KR101171040B1 - 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법 - Google Patents

긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법 Download PDF

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Abstract

H-빔 엄지말뚝과 버팀보를 미리 조립하여 굴착과 함께 지중에 흙막이 구조를 형성하는 조립식 간이 흙막이 구조에 있어서, H-빔 엄지말뚝 최하단부에 고정쐐기 파일(Wedge Pile)을 근입시킴으로써 H-빔 엄지말뚝의 최하단부가 토압에 의하여 굴착구간 쪽으로 슬라이딩 변형이 일어나는 것을 방지할 수 있는, 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조 및 그 시공 방법이 제공된다.

Description

긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법 {PRE-FABRICATED EARTH RETAINING WALL STRUCTURE CONSTRUCTING METHOD USING PRESTRESSED TENDON}
본 발명은 조립식 간이 흙막이에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 상/하수도관, 통신/전력구, 가스관 등의 시설물의 지하매설 공사에 수반되는 조립식 간이 흙막이 구조로서, 지하구조물을 시공하기 위한 터파기 현장에서 흙벽의 붕괴를 방지하기 위하여 설치하였다가 지하구조물의 공사 완료 후에 제거하는, 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 흙막이(토류 가시설)는 지하구조물을 건설할 때, 지반이 붕괴되는 것을 막기 위하여 굴착된 지하공간에 설치되는 임시 구조물로서, 토목의 경우에는 지하철 건설 등에 많이 사용되고 있으며, 건축의 경우에는 빌딩의 지하층 건설에 주로 사용되고 있다.
그러나 현재의 흙막이 공법은 다수의 버팀보(Strut)가 사용되어 비경제적이며 작업 공간 확보가 어려울 뿐만 아니라, 구조적으로도 비효율적이기 때문에 주변지반이 침하될 우려가 있다. 하지만 대부분의 현장에서는 아직까지 재래식 공법으로 시공을 하고 있으며, 현장의 공법 개선에 대한 요구가 계속적으로 이어지고 있다.
종래의 흙막이 공법의 경우, 엄지말뚝(H-Pile)을 일정 간격으로 현장에 설치하고, 굴착과 동시에 토류판을 사이에 끼워 흙막이 벽을 설치한 후, 버팀보를 설치하여 흙막이 벽을 지지하는 방법으로 흙막이 공사를 한다.
한편, 엄지말뚝 흙막이 공법이란 개착식 흙막이 공법의 일종으로서, 일정 간격으로 엄지말뚝(H-Pile)을 항타하거나 천공 후 삽입하는 방식에 의해 근입하고, 터파기를 진행하면서 토류판, 시트파일(Sheet Pile) 등의 흙막이 부재를 엄지말뚝 사이에 끼워 넣어 벽체를 형성하는 공법을 말하며, 엄지말뚝 수평널 말뚝(H-Pile + 토류벽) 공법, 강널말뚝(Sheet Pile) 공법, 주열식 지중벽(Soil Cement Wall) 공법, 주열식 현장타설 말뚝(Cast-In Placed Pile: CIP) 공법, 조립식 간이 흙막이 공법(SK 판넬 공법) 등이 시공 조건에 따라 다양하게 이용된다.
종래의 기술에 따른 엄지말뚝 흙막이 공법은, 고심도의 터파기 공사를 수행하는 경우, H-빔 엄지말뚝만으로는 배후토사의 토압에 저항할 수 없으므로, 이를 보강하기 위하여 많은 수의 버팀보를 사용해야 하는데, 이러한 방식은 비경제적일 뿐만 아니라, 작업공간의 확보를 어렵게 하고, 구조적으로 비효율적이므로 주변지반 침하의 우려가 있다. 또한, 종래의 공법에 의한 흙막이 구조물은 강성체로서 토류벽 역할을 할 수는 있으나, 상부두부 변위가 상대적으로 크게 발생하므로 배면부 지반의 이완이 크게 발생할 수 있다.
