KR100982827B1 - 바닥슬래브에 가설 흙막이 벽의 토압을 지지시키면서지하실 합벽을 후시공하는 공법 - Google Patents

바닥슬래브에 가설 흙막이 벽의 토압을 지지시키면서지하실 합벽을 후시공하는 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하실을 축조함에 있어서 가설 흙막이벽으로부터의 토압과 수압을 가설스트럿 대신 지하실 바닥판에 효과적으로 전달하는 하향공법을 적용하고 최소두께로 설계한 지하실 외벽은 지하 최하층 바닥 공사 후 상향시공(순타공법)하는 공법에 관한 것이다.
테두리보를 지하실벽 내부 측면에 설치하여 바닥판 공사를 선행함으로 인하여 생성되는 지하실 벽체 두께만큼의 임시 개구부 중 일부에 ㄷ형 리브라스 거푸집을 활용한 하중다리를 설치하여 하향공사 중 임시로 흙막이벽의 토압을 바닥판에 효과적으로 전달하고 나머지 공간을 굴토공사용 장비매연환기구로 활용하는 공법이다.

Description

바닥슬래브에 가설 흙막이 벽의 토압을 지지시키면서 지하실 합벽을 후시공하는 공법{Construction method of basement exterior wall applying the floor slab as the strut against the earth pressure from the temporary earth wall = TSW(Thrusting slabbed wall) method}
본 발명은 지하실 건축물을 안전하고 손쉽게 시공하는 방법이며, 더욱 상세하게는 지하굴토로 인한 공사장 주변의 지반 교란을 최소한으로 줄이는 역타공법을 효과적으로 수행하는 시공방법이다. 지하실 바닥판은 하중다리를 활용하여 하향 시공하면서도 지하실 외벽은 상향 시공하여 공사기간을 줄이고, 품질을 높이며 지하외벽 두께를 최소한으로 줄여 역타공법 적용 시 필요한 지하실 내부 환기구를 확보하는 공법이다.
역타공법이 일반화된 30년 전에는 어스앵커나 스트럿으로 가설 흙막이벽을 지지하여 변형을 구속한 상태에서 기초 하단면까지 굴토공사를 완료하여 기초공사를 하고 상기 어스앵커나 스트럿을 조심스럽게 순차적으로 상향으로 제거하면서 한 층씩 바닥판 공사를 해서 상기 각 층의 바닥판이 갓 제거한 스트럿 역할을 대행하게 하는 순타공법이 주류를 이루었다. 이 경우 지하실 층수가 많거나 연약지반일 때는 장기간의 지하실 공사 과정에서 가설 흙막이가 편측토압과 수압에 견디지 못해 무너지거나 가설 흙막이벽이 지하실 내부로 변형을 일으켜서 지하실면적이 줄어드는 불상사가 일어나기도 했다.
역타공법의 기본 원리는 가설 흙막이벽, 바닥판을 지지하는 현장타설 기초말뚝(15) 및 철골기둥(14)을 선시공(지반에 구멍을 뚫어 기초와 기둥을 일체로 선시공)하고 1층 바닥판을 시공한 다음 가설 흙막이벽(18)으로 구획된 내부 바닥판 아래의 흙을 한 층씩 순서대로 하향 굴토하여 흙막이 벽에 야기되는 편측토압을 별도의 어스앵커나 버팀대 대신 영구 바닥판에 지지시키면서 기초레벨까지 공사해 내려가는 공법이다. 그 사이 필요하면 선시공한 기둥에 의지하여 지상 2층 이상의 공사를 병행할 수 있으며 이를 탑다운(top/down) 공사라고 한다.
상기 역타공법이 순타공법 보다 안전성이 탁월하나 공사 기간이 길고 특별히 지하실 외벽 공사를 역타로 시공하는 것이 너무나 번거롭다. 즉 지하실 외벽의 상부 시공을 선행한 후에 하부 벽체 시공을 하려면 철근 이음도 문제지만 좌우 및 하부는 거푸집으로 막히고 상부는 선 타설한 직상 벽으로 모두 막힌 내부 공간에 콘크리트를 충전하는 것이 어렵고, 복잡한 절차를 거쳐 타설한 지하실 외벽의 직상부 선타설 구간과 직하부 후타설 구간의 이음부 콘크리트 불완전 충전여부를 조사하고 보수하는 수고와 공사비 상승을 감수하여야 한다.
