KR101132640B1 - 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법에 관한 것으로서, 흙막이 공사현장에서 발생할 수 있는 붕괴사고를 미연에 방지하기 위하여 공사현장에 설치된 다양한 계측기들로부터 흙막이벽이나 지반, 각종 구조물 등의 현장에 대한 정보를 취득한 뒤 취득한 계측 정보로부터 공사현장의 붕괴 안전성을 평가하고 붕괴 징후를 정확히 예측할 수 있는 붕괴 안전성 평가 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 붕괴 안전성 평가 방법은, a) 타 공사현장에서 지중경사계에 의해 계측된 흙막이벽의 수평변위 데이터를 수집 및 축적하여 데이터베이스화하고 축적된 흙막이벽의 수평변위 데이터로부터 흙막이 공법별로 흙막이벽의 수평변위 관리기준치를 산정하는 단계와; b) 붕괴 안전성 평가 대상이 되는 해당 공사현장에서 각 굴착 단계마다 지중경사계에 의해 계측되는 흙막이벽의 수평변위 데이터와 축력계에 의해 계측되는 지보재의 축력 데이터를 취득하는 단계와; c) 상기 해당 공사현장에서 취득된 상기 수평변위 데이터와 축력 데이터의 상관관계를 실시간으로 분석하되, 수평변위와 축력의 상관관계에 따른 경향으로부터 붕괴위험도를 나타내는 붕괴위험등급을 실시간 산정하는 단계와; d) 산정된 붕괴위험등급으로부터 붕괴가중지수 β를 산정하는 단계와; e) 상기 붕괴가중지수 β를 사용하여 a) 단계에서 산정된 해당 흙막이 공법의 수평변위 관리기준치를 수정하는 단계와; f) 상기 b) 단계에서 계측된 수평변위 데이터를 상기 e) 단계의 수정된 수평변위 관리기준치와 비교하여 붕괴 안전성을 판정하는 단계;를 포함하여 구성된다.

Description

흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법{Safety evaluation method for soil shearing work}
본 발명은 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흙막이 공사현장에서 발생할 수 있는 붕괴사고를 미연에 방지하기 위하여 공사현장에 설치된 다양한 계측기들로부터 흙막이벽이나 지반, 각종 구조물 등의 현장에 대한 정보를 취득한 뒤 취득한 계측 정보로부터 공사현장의 붕괴 안전성을 평가하고 붕괴 징후를 정확히 예측할 수 있는 붕괴 안전성 평가 방법에 관한 것이다.
일반적으로 흙막이 공사는 건설공사에 있어서 가장 기본적인 작업으로서, 대부분의 건설공사에서 지반 굴착 과정을 포함하는 흙막이 공사가 포함된다. 흙막이 공사를 위한 지하 굴착 공법을 결정함에 있어서는 안전성과 경제성을 근간으로 구조물의 시공을 위한 지반 특성, 주변 현황, 예상 공기 및 공사비 등을 세밀히 고려하여 현장에 가장 적합한 공법을 선정하게 된다.
굴착 및 흙막이 공법으로는 굴착면의 형상에 따라 사면 개착 공법과 흙막이벽체를 이용한 개착 공법으로 대별되며, 사면 개착 공법은 흙막이벽체를 사용하지 않고 사면 경사의 안정성이 확보될 수 있는 상태로 굴착하는 공법이고, 흙막이벽체 공법은 사면 개착 공법의 적용이 어려운 경우에 적용되는 것으로 H-파일+흙막이판(토류판), CIP(Cast-In Placed Pile), SCW(Soil Cement Wall), 널말뚝(sheet pile), 지하연속벽(Diaphragm Wall, D/W) 등이 있다.
또한 굴착에 따른 대표적인 흙막이 지지 방법으로는 스트러트와 어스앵커로 대별되며, 이 밖에 소일 네일링(soil nailing) 공법이나 레이커(raker) 지지 방식에 의한 굴착이 있다. 어스앵커 대신 락 볼트(rock bolt)가 사용되기도 한다. 또한 흙막이벽체를 지하연속벽으로 시공할 경우에는 슬래브에 의해 벽체를 지지하며, 상부에서 하부로 구조물을 완성하는 역타(top-down)의 적용도 가능하다.
한편, 옹벽, 흙막이벽체, 널말뚝 벽체, 지중 공동구 등의 지중 구조물은 모두 원지반 또는 성토지반의 압력을 지지하는 구조물이다. 이때 흙의 압력을 토압(지반 내부에서 생기는 응력과, 흙과 구조물의 접촉물 사이에서 생기는 모든 힘을 의미함)이라 하며, 상기한 지중 구조물의 설계를 위해서는 토압의 크기나 방향을 결정하여야 한다.
그러므로 토압에 대한 이론이 오래전부터 연구되어 왔으며, 그 대표적인 것으로는 Coulomb와 Rankine의 토압 이론이 있다. 또한 이를 근간으로 하여 많은 토압 이론들이 연구 및 제시되어 지중 구조물의 설계 및 지하 공간 개발에 활용되고 있다.
토압에서 주동토압(active earth pressure, Pa)은 옹벽이 뒤채움 흙의 압력에 의해 전방으로 전도하려는 경우에 작용하는 토압이고, 수동토압(passive earth pressure, Pp)은 벽체가 외력을 받아서 뒤채움 흙쪽으로 눌려 뒤채움 흙이 파괴가 일어날 때의 토압이며, 정지토압(earth pressure at rest, P0)은 흙막이 구조물에 항복을 일으키지 않고 수평방향 변위가 발생하지 않는 상태의 토압으로 구분된다.
그리고, 대부분의 지반 굴착에 있어서는 그 규모나 심도에 따라 크기의 차이는 있으나 반드시 주변 지반의 거동과 침하를 유발하게 된다. 지반 거동이나 침하는 지반 조건과 지하수 변화 등에 의해 가장 큰 영향을 받지만 그 외에도 흙막이 구조물의 종류 및 강성, 시공방법, 시공기술의 수준, 주변 지형 지세 및 여건 등의 복합적인 영향을 받게 된다.
흙막이 공사시 발생할 수 있는 침하의 경우로는 굴착 전 공정에 의한 침하, 본 굴착에 의한 침하, 지보 해체에 의한 침하 등을 들 수 있으며, 굴착 전 공정은 지하 터파기 공사시 필요한 제반 여건 등을 준비하는 공정으로, 많이 쓰이는 지보재의 종류는 크게 스트러트(strut)와 앵커(earth anchor)를 들 수 있다.
스트러트 지보의 경우 스트러트 거치를 위한 중간말뚝의 설치가 필요한데, 중간말뚝의 설치를 위해서는 미리 오거(auger)로 천공을 하고 이 구멍에 중간말뚝을 삽입한 뒤 진공해머로 소요 깊이까지 말뚝을 타입하는 바, 천공작업과 진동해머의 작업으로 인해 인접 지반에 영향을 미쳐 침하가 유발된다. 또한 공사를 위해서 매우 큰 중량의 중장비가 현장 내에 있게 되므로 상재하중으로 인해서도 침하가 발생한다.
토류벽 형식이 지중연속벽(D/W, slurry wall)인 경우 건물의 외벽을 미리 설치하는 것이기 때문에 사전에 많은 작업이 필요한데, 정확한 트렌치 굴착을 위해서 안내벽(guide wall)을 설치하고 굴착을 진행하게 되며, 이때 공벽이 허물어지지 않도록 굴착한 곳에 슬러리를 넣고 소요의 심도까지 굴착을 하고, 굴착 후에 미리 제작된 철근을 넣고 콘크리트를 타설하게 된다. 이때에도 비록 공벽에 슬러리가 있지만 굴착으로 인해 인접 지반의 응력 이완으로 변위가 필연적으로 발생하게 되며, 굴착과 슬러리 보급을 위한 장비들로 인해 인접 지반에 침하가 발생하게 된다.
토류벽의 형식이 CIP인 경우에는 천공, 케이싱 삽입, 철근 및 강재 삽입, 콘크리트 타설 등의 공정이 필요한데, 각각의 경우에서 상당한 진동과 상재하중이 발생하게 된다.
엄지 말뚝과 토류판으로 토류벽을 형성할 때에는 중간말뚝의 설치와 동일하게 H-말뚝(H-파일)의 삽입이 필요하게 되며, 이로 인해 인접 지반에 침하가 유발된다. 토류벽과 지보재 설치를 위한 준비작업 이외에도 사전에 지반 보강을 위한 작업이 필요한 경우가 있는데, 지반보강작업은 지하수위가 높아 차수가 필요한 경우나 토류벽의 강성을 높여주기 위해 주로 행하여지며, 이때 천공작업과 고압, 저압의 보강재 삽입 과정 등을 동반하게 되어 인접 지반의 교란과 침하가 이루어지게 된다.
본 굴착에 의한 침하는 굴착에 의한 침하를 고려할 때 가장 많은 변위를 일으키는 공정이며, 굴착이 진행됨에 따라 구속의 역할을 하고 있던 흙이 제거되면서 인접 지반의 응력이 이완 및 재분포하게 되어 지반의 움직임이 유발된다. 또한 지하수위가 높은 지반 상태에서 굴착이 진행될 때 차수성이 떨어지는 토류벽이나 지보로 앵커를 시공하는 경우에는 현장 내로 지하수의 유입을 피할 수 없게 되는데, 이로 인해 인접 지반의 지하수위의 저하가 발생하여 유효응력의 증가를 유발시키고, 이로 인해 추가로 지반 침하를 일으키게 된다.
