KR101052363B1 - 심층굴착용 자립식 흙막이공법 - Google Patents

Abstract

심층 연약지반으로 되어 있는 건축물 및 구축물 작업장의 주변으로 이 작업장 안ㆍ밖으로부터의 토사 유입 및 지하수 유입방지를 위해 지중굴착공에 몰탈그라우트를 충전한 흙막이 벽체를 다수 형성ㆍ배열하고, 또한 이 배열된 이 흙막이 벽체 사이사이에 일정거리를 이격하여 상기 흙막이 벽체 내에 금속제 파일을 삽입설치하여 흙막이 벽체를 보강한 보강 흙막이 벽체를 상기 흙막이 벽체와 다수 조합배치하며, 상기 흙막이 구조체의 배열 형태는 격자형(+), H형, ㅁ형, T형, ㄱ형, ㄷ형 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 종ㆍ횡으로 반복연결시켜 이루어지도록 한 심층굴착용 자립식 흙막이 공법.

심층 연약지반, 흙막이 벽체, 격자형 파일, 어스앙카

Description

심층굴착용 자립식 흙막이공법{Self-type blocking and shielding construction process for preventing inflow of earth and water in deep excavated earth construction work}

본 발명은 심층굴착용 자립식 흙막이 공법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 그중에서도 매설 격자형을 변형시킨 형태를 반복 연결시켜서 조성하고, 연약지반의 심층굴착시 작용되는 수압과 토압에 견고히 견디기 위한 심층 자립식 흙막이 공법에 관한 것이다.

상기 공법은 소정의 지반위에서 지하굴착시 굴착하기 전에 그 둘레의 지중에 연속벽체를 조성한 후 굴착작업을 실시할 때 특히 심층굴착시 발생되는 연속벽체의 전도를 방지하기 위하여 다수의 지지체(E/A)를 고정시켜 굴착하는 심층 자립식 흙막이 공법에 관한 것이다.

이 분야의 종래기술은 지하 연속벽 등 벽체공법으로서 지지체(E/H, STRUT) 등을 이용하여 굴착단계별 지지체를 통한 흙막이 공법이지만, 지보상태의 자립이 안되는 흙막이 공법이었다.

일반적으로 연약지반을 비롯한 지반, 특히 심층지반을 굴착할 때, 지반개량 또는 차수벽(遮水壁) 조성을 위한 공법은 첨부도면 제 1도의 (a),(b),(c)에서와 같이 지반에 보오링기의 굴삭축으로 그라우트공(10)을 천공한 뒤에, 이 그라우트공에 굴삭축을 통하여 시멘트밀크, 몰탈 또는 약액 등의 그라우트(grout)를 주입하게 되면, 일정 시간이 경과함에 따라 상기 그라우트공에 주입된 그라우트 약액이 응고되어 원기둥 형태의 파일(11)을 형성하게 되며, 이 파일을 이용하여 각종 구조물을 설치할 수 있게 되어 있다.

제 1도의 (a)는 한개의 그라우트 통로를 가지고 있는 굴삭축을 통하여 두가지의 약액이 혼합되어 주입되거나 또는 순차적으로 주입되는 상태와, 투수성이 균일하지 않아 약액이 불균일하게 침투됨으로써 불량한 상태로 파일(11)을 형성한 것을 나타내고 있으며, 도면에 도시된 약액의 분산형태는 가장 바람직한 침투범위를 나타내고 있다.

제 1도의 (b)와 (c)는 종래 공법에 의해 일렬 또는 다수열로 파일(11)을 형성시킴으로서 차수벽이 조성되고 지반이 개량된 상태를 나타내고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 공법에 의해서 형성되는 파일은 원기둥 형태로 형성되기 때문에 심층연약지반인 경우에는 벽체에 가해지는 지하수 등의 수압과 토압으로 전도되기 쉽고, 또한 지반을 개량할 경우에나 차수벽 조성을 위해서는 다수개의 파일을 조밀하게 시공해야만 되므로 공사비용이 대단히 많이 소요되는 문제가 있고, 어스앙카 등으로 지반개량할 경우 누수 등으로 인한 주변지반 침하로 작업 및 안전상의 문제가 빈번하며 공사기간이 그만큼 길어지는 폐단을 아울러 지니고 있다.

