KR101105676B1 - 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법을 개시한다. 본 발명에 따른 지반굴착 흙막이 시공방법은, 제1열 흙막이 벽체 형성을 위해 다수의 버팀 말뚝을 설치하는 단계와, 버팀 말뚝의 내측 지반을 소정 깊이 굴착하는 제1단 터파기 단계와, 버팀 말뚝에 토류판을 설치하는 제1단 토류판 설치단계와, 제2열 흙막이 벽체를 형성하도록 시트 파일을 설치하는 단계와, 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 지반을 굴착하여 터파기 구덩이를 형성하는 단계와, 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 보강재를 설치하는 단계와, 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제2단 터파기 단계와, 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제3단 터파기 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 이러한 시공 구성에 따르면, 토압 저항용 버팀대의 설치를 최소화할 수 있으므로, 시공원가의 절감과 시공기간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 2열 자립식 흙막이 벽체의 형성과 터파기 굴착을 연계하여 단계적으로 시공하게 되므로, 토압에 효과적으로 저항할 수 있는 흙막이 구조에 의해 고심도 굴착시공을 보다 효율적으로 시공할 수 있는 효과를 얻을 수가 있다.

Description

지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법{EARTH RETAINING WALL CONSRTUCTION METHOD USING TWO ROWS PILE}

본 발명은 건축물의 기초시공을 위한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2열 자립식 흙막이 벽체를 이용하여 고심도의 지반굴착이 가능하도록 개량된 토공사용 흙막이 시공방법에 관한 것이다

일반적으로, 다양한 형태의 건축물 시공시 상부 구조의 안정성 확보나 지하 공간의 활용을 위해 건축물 시공부지에 터파기 기초공사로 지반굴착 토공사를 시공하게 된다. 이러한 지반굴착 터파기 공사는 최근에 이르러 지하 설계 깊이의 증가로 인해 지반침하 예방 등과 같은 안정성 확보에 대한 우려가 높아짐에 따라 철저한 지반조사를 통한 적정한 흙막이 시공방법을 채택하는 것이 토공사 계획의 관건이 될 수 있다. 이에 따라, 건축물의 기초시공을 위한 지반굴착 토공사시 흙막이 시공방법은 많은 연구개발에 힘입어 꾸준한 발전을 이루어 오고 있으나, 최근 건축 구조물의 대형화와 도심지에서 이루어지는 근접시공에 있어서는 흙막이 구조체의 안정성뿐만 아니라 인접지반 및 구조물에 미치는 영향도 함께 고려해야 하는 실정이다. 더욱이, 지하구조물 시공시에는 지중매설물의 영향으로 굴착과 더불어 발생할 수 있는 문제점들이 규모나 내용면에서 나날이 복잡해지고 있으며, 심지어 법률적인 분쟁으로 이어지기도 한다.

따라서, 상술한 바와 같은 문제점들을 최소화하기 위해서는 주어진 여건 하에서 가장 안전하고 경제적이며, 합리적인 설계와 시공이 되도록 사전에 충분한 지반조사와 대책을 검토하여 최적의 공법을 적용하는 것이 필요하다. 특히, 우리나라의 지반은 70% 이상이 풍화잔류토로 구성되어 있어서 건설공사를 위한 굴착작업시의 지지공법은 주로 버팀보(Strut) 및 어스 앵커(Earth Anchor)를 이용한 공법이 적용되고 있다.

그러나, 건설공사의 현장여건이나 주변상황을 고려할 때, 버팀보(Strut) 및 어스 앵커(Earth Anchor)를 이용한 공법 적용이 어려운 경우가 종종 발생하게 되므로, 주어진 여건 하에서 가장 안전하고 경제적이며 합리적인 설계와 시공이 이루어지기 위해서는 사전에 충분한 지반조사와 대책을 검토하여 최적의 공법을 적용하는 것이 필요하다. 이러한 측면에서, 종래의 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 대략적으로 살펴보면, 가장 일반적으로 많이 시공되고 있는 버팀대 지지공법의 경우, 버팀대의 압축력으로 토압을 저항하도록 설계하기 때문에 종방향과 횡방향으로 촘촘하게 설치되는 버팀대의 설치 수량이 증가하게 된다. 이와 같이 버팀대의 설치 수량이 증가하게 되면 시공현장의 공간 활용도가 떨어지므로 시공효율이 저하될 뿐만 아니라 시공원가가 늘어나는 문제점이 있다.