아울러, 임시 목적으로 설치된 지보는 실제 구조물의 축조 또는 보다 많은 공간의 확보를 위해서 지하구조물을 축조하면서 해체하는 것이 일반적인데, 이 공정에서 기존의 지보 역할을 대신할 구조물이 축조되기 전까지는 지보가 없는 상태가 되므로, 지보 해체 후 해체된 지보를 대신하는 지하층의 외벽이나 지하 바닥 슬래브가 설치되기 전까지는 지보 공백으로 인한 지반 변위의 발생은 피할 수 없게 된다.
또한 지보를 해체하면서 실제 구조물의 위치와 지보의 위치가 겹치기 때문에 과도한 지보 해체를 피할 수 없는 경우가 있으며, 이는 해체할 지보의 위치가 실제 구조물의 시공에 방해가 되어 공사를 진행하기 어려운 경우이다. 이러한 경우에 행하여지는 과도한 지보 해체는 큰 지반 변위를 초래한다.
그리고, 흙막이 공사 중 굴착이 진행되면서 지반의 움직임을 구속하기 위한 지보가 설치되고 나면, 지반의 움직임이 구속될 때 발생하는 아치 효과에 의해 중간 위치에 큰 변위가 유발되고, 이러한 특징들로 인해 토압이 일반적인 토압 분포, 즉 정지토압, 주동토압, 수동토압과는 다른 모습을 보이게 되는데, 이에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다.
또한 흙막이벽체 거동의 영향 인자 및 해석에 대한 연구가 있어 왔으며, 예컨대 벽체의 강성에 따른 지반 및 흙막이벽체의 거동 현상, 스트러트의 선행 하중에 따른 흙막이벽체의 거동 현상, 단계별 굴착에 따른 흙막이벽체의 거동 현상 등에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔다.
또한 흙막이벽체의 수평변위 발생 요인으로 흙막이벽체의 휨 강성, 버팀대의 변형 및 스트러트의 강성, 버팀대의 시간적 지체, 흙막이벽체의 근입 깊이, 스트러트의 선행 하중 등에 대한 연구가 진행되어 왔다.
한편, 흙막이 공사에서는 구조물의 기초, 도로, 지하철, 지하도, 상하수도, 전력선, 가스관 및 택지 조성 등을 위한 지반 굴착 등 그 공사량이 많을 뿐만 아니라 변화의 예측이 어려운 보이지 않는 땅속을 굴착하기 때문에 토사 붕괴, 낙석, 지하매설물 붕괴 및 건설기계의 추락 등으로 인해 많은 산업재해가 발생하고 있다.
특히, 도심지역에서의 흙막이 공사는 상하수도, 가스관에 의한 붕괴 및 폭발로 많은 인명과 경제적 손실을 가져올 수 있으며, 공사 과정에서 발생할 수 있는 전력 및 통신의 두절은 도시의 기능과 경제활동까지 마비시키는 바, 이러한 사고가 커다란 사회적 문제로 대두된 바 있다.
대형 건물이 근접한 지역에서의 지하 흙막이 공사는 설계시의 작은 오류 하나가 시공시의 커다란 인적, 물적 피해를 초래할 수 있으므로 설계에서부터 시공에 이르기까지 세심한 주의와 고급의 기술을 필요로 한다.
지하 흙막이 공사시 안전시공을 위한 현장 계측은 인접 구조물 및 흙막이 공사에 있어서 위험을 예측할 수 있는 가장 좋은 방법이다. 시공에 비해 별로 중요하지 않게 여겨져 왔지만 현시대에서는 도심지에서의 모든 공사가 지하굴착에 의해 이루어지므로 계측이 반드시 수반될 필요가 있다.
그러나, 계측에 대한 충분한 지식과 경험이 없다면 계측기의 오류를 발견하거나 사용자의 사용 미숙으로 인해 발생하는 피해를 예방할 수 없고, 기술자로서의 신뢰를 잃을뿐더러 대형사고를 불러일으킬 수 있다.
따라서, 흙막이 공사현장의 붕괴를 사전에 효과적으로 감지하기 위해서는 흙막이 공사현장의 공법별 특성을 명확히 이해해야 하고, 또한 이에 적합한 계측기를 최적의 위치에 설치하여 다양한 분석항목들을 종합적으로 분석하는 기술이 필요하다.
흙막이 공사현장에서 굴착시 발생하는 붕괴사고는 붕괴 징후 발생 후 급작스럽게 발생하는 경우가 많다는 특성이 있으며, 붕괴 징후를 감지하였다고 하더라도 적절한 시점에서의 공사 중지 및 대피가 이루어지지 못해 붕괴에 따른 피해가 더욱 커진 사례가 종종 보고되고 있다.
개착식 흙막이 공사에서 굴착이 진행됨에 따라 각 공사 단계별 배면토의 자중에 의한 토압, 수압, 인접 구조물의 상재하중 등에 의한 하중 및 외력과 지지 조건 등 다양한 조건들이 가설 흙막이 구조물의 안정에 영향을 주게 된다.
특히, 작용 토압은 시공시 벽면의 변위에 수반하여 재분포하게 되고 시공방법 및 지지상태에 의해 수시로 변하므로, 토질 조건, 지하수 및 주위상황 등을 고려하는 동시에 시공 중 계측 관리를 통해 토압 분포의 변화에 주의를 기울임으로써 안정성을 확보하고 인접 구조물에 미치는 영향을 최소화하는 것이 필요하다.
흙막이 공사에 의한 사고를 예방하려면 지반에 대한 충분한 사전 조사를 실시하여 굴착방법과 굴착시기를 정하고, 작업 중에는 신뢰성 있는 계측 시스템의 적용을 통한 지속적인 안정성 검토 및 안전 점검을 실시하여 위험을 사전에 제거해야 한다. 또한 만약의 사고 발생에 대한 준비와 훈련을 통해 피해를 극소화시키는 노력도 필요하다.
그러나, 구조물과 기초 지반의 거동을 예측하고 안정성을 판단하는 것은 기술자로서 수행하여야 할 주요 과업이지만 현실적으로 그 문제를 만족스럽게 해결하기가 용이하지 않다. 이것은 계획, 설계, 시공에 이르는 전 과정에서 여러 가지의 불확실성 요소(unknown factor)가 산재해 있기 때문이며, 이에 구조물과 지반의 거동은 설계시의 예측과는 상이할 것이고, 경우에 따라서는 구조물이 파괴되는 상황까지 도달할 수 있다.
구조 및 지반에 관한 설계 및 시공에서의 불확실성은 세부적으로 재료, 부재 및 구조, 지반 등의 강도에 관한 불확실성, 하중, 외력의 불규칙적인 변화 및 흙의 자중 등의 하중에 관한 불확실성, 설계 계산에 관한 불확실성으로 구분될 수 있다.
이러한 불확실성을 극복하기 위해서는 시공시 관측을 통해 새로운 정보를 입수하여 향후 거동을 다른 방식으로 예측하거나, 당초 예측할 때 사용한 매개변수 값을 수정하여 다시 예측하고 안전을 확인하면서 공사를 진척시키는 방법이 필요하다. 또한 매개변수에 관한 정보를 새로운 정보에 의해 업데이트(update)하여 정보화 시공이 가능하도록 하는 방안도 필요하다. 이는 정확한 현장 계측을 전제로 하며, 계측 정보의 효율적 이용 및 계측 정보를 이용한 정확한 진단을 전제로 한다.
그러나, 종래에는 현장 계측에 있어서 계측의 목적이나 계측의 종류, 계측기의 선정방법 및 과정, 설치방법, 설치위치, 수량, 설치구조, 계측기의 보수 및 유지관리 등 계측과 관련된 기술에 대해서는 잘 알려져 있으나, 계측기로부터 얻어지는 정보를 어떻게 활용해야 현장의 정확한 안전진단 결과를 얻을 수 있는지, 또한 안전진단 결과를 반영하여 어떠한 관리가 이루어져야 하는지에 대한 정확한 정보가 부재한 실정이다.
특히, 종래에는 계측 결과를 기술자에 의해 기 도출된 관리기준치와 단순 비교하는 것만으로 공사현장의 안정성을 평가하고 붕괴를 예측하는 수준이어서, 정확한 예측 및 진단 결과를 얻기 어렵고, 붕괴 등 안전사고의 철저한 예방 및 효과적인 공사 관리를 시행하는데 어려움이 있다. 기존의 관리기준치에 대해서 실제 현장 기술자들의 신뢰도는 낮은 것으로 알려지고 있다.
