KR100789209B1 - 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법 - Google Patents

합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 말뚝 및 띠장의 단면계수를 극대화시킨 합성형 말뚝과 보를 사용하여 토압 등의 가해지는 하중에 의한 변위와 응력에 대하여 충분히 저항하게 하여 자립식으로 시공할 수 있는 굴착 깊이를 크게 할 수 있고, 자재 사용량과 앵커 등 특수 공법을 적용하지 않아 시공성 및 경제성이 향상되어 지하의 토목구조물 및 건축구조물 등의 시공을 용이하게 할 수 있고, 종래의 앵커, 버팀보 등을 설치하지 않아도 되므로 시공성 증대로 인한 공기단축과 공사비를 절감할 수 있는 특징이 있다.
이와 같이, 본 발명은 지하 구조물의 구축을 위한 지반 굴착 시, 굴착부지의 굴착면을 최소화하여 지반이 붕괴되는 것을 막기 위한 흙막이 공법에 있어서,
굴착부지의 굴착면을 따라 소정의 간격으로 이격된 제1열 H-파일을 지반에 설치하는 단계;
상기 제1열 H-파일과 굴착부지의 굴착면 내측으로 소정간격 이격되어 제2열 H-파일을 설치하는 단계;
상기 제1열 H-파일이 설치된 굴착면을 따라 굴착부지를 굴착하고, 동시에 상기 제1열 H-파일과 제1열 H-파일 사이에 토류판을 설치하는 단계;
상기 제1열 H-파일과 제2열 H-파일을 일체화된 합성형 말뚝으로 형성되도록 제1 연결부재를 제1열 H-파일과 제2열 H-파일 사이에 설치하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
흙막이, 공법, H-파일, 토류판, 단면계수, 띠장

Description

합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법{Land-side protection wall using composite pile connected two piles in a body}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법을 나타낸 설치 사시도이고,
도 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f는 본 발명의 일실시예에 따른 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법을 나타낸 시공 순서도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 합성형 말뚝과 보를 나타낸 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 합성형 보(제2 연결부재)를 나타낸 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 제1 연결부재를 나타낸 사시도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법을 적용한 파일 설치상태를 나타낸 평면도이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단면2차모멘트 변화량을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제1열 H-파일 20 : 제2열 H-파일
30 : 토류판 40 : 제1 연결부재
50 : 제2 연결부재
본 발명은 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 말뚝 및 띠장의 단면계수를 극대화시킨 합성형 말뚝과 보를 사용하여 토압 등의 가해지는 하중에 의한 변위와 응력에 대하여 충분히 저항하게 하여 자립식으로 시공할 수 있는 굴착 깊이를 크게 할 수 있고, 자재 사용량과 앵커 등 특수 공법을 적용하지 않아 시공성 및 경제성이 향상되어 지하의 토목구조물 및 건축구조물 등의 시공을 용이하게 할 수 있고, 종래의 앵커, 버팀보 등을 설치하지 않아도 되므로 시공성 증대로 인한 공기단축과 공사비를 절감할 수 있는 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법에 관한 것이다.
일반적으로, 흙막이(토류 가시설)는 지하구조물을 건설할 때, 지반이 붕괴되는 것을 막기 위하여 굴착된 지하공간에 설치되는 임시 구조물로서, 토목의 경우에는 지하철 건설 등에 많이 사용되고 있으며, 건축의 경우에는 빌딩의 지하층 건설에 대대적으로 사용되고 있다.
그리고, 종래에 흙막이 공법의 경우, H-파일을 항타 기초하고 굴착과 동시에 토류판을 설치하는 방법과 시트 파일을 삽입하여 굴착하는 방법이 있다.
여기서, 이 방법들은 굴착 깊이가 커질수록 말뚝만으로 증가하는 토압을 지탱하지 못하여 앵커, 버팀보 등을 추가 설치하여 증가된 토압(토지압력)에 저항하여 지지한다.