한편, SK 패널 공법으로 불리는 조립식 간이 흙막이 공법은 특별히 설계 제작된 기둥과 패널로 공사현장에서 신속하게 조립하고, 연속적으로 굴토작업이 가능한 공법이지만, 공사 현장에 맞게 특수 제작된 기재를 각각 조립해야 하므로 조립시 상당한 숙련도가 요구되며, 또한 각 부재가 상당한 무게를 갖고 있으므로 시공 작업이 쉽지 않으며, 굴착 폭이 달라질 경우에 지지대를 교체해야 하는 등 자재의 소요가 많아 경제적이지 못하고, 또한, 설치 및 해체가 엄지말뚝 공법보다는 빠르지만, 각 부재마다 설치와 해체를 반복적으로 해야 하므로 전용성(轉用性)이 낮다는 문제점이 있다.
한편, 관련 기술로서, 대한민국 등록실용신안번호 제20-0389267호에는 "박스형 흙막이 장치"라는 명칭의 고안이 개시되어 있는데, 이러한 박스형 흙막이 장치는, 박스형으로 조립된 구조물을 토굴을 파내면서 지그재그방식으로 삽입하여 토굴의 측벽을 지지할 수 있도록 구성함으로써 빠른 시간 안에 최소의 인원으로 배관 공사 등을 실시할 수 있는 동시에 소음 발생 등을 최소화하면서도 안전하고 간편하게 공사를 시행할 수 있고, 복잡한 시가지 또는 좁은 골목 등과 같이 작업공간이 협소한 작업환경에서도 용이한 작업을 가능하게 한다.
하지만, 전술한 박스형 흙막이 장치의 경우, 복수의 버팀보(Strut)를 연결하여 사용하기 때문에 시공성이 떨어진다는 문제점이 있다.
1) 대한민국 등록실용신안번호 제20-0389267호(출원일: 2005년 4월 14일), 고안의 명칭: "박스형 흙막이 장치" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-1034260호(출원일: 2008년 9월 11일), 발명의 명칭: "장경간프리스트레스 토류판넬과 띠장으로 지지되는 흙막이가시설장치 및 이의 시공방법" 3) 대한민국 등록특허번호 제10-956095호(출원일: 2008년1월9일), 발명의 명칭: "프리스트레스를 도입한 엄지말뚝 및 이를 이용한 2열 엄지말뚝 흙막이 공법" 4) 대한민국 등록특허번호 제10-0568988호(출원일: 2003년 11월 27일), 발명의 명칭: "슬라이드 판넬을 이용한 흙막이 벽체의 구조 및 그 설치공법" 5) 대한민국 공개특허번호 제2004-0051182호(공개일: 2004년 6월 18일), 발명의 명칭: "프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법 및 그 파일"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, H-빔 엄지말뚝과 버팀보를 미리 조립하여 굴착과 함께 지중에 흙막이 구조를 형성하는 조립식 간이 흙막이 구조에 있어서, H-빔 엄지말뚝 최하단부에 고정쐐기 파일(Wedge Pile)을 근입시킴으로써 H-빔 엄지말뚝의 최하단부가 토압에 의하여 굴착구간 쪽으로 슬라이딩 변형이 일어나는 것을 방지하는, 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 엄지말뚝을 따라서 직선형의 긴장재가 배치되며, 별도의 받침대 없이 긴장력을 엄지말뚝에 직접 전달할 수 있는, 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