또한 계측 결과를 기초로 한 공사현장의 관리에 있어서도 기술자의 단순 경험을 통한 비효율적인 관리가 이루어지고 있는 것이 현실이며, 많은 경험과 숙련된 고급 인력의 부족으로 인해 안전진단의 결과에 따른 효과적인 관리가 제대로 이루어지지 못하여 붕괴 등의 사고 위험성을 항시 안고 있는 것이 사실이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 계측기로부터 얻어지는 정보를 활용하여 현장의 정확한 안전진단 결과를 얻을 수 있는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 많은 경험과 숙련된 고급 인력 없이도 정확한 안정성 평가가 수행될 수 있고, 높은 신뢰도 수준의 결과 도출로 붕괴 등 안전사고의 철저한 예방 및 효과적인 공사 관리를 시행할 수 있도록 하는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 계측된 데이터를 여러 공사현장에서 유용한 데이터로 활용할 수 있도록 하고, 안전진단의 결과에 따른 효과적인 관리를 통해 붕괴 등의 사고 위험성을 사전에 차단할 수 있는 붕괴 안전성 평가 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
a) 타 공사현장에서 지중경사계에 의해 계측된 흙막이벽의 수평변위 데이터를 수집 및 축적하여 데이터베이스화하고 축적된 흙막이벽의 수평변위 데이터로부터 흙막이 공법별로 흙막이벽의 수평변위 관리기준치를 산정하는 단계와;
b) 붕괴 안전성 평가 대상이 되는 해당 공사현장에서 각 굴착 단계마다 지중경사계에 의해 계측되는 흙막이벽의 수평변위 데이터와 축력계에 의해 계측되는 지보재의 축력 데이터를 취득하는 단계와;
c) 상기 해당 공사현장에서 취득된 상기 수평변위 데이터와 축력 데이터의 상관관계를 실시간으로 분석하되, 수평변위와 축력의 상관관계에 따른 경향으로부터 붕괴위험도를 나타내는 붕괴위험등급을 실시간 산정하는 단계와;
d) 산정된 붕괴위험등급으로부터 붕괴가중지수 β를 산정하는 단계와;
e) 상기 붕괴가중지수 β를 사용하여 a) 단계에서 산정된 해당 흙막이 공법의 수평변위 관리기준치를 수정하는 단계와;
f) 상기 b) 단계에서 계측된 수평변위 데이터를 상기 e) 단계의 수정된 수평변위 관리기준치와 비교하여 붕괴 안전성을 판정하는 단계;
를 포함하는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법을 제공한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법에 의하면, 안전계수와 붕괴가중지수를 적용한 관리기준치의 수정을 통해 보다 정확한 평가가 이루어질 수 있으면서 보다 안정적으로 붕괴 위험을 예방할 수 있는 효과가 있다.
또한 계측기로부터 얻어지는 정보를 활용하여 현장의 정확한 안전진단 결과를 얻을 수 있으며, 많은 경험과 숙련된 고급 인력 없이도 정확한 안정성 평가가 수행될 수 있고, 높은 신뢰도 수준의 결과 도출로 붕괴 등 안전사고의 철저한 예방 및 효과적인 공사 관리를 시행할 수 있게 된다.
또한 계측된 데이터를 여러 공사현장에서 유용한 데이터로 활용할 수 있도록 하고, 특히 안전진단의 결과에 따른 효과적인 관리를 통해 붕괴 등의 사고 위험성을 사전에 차단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 안전성 평가를 수행하는 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 경향 1에서 수평변위와 축력과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 수평변위와 축력이 모두 증가하는 형상을 나타내는 도면이다.
도 4는 경향 2에서 수평변위와 축력과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 수평변위는 증가하지만 축력은 감소 혹은 일정한 형상을 나타내는 도면이다.
도 6은 경향 3에서 수평변위와 축력과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 수평변위는 감소 혹은 일정하지만 축력은 증가하는 형상의 도면이다.
도 8은 경향 4에서 수평변위와 축력과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 수평변위와 축력이 모두 감소 혹은 일정한 형상의 도면이다.
도 10 내지 도 15는 최대수평변위량(δhmax)을 굴착심도(H)로 나누어 정규화하여 나타낸 여러 예의 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 실제 계측 데이터를 기반으로 붕괴가중지수를 이용하는 흙막이 공사현장 안전성 평가 과정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성을 평가하는 방법에 관한 것으로서, 현장 계측 정보로부터 공사현장의 붕괴 안전성을 평가하고 붕괴 징후를 정확히 예측하여 공사현장의 붕괴를 효과적으로 방지할 수 있도록 하는 붕괴 안전성 평가 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 건물 및 인구가 밀집된 도심지역에서의 지반 굴착이나 흙막이 공사 등은 사고시 엄청난 인적, 경제적 피해 외에도 주변환경에 미치는 영향이 크므로 시공의 계획 단계에서부터 설계 및 시공의 단계마다 철저한 점검이 이루어져야 한다.
특히, 시공 과정에서 계측 정보를 이용한 공사현장의 정확한 안전성 평가가 수행되어야 하며, 이를 위해 흙막이 공사현장의 정확한 붕괴 원인 분석, 공사현장의 붕괴를 사전에 예측하기 위한 계측항목의 설정, 계측항목별로 안전성을 평가하기 위한 계측관리기법 등에 대해서 여러 연구자에 의해 연구가 진행되어 보고된 바 있다.
또한 여러 연구자에 의해 계측 결과에 기초하여 흙막이 공사현장의 안전성을 평가하는 다양한 계측관리기법이 제시되었으며, 미리 설정된 관리기준치와 계측 결과값(실측치)을 비교, 검토하여 그 시점에서 공사현장의 안전성을 평가하는 절대치관리기법과, 이전 단계의 계측 결과값에 의해 예측된 다음 단계의 예측치와 관리기준치를 대비하여 안전성 여부를 판정하는 기법이 있다.
이에 대해, 본 발명자는 흙막이 공사의 특성 및 흙막이 공사에 적용되는 계측 시스템을 면밀히 분석하고, 또한 붕괴 특성에 따른 최적의 계측기 활용 방법을 분석한 결과, 흙막이 공사현장의 붕괴 징후는 흙막이벽과 축력의 변화로 반영된다는 것을 도출하여, 붕괴를 사전에 감지하기 위한 최적의 계측기로 흙막이벽의 수평변위를 계측하기 위한 지중경사계와, 지보재(스트러트 등)의 축력을 계측하기 위한 축력계의 사용이 타당함을 확인하였다.
또한 기존의 관리기준치의 수정 보완의 필요성을 확인하고, 관리기준치의 수정 보완을 위해 흙막이 공법별 국내외 계측 자료를 분석하되, 붕괴 징후를 감지함에 있어서 가장 신뢰성 높은 항목인 흙막이벽의 수평변위를 기준으로 하여, 굴착심도에 따른 수평변위 계측 자료를 통계 분석함으로써, 실제 계측 자료를 바탕으로 한 유의수준 L1% 및 L2%(L1>L2)에 해당하는 1, 2차 수평변위 관리기준치를 수정할 수 있는 안전계수 α를 도출하였다.
아울러, 기존의 관리기준치를 사용하여 평가 대상의 흙막이 공사현장에서 계측기의 실측 데이터 간 상관관계를 추가적으로 분석하고, 계측 데이터의 경향을 토대로 붕괴위험도를 정량화하여 관리기준치에 가중치로 적용할 수 있는 붕괴가중지수 β를 도출하였다.
특히, 실제 흙막이 공사현장에서 계측한 흙막이벽의 수평변위(지중경사계로 계측함) 및 지보재의 축력 데이터(축력계로 계측함)를 추가적으로 분석하여, 붕괴 징후를 사전에 직접적으로 예측할 때 활용할 수 있는 효과적인 계측항목인 수평변위와 축력과의 상관관계를 파악하는 연구를 수행하였다.
또한 수평변위와 축력의 계측 결과 경향을 4가지로 구분하여 계측 경향별 붕괴위험지수를 4가지로 구분하여 도출하고, 이를 가중치의 개념으로 관리기준치에 적용하여 붕괴위험 상황에 대해 미연에 대비할 수 있도록 하는 관리기법을 도출하였다.
우선, 도 1은 본 발명에 따른 안전성 평가를 수행하기 위한 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
도시된 바와 같이, 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 시스템은, 흙막이 공사현장의 현장상태나 흙막이벽이나 지반, 각종 구조물 등의 상태를 실시간으로 계측하기 위해 설치된 다수의 계측기(11)를 포함하는 계측 시스템(10)과, 상기 각 계측기(11)에 의해 취득되는 계측 데이터를 무선 또는 유선으로 전송하기 위한 송수신부(14)와, 상기 송수신부(14)를 통해 전송되는 각 계측기의 계측 데이터를 데이터베이스(21)에 저장하고 상기 계측 데이터를 기초로 하여 해당 공사현장에 대해 붕괴 안전성 평가를 수행하는 감시 컴퓨터(20)를 포함하여 구성된다.
상기한 구성에서, 계측 시스템(10)은 흙막이벽체의 상태를 감지하기 위한 다수의 계측기로 구성될 수 있는데, 통상 흙막이벽체의 붕괴 감지를 위해 사용되고 있는 계측기로는 지중경사계, 지하수위계, 층별침하계, 스트러트 응력계, 스트러트 축력계, 띠장 응력계, 간극수압계, 지표수압계, 지표침하계, 토압계 등이 있으며, 흙막이벽의 붕괴 감지 관점에서 각 계측기별 용도는 아래와 같다.
- 지중경사계 : 흙막이벽의 변형 감시
- 지하수위계 : 지하수위 상승에 의한 토압 증가 환경 감시
- 층별침하계 : 흙막이벽의 지층별 침하 환경 감시
- 스트러트 응력계 : 지보재가 감당하는 응력 감시
- 스트러트 축력계 : 흙막이벽으로부터 지보재에 전달되는 외력 감시
- 띠장 응력계 : 흙막이벽으로부터 띠장에 전달되는 응력 감시
- 간극수압계 : 지반의 유효응력 변화 감시
- 지표침하계 : 지표면의 침하 감시
- 토압계 : 지반의 압력상태 감시
또한 송수신부(14)는 계측기로부터 실시간 계측되는 데이터를 감시 컴퓨터(20)에 전송하기 위한 구성부로서, 통상의 상용 통신모듈이 될 수 있으며, 예컨대 무선랜(WLAN) 통신이 가능한 통신모듈이 될 수 있다.
감시 컴퓨터(20)는 각 계측기로부터 송수신부(14)를 통해 수신되는 데이터를 환산 및 보정하여 사용 가능한 계측 데이터로 수집하고, 수집된 계측 데이터를 적용된 공법을 구분하여 데이터베이스(21)에 저장하며, 또한 수집된 계측 데이터를 이용하여 실시간으로 공사현장의 안전성 평가를 수행하는 구성부이다.
