KR101014796B1 - 기성 콘크리트 기둥부재를 이용한 탑다운 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하 구조물을 구축함에 있어 상층에서 하층으로 하향 시공해 나가면서 구조물을 형성하는 탑다운 공법(역타 공법)에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 탑다운 공법에서 기둥 시공을 위해 일반적으로 사용되던 PRD 공법이나 RCD 공법의 고가 장비 대신 일반적인 DRA 장비를 이용하여 시공이 가능하므로 공사 기간 및 공사 비용을 대폭적으로 절감할 수 있는 개선된 탑다운 시공법을 제공하고자 하는 것으로서, 이를 위해 본 발명에서는, (a) 통상의 방법에 의해 지중에 흙막이 벽체를 구축하는 단계와; (b) 건축물의 본 기둥이 설치될 위치에 지상으로부터 기성 콘크리트 기둥부재를 박아 넣어 가설기둥을 설치하고, 상기 가설기둥만으로 지지력이 부족한 경우 가설기둥의 주변에 지상으로부터 기성 콘크리트 파일을 박아 넣어 지지파일을 설치하는 단계와; (c) 상기 흙막이 벽체의 내측을 소정 깊이로 굴토하여 터파기 작업을 수행하는 단계와; (d) 상기 가설기둥과 흙막이 벽체 사이 및, 상기 가설기둥과 가설기둥 사이에 거더를 설치하는 단계와; (e) 상기 (c)단계 및 (d)단계의 공정을 기초 레벨에 이르기까지 반복하여 수행하는 단계와; (f) 상기 가설기둥의 둘레에 기둥 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 최종적으로 본기둥을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

기성 콘크리트 기둥부재를 이용한 탑다운 시공방법 {TOP-DOWN UNDERGROUND CONSTRUCTION METHOD USING PREFABRICATED CONCRETE COLUMN MEMBER AS TEMPORARY BRIDGE COLUMN}

본 발명은 건축물의 지하층 구조물을 시공하는 방법, 특히 지하 구조물을 구축함에 있어 일반적인 순타공법과는 달리 상층에서 하층으로 하향 시공해 나가면서 구조물을 형성하는 역타 공법(이른바, 탑다운 공법)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탑다운 공법의 적용시에 기둥부재로서 일반적으로 사용되던 철골 형강 대신 소구경의 기성 콘크리트 기둥부재를 설치하여 지지력 확보를 위한 지지 파일 및 거더 설치를 위한 임시 가설 기둥으로서 활용한 뒤, 기초레벨까지 지하층 시공이 완료된 후 상기와 같이 설치된 가설기둥을 심재(心材)로 해서 콘크리트를 증타하여 최종적으로 기둥 구조체를 완성하도록 함으로써, 일반적인 DRA 장비를 이용하여 시공이 가능하므로 공사 기간 및 공사 비용을 대폭적으로 절감할 수 있을 뿐 아니라, 한 번의 시공으로 기둥 부재의 시공 및 기초 지지파일의 시공이 동시에 이루어지므로 시공 효율성 면에서나 경제성 면에서 매우 우수한 개선된 탑다운 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건물의 지하층 구조물을 구축하는 방식으로는 종래로부터 여러 시공법이 개발되어 있으며 이를 분류하는 방식도 여러 가지가 있을 수 있지만, 이들을 지하구조물을 구축 시공하는 방향에 따라 분류하면 크게 순타(順打)공법과 역타(逆打)공법으로 대별할 수 있다.

이 중, 역타 공법은 일명 탑다운(Top-Down) 공법이라고도 하는데, 이는 건축물의 지상고가 높아지고 이에 필요한 지하구조물이 깊어짐에 따라 지상층과 지하층을 동시에 완성할 수 있는 방법으로 고안된 공법으로서, 이러한 탑다운 공법의 기본 개념은 지하 터파기에 앞서 지하 외벽과 지하 기둥을 시공한 후 층별 터파기 작업과 함께 지하구조물을 병행 시공함으로써 스트러트나 어스앙카와 같은 별도의 지보공 없이 위에서 아래로, 즉 전통적인 순타 공법과는 반대 방향으로 지하층을 완성해 나가는 공법에 해당한다.