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본 발명에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법은, 상/하수도관, 통신/전력구, 가스관 등의 시설물의 지하매설 공사에 수반되는 조립식 간이 흙막이 시공 방법에 있어서, a) H-빔 엄지말뚝, 상단 정착 브라켓, 하단 정착 브라켓, 최상단 버팀보 및 하단 임시 버팀보가 조립된 상태로 제공되는 조립식 간이 흙막이를 굴착면을 따라 형성된 줄파기 부위에 설치하는 단계; b) 굴착면을 따라 1단 굴착을 수행하고, 상기 조립식 간이 흙막이를 상기 1단 굴착면에 근입 설치하고, 흙막이 판넬을 상기 H-빔 엄지말뚝들 사이에 삽입 및 고정시키는 단계; c) 굴착저면까지 굴착을 완료하고, 상기 조립식 간이 흙막이 근입을 완료하고, 상기 흙막이 판넬의 설치를 완료하는 단계; d) 상기 굴착저면에 고정쐐기 파일(Wedge Pile)을 근입시키는 단계; e) 상기 H-빔 엄지말뚝의 길이방향을 따라 각각 긴장재인 강봉을 긴장 및 정착시키는 단계; f) 상기 굴착저면에 배치된 상기 하단 임시 버팀보를 해체하는 단계; g) 시설물을 상기 굴착저면에 설치 및 시공하는 단계; h) 상기 굴착저면에 근입된 상기 고정쐐기 파일을 인발하고, 상기 시설물이 덮일 수 있는 소정 높이까지 토사 되메움 작업을 수행하는 단계; i) 상기 H-빔 엄지말뚝의 길이 방향을 따라 배치된 상기 강봉의 긴장력을 해제하고, 상기 조립식 간이 흙막이 및 상기 흙막이 판넬을 인발하는 단계; 및 j) 상기 조립식 간이 흙막이 및 상기 흙막이 판넬의 인발이 완료되면, 노면높이까지 토사 되메움을 완료한 후, 노면을 복구하는 단계를 포함하며,
상기 상단 정착 브라켓(130a)은 메인 강봉 관통홀 및 추가 긴장력 도입용 강봉 관통홀이 상하로 다수 형성된 폐쇄된 사각박스체로서 상부판은 수평면으로 형성되고, 배면판의 상하연장길이가 전면판의 상하 연장길이보다 더 길게 연장 형성되어 하단부가 쐐기형상으로 형성되고, 상기 배면판과 전면판의 폭은 H-빔 엄지말뚝의 측면 폭보다 크게 형성되도록 하고, 상기 상부판에 형성된 강봉 관통홀들은 원형으로 형성되고, 쐐기 형상의 하단부로 형성된 하부판에 형성된 관통홀들은 사각형으로 형성되도록 하며,
상기 하단 정착 브라켓(140a)은 하부판에 메인 강봉 관통홀 및 추가 긴장력 도입용 강봉 관통홀이 다수 형성된 상면이 개방된 사각박스체로서 하부판은 수평면으로 형성되고, 배면판의 상하연장길이가 전면판의 상하 연장길이보다 더 길게 연장 형성되어 상단부가 쐐기형상으로 형성되고, 상기 배면판과 전면판의 폭은 H-빔 엄지말뚝의 측면 폭보다 크게 형성되도록 하고, 상기 하부판에 형성된 관통홀들은 원형으로 형성되도록 하며,
상기 상단 정착 브라켓과 하단 정착 브라켓(130a,140a)의 전면판에 최상단 버팀보(120a)와 하단 임시 버팀보(120b)의 단부면이 접하도록 설치하는 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법.
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여기서, 상기 b) 단계의 흙막이 판넬은 좌측 굴착면을 따라 배열된 H-빔 엄지말뚝들 사이 및 우측 굴착면을 따라 배열된 H-빔 엄지말뚝들 사이에 삽입 및 고정시킬 수 있다.
여기서, 상기 d) 단계의 고정쐐기 파일은 상기 하단 정착 브라켓 하부의 굴착저면에 근입되어 최하단부가 토압에 의해 밀리는 흙막이 변위를 방지할 수 있다.
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본 발명에 따르면, H-빔 엄지말뚝과 버팀보를 미리 조립하여 굴착과 함께 지중에 흙막이 구조를 형성하는 조립식 간이 흙막이 구조에 있어서, H-빔 엄지말뚝 최하단부에 고정쐐기 파일(Wedge Pile)을 근입시킴으로써 H-빔 엄지말뚝의 최하단부가 토압에 의하여 굴착구간 쪽으로 슬라이딩 변형이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 엄지말뚝을 따라서 직선형의 긴장재가 배치되며, 별도의 받침대 없이 긴장력을 엄지말뚝에 직접 전달할 수 있다.