물론, 감시 컴퓨터(20)는 계측 데이터를 무선 또는 유선으로 수신 또는 송신(하기 통합 감시 서버 또는 타 공사현장의 감시 컴퓨터로 송신)하기 위한 자체 송수신부(도시하지 않음)를 구비한다. 감시 컴퓨터(20)의 송수신부는 공지된 상용 통신모듈이 될 수 있으며, 예컨대 무선랜(WLAN) 통신이 가능한 통신모듈이 될 수 있다.
상기 감시 컴퓨터(20)는 송수신부(14)로부터 수신되는 수평변위 및 축력 등의 데이터를 붕괴 안전성 평가에 사용 가능한 데이터로 가공한 뒤 데이터베이스(21)에 저장하는 동시에, 후술하는 바와 같이 계측 데이터(수평변위 및 축력)의 경향 분석, 붕괴위험등급 산정, 붕괴가중지수 산정, 공법별 관리기준치 산정(관리기준치 수정), 계측 데이터와 관리기준치의 비교, 위험 경보 등의 단계를 거치는 안전성 평가를 수행하게 된다.
또한 감시 컴퓨터(20)는 경보 시스템(22)과 연결될 수 있으며, 이때 경보 시스템(22)은 감시 컴퓨터(20)로부터 안전성 평가 결과에 따라 출력되는 신호에 의해 위험 경보를 발생시켜 출력함으로써 외부에 위험 상황을 경고하게 된다.
이와 함께 감시 컴퓨터(20)는 타 공사현장의 감시 컴퓨터(40)로부터 타 공사현장의 계측 데이터를 전송받는 통합 감시 서버(30)에 통신 가능하게 연결될 수 있으며, 해당 공사현장의 계측 데이터를 통합 감시 서버(30)에 전송하거나, 통합 감시 서버(30)로부터 타 공사현장의 계측 데이터를 수신받게 된다. 이때 감시 컴퓨터(20)는 통합 감시 서버(30)로부터 수신되는 타 공사현장의 계측 데이터를 공법별로 데이터베이스(21)에 저장하게 된다.
또한 감시 컴퓨터(20)는 타 공사현장의 감시 컴퓨터(40)와 직접 통신 가능하게 연결될 수 있으며, 이때 타 공사현장의 계측 데이터를 직접 수신받아 해당 공법을 구분하여 데이터베이스(21)에 저장하게 되고, 타 공사현장에서 전송된 계측 데이터를 지속적으로 데이터베이스(21)에 축적하여 활용하게 된다.
이하, 감시 컴퓨터에서 수행되는 붕괴 안전성 평가 과정에 대해 상술하기로 한다.
본 발명에 따른 붕괴 안전성 평가 과정은, a) 타 공사현장에서 지중경사계에 의해 계측된 흙막이벽의 수평변위 데이터를 수집 및 축적하여 데이터베이스화하고 축적된 흙막이벽의 수평변위 데이터로부터 흙막이 공법별로 흙막이벽의 수평변위 관리기준치를 산정하는 단계와; b) 붕괴 안전성 평가 대상이 되는 해당 공사현장에서 각 굴착 단계마다 지중경사계에 의해 계측되는 흙막이벽의 수평변위 데이터와 축력계에 의해 계측되는 지보재의 축력 데이터를 취득하는 단계와; c) 상기 해당 공사현장에서 취득된 상기 수평변위 데이터와 축력 데이터의 상관관계를 실시간으로 분석하되, 수평변위와 축력의 상관관계에 따른 경향으로부터 붕괴위험도를 나타내는 붕괴위험등급을 실시간 산정하는 단계와; d) 실시간 산정된 붕괴위험등급으로부터 미리 설정된 붕괴가중지수를 산정하는 단계와; e) 상기 붕괴가중지수 β를 사용하여 a) 단계에서 산정된 해당 흙막이 공법의 수평변위 관리기준치를 수정하는 단계와; f) 상기 b) 단계에서 계측된 수평변위 데이터를 상기 e) 단계의 수정된 수평변위 관리기준치와 비교하여 붕괴 안전성을 판정하는 단계;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 e) 단계에서 수정된 수평변위 관리기준치는 상기 a) 단계에서 산정된 수평변위 관리기준치와 상기 d) 단계에서 산정된 붕괴가중지수 β에 의해 구해진다.
먼저, 본 발명자는 계속된 연구를 통해 상기한 계측기 중 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가를 위한 중요 계측기가 지중경사계와 축력계가 될 수 있음을 도출하였다. 상기 지중경사계는 벽체의 변형(수평변위)을 측정하기 위해 설치되는 것이고, 상기 축력계는 지보재의 축력을 측정하기 위해 설치되는 것이다. 이들 계측기는 흙막이벽의 거동을 직접적으로 파악하기 위한 가장 효과적인 계측기가 되며, 흙막이 공사현장에서 붕괴 징후는 지중경사계와 축력계를 통해 직접 나타남을 확인하였다.
보다 상세히 설명하면, 흙막이 공사에 적용되는 대표적인 공법으로는 H-파일+토류판, CIP, SCW, 널말뚝, 지하연속벽, 슬러리 월(slurry wall)을 들 수 있고, 이들 공법에서는 흙막이 공법의 특성상 흙막이벽의 구성에 차이가 존재할 뿐 모든 공법에서 스트러트, 즉 지보재가 사용되고 있다. 지보재는 흙막이벽의 변형을 제어하기 위한 필수 부재이며, 따라서 흙막이 공법과 관계없이 흙막이를 구성하는 공통된 주요 부재는 흙막이벽과 지보재가 된다.
이때 지중경사계와 축력계는 지보재의 파괴 및 흙막이벽의 붕괴를 감시하기 위한 계측기로서 가장 기초적인 지반 계측기이며, 붕괴 징후는 반드시 지중경사계와 축력계로 감지될 수 있어 이들의 사용은 필요하다. 변위 및 그에 기인한 외력의 증가는 변형률에 비해 더욱 정확하게 정량적인 구조물의 거동 평가가 가능하도록 한다. 또한 지중경사 및 지보재의 축력을 계측하기 위한 계측기가 변형률을 측정하기 위한 계측기보다 상대적으로 계측결과가 정확할 뿐만 아니라 전반적인 구조물의 거동 특성을 반영할 수 있다.
따라서, 흙막이 공사현장에서 지중경사계와 하중계를 사용한 지보재 축력계를 조합하여 설치하는 것이 바람직하며, 각각의 센서에서의 응답이 상호 밀접한 관계를 가지고 있기 때문에 계측 결과 역시 동시에 유기적으로 분석할 수 있는 특성을 가진다. 또한 흙막이 공사현장의 사고는 지보재의 파괴 및 흙막이벽의 붕괴로 인해 발생하며, 이러한 지보재의 파괴 및 흙막이벽의 붕괴를 직접적으로 감시할 수 있는 계측기가 바로 지중경사계와 축력계이다.
물론 공사현장의 붕괴 징후를 사전에 예측하기 위해서는 상기한 다양한 계측기의 계측 결과를 모두 종합하여 통합 분석을 수행하는 것이 가장 정확하고 바람직하지만, 흙막이 공사현장의 현실을 고려할 때 모든 현장에 다양한 계측기를 적절하게 배치할 수 없는 것은 주지의 사실이다.
흙막이 공사현장에서의 붕괴사고는 흙막이벽과 지보재의 붕괴에서 시작하며, 이는 지중경사계와 축력계를 통해 계측이 가능한 바, 계측의 중요도를 감안할 때 실제 현장에서 가장 중요한 계측항목인 지중경사, 즉 흙막이벽의 수평변위와 지보재의 축력은 반드시 측정하는 것이 바람직하다. 특히, 붕괴사고는 반드시 흙막이벽의 붕괴에 의해 발생하므로 이를 직접적으로 감시하는 지중경사계를 가장 중요한 분석 계측항목으로 선정하는 것이 타당하다.
다만, 추가적인 계측기의 사용이 가능한 경우, 그 계측 결과는 붕괴 감지 관점에서 지중경사와 축력의 증가 요인을 분석하기 위한 간접적인 자료로 활용될 수 있다. 스트러트 응력계와 띠장 응력계 등은 직접적으로 붕괴를 감시하는 계측기로 분류할 수 있지만, 응력을 측정하기 위하여 일반적으로 사용되는 진동현식 변형률계는 다양한 외부 환경적 요인에 따라 계측 결과값이 변동 가능하여 그 신뢰도가 상대적으로 낮아 흙막이 공사현장의 붕괴사고를 예측하는데 변형률계를 주된 계측기로 활용하는 것은 바람직하지 않으며, 필요에 따라 지중경사계와 축력계의 계측 결과 분석에서 보조 자료로 활용하는 것이 바람직하다.
상기한 지중경사계(12)는 통상의 경우와 마찬가지로 흙막이벽(1)의 배면 지중이나 절개지 사면 등에 설치가 가능하고, 상기 축력계(13)로는 단계별 굴착에 따른 지보재, 즉 스트러트 축력의 변화상태를 계측할 수 있게 스트러트(2)와 잭(jack) 사이에 하중계를 부착하여 축력을 측정하도록 하는 것이 가능하다(도 3 참조). 지중경사계(12) 및 축력계(13) 외에 추가적인 계측기를 사용하는 경우 지중경사계 및 축력계와 마찬가지로 각 계측기는 통상의 현장 계측에 준하여 설치방법과 위치를 선정하여 설치한다.
전술한 바와 같이, 흙막이 공사현장의 붕괴 예측은 지중경사계를 이용하여 계측된 흙막이벽의 수평변위와 축력계를 이용하여 계측된 지보재(스트러트)의 축력으로 평가하는 것이 가장 효과적이다. 이에 따라, 본 발명자는 다수의 공사현장에서 실제 계측된 수평변위와 축력 데이터를 분석하였으며, 수평변위와 축력의 실측치를 분석하여 지중경사계와 축력계의 데이터 간에 밀접한 상관관계가 있음을 확인하였다. 즉, 흙막이벽의 수평변위는 이를 지지하고 있는 지보재의 축력의 증가로 나타나게 된다.
