KR101117924B1 - 복합형 강가시설 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교각이나 교대, 지하차도, 취수시설 등 지중 구조물의 구축을 위한 지하 터파기 공사용 흙막이의 복합형 강가시설 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 특히 지하수위가 높아 수압이 큰 지반등에서 흙막이 벽체의 하부를 통해 물이 토사와 함께 스며드는 것을 근본적으로 차단시키기 위하여 그 배면에 지지벽을 형성시킴으로써 보다 안전하고 능률적으로 시공할 수 있어 공기를 단축시킬 수 있는 복합형 강가시설 및 그 시공방법에 관한 것이다.

Description

복합형 강가시설 및 그 시공방법{composite type steel temporary construction and construction method thereof}

본 발명은 교각이나 교대, 지하차도, 취수시설 등 지중 구조물의 구축을 위한 복합형 강가시설 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 특히 지하수위가 높아 수압이 큰 지반등에서 흙막이 벽체의 하부를 통해 물이 토사와 함께 스며드는 것을 근본적으로 차단시킴으로써 보다 안전하고 능률적으로 시공할 수 있어 공기를 단축시킬 수 있는 복합형 강가시설 및 그 시공방법에 관한 것이다.

지하구조물을 구축하기 위하여는 지반을 굴토하여야 하는데, 굴토면의 붕괴나 토사, 지하수 등의 유입을 방지하면서 안전하게 지하 공사를 시행하기 위하여는 흙막이용 가시설 구조물을 설치가 필수적으로 요구된다. 이러한 흙막이용 가시설 구조물은 토질 및 지반의 형태, 지하수위, 공사의 규모, 주변환경 등에 의해 그 구체적인 구조가 결정되는데, 일반적으로 가장 많이 사용되는 것으로는 H파일을 지중에 박고 상기 H파일들 사이에 토류벽을 삽입하는 흙막이 가시설 구조가 있다. 그런데 상기 토류벽에 의한 가시설 구조는 차수성이 불량하여 지하수위가 높거나 수중공사에서는 적합하지 못하다. 또 다른 흙막이용 가시설 구조로는 쉬트파일(Sheet pile) 구조가 있다. 상기 쉬트파일에 의한 가시설 구조는 요철형 금속판재를 지중에 박아 토압 및 수압을 지지하는 구조로써, 차수성이 좋아 지하수위가 높은 지반에서의 흙막이 가시설 구조로 많이 사용된다. 그런데 상기 쉬트파일에 의한 가시설 구조가 제기능을 완벽히 수행하려면 상기 쉬트파일의 하단부가 암반이나 단단한 지지층에 충분히 박혀져 설치부위에서의 수밀성이 유지되어야 하나, 쉬트파일이 판상부재라는 형상적 특성 때문에 구조적 강성이 부족하여 지지층에 충분히 삽입되지 못하고, 이로 인하여 물과 토사가 작업공간 내로 스며들면서 종국에는 흙막이 벽 구조가 붕괴되는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여 본 출원인은 출원번호 10-2004-0043127호로 '교각 직접 기초 가시설 및 그 시공방법'이라는 명칭의 발명을 개발한 바 있다. 상기 선행기술은 지반에 박혀 고정되는 지주와, 상기 지주의 둘레를 따라 지반의 표면에 안착되는 벽체와, 상기 지주 안쪽에 결합되는 띠장 및 버팀대와, 상기 벽체와 띠장사이에 개재되는 보강재와, 상기 지주와 벽체 사이에 차수벽인 토류판으로 이루어진다. 이와 같이 쉬트파일에 의해 형성되는 벽체를 지지층에 삽입시키지 않고 그 표면위에 설치하되, 이로 인하여 발생할 수 있는 간극에 대하여는 차수벽을 별도로 설치함으로써 상기 벽체의 하부를 통해 스며드는 물과 토사의 유입을 충분히 방지할 수 있어 원활한 본 공사의 진행을 도모할 수 있었다. 그러나 상기의 차수벽이 설치되는 과정중에는 상기 쉬트파일의 하부로 스며드는 물을 막을 수 있는 수단이 별도로 없었기 때문에, 쉬트파일의 배면 수압이 큰 공사현장의 경우에는 많은 물과 토사가 계속해서 스며들어 차수벽 자체의 시공에 많은 어려움이 있을 뿐 아니라, 가까스로 시공된 차수벽 역시 불량시공됨으로써 차수벽이 제 기능을 제대로 발휘하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 쉬트파일 배면(이하에서는 지중 구조물을 설치하기 위하여 복합형 강가시설에 의해 작업공간을 형성시키는 방향을 '전면'이라 하고, 그 반대방향을 '배면'이라 한다)에 지지벽을 설치하여 쉬트파일과 암반 사이에 발생할 수 있는 누수에 대하여 1차적 차수기능을 부담하게 함으로써 쉬트파일 전면에 설치되는 본 차수벽의 시공이 보다 안전하고 정밀하게 이루어질 수 있도록 함과 더불어, 구조적으로 취약한 쉬트파일의 하부에 작용하는 수압 등의 수평하중을 일부 분담케 하여 구조적인 안전성을 보다 높일 수 있는 복합형 강가시설 및 그 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지지층인 암반의 표면까지 토사층에 타입되는 쉬트파일과, 상기 쉬트파일을 지지하기 위해 상기 암반에 설치된 지주와, 상기 쉬트파일의 전면에 설치된 차수벽과, 상기 쉬트파일의 배면 하단에 설치되는 지지벽으로 구성되는 복합형 강가시설이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지지층인 암반의 표면까지 토사층에 타입되는 제1 쉬트파일과, 상기 제1쉬트파일을 지지하기 위해 상기 암반에 설치된 지주와, 상기 제1쉬트파일의 전면에 설치된 차수벽과, 상기 제1쉬트파일의 배면으로부터 일정 거리 이격된 제2쉬트파일과, 상기 두 제1, 2쉬트파일의 사이에 형성되는 지지벽으로 구성되는 복합형 강가시설이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지지층인 암반의 표면에 설치된 제1 쉬트파일과, 상기 제1쉬트파일을 지지하기 위해 상기 암반에 설치된 제1지주와, 상기 제1쉬트파일의 전면에 설치된 차수벽과, 상기 제1쉬트파일의 배면으로부터 일정 거리 이격된 제2지주와, 상기 제2지주의 전면에 설치된 제2쉬트파일과, 상기 제1, 2쉬트파일의 