그러나. 상기 앵커의 사용은 공사비 증가를 초래하고 공사 완료 후에도 그라우팅재로 사용한 콘크리트를 제거하지 못하여 환경적인 측면에서 나쁜 영향을 미칠 뿐만 아니라, 지하에 매설된 지장물이 있거나 지하 구조물이 있는 경우 앵커의 사용은 불가능하다.
또한, 상기 버팀보를 사용하는 경우는 비경제적이며 작업 공간 확보가 어려울 뿐만 아니라, 구조적으로도 비효율적이라서 주변지반 침하의 우려되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
말뚝 및 띠장의 단면계수를 극대화시킨 합성형 말뚝과 보를 사용하여 토압 등의 가해지는 하중에 의한 변위와 응력에 대하여 충분히 저항하게 하여 자립식으로 시공할 수 있는 굴착 깊이를 크게 할 수 있고, 자재 사용량과 앵커 등 특수 공법을 적용하지 않아 시공성 및 경제성이 향상되어 지하의 토목구조물 및 건축구조물 등의 시공을 용이하게 할 수 있는 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 종래의 앵커, 버팀보 등을 설치하지 않아도 되므로 시공성 증대로 인한 공기단축과 공사비를 절감할 수 있는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 지하 구조물의 구축을 위한 지반 굴착 시, 굴착부지의 굴착면을 최소화하여 지반이 붕괴되는 것을 막기 위한 흙막이 공법에 있어서,
굴착부지의 굴착면을 따라 소정의 간격으로 이격된 제1열 H-파일을 지반에 설치하는 단계;
상기 제1열 H-파일과 굴착부지의 굴착면 내측으로 소정간격 이격되어 제2열 H-파일을 설치하는 단계;
상기 제1열 H-파일이 설치된 굴착면을 따라 굴착부지를 굴착하고, 동시에 상기 제1열 H-파일과 제1열 H-파일 사이에 토류판을 설치하는 단계;
상기 제1열 H-파일과 제2열 H-파일을 일체화된 합성형 말뚝으로 형성되도록 제1 연결부재를 제1열 H-파일과 제2열 H-파일 사이에 설치하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제1열 H-파일 설치단계와 제2열 H-파일 설치단계 완료 후, 상기 굴착부지의 굴착면을 따라 지하로 굴착할수록 토류판에 가해지는 지반의 압력을 모든 토류판에 분배하도록 제1열 H-파일과 제2열 H-파일 사이에 합성형 보로 형성된 제2 연결부재를 설치하여 제1열 H-파일과 제2열 H-파일을 일체형으로 이 루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법을 나타낸 설치 사시도이고, 도 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f는 본 발명의 일실시예에 따른 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법을 나타낸 시공 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 합성형 말뚝과 보를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 합성형 보(제2 연결부재)를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 제1 연결부재를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법을 적용한 파일 설치 상태를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단면2차모멘트 변화량을 나타낸 그래프이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법은 굴착부지의 굴착면을 따라 소정의 간격으로 이격된 제1열 H-파일(H-Pile)을 지반에 설치하고, 상기 제1열 H-파일(10)과 굴착부지의 굴착면 내측으로 소정간격 이격되어 제2열 H-파일(20)을 설치한다.
여기서, 이러한 상기 제1열 H-파일(10) 설치단계와 제2열 H-파일(20) 설치단계는, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 지중에 설치할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은, 상기 제1열 H-파일(10) 및 제2열 H-파일(20) 설치단계는, 어느 하나의 열의 파일을 먼저 설치한 후, 다른 한 열의 파일을 설치하거나, 아니면 동시에 진행될 수 있다. 그리고 상기 H-파일 설치시, 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20)의 간격은 지반의 형태 및 굴착 깊이에 따라서 조절하여 설치할 수 있다.