그러나, 현장 및 지반 특성에 따라 수평변위의 증가가 바로 지보재의 축력의 증가로 나타나지 않는 경우도 종종 발생한다. 이러한 일반적이지 않은 경우 흙막이 공사현장의 붕괴 징후를 판단함에 있어서 지중경사계와 축력계로부터 측정된 데이터를 종합 분석하여 붕괴위험도를 주의 깊게 평가해야 한다. 따라서, 본 발명에서는 흙막이 공사현장의 정확한 붕괴 예측을 위해서는 지중경사계와 축력계의 데이터 경향에 따라 붕괴위험도를 재평가하는 방법을 적용한다.
우선, 수평변위와 축력과의 데이터 경향을 다음과 같이 4가지의 경우로 구분하며, 이러한 4가지의 데이터 경향은 기본적으로 수평변위 증가는 축력의 증가를 수반한다는 것에 근거하고 있고, 따라서 데이터 경향은 수평변위와 축력의 증가 패턴에서 경향이 변경되는 시점을 기준으로 한다.
경향 1 : 수평변위와 축력이 모두 증가하는 경우
경향 2 : 수평변위는 증가하지만 축력은 감소 혹은 일정한 경우
경향 3 : 수평변위는 감소 혹은 일정하지만 축력은 증가하는 경우
경향 4 : 수평변위와 축력이 모두 감소 혹은 일정한 경우
위의 4가지 경향에 대해 보다 상술하면 다음과 같다.
경향 1
도 2는 경향 1에서 수평변위와 축력과의 관계를 나타내는 도면이고, 도 3은 수평변위와 축력이 모두 증가하는 형상을 나타내는 도면이다. 도면부호 1은 흙막이벽을, 도면부호 2는 지보재, 즉 스트러트를 나타낸다. 또한 도면부호 12는 지중에 설치된 지중경사계를, 도면부호 13은 스트러트에 설치된 축력계를 나타낸다.
수평변위와 축력이 모두 증가하는 경우인 경향 1은 도 2에 나타낸 바와 같이 흙막이벽(1)에서 발생한 변위로 인해 흙막이벽을 지지하는 지보재(2)가 부담하는 하중이 증가하는 경우로, 가장 일반적인 수평변위와 축력의 데이터 상관관계에 해당한다. 도 3과 같이 지하수위 상승 혹은 배면 지반의 상재하중 증가 등의 다양한 요인으로 인해 흙막이벽에 작용하는 주동토압이 증가하게 되나, 적절한 시기에 지보재를 설치하지 못하였거나 시공 측면에서의 문제로 인해 흙막이벽의 강성 저하 등으로 벽체의 수평변위가 발생하면, 수평변위 발생 위치와 근접한 위치에 설치되어 있는 지보재는 변위가 발생하기 전보다 많은 하중을 부담하게 된다. 따라서, 지보재가 부담하는 하중을 측정하는 축력계(13)에서의 데이터가 증가하는 경향으로 나타나게 된다. 이러한 계측 경향은 수평변위 발생에 따라 일반적인 현상으로 계측 데이터의 신뢰도를 평가하는데도 지표가 되는 경향이라 할 수 있다. 이러한 경향으로 수평변위 및 축력이 관리기준치 이하로 발생하고 있을 경우에는 지극히 정상적인 데이터가 계측되고 있는 것으로 평가할 수 있다. 따라서, 관리기준치 범위 내에서 수평변위와 축력이 모두 증가하는 경향인 경우 해당 흙막이 공사현장의 붕괴위험도를 본 발명에서는 2(Ⅱ)등급으로 설정한다.
경향 2
도 4는 경향 2에서 수평변위와 축력과의 관계를 나타내는 도면이고, 도 5는 수평변위는 증가하지만 축력은 감소 혹은 일정한 형상을 나타내는 도면이다.
경향 2는 도 4와 같이 수평변위와 축력이 모두 증가하다가 어느 순간 수평변위는 관리기준치까지 계속 증가하지만 축력은 오히려 감소 혹은 일정한 경우이다. 이러한 경향 2는 흙막이벽(1)의 강성이 부족하거나 과도한 변위로 인해 흙막이벽의 변위가 전이되는 현상으로 인해 발생한다. 이러한 아칭(arching) 현상은 흙막이벽(1)의 변위가 발생한 부분에서 흙막이벽이 구조적으로 기능을 상실하여 발생하는 것으로, 매우 중요한 붕괴 징후로 판단할 수 있다. 도 5의 평면도에서 알 수 있듯이 변위가 발생한 흙막이벽(1)에서 더 이상 변위를 감당하지 못하고 주변 벽체로 변위가 이전되는 현상이며, 이 경우 매우 위험한 현장상황이라 판단할 수 있다. 한편, 실측 데이터를 기준으로 분석할 때 굴착 공정에 따라 관리기준치와 비교하여 매우 작은 수평변위 및 축력이 발생하고 있는 시점에 변위 증가에 따라 축력이 다소 감소 혹은 일정한 경향 2의 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 붕괴 징후를 판단하기 위해서는 단순 시점의 데이터만을 분석하는 것이 아니라 굴착 단계별로 계측 데이터를 누가적으로 경향 분석을 실시하여야 한다. 즉, 관리기준치와 어느 정도 유사한 값까지 수평변위와 축력이 증가하다가 어느 시점부터 수평변위는 계속 증가하는데 축력은 감소 혹은 일정한 값을 유지하는 데이터 경향이 일정 기간 나타나는 경우에는 일단 즉시 공사를 중단하고, 해당 위치에서의 벽체 변형 형상과 지보재의 변형 유무 등을 확인한다. 또한 이러한 경향이 발생한 시점에서의 변위 및 축력 데이터가 관리기준치보다 더 작은 값이라도 수평변위가 계속적으로 증가하는데 축력이 감소 혹은 일정한 경향이 일정 기간 더 계속된다면, 구조물의 점검 및 지하수위계, 지표침하계, 변형률계 등 다양한 계측기의 데이터에 대해서 정밀 분석을 실시하여 공사 중지, 보강대책 및 설계변경 실시 여부 등을 판단한다. 이와 같이 벽체 기능 상실에 따른 수평변위 증가와 축력계 하중 감소 경향은 붕괴가 발생할 수 있는 가능성이 매우 높은 위험한 경우이므로, 본 발명에서 경향 2의 경우 흙막이 공사현장의 붕괴위험도를 수평변위를 기준으로 평가함에 있어서 위험등급이 가장 높은 1(Ⅰ)등급으로 설정한다.
경향 3
도 6은 경향 3에서 수평변위와 축력과의 관계를 나타내는 도면이고, 도 7은 수평변위는 감소 혹은 일정하지만 축력은 증가하는 형상의 도면이다.
도 6과 같이 수평변위는 감소 혹은 일정하지만 축력이 증가하는 경우는 실제 현장에서는 드문 경향으로, 수동토압 발생 혹은 도 7과 같이 지중경사계(12)와 흙막이벽(1) 사이의 지반 압밀에 의한 현상인 것으로 평가할 수 있다. 도 7에서와 같이 지중경사계(12)는 일반적으로 흙막이벽(1) 배면 1m 이내 지중에 수직방향을 따라 매설하여 설치하며, 설치된 지중경사계(12)로부터 획득되는 데이터는 원칙적으로 흙막이벽 배면 지반의 변형이지만, 흙막이 공사 계측에서의 지중경사계(12)의 데이터는 흙막이벽(1)과 경사계(12) 사이의 간격을 일반적으로 무시하고 지중경사계(12)의 데이터를 흙막이벽(1)의 변형이라 간주하여 평가하게 된다. 이러한 경우 흙막이벽(1)과 지중경사계(12) 사이의 지반조건이 양호하고 조밀한 경우에는 하나의 강성체로 가정한 일반적인 평가방법으로 흙막이벽의 변위를 평가하여도 실제 변위와 지중경사계의 변위가 매우 근사하게 나타난다. 그러나, 흙막이벽과 지중경사계 사이의 지반조건이 불량하지 않고 조밀하지 않은 경우에는 지중경사계에서 감지된 변형이 흙막이벽의 변형으로 바로 연결되지 않을 수 있다. 이 경우 도 7에서와 같이 흙막이벽(1)과 지중경사계(12) 사이의 지반에서 압밀 현상과 유사한 형태로 지중경사계의 변형을 지반에서 일부 흡수하는 현상이 발생하게 되고, 이는 흙막이벽(1)의 변형으로 나타나지 않는 반면 지보재(2)가 부담하는 하중으로는 나타나는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경향이 지속적으로 발생하더라도 수평변위와 축력의 관리기준치 범위 내에서 발생하는 경우 붕괴에 대한 직접적인 징후로 판단하기보다는 수평변위의 감소 원인을 지표침하계, 지하수위계 등과 같은 다양한 계측기를 활용하여 파악하는 것이 중요하며, 수평변위와 축력의 관리기준치와 비교하여 일반적인 계측 관리를 수행한다. 따라서, 본 발명에서는 경향 3의 경우를 흙막이 공사현장의 붕괴위험도를 수평변위를 기준으로 평가함에 있어서 위험등급 3(Ⅲ)등급으로 설정한다.
경향 4
도 8은 경향 4에서 수평변위와 축력과의 관계를 나타내는 도면이고, 도 9는 수평변위와 축력이 모두 감소 혹은 일정한 형상의 도면이다.