또한, 일렬로 조성되는 차수벽의 경우에는 상기와 같이 공사비용이 많이 소요되고 공사기간이 지연됨에도 불구하고, 파일이 축방향으로 연결되어 있음에 따라 축방향으로는 견고하나, 전후방향으로는 외력에 취약한 구조를 가지고 있는 폐단이 있다.

또한, 도 5에서와 같이 흙막이 벽체를 지지하기 위하여 건축물 또는 구축물 작업장 밖의 연약지반에 어스앙카체를 설치할 경우 통상 어스앙카 굴삭홈 굴착 및 어스앙카 작업중 지하수와 연약지반(A)으로부터의 토사의 격렬한 유입으로 구축물 작업장으로 물과 토사가 유입됨은 물론, 이로 인해 흙막이 벽체가 지지되지 못하는 문제가 많았다. 특히 해안가나 강가의 뻘지대, 습지, 웅덩이, 사질지반과 같은 매우 연약한 지반 위에 또는 도심 좁은 공간에서 대형 특히 고층 건축물 또는 구축물을 구축할 때에는 그 기초를 매우 깊이 굴착하여 공사를 하게 되므로, 작업장 자체는 물론 작업장 바깥쪽 지중으로부터 많은 량의 지하수가 유입되고 토사가 유입되기 쉬우며, 심한 진동이 발생될 경우, 특히 지진발생의 경우 토사붕괴는 물론, 흙막이 벽체의 파손, 전도가 심하여 작업상으로나 작업안전상으로 매우 위험한 바 있으나, 아직까지 매우 연약한 지반에서는 거의 공사 효율면에서나 작업안전면에서 문제가 해결되지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명자가 선출원한 특허 제 92-10903호(명칭:지수벽 굴착기 및 선등록특허 제 106187호 심층연약지반 개량공법)를 이용하여 지반을 +자(격자)형태 배열은 물론, 이 격자형(+) 배열을 변형시켜 여러가지 상황에 적합하게 적절한 파일 배열이 가능하도록 그라우트공을 천공하고, 이 변형된 제반배열로 된 각 그라우트공에 시멘트 몰탈 등의 약액을 주입시켜 고결되어 경화된 흙막이 벽체가 형성되도록 함과 아울러, 이 흙막이 벽체에 가해지는 지하수 등의 수압과 토압, 나아가 지진 등으로 인한 진동으로 발생되기 쉬운 흙막이 벽체의 변형, 손상, 이동, 파손, 전도방지를 위해 보강지지체를 형성 및 고정시키고 기초를 보강함으로써 보다 견고하고 안정되게 지반을 개량ㆍ보강시킬 수 있도록 하기 위한 것이 본 발명의 목적이다.

상기 목적을 수행하기 위하여, 본 발명은 심층 연약지반으로 되어 있는 건축물 및 구축물 작업장의 주변으로 이 작업장 안밖으로부터의 토사 유입 및 지하수 유입방지를 위해 지중 굴착공의 굴착후 지중연속벽체를 조성하여 설치하는 흙막이 공법에 있어서, 상기 지중연속벽체가 손상되거나 전도됨을 방지하고, 토사ㆍ지하수 유입방지와 나아가 작업안전을 도모하기 위하여 상기 지중굴착공에 몰탈그라우트를 충전한 흙막이 벽체를 다수 형성ㆍ배열하고, 또한 이 배열된 흙막이 벽체의 사이사이에 일정거리를 이격하여 상기 흙막이 벽체 내에 금속제 H 파일 등의 파일을 삽입설치하여 흙막이 벽체를 보강한 보강 흙막이 벽체를 상기 흙막이 벽체와 다수 조합, 배치하며, 또한 상기 흙막이 벽체와 흙막이 벽체 사이사이에 횡으로 뻗어 양 흙막이 벽체에 연접되도록 한 연결구조체를 지중에서 상ㆍ하 거리로 이격하여 다수 형성하고, 특히 해안가 또는 강안의 뻘, 토사질, 습지와 같은 연약지반이나 지진 방지를 고려해야 하는 건축물 또는 구축물을 구축하는 경우에는 수직앙카체와 경사앙카체 중 1종 이상의 앙카체를 설치하여 상기 흙막이 구조체가 전도되지 않도록 한 심층굴착용 자립식 흙막이 공법을 제공한다.