상기와 같은 역타 공법을 적용하게 되면, 지하층과 지상층 공사가 동시에 진행될 수 있기 때문에 공기 단축의 효과가 클 뿐 아니라, 1층 바닥에 직접 공사 차량이나 장비를 진입시켜 작업 공간으로 사용할 수 있으므로 부지가 협소한 공사에서도 원활한 시공이 가능하다는 장점이 있다. 아울러 상기와 같은 역타 공법의 경우, 건물 본 구조체를 횡토압에 대한 버팀대로 이용하면서 상층에서 하층으로 굴착과 구체 구축을 반복하여 시공하는 공법이므로 일반적인 개착식 공법에 비해 토류벽의 안정성이 높으며 주변 건물의 침하로 인한 민원 발생의 우려가 낮다는 장점을 가지고 있는바, 상기와 같은 탑다운 공법은 전술한 여러가지 장점들로 인해 최근 들어 대단면/대심도 굴착을 요하는 도심 공사나 지질이 좋지 않은 대지에 대한 공사 등을 중심으로 국내에서도 그 활용도가 점차로 높아지고 있는 추세이다.

한편, 상기와 같은 탑다운 공법에 따르면, 지하 구조물을 구축함에 있어 지하 터파기를 하지 않은 상태에서 기둥 부재를 지중에 설치하여 지하 기둥을 선시공한 다음, 1층 바닥 구조체를 완성한 후 그 하부 지반을 굴착해 나가는 방식에 따라 시공이 이루어지게 되는데, 이때, 상기와 같이 설치되는 기둥 부재의 경우 기존의 탑다운 공법에 의하면 주로 철골 형강 부재를 사용하는 것이 일반적이었다.

그런데, 일반적으로 지하층에 설치되는 기둥의 경우 구조적인 면에서 볼 때 지상 구조물을 포함한 건물 구조체의 전체 자중과 완공 후 사용 하중을 모두 지지하는 역할을 하게 되는바, 이러한 지하 기둥은 상기와 같은 연직 하중에 대해 충분한 지지력을 가질 수 있도록 상당히 큰 단면을 갖도록 설계되어야 한다. 따라서, 탑다운 공법에 있어 상기와 같이 대단면을 갖는 기둥 부재를 시공하기 위해서는 지중에 최소한 상기 기둥 부재 단면 크기 이상으로 대구경의 파일 삽입공을 천공하는 것이 불가피하며, 현재 이와 같은 대구경의 지반 천공이 가능한 공법으로는 RCD(Riverse Circulation Drill) 공법 또는 PRD(Percussion Rotary Drill) 공법 정도를 들 수 있다.

그러나, 상기와 같은 RCD 또는 PRD 공법의 경우 그 시공 속도가 매우 느리므로 하루에 작업할 수 있는 작업량이 2 ~ 3본 정도에 지나지 않아 시공 효율성이 매 우 떨어질 뿐만 아니라 높은 작업 비용으로 인해 전체적인 공사 비용이 증가하는 문제가 있었는바, 이와 같이 RCD 또는 PRD 공법을 이용하여 기둥 부재를 설치하는 기존의 탑다운 공법의 경우 공사 기간 및 비용의 면에서 매우 큰 부담이 되고 있는 실정이었다.

또한, 일반적으로 탑다운 공법의 경우 지반의 상태가 좋지 않은 연약 지반에 적용되는 경우가 많은데, 이와 같이 연약지반에 설치되는 기둥 부재는 지하 기초만으로는 지지력이 부족한 경우 지지력 확보를 위해 기초 레벨 하부로 소정 깊이 이상 관입됨으로써 연약 지반에 대한 지지력 파일의 역할을 겸할 수 있도록 하고 있다.

