KR100967497B1 - 지하 구조물 구축공법 - Google Patents

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(주)바로건설기술
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두산건설 주식회사
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Abstract

본 발명은 공사비를 절감하고, 작업성이 향상되는 지하 구조물 구축공법을 개시한다.
본 발명은 지하구조물을 설치하고자 하는 굴착부분에 흙막이벽을 설치하고 센터파일을 근입시킨 후 각 층별로 굴토하면서 각층 수평구조물을 설치하여 흙막이벽 버팀역할을 하는 지하 구조물 구축공법에 있어서, 상기 센터파일의 상단부에 상기 각층 수평구조물로 이루어진 첫째단 수평구조물을 연결하는 첫째단 수평구조물 설치단계; 굴착부분을 굴착작업하면서 상기 각층 수평구조물을 연결할 수 있도록 일측이 상기 첫째단 수평구조물에 고정되는 첫째단 층간기둥을 다수개 설치하는 첫째단 층간기둥 설치단계; 흙막이벽 버팀역할을 수행하는 상기 각층 수평구조물을 상기 첫째단 층간기둥의 타측에 연결하는 각층 수평구조물 설치단계; 상기 각층 수평구조물의 하단측으로 또 다른 각층 수평구조물을 연결할 수 있도록 일측은 상단의 각층 수평구조물에 고정되고, 타측은 이웃하는 하단의 각층 수평구조물이 연결되는 층간기둥을 다수개 설치하는 층간기둥 설치단계; 및 굴착작업이 기초 바닥면까지 진행하면서 상기 각층 수평구조물 설치단계와 상기 층간기둥 설치단계를 순차적으로 실시하고, 기초 바닥면에 설치되는 철근콘크리트 기초에 상기 층간기둥이 견고하게 지지되어 상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물이 상기 층간기둥에 지지되면 상기 센터파일을 제거하는 센터파일 제거단계; 를 실시하여 굴착작업 기간에는 상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물이 상기 센터파일에 지지되었다가 상기 층간기둥이 상기 철근콘크리트 기초에 지지되는 이후에는 상기 센터파일을 제거하고 상기 층간기둥이 상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물을 지지할 수 있도록 한 것이다.

Description

지하 구조물 구축공법{METHOD FOR CONSTRUCTING AN UNDERGROUND STRUCTURE}
본 발명은 지하 구조물 구축공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시공중에 하중을 지지하던 센터파일을 제거하고 층간기둥이 주 기둥 역학을 수행할 수 있도록 함으로써, 층간기둥의 수직도를 향상시키기가 용이하고 공사비를 절감할 수 있는 지하 구조물 구축공법에 관한 것이다.
지하구조물을 축조하는데 있어 지금까지의 주요 지하 구조물 시공법은 굴토계획선을 따라 흙막이벽을 설치하고 가설형강지지체로서 토압이나 수압 등의 외력을 지탱하면서 지상에서 지하의 기초바닥까지 굴착 완료한 다음 각 층 구조물을 바닥에서 상부로 순차적으로 축조하면서 순차적으로 가설형강지지체를 해체하여 본 구조물을 시공하는 개착식공법과 흙막이 벽을 설치하고 현장 타설말뚝으로서 철골기둥과 이에 연장된 말뚝기초를 형성하여 지하 구조물의 축조와 동시에 지상구조물을 축조할 수 있는 탑 다운(TOP DOWN)공법과 동일한 방법으로서 지하구조물을 완료한 후 지상구조물을 시공하는 다운워드(DOWNWARD)공법이 있다.
개착식 공법에는 적용한계가 있는 바, 첫째 지하 구조물의 규모가 크고 굴착심도가 깊은 대형 현장에서는 흙막이벽체에 작용되는 토압과 수압 등의 외력을 지탱하여 주어야하나 가설형강지지체로는 변형이 크다는 취약한 문제점이 있으며, 둘째, 건축물이 밀집된 도심지에서는 이로 인해 흙막이 벽체의 큰 변형을 유발하고 지반침하로 인하여 주변 건축물에 위해가 발생될 수 있는 문제점이 있으며, 셋째로 외부에 노출된 상태에서 굴토작업과 구조물 공사를 수행함에 따라 소음과 진동 및 분진에 의한 환경 및 민원 발생의 문제점이 있으며, 넷째 가설형강지지체 공사가 완료된 후에 순차적으로 본 영구구조물 공사를 수행하는 관계로 공사기간이 길어지는 문제점이 있다.
이러한 개착식 공법의 문제점을 해결하기 위해 탑다운공법과 다운워드공법이 사용되고 있다.
그러나 이러한 탑다운공법과 다운워드공법은 굴착을 진행하기 전에 다수개의 철골기둥과 이에 연장된 말뚝기초를 설치한 후 굴착을 진행하면서 각 층 구조물을 철골기둥에 연결하여 설치하는 구조로 이루어져 철골기둥과 이에 연장된 말뚝기초에 모든 하중이 작용하므로 단면계수가 높고 강성이 큰 고가의 재질을 사용해야 하는 문제점이 있다. 그리고 철골기둥과 이에 연장된 말뚝기초의 최 하단에는 천공한 상태에서 콘크리트를 타설하여 지지력을 향상시켜야 하는 공정이 필요하다.
또한, 굴착 전에 굴착이 시작되는 상부에서부터 말뚝이 형성되는 최하부까지 하나의 자재로 철골기둥과 이에 연장된 말뚝기초가 설치된 후에 각 층 구조물을 설치하게 되는데 철골기둥에 편심이 생겼을 경우 각 층 구조물의 길이가 조금씩 맞지 않아 연결에 큰 어려움이 따른다.