종래 흙막이 시공방법의 다른 예로서, 스트럿(Strut)이나 레이커(Raker) 등의 추가 버팀을 배제하고, 억지말뚝에 의해 1차적으로 토압을 감소시키는 한편, 나머지 토압을 자립식 흙막이 벽체가 분담하도록 시공하는 2열 자립식 흙막이 공법이 알려져 있다.

그러나, 상기한 2열 자립식 흙막이 공법의 경우 굴착심도가 약 8m 이내의 저심도 굴착으로 터파기 형태의 토공사를 시공하게 되는 것으로서, 굴착고의 심도에 따른 토압 저항강도를 현장상황에 따라 적절하게 적용하는데 한계를 가짐에 따라 예를 들어 10 내지 15m 범위의 비교적 고심도 굴착시공이 필요한 경우에는 적용하기가 어려운 문제점이 있다.

또한, 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 서로 연결하는 연결 보강재로서, H-빔과 같은 강재 프레임을 볼트 결합이나 용접에 의해 설치하는 구조로 인하여 가시설 흙막이 벽체의 설치 시공과 해체시에 시공기간과 시공원가가 늘어나는 문제점이 있으며, 특히 강재 프레임 보강재의 볼트 결합시 시공과정에서의 굴착 진동 등에 의해 결합체의 유격 발생이나 나사 풀림 등으로 인하여 구조적 안정성이 저하되는 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법이 지니는 문제점을 감안하여 이를 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 토압에 대한 저항강도를 보다 높여 굴착고 10 내지 15m 전후의 비교적 고심도의 지반굴착이 가능하도록 개량된 지반굴착 토공사용 2열 자립식 흙막이 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 지반굴착 토공사용 가시설 흙막이 벽체의 버팀부재 설치를 최소화되도록 설계하여 설치 및 해체 전과정의 시공과정에 걸쳐서 시공기간의 단축과 시공원가의 절감을 도모할 수 있도록 개량된 지반굴착 토공사용 2열 자립식 흙막이 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 띠장을 서로 연결하는 연결 보강재의 개량에 의해 토압에 대한 저항강도에 보다 효율적으로 대응하여 안정성을 확보할 수 있는 지반굴착 토공사용 2열 자립식 흙막이 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법은, 서로 이격된 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 나란하게 형성하여 지반굴착을 시공하는 건축물 기초시공 토공사용 흙막이 시공방법에 있어서, 상기 제1열 흙막이 벽체의 형성을 위해 다수의 버팀 말뚝을 설치하는 단계; 상기 버팀 말뚝의 내측 지반을 소정 깊이 굴착하는 제1단 터파기 단계; 상기 제1열 흙막이 벽체를 형성하도록 상기 버팀 말뚝에 토류판을 설치하는 제1단 토류판 설치단계; 상기 제2열 흙막이 벽체를 형성하도록 시트 파일을 설치하는 단계; 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 지반을 굴착하여 터파기 구덩이를 형성하는 단계; 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 보강재를 설치하는 단계; 및 상기 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제2단 터파기 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 보강재를 설치하는 단계에서, 서로 대면하도록 배치되는 보강용 띠장을 설치하는 단계와, 그 보강용 띠장을 서로 연결하도록 연결 보강재를 설치하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 띠장 연결 보강재는, 대향면에 서로 엇갈리게 형성되어 있는 다수의 마디를 가지며, 상기 띠장에 일단이 결합되는 이형 철근과; 서로 분리되어 상기 이형 철근의 대향면을 각각 감싸도록 결합되며, 내주면에는 상기 이형 철근의 마디에 걸리는 그루브가 형성되어 있는 동시에 외주면에는 나사가 형성되어 있고, 일단부에는 외연이 확장되도록 형성된 플랜지를 구비한 1쌍의 스크류 편체; 및 상기 1쌍의 스크류 편체의 외주면에 형성된 나사와 상보적으로 결합되는 너트 부재;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 이형 철근의 일단이 상기 띠장에 구비된 결합공에 삽입되도록 설치되고, 상기 스크류 편체는 플랜지가 상기 띠장의 결합공에 걸리도록 상기 이형 철근의 외주면에 대향되게 결합되며, 상기 띠장의 결합부를 사이에 두고 상기 너트 부재의 플랜지가 상기 스크류 편체의 플랜지와 대면하도록 결합되는 것이 바람직하며, 상기 띠장의 결합부와 상기 스크류 편체의 플랜지 및 상기 너트 부재의 플랜지 사이에는 각각 패킹부재가 개재되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 제2단 터파기 단계 이후, 상기 제2열 흙막이 벽체에 보강용 띠장을 설치하는 단계와, 상기 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제3단 터파기 단계를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 터파기 구덩이에 차수 및 배수 수단이 설치될 수 있다. 그리고, 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 터파기 구덩이에 건축물 설비 관로가 매설될 수 있다.