그런데, 기존 탑다운 공법에 있어 기둥 부재로서 일반적으로 사용되고 있던 철골 'H' 형강의 경우 그 단면 형태상 선단 지지력에 의해서는 지지력을 발휘하기 어렵고 주로 파일과 토사 간의 주변 마찰력에 의해 그 대부분의 지지력이 발휘되는 특징이 있으며, 이에 따라 충분한 지지력 확보를 위해서는 주변 마찰력 증가를 위해 파일 심도가 상당히 깊어져야 하거나, 혹은 파일 선단부에 별도의 구근 콘크리트를 현장 타설에 의해 상당히 큰 크기로 형성하여야 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 철골 부재를 사용하여 지하 기둥을 구축하는 기존의 일반적인 탑다운 시공법이 갖는 문제점을 개선하고자 안출된 발명으로서, 구체적으로 본 발명은 탑다운 공법에 있어 기둥 부재로서 콘크리트 기성제품을 사용하여 지지력 확보를 위한 지지력 파일 및 거더 설치를 위한 임시 가설기둥으로서 활용하고, 한 본의 가설기둥만으로 지지력이 부족한 경우에는 주변에 추가의 지지파일을 미리 시공하여 기초 시공시 무리 말뚝 기초처럼 활용할 수 있도록 하며, 기초레벨까지 지하층 시공이 완료된 다음에는 상기 콘크리트 가설기둥을 심재(心材)로 해서 주변에 콘크리트를 증타하여 최종적으로 기둥 구조체를 완성하도록 함으로써, 기존의 RCD 또는 PRD 공법과 같은 불리한 공법 대신 일반적인 DRA 공법을 이용하여 시공하는 것이 가능하게 되어 공사 기간 및 공사 비용을 대폭적으로 절감할 수 있는 개선된 탑다운 시공 방법을 제공하는 것을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서 제공하는 탑다운 시공방법은, 지하층 구조물의 구축시 지상으로부터 기초를 향해 하향식으로 구조물을 축조해 나가는 이른바 탑다운 시공법에 있어서, (a) 통상의 방법에 의해 지중에 흙막이 벽체를 구축하는 단계와; (b) 건축물의 본 기둥이 설치될 위치에 지상으로 부터 기성 콘크리트 기둥부재를 박아 넣어 가설기둥을 설치하는 단계와; (c) 상기 흙막이 벽체의 내측을 소정 깊이로 굴토하여 터파기 작업을 수행하는 단계와; (d) 상기 가설기둥과 흙막이 벽체 사이 및, 상기 가설기둥과 가설기둥 사이에 거더를 설치하는 단계와; (e) 상기 (c)단계 및 (d)단계의 공정을 기초 레벨에 이르기까지 반복하여 수행하는 단계와; (f) 상기 가설기둥의 둘레에 기둥 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 최종적으로 본기둥을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기와 같은 일련의 단계들로 이루어지는 본 발명에 따르면, 탑다운 공법의 적용시 지하 기둥을 설치함에 있어 처음부터 철골 본 기둥 부재를 설치하던 기존의 시공법과는 달리, 일단 전체 설계하중 중 일부만을 지지(대략 지하 구조물 하중을 지지할 수 있는 정도)할 수 있는 단면 크기를 갖는 비교적 소직경의 기성 콘크리트 부재로 가설기둥을 설치하고, 여기에 거더를 접합 설치하여 지하 구조물의 구축을 진행한 다음, 지하층 전체 깊이에 대한 굴착이 완료된 이후에 상기와 같이 설치된 콘크리트 가설기둥의 주변에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 최종적으로 본 기둥을 형성하도록 하고 있는바, 이러한 본 발명에 따르면 지하 터파기 전 기둥 부재의 설치 시공시에 지반을 대구경으로 천공할 필요가 없어 일반적인 DRA 장비 등을 사용하여 시공이 가능하므로 공사 기간 및 공사 비용을 대폭적으로 절감할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명에 대한 더욱 바람직한 측면에 따르면, 상기와 같은 공정에 있어서 상기 가설기둥의 주변에 지상으로부터 기성 콘크리트 기둥부재를 박아 넣어 하나 이상의 지지파일을 설치하는 단계가 더욱 부가될 수 있으며, 이와 같이 지지파일을 추가로 설치하는 본 발명에 따르게 되면, 가설기둥의 주변에 설치된 지지파일에 의해 가설기둥과 지지파일이 무리를 이루어 구조적으로 무리 말뚝 기초와 같은 역할을 함으로써 더욱 효과적인 지지력 확보가 가능하여 매우 연약한 지반에서도 본 발명에 따른 탑다운 공법을 충분히 적용할 수 있는 효과를 기대할 수 있게 된다.