이를 해소하는 방법으로 최근 등록특허 제 0531385호에서는 하향공법이면서도 지하외벽을 후시공하는 방법을 제시하였으며 이는 지하외벽 단면 중앙에 H형강을 눕혀서 설치하는 매입형 철골띠장(토압 조건에 따라 도 8b와 같이 상하 2개 이상 복수라인으로 배치한다고 함 - 공사비 추가 원인)이 가설 흙막이벽(18)으로부터 전달되는 토압을 받아 내부 수평보와 스터드볼트를 통해 바닥판(콘크리트 슬래브)으로 이관시키는 매개체로 활용하는 공법(도 8a와 도 8b)이다. 그러나 도 9에서 보는 바와 같이 지하실 바닥보(인용 발명에서는 내부 수평보로 표기)는 X방향과 Y방향 중 어느 한 방향의 보 간격이 3∼4m를 초과하는 것이 일반적인데 도 9의 경우 X방향 보의 간격이 넓어서 2개 이상 복수 라인으로 배열한 매립형 철골 띠장이라고 해도 가설 흙막이벽체에서 전달되는 토압을 콘크리트 슬래브에 전달할 수 없는 문제점을 내포하고 있다. 가설 흙막이 깊이가 깊어져서 지지하여야 하는 토압과 수압이 크게 증가하면 비록 매립형 철골띠장이 안전하다고 해도 바닥보에 전달되는 토압과 수압을 스터드볼트를 통해 바닥판(철근콘크리트 슬래브)에 전달하는데도 무리가 있다. 그러므로 위와 같이 큰 하중은 편심이 없는 직선으로 전달하는 방법을 채택해야 안전하다.
또한 위 매입형 철골띠장은 지하외벽 중앙에 설치함으로 인하여 지하외벽 전체 두께에서 매입형 철골띠장의 폭을 뺀 나머지 공간을 절반으로 나눈 좁은 공간(좌우 각각 75mm)(도 7)에 벽체의 수직철근을 배근하고 그 구멍으로 콘크리트를 부어 넣어야 하므로 지하 외벽의 두께는 350mm 이상이라야 하나 일반적으로 지하 1층은 벽 두께가 200mm, 지하 2층은 300mm로도 안전하므로 낭비 요인이 있다(지하실 외벽을 엄지말뚝과 합성설계를 하면 지하 2, 3층까지 200mm정도로도 가능함).
하향공법의 진수는 가설 흙막이벽(18)이 받는 토압을 바닥판(4)에 직접 전달하는 것인데 상기 가설 흙막이벽(18)과 바닥판(4) 사이에는 지하실 외벽(6)이 있으므로 벽체를 후시공하면서도 상기 토압이 바닥판에 직접 전달되는 방법(하중다리(17))을 모색해야 한다. 토압은 지하수압과 더불어 큰 값이므로 가설 흙막이벽과 바닥판(4) 사이에 하중 전달 단계가 적을수록 유리하며 전달 경로가 직선을 벗어나면 편심응력을 처리하는 비용이 증가한다. 따라서 하중 전달 경로는 될수록 간단 명확해야 한다.
하향공법에서 바닥판 시공 기간은 짧을수록 좋고 사용 재료의 단위 중량이 적을수록 좋다. 따라서 거푸집 등 가설공사를 피하고 철골재를 보 부재 등으로 활용할 때도 바닥판과 합성설계를 하는 것이 효과적이다. 하향공법은 상부가 바닥판으로 덮인 상태여서 모든 자재 운반은 바닥판에 마련한 특정 개구부를 통해서 하향시켜야하며, 상부에는 바닥판으로 막혀 있는 상태에서 선시공된 기둥을 피하여 수평이동 해야 하므로 타워크레인을 자유롭게 사용하는 상향공법과는 달리 무거운 부재를 사용하는 것을 피해야 한다.
하향공법에서 바닥판 시공은 당연히 위에서 아래로 시행하여야 하나 벽체 시공은 상향 즉 콘크리트 순타 공법이 바람직하다, 또한 가설 흙막이벽(18)과 바닥판(4) 사이에 환기구(16)가 있으면 굴토공사 중 장비 매연배출에 도움이 된다.