여기서, 상기 간격에 의해 본 발명의 합성형 말뚝의 단면계수가 결정된다. 즉, 굴착 깊이에 따라 증가되는 토압에 의한 합성형 말뚝의 변위와 응력을 허용치 이내로 만들기 위해서 파일 간 간격을 조정하여야 하며, 이 간격은 단면계수를 크게 증가시켜 자립식으로 상당한 굴착 깊이 흙막이 공법을 만들 수 있다.
이때, 상기 단면계수의 이론적 근거는,
1. 응력(σ) : 휨을 받는 부재의 응력은 다음과 같다.
Figure 112007034081669-pat00001
그러므로, 상기 응력은 단면2차모멘트(I)에 반비례하고, 단면2차모멘트가 커질수록 응력은 작아진다.
2. 변위(ε) : 응력을 탄성계수로 나누어서 구한다.
Figure 112007034081669-pat00002
3. 단면2차모멘트(I) : H-파일의 단면2차모멘트가 Ih, 높이를 h, 면적을 A이고, 상기 두 H-파일(10,20)의 이격거리를 도 3과 같이 H라고 한다면, 합성형 말뚝의 단면2차모멘트는 다음과 같다.
Figure 112007034081669-pat00003
따라서, 합성형 말뚝의 경우 응력과 변위는 H에 의해 크게 좌우되며, 도 7의 그래프 도면을 참고하여 큰 폭으로 상승한다.
도 7는 H-파일(300*300*10*15)를 사용한 경우 각 H-파일(10,20)의 이격거리(H)와 이격거리에 따른 단면2차모멘트 변화량을 나타낸 그래프이며, 상기 H-파일(10,20)의 단면특성은 다음과 같다.
단면적(A) = 0.01198 ㎡
단면2차모멘트(I) = 0.000204 m4
즉, 상기 이격거리(H)가 0에서 0.9로 변하는 동안 단면2차모멘트는 4.6배에서 44.3배로 증가한 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 두 H-파일(10,20)을 소정의 간격으로 이격시키고, 이 두 H-파일(10,20)을 굴착과 함께 일체거동을 할 수 있게 보강해 준다면 큰 강성을 갖는 부재가 되어 소정의 높이까지 자립식 시공이 가능하다.
또한, 상기 이 두 H-파일(10,20)간의 간격이 변위와 응력의 허용치를 만족하는 단면계수를 산출한다 해도 두 파일이 일체 거동을 하지 않는다면 해당 단면계수를 신뢰할 수 없게 되므로 굴착과 함께 충분히 일체 거동을 할 수 있는 간격으로 두 H-파일(10,20)을 일체화시켜야 한다.
이렇듯, 상기 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20)이 설치되면, 이들 각열의 파일을 연결부재(40,50)로 각각 연결하여, 상기 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20)이 일체적으로 거동할 수 있도록 하는데, 이에 따라 흙막이 벽체의 강성이 증대되고 굴착부지의 굴착이 완료된 후에도 흙막이 벽체의 수평방향 변위 발생을 극소화하거나 거의 발생하지 않는다.
이때, 사용되는 연결부재(40,50)는 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20)을 일체화하기 위해 상기 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20) 사이에 다수개 설치되는 제1 연결부재(40)와, 상기 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20)의 상측 사이에 합성형 보로 형성된 제2 연결부재(50)를 설치한다.
여기서, 상기 사용하는 제1 연결부재(40)와 제2 연결부재(50)는 도 4와 도 5를 참고하여, H형강, I형강 또는 강판으로 H형태 또는 사각형태의 형성해서 굴착과 동시에 일체화 시키며, 상기 제1 연결부재(40)와 두 H-파일(10,20)과의 부착은 용접 또는 볼트로서 합성형 부재로 형성된다.