나아가, 상기와 같은 본 발명에 있어서, 전술한 가설기둥은 그 선단부에 측면 외측으로 소정 길이만큼 돌출된 단면확장부가 더욱 형성되도록 구성할 수 있으며, 이와 같이 본 발명에 있어서 단면확장부가 형성된 가설기둥을 적용하게 되면 가설기둥의 선단부 단면적이 증가됨에 따라 선단 지지력이 증대됨으로써 작은 단면적의 부재를 사용하고도 충분한 지지력의 확보가 가능하게 되는바, 본 발명의 공법의 적용을 위해 별도로 대구경의 콘크리트 파일을 주문 제작할 필요 없이 기존에 공장 제작되어 사용되고 있던 콘크리트 파일 제품을 사용하여 탑다운 공법을 구현하는 것이 가능하게 되는 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서 제공하는 탑다운 시공방법에 의하면, 기둥 부재로서 비교적 소직경의 기성 콘크리트 부재를 사용하게 되므로 지중에 기둥 설치를 위한 삽입공을 천공함에 있어 RCD 또는 PRD 장비와 같은 고가의 장비 대신에 일반적인 DRA 장비 등을 이용하여 탑다운 공법을 구현하는 것이 가능하게 되는바 탑다운 공법에 있어서 공사 기간 및 공사 비용을 상당히 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 대한 바람직한 구성으로서 가설기둥으로서 선단부에 단면 확대부가 마련된 선단 확장형 콘크리트 파일을 사용하게 되면 선단 지지력 증가에 따라 가설기둥의 단면 크기를 줄일 수 있는 효과가 있으므로 구조적인 측면에서나 시공 경제성 등의 측면에서 더욱 유리한 효과가 있다.

나아가, 본 발명에 대한 더욱 바람직한 구성으로서, 한 본의 가설기둥만으로 지지력이 부족한 경우에는 가설기둥 시공시에 그 주변으로 하나 이상의 콘크리트 지지파일을 추가로 설치하는 공법을 적용할 수 있으며, 이 경우 가설기둥 및 선시공된 지지파일들에 의해 구조적으로 무리 말뚝과 같은 효과를 내어 매우 연약한 지반에서도 본 발명에 따른 탑다운 공법을 충분히 적용할 수 있게 되는 더욱 유리한 효과를 기대할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에서 제공하는 기성 콘크리트 기둥부재를 이용한 탑다운 시공방법을 각 시공 단계별로 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 도1a 내지 도1f는 본 발명에 따른 탑다운 시공방법에 의해 지하 구조물을 시공함에 있어 그 단계별 시공 상태들을 도시한 도면으로서, 상기 도1a 내지 도1f를 참조하여 본 발명의 시공방법을 설명하면 다음과 같다.

(a) 흙막이 벽체 구축 공사 (도1a 참조)

먼저, 기본 설계에 따라 지하 구조물이 형성될 외곽 경계선을 감안하여 지중에 흙막이 벽체(100)를 구축한다. 상기 흙막이 벽체(100)는 주지하는 바와 같이 지하 터파기 시 주위 토사가 붕괴하는 것을 방지하기 위하여 지하층의 외부 경계측에 설치되는 구조물을 말하는 것으로, 본 발명에 있어서 이와 같은 흙막이 벽체는 CIP, SCW, 슬러리 월, 토류판 등과 같이 기존에 알려진 일반적인 가설 흙막이 공법 중에서 현장 상황에 맞추어 적절한 공법을 선정하여 실시할 수 있다. 도1a는 상기와 같이 가설 흙막이 공사를 수행하여 가설 흙막이 벽체(100)가 설치된 상태를 도시한 것이다.

(b) 가설기둥의 설치 및 지지파일의 설치 ( 도1 b 참조)

상기와 같이 흙막이 벽체(100)를 설치한 다음에는, 지하 터파기 공사를 수행하기에 앞서 일단 건축물의 평면 설계상 본 기둥이 설치되어야 할 위치에 가설기둥(220)을 지상으로부터 지중에 수직으로 박아 설치한다. 이때 본 발명에 있어서 상기 가설기둥(220)은 앞서 언급한 것과 같이 탑다운 공법에서 기둥 부재로서 기존에 일반적으로 사용되고 있던 철골 형강 기둥 대신, 기둥 시공이나 지지력 보강 등에서 일반적으로 사용되고 있던 기성 콘크리트 기둥부재를 사용하여 시공한다.