본 발명에 따르면, 엄지말뚝의 압축 측에 콘크리트를 채움으로써 편심거리를 증가시키고, 이에 따라 토압에 저항하는 저항휨 모멘트를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서 판넬 연결을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조의 수직단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서 상단 정착 브라켓 부분을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이에서 강봉의 긴장 및 정착을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6j는 각각 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법을 예시하는 수직단면도들이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조의 일측을 예시하는 수직단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 엄지말뚝 H-빔의 압축 측 콘크리트 보강 전 및 보강 후의 강봉 긴장에 의한 저항휨 모멘트를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서, 엄지말뚝 H-빔의 압축 측에 콘크리트를 보강하는 것을 예시하는 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 B-B 라인을 절개선으로 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일반적으로, 흙막이 구조를 설계할 때 굴착심도 2m까지는 별도의 흙막이 없이 터파기를 하고, 굴착심도 2~5m 정도까지는 조립식 간이 흙막이를 사용하며, 굴착심도 5m 이상은 엄지말뚝(H-Pile) + 토류판 형식을 사용할 수 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조 및 그 시공 방법은, 상/하수도관, 통신/전력구, 가스관 등 시설물의 지하매설 공사에 사용할 수 있고, 예를 들면, 굴착심도 2~5m 정도에 적용될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서 판넬 연결을 설명하기 위한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조는, H-빔 엄지말뚝(110a, 110b), 최상단 버팀보(120a), 하단 임시 버팀보(120b), 상단 정착 브라켓(130a, 130b), 하단 정착 브라켓(140a, 140b), 긴장재(150a, 150) 및 고정쐐기 파일(160a, 160b)을 포함할 수 있고, 상/하수도관, 통신/전력구, 가스관 등의 지중 구조물이나 시설물의 지하매설 공사를 위한 흙막이 구조로서, 비교적 굴착심도가 5.0m 이하로 얕은 구간에 적용할 수 있다.
상기 조립식 간이 흙막이는, H-빔 엄지말뚝(110a, 110b), 최상단 버팀보(120a), 하단 임시 버팀보(120b), 상단 정착 브라켓(130a, 130b) 및 하단 정착 브라켓(140a, 140b)이 조립된 상태로 제공된다.
이때 상기 상단 정착 브라켓(130a)은 메인 강봉 관통홀 및 추가 긴장력 도입용 강봉 관통홀이 상하로 다수 형성된 폐쇄된 사각박스체로서 상부판은 수평면으로 형성되고, 배면판의 상하연장길이가 전면판의 상하 연장길이보다 더 길게 연장 형성되어 하단부가 쐐기형상으로 형성되고, 상기 배면판과 전면판의 폭은 H-빔 엄지말뚝의 측면 폭보다 크게 형성되도록 하고, 상기 상부판에 형성된 강봉 관통홀들은 원형으로 형성되고, 쐐기 형상의 하단부로 형성된 하부판에 형성된 관통홀들은 사각형으로 형성되도록 하며,
상기 하단 정착 브라켓(140a)은 하부판에 메인 강봉 관통홀 및 추가 긴장력 도입용 강봉 관통홀이 다수 형성된 상면이 개방된 사각박스체로서 하부판은 수평면으로 형성되고, 배면판의 상하연장길이가 전면판의 상하 연장길이보다 더 길게 연장 형성되어 상단부가 쐐기형상으로 형성되고, 상기 배면판과 전면판의 폭은 H-빔 엄지말뚝의 측면 폭보다 크게 형성되도록 하고, 상기 하부판에 형성된 관통홀들은 원형으로 형성되도록 한다.
즉, 비교적 굴착심도가 얕은 구간을 굴착하기 위하여 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b)과 흙막이 판넬(180a)을 미리 조립하여 굴착을 진행시킬 수 있는 조립식 간이 흙막이로서, H-빔 엄지말뚝(110a, 110b), 최상단 버팀보(120a) 및 하단 임시 버팀보(120b)를 미리 조립하여 굴착과 함께 지중에 흙막이 구조를 형성한다.
구체적으로, 상기 조립식 간이 흙막이는 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b), 상단 정착 브라켓(130a, 130b), 하단 정착 브라켓(140a, 140b), 최상단 버팀보(120a) 및 하단 임시 버팀보(120b)가 조립된 상태로 제공된다. 또한, 상기 최상단 버팀보(120a)는 제1 스크류 잭(Screw Jack: 170a)을 사용하여 좌측의 상단 정착 브라켓(130a)에 연결되고, 상기 하단 임시 버팀보(120a)는 제2 스크류 잭(170b)을 사용하여 우측의 하단 정착 브라켓(140b)에 연결될 수 있다.