본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 따르면, 토압 저항용 버팀대 설치의 최소화 설계가 가능하여 시공원가의 절감을 효과적으로 도모할 수 있다.

그리고, 토압 저항용 버팀대 설치의 최소화로 인하여 공간활용도가 높아짐에 따라 굴착현장의 시공효율을 보다 향상시켜 시공기간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 따르면, 2열 자립식 흙막이 벽체의 형성과 터파기 굴착을 연계하여 단계적으로 시공하게 됨에 따라 굴착고에 따른 토압 저항에 적절하게 대응할 수 있는 흙막이 구조를 순차적으로 형성해 나갈 수 있으므로, 예컨대, 10m 전후(바람직하게는 10 내지 15m 범위)의 고심도 굴착시공을 효율적으로 시공할 수 있어서 건축물 기초시공에 대한 안정성과 효율성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 따르면, 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 띠장을 서로 연결하는 연결 보강재 및 그 설치구조의 개량에 의해 현장 상황에 따른 토압 저항강도에 보다 효율적으로 대응할 수 있어서 구조적 안정성과 신뢰성을 효과적으로 확보할 수 있다.

도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법의 각 단계별 공정을 개략적으로 도시해 보인 도면으로서,
도 1은 지반굴착 부지에 제1열 흙막이 벽체를 형성하는 단계를 도시해 보인 개략적 사시도,
도 2는 지반굴착 부지에 제2열 흙막이 벽체를 형성하는 단계를 도시해 보인 개략적 사시도,
도 3은 제1열 및 제2열 흙막이 벽체 사이의 지반을 구덩이 터파기하는 단계를 도시해 보인 개략적 사시도,
도 4는 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 보강재를 설치하는 단계를 도시해 보인 개략적 사시도,
도 5는 지반굴착 부지를 굴착하는 제2단 터파기 굴착 단계와 보강재를 설치하는 단계를 도시해 보인 개략적 사시도,
도 6은 지반굴착 부지를 굴착하는 제3단 터파기 굴착 단계와 보강재를 설치하는 단계를 도시해 보인 개략적 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 의해 시공이 완료된 가시설 흙막이 벽체의 구조를 개략적으로 도시해 보인 일부 절제 사시도,
도 8은 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 띠장 연결 보강재가 설치된 구조를 개략적으로 도시해 보인 사시도,
도 9a 및 도 9b는 각각 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 띠장 연결 보강재를 개략적으로 도시해 보인 분리 사시도 및 결합 단면도,
도 10a 및 도 10b는 각각 도 8의 "A"부를 발췌하여 도시해 보인 것으로서, 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 띠장 연결 보강재의 설치 구조에 대한 다른 실시예를 개략적으로 도시해 보인 단면도,
도 11 내지 도 13은 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법의 변형된 실시예를 나타내 보인 도면으로서,
도 11은 굴착고 바닥에 경사 보강재를 추가적으로 설치한 실시예를 개략적으로 도시해 보인 사시도,
도 12는 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 터파기 구덩이에 차수 및 배수 수단을 설치한 실시예를 개략적으로 도시해 보인 단면도,
도 13은 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 터파기 구덩이의 공간활용에 대한 실시예를 예시적으로 도시해 보인 단면도,
도 14 내지 도 19는 각각 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 구조체의 구조 안정성 검토 결과에 대한 데이터를 나타내 보인 도면으로서,
도 14 및 도 15는 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 구조체의 안정성 검토를 위해 얻어낸 수평변위 및 연직침하 콘터를 나타내 보인 도면,
도 16은 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 구조체의 안정성 검토결과에 의해 수득한 상대전단응력 콘터를 나타내 보인 도면,
도 17 및 도 18은 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 구조체의 안정성 검토결과에 의해 각각 수득한 제1열 및 제2열 벽체변위를 나타내 보인 도면,
도 19는 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 구조체의 안정성 검토결과에 의해 각각 수득한 배면침하 상태를 나타내 보인 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법은, 도 7에 도시한 시공 완료된 흙막이 구조체에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1열 흙막이 벽체(100)와 제2열 흙막이 벽체(200)를 서로 이격된 상태로 나란하게 형성해 나가는 시공과정에서 터파기 굴착과 흙막이 시공을 서로 연계하여 단계적으로 수행하는 점에 특징이 있는 것으로서, 각 공정 단계별 시공과정을 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법의 첫 단계로서, 지반굴착 부지(10)의 경계선(미도시) 외곽에 울타리를 형성하듯 다수의 버팀 말뚝(101)을 일정한 간격으로 배열하여 지중에 설치한다.