여기에서, 본 발명은 흙막이벽의 활동 및 전도방지를 위해 다수공의 지압형 또는 마찰형 앙카를 수직 및 경사로 적용하며, 흙막이 구조체의 배열형태는 격자형 파일(첨부도면 도 1의 (d))은 물론, 이 외에도 격자형 파일(+)을 변형시켜 H형, ㅁ형, T형, ㄱ형, ㄷ형, 또는 이들의 조합으로 된 갖가지 형태의 파일 배열을 얻기 위해 이들 형태의 파일을 1가지 이상 조합하거나 종ㆍ횡으로 반복 연결시켜서 조성한 흙막이벽에 의한 자립식 흙막이공법을 제공하는데 요지가 있다.

종래의 심층지반 굴착시 지지체(E/A, STRUT, Nail) 등을 통한 굴착단계별 굴착으로 시공공기지연, 인접대지 경계침범, 누수로 인한 주변지반 침하 등으로 여러가지 문제가 많았으나, 본 발명은 심층굴착용 자립식 흙막이 공법을 적용한 대형건축물 또는 구축물 공사에 있어 다양하고도 안정된 제반구조체를 구축 가능하게 하 고 상재하중을 보강하기 위한 지지력 보강 및 히빙(heaving)방지용 지중확대형 지중현장 타설파일을 통해 지반이 개량되고 흙막이 벽체가 작업중 전도되지 않도록 지지체(E/A, 철근파일 등)를 형성시키고 고정시킴으로써 일층 시공성과 안정성을 향상시킨 데에 현저한 효과가 있다.

본 발명을 일실시예로서, 첨부도면을 이용하여 다음에 구체적으로 설명한다.

본 발명은 종래의 이 분야의 파일구축시 격자형 파일 기본배열로서 격자형(+) 배열을 변형시켜 다양한 방법으로 실시함으로써 현장상황에 적응한 지지체의 구조적 안정과 안전을 도모한 공법이다. 또한 본 발명은 흙막이 벽체의 활동을 전도방지를 위해 지지체를 형성 및 고정시키고, 또한 심층지반에서 인접구조물 및 굴착하부기초에 대한 지지력 보강 및 히빙(heaving) 방지용 지중확대, 즉 지중확경(擴徑)을 통해 지반개량이 가능한 자립식 흙막이 공법을 제공하는 것을 포함한다.

도 1(d)를 보면 지중에 형성된 격자형(+) 파일배열 상태가 나타나 있다. 먼저 원형의 그라우트공(10)을 천공하고, 다음 이 그라우트공(10)의 외주 네방향으로 판넬홈(13)을 천공하고 형성시킨 후, 이 형성된 격자형 그라우트공(10+12)에 약액을 주입시키고 응고시켜 지반에 격자형 파일(11)을 다수 형성시킨다.

상기 격자형 파일(11)은 서로 이들을 연결한 상태가 도 1(d)에 나타나 있는 격자형 파일배열이다. 그러나, 이 격자형 파일배열로 지지벽체를 구성하더라도 특히 해안가, 강안, 모래가 많은 지질, 뻘, 진흙, 웅덩이, 기타 매우 연약한 지반을 깊이 굴착하고 이곳에 대형건물 등의 구축물을 구축할 경우에는 이러한 격자형 기본파일구조로는 도저히 안전을 도모할 수 없고, 전술한 바와 같이 여러가지 부차적인 문제점이 발생되기 쉽다.

본 발명에서는 상기 도 1(d)에 나타난 격자형 파일 배열뿐 아니라 도 4에 나타나 있는 ㅁ자형 배열, 장소환경과 필요에 따라 H형, ㄱ형, ㄷ형, T형 등 다양한 형태의 배열로 된 파일배열을 만들어 도심지 등 좁고 특수환경을 가진 현장에도 그 주어진 환경에 맞고 안전하게 적용할 수 있는 파일배열을 채용한다.

도 2는 본 발명을 적용한 일실시예를 나타낸 것이다.

여기에서, 가로, 세로로 다수의 고결된 몰탈그라우트 벽체가 연속적으로 배열되어 있고, 일정한 간격으로 H-파일이 설치된 흙막이 벽체가 또한 조합되어 배열되어 있음이 나타나 있다.

도 3에 의해 본 발명 공법의 시공방법을 상세히 설명한다.