상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 비용과 공사기간이 많이 소요되고 철골기둥과 이에 연장된 말뚝기초의 설치 대신에 형강으로 구성된 가설 센터파일을 설치하고 이에 연결되어 흙막이벽 버팀역할을 하면서 영구구조물이 되는 첫째단 수평구조물을 설치하고 이에서부터 하단방향의 각층 수평구조물을 연결할 수 있도록 층간기둥을 설치하고, 그 층간기둥이 굴착부분의 바닥면까지 설치되어 각층 수평구조물을 지지하면 상기 센터파일을 분리하고 상기 층간기둥이 상기 각층 수평구조물 및 상기 첫째단 수평구조물을 지지할 수 있도록 하는 지하 구조물 구축공법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 층간기둥을 상부부터 하부 방향으로 순차적으로 설치하면서 각층 수평구조물을 설치하는 구조로 이루어져 층간기둥과 각층 수평구조물 간의 수직상태를 유지시키기가 용이한 특징을 갖는 지하 구조물 구축공법을 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 지하 구조물 구축공법은 지하구조물을 설치하고자 하는 굴착부분에 흙막이벽을 설치하고 센터파일을 근입시킨 후 각 층별로 굴토하면서 각층 수평구조물을 설치하여 흙막이벽 버팀 역할을 하는 지하 구조물 구축공법에 있어서, 상기 센터파일의 상단부에 상기 각층 수평구조물로 이루어진 첫째단 수평구조물을 연결하는 첫째단 수평구조물 설치단계; 굴착부분을 굴착작업하면서 상기 각층 수평구조물을 연결할 수 있도록 일측이 상기 첫째단 수평구조물에 고정되고 타측 끝단은 굴착부분의 바닥면에 설치되는 철근 콘크리트 기초에 고정되는 첫째단 층간기둥을 다수개 설치하는 첫째단 층간기둥 설치단계; 상기 기초 바닥면에 설치되는 철근콘크리트 기초에 상기 층간기둥이 견고하게 지지되어 상기 첫째단 수평구조물이 상기 첫째단 층간기둥에 지지되면 상기 센터파일을 제거하는 센터파일 제거단계; 를 실시하여 굴착작업 기간에는 상기 첫째단 수평구조물이 상기 센터파일에 지지되었다가 상기 첫째단 층간기둥이 상기 철근콘크리트 기초에 지지되는 이후에는 상기 센터파일을 제거하고 상기 첫째단 층간기둥이 상기 첫째단 수평구조물을 지지한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 지하 구조물 구축공법은 지하구조물을 설치하고자 하는 굴착부분에 흙막이벽을 설치하고 센터파일을 근입시킨 후 각 층별로 굴토하면서 각층 수평구조물을 설치하여 흙막이벽 버팀역할을 하는 지하 구조물 구축공법에 있어서, 상기 센터파일의 상단부에 상기 각층 수평구조물로 이루어진 첫째단 수평구조물을 연결하는 첫째단 수평구조물 설치단계; 굴착부분을 굴착작업하면서 상기 각층 수평구조물을 연결할 수 있도록 일측이 상기 첫째단 수평구조물에 고정되는 첫째단 층간기둥을 다수개 설치하는 첫째단 층간기둥 설치단계; 흙막이벽 버팀역할을 수행하는 상기 각층 수평구조물을 상기 첫째단 층간기둥의 타측에 연결하는 각층 수평구조물 설치단계; 상기 각층 수평구조물의 하단측으로 또 다른 각층 수평구조물을 연결할 수 있도록 일측은 상단의 각층 수평구조물에 고정되고, 타측은 이웃하는 하단의 각층 수평구조물이 연결되는 층간기둥을 다수개 설치하는 층간기둥 설치단계; 굴착작업이 기초 바닥면까지 진행하면서 상기 각층 수평구조물 설치단계와 상기 층간기둥 설치단계를 순차적으로 실시하고, 기초 바닥면에 설치되는 철근콘크리트 기초에 상기 층간기둥이 견고하게 지지되어 상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물이 상기 층간기둥에 지지되면 상기 센터파일을 제거하는 센터파일 제거단계; 를 실시하여 굴착작업 기간에는 상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물이 상기 센터파일에 지지되었다가 상기 층간기둥이 상기 철근콘크리트 기초에 지지되는 이후에는 상기 센터파일을 제거하고 상기 층간기둥이 상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물을 지지한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 층간기둥 설치단계는 상기 층간기둥의 타측 끝단부에 연결부재를 연결하여 설치하는 연결부재 설치단계; 및 각각의 상기 연결부재를 연결하는 결합부재를 설치하는 결합부재 설치단계로 이루어진다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 연결부재는 4개의 단위로드가 격자 형상을 이루도록 배열하고 상기 연결부재의 격자 내부에 상기 층간기둥을 설치한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 결합부재를 설치한 후에는 상기 연결부재 사이 및 상기 결합부재 사이에 철근 콘크리트를 채우는 보강부재 설치단계를 추가 실시한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 보강부재 설치단계는 상기 연결부재와 상기 결합부재의 상단면 위에 철근 콘크리트가 형성된다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 보강부재 설치단계는 상기 연결부재와 상기 결합부재의 내측면 사이에 철근 콘크리트가 형성된다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 첫째단 수평구조물 설치단계에서는 상기 첫째단 층간기둥 설치단계 이전에 하부 층에 사용되는 적어도 하나의 연결부재를 상기 첫째단 수평구조물에 형성된 상기 연결부재에 층을 이루도록 결합하여 설치하고, 굴착작업이 진행되면 필요한 위치까지 순차적으로 내리고 상기 층간기둥을 연결한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 결합부재를 설치한 후에는 상기 각층 수평구조물 위에 철근 콘크리트 슬래브를 형성하는 슬래브 형성단계를 추가 실시한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 연결부재는 2개의 단위로드가 서로 교차되도록 배열되고 상기 연결부재의 교차부에 상기 층간기둥을 설치한다.