사이에 형성되는 지지벽으로 구성되는 복합형 강가시설이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 쉬트파일의 배면에 설치되는 지지벽은 상기 쉬트파일 배면의 토사를 그라우팅하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지중 구조물을 구축하기 위한 복합형 강가시설을 시공함에 있어서, 쉬트파일을 토사층에 타입하여 설치하되 그 하부가 지지층인 암반 표면에 접하도록 하는 쉬트파일의 설치단계, 상기 암반에 소정의 깊이 이상 박히도록 쉬트파일의 전면에 지주를 설치하는 단계, 상기 쉬트파일 배면의 토사를 그라우팅하여 지지벽을 형성시키는 단계, 상기 지주와 쉬트파일 전면의 토사를 굴토하되 상기 암반의 일부면까지 굴토하고, 굴토의 정도에 따라 지주의 전면에 띠장과 버팀대를 설치하는 굴토단계, 상기 지주들 사이에서 쉬트파일의 전면으로부터 지주의 전면 사이에 차수벽을 설치하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설의 시공방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지중 구조물을 구축하기 위한 복합형 강가시설을 시공함에 있어서, 굴토면쪽의 제1쉬트파일과 상기 제1쉬트파일의 배면으로부터 일정거리 이격한 제2쉬트파일을 각각의 하부가 지지층인 암반의 표면에 접하도록 토사층에 타입하여 설치하는 제1쉬트파일과 제2쉬트파일의 설치단계, 상기 암반에 소정의 깊이 이상 박히도록 제1쉬트파일의 전면에 지주를 설치하는 단계, 상기 제1쉬트파일 배면의 토사층 위에 충전재를 충전시킨 후 상기 토사층의 토사를 그라우팅하여 지지벽을 형성시키는 단계, 상기 지주와 제1쉬트파일 전면의 물을 배수하고 토사를 굴토하되 상기 암반의 일부면까지 굴토하고, 상기 배수 및 굴토의 정도에 따라 지주의 전면에 띠장과 버팀대를 설치하는 배수 및 굴토단계, 상기 지주들 사이에서 제1쉬트파일의 전면으로부터 지주의 전면 사이에 차수벽을 설치하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설의 시공방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지중 구조물을 구축하기 위한 복합형 강가시설을 시공함에 있어서, 굴토면쪽의 제1지주와 그 배면으로부터 일정거리 이격한 제2지주를 지지층인 암반에 충분히 박히도록 타입하여 설치하는 제1지주와 제2지주의 설치단계, 상기 제1지주의 배면과 제2지주의 전면에 각각 제1쉬트파일과 제2쉬트파일을 밀착시켜 설치하여 상기 제1쉬트파일과 제2쉬트파일사이에 일정한 공간이 형성되도록 하는 제1쉬트파일과 제2쉬트파일의 설치단계, 상기 공간에 토사를 그 상부면까지 충전하고 상기 제1쉬트파일 배면의 토사를 그라우팅하여 지지벽을 형성시키는 단계, 상기 제1지주와 제1쉬트파일 전면의 물을 배수하고 상기 암반의 일부면을 굴토하되, 배수의 정도에 따라 제1지주의 전면에 띠장과 버팀대를 설치하는 배수 및 암반의 굴토단계, 상기 제1지주들 사이에서 제1쉬트파일의 전면으로부터 지주의 전면 사이에 차수벽을 설치하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설의 시공방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 수밀의 취약부분인 쉬트파일의 하부와 암반 사이에 발생할 수 있는 누수를 지지벽이 1차로 차단하게 되므로, 쉬트파일 전면에 설치되는 차수벽에 대한 정밀 시공이 가능하게 되어 공사의 품질이 향상되고, 공기가 단축되어 공사비 절감을 도모할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 수압이나 토압을 가장 많이 받으면서도 구조적으로는 가장 취약한 쉬트파일의 하면에 대하여 지지벽이 상기 하중의 일부를 부담하게 되므로 보다 안정된 구조형식을 가지게 되어 안전시공을 도모할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 지반의 상태등 공사현장의 여건에 따라 그 구조를 적절히 변경시킴으로써 모든 현장에 적용할 수 있는 범용성을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 강가시설의 개략적인 부분 사시도이다
도 2는 본 발명의 제1실시예에 다른 복합형 강가시설의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 강가시설의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 강가시설의 시공단계를 나타낸 개념도이다.
도 5은 본 발명의 제2시예에 따른 복합형 강가시설의 개략적인 부분 사시도이다
도 6는 본 발명의 제2실시예에 다른 복합형 강가시설의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 복합형 강가시설의 단면도이다.
도 8는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합형 강가시설의 시공단계를 나타낸 개념도이다.
도 9은 본 발명의 제3실시예에 따른 복합형 강가시설의 개략적인 부분 사시도이다
도 10는 본 발명의 제3실시예에 다른 복합형 강가시설의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 복합형 강가시설의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 복합형 강가시설의 시공단계를 나타낸 개념도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관하여는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 1 내지 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 강가시설 및 그 시공방법에 관하여 도시하고 있다.