도 3의 ①~③에서와 같이 지반 천공장비를 이동시켜 지중천공하고 이 천공된 수직공(10)에 약액 몰탈주입기를 굴진시켜 굴진몰탈을 주입하여 혼합교반하고, 다음 약액몰탈주입기를 인발해가면서 주입몰탈을 혼합교반시키고, 약액몰탈이 점차 경화되면서 시멘트 몰탈이 주입공에서 차오르게 되면서 몰탈그라우트가 경화되어 흙막이 벽체가 만들어진다. 한편 보다 강한 벽체를 만들기 위해, 예컨대 금속제 H-파일(pile)을 몰탈주입공(11)에 삽입하고(도 3의 ④) H-파일을 재인발하면서 혼합교반하여 벽체를 완성시킨다(도 3의 ⑤). 이렇게 보강된 상태에서 빌딩 등 구축물 공사를 끝낸다. 구축물 공사가 완료되면 H-파일만 인발하여 밖으로 인출한다(도 3의 ⑥).

상기 도 3의 시공순서에 의한 시공으로 형성되는 흙막이 구조체는 도 3~도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 지하굴착전에 지중에 연속벽체를 조성하여 설치, 작업하고, 특히 심층 연약지반에서 대형건물을 축조하거나 지진을 고려할 경우에는 전도방지를 위하여 도 7에서 도시되어 있는 바와 같이 다수공의 어스앙카(earth anchor)를 수직 및 경사로 시행하여 설치하고, 이에 따라 지중 연속 벽체를 고정시킴으로써 심층굴착용 자립식 흙막이 공법에 의한 본 발명상의 흙막이 구조체가 완성된다. 심층지반을 굴착해야 하는 해안가 뻘이나 진흙, 웅덩이 또는 사토가 많은 연약지반의 경우, 누수차단과 벽체지지를 위해 상기 흙막이 벽체는 더욱 깊게 설치해야 하고, 그에 따라 심층지반의 굴착, 기초공사 도중 이 흙막이 벽체에 가해지는 지하수의 수압과 토압은 더욱 강해지고, 심층지반에서의 수직공 굴착이나 기초공사 중 지반붕괴 가능성은 더욱 커지게 되므로, 종래에는 도 5에서 도시된 바와 같이 흙막이 벽체를 보다 강력지지하기 위해 벽체를 관통하는 다수의 어스앙카체를 설치하였으나, 이 설치과정에서 엄청난 수압과 토압이 가해지고 지하수와 토사가 관통되어 구멍난 곳으로 쏟아져 들어오고, 그에 따라 지반이 침하되는 문제가 심대하였으므로, 따라서 본 발명은 이와 같이 심대한 공사 안전상의 문제와 이에 따른 작업상의 제반문제를 해결하도록 한 것이다.

도 6에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 6에서는 도 5에 도시되어 있는 천공된 지중굴착공(10) 내에 흙막이 벽체(11), 즉 도 3의 ③에서 도시되어 있는 H파일 없는 흙막이 벽체(W)와 더불어 사용할 금속제 파일(예컨대 H-파일)이 보강된 벽체(PW)가 나타나 있다. 즉, 도 3의 ④에 도시되어 있는 바와 같이 H-파일이 흙막이 벽체(11) 내에 삽입되어 지지체가 금속제 보강재(12)로 보강된 상태를 나타내고 있고, 이들 2개의 굴착공(10)에 형성된 2개의 흙막이 벽체(11) 사이를 연결하는 상ㆍ하로 거리를 두고 단계식으로 된 다수의 연결구조체(14) 형성으로 보다 보강된 구조의 흙막이 구조체가 형성된다. 상기 연결구조체(14)는 상기 양 흙막이 벽체(11) 사이의 지중에 수직으로 천공하여 여기에 금속관(15)을 지중에 수직삽입하고, 이 금속관(15)의 표면에 상ㆍ하 거리를 두어 단계별로 다수의 토출공을 천공 형성하며, 상기 금속관(15)으로 몰탈그라우트를 고압으로 주입ㆍ분사하면 몰탈 그라우트가 지중에서 횡방향으로 강하게 분사되어(도 6의 화살표 방향으로 분사되어) 이미 형성되거나 또는 동시적으로 형성된 양 흙막이 벽체에 횡으로 연결되도록 한 것이다. 아울러, 지반밑으로부터의 있을지 모를 히빙현상을 방지하기 위하여 상기 흙막이 벽체 저부를 지중 확경 굴삭하고 여기에 도 6에서 나타나 있는 바와 같은 기단부(17)를 설치한다.