본 발명에서 제시하는 공법은 기존의 하향공법들이 테두리보(perimeter girder, 지하실 외벽과 바닥판이 만나는 위치에 있는 보)가 지하실 외벽이 차지하는 공간을 겸용하는데 반해 바닥판 쪽으로 이동시켜 선시공 함으로 지하실 외벽공사 시기와 무관하고, 가설 흙막이벽(18)으로부터 전달되는 토압을 하중다리(17)를 통해 바닥판에 손쉽게 전달하게 하는 것이다(도 1a).
지하실 바닥판을 하향 시공하여 흙막이벽으로부터 전달되는 토압과 수압을 하중다리(17)를 통해 지하실 바닥판(4)에 효과적으로 지지하면서도 지하실 외벽은 최하층 바닥을 공사한 후 순타로 시공할 수 있으므로 작업 능률이 오를 뿐만 아니라 지하실 외벽을 후시공함으로 인하여 임시로 마련된 환기구(16)를 통해 굴토장비 매연을 배출할 수 있어서 위생적이다. 또한 경량 TSC 보를 테두리보(2) 및 바닥보(3)로 활용하면 운반 조립이 용이하고 토압지지 능력도 탁월하다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로 본 발명에서 제시하는 지하실 하향공법은 가설 흙막이벽(18)으로부터의 토압과 수압을 지하실 바닥판(4)에 효과적으로 전달하는 방법으로 아래 공정으로 진행한다.
[1] 가설 흙막이벽(18) 및 기둥 공사(도 10a) ; 통상의 방법으로 지하실 외벽 외곽선에 가설 흙막이 공사를 실시하며 본 설명에서는 H형강 엄지말뚝과 현장타설 철근콘크리트 말뚝(CIP)을 적용한다. 엄지말뚝은 건물 외곽선에 구멍을 뚫고 구멍내부에 H형강을 삽입한 것이며, 인접한 구멍에는 철근망으로 제작한 현장타설 철근콘크리트 말뚝(CIP)을 삽입한다. 엄지말뚝과 현장타설 철근콘크리트 말뚝(CIP)의 배치는 토압에 따라 배치한다. 또한 건물내부의 기둥 위치에 구멍을 뚫어 현장타설 기초말뚝(15)과 철골기둥을 세운다. 위 가설 흙막이와 기둥의 레벨은 각층 바닥레벨을 감안하여 정한다.
[2] 내부 지반을 적정 높이 굴착한 후 까치발(5)과 보강재(13)가 설치되도록 엄지말뚝의 H형강 플랜지를 노출시키고, 여기에 엄지말뚝(1) 길이방향에 직각으로 테두리보(2)가 설치되는 위치에 까치발(5)을 부착한다. 까치발(5)과 엄지말뚝의 접합부위인 까치발의 고정단 상부 플랜지 하단에 ㄱ형강(11)을 설치한다. 그러므로 ㄱ형강의 설치방향은 까치발의 직각방향 또는 지하실 외벽방향이 된다. 반대편인 까치발의 자유단 끝단에는 ㄱ형강과 동일한 방향으로 테두리보(2)를 설치한다.
테두리보 상부에는 경계강판(10)을 용접으로 고정한다. 경계강판은 테두리보 상단의 지하실 외벽(6) 위치에 바닥판(4)과 동일한 춤으로 한다. 경계강판의 길이는 ㄷ형 리브라스 거푸집(9)의 폭 이상이 되도록 하고, 엄지말뚝의 건너편에 설치한다. 그러므로 씨아이피(12) 반대편에는 경계강판이 설치되지 않는다. 경계강판과 엄지말뚝 사이에는 보강재를 설치하며, 보강재의 춤은 경계강판의 춤과 동일하고 반대편 엄지말뚝의 플랜지에 부착되는 쪽의 춤이 더 크도록 제작한 사다리꼴 형상이다.