상기 버팀 말뚝(101)은 제1열 흙막이 벽체(100)의 프레임 파일(Frame Pile)을 형성하기 위한 것으로서, 예컨대 통상의 강재 H-빔 또는 H-파일(Pile)을 항타하여 목표 굴착고를 지나도록 지중에 입설한다.

본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 따르면, 대략 15m에 이르는 고심도 굴착이 가능하므로, 상기 버팀 말뚝(101)은 굴착심도와 굴착지반의 토압 등 시공현장의 상황에 따라 그 규격이나 재질 등을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

이어서, 상기 버팀 말뚝(101)의 내측 지반굴착 부지(10)를 소정 깊이 굴착하여 제1단 터파기(11)를 수행한다. 이로써, 상기 버팀 말뚝(101)을 경계로 지반굴착 부지(10)의 내외측이 단차진 형태의 계단형으로 형성된다.

그리고, 상기 단차진 계단형 굴착 벽면을 따라 상기 각 버팀 말뚝(101)의 사이에 제1단의 토류판(102)을 설치하여 제1단 흙막이 벽체(110)를 형성한다. 이로써, 단차진 계단형 굴착벽면으로부터 토사 유입을 차단한다.

상기 토류판(102)은 주로 널말뚝 형태의 목재 패널이 유효하게 사용될 수 있으며, 굴착심도와 굴착지반의 토압 등 시공현장의 상황에 따라 두께 등의 규격이나 재질 등을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

다음 시공단계로, 도 2를 참조하면 제2열 흙막이 벽체(200)를 형성하기 위하여 상기 버팀 말뚝(101)의 내측으로 일정한 거리를 가지도록 이격되게 시트 파일(201)을 설치한다.

상기 버팀 말뚝(101)과 시트 파일(201)은 지반굴착 부지의 현장상황이나 토압상태 등에 따라 대략 2 내지 5m의 간격으로 이격되게 설치할 수 있으며, 특히 굴착고의 0.2 내지 0.4배의 간격을 이루도록 설치하는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 버팀 말뚝(101)과 시트 파일(201)의 대향면에 각각 벽체 보강용 제1단 띠장(111)(211)을 서로 마주 보는 상태로 나란하게 설치한다. 상기 제1단 띠장(111)(211)은 각각 H-빔(또는 H-Pile)과 같은 강재 프레임이 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 굴착심도와 굴착지반의 토압 등 시공현장의 상황에 따라 공지공용의 띠장에서 그 규격이나 재질 등을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

다음 시공단계로, 도 3을 참조하면 상기 버팀 말뚝(101)과 시트 파일(201)의 사이에 위치하는 지반(10a)을 굴착하여 터파기 구덩이(10b)를 형성한다. 이때, 상기 터파기 구덩이(10b)의 내부에는 상기 제1단 흙막이 벽체(110)의 하방으로 굴착벽면이 노출된다. 이러한 과정에서 터파기를 병행하며 노출된 굴착벽면을 막도록 제1단 흙막이 벽체(110)가 하방으로 연장 형성되도록 각 버팀 말뚝(101)의 사이에 별개의 토류판(102)을 추가적으로 설치하여 제2단 흙막이 벽체(120)를 형성한다. 이로써, 상기 제2단 흙막이 벽체(120)가 터파기 구덩이(10b)의 내부로 노출된 굴착벽면으로부터 토사 유입을 차단하여 토압에 대해 저항하는 흙막이 벽체로 기능하게 된다.