또한, 보다 바람직하게는, 지하 구조물을 설치할 수 있도록 굴착부분의 둘레면에 흙막이벽을 설치하는 흙막이벽 설치단계; 및 굴착하고자 하는 지점에 다수개의 센터파일을 제거 가능하도록 근입시키는 센터파일 근입단계;를 실시한 후, 상기 첫째단 구조물 설치단계를 진행한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 각층 수평구조물을 설치한 후에는 상기 흙막이벽에 접촉되는 상기 각층 수평구조물의 테두리부를 일정 길이만큼 둘러싸는 테두리 보강부재를 설치하는 테두리 보강부재 설치단계를 실시한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 각층 수평구조물을 설치하고 상기 흙막이벽에 상기 각층 수평구조물을 경사지게 지지하는 경사버팀부재를 설치하는 경사버팀부재 설치단계;를 실시한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 경사버팀부재 설치단계에서는 상기 각층 수평구조물에 복수개의 상기 경사버팀부재가 상기 흙막이벽을 향해 일정 각도로 벌어지게 설치한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 흙막이벽과 각 상기 경사버팀부재의 끝단 사이에는 상기 경사버팀부재의 끝단을 서로 연결하는 띠장이 설치된다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 굴착부분의 바닥면까지 상기 각층 수평구조물의 설치가 완료되고 상기 경사버팀부재를 분리시키는 경우에는 상기 흙막이벽이 영구벽체를 이루도록 철근 콘크리트를 보강하는 흙막이벽 보강단계를 실시한다.
또한, 보다 바람직하게는, 센터파일 분리단계를 실시하기 전에 상기 굴착부분의 바닥면 위에 상기 층간기둥을 견고하게 고정할 수 있도록 철근 콘크리트 기초를 설치하는 기초 설치단계; 및 상기 철근 콘크리트 기초에서부터 순차적으로 상기 층간기둥에 철근 콘크리트를 보강하는 층간기둥 보강단계;를 실시한다.
또한, 보다 바람직하게는 , 상기 각층 수평구조물 설치단계에서는 상기 각층 수평구조물을 상기 층간기둥에 대해 직각을 이루도록 설치한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 센터파일에는 상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물을 지지하도록 버팀부재가 돌출되도록 형성하는 버팀부재 설치단계가 실시된다.
이와 같이 본 발명에 의한 지하 구조물 구축공법은 고가의 재료와 공사기간이 많이 소요되는 철골기둥과 이에 연장된 말뚝기초 대신에 제거하여 재사용이 가능한 센터파일을 사용하여 지하구조물을 구축함으로써, 공사기간 단축 및 공사비가 절감되는 효과가 있다.또한, 층간기둥을 순차적으로 설치하는 것이 가능하므로 층간기둥과 각층 수평구조물간의 수직상태를 유지시키기가 용이하고 작업성이 향상되는 효과가 있다.
첫째단 수평구조물이나 각층 수평구조물에 테두리 보강부재와 보강부재가 설치되어 흙막이벽에 의해 가해지는 토압에 견디는 힘이 증가되므로 안전성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 경사버팀부재가 경사지게 장착되어 경사버팀부재의 설치 및 제거 시간이 단축되고 굴착작업중에 불필요한 간섭으로 인해 굴착작업이 지연되는 것을 방지하므로 작업성이 향상되고 공사기간이 단축되는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 일 실시예인 지하 구조물 구축장치를 도시한 사시도,
도 1b는 지하 구조물 구축장치의 하부를 확대하여 도시한 사시도,
도 2는 지하 구조물 구축장치를 도시한 단면도,
도 3 내지 도 5는 테두리 보강부재 및 보강부재를 도시한 단면도,
도 6 내지 도 13은 지하 구조물 구축장치가 시공되는 과정을 도시한 상태도로서,
도 6은 센터파일이 설치된 상태를 도시한 상태도,
도 7은 첫째단 수평구조물이 설치된 상태를 도시한 상태도,
도 8은 층간기둥과 각층 수평구조물의 연결부재가 장착된 상태를 도시한 상태도,
도 9는 각층 수평구조물이 설치된 상태를 도시한 상태도,
도 10은 추가 굴착이 진행되고 바닥면에 층간기둥과 철근 콘크리트 기초가 설치된 상태를 도시한 상태도,
도 11은 센터파일이 제거되고 층간기둥의 철근 콘크리트 보강과 철근 콘크리트 슬래브가 진행된 상태를 도시한 상태도,
도 12는 지하 구조물이 완료된 상태를 도시한 상태도,
도 13은 경사버팀부재가 설치된 상태를 도시한 상태도,
도 14는 경사버팀부재 장착부를 도시한 평면도,
도 15는 최하단의 흙막이벽에 철근 콘크리트 보강이 진행된 상태를 도시한 상태도,