도 8과 같이 수평변위와 축력이 모두 감소 혹은 일정한 경우의 경향 4는 굴착 공정에 따라 지보재(2)의 설치 개수 증가에 따른 흙막이벽(1)의 강성도 확보, 지하수위 하강으로 인한 주동토압 감소, 수동토압 발생, 흙막이벽 보강으로 인한 강성 증가 등 다양한 원인에 의해 흙막이벽에 변위를 발생시키는 요인이 작아졌을 때 발생할 수 있다. 또한 수평변위와 축력이 일정한 경우에는 해당 시점에서 흙막이벽(1)과 지보재(2)에 작용하는 일정한 토압 및 하중을 흙막이벽과 지보재가 적절하게 부담하고 있는 상황이라 판단할 수 있다. 한편, 도 9와 같이 수동토압이 크게 발생한 경우 수평변위와 축력이 갑자기 모두 감소하는 경향이 관측될 수 있지만 이러한 경우는 많지 않으며, 이 경우에도 관리기준치를 초과하지 않는 범위 내에서는 수평변위와 축력이 모두 증가하는 경향 1과 동일한 방법으로 계측 관리를 수행할 수 있다. 즉, 수평변위와 축력이 증가하다 감소 혹은 일정한 경우로 돌아서는 경향은 수평변위가 음(-)의 값, 축력이 인장으로 돌아서지 않는다면, 계측 관리 측면에서는 토압의 증가로 흙막이벽 및 지보재가 부담하는 하중이 감소한 경우이므로 붕괴 가능성이 가장 적은 경우로 평가할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 경향 4의 경우 흙막이 공사현장의 붕괴위험도를 수평변위를 기준으로 평가함에 있어서 붕괴 가능성이 가장 낮은 위험등급 4(Ⅳ)등급으로 설정한다.
이와 같이 본 발명에서는 수평변위 데이터와 축력 데이터의 상관관계에 따라 계측 경향을 상기와 같이 4가지로 구분하여 설정하고, 각 계측 경향별로 붕괴위험등급을 설정한 뒤, 해당 공사현장에서 현재 취득되는 수평변위 데이터와 축력 데이터의 상관관계가 상기 4가지 계측 경향 중 어느 하나에 해당함을 판정하여 붕괴위험등급을 산정하게 된다.
또한 상기와 같이 설정된 4가지의 계측 경향 중 경향 2는 붕괴위험도가 가장 높은 붕괴위험등급 1등급으로, 경향 1은 경향 2에 비해 붕괴위험도가 낮은 붕괴위험등급 2등급으로, 경향 3은 경향 1에 비해 붕괴위험도가 낮은 붕괴위험등급 3등급으로, 경향 4는 붕괴위험도가 가장 낮은 붕괴위험등급 4등급으로 설정하게 된다.
하기 표 1은 계측 데이터 경향에 따른 붕괴위험등급(Ⅰ ~ Ⅳ)을 나타낸 것이다.
Figure 112010027997245-pat00001
한편, 본 발명에서는 흙막이 공사현장의 실측 데이터를 통계 분석하여 흙막이 공법별로 현재 일률적으로 적용하고 있는 기존의 관리기준치인 1/200을 보다 현실성 있게 수정하여 적용한다. 관리기준치는 계측기별로 각각 설정하여 관리하고 있지만 흙막이 공사현장에 적용되는 계측기 중 가장 신뢰성 있고 붕괴 징후를 가장 효과적으로 감지할 수 있는 지중경사계의 경우에는 축력계와 데이터 간의 높은 상관관계로 인해 계측 데이터의 경향을 함께 평가한다. 수평변위와 축력의 계측 경향을 전술한 바와 같이 4가지로 설정하고, 이에 따른 붕괴위험등급을 표 1의 4가지로 설정한다.
그리고, 표 1에서와 같이 위험등급 1(Ⅰ)에 해당하는 경향 2의 경우에는, 본 발명에서 실제 계측 데이터를 기반으로 수정된 관리기준치를 적용함에 있어서, 보다 일반적인 계측 경향인 붕괴위험도 2(Ⅱ)등급보다 붕괴 가능성이 높은 경우이므로, 가중지수 β를 도입하여 관리기준치를 상대적으로 낮추어 적용함으로써 흙막이벽의 붕괴를 사전에 미리 감지할 수 있도록 한다. 즉, 일반적인 경향을 벗어나 붕괴위험도가 높은 경향 2의 경우를 붕괴위험등급을 1등급으로 적용하고, 이와 더불어 1등급에 대한 미리 설정된 가중지수 β를 적용하여 보다 안정적인 관리기준치를 적용하는 것이다.
결론적으로 본 발명에서 붕괴가중지수 β는 안전율의 개념으로서 관리기준치에 다음의 식(1)과 같이 적용하게 된다.
수평변위 관리기준치×β = 최종 붕괴위험 관리기준치 (1)
여기서, 수평변위 관리기준치(상기 a) 단계에서 산정되는 수평변위 관리기준치로서, 후술하는 바와 같이 1차 관리기준치와 2차 관리기준치로 구분됨)는 국내외 실측 자료들에 근거하여 수평변위 관리기준치를 정규분포의 함수로 통계 분석하여 분석자료의 유의수준 L1% 및 L2%, 예컨대 유의수준 5%(1차 관리기준치) 및 1%(2차 관리기준치)에 근거한 관리기준치이다.
또한 붕괴가중지수 β는 본 발명에서 새로이 도입되는 것으로, 수평변위와 축력의 상관관계 분석을 통해 도출된 계측 경향에 따라 붕괴위험등급을 정한 뒤 각 붕괴위험등급에 대하여 안전율 개념의 적용을 위해 미리 설정하는 지수로서, 붕괴위험등급이 2등급 이하이면 β는 1.0이고, 붕괴위험등급이 1등급이면 1.0 이하의 값을 적용한다. 최종 붕괴위험 관리기준치는 본 발명에서 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 여부를 판정하는데 사용하게 되는 최종 수정된 관리기준치이다.
상기 식(1)에서 수평변위 관리기준치는 실제 계측 데이터를 사용한 통계 분석을 통해 현장 공법에 맞게 수정된 관리기준치로서, 흙막이 공법에 상관없이 일률적으로 적용되고 있던 기존의 수평변위 관리기준치인 1/200을 수정하여 대표적인 흙막이 공법별로 관리기준치를 각각 구분한 것이다. 이때 국내 다수의 현장 계측 데이터에 근거한 통계 분석을 실시하여 이에 근거한 안전계수 α(1 미만 값)를 도입하며, 이에 식(1)의 최종 붕괴위험 관리기준치를 기존 수평변위 관리기준치인 1/200과 통계 분석을 통한 안전계수 α, 계측 데이터 경향 및 위험등급에 따른 붕괴가중지수 β를 이용하여 나타내면 다음의 식(2)가 된다.
{기존 수평변위 관리기준치인 1/200}×α×β = 최종 붕괴위험 관리기준치 (2)
각 공법별 1차, 2차 안전계수 α가 반영된 1차, 2차 수평변위 관리기준치(1/200 = 0.5%이므로 0.5×α), 즉 식(1)에서의 수평변위 관리가중치에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명자는 다수의 국내 흙막이 공사현장에서 측정된 흙막이벽의 수평변위 평균과 표준편차를 산정하고 그것이 정규분포를 따른다고 가정하여 흙막이벽의 수평변위에 대한 관리기준치 항목을 1차와 2차로 구분, 산정하였다. 이러한 정규분포의 모집단에 대해 t 분포를 이용하여 5% 및 1% 유의수준으로 단측검정을 실시하였으며, 신뢰구간의 5% 상한선을 1차 관리기준치(= 0.5×1차 안전계수 α), 신뢰구간의 1% 상한선을 2차 관리기준치(= 0.5×2차 안전계수 α)로 설정하였다. 여기서, 1차 관리기준치란 안전에는 이상이 없으나 주의 시공이 요구되는 기준이고, 2차 관리기준치는 주의 시공의 정도를 초과하여 위험상태를 뜻하는 기준을 의미한다. 도 10 내지 도 15는 각 시공 단계에서 안전성 판단의 기준이 되는 관리기준치를 5% 및 1%의 유의수준으로 단측검정한 결과에 대해 최대수평변위량(δhmax)을 굴착심도(H)로 나누어 정규화하여 나타낸 예이다.
관리기준치 설정을 위한 현장 계측 결과 중 흙막이벽의 최대수평변위(δhmax)를 굴착심도(H)로 나누어 정규화시킨 뒤 도 10 내지 도 15와 같이 분석한 결과, H-파일+토류판 벽체의 경우 1차, 2차 관리기준치가 되는 δhmax/H 값은 0.31 ~ 0.41%의 범위를 나타내고 있으며, SCW 벽체에서는 0.22 ~ 0.30%를 보이고 있다. 또한 CIP 벽체의 경우 0.21 ~ 0.28%를 나타내고 있고, 슬러리 월은 0.23 ~ 0.36%를 보이고 있으며, 전반적으로는 0.22 ~ 0.28%의 범위 내에서 변화하는 경향을 보이고 있다.
하기 표 2는 흙막이벽에 따른 수평변위에 대한 관리기준치(δhmax/H)의 예를 나타낸 것으로, 1차 관리기준치는 0.21 ~ 0.31% 범위 내에서, 2차 관리기준치는 0.28 ~ 0.41% 범위 내에서 설정될 수 있음을 볼 수 있다.