본 발명의 복합형 강가시설은, 도 1 내지 3에 도시되어 있는 바와 같이, 지지층인 암반(R)의 표면까지 토사층(S)에 타입되는 쉬트파일(110)과, 상기 쉬트파일(110)을 지지하기 위해 상기 암반에 설치된 지주(100)와, 상기 쉬트파일(110)의 전면에 설치된 차수벽(170)과, 상기 쉬트파일(110)의 배면 하단에 설치되는 지지벽(120)으로 구성되어 있다.

상기 쉬트파일(110)은 절곡형상의 강판으로 제작되며, 구조물 설치를 위한 작업공간을 형성시키는 수밀벽체를 형성시켜 건식작업에 의한 구조물 시공을 가능하게 한다. 쉬트파일(110)은 강성이 그다지 크지 않아 암반까지 박지 않고 암반의 표면에 설치되는 관계로, 쉬트파일(110)의 배면에 작용하는 토압, 수압등의 수평하중을 지지할 수 있도록 상기 쉬트파일(110)의 전면에 지주(100)가 위치하게 된다. 따라서 상기 지주(100)는 암반에 충분한 깊이로 삽입되어야 한다. 상기 지주(100)는 가장 바람직하게는 H파일을 사용할 수 있으나, 암반에 박혀 상기 쉬트파일(110)에 작용하는 수평하중을 지지할 수 있는 것이면 구조 및 재질에 제한함이 없이 모두 사용될 수 있을 것이다.

지주(100)의 전면에는 띠장(150)과 이를 지지하는 버팀대(160)가 설치되는데, 상기 쉬트파일(110)과 띠장(150) 사이의 공간에도 수평하중을 전달하기 위한 수평지지대(140)가 설치된다. 상기 수평지지대(140)는 절단된 H파일이나 그 밖의 강재가 사용될 수 있고, 간격을 조절할 수 있는 스크류 잭이 사용될 수도 있다. 또한 쉬트파일(110)과 지주(100) 사이에는 연결부재(130)이 더 설치될 수 있다. 상기 연결부재(130)는 쉬트파일(110)과 지주(100)가 이격된 경우에 이들 두 부재가 일체로 거동하게 한다.

상기 차수벽(170)은 쉬트파일(110)의 전면에 설치되어 쉬트파일(110)의 하부와 암반(R)의 경계부분에서 발생하는 누수를 차단한다. 상기 경계부분에 대한 누수를 완벽히 차단시키기 위해서는 쉬트파일(110) 전면의 암반 일부를 굴토하여 암반의 저면으로부터 쉬트파일(110)의 일정한 높이까지 차수벽(170)을 설치하는 것이 바람직할 것이다.

쉬트파일(110)의 전면에 위치하는 상기 차수벽(170)은, 각 지주(100)들 사이를 연결시켜 작업장 내부에 벽체 형태로 형성되는데, 하부의 암반 및 지주와 일체가 되어 쉬트파일(110) 하부로부터 유입될 수 있는 물을 차수할 수 있는 것이면 그 구조나 재질에 한정되지 않는다, 예컨대 상기 차수벽(170)은 암반의 굴토면에 접하는 부직포와 상기 부직포의 전면에 타설되는 콘크리트로 형성시킬 수 있고, 내부에 철근이나 메쉬 등의 보강재를 삽입한 숏크리트로 형성시킬 수도 있으며, 지주인 H파일의 양 플랜지 사이에 단일면으로 형성되거나 토류판을 적층시켜서 형성된 판상부재를 설치하고, 상기 판상부재와 암반의 굴토면(R') 내지 쉬트파일(110) 사이의 공간에 콘크리트를 타설시켜 형성시킬 수도 있다. 아울러 상기 차수벽(170)의 방수성능을 더욱 높이기 위해 방수재를 더 부가할 수도 있다.

쉬트파일(110)의 배면에는 지지벽(120)이 형성된다. 상기 지지벽(120)은 쉬트파일 하부로 물이 침투하는 것을 차단시켜 상기 차수벽(170)이 정밀한 시공을 용이하게 할 수 있도록 함과 아울러, 쉬트파일(110) 배면 토압 내지 수압에 의한 수평하중의 일부를 분담하여 쉬트파일(110)에 의해 형성되는 수밀벽체 하부의 강성을 보다 크게 하는 효과가 있다. 지지벽(120)은 상기 차수벽(170)이 설치되어 제 기능을 할 수 있을 때까지 쉬트파일(110) 하부로 물이 침투되는 것을 방지할 수 있는 것이면 무엇이나 적용가능하나, 가장 바람직한 실시예로는 쉬트파일(110) 배면의 토사(S)를 그라우팅시켜 형성시키는 것이다. 상기 토사의 그라우팅 규모는 쉬트파일(110)의 배면에 작용하는 수압 등 수평하중의 크기와 토사의 종류 및 상태 등을 감안하여 결정된다. 그러나 지지벽(120)의 상단은 적어도 상기 차수벽(170)의 상단보다 위에 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다. 상기 그라우팅을 위한 그라우트재는 침투성이 좋고, 높은 강도와 내구성이 있으며, 요구되는 강도가 신속히 발현될 수 있는 것이면 무엇이나 사용이 가능하다.

도 4는 상기 복합형 강가시설의 시공방법에 관하여 각 단계별로 도시하고 있다. 상기 복합형 강가시설은, 쉬트파일(110)의 설치단계(a), 지주(100)의 설치단계(b), 지지벽(120)의 형성단계(c), 굴토단계(d)(e), 차수벽(170)의 설치단계(f)로 이루어진다. 다만 상기 쉬트파일(110)의 설치단계와 지주(100)의 설치단계는 필요에 따라 그 작업의 순서를 서로 바꾸어 실시할 수도 있다.