도 16은 최상단의 흙막이벽까지 철근 콘크리트 보강이 진행된 상태를 도시한 상태도.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예인 지하 구조물 구축공법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 일 실시예인 지하 구조물 구축장치를 도시한 사시도이고, 도 1b는 지하 구조물 구축장치의 하부를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 2는 지하 구조물 구축장치를 도시한 단면도이고, 도 3 내지 도 5는 테두리 보강부재 및 보강부재를 도시한 단면도이고, 도 6 내지 도 13은 지하 구조물 구축장치가 시공되는 과정을 도시한 상태도로서, 도 6은 센터파일이 설치된 상태를 도시한 상태도이고, 도 7은 첫째단 수평구조물이 설치된 상태를 도시한 상태도이고, 도 8은 층간기둥과 각층 수평구조물의 연결부재가 장착된 상태를 도시한 상태도이고, 도 9는 각층 수평구조물이 설치된 상태를 도시한 상태도이고, 도 10은 추가 굴착이 진행되고 바닥면에 층간기둥과 철근 콘크리트 기초가 설치된 상태를 도시한 상태도이고, 도 11은 센터파일이 제거되고 층간기둥의 철근 콘크리트 보강과 철근 콘크리트 슬래브가 진행된 상태를 도시한 상태도이고, 도 12는 지하 구조물이 완료된 상태를 도시한 상태도이고, 도 13은 경사버팀부재가 설치된 상태를 도시한 상태도이고, 도 14는 경사버팀부재 장착부를 도시한 평면도이고, 도 15는 최하단의 흙막이벽에 철근 콘크리트 보강이 진행된 상태를 도시한 상태도이고, 도 16은 최상단의 흙막이벽까지 철근 콘크리트 보강이 진행된 상태를 도시한 상태도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예인 지하 구조물 구축공법에 의해 시공되는 지하 구조물 구축장치는 굴착부분의 둘레면을 따라 압입되어 형성되는 흙막이벽(10)과, 굴착부분에 제거 가능하도록 근입시키는 다수개의 센터파일(20)과, 센터파일(20)의 상단부에 설치되며 흙막이벽(10)의 토압을 견딜 수 있도록 가로질러 지지하는 첫째단 수평구조물(30)과, 첫째단 수평구조물(30)에 고정되고 하단방향으로 연장되는 첫째단 층간기둥인 층간기둥(40)과, 층간기둥(40) 끝단에 지지되며 첫째단 수평구조물(30)과 함께 흙막이벽(10)을 지지하는 각층 수평구조물(50)로 이루어지고, 상기 층간기둥(40)과 각층 수평구조물(50)을 굴착하고자 하는 깊이에 따라 순차적으로 설치하여 지하층을 이룬다.
센터파일(20)은 굴착하고자 하는 깊이 이상으로 근입시키는 형강으로 이루어진다. 상기 형강 및 후술하는 형강은 H빔, 강관 및 각관 등 건축물 골조로 사용되는 일반 구조물을 모두 포함한다. 센터파일(20)은 센터파일(20)을 제거한 후에 각층 수평구조물(50)과 첫째단 수평구조물(30)을 안정되게 지지할 수 있는 위치에 설치되는 층간기둥(40)과 겹치지 않도록 층간기둥(40)과 근접한 위치에 설치된다. 또한, 센터파일(20)에는 첫째단 수평구조물(30)이나 각층 수평구조물(50)을 지지할 수 있도록 돌출된 버팀부재(21)가 장착된다.
첫째단 수평구조물(30)과 각층 수평구조물(50)은 영구구조물로 이루어진다. 첫째단 수평구조물(30)과 각층 수평구조물(50)은 형강으로 이루어지고 서로 볼트접합 또는 용접으로 결합된다.
첫째단 수평구조물(30)은 연결부재(31)와 각 연결부재(31)를 연결하는 결합부재(32)로 이루어진다. 연결부재(31)는 4개의 단위로드(31a)가 격자 형상을 이루는 구조로 이루어지고, 층간기둥(40)은 연결부재(31)의 격자 내부에 위치한다. 층간기둥(40)은 연결부재(31)의 중심점에 설치되는 것이 가장 바람직하고, 걸림턱부재(33)에 의해 연결부재(31)와 연결된다.
상기 연결부재(31)는 도시된 바와 같이 격자 형상으로 배열되는 것이 가장 바람직하지만, 2 개의 단위 로드가 서로 교차되도록 이루어지고, 교차되는 교차부에 층간기둥(40)이 설치되는 구조로 구성될 수도 있다.
첫째단 수평구조물(30)과 마찬가지로 각층 수평구조물(50)은 연결부재(51)와 각 연결부재(51)를 연결하는 결합부재(52)로 이루어진다. 연결부재(51)는 4개의 단위로드(51a)가 격자 형상을 이루는 구조로 이루어지고, 층간기둥(40)은 연결부재(51)의 격자 내부에 위치한다. 층간기둥(40)은 연결부재(51)의 중심점에 설치되는 것이 가장 바람직하고, 걸림턱부재(53)에 의해 연결부재(51)와 연결된다.
상기 연결부재(51)는 도시된 바와 같이 격자 형상으로 배열되는 것이 가장 바람직하지만, 2 개의 단위 로드가 서로 교차되도록 이루어지고, 교차되는 교차부에 층간기둥(40)이 설치되는 구조로 구성될 수도 있다.
층간기둥(40)은 형강으로 이루어진 영구구조물로 이루어지고, 첫째단 수평구조물(30) 및 각층 수평구조물(50)과 볼트접합 및 용접으로 결합된다.
층간기둥(40)의 일측 끝단은 첫째단 수평구조물(30)이나 각층 수평구조물(50)에 걸림턱 부재(33, 53)으로 연결되어 고정되고, 타측 끝단은 이웃하는 하단에 위치하는 각층 수평구조물(50)에 걸림턱 부재(53)로 연결되어 고정된다. 층간기둥(40)과 각층 수평구조물(50)을 차례로 설치하기 때문에 층간기둥(40)에 각층 수평구조물(50)을 설치할 때 직각을 이루도록 설치하기가 용이하고, 직하방향으로 일렬을 이루도록 배열하는 것이 바람직하다.