Figure 112010027997245-pat00002
최대수평변위의 정규화 값 δhmax/H가 1차 관리기준치인 0.21 ~ 0.31%를 초과하여 변위가 발생한 경우 흙막이 구조체 및 인접 지반에 영향을 줄 수 있으며, 2차 관리기준치인 0.28 ~ 0.41%를 초과할 경우에는 지반 침하, 인접 도로 및 건물의 균열 등 문제점이 나타나므로 중점적인 관리가 요구된다.
표 2에 나타낸 흙막이벽의 종류별 수평변위 관리기준치는 0.21 ~ 0.41%의 범위로서, 이는 일반적으로 실제 현장에서 적용하고 있는 관리기준치의 범위보다는 보다 정밀한 범위에서 현재 시행하고 있는 각 공법별로 흙막이 공사현장의 붕괴를 감지할 수 있으며, 특히 흙막이벽의 종류에 따라 관리기준치를 달리 적용함으로써 기존 일괄적으로 적용되던 관리기준치에 비해 실제 현상을 보다 충실하게 반영할 수 있다.
종래에 실제 현장에서 일반적으로 사용하고 있는 수직거리에 대한 수평거리비의 관리기준치는 통상 1차 관리기준치가 1/500, 2차 관리기준치가 1/200이며, 이를 δhmax/H와 동일한 백분율로 표현하면 1차 관리기준치인 1/500은 0.2%, 2차 관리기준치인 1/200은 0.5%가 된다.
여기서, 통상적인 절대치관리기법의 경우, 계측 결과값을 1차 관리기준치와 비교하여 그 이하인 경우 다음 단계의 굴착 및 현장 계측을 또다시 시행하고, 계측 결과값이 1차 관리기준치를 초과하는 경우 주의 시공(계측 빈도를 높여 감시 체제 강화)을 하게 된다. 이어 2차 관리기준치와 비교하여 그 이하인 경우 다음 단계의 굴착 및 현장 계측을 시행하지만, 2차 관리기준치를 초과하는 경우 공사 중지, 보강 대책 및 설계 변경을 실시하게 된다.
하기 표 3은 붕괴가중지수를 설정한 예를 나타내는 것으로, 붕괴위험등급에 따른 붕괴가중지수를 1(Ⅰ)등급인 경우에 한해서만 1.0보다 작은 값인 0.8이 적용된 것을 알 수 있다. 여기서, 1.0보다 작은 0.8의 붕괴가중지수(β)가 안전계수(α)가 반영된 관리기준치에 곱해지면, 다른 경향에서 적용되는 관리기준치의 80%에 해당하는 값을 통해 붕괴 안전성을 평가하기 때문에, 수평변위가 증가하면서 축력은 감소 혹은 일정하게 유지되는 최악의 공사현장 조건에 대해서는 보다 안정적인 기준에서 붕괴 안전성을 평가할 수 있게 된다. 붕괴위험등급 2 ~ 4(Ⅱ ~ Ⅳ)까지는 붕괴가중지수 β가 1.0으로 적용되고, 이에 수평변위에 대한 관리기준치가 각 공법별 안전계수 α가 반영된 수정된 관리기준치(식(1)의 수평변위 관리기준치) 그대로 적용되어, 안전계수가 반영된 관리기준치가 계측값과 비교된다. 이 경우도 식(2)에 나타낸 바와 같이 관리기준치가 실제 계측 데이터를 사용한 통계 분석을 통해 현장 공법에 맞게 수정된 관리기준치(각 공법별로 안전계수 반영)이므로 자체적으로 붕괴 안전율이 도입된 값이다.
Figure 112010027997245-pat00003
이와 같이 하여, 붕괴가중지수를 고려한 흙막이 공사현장의 안전성을 평가할 수 있는 관리기준치를 하기 표 4 및 표 5로 정리할 수 있다.
Figure 112010027997245-pat00004
Figure 112010027997245-pat00005
표 4에서 알 수 있듯이 흙막이 공법과 상관없이 일률적으로 적용하던 1/200의 수평변위관리기준을 개선하여 대표적인 흙막이 공법별로 관리기준치를 각각 구분하여 설정하게 된다. 최종 적용되는 관리기준치는 국내 다수의 현장 계측 데이터에 근거한 통계 분석을 실시하여 이에 근거한 안전계수 α가 반영된 것이며, 특히 이 안전계수 α와 더불어 붕괴위험등급에 따른 붕괴가중지수 β가 추가로 반영된 것이다. 즉, 안전계수 α가 반영된 관리기준치(1/200 = 0.5%이므로 0.5×α임, 표 4의 1차, 2차 관리기준치임)에 붕괴위험등급에 따른 붕괴가중지수 β가 추가로 반영된 것으로, 여기서 붕괴가중지수 β는 수평변위와 축력과의 상관관계 분석을 통해 도출된 계측 경향을 토대로 붕괴위험등급을 산정하여 그로부터 구해지는 것이다.
표 4의 경우 붕괴위험등급 2 ~ 4등급에 해당하는 것이나, 표 5는 붕괴가중지수 0.8을 적용한 붕괴위험등급 1등급의 관리기준치를 나타낸 것으로, 붕괴위험 가능성이 높은 계측 경향 2의 붕괴위험등급 1등급의 경우 흙막이벽의 종류에 따라 수평변위의 관리기준치가 0.17 ~ 0.33%의 범위가 됨을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 위험등급 1등급에 해당하는 계측 경향이 일정 기간 지속적으로 나타날 경우 붕괴가중지수 0.8을 적용하여 안전계수가 반영된 수정 관리기준치의 80%에 해당하는 관리기준치를 적용하며, 이로써 흙막이 공사현장에서의 붕괴 징후에 대한 실제 현상을 보다 정확히 반영할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법은 절대치관리기법에 근거하여 계측 데이터를 관리기준치와 절대 비교하여 안전성을 평가하는 종래의 안전성 평가 방법을 개선하는데 목적이 있는 것으로, 실제 현장 계측 데이터의 데이터베이스화를 통한 분석방법론적인 관점에서 연구된 것이다. 따라서, 본 발명에서 제시되는 안전계수 α 및 붕괴가중지수 β는 계속된 계측 데이터의 데이터베이스화를 통해 언제든지 더욱 타당한 수치로 수정 보완이 가능하며, 따라서 안전계수 및 붕괴가중지수가 적용된 관리기준치 역시 변경이 가능하다. 즉, 흙막이 공사현장의 붕괴를 사전에 보다 효과적으로 사전 감지 및 예측하기 위하여 실제 붕괴 현장을 포함한 흙막이 공사현장의 계측 데이터가 지속적으로 축적되어 데이터베이스화된다면 더욱 정확한 붕괴 안전성 평가 기준이 도출될 수 있는 것이다.
도 15는 본 발명에 따른 붕괴 안전성 평가를 위하여 안전계수 α와 붕괴가중지수 β의 산정 과정을 나타내는 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 흙막이 공사현장에 구축된 계측 시스템을 통해 붕괴위험도를 예측하기 위한 가장 신뢰성 높은 수평변위 및 축력의 데이터를 취득하고, 이 중 수평변위 데이터를 굴착심도에 따라 정리하여 데이터의 통계 분석을 실시한다. 통계 분석은 데이터의 분포 및 표본 수에 따라 최적의 통계 분석을 선정해야 하는데, 이때 충분한 데이터 표본 수가 얻어지는 데는 다수의 공사현장에서 현장 계측이 이루어져야 하므로, 장기간 계측 데이터가 데이터베이스화되어 축적되기 전에는 t 분포의 확률밀도 함수를 산정하여 유의수준 5%에 해당하는 굴착심도에 따른 최대수평변위량(δhmax)의 비를 1차 관리기준치로, 유의수준 1%에 해당하는 굴착심도에 따른 최대수평변위량(δhmax)의 비를 2차 관리기준치로 설정한다. 이러한 방법으로 각 흙막이 공법별로 1, 2차 관리기준치를 설정하게 되며, 설정된 1, 2차 관리기준치로부터 공법에 상관없이 일률적으로 적용하던 기존의 1/200(0.5%)의 관리기준치와 상기 1, 2차 관리기준치의 비에 해당하는 1, 2차 안전계수 α를 각각 도출할 수 있게 된다. 이와는 별도로 평가 대상이 되는 해당 공사현장에서는 지중경사계와 축력계에 의해 계측된 수평변위와 축력의 데이터 경향을 분석한 뒤 붕괴위험등급을 판정하고, 이때 각 붕괴위험등급에 따라 미리 설정된 붕괴가중지수 β를 구하게 된다. 이어 상기 1, 2차 관리기준치(또는 기존 관리기준치 0.5%×α)와 붕괴가중지수 β를 이용하여 최종 흙막이 공법별 수평변위 관리기준치를 재산정하게 되며, 결국 재산정된 최종 수평변위 관리기준치를 해당 공사현장에서 계측되는 수평변위 데이터와 비교하여 붕괴 안전성을 평가하게 된다. 본 발명에서 계측 데이터의 경향이, 수평변위는 증가하지만 축력은 감소하거나 일정한 경향으로 변화되어 지속되는 붕괴위험등급 1등급의 경우에만 붕괴가중지수 β를 적용할 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 실제 계측 데이터를 기반으로 붕괴가중지수를 이용하는 흙막이 공사현장 안전성 평가 과정을 나타내는 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 현장에서 계측기의 데이터는 데이터 환산 및 보정을 통해 수평변위 및 축력에 해당하는 단위로 취득될 수 있으며, 계측된 데이터를 관리기준치와 비교하여 붕괴 안전성을 평가하게 된다. 1차 관리기준치가 산정되고 나면, 계측된 데이터를 1차 관리기준치와 비교하여, 계측된 데이터가 1차 관리기준치를 초과하지 않는 경우에는 계측 결과를 출력하고 다음 단계 굴착에 따라 계속 현장 계측 관리를 수행한다. 그러나, 계측 데이터가 1차 관리기준치를 초과하는 경우에는 주의 시공이 필요한 상황이며, 이 경우 계측 빈도를 증가시켜 초기 계측보다 정밀하고 세심한 주의를 기울여 계측 관리를 실시한다. 또한 지속적으로 수평변위 및 축력의 계측 경향을 분석하여 붕괴위험등급을 산정하고, 만약 등급 변경이 발생한 경우라면 붕괴가중지수 α를 변경하여 계측 결과에 따라 적절한 관리기준치를 수정, 적용하게 된다. 즉, 1차 관리기준치와 계측 데이터의 비교 시점부터 2차 관리기준치와 계측 데이터의 비교 시점까지 계측 경향이 바뀔 수 있기 때문에 그에 따른 관리기준치의 변동도 능동적으로 반영될 수 있도록 시스템이 구축되는 것이다.