이어서, 상기 제2단 흙막이 벽체(120)의 형성이 완료되면, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1단 띠장(111)(211)의 하방에 일정 간격 이격되도록 상기 버팀 말뚝(101)과 시트 파일(201)의 대향면에 각각 벽체 보강용 제2단 띠장(112)(212)을 서로 나란하게 마주보는 상태로 설치한다.

그리고, 상기 제2단 띠장(112)(212)의 설치와 병행하여 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1단 띠장(111)(211)과 제2단 띠장(112)(212)을 서로 연결하여 보강하도록 제 1 연결 보강재(301)와 제 2 연결 보강재(302)를 설치한다.

본 발명의 일특징에 따르면, 상기 제 1 연결 보강재(301)와 제 2 연결 보강재(302)는 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이 이형 철근(31)과 1쌍의 라이너 스크류 편체(41) 및 너트 부재(51)를 포함하여 구성된다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 이형 철근(31)은 대향면에 서로 엇갈리게 형성되어 있는 다수의 마디(31a)(31b)를 가지며, 상기 제1열 흙막이 벽체(100)와 제2열 흙막이 벽체(200)를 연결하도록 상기 제1단 띠장(111)(211)과 제2단 띠장(112)(212)에 각각 구비된 어느 한 쌍의 대응되는 결합공(도면부호 없음)에 양측단이 각각 대응적으로 결합된다.

상기 1쌍의 라이너 스크류 편체(41)는 서로 분리되어 상기 이형 철근(31)의 대향면을 각각 감싸도록 결합되며, 내주면에는 상기 이형 철근(31)의 각 마디에 걸리는 그루브(41a)가 형성되어 있는 동시에 외주면에는 나사(41b)가 형성되어 있고, 일측단부에는 외연이 확장되도록 형성된 플랜지(41c)를 가진다.

상기 너트 부재(51)는 상기 1쌍의 스크류 편체(41)의 외주면에 형성된 나사(41b)와 상보적으로 결합되도록 내주면에 나사(51a)가 형성되어 있으며, 일측단부에는 상기 라이너 스크류 편체(41)의 플랜지(41c)와 대면하도록 형성된 플랜지(51b)를 가진다.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 제1연결 보강재(301)와 제2연결 보강재(302)는, 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이 상기 이형 철근(10)의 양측단이 각각 상기 제1단 띠장(111)(211)과 제2단 띠장(112)(212)에 구비된 어느 한 쌍의 결합공에 대응적으로 삽입되도록 설치되고, 상기 스크류 편체(41)는 플랜지(41c)가 상기 제1단 띠장(111)(211)과 제2단 띠장(112)(212)의 결합공에 걸리도록 상기 이형 철근(31)의 외주면에 대향되게 결합되며, 상기 제1단 띠장(111)(211)과 제2단 띠장(112)(212)의 결합부를 사이에 두고 상기 너트 부재(51)의 플랜지(51b)가 상기 스크류 편체(41)의 플랜지(41c)와 대면하도록 결합되는 구조를 가진다. 여기서, 도 10a 및 도 10b에 각각 예시한 실시예는 상기 스크류 편체(41)가 각각 띠장의 결합공으로 삽입되는 방향이 서로 반대 방향으로 결합되어 플랜지(41c)가 대향되는 위치에서 띠장의 결합부와 대면하도록 결합된 경우를 나타낸 것이다. 그리고, 미설명 도면부호 P는 패킹부재를 나타낸 것이다.