상기 첫째단 수평구조물(30) 및 각층 수평구조물(50)을 구성하는 연결부재(31, 51)와 결합부재(32, 52)는 층간기둥(40)에 연결되기 전에 센터파일(20)에 버팀부재(21)를 설치하고 그 위에 거치될 수 있고, 첫째단 및 각층 수평구조물(30, 50)이 형성된 후에 층간기둥(40)에 연결될 수 있고 첫째단 및 각층 수평구조물(30, 50)이 형성되기 전 연결부재(31, 51) 또는 결합부재(32, 52)가 층간기둥(40)에 연결될 수도 있다.
굴착을 진행하면서 상기 각층 수평구조물(50) 사이 간격을 넓게 형성하는 경우에는 각층 수평구조물(50) 사이에 흙막이벽(10)의 토압을 견딜 수 있도록 가설 수평구조물이 형성될 수 있다. 가설 수평구조물은 각층 수평구조물(50)과 같이 굴착공을 가로질러 토압을 견딜 수 있도록 형강으로 상기 흙막이벽(10)을 지지하는 구조로 이루어진다. 가설 수평구조물은 영구구조물이 아니라 후에 해체되는 구조물이다.
각층 수평구조물(50)과 첫째단 수평구조물(30)에는 철근 콘크리트 슬래브(11)가 설치된다 철근 콘크리트 슬래브(11)는 형강으로 이루어진 각층 수평구조물(50)이나 첫째단 수평구조물(30)의 상면 위에 형성된다. 또한, 각층 수평구조물(50)과 첫째단 수평구조물(30)의 테두리부를 일정 폭만큼 철근 콘크리트로 보강하는 테두리 보강부재(12)가 형성되고, 테두리 보강부재(12)는 결합부재(32, 52) 사이에 철근 콘크리트로 보강되는 보강부재(13)와 연결된다.
테두리 보강부재(12)와 보강부재(13)는 도 3에 도시된 바와 같이 첫째단 수평구조물(30)이나 각층 수평구조물(50)을 이루는 형강의 상면 위에 형성되거나, 도 4에 도시된 바와 같이 첫째단 수평구조물(30)이나 각층 수평구조물(50) 사이에 채워지거나, 도 5에 도시된 바와 같이 첫째단 수평구조물(30)이나 각층 수평구조물(50)의 단면 위 및 사이에 채워지는 구조로 형성된다. 테두리 보강부재(12)와 보강부재(13)는 흙막이벽(10)에서 발생되는 토압을 고르게 지지할 수 있는 역할을 수행한다. 또한, 보강부재(13)는 결합부재(32, 52) 사이에 형성되는 경우 형강의 강도를 보강하여 형강의 처짐이 발생되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
굴착이 완료된 굴착부분의 바닥면에는 철근 콘크리트 기초(14)가 형성되고, 최하단의 층간기둥(40)은 철근 콘크리트 기초(14)에 고정된다. 이때 층간기둥(40)은 지지력이 보강될 수 있도록 철근 콘크리트(41)가 추가 형성된다.
그리고 흙막이벽(10)과 첫째단 및 각층 수평구조물(30, 50)이 접하는 지점에는 경사지게 설치되는 경사버팀부재(60)가 설치된다. 경사버팀부재(60)는 가설 수평구조물을 대신하여 흙막이벽(10)의 토압을 견디는 구조물로서, 일측은 흙막이벽(10)에 고정되고 타측은 첫째단 및 각층 수평구조물(30, 50)에 고정된다. 이때 경사버팀부재(60)는 다수개가 흙막이벽(10)을 향해 일정 각도로 벌어지게 설치되며 그 끝단에는 경사버팀부재(60)를 서로 연결하는 띠장(61)이 설치된다. 띠장(61)은 흙막이벽(10)을 가로방향으로 지지한다.
또한 굴착부분의 바닥면부까지 각층 수평구조물(50)의 설치가 완료되면 상기 경사버팀부재(60)를 제거한 후 흙막이벽(10)이 가설구조물인 경우 철근 콘크리트(10a)를 보강하여 영구벽체를 이루도록 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 일 실시예인 지하 구조물 구축장치는 지하 2층 이상의 지하 구조물을 시공하는 경우에는 상기 층간기둥(40)과 각층 수평구조물(50)을 설치하는 과정을 반복적으로 실시하여 지하 2층 이상의 지하 구조물을 시공할 수 있다. 또한 지하1층의 지하 구조물을 시공하는 경우에는 상기 층간 수평구조물(50)을 설치하지 않고 첫째단 수평구조물(30)과 연결되는 층간기둥(40)을 곧바로 철근 콘크리트 기초(14)에 고정시킨 후, 센터파일(20)을 제거한다.
이와 같이 본 발명에 의한 지하 구조물 구축장치는 굴착작업을 진행하면서 첫째단 수평구조물(30)에서부터 층간기둥(40)을 거꾸로 아랫방향으로 연장시키면서 각층 수평구조물(50)을 설치하고, 철근 콘크리트 기초(14)에 최하단의 층간기둥(40)을 고정시킨 후, 센터파일(20)을 제거한다.