본 발명에 있어서 상기한 기성 콘크리트 기둥부재라 함은 현장 제작이 아닌 공장에서 미리 일정한 형태로 제조 생산된 콘크리트 재질의 기둥 구축용 부재를 의 미하는 것으로서, 여기에는 PC 파일(Precast Concrete Pile), PHC 파일(Pre-tensioned High strength Concrete Pile), RC 파일 (Reinforced Concrete Pile) 등 현재 대표적으로 사용되고 있던 파일 형식은 물론, 기타 다른 형태에 따른 콘크리트 재질의 기둥용 부재들이 포함된다. 본 발명에서는 기존에 사용되고 있던 여러 형식의 기성 콘크리트 기둥부재들 중에서 적절한 것을 선정하여 사용할 수 있으며, 특히 건축 또는 토목 공사에 있어 기초 파일로서 가장 보편적으로 사용되고 있는 PHC 파일이 바람직하게 사용될 수 있다. 여기서 PHC 파일이란 당 업계에서 잘 알려진 바와 같이 사전에 긴장한 강선과 콘크리트를 몰드에 넣어 고속으로 회전시킴으로써 원심력을 이용하여 제작한 프리텐션 방식의 고강도 콘크리트 원통형 고강도 말뚝을 말하는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서 더욱 바람직하게는, 상기 가설기둥으로 사용되는 콘크리트 기둥부재의 경우 도2에 도시된 것과 같이 그 선단부에 파일 본체의 외측으로 소정길이 돌출된 단면확장부(228)를 형성할 수 있으며, 이와 같이 단면확장부를 갖는 가설기둥의 경우, 대한민국 등록특허 제604471호, 제661123호 및 제760888호에 의해 등록된 헤드 확장형 파일(현재 EXT 파일이란 명칭으로 당업계에 알려져 있다)과 같은 형식의 파일이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기와 같이 가설기둥으로서 선단부에 단면확장부를 형성한 형태의 파일을 사용하게 되면, 상기 단면확장부에 의해 가설기둥의 선단부 단면적이 증가됨에 따라 선단 지지력이 증대됨으로써 가설기둥의 단면적에 비해 매우 큰 지지력을 확보할 수 있게 되는 장점이 있다.

이때, 상기와 같이 단면확장부가 형성된 가설기둥의 경우, 파일을 제조하는 공장에서 미리 일체로 형성하여 제조하는 것도 가능하나, 이보다는 도2에서 보는 것과 같이 일반적인 형태의 기성 콘크리트 파일에다가 별도의 확장판을 현장에서 접합하여 제작하는 것이 자재 수급면에서 더욱 경제적일 수 있다. 이와 같이 현장에서 단면확장부가 형성된 확장형 가설기둥을 제작함에 있어서는 PHC 파일 등의 선단부에 마련된 슈(shoe)에 원형 강판을 용접하여 일체로 접합함으로써 단면확장부를 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서, 상기와 같은 콘크리트 가설기둥(220)을 지중에 설치함에 있어서는 DRA(Double Rod Auger) 장비를 사용하여 시공하는 것이 특히 바람직하다. 즉, 상기와 같이 DRA 장비를 이용하여 가설기둥을 설치 시공하는 방식에 따르게 되면, DRA 장비에 장착된 상부 오거 스크류(Auger Screw)와 하부 케이싱(Casing)가 서로 반대 방향으로 회전하면서 동시에 지반을 천공하여 기둥 삽입공을 형성하게 되며, 상기와 같이 형성된 기둥 삽입공 내에 가설기둥을 근입시킨 다음, 상기와 같이 근입된 가설기둥의 상단부를 드롭해머로 경타하여 지반에 가설기둥이 안착 고정될 수 있도록 한다.

이때, 상기와 같이 케이싱과 오거 스크류를 사용하여 지반을 천공하는 과정에서 기둥 삽입공 내에 시멘트 밀크(일반적으로 1㎡ 당 시멘트 880kg, 물 730L로 배합)를 주입함으로써 가설기둥을 삽입하였을 때 선단부 부근의 공벽이 충진되어 가설기둥이 지반에 견고하게 고정할 수 있도록 시공하며, 상기와 같이 기둥 삽입공 내에 가설기둥을 설치한 다음에는 지중에 삽입되었던 케이싱을 인발하여 제거한다.

또한, 상기와 같이 가설기둥의 설치가 완료되면, 설치된 가설기둥의 상단부를 드롭해머로 수회 항타함으로써 가설기둥이 지반에 견고하게 안착 고정될 수 있도록 하는데, 이때 기존 공법에서처럼 철골 기둥을 사용한 경우라면 철골 재질 특성상 항타시의 타격이 가해지게 되면 부재의 휨이 발생할 우려가 있겠으나, 본 발명의 경우 가설기둥으로서 콘크리트 파일을 사용하고 있는바, 상기와 같이 최종 항타를 가하더라도 부재의 휨이 발생할 염려가 없으므로 가설기둥의 고정 및 효율적인 지지력 확보에 있어 더욱 유리한 효과를 가질 수 있게 된다.