상술한 바와 같은 제1연결 보강재(301)와 제2연결 보강재(302)의 결합 구조에 따르면, 상기 제1단 띠장(111)(211)과 제2단 띠장(112)(212)의 결합부가 라이너 스크류 편체(41)의 플랜지(41c)와 너트 부재(51)의 플랜지(51c)의 사이에 각각 개재되도록 결합된다. 이러한 결합 구조는 라이너 스크류 편체(41)의 플랜지(41c)와 너트 부재(51)의 플랜지(51b)가 상기 제1단 띠장(111)(211)과 제2단 띠장(112)(212)의 결합부를 서로 대향되는 방향에서 동시에 구속시키므로, 조립 유격이나 유동을 최대한 억제시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 의해 시공되는 흙막이 벽체는 띠장과 연결 보강재의 나사 풀림 현상이나 유격 등을 효과적으로 방지할 수 있기 때문에 흙막이 벽체의 견고한 결합상태를 지속적으로 유지할 수 있어서 토압에 대한 흙막이 벽체의 저항강도가 안정되게 유지되어 구조 안정성에 대한 신뢰도를 유효하게 확보할 수 있다.

한편, 본 발명에 따르면, 상기 제1연결 보강재(301)와 제2연결 보강재(302)는 토압상태에 따라 설치개수나 설치개소를 선택적으로 조정하여 설치함으로써, 지반굴착 현장상황에 따른 토압 저항 강도를 대응적으로 조절하여 시공할 수 있다.

예컨대, 흙막이 벽체의 상단부에 설치되는 제1연결 보강재(301)는 하나 또는 둘을 설치하는 한편, 흙막이 벽체의 하단부에 설치되는 제2연결 보강재(302)는 둘 내지 넷으로 증가된 설치개수나 설치개소를 적용하는 것이 바람직하다.

다음 시공단계로서, 도 5를 참조하면 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 내측 지반을 굴착하는 제2단 터파기를 수행한다. 이어서, 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 노출된 하단부에 벽체 보강용 제3단 띠장(213)을 설치한다. 상기 제3단 띠장(213)은 상술한 바와 같은 제 1 및 제 2단 띠장과 같이 H-빔과 같은 강재 프레임이 설치될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

다음 시공단계로서, 도 6을 참조하면 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 내측 지반을 최종 굴착고까지 굴착하여 제3단 터파기를 수행하여 터파기 시공을 완료한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 인접 모서리부에는 도 5 및 도 6에 예시한 바와 같이 경사 보강재(222) 및 그 지지용 띠장(221)을 더 설치할 수도 있다. 상기 경사 보강재(222)는 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 인접 모서리부에서의 토압 강도에 대한 저항력을 높여 주기 위한 보강재로서, 굴착심도와 토압상태 등의 현장 상황에 따라 선택적인 설치가 가능하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 굴착심도와 굴착지반의 토압 등 시공현장의 상황에 따라 도 11에 도시한 바와 같이 상기 제2열 흙막이 벽체(200)와 최종 굴착고(h)의 굴착바닥 사이에 경사 보강재(204)를 선택적으로 설치할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 도 12에 예시한 바와 같이 콘크리트를 타설하여 집수정(22) 및 그 상부에 차수 후드(21)를 설치하고, 외부의 집수탱크(24)와 연결된 집수관(23)을 설치할 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 시공과정에서 우천으로 인한 빗물을 용이하게 차단하거나 집수하여 외부로 배출시킬 수 있으므로, 시공효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 도 13에 예시한 바와 같이 상기 터파기 구덩이(10b)에는 건축물 시공에 필요한 우수나 오수 배관 등과 같은 시설물이 설치되는 공간이나 통로로 이용될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 따르면, 상기 제1열 흙막이 벽체(100)와 제2열 흙막이 벽체(200)는 그들에 각각 설치된 보강용 띠장(111)(112)(211)(212)에 서로 대응하여 연결되도록 지지된 연결 보강재(301)(302)의 설치단계와 상기 제1열 흙막이 벽체(100)와 제2열 흙막이 벽체(200) 사이의 지반을 소정 깊이 굴착하여 터파기하는 각 단계별 시공과정이 서로 연계하여 순차적으로 형성되므로, 고심도의 지반굴착 과정에 있어서도 흙막이 벽체의 견고한 결합상태를 지속적으로 유지할 수 있어서 토압에 대한 흙막이 벽체의 저항강도가 안정되게 유지되어 구조 안정성에 대한 신뢰도를 유효하게 확보할 수 있다.

한편, 도 14 내지 도 19은 각각 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 적용할 경우의 구조 안정성 검토 결과에 대하여 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.