이로서 상기 상단 정착 브라켓과 하단 정착 브라켓(130a,140a)의 전면판에 최상단 버팀보(120a)와 하단 임시 버팀보(120b)의 단부면이 접하도록 설치함을 알 수 있다.
또한, 상기 조립식 간이 흙막이 구조를 지중에 형성시킨 후, 흙막이 판넬(180a, 180b, 180c)을 좌측 굴착면을 따라 배열된 H-빔 엄지말뚝들 사이 및 우측 굴착면을 따라 배열된 H-빔 엄지말뚝들 사이에 삽입 및 고정시킨다. 즉, 상기 흙막이 판넬(180a, 180b, 180c)은 좌측 및 우측 사이의 H-빔 엄지말뚝(130a, 130b) 사이에 설치되는 것이 아니라, 각각의 좌측 및 우측 굴착면을 따라 배열된 H-빔 엄지말뚝들 사이에 설치된다. 이때, 상기 흙막이 판넬(180a, 180b, 180c)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 판넬(180a), 제1 프레임 판넬(180b) 및 제2 프레임 판넬(180c)로 구분할 수 있으며, 토류판, 철제 판넬 또는 플라스틱 판넬일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
또한, 상기 조립식 간이 흙막이의 H-빔 엄지말뚝(130a, 130b)의 하단부는 지중에 근입될 수 없는 구조이기 때문에, 이로 인하여 상기 H-빔 엄지말뚝(130a, 130b)의 최하단부가 토압에 의하여 굴착구간 쪽으로 슬라이딩 변형이 일어나게 되는데, 이를 방지하기 위하여 상기 H-빔 엄지말뚝(130a, 130b)의 하단부에 고정쐐기 파일(160a, 160b)을 근입시킴으로써, 상기 조립식 간이 흙막이가 토압에 의하여 변형되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 상기 고정쐐기 파일(160a, 160b)에는 각각 고정쐐기 파일 인발용 홀(161a)이 형성되어 있으므로, 시공이 완료된 후 상기 고정쐐기 파일(160a, 160b)을 용이하게 인발할 수 있다.
또한, 굴착이 완료된 후 H-빔 엄지말뚝(130a, 130b)을 따라서 긴장재(150a, 150b)를 설치하여 긴장 및 정착시킴으로서 토압에 저항할 수 있게 한다. 이때, 상기 긴장재(150a, 150b)는 상기 H-빔 엄지말뚝(110a)의 길이 방향으로 직선형으로 배치되며, 별도의 전달재 없이도 상기 긴장재(150a, 150b)의 긴장 및 정착에 의한 프리스트레스를 직접적으로 상기 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b)에 작용시킬 수 있다. 여기서, 상기 긴장재(150a)는 강봉 또는 강선일 수도 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
또한, 상기 H-빔 엄지말뚝(130a, 130b)의 길이 방향으로 설치된 강봉(150a, 150b)을 긴장 및 정착시킴으로써, 토압에 저항할 수 있게 한 후에 상기 조립식 간이 흙막이의 하단 임시 버팀보(120b)를 해체 및 제거한다.
또한, 굴착개소에 지중시설물(상/하수도관 또는 가스관, 전력구 등의 지중에 매설되는 시설물)을 설치한 후 토사를 되메움하면서 상기 조립식 간이 흙막이를 인발할 때 상기 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b)의 길이 방향을 따라 설치된 상기 강봉(150a, 150b)의 긴장력을 먼저 해제한다.
한편, 굴착 완료 후에 상기 조립식 간이 흙막이에 토압의 증가 등으로 상기 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b)에 추가로 긴장력을 도입할 수 있도록 상기 상단 정착 브라켓(130a, 130b)에 별도의 강봉을 추가로 배치할 수 있다.