먼저 쉬트파일(110)을 토사층(S)에 타입하여 설치하되 그 하부가 지지층의 암반(R) 표면에 접하도록 한다{도 4의 (a) 참조}. 상기 먼저 설치된 쉬트파일(110)은 벽체를 형성하여 다음에 설치되는 지주(100)의 항타작업시 발생되는 흙탕물이 외부로 흘러가는 것을 차단할 수 있다.

쉬트파일(110)의 설치가 완료되면, 상기 쉬트파일(110)의 전면에 지주(100)를 설치한다{도 4의 (a) 참조}. 상기 지주(100)는 지지층을 이루는 소요 깊이에 위치한 암반에 소정의 깊이 이상으로 박히도록 타입한다. 이때 지주(100)의 설치를 용이하게 하기 위하여 상기 암반에 미리 천공하여 홀을 형성시킬 수 있다. 지주(100)가 암반에 삽입되는 길이는 하기의 쉬트파일(110)을 통하여 전달되는 수평하중을 충분히 지지할 수 있는 깊이로 한다.

지주(100)와 쉬트파일(110)은 서로 면접촉되도록 밀착하여 설치하는 것이 바람직할 것이나, 시공의 편의를 위하여 약간 이격시켜 설치하는 것도 무방하다. 다만 상기 두 부재의 이격된 공간에는 하기의 연결부재(130)를 설치하여 쉬트파일(110)과 지주(100)가 토압등의 수평하중에 대하여 일체로 거동할 수 있도록 하여야 한다.

쉬트파일(110) 및 지주(100)의 설치가 완료되면, 상기 쉬트파일(110) 배면에 지지벽(120)을 형성시킨다. 상기 지지벽(120)은 쉬트파일(110) 배면의 토사를 그라우팅함으로써 형성된다{도 4의 (c) 참조}. 상기 그라우팅은 먼저 쉬트파일(110) 배면의 토사를 천공하고 주입용 파이프(P)를 삽입한 후 그라우트재를 주입시킴으로써 이루어진다. 상기 그라우트재는 토사의 공극을 침투하여 고결 경화됨으로써 쉬트파일(110) 배면의 토사로 하여금 수밀성을 가지면서 수압 및 토압 등의 수평하중에도 저항할 수 있는 지지벽(120)을 형성하게 한다. 상기 지지벽(120)이 형성되면 1차적으로 지중 구조물 설치를 위한 작업장 내의 굴토를 위한 준비가 완료된다.

상기 작업장 내의 굴토는 배면 토압 등의 수평하중에 대한 지지수단의 설치와 함께 병행하여 이루어진다{도 4의 (d) 참조}. 먼저 지주(100) 및 쉬트파일(110)이 자립만으로도 수평하중을 충분히 지지할 수 있을 정도의 소요 깊이로 굴토를 진행한 후 상기 지주(100)의 전면에 띠장(150)과 버팀대(160)를 설치하여 쉬트파일(110) 배면의 수평하중이 안전하게 지지될 수 있도록 한다. 이때 앞서 설명한 바와 같이 쉬트파일(110)과 지주(100) 사이에는 연결부재(130)를 설치하고, 쉬트파일(110)과 띠장(150) 사이에는 수평지지대(140)를 설치하여, 쉬트파일(110)에 작용되는 하중이 상기 연결부재(130)와 수평지지대(140)를 통해 지주(100) 및 띠장(130)에 안전하게 전달되게 함으로써 가시설이 안정된 구조를 이루도록 한다. 또한 쉬트파일(110) 하부와 암반(R) 사이의 간극이 다음 단계에서 시행되는 차수벽(170)에 의해 완전히 밀폐될 수 있도록 하기 위해서는 상기 간극의 위치보다 더 아래에서부터 차수벽(170)이 설치되어야 하므로, 상기 쉬트파일(110) 전면의 굴토는 암반의 일부 아래면까지 시행되어야 한다{도 4의 (e) 참조}.

상기 굴토작업이 완료되면, 상기 지주(100)들 사이에서 쉬트파일(110)의 전면으로부터 지주(100)의 전면 사이에 차수벽(170)을 설치한다{도 4의 (f) 참조}. 상기 차수벽(170)은 암반의 굴토면(R')에 부직포를 깔고, 그 전면에 콘크리트를 타설함으로서 형성시킬 수 있다. 쉬트파일(110)의 배면에 이미 설치된 지지벽(120)이 쉬트파일의 하부를 통해 유입되는 물을 1차적으로 차단시키기 때문에 상기 지지벽(120)은 특별한 어려움 없이 정밀하게 시공을 할 수 있게 된다. 물론 상기 차수벽(170)은 숏크리트나 토류판 등을 이용하여 형성시킬 수 있음은 앞에서 설명한 바와 같다.

상기 차수벽(170)을 설치함으로써 지중 구조물 설치를 위한 본 발명의 복합형 강가시설의 시공은 완료하게 된다. 이와 같이 복합형 강가시설의 시공이 완료되면 굴토면을 고른 후 기초등 지중 구조물 설치를 위한 본공사가 시행된다. 상기 지중 구조물의 시공이 완료되면 상기 지주 및 쉬트파일 등 가시설 부재를 인발하고 되메우기를 실시함으로써 지중 구조물에 대한 시공은 완전히 종료하게 된다.

상기의 제1실시예에 의한 복합형 강가시설은 지지층인 암반위에 충분한 토사가 쌓여있음을 전제로 한 구조이다. 따라서 상기의 지반여건이 달라진다면 복합형 강가시설 역시 그 지반의 여건에 따라 달라져야 할 것임은 당연한 것이다. 예컨대 상기 암반까지의 깊이가 10미터 정도인 경우 상기 암반위의 토사층이 적어도 5미터 이상인 경우에는 상기 제1실시예에 의한 복합형 강가시설의 시공이 가능하나, 상기 토사층이 2 ~ 3 미터밖에 되지 아니하고 7 ~ 8 미터가 물인 경우에는 상기 쉬트파일 자체에 대한 수밀성과 배면수압에 대한 저항력을 고려하여야 한다. 이하에서는 상기의 문제점을 고려한 본 발명의 제2실시예에 관하여 설명한다.