또한, 흙막이벽(10)도 경사버팀부재(60)가 제거되고 흙막이벽(10)에 철근콘크리트(10a)가 보강되어 영구벽체를 이룬다. 경사버팀부재(60)를 첫째단 수평구조물(30)이나 각층 수평구조물(50)의 테두리부에 경사지게 설치되므로 굴착작업을 진행하거나 각층 수평구조물(50)을 설치하는 시공을 진행하는 와중에 간섭으로 인한 작업의 어려움이 발생되지 않는 특징을 가지며, 흙막이벽(10)에서 작용하는 토압을 효과적으로 지지하는 역할을 수행한다.
상기와 같은 지하 구조물 공법의 진행과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이 굴착부분을 둘레면에 흙막이벽(10)을 설치하는 흙막이벽 설치단계를 진행한 후, 굴착부분에 다수개의 센터파일(20)을 제거가능하도록 근입시키는 센터파일 근입단계를 실시한다. 이때 센터파일(20)은 추후 설치될 층간기둥(40)이 설치되는 지점과 접하지 않도록 그 주변에 근입시킨다.
도 7에 도시된 바와 같이 근입된 센터파일(20)의 상단부에 버팀부재(21)를 설치하고 그 위에 걸쳐지는 첫째단 수평구조물(30) 설치단계를 진행한다. 버팀부재(21)는 순차적으로 설치되는 각층 수평구조물(50)을 지지할 수 있도록 일정 간격을 두고 센터파일(20)에 형성시킨다. 그리고 첫째단 수평구조물(30)을 이루는 연결부재(31)에 또 다른 연결부재(51)를 층을 이루도록 결합하여 설치하고 굴착작업이 진행되면 필요한 위치까지 순차적으로 내리고 그 상태로 층간기둥(40)을 연결하는 작업실시한다. 이때 추가적으로 연결되는 연결부재(51)는 시공하고자 하는 지하층수에 대응되는 개수를 장착한다. 즉, 지하2층 구조물을 시공하고자 하는 경우에는 한 개의 연결부재(51)가 층을 이루도록 장착되고, 지하 3층 구조물을 시공하고자 하는 경우에는 2개의 연결부재(51)가 층을 이루도록 장착되는 것이다.
첫째단 수평구조물(30)의 설치가 완료되면 도 8에 도시된 바와 같이 층간기둥(40)을 첫째단 수평구조물(30)에 연결하는 첫째단 층간기둥 설치단계를 실시한 후, 층간기둥(40)의 타측 끝단에 각층 수평구조물(50)의 연결부재(51) 설치단계를 실시한다. 이때 추가적으로 버팀부재(21)를 설치하여 연결부재(51)가 일부 센터파일(20)에 지지될 수 있도록 할 수도 있다.
그리고 도 9에 도시된 바와 같이 연결부재(51)를 연결하는 결합부재(52)를 설치하는 결합부재 설치단계를 실시하여 각층 수평구조물(50) 설치단계를 완료한다.
각층 수평구조물(50)은 층간기둥(40)과 직각을 이루도록 설치하는 것이 용이한 특징을 가지며, 각층 수평구조물(50)의 설치가 완료되면 다음 층까지의 추가 굴착작업을 실시한다. 굴착하고자 하는 지하 깊이에 따라 상기 층간기둥 설치단계와 각층 수평구조물 설치단계를 반복적으로 실시한다.
도 10에 도시된 굴착부분의 바닥면까지 굴착이 완료되면 층간기둥(40)을 연결하는 층간기둥 설치단계를 진행하고, 굴착부분의 바닥면 위에 층간기둥(40)을 견고하게 고정할 수 있도록 철근 콘크리트 기초(14)를 설치하는 기초 설치단계를 실시한다. 이때 철근 콘크리트 기초(14)는 도시된 바와 같이 층간기둥(40)을 설치한 후에 철근 콘크리트 기초(14)를 시공하는 순서로 진행될 수도 있고, 철근 콘크리트 기초(14)를 설치한 후, 그 위에 층간기둥(40)을 설치하는 순서로 진행될 수도 있다.
철근 콘크리트 기초(14)에 층간기둥(40)을 견고하게 고정시킨 후에는 도 11에 도시된 바와 같이 센터파일(20)을 제거한다. 센터파일(20)을 제거하기 전에 층간기둥(40)에 가해지는 하중을 분담하기 위해 각층 수평구조물(50) 또는 첫째단 수평구조물(30) 하부에 동바리(70)를 설치할 수 있다. 철근 콘크리트(41)를 보강하는 층간기둥 보강단계를 실시한다. 각층 수평구조물(50) 위에 철근 콘크리트 슬래브(11)를 형성하는 슬래브 형성단계를 실시한다. 이때 첫째단 및 각층 수평구조물(30, 50)의 하중을 철근 콘크리트로 보강되기 전 층간기둥(40)과 분담하기 위하여 각 층에 동바리를 설치할 수 있다. 상단부까지 층간기둥 보강단계와 슬래브 형성단계를 반복 실시한다. 철근 콘크리트 슬래브(11)는 굴토작업이 진행중일 때는 첫째단 수평구조물(30)이나 각층 수평구조물(50)의 일부면에만 형성하고, 굴토작업이 모두 끝난 후에는 각층 수평구조물(50)의 전면에 형성한다.