테두리보(2)와 철골기둥 사이에는 바닥보(3)를 설치하고, 추가로 필요한 철골보 공사를 완료한다. 또한 가설 흙막이벽(18)의 씨아이피(12) 및 엄지말뚝과 경계강판 사이에는 적당한 폭과 바닥으로 구성된 하중다리용 ㄷ형 리브라스 거푸집(9)을 삽입한다. 이러한 과정이 종료되면 데크플레이트 등의 바닥판(4)을 설치하고 바닥판에는 필요한 작업용 개구부를 마련한다. 상기 까치발의 길이는 흙막이벽 H형강의 시공 직진도에 따라 차이가 있으며, 현장 정밀측정 후 제작하여도 다소간의 오차가 있으므로 도 1a와 같이 테두리보와 접합은 슬로트홀을 뚫은 맞춤철판을 먼저 까치발에 볼트접합 하고 맞춤철판을 테두리보에 용접하는 방법을 채택한다. 이러한 일련의 과정이 종료되면 ㄷ형 리브라스 거푸집 내부와 슬래브(19)에 철근을 배근 후 콘크리트를 타설한다.
[3] B1층 바닥 공사 (도 10c) ; 2단 굴착을 하고 나서 상기 [2]와 같은 방법으로 B1층 바닥 공사를 완료한다.
[4] 기초공사 및 지상층 공사 (도 10d) ; 상기 [2]와 같은 방법으로 최하층 상부 바닥공사가 끝나면 최하층 바닥 공사를 한다. 이 때 필요하면 지상부 바닥 공사도 병행한다.
[5] 지하실 외벽 공사 (도 10e) ; 최하층 바다에서부터 1층 바닥까지 상향으로 지하실 외벽 공사를 한다. 도 1a에서 보는 바와 같이 흙막이벽의 토압은 일부 까치발(5)을 거쳐 테두리보(2)와 바닥보(3) 및 바닥판(4)으로 전달되기는 하나 하중 흐름의 주경로는 하중다리 즉 ㄷ형 리브라스 거푸집(9)내의 콘크리트(필요하면 철근 보강)를 통해 경계철판(10)과 바닥판(4)에 직접 확실하게 전달되므로 별도의 추가 조치 없이도 안전성이 확보되는 장점이 있다. 상기 하중다리(17) 사이의 빈 공간은 지하 굴토공사 중 장비 매연 환기구(16)로도 활용하다가 기초 공사가 완료되면 철근을 배근하고 콘크리트를 부어넣는 공간으로 이용한다.
테두리보(2)와 바닥보(3)의 대표적인 단면으로 TSC 보를 택한 이유는 하향공법의 특성상 일반 H형강에 비하여 자중이 절반 정도이므로 좁은 공간에서의 운반 조립이 용이하다. 또한 단면 내부에 부어 넣는 콘크리트와 바닥판 콘크리트가 협력하여 합성보 역할을 할 뿐만 아니라 본 발명의 주요 해결 목표인 토압을 받는 압축재로서의 효과로는 단면 내부의 콘크리트가 큰 도움이 되기 때문이기도 하다.
[6] 일반적으로 건물의 구조체에서 중요한 역할을 하는 바닥보(3)와 테두리보(2)는 사전 발주하여 철구공장에서 제작하여 현장에 운반 조립한다. 따라서 테두리보를 경계로 한 지하실 내부 골조의 규격에는 변화가 없어야 공사 기간에 차질을 주지 않는다. 그러나 지금까지 발표된 하향곰법은 모두 바닥보(3)가 지하실 외벽 속으로 뚫고 들어가서 가설 흙막이벽(18)과 근접 조립되어야 하므로 바닥보의 길이가 도 10d와 같이 흙파기를 끝낸 다음에야 최종 확인하는 경우가 많으므로 슬로트홀을 두어 편차를 흡수하도록 한다.