도 5 내지 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 복합형 강가시설 및 그 시공방법에 관하여 도시하고 있다.

제2실시예에 따른 본 발명의 복합형 강가시설은, 도 5 내지 7에 도시되어 있는 바와 같이, 지지층인 암반(R)의 표면까지 토사층(S)에 타입되는 제1쉬트파일(210)과, 상기 제1쉬트파일(210)을 지지하기 위해 상기 암반에 설치된 지주(200)와, 상기 제1쉬트파일(210)의 전면에 설치된 차수벽(270)과, 상기 제1쉬트파일(210)의 배면으로부터 일정 거리 이격된 제2쉬트파일(310)과, 상기 두 제1, 2쉬트파일(210, 310)의 사이에 형성되는 지지벽(220)으로 구성되어 있다.

제1쉬트파일(210), 지주(200) 및 차수벽(270)의 각 구성은 제1실시예에서 설명한 쉬트파일(110), 지주(100) 및 차수벽(170)의 각 구성과 다르지 아니하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

제2쉬트파일(310)은 상기 제1쉬트파일(210)의 배면으로부터 일정 거리 이격되어 설치된다. 상기 이격 거리는 후술하게 되는 지지벽(220)의 두께 등을 고려하여 결정된다. 상기 제2쉬트파일(310) 역시 제1쉬트파일(210)과 마찬가지로 상기 암반(R)의 표면까지 토사층(S)에 타입되어 설치된다.

제1쉬트파일(210)과 제2쉬트파일(310)의 사이에는 적어도 하나 이상의 간격유지수단(280)이 더 구비될 수 있다. 상기 토사층(S)은 제1실시예에서와 달리 그 깊이가 그리 깊지 아니하여 제2쉬트파일(310) 하부의 위치만을 고정시킬 수 있을 뿐이므로, 상기 간격유지수단(280)은 제1쉬트파일(210)과 제2쉬트파일(310)에 의해 형성되는 공간을 일정하게 유지시켜 구조적인 안정성을 갖도록 해준다.

제1쉬트파일(210)과 제2쉬트파일(310) 사이의 토사층(S)위에는 충전재(S')가 더 부가될 수 있다. 상기 충전재(S')는, 가장 바람직하게는 토사일 수 있으나, 제1쉬트파일(210)의 수밀성을 보완해주고, 제1, 2쉬트파일(210, 310)과 함께 중력식 구조물을 형성시켜 제2쉬트파일(310) 배면의 수압을 지지할 수 있는 것이면 무엇이나 적용이 가능하다.

상기 제1쉬트파일(210)의 배면에는 지지벽(220)이 형성되어 있다. 상기 지지벽(220)은 제1실시예에서와 같이 제1쉬트파일(210) 배면의 토사층 일부를 그라우팅시킴으로써 형성시킬 수 있다.

도 8은 제2실시예에 의한 상기 복합형 강가시설의 시공방법에 관하여 각 단계별로 도시하고 있다. 상기 복합형 강가시설은, 제1, 2쉬트파일의 설치단계(a), 지주(200)의 설치단계(b), 충전재(S')의 충전 및 지지벽(220)의 형성단계(c), 배수 및 굴토단계(d)(e), 차수벽(270)의 설치단계(f)로 이루어진다. 제2실시예의 경우에도 제1실시예와 마찬가지로 제1, 2쉬트파일의 각 설치단계와 지주의 설치단계는 순서를 서로 바꾸어 실시할 수 있다. 그러나 여기에서는 가장 바람직한 실시예에 따라, 제1, 2쉬트파일을 먼저 설치한 후 지주를 설치하는 것으로 설명한다.

먼저 굴토면쪽의 제1쉬트파일(210)과 상기 제1쉬트파일(210)의 배면으로부터 일정거리 이격한 제2쉬트파일(310)을 각각의 하부가 지지층인 암반(R)의 표면에 접하도록 토사층(S)에 타입하여 설치한다{도 8의 (a) 참조}. 상기의 이격 거리는 후술할 지지벽(220)의 형성두께 및 충전재(S')의 충전에 의한 수밀성, 벽체의 강성 등을 고려하여 결정한다.

상기 제1, 2쉬트파일(210, 310)의 설치가 완료되면, 상기 제1쉬트파일(210)의 전면에 지주(200)를 설치한다{도 8의 (b) 참조}. 상기 지주(200)는 제1실시예와 마찬가지로 암반에 소정의 깊이 이상으로 박히도록 설치되어 제1쉬트파일(210)을 통해 전달되는 수평력을 충분히 지지할 수 있어야 한다. 아울러 지주(200)를 설치하기 전 또는 설치한 후에 제1쉬트파일(210)과 제2쉬트파일(310)의 상부를 간격유지수단(280)으로 연결한다. 상기 간격유지수단(280)은 양 단부에 나사산이 형성된 강봉과 상기 나사산에 체결되는 너트로 구성될 수 있고, 제1, 2쉬트파일(210, 310)의 강판이 끼워지도록 강봉이나 철근의 양 단부에 끼움부를 형성시킨 구성으로 이루어질 수도 있다. 상기 간격유지수단(280)은 제1, 2쉬트파일(210, 310)의 상, 하부에 걸쳐 일정한 간격으로 설치할 수도 있다. 상기 간격유지수단(280)은 후술할 충전재(S')의 충전공간을 확보함과 아울러 상기 충전재(S')를 충전할 때 제2쉬트파일(310)이 뒤로 밀려나지 않도록 지지하는 효과를 발휘한다.