또한, 흙막이벽(10)에 접촉되는 첫째단 수평구조물(30) 및 각층 수평구조물(50)의 테두리부와 흙막이벽(10) 사이를 도 2에 도시된 바와 같이 일정 폭만큼 또 첫째단 및 각층 수평구조물(30, 50)의 형강두께와 철근 콘크리트 슬래브(11) 두께를 합친 두께로 테두리 보강부재(12)를 설치하는 테두리 보강부재 설치단계를 실시한다. 테두리 보강부재(12)는 흙막이벽(10)의 토압을 첫째단 및 각층 수평구조물(30, 50)에 분포될 수 있도록 강성을 갖는 철근 콘크리트로 형성할 수 있다. 그리고 연결부재(31, 51) 사이 및 결합부재(32, 52) 사이에 철근 콘크리트를 채우는 보강부재(13) 설치단계를 실시할 수 있다. 이는 첫째단 및 각층 수평구조물(30, 50)이 형강만으로 형성되어 있는 부분에서 토압을 저항하는 능력을 증가시키기 위해서 또는 장비 등이 작업을 위해 첫째단 및 각층 수평구조물(30, 50) 위에 얹어질 때 휨 강성을 증가시키는 등의 구조보강에 대비하기 위함이다. 테두리 보강부재(12) 및 보강부재(13)는 도 3에 도시된 바와 같이 연결부재(31, 51)와 결합부재(32, 52)의 상단면 위에 설치되거나, 도 4에 도시된 바와 같이 연결부재(31, 51)와 결합부재(32, 52)의 내측면 사이에 설치되거나, 도 5에 도시된 바와 같이 연결부재(31, 51)와 결합부재(32, 52)의 상단면 위 및 내측면 사이에 동시에 설치될 수 있다. 이때 연결부재(31, 51) 내측면의 층간기둥(40)이 위치하는 부분에는 철근 콘크리트를 비워두어 하부에서부터 층간기둥(40) 철근 콘크리트(41)가 타설될 때 일체가 될 수 있도록 할 수 있다. 그리고 테두리 보강부재(12)와 보강부재(13)가 서로 연결되는 구조로 형성되는 경우 흙막이벽(10)에서 발생되는 토압에 대한 저항력이 커지게 되지만, 테두리 보강부재(12)와 보강부재(13)는 서로 연결되지 않는 구조로 형성될 수도 있다.
도 13에 도시된 바와 같이 층별로 각층 수평구조물(50)을 설치하면서 경사버팀부재(60)를 설치하는 경사버팀부재 설치단계를 실시한다. 경사버팀부재 설치단계에서는 도 14에 도시된 바와 같이 복수개의 경사버팀부재(60)가 흙막이벽(10)을 향해 일정 각도로 벌어지게 설치하고, 경사버팀부재(60)의 끝단을 연결하는 띠장(61)을 설치한다. 굴착부분의 바닥면까지 시공이 완료되면 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 바닥면 측부터 차례로 경사버팀부재를 분리하면서 흙막이벽(10)이 영구벽체를 이루도록 철근 콘크리트(10a)를 보강하는 흙막이벽 보강단계를 실시한다. 이와같이 경사버팀부재(60)는 직하부의 각층 수평구조물(50)이 설치된 후 해체될 수도 있고, 굴착부분의 바닥면까지 시공이 완료되면 바닥면 측부터 차례로 분리할 수도 있으며, 흙막이벽(10)이 영구벽체가 아닐 경우에는 철근 콘크리트(10a) 토압벽체가 추가로 설치된 후에 해체할 수도 있다.
도 12에 도시된 바와 같이 첫째단 수평구조물(30) 까지 철근콘크리트 층간기둥의 보강단계, 슬래브 설치단계 및 흙막이벽 보강단계를 실시하면 지하 구조물의 설치가 완료된다.
상기와 같이 굴착작업 기간에는 첫째단 수평구조물(30)이나 각층 수평구조물(50)의 하중이 주로 센터파일(20)에 지지되었다가, 층간기둥(40)이 철근콘크리트 기초(14)에 지지되는 이후에는 센터파일(20)을 제거하고 층간기둥(40)이 첫째단 수평구조물(30) 및 각층 수평구조물(50)을 지지하도록 하는 것이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
10 : 흙막이벽 20 : 센터파일
30 : 첫째단 수평구조물 40 : 층간기둥
50 : 각층 수평구조물 60 : 경사버팀부재

Claims (19)

  1. 지하구조물을 설치하고자 하는 굴착부분에 흙막이벽을 설치하고 센터파일을 근입시킨 후 각 층별로 굴토하면서 첫째단 수평구조물을 설치하여 흙막이벽 버팀 역할을 하는 지하 구조물 구축공법에 있어서,
    상기 센터파일의 상단부에 상기 첫째단 수평구조물을 연결하는 첫째단 수평구조물 설치단계;
    굴착부분을 굴착작업하면서 일측이 상기 첫째단 수평구조물에 고정되고 타측 끝단은 굴착부분의 바닥면에 설치되는 철근 콘크리트 기초에 고정되는 첫째단 층간기둥을 다수개 설치하는 첫째단 층간기둥 설치단계; 및
    상기 기초 바닥면에 설치되는 철근콘크리트 기초에 상기 층간기둥이 견고하게 지지되어 상기 첫째단 수평구조물이 상기 첫째단 층간기둥에 지지되면 상기 센터파일을 제거하는 센터파일 제거단계; 를 실시하여
    굴착작업 기간에는 상기 첫째단 수평구조물이 상기 센터파일에 지지되었다가 상기 첫째단 층간기둥이 상기 철근콘크리트 기초에 지지되는 이후에는 상기 센터파일을 제거하고 상기 첫째단 층간기둥이 상기 첫째단 수평구조물을 지지하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  2. 지하구조물을 설치하고자 하는 굴착부분에 흙막이벽을 설치하고 센터파일을 근입시킨 후 각 층별로 굴토하면서 각층 수평구조물을 설치하여 흙막이벽 버팀역할을 하는 지하 구조물 구축공법에 있어서,
    상기 센터파일의 상단부에 상기 각층 수평구조물로 이루어진 첫째단 수평구조물을 연결하는 첫째단 수평구조물 설치단계;
    굴착부분을 굴착작업하면서 상기 각층 수평구조물을 연결할 수 있도록 일측이 상기 첫째단 수평구조물에 고정되는 첫째단 층간기둥을 다수개 설치하는 첫째단 층간기둥 설치단계;
    흙막이벽 버팀역할을 수행하는 상기 각층 수평구조물을 상기 첫째단 층간기둥의 타측에 연결하는 각층 수평구조물 설치단계;
    상기 각층 수평구조물의 하단측으로 또 다른 각층 수평구조물을 연결할 수 있도록 일측은 상단의 각층 수평구조물에 고정되고, 타측은 이웃하는 하단의 각층 수평구조물이 연결되는 층간기둥을 다수개 설치하는 층간기둥 설치단계; 및