한편, 시공되는 지반의 상태에 따라 가설기둥(220)의 설치만으로 충분한 지지력의 확보가 가능한 경우에는 상기와 같이 가설기둥(220)을 설치한 후 다음 공정(굴착 공정)으로 진행하겠지만, 지반 상태가 매우 불량하여 상기와 같은 가설기둥(220)만으로는 지지력이 부족한 경우에는 추가로 상기 가설기둥(220)의 주변에 지지파일(230)을 설치하는 공정이 더욱 부가될 수 있으며, 이 역시 바람직한 구성으로서 본 발명이 갖는 특징 중의 하나이다.

즉, 도1b에 도시된 것과 같이, 전술한 가설기둥(220)의 시공시 가설기둥(220) 주변에 지상으로부터 기성 콘크리트 파일을 박아 넣어 지지파일(230)을 설치하게 되며, 이때 상기 지지파일(230)에 사용되는 콘크리트 파일의 종류 및 설치 방법은 전술한 가설기둥(220)의 경우와 동일하게 적용하면 된다. 여기서 상기 지지파일(230)은 도1b의(b)에서 보는 바와 같이 그 상단부가 지상에 이르는 높이를 갖는 가설기둥(220)에 비해 훨씬 짧은 길이를 갖고 있는데, 상기 지지파일(230)의 구체적인 길이는 향후 시공되는 기초부를 지지하는 역할을 감안할 때 최소한 기초 레벨 이상으로 올라올 정도로 시공하면 되며, 기초 높이 이상으로 올라온 부분은 추후에 두부 정리 작업에 의해 제거하고 기초를 타설하면 되므로 정확한 길이로 맞출 필요 없이 대략적인 여유 길이를 갖는 부재로 시공하면 된다.

한편, 상기와 같이 설치된 지지파일(230)이 삽입된 파일 삽입공의 경우 별도의 처리 없이 그대로 천공된 상태로 두게 되면 현장에서 추락의 위험이 있으므로 시공이 완료된 후에는 토사 등을 채워 메꾸어 줌으로써 안전사고가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

(c) 1차 굴토 작업 실시 ( 도1 c 참조)

상기와 같은 공정에 따라 지중에 흙막이 벽체(100)와 가설기둥(220) 및 지지파일(230)이 설치된 다음에는 상기 흙막이 벽체(100)의 내측 토사를 소정 깊이로 굴토하여 1차 터파기 작업을 수행한다. 이 때, 상기와 같은 1차 터파기 깊이는 필요 이상 깊이 굴착하지 않고 지상 1층 바닥 철골 거더 및 슬래브 구조체를 타설할 수 있을 정도의 최소한의 깊이만큼만 굴착하는 것이 좋다.

(d) 내부 거더 부재의 설치 ( 도1 d 참조)

본 단계는 건축물의 본 보부재가 설치되어야 할 위치에 영구 부재인 내부 거더(240)를 설치하는 단계이다. 전술한 것과 같은 일련의 공정들을 거쳐 지중에 흙막이 벽체(100) 및 가설기둥(220)이 설치되고 소정 깊이로 1차 터파기 작업이 완료된 다음에는, 상기와 같이 설치된 흙막이 벽체(100)와 가설기둥(220) 사이 및 가설기둥과 가설기둥의 사이에 거더 부재들을 평면 설계에 맞추어 해당 위치에 조립 설치한다.

여기서 상기 내부 거더(240)는 지하층의 시공 중에는 흙막이 벽체(100)로부터 가해지는 토압을 지지하는 스트러트(STRUT)와 같은 역할을 하며, 지하 공사의 완료 후에는 해체되지 않고 영구 구조물로서 존치하면서 슬래브로부터 가해지는 연직하중을 지지하여 기둥으로 전달하는 건물 본 구조체인 거더 부재로서의 역할을 하게 된다.

한편, 상기와 같은 거더(240)의 경우 철골 부재를 사용하여 시공하는 것이 일반적인데, 이때 본 발명에 따르면 선시공된 콘크리트 재질의 가설기둥(220)에 철골 재질의 거더(240)를 접합하게 됨으로써 서로 다른 재질의 부재들을 접합해야 되는 문제가 발생한다. 따라서, 상기와 같은 가설기둥과 거더 간에 안정적인 접합이 이루어질 수 있도록 적절한 접합 디테일이 마련되어야 할 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 도3에 도시된 것과 같이 상기 가설기둥(220)의 측면에 다수개의 볼트공(225)을 형성하여 두고, 이 볼트공(225)를 통해 현장에서 철골 거더 접합용 브라켓(500)을 볼트 접합한 다음, 상기 접합브라켓(500)을 매개로 철골 거더(240)와의 접합이 이루어질 수 있도록 하는 방식을 바람직한 접합 디테일에 대한 일례로서 제 공한다.