제1, 2쉬트파일(210, 310) 및 지주(200)의 설치가 완료되면, 제1, 2쉬트파일(210, 310) 사이에 형성된 공간의 토사층(S) 위에 충전재(S')를 충전한다. 상기 충전재(S')는 앞서 설명한 바와 같이, 수밀성 및 배면수압에 대한 저항력 등을 감안하여 다양하게 선택될 수 있다. 다만 여기에서는 설명의 편의를 위해 토사를 충전하는 것으로 한다. 한편 상기 공간의 기존 토사층(S)중 제1쉬트파일(210)의 배면에 위치한 일부 토사에 대하여는 그라우팅을 실시하여 지지벽(220)을 형성시키게 되는데, 상기 충전재를 충전하기에 앞서 그라우트재 주입용 파이프(P)를 미리 설치할 수 있다{도 8의 (c) 참조}.

제1쉬트파일(210)의 배면에 지지벽(220)이 형성되면, 상기 제1쉬트파일(210) 전면의 물을 배수하고 그 아래의 토사층에 대한 굴토를 실시한다{도 8의 (d) 참조}. 상기 굴토는 제1실시예와 마찬가지로 제1쉬트파일(210) 전면은 암반의 일부 아래면까지 이루어지도록 한다{도 8의 (e) 참조}. 제1쉬트파일(210)과 지주(200) 사이의 연결부재(230)와 제1쉬트파일(210)과 띠장(250) 사이의 수평지지대(240), 띠장(250) 및 버팀대(260)의 설치도 상기 배수 및 굴토의 진행과 함께 병행하여야 함은 제1실시예와 같다.

상기 굴토의 완료후 지주(200)들 사이에서 제1쉬트파일(210)의 전면으로부터 지주(200)의 전면 사이에 차수벽(270)을 설치함으로써 본 발명 제2실시예의 강가시설의 시공이 완성된다{도 8의 (f) 참조}. 상기 차수벽(270) 역시 제1실시예와 같이 다양하게 선택될 수 있음은 물론이다.

상기 제2실시예는 제2쉬트파일을 설치할 수 있고 제1쉬트파일의 배면에 그라우팅으로 지지벽을 형성시킬 수 있는 정도의 토사층이 암반위에 쌓여 있는 경우에는 최적의 시공방법이 되나, 상기와 같은 토사층이 거의 없는 경우에는 상기의 제2실시예의 시공방법에 따라 제2쉬트파일을 설치하거나 지지벽을 형성시키는 것이 불가능하다. 이하에서는 상기와 같이 지지층인 암반위에 토사층이 거의 없는 경우에 적용할 수 있는 복합형 강가시설 및 그 시공방법에 관한 본 발명의 제3실시예에 대하여 설명한다.

도 9 내지 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 복합형 강가시설 및 그 시공방법에 관하여 도시하고 있다.

제3실시예에 따른 본 발명의 복합형 강가시설은, 도 9 내지 11에 도시되어 있는 바와 같이, 지지층인 암반(R)의 표면에 설치된 제1 쉬트파일(410)과, 상기 제1쉬트파일(410)을 지지하기 위해 상기 암반에 설치된 제1지주(400)와, 상기 제1쉬트파일(410)의 전면에 설치된 차수벽(470)과, 상기 제1쉬트파일(210)의 배면으로부터 일정 거리 이격된 제2지주(500)와, 상기 제2지주(500)의 전면에 설치된 제2쉬트파일(510)과, 상기 두 제1, 2쉬트파일(410, 510)의 사이에 형성되는 지지벽(420)으로 구성되어 있다.

제1지주(400)와 차수벽(470)의 각 구성은 제1실시예에서 설명한 지주(100)와 차수벽(170)의 각 구성과 다르지 아니하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

제1쉬트파일(410)은 제1지주(400)의 배면에 밀착된 상태로 그 하부가 지지층인 암반(R)의 표면에 접하여 설치된다. 제1쉬트파일(410)과 제1지주(400)의 상부는 서로 이격되지 않도록 볼트 등으로 체결 고정될 수 있다.

제2지주(500)는 상기 제1쉬트파일(410)의 배면으로부터 일정 거리 이격되어 설치된다. 상기 이격 거리는 후술하게 되는 제2쉬트파일(510)의 설치와 지지벽(420)의 두께 등을 고려하여 결정된다. 상기 제2지주(500)는 제1지주(400)와 마찬가지로 상기 암반(R)에 충분한 깊이로 삽입된다. 제2지주(500)는 그 전면에 설치되는 제2쉬트파일(510)이 후술하는 충전재(S')의 충전시 뒤로 밀려나가지 않도록 이를 지지하는 기능을 한다.

제2쉬트파일(510)은 제1쉬트파일(410)과는 달리 제2지주(500)의 전면, 즉 제1쉬트파일(410)과 마주보며 설치된다. 제2쉬트파일(510)은 상기 제1쉬트파일(410)과 마찬가지로 제2지주(500)에 밀착된 상태로 그 하부가 암반의 표면에 접하여 설치되고, 그 상부는 제2지주(500)와 이격되지 않도록 볼트 등으로 체결 고정될 수 있다.

제1쉬트파일(410)과 제2쉬트파일(510)의 사이에는 적어도 하나 이상의 간격유지수단(480)이 더 구비될 수 있다. 상기 간격유지수단(480)은 설치되는 위치에 따라 그 형상을 달리 구성할 수 있다. 예컨대 암반(R) 표면에 위치하는 간격유지수단(280)은 단순히 상기 암반에 놓여지면서 제1, 2쉬트파일(410, 510)의 사이에서 끼움결합되어 상기 제1, 2쉬트파일(410, 510)이 제1, 2지주(400, 500)에 밀착되도록 하는 절단된 H형강 중량물의 직선형 강재이고, 제1, 2쉬트파일(410, 510)의 상부에 위치하는 간격유지수단(480)은 상기 제1, 2쉬트파일(410,510)의 간격을 유지시키면서 제1, 2지주(400, 500)에 각각 밀착 고정시킬 수 있도록 양 단부에 볼트체결수단이 구비된 봉상 부재일 수도 있다.