    굴착작업이 기초 바닥면까지 진행하면서 상기 각층 수평구조물 설치단계와 상기 층간기둥 설치단계를 순차적으로 실시하고, 기초 바닥면에 설치되는 철근콘크리트 기초에 상기 층간기둥이 견고하게 지지되어 상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물이 상기 층간기둥에 지지되면 상기 센터파일을 제거하는 센터파일 제거단계; 를 실시하여
    굴착작업 기간에는 상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물이 상기 센터파일에 지지되었다가 상기 층간기둥이 상기 철근콘크리트 기초에 지지되는 이후에는 상기 센터파일을 제거하고 상기 층간기둥이 상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물을 지지하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 층간기둥 설치단계는
    상기 층간기둥의 타측 끝단부에 연결부재를 연결하여 설치하는 연결부재 설치단계; 및
    각각의 상기 연결부재를 연결하는 결합부재를 설치하는 결합부재 설치단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 연결부재는
    4개의 단위로드가 격자 형상을 이루도록 배열하고 상기 연결부재의 격자 내부에 상기 층간기둥을 설치하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 결합부재를 설치한 후에는
    상기 연결부재 사이 및 상기 결합부재 사이에 철근 콘크리트를 채우는 보강부재 설치단계를 추가 실시하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 보강부재 설치단계는
    상기 연결부재와 상기 결합부재의 상단면 위에 철근 콘크리트가 형성되는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 보강부재 설치단계는
    상기 연결부재와 상기 결합부재의 내측면 사이에 철근 콘크리트가 형성되는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 첫째단 수평구조물 설치단계에서는
    상기 첫째단 층간기둥 설치단계 이전에
    하부 층에 사용되는 적어도 하나의 연결부재를 상기 첫째단 수평구조물에 형성된 상기 연결부재에 층을 이루도록 결합하여 설치하고, 굴착작업이 진행되면 필요한 위치까지 순차적으로 내리고 상기 층간기둥을 연결하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  9. 제 3항에 있어서, 상기 결합부재를 설치한 후에는
    상기 각층 수평구조물 위에 철근 콘크리트 슬래브를 형성하는 슬래브 형성단계를 추가 실시하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  10. 제 3항에 있어서, 상기 연결부재는
    2개의 단위로드가 서로 교차되도록 배열되고 상기 연결부재의 교차부에 상기 층간기둥을 설치하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  11. 제 2항에 있어서,
    지하 구조물을 설치할 수 있도록 굴착부분의 둘레면에 흙막이벽을 설치하는 흙막이벽 설치단계; 및
    굴착하고자 하는 지점에 다수개의 센터파일을 제거 가능하도록 근입시키는 센터파일 근입단계;를 실시한 후, 상기 첫째단 구조물 설치단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  12. 제 2항에 있어서, 상기 각층 수평구조물을 설치한 후에는
    상기 흙막이벽에 접촉되는 상기 각층 수평구조물의 테두리부를 일정 길이만큼 둘러싸는 테두리 보강부재를 설치하는 테두리 보강부재 설치단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 각층 수평구조물을 설치하고 상기 흙막이벽에 상기 각층 수평구조물을 경사지게 지지하는 경사버팀부재를 설치하는 경사버팀부재 설치단계;를 실시하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 경사버팀부재 설치단계에서는
    상기 각층 수평구조물에 복수개의 상기 경사버팀부재가 상기 흙막이벽을 향해 일정 각도로 벌어지게 설치하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 흙막이벽과 각 상기 경사버팀부재의 끝단 사이에는 상기 경사버팀부재의 끝단을 서로 연결하는 띠장이 설치되는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 굴착부분의 바닥면까지 상기 각층 수평구조물의 설치가 완료되고 상기 경사버팀부재를 분리시키는 경우에는
    상기 흙막이벽이 영구벽체를 이루도록 철근 콘크리트를 보강하는 흙막이벽 보강단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  17. 제 2항에 있어서, 상기 굴착부분의 바닥면 위에 상기 층간기둥을 견고하게 고정할 수 있도록 철근 콘크리트 기초를 설치하는 기초 설치단계를 실시하고, 상기 센터파일 제거단계를 실시한 후,
    상기 철근 콘크리트 기초에서부터 순차적으로 상기 층간기둥에 철근 콘크리트를 보강하는 층간기둥 보강단계;를 실시하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  18. 제 2항에 있어서, 상기 각층 수평구조물 설치단계에서는
    상기 각층 수평구조물을 상기 층간기둥에 대해 직각을 이루도록 설치하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
  19. 제 2항에 있어서, 상기 센터파일에는
    상기 첫째단 수평구조물과 상기 각층 수평구조물을 지지하도록 버팀부재가 돌출되도록 형성하는 버팀부재 설치단계가 실시되는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 구축공법.
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