계측 데이터가 2차 관리기준치를 초과한 경우에는 즉시 시스템 점검 및 관리를 수행해야 한다. 2차 관리기준치의 초과는 공사장 붕괴위험성과 직결되기 때문에 계측 시스템에 대한 전체적인 건전성을 평가해야 한다. 계측 데이터를 획득한 시스템에 이상이 없는 것이 확인된 후에는 구조물에 실제 대변위가 발생하였을 수도 있으므로 안전점검을 수행하고, 이상 발생 확인시 정밀 안전진단을 통해 공사 진행 여부, 보강 여부 등과 같은 안전조치 방안을 강구한다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 관리기준치의 보수정 보완을 위해 흙막이 공법별 국내외 계측 자료를 분석하되, 붕괴 징후를 감지함에 있어서 가장 신뢰성 높은 항목인 흙막이벽의 수평변위를 기준으로 하여, 굴착심도에 따른 수평변위 계측 자료를 통계 분석함으로써, 실제 계측 자료를 바탕으로 한 유의수준 5% 및 1%에 해당하는 1, 2차 수평변위 관리기준치를 수정한다.
1차 관리기준치와 2차 관리기준치는 타 공사현장에서 지속적으로 수집되는 흙막이벽의 수평변위 데이터가 축적 및 데이터베이스화됨에 따라 지속적으로 갱신될 수 있다.
또한 수정된 수평변위 관리기준치와 실제 수평변위 계측 결과의 직접적인 비교에 앞서, 대상의 흙막이 공사현장에서 계측된 수평변위와 축력의 상관관계를 분석하여 계측 데이터의 경향에 따른 붕괴위험등급을 설정하고, 안전율 개념의 붕괴가중지수를 붕괴위험등급에 따라 상기 수정된 수평변위 관리기준치에 추가로 반영하여 최종의 수평변위 관리기준치를 산정한다.
또한 상기와 같이 산정된 최종의 수평변위 관리기준치를 실시간 계측되는 흙막이 공사현장의 수평변위와 비교하여 붕괴 안전성 평가를 실시하며, 붕괴 위험상황으로 판정시 경보 시스템(도 1에서 도면부호 22임)을 통해 위험을 경보하는 등 후속 조치가 이루어질 수 있도록 한다.
이와 더불어 상기와 같은 본 발명의 평가 방법을 활용하면서 국내 흙막이 공사현장의 계측 데이터를 지속적으로 데이터베이스화하여 활용하는 경우, 계측 데이터의 실시간 반영 및 관리기준치의 적절한 수정을 통하여 현장 상황과 공법에 맞는 보다 정확한 붕괴 예측 및 감시를 수행할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 흙막이벽 2 : 지보재(스트러트)
10 : 계측 시스템 11 : 계측기
12 : 지중경사계 13 : 축력계
14 : 송수신부 20 : 감시 컴퓨터
21 : 데이터베이스 22 : 경보 시스템
30 : 통합 감시 서버

Claims (13)

  1. 흙막이 공사현장의 현장상태나 흙막이벽이나 지반, 각종 구조물의 상태를 실시간으로 계측하기 위해 설치된 다수의 계측기(11)를 포함하는 계측 시스템(10)과, 상기 각 계측기(11)에 의해 취득되는 계측 데이터를 무선 또는 유선으로 전송하기 위한 송수신부(14)와, 상기 송수신부(14)를 통해 전송되는 각 계측기의 계측 데이터를 데이터베이스(21)에 저장하고 상기 계측 데이터를 기초로 하여 해당 공사현장에 대해 붕괴 안전성 평가를 수행하는 감시 컴퓨터(20)를 포함하여 구성되는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 시스템에 의해 수행되는 방법으로서,
    a) 타 공사현장에서 지중경사계에 의해 계측된 흙막이벽의 수평변위 데이터를 수집 및 축적하여 데이터베이스화하고 축적된 흙막이벽의 수평변위 데이터로부터 흙막이 공법별로 흙막이벽의 수평변위 관리기준치를 산정하는 단계로서,
    상기 수평변위 관리기준치는 타 공사현장에서 흙막이 공법별로 구분하여 수집한 흙막이벽의 수평변위 데이터를 통계 분석하여 각 흙막이 공법별로 1차 관리기준치와 2차 관리기준치로 구분하여 산정하되,
    상기 수평변위 관리기준치는 타 공사현장에서 흙막이 공법별로 구분하여 수집한 흙막이벽의 수평변위 데이터를 통계 분석하여 각 흙막이 공법별로 하기 식(E2) 및 식(E3)에 해당하는 1차 관리기준치와 2차 관리기준치를 산정하는 단계와;
    - E2 : {기존의 수평변위 관리기준치인 1/200(=0.5%)}×1차 안전계수(1 미만 값) = 1차 관리기준치
    - E3 : {기존의 수평변위 관리기준치인 1/200(=0.5%)}×2차 안전계수(1 미만 값) = 2차 관리기준치
    b) 붕괴 안전성 평가 대상이 되는 해당 공사현장에서 각 굴착 단계마다 지중경사계에 의해 계측되는 흙막이벽의 수평변위 데이터와 축력계에 의해 계측되는 지보재의 축력 데이터를 취득하는 단계와;
    c) 상기 해당 공사현장에서 취득된 상기 수평변위 데이터와 축력 데이터의 상관관계를 실시간으로 분석하되, 수평변위와 축력의 상관관계에 따른 경향으로부터 붕괴위험도를 나타내는 붕괴위험등급을 실시간 산정하는 단계와;
    d) 산정된 붕괴위험등급으로부터 붕괴가중지수 β를 산정하는 단계와;
    e) 상기 붕괴가중지수 β를 사용하여 a) 단계에서 산정된 해당 흙막이 공법의 수평변위 관리기준치를 수정하는 단계와;
    f) 상기 b) 단계에서 계측된 수평변위 데이터를 상기 e) 단계의 수정된 수평변위 관리기준치와 비교하여 붕괴 안전성을 판정하는 단계;
    를 포함하는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 e) 단계에서 수정된 수평변위 관리기준치는 상기 a) 단계에서 산정된 수평변위 관리기준치와 상기 d) 단계에서 산정된 붕괴가중지수 β에 의해 하기 식(E1)과 같이 구해지는 것을 특징으로 하는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법.
    E1 : a) 단계의 수평변위 관리기준치 × 붕괴가중지수 β = 수정된 수평변위 관리기준치
  3. 청구항 1에 있어서,
    수평변위 데이터와 축력 데이터의 상관관계에 따라 계측 경향을 하기 A와 같이 구분하여 설정하고, 각 계측 경향별로 붕괴위험등급을 설정한 뒤, 상기 c) 단계에서 취득된 수평변위 데이터와 축력 데이터의 상관관계가 하기 A의 계측 경향 중 어느 하나에 해당함을 판정하여 붕괴위험등급을 산정하는 것을 특징으로 하는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법.
    A) 경향 1 : 수평변위와 축력이 모두 증가하는 경우
    경향 2 : 수평변위는 증가하지만 축력은 감소 혹은 일정한 경우
    경향 3 : 수평변위는 감소 혹은 일정하지만 축력은 증가하는 경우
    경향 4 : 수평변위와 축력이 모두 감소 혹은 일정한 경우
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 설정된 A의 계측 경향 중 경향 2는 붕괴위험도가 가장 높은 붕괴위험등급 1등급으로, 경향 1은 경향 2에 비해 붕괴위험도가 낮은 붕괴위험등급 2등급으로, 경향 3은 경향 1에 비해 붕괴위험도가 낮은 붕괴위험등급 3등급으로, 경향 4는 붕괴위험도가 가장 낮은 붕괴위험등급 4등급으로 설정하는 것을 특징으로 하는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    각 계측 경향 및 붕괴위험등급에 따라 붕괴가중지수를 미리 설정한 뒤, d) 단계에서 산정된 붕괴위험등급에 해당하는 붕괴가중지수를 산정하되, 상기 경향 2의 붕괴위험등급의 경우 붕괴가중지수를 1 미만으로 설정하는 것을 특징으로 하는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 경향 2의 붕괴위험등급의 경우 붕괴가중지수를 0.8로 설정하는 것을 특징으로 하는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법.
  7. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    각 계측 경향 및 붕괴위험등급에 따라 붕괴가중지수를 미리 설정한 뒤, d) 단계에서 산정된 붕괴위험등급에 해당하는 붕괴가중지수를 산정하되, 상기 경향 1, 경향 3, 경향 4의 붕괴위험등급의 경우 붕괴가중지수를 1로 설정하는 것을 특징으로 하는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 관리기준치와 2차 관리기준치는 타 공사현장에서 지속적으로 수집되는 흙막이벽의 수평변위 데이터가 축적 및 데이터베이스화됨에 따라 지속적으로 갱신되는 것을 특징으로 하는 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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