여기서, 상기한 구조 안전성 검토 결과는 지반변형거동을 수치해석으로 검토하기 위해 지반 공학적 해석에 널리 사용되고 있는 상용프로그램인 PLAXIS 7.1을 사용하여 수득한 것으로서, 풍화잔류토로 구성된 지반에서 본 발명에 의한 흙막이 공법을 굴착고 14m에 적용하는 경우의 구조 안정성을 검토한 것이다.

본 구조 안정성 검토에 있어서, 지층 및 기초조건에 따른 구조물 전면기초의 허용 침하량 기준은 각변위 1/300 이하, 최대 부등침하량 3.2cm 이하, 최대 침하량 5.1 cm 이하로 설정된 것이다(국토해양부, Skempton 및 Bowles의 기준에 근거함).

참고적으로, 도 14 및 도 15는 각각 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 통한 최종 굴착시 최대 수평변위와 최대 연직침하를 검토한 결과로서, 최대 수평변위는 벽체 상단에서 1.819cm로 나타나고, 최대 연직침하는 굴착저면에서 3.096cm 융기하는 것으로 나타났다. 이 검토결과를 기초로 하여 도 10 내지 도 13에 각각 나타낸 상대전단응력(=전단유발응력/전단저항응력)과 최대 벽체변위 및 배면침하를 도출하는데 활용하였다.

도 16을 참조하면, 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 통한 최종 굴착시 상대전단응력(=전단유발응력/전단저항응력)은 0.74로 해석되어 기준값 1(파괴 시작값) 이하를 만족하는 결과를 얻어 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 구조체를 통한 최종 굴착시 최대 벽체변위는 시트 파일 및 버팀 말뚝이 1.742 내지 1.757cm의 미소한 값을 나타내 보이는 검토 결과에 의해 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.

도 19를 참조하면, 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 통한 최종 굴착시 배면침하는 최대 0.273cm로 나타나 최대침하 기준(5.1cm 이하) 및 최대 부등침하 기준 (3.2cm 이하)을 만족하며, 경사각은 0.0273/1700=0.048/300 <1/300로 나타나 기준경사각 1/300 이내의 조건을 만족하는 것으로 검토되어 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 따르면, 2열 자립식 흙막이 벽체의 형성과 터파기 굴착을 연계시킨 단계적인 시공에 의해 구조 안정성을 충분하게 확보하면서 토압에 효과적으로 저항할 수 있는 흙막이 구조체를 형성할 수 있게 됨에 따라 예컨대, 10m 내지 15m 범위의 고심도 굴착시공을 효율적으로 시공할 수 있어서 건축물 기초시공을 위한 토공사의 효율성을 높일 수가 있다.

31: 이형 철근 41: 라이너 스크류 편체
100: 제1 흙막이 벽체 101: 버팀 말뚝
102: 토류판 110: 제1단 흙막이 벽체
111: 제1단 띠장 112: 제2단 띠장
120: 제2단 흙막이 벽체 200: 제2 흙막이 벽체
201: 시트 파일 211: 제1단 띠장
212: 제2단 띠장 213: 제3단 띠장
301: 제1 연결 보강재 302: 제2 연결 보강재

Claims (10)