상기 제1, 2쉬트파일(410, 510)에 의해 형성된 공간은 충전재(S')가 충전된 구조로 되어 있다. 상기 충전재(S')는 제2실시예에서와 같이 제1쉬트파일(410)의 수밀성을 보완해주고, 제1, 2쉬트파일(410, 510)과 함께 중력식 구조물을 형성킬 수 있는 것이면 제한이 없으나, 제1쉬트파일(410)의 배면에 위치하는 지지벽(420)의 형성에 유리하도록 토사인 것이 바람직하다. 상기 지지벽(420)은 상기 충전된 충전재(S')만으로 형성시킬 수 있으며, 차수성과 강도를 더 높이기 위해 제1쉬트파일(410) 배면의 충전재(S')를 그라우팅시킴으로써 형성시킬 수 있다.

도 12는 제3실시예에 의한 상기 복합형 강가시설의 시공방법에 관하여 각 단계별로 도시하고 있다. 상기 복합형 강가시설은, 제1, 2지주(400, 500)의 설치단계(a), 제1, 2쉬트파일(410, 510)의 설치단계(b), 충전재(S')의 충전 및 지지벽(420)의 형성단계(c), 배수 및 암반 굴토단계(d)(e), 차수벽(470)의 설치단계(f)로 이루어진다.

먼저, 굴토면쪽의 제1지주(400)와 그 배면으로부터 일정거리 이격한 제2지주(500)를 제1, 2실시예와 마찬가지로 지지층인 암반(R)에 충분히 박히도록 타입하여 설치되도록 한다{도 12의 (a) 참조}. 상기 제1, 2지주(400, 500)의 이격 거리는 그 내부에 설치할 제1, 2쉬트파일(410, 510), 지지벽(420)의 형성두께 및 충전재의 충전에 의해 형성되는 벽체의 강성, 수밀성 등을 고려하여 결정한다.

상기 제1, 2지주(400, 500)의 설치작업이 완료되면, 상기 지주(400, 500)들 내측, 즉 제1지주(400)의 배면과 제2지주(500)의 전면의 각각에 밀착시켜 제1쉬트파일(410)과 제2쉬트파일(510)을 설치하고, 상기 제1, 2쉬트파일(410, 510) 사이의 일정한 간격을 유지시키기 위하여 그 사이에 적어도 하나 이상의 간격유지수단(480)을 설치한다.{도 12의 (b) 참조}.

제1, 2쉬트파일(410, 510)에 의해 형성된 공간에는 토사를 그 상부면까지 충전한다. 이때 그라우팅용 주입 파이프를 토사의 충전 전에 상기 공간의 하부에 미리 설치해 두는 것이 시공상 유리하다. 상기 토사의 충전이 완료되면, 제1쉬트파일(410) 하부의 배면에 위치한 토사의 일부를 그라우팅시켜 지지벽(420)을 형성시킨다{도 12의 (c) 참조}.

제1쉬트파일(410)의 배면에 상기 지지벽(420)이 형성되면, 상기 제1쉬트파일(410) 전면의 물을 배수한다{도 12의 (d) 참조}. 상기 배수의 정도에 따라 제1지주(400)의 전면에는 띠장(450)과 버팀대(460)를 설치하며, 제1쉬트파일(410)과 상기 띠장(450) 사이에는 수평지지대(440)를 설치한다. 다만 제1쉬트파일(410)과 제1지주(400)는 서로 밀착되어 있으므로 제1, 2실시예와는 달리 연결부재의 설치작업을 필요로 하지 않는다.

상기 배수작업이 완료되면, 제1, 2실시예와 마찬가지로 제1쉬트파일의 전면은 암반의 일부 아래면까지 굴토를 시행하고{도 12의 (e) 참조}, 제1지주(400)들 사이에서 제1쉬트파일(410)의 전면으로부터 지주(400)의 전면 사이에 차수벽(470)을 설치함으로써 본 발명 제3실시예의 복합형 강가시설이 완성된다{도 12의 (f) 참조}. 상기 차수벽(470) 역시 제1, 2실시예와 같이 다양하게 선택될 수 있음은 물론이다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 하기의 특허청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

100, 200: 지주 110: 쉬트파일
120, 220, 420: 지지벽 130, 230: 연결부재
140, 240,440: 수평지지대 150, 250, 450: 띠장
160, 260, 460: 버팀대 170, 270, 470: 차단벽
210, 410: 제1쉬트파일 310, 510: 제2쉬트파일
400: 제1지주 500: 제2지주
R: 암반 S: 토사층
W: 물 B: 지중 구조물

Claims (24)

