트파일의 전면에 설치한 덮개판;을 포함하는 고정수단의 공간부에 말아진 상태로 배치되고, PC강연선 또는 와이어로프의 일단단부가 상기 고정구에 고정되는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
10. 제 9항에 있어서, 상기 공간부는 긴장재가 긴장 후 정착된 이후에 모르타르를 포함하는 충진재에 의하여 충전되는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한항에 있어서, 상기 긴장재 타단부는 고정정착강재와 굴착지반 지보공 사이의 중간지반을 관통하고 굴착지반 지보공을 구성하는 수직빔 또는 띠장을 관통하여 상기 수직빔 또는 띠장에 설치된 정착구에 의하여 긴장후 정착되는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
12. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한항에 있어서, 상기 긴장재 타단부는 고정정착강재와 굴착지반 지보공 사이의 중간지반을 관통하고 굴착지반 지보공을 구성하는 수직빔 또는 띠장을 관통하여 상기 수직빔 또는 띠장에 설치된 강재편을 더 설치하여, 1차로 정착된 긴장재의 일단부를 연장시켜 강재편을 관통하는 긴장재를 2차로 긴장, 정착시키는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
13. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한항에 있어서, 상기 긴장재는 그 타단부의 선단이 띠장 또는 수직빔로부터 이격되어 연장된 상태에서 그 선단을 정점으로 하여 사방으로 경사져 설치된 경사부재의 조립체인 삼각뿔 또는 피라밋 형태의 형강조립체로 설치된 방사형정착대의 정점부에 설치된 정착구에 긴장후 정착되어 추가적인 받침대 없이 독립적으로 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
14. 제 13항에 있어서, 상기 방사형정착대 사이의 H 파일 또는 띠장에는 추가로 중간 방사형정착대가 더 설치되며, 상기 방사형정착대에 일단부가 고정되고 중간 방사형정착대의 정점부를 경유하여 타단부가 다른 방사형정착대에 긴장 후 정착되는 수평긴장재가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.
15. 제 14항에 있어서, 상기 중간 방사형정착대의 정점부 설치높이는 적어도 방 사형정착대의 정점부보다 크도록 형성되어 수평긴장재의 설치형태가 포물선형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 가설시스템.

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