예를 들면, 상기 강봉(150a, 150b)을 정착시키는 상단 및 하단 브라켓(130a, 140a)에는 흙막이 시공 중 예상하지 못한 토압이 작용하거나 또는 강봉(150a, 150b)에 작용하는 하중이 저하되거나 또는 상기 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b)의 변형이 발생하였을 경우, 용이하게 추가로 긴장력을 도입할 수 있게 함으로써, 흙막이 시공중에 상기 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b)에 대한 유지보수가 가능하게 할 수 있다. 다시 말하면, 강봉(150a, 150b)을 이용하여 긴장력을 도입하는 엄지말뚝 흙막이 구성에 있어서, 흙막이 시공중에 토압 등의 하중이 증가하거나, 긴장재인 강봉(150a, 150b)이 파손되거나, 또는 도입 긴장력 저하로 인해 초기 긴장력이 저하되었을 때, 상기 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b)에 문제가 발생하게 되고, 이에 대응하여 굴착 주변의 붕괴 등 엄청난 재난이 발생할 수 있는데, 이러한 문제를 방지하기 위하여 별도로 상기 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b)에 대한 유지보수용 추가 긴장력을 도입할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서, 상기 상단 정착 브라켓(130a, 130b)에는 메인 강봉 관통홀 및 추가 긴장력 도입용 강봉 관통홀이 형성될 수 있고, 각각 상기 강봉(150a, 150b)이 메인 강봉 관통홀을 동시에 관통하여 긴장 및 정착될 수 있고, 또한, 상기 강봉이 추가 긴장력 도입용 강봉 관통홀을 관통하여 추가적으로 긴장 및 정착될 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조의 수직단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서 상단 정착 브라켓 부분을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서, 강봉 정착 장치인 상단 정착 브라켓(130a)이 H-빔 엄지말뚝(110a)에 연결되어 설치될 수 있고, 이때, 상기 상단 정착 브라켓(130a)은 스크류 잭(170a)을 통해 최상단 버팀보(120a)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 최상단 버팀보(120a)의 일측에 스크류 잭(170a)을 형성함으로써 양측에 형성된 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b) 사이를 지지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서 상단 정착 브라켓(130a)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 H-빔 엄지말뚝(110a)에 부착될 수 있고, 또한, 최상단 버팀보(120a)가 상기 상단 정착 브라켓(130a)에 도 3에 도시된 스크류 잭(170a)을 통해 연결되지 않고 직접 부착될 수도 있다.
한편, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서 강봉의 긴장 및 정착을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조는, 도 5a에 도시된 바와 같이, H-빔 엄지말뚝의 높이(h)에 대응하여 토압이 작용하게 되는데, 이때, H-빔 엄지말뚝에 정착 브라켓 및 강봉을 설치하여 긴장력을 도입하게 되며, 상기 H-빔 엄지말뚝 및 강봉 사이의 편심거리는 e가 되고, 이때 강봉 긴장력은 P가 된다. 이에 따라 저항 휨 모멘트 M = P X e가 상기 H-빔 엄지말뚝에 작용하게 된다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서, 강봉 긴장 및 정착에 의해 엄지말뚝에 작용하는 저항휨 모멘트(-M 저항)는 토압에 의해 상기 H-빔 엄지말뚝에 작용하는 휨 모멘트(+M 토압)보다 커야 하는 것을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조 및 그 시공 방법에 따르면, H-빔 엄지말뚝과 버팀보를 미리 조립하여 굴착과 함께 지중에 흙막이 구조를 형성하는 조립식 간이 흙막이 구조에 있어서, H-빔 엄지말뚝 최하단부에 고정쐐기 파일(Wedge Pile)을 근입시킴으로써 H-빔 엄지말뚝의 최하단부가 토압에 의하여 굴착구간 쪽으로 슬라이딩 변형이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 엄지말뚝을 따라서 직선형의 긴장재가 배치되며, 별도의 받침대 없이 긴장력을 엄지말뚝에 직접 전달할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 6a 내지 도 6j는 각각 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법을 예시하는 수직단면도들이다.
도 6a 내지 도 6j를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법은, 먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 굴착면을 따라 노면(200a)의 줄파기를 수행하고, 상기 줄파기 부위에 조립식 간이 흙막이를 설치한다. 이때, 상기 조립식 간이 흙막이는 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b), 상단 정착 브라켓(130a, 130b), 하단 정착 브라켓(140a, 140b), 최상단 버팀보(120a) 및 하단 임시 버팀보(120b)가 조립된 상태로 제공된다. 또한, 상기 최상단 버팀보(120a)는 제1 스크류 잭(Screw Jack: 170a)을 사용하여 좌측의 상단 정착 브라켓(130a)에 연결되고, 상기 하단 임시 버팀보(120a)는 제2 스크류 잭(170b)을 사용하여 우측의 하단 정착 브라켓(140b)에 연결될 수 있다.