여기서, 상기 볼트공(225)은 PHC 파일 등 콘크리트 가설기둥(220)의 공장 제작시에 미리 볼트를 끼울 수 있는 장(長)너트를 매입하여 파일과 일체로 제작할 수 있으며, 이와 같이 볼트공(225)이 마련된 콘크리트 파일을 반입한 뒤 현장에서 상기 매입된 너트에 접합브라켓(500)을 볼트로 체결하여 거더에 대한 접합부를 완성한다. 이때, 상기 접합브라켓(500)은 도3에 도시된 예에서 보는 바와 같이 전체적으로 반원형 단면을 가짐으로써 2개 한쌍이 결합되어 PHC 파일 등의 외부면을 감싸 결합될 수 있는 형태로 제작될 수 있으며, 이와 함께 도시된 바와 같이 패널존 보강을 위한 다이어프램 플레이트(520)와 거더 웨브와의 볼트접합을 위한 가셋플레이트(510) 및, 거더 플랜지와의 강접합을 위한 접합플랜지(530)가 더욱 마련될 수 있다.

한편, 상기와 같이 설치된 내부 거더(240)의 상부에는 슬래브(250)를 설치하여 바닥 구조체를 완성하며, 이때 상기 슬래브(250) 구조체의 시공은 데크플레이트를 설치하고 그 위에 콘크리트를 타설하여 시공하거나, 또는 슬래브 거푸집을 설치하여 콘크리트를 타설하는 등 현장 상황에 따라 적당한 방식에 의해 시공한다.

(e) 하부층 바닥 굴토 및 반복 공정의 실시 ( 도1 e 참조)

상기에서 설명한 것과 같은 공정들을 거쳐 지상층 바닥 레벨에 대한 시공이 완료된 다음에는 하부 지하층의 시공을 위해 바닥 저면에 대한 굴토 작업을 수행하 고, 전술한 거더 설치 및 바닥 굴토 공정을 기초 레벨에 이르기까지 반복적으로 수행한다. 이와 같은 반복 시공의 결과 지하층 전층에 대한 구조물이 시공된 상태를 도시한 것이 도1e이다.

(f) 기둥철근 배근 및 기둥 증타 ( 도1 f 참조)

상기와 같이 기초 레벨까지 지하층 전층에 대한 거더 및 슬래브 구조체의 시공이 완료되면, 기초 콘크리트(400)를 타설한 다음, 상기 가설기둥(220)의 둘레에 수직 주근 및 띠철근 등 기둥 철근을 배근하고 기둥 형상에 따른 거푸집을 설치한 뒤, 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 최종적으로 본기둥(300)을 형성한다.

즉, 상기와 같은 본 발명에 따르면, 기존의 탑다운 공법에서와 같이 지하 굴착 전에 기둥을 형성하는 대신, 구조물의 구축 단계에서 기둥 부재가 전체 설계하중을 받기 이전에는 일단 소구경의 기성 콘크리트 가설기둥을 기둥 위치에 임시로 설치하여 거더, 슬래브 등 지하 바닥 구조체 구축을 위한 가설용 임시 기둥으로 이용한 다음, 지하 바닥 구조체가 완성된 이후에는 상기와 같이 설치된 콘크리트 가설기둥의 둘레에 콘크리트를 증타하여 최종적으로 설계 단면대로 기둥 구조체를 완성한다는 점에 종래 탑다운 공법과는 차별화된 본 발명의 주요한 기술적 특징 중의 하나가 있다.

한편, 도시된 실시예에서와 같이 가설기둥(220)의 주변에 미리 지지파일(230)을 시공한 경우에는 바닥면에 버림 콘크리트를 타설하고(현장에 따라서는 버림 콘크리트 생략 가능), 기초 레벨에 맞추어 지지파일(230)의 두부(頭部)를 정리한 다음 기초 콘크리트를 타설하여 기초(400)를 형성한다. 즉, 상기와 같이 본 발명에 대한 더욱 바람직한 공법에 따르면, 한 본의 가설기둥만으로는 지지력 부족시 선시공된 가설기둥과 주변 지지파일들의 복합 거동에 의해 무리 말뚝 기초와 같은 효과를 낼 수 있도록 하고 있으며, 이로써 별도의 지지력 보강 공법 적용 없이 한번의 파일 시공에 의해 충분한 지지력을 확보할 수 있게 되는바, 이러한 점 역시 종래 탑다운 공법에 비해 진보한 본 발명의 기술적 특징의 하나라 할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 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.