본 발명에서는, 특히 진흙, 뻘, 모래땅, 기타 습지와 같이 특히 연약한 지반에서의 흙막이 구조체 설치를 위하여 또는 지진에 대비하여 수직앙카(3), 경사식 앙카(4)를 한가지 이상 구축한다. 이 경우 작업장 내의 건축물이나 구축물이 축조 완성된 후에 이들 앙카를 제거하는 제거식 앙카를 채용한다.

또한, 본 발명에서는 지하수와 연약지반으로 된 작업장 바깥쪽으로 향하는 흙막이 벽체면에 대어 차수벽(16)을 설치할 수도 있다.

상술한 방법으로 구축된 본 발명 흙막이 구조체의 상부에 시멘트몰탈제 또는 기타 재료로 된 덮개(19)를 씌워 마무리한다.

도 1은 종래의 일반적인 연약지반공법 실시(도 1a)로 형성된 파일의 형태(1b)(1c)를 나타낸 것이다. 도 1(d)는 일층 진보된 최근의 공법으로 원형의 굴착공과 그 사방에 형성된 가지부(판넬홈)로 형성된 격자형 파일배열상태를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명상의 공법으로 형성된 흙막이 벽체의 파일배열을 일례로 나타낸 것이다. 여기에서 원 안의 누운 H자는 H-파일이 삽입된 것을 나타낸다.

도 3은 본 발명공법의 시공순서를 개략적으로 나타낸 일실시예로서의 시공순서도이다.

도 4는 본 발명이 적용 가능한 여러가지 형태의 흙막이 벽체 파일배열을 설명하기 위한 설명도이다.

도 5는 종래의 심층 연약지반에서의 흙막이공법의 기본개념을 일례로 간략히 도시한 것이다.

도 6은 본 발명 심층 연약지반에서의 흙막이 공법의 적용예를 일례로 도시한 것이다.

도 7은 지진 등 매우 취약한 지반에서의 본 발명 흙막이 공법의 적용예를 일례로 도시한 것이다.

<주요부호>

1, 1’ 본 발명 흙막이 구조체 2 종래의 흙막이 구조체

3 수직앙카 4 경사식 앙카

10 지중굴착공 11 흙막이벽체 12 금속제 보강재

13 판넬 홈 14 흙막이벽 연결구조체 15 금속관

16 차수벽 17 기단부 18 금속관

19 덮개 31 H-파일

A 작업장 밖 공간 B 작업장 내의 공간

Claims (3)

1. 심층 연약지반으로 되어 있는 건축물 및 구축물 작업장의 주변으로 이 작업장 안ㆍ밖으로부터의 토사 유입 및 지하수 유입방지를 위해 지중 굴착공의 굴착후 지중연속벽체를 조성하여 설치하는 흙막이 공법에 있어서,

   상기 지중연속벽체가 전도됨을 방지하고 토사ㆍ지하수 유입방지와 작업안전을 도모하기 위하여 상기 지중굴착공에 몰탈그라우트를 충전한 흙막이 벽체를 다수 형성하고, 이 흙막이 벽체 내에 금속제 파일을 삽입설치하여 흙막이 벽체를 보강한 보강 흙막이 벽체를 더 형성하며,

   상ㆍ하 거리를 두어 단계별로 다수의 토출공을 천공 형성한 금속관을 상기 흙막이 및 보강 흙막이 벽체 사이의 지중에 수직삽입하고, 상기 금속관으로 몰탈그라우트를 고압으로 주입ㆍ분사함으로써, 상기 흙막이 및 보강 흙막이 벽체 사이를 횡으로 연결되도록 한 연결구조체를 다수 형성하여 흙막이 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 심층굴착용 자립식 흙막이 공법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 흙막이 구조체의 배열 형태는 격자형(+), H형, ㅁ형, T형, ㄱ형, ㄷ형 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 종ㆍ횡으로 반복연결시켜 이루어지도록 한 심층굴착용 자립식 흙막이 공법.
3. 제1항에 있어서, 상기 흙막이 구조체에, 수직앙카체 또는 경사앙카체를 더 설치하도록 된 자립식 흙막이 공법.

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