1. 서로 이격된 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 나란하게 형성하여 지반굴착을 시공하는 건축물 기초시공 토공사용 흙막이 시공방법에 있어서,
   상기 제1열 흙막이 벽체의 형성을 위해 다수의 버팀 말뚝을 설치하는 단계;
   상기 버팀 말뚝의 내측 지반을 소정 깊이 굴착하는 제1단 터파기 단계;
   상기 제1열 흙막이 벽체를 형성하도록 상기 버팀 말뚝에 토류판을 설치하는 제1단 토류판 설치단계;
   상기 제2열 흙막이 벽체의 형성을 위해 시트 파일을 설치하는 단계;
   상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 지반을 굴착하여 터파기 구덩이를 형성하는 단계;
   상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 보강용 띠장과 그 띠장을 서로 연결하는 띠장 연결 보강재를 설치하는 단계;
   상기 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제2단 터파기 단계;를 포함하며,
   상기 띠장 연결 보강재는,
   대향면에 서로 엇갈리게 형성되어 있는 다수의 마디를 가지며, 상기 띠장에 일단이 결합되는 이형 철근과; 서로 분리되어 상기 이형 철근의 대향면을 각각 감싸도록 결합되며, 내주면에는 상기 이형 철근의 마디에 걸리는 그루브가 형성되어 있는 동시에 외주면에는 나사가 형성되어 있고, 일단부에는 외연이 확장되도록 형성된 플랜지를 구비한 1쌍의 스크류 편체; 및 상기 1쌍의 스크류 편체의 외주면에 형성된 나사와 상보적으로 결합되는 너트부가 내주면에 형성되고, 상기 1쌍의 스크류 편체의 플랜지와 대면하도록 일단부에는 외연이 확장 형성된 플랜지를 가지는 너트 부재;를 포함하고,
   상기 이형 철근의 일단이 상기 띠장에 구비된 결합공에 삽입되도록 설치되며, 상기 스크류 편체는 플랜지가 상기 띠장의 결합공에 걸리도록 상기 이형 철근의 외주면에 대향되게 결합되어 상기 띠장의 결합부를 사이에 두고 상기 너트 부재의 플랜지가 상기 스크류 편체의 플랜지와 대면하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 띠장의 결합부와 상기 스크류 편체의 플랜지 및 상기 너트 부재의 플랜지 사이에는 각각 패킹부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2단 터파기 단계 이후, 상기 제2열 흙막이 벽체에 보강용 띠장을 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2단 터파기 단계 이후 상기, 제2열 흙막이 벽체에 보강용 띠장을 설치하는 단계와, 상기 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제3단 터파기 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 터파기 구덩이에 차수 및 배수 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 터파기 구덩이에 건축물 설비 관로가 매설되는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
10. 서로 이격된 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 나란하게 형성하여 지반굴착을 시공하는 건축물 기초시공 토공사용 흙막이 시공방법에 있어서,
    상기 제1열 흙막이 벽체의 형성을 위해 다수의 버팀 말뚝을 설치하는 단계;
    상기 버팀 말뚝의 내측 지반을 소정 깊이 굴착하는 제1단 터파기 단계;
    상기 제1열 흙막이 벽체를 형성하도록 상기 버팀 말뚝에 토류판을 설치하는 제1단 토류판 설치단계;
    상기 제2열 흙막이 벽체를 형성하도록 시트 파일을 설치하는 단계;
    상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 각각 보강용 제1단 띠장을 나란하게 설치하는 단계;
    상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이 지반을 굴착하여 터파기 구덩이를 형성하는 단계;
    상기 제1열 흙막이 벽체가 하방 연장되도록 상기 터파기 구덩이 내부의 버팀 말뚝에 토류판을 설치하는 제2단 토류판 설치단계;
    상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 각각 보강용 제2단 띠장을 나란하게 설치하는 단계;
    상기 제 1 단 띠장과 제 2 단 띠장을 서로 연결하도록 띠장 연결 보강재를 설치하는 단계;
    상기 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제2단 터파기 단계;
    상기 제2열 흙막이 벽체에 보강용 제 3 단 띠장을 설치하는 단계;
    상기 제2열 흙막이 벽체의 내측 지반을 굴착하는 제3단 터파기 단계;를 포함하며,
    상기 띠장 연결 보강재는,
    대향면에 서로 엇갈리게 형성되어 있는 다수의 마디를 가지며, 상기 띠장에 일단이 결합되는 이형 철근과; 서로 분리되어 상기 이형 철근의 대향면을 각각 감싸도록 결합되며, 내주면에는 상기 이형 철근의 마디에 걸리는 그루브가 형성되어 있는 동시에 외주면에는 나사가 형성되어 있고, 일단부에는 외연이 확장되도록 형성된 플랜지를 구비한 1쌍의 스크류 편체; 및 상기 1쌍의 스크류 편체의 외주면에 형성된 나사와 상보적으로 결합되는 너트부가 내주면에 형성되고, 상기 1쌍의 스크류 편체의 플랜지와 대면하도록 일단부에는 외연이 확장 형성된 플랜지를 가지는 너트 부재;를 포함하고,
    상기 이형 철근의 일단이 상기 띠장에 구비된 결합공에 삽입되도록 설치되며, 상기 스크류 편체는 플랜지가 상기 띠장의 결합공에 걸리도록 상기 이형 철근의 외주면에 대향되게 결합되어 상기 띠장의 결합부를 사이에 두고 상기 너트 부재의 플랜지가 상기 스크류 편체의 플랜지와 대면하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.

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