도1a 내지 도1f는 본 발명에 따른 탑다운 시공방법에 의해 지하층을 시공함에 있어 단계별 시공 상태를 도시한 도면이다.

도2는 본 발명에서 가설기둥 또는 지지파일로서 바람직하게 사용될 수 있는 단면확장형 파일에 대한 일 예를 도시한 도면이다.

도3은 본 발명에서 거더와 가설기둥의 접합을 위해 사용되는 접합브라켓의 구성 및 그 설치 상태를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 가설 흙막이 벽체 220 : 가설기둥

223 : 지지파일 225 : 볼트공

228 : 단면확장부 240 : 내부 거더

250 : 슬래브 300 : 본 기둥

400 : 기초 500 : 접합브라켓

510 : 다이어프램 플레이트 520 : 가셋 플레이트

530 : 접합플랜지

Claims (7)

1. 지하층 구조물의 구축시 지상으로부터 기초를 향해 구조물을 하향식으로 축조해 나가는 탑다운 시공법에 있어서,

   (a) 통상의 방법에 의해 지중에 흙막이 벽체를 구축하는 단계;

   (b) 기초 파일 부재인 PHC 파일을 기초보강을 위한 소요 깊이로부터 지상 레벨까지 이르는 길이로 준비하고, 상기 PHC 파일을 건축물의 본 기둥이 설치될 위치에 지상으로부터 박아 넣어 가설기둥을 설치 형성하는 단계;

   (c) 상기 흙막이 벽체의 내측을 소정 깊이로 굴토하여 터파기 작업을 수행하는 단계;

   (d) 상기 가설기둥과 흙막이 벽체 사이 및, 상기 가설기둥과 가설기둥 사이에 거더를 설치하는 단계;

   (e) 상기 (c)단계 및 (d)단계의 공정을 기초 레벨에 이르기까지 반복하여 수행하는 단계;

   (f) 상기 가설기둥의 둘레에 기둥 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 최종적으로 본기둥을 형성하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 기성 콘크리트 기둥부재를 이용한 탑다운 시공방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 가설기둥의 주변에 지상으로부터 PHC 파일을 박아 넣어 지지파일을 설치하는 단계가 더욱 부가되는 것을 특징으로 하는 기성 콘크리트 기둥부재를 이용한 탑다운 시공방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 가설기둥의 설치는, 지중에 케이싱을 삽입하면서 오거 드릴로 상기 케이싱 내부를 천공하여 기둥 삽입공을 형성하고, 상기와 같이 형성된 기둥 삽입공 내에 가설기둥을 근입시키고, 상기 가설기둥의 상단부를 드롭해머로 경타하여 안착시키는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기성 콘크리트 기둥부재를 이용한 탑다운 시공방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가설기둥의 선단부에는 본체의 측면 외측으로 돌출된 단면확장부가 더욱 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기성 콘크리트 기둥부재를 이용한 탑다운 시공방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 가설기둥은 거더와 접합하는 부위에 가설기둥의 둘레를 감싸는 형태의 접합브라켓이 마련되며, 상기 거더는 상기 접합브라켓에 연결 접합되는 것을 특징으로 하는 기성 콘크리트 기둥부재를 이용한 탑다운 시공방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 가설기둥의 측면에는 볼트공이 더욱 형성되고,

   상기 접합브라켓은 2개가 1조를 이루어 가설기둥의 둘레를 감싸는 형태로 이루어진 한 쌍의 접합브라켓 본체와; 상기 접합브라켓 본체의 측면에 설치된 가셋플레이트와; 상기 접합브라켓 본체의 상하에 수평으로 설치된 다이어프램 플레이트를 포함하여 구성되며,

   상기 접합브라켓은 상기 가설기둥에 형성된 볼트공을 통해 나사 결합 방식으로 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 기성 콘크리트 기둥부재를 이용한 탑다운 시공방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 다이어프램 플레이트에는 거더 플랜지와의 강접합을 위한 접합플랜지가 더욱 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기성 콘크리트 기둥부재를 이용한 탑다운 시공방법.

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