또한, 제2 연결부재(50)는 제1열 H-파일(10) 설치단계와 제2열 H-파일(20) 설치단계 완료 후, 상기 굴착부지의 굴착면을 따라 지하로 굴착할수록 토류판(30)에 가해지는 지반의 압력을 모든 토류판(30)에 분배하도록 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20)의 상측 사이에 설치하며, 띠장이라고 명칭한다.
상기 제1 연결부재(40) 설치단계와 제2 연결부재(50) 설치단계는 순서에 상관없이 각각 순차적으로 진행하거나 동시에 진행하며, 상기 제1열 H-파일(10) 설치단계와 제2열 H-파일(20) 설치단계도 순서에 상관없이 각각 순차적으로 진행하거나 동시에 진행할 수 있다.
상기 토류판(30)은 제1열 H-파일(10)이 설치된 굴착면을 따라 굴착부지를 굴착하고, 동시에 상기 제1열 H-파일(10)과 제1열 H-파일(10) 사이에 설치한다.
여기서, 상기 토류판(30)은 두꺼운 나무판 등으로 이루어질 수 있으며, 이렇게 소정깊이 이상을 굴착하면 토압이 토류판(30)에 작용하면서 토류판(30)이 지지 된 제1열 H-파일(10)에 그 휨모멘트가 절달되는데, 이러한 휨모멘트는 제1열 H-파일(10) 및 이와 연결된 제2열 H-파일(20)에서 감당하여 상태를 유지하고, 이에 따라 흙막이 벽체의 수평방향 변위가 거의 발생되지 않는다.
이와 같이, 상기 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20)이 같이 거동하게 됨으로써, 추가적으로 버팀보 등이 설치되지 않아도 두 H-파일(10,20)에 작용하는 휨모멘트로 극복할 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법은 말뚝 및 띠장의 단면계수를 극대화시킨 합성형 말뚝과 보를 사용하여 토압 등의 가해지는 하중에 의한 변위와 응력에 대하여 충분히 저항하게 하여 자립식으로 시공할 수 있는 굴착 깊이를 크게 할 수 있고, 자재 사용량과 앵커 등 특수 공법을 적용하지 않아 시공성 및 경제성이 향상되어 지하의 토목구조물 및 건축구조물 등의 시공을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래의 앵커, 버팀보 등을 설치하지 않아도 되므로 시공성 증대로 인한 공기단축과 공사비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 지하 구조물의 구축을 위한 지반 굴착 시, 굴착부지의 굴착면을 최소화하여 지반이 붕괴되는 것을 막기 위한 흙막이 공법에 있어서,
    굴착부지의 굴착면을 따라 소정의 간격으로 이격된 제1열 H-파일(10)을 지반에 설치하는 단계;
    상기 제1열 H-파일(10)과 굴착부지의 굴착면 내측으로 소정간격 이격되어 제2열 H-파일(20)을 설치하는 단계;
    상기 제1열 H-파일(10)이 설치된 굴착면을 따라 굴착부지를 굴착하고, 동시에 상기 제1열 H-파일(10)과 제1열 H-파일(10) 사이에 토류판(30)을 설치하는 단계;
    상기 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20)을 일체화된 합성형 말뚝으로 형성되도록 제1 연결부재(40)를 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20) 사이에 설치하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1열 H-파일(10) 설치단계와 제2열 H-파일(20) 설치단계 완료 후, 상 기 굴착부지의 굴착면을 따라 지하로 굴착할수록 토류판(30)에 가해지는 지반의 압력을 모든 토류판(30)에 분배하도록 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20) 사이에 합성형 보로 형성된 제2 연결부재(50)를 설치하여 제1열 H-파일(10)과 제2열 H-파일(20)을 일체형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 연결부재(40)와 제2 연결부재(50)는 H형강, I형강 및 제작된 강판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 연결부재(40) 설치단계와 제2 연결부재(50) 설치단계는 순서에 상관없이 각각 순차적으로 진행하거나 동시에 진행할 수 있는 것을 특징으로 하는 합성형 말뚝과 보를 이용한 흙막이 공법.
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