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7. 지중 구조물을 구축하기 위한 복합형 강가시설에 있어서, 지지층인 암반(R)의 표면까지 토사층(S)에 타입되는 제1쉬트파일(210)과, 상기 제1쉬트파일(210)을 지지하기 위해 상기 암반(R)에 설치된 지주(200)와, 상기 제1쉬트파일(210)의 전면에 설치된 차수벽(270)과, 상기 제1쉬트파일(210)의 배면으로부터 일정 거리 이격된 제2쉬트파일(310)과, 상기 두 제1, 2쉬트파일(210, 310)의 사이에 형성되는 지지벽(220)으로 이루어지되, 상기 지지벽(220)이 형성된 토사층(S)위에는 충전재(S')가 더 부가되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
8. 제7항에 있어서, 상기 지지벽(220)은 제1쉬트파일(210) 배면의 토사층(S)을 그라우팅하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
9. 제7항에 있어서, 상기 차수벽(270)은 부직포와 상기 부직포의 전면에 타설되는 콘크리트로 형성되거나, 내부에 철근이나 메쉬 등의 보강재를 삽입한 숏크리트로 형성되거나, 지주(200)에 설치된 판상부재와 암반의 굴토면(R') 내지 제1쉬트파일(210) 사이의 공간에 콘크리트를 타설함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
10. 제9항에 있어서, 상기 차수벽(270)에는 방수부재가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
11. 제7항에 있어서, 상기 쉬트파일(210)과 지주(200)의 사이에는 연결부재(230)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
12. 제7항에 있어서, 상기 지주(200)의 전면에는 띠장(250)과 버팀대(260)가 설치되고, 상기 쉬트파일(210)과 띠장(250)의 사이에는 수평지지대(240)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
13. 제7항에 있어서, 상기 제1쉬트파일(210)과 제2쉬트파일(310)의 사이에는 적어도 하나 이상의 간격유지수단(280)이 설치되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
14. 삭제
15. 지중 구조물을 구축하기 위한 복합형 강가시설에 있어서, 지지층인 암반(R)의 표면에 설치된 제1쉬트파일(410)과, 상기 제1쉬트파일(410)을 지지하기 위해 상기 암반(R)에 설치된 제1지주(400)와, 상기 제1쉬트파일(410)의 전면에 설치된 차수벽(470)과, 상기 제1쉬트파일(410)의 배면으로부터 일정 거리 이격된 제2지주(500)와, 상기 제2지주(500)의 전면에 설치된 제2쉬트파일(510)과, 상기 제1, 2쉬트파일(410, 510)의 사이에 형성되는 지지벽(420)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
16. 제15항에 있어서, 상기 제1쉬트파일(410)과 제2쉬트파일(510)의 사이에는 적어도 하나 이상의 간격유지수단(480)이 설치되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
17. 제15항에 있어서, 상기 지지벽(420)은 제1쉬트파일(410)과 제2쉬트파일(510) 사이의 공간에 충전재(S')를 충전하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
18. 제17항에 있어서, 상기 지지벽(420)은 제1쉬트파일(410) 배면의 충전재(S')를 그라우팅하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
19. 제15항에 있어서, 상기 차수벽(470)은 부직포와 상기 부직포의 전면에 타설되는 콘크리트로 형성되거나, 내부에 철근이나 메쉬 등의 보강재를 삽입한 숏크리트로 형성되거나, 제1지주(400)에 설치된 판상부재와 암반의 굴토면(R') 내지 제1쉬트파일(410) 사이의 공간에 콘크리트를 타설함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
20. 제19항에 있어서, 상기 차수벽(470)에는 방수부재가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
21. 제15항에 있어서, 상기 제1지주(400)의 전면에는 띠장(450)과 버팀대(460)가 설치되고, 상기 제1쉬트파일(410)과 띠장(450)의 사이에는 수평지지대(440)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설
22. 삭제
23. 지중 구조물을 구축하기 위한 복합형 강가시설을 시공함에 있어서, 굴토면쪽의 제1쉬트파일(210)과 상기 제1쉬트파일(210)의 배면으로부터 일정거리 이격한 제2쉬트파일(310)을 각각의 하부가 지지층인 암반(R)의 표면에 접하도록 토사층(S)에 타입하여 설치하는 제1쉬트파일(210)과 제2쉬트파일(310)의 설치단계, 상기 암반에 소정의 깊이 이상 박히도록 제1쉬트파일(210)의 전면에 지주(200)를 설치하는 단계, 상기 제1쉬트파일(210) 배면의 토사층 위에 충전재(S')를 충전시킨 후 상기 토사층의 토사를 그라우팅하여 지지벽(220)을 형성시키는 단계, 상기 지주(200)와 제1쉬트파일(210) 전면의 물을 배수하고 토사를 굴토하되 상기 암반의 일부면까지 굴토하고, 상기 배수 및 굴토의 정도에 따라 지주(200)의 전면에 띠장(250)과 버팀대(260)를 설치하는 배수 및 굴토단계, 상기 지주(200)들 사이에서 제1쉬트파일(210)의 전면으로부터 지주(200)의 전면 사이에 차수벽(270)을 설치하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설의 시공방법
24. 지중 구조물을 구축하기 위한 복합형 강가시설을 시공함에 있어서, 굴토면쪽의 제1지주(400)와 그 배면으로부터 일정거리 이격한 제2지주(500)를 지지층인 암반(R)에 충분히 박히도록 타입하여 설치하는 제1지주(400)와 제2지주(500)의 설치단계, 상기 제1지주(400)의 배면과 제2지주(500)의 전면에 각각 제1쉬트파일(410)과 제2쉬트파일(510)을 밀착시켜 설치하여 상기 제1쉬트파일(410)과 제2쉬트파일(510)사이에 일정한 공간이 형성되도록 하는 제1쉬트파일(410)과 제2쉬트파일(510)의 설치단계, 상기 공간에 토사를 그 상부면까지 충전하고 상기 제1쉬트파일(410) 배면의 토사를 그라우팅하여 지지벽(420)을 형성시키는 단계, 상기 제1지주(400)와 제1쉬트파일(410) 전면의 물을 배수하고 상기 암반의 일부면을 굴토하되, 배수의 정도에 따라 제1지주(400)의 전면에 띠장(450)과 버팀대(460)를 설치하는 배수 및 암반의 굴토단계, 상기 제1지주(400)들 사이에서 제1쉬트파일(410)의 전면으로부터 지주(400)의 전면 사이에 차수벽(470)을 설치하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합형 강가시설의 시공방법

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