도 1, 1a는 TSW의 주단면도,
도 2는 TSW의 부분 평면도,
도 3a는 TSW 철골조의 까치발
도 3b는 도 3a에 보강재를 부착한 사시도,
도 4는 TSW 철골조에 하중다리 ㄷ형 리브라스 거푸집을 부착한 사시도,
도 5는 하중다리 ㄷ형 리브라스 거푸집의 사시도,
도 6은 테두리보에 경계강판을 부착한 사시도,
도 7은 등록특허 제 0531385호 공법의 단면도,
도 8a와 도 8b는 도 7 공법의 토압저항 흐름도,
도 9는 지하실 바닥판의 토압저항 흐름도
도 10a부터 10e까지는 본 발명의 단계별 시공 상태의 개략 단면도이다.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명>
1 : 엄지말뚝(H형강 등) 2 : 테두리보(TSC 보)
3 : 바닥보(TSC 보 또는 H형강 등)
4 : 바닥판(트러스데크 위 바닥 콘크리트) 5 : 까치발(H-294×200×8×12 등)
6 : 지하실 외벽(합벽) 7 : 수직 내부철근
8 : 수직 외부철근 9 : ㄷ형 리브라스 거푸집
10: 경계강판 11: ㄱ형강(L-50×50×4 등)
12: 씨아이피(Cast in place concrete pile, CIP)
13: 보강재(구조계산으로 필요할 경우)
14: 철골기둥 15: 현장타설 기초말뚝
16: 환기구 17: 하중다리(load bridge)
18: 가설 흙막이벽(1과 12의 조합) 19: 슬래브
# TSC 보 : 강판을 성형한 영구거푸집 내부에 콘크리트를 부어넣은 합성보, 국내 공사현장에 다량 적용중임

Claims (1)

  1. 지하실을 축조함에 있어서 가설 흙막이벽(18)으로 부터 토압과 수압을 지하실 바닥판에 효과적으로 전달하고, 지하실 외벽은 지하 최하층 바닥 공사 후 상향 시공하는 공법에 있어서,
    (a) 통상의 방법으로 지하실 외벽(6) 외곽선을 따라 가설 흙막이 공사를 실시함에 있어서 엄지말뚝(1)과 현장타설 철근콘크리트 말뚝(12)을 공사하고, 건물 내부의 기둥 위치에는 구멍을 뚫어 철골기둥(14)을 세우고 기초말뚝(15)을 형성하여 가설 흙막이벽(18) 내부 지반을 1단 굴착하는 단계;
    (b) 내부 지반을 적정 높이 굴착한 후 까치발(5)과 보강재(13)가 설치되도록 엄지말뚝의 H형강 플랜지를 노출시키고, 여기에 엄지말뚝(1) 길이방향에 직각으로 테두리보(2)가 설치되는 위치에 까치발(5)을 부착하는 단계;
    (c) 상기 까치발(5)과 엄지말뚝의 접합부위, 까치발의 고정단 상부 플랜지 하단에 ㄱ형강(11)을 지하실 외벽방향으로 부착하고, 까치발의 자유단 끝단에는 까치발의 직각방향 또는 ㄱ형강 배치와 동일방향으로 테두리보(2)를 설치하는 단계;
    (d) 테두리보 상부에는 경계강판(10)을 용접으로 고정하고, 경계강판은 테두리보 상단의 지하실 외벽(6) 위치에 바닥판(4)과 동일한 춤으로 하며 경계강판의 길이는 ㄷ형 리브라스 거푸집(9)의 폭 이상이 되도록 하는 단계;
    (e) 상기 경계강판은 엄지말뚝의 건너편에 설치하며 경계강판과 엄지말뚝 사이에는 보강재를 설치하고, 보강재의 춤은 경계강판의 춤과 동일하고 반대편 엄지말뚝의 플랜지에 부착되는 쪽의 춤이 더 크도록 사다리꼴 형상으로 제작하여 부착하는 단계;
    (f) 보강재가 설치되고 나면 가설 흙막이벽(18)의 씨아이피(12)와 경계강판(10) 사이 및 엄지말뚝과 경계강판 사이에 적당한 폭과 바닥으로 구성된 하중다리용 ㄷ형 리브라스 거푸집(9)을 삽입하고, 테두리보(2)와 철골기둥 사이에 바닥보(3)를 부착하고 추가로 필요한 철골보 공사를 하는 단계;
    (g) 바닥판(4)을 설치하고 ㄷ형 리브라스 거푸집 내부와 슬래브(19)에 철근을 배근 후 콘크리트를 타설하는 단계;
    (h) 2단 굴착을 하고 상기 (b)부터 (g)의 공정을 최하층 레벨까지 반복하여 지하실 바닥 공사를 완성하는 단계;
    (i) 흙막이 내부와 테두리보 사이 빈 공간에 최하층 바닥에서부터 1층 바닥까지 상방향으로 지하실 외벽 공사를 시행하는 단계;
    를 포함하여 하중다리(17)를 제외한 지하실 외벽을 후시공 하는 것을 특징으로 하는 바닥슬래브에 가설 흙막이 벽의 토압을 지지시키면서 지하실 합벽을 후시공하는 공법.
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