다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 굴착면을 따라 1단 굴착을 수행하고, 상기 조립식 간이 흙막이를 상기 1단 굴착면에 근입 설치하고, 흙막이 판넬(180a)을 좌측 굴착면을 따라 배열된 H-빔 엄지말뚝들 사이 및 우측 굴착면을 따라 배열된 H-빔 엄지말뚝들 사이에 삽입 및 고정시킨다. 즉, 상기 흙막이 판넬(180a)은 좌측 및 우측 사이의 H-빔 엄지말뚝(130a, 130b) 사이에 설치되는 것이 아니라, 각각의 좌측 및 우측 굴착면을 따라 배열된 H-빔 엄지말뚝들 사이에 삽입 및 고정시킨다. 이때, 상기 흙막이 판넬은 토류판, 철제 판넬 또는 플라스틱 판넬일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 굴착저면까지 굴착을 완료하고, 상기 조립식 간이 흙막이 근입을 완료하고, 상기 흙막이 판넬의 설치를 완료한다.
다음으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 굴착저면에 고정쐐기 파일(Wedge Pile: 160a, 160b)을 근입시킨다. 즉, 굴착저면에서 최하단부가 토압에 의해 밀리는 흙막이 변위를 방지하도록 상기 하단 정착 브라켓(140a, 140b) 하부에서 고정쐐기 파일(160a, 160b)을 근입시킨다.
다음으로, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b)의 길이방향을 따라 각각 긴장재인 강봉(150a, 150)을 긴장 및 정착시킨다.
다음으로, 도 6f에 도시된 바와 같이, 굴착저면에 배치된 상기 하단 임시 버팀보(120b)를 해체한다. 구체적으로, 상기 하단 임시 버팀보(120b)에 연결된 스크류 잭(170b)을 해제(Release)한 후, 상기 하단 임시 버팀보(120b)를 해체 및 제거한다.
즉, 상기 H-빔 엄지말뚝(110a, 110b)이 각각 긴장재인 강봉(150a, 150b)에 의해 프리스트레스(긴장력)가 도입되어 긴장된 상태이므로, 상기 하단 임시 버팀보(120b)를 해체하여 제거하게 된다.
다음으로, 도 6g에 도시된 바와 같이, 상/하수도관, 통신/전력구, 가스관 등의 시설물(300)을 상기 굴착저면에 설치 및 시공한다.
다음으로, 도 6h에 도시된 바와 같이, 굴착저면에 근입된 상기 고정쐐기 파일(160a, 160b)을 인발하고, 상기 시설물(300)이 덮일 수 있는 소정 높이까지 토사 되메움 작업을 수행한다. 이때, 전술한 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 고정쐐기 파일(160a, 160b)에는 각각 고정쐐기 파일 인발용 홀(161a)이 형성되어 있으므로, 상기 고정쐐기 파일(160a, 160b)을 용이하게 인발할 수 있다.
다음으로, 도 6i에 도시된 바와 같이, 상기 H-빔 엄지말뚝(110a)의 길이 방향을 따라 배치된 상기 강봉(150a, 150b)의 긴장력을 해제하고, 상기 조립식 간이 흙막이 및 상기 흙막이 판넬을 인발한다.
다음으로, 도 6j에 도시된 바와 같이, 상기 조립식 간이 흙막이 및 상기 흙막이 판넬의 인발이 완료되면, 노면(200a) 높이까지 토사 되메움을 완료한 후, 후속적으로 노면(200a)을 복구한다.
한편, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서 엄지말뚝 H-빔의 압축 측에 콘크리트를 보강하여 저항휨 모멘트를 증가시킬 수 있는 것을 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조의 일측을 예시하는 수직단면도이고, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 엄지말뚝 H-빔의 압축 측 콘크리트 보강 전 및 보강 후의 강봉 긴장에 의한 저항휨 모멘트를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조는, 노면(200a)의 소정 깊이까지 H-빔 엄지말뚝(110a)이 관입된 상태이고, 상기 H-빔 엄지말뚝(110a)에 정착 브라켓(130a, 140a)이 부착되고, 상기 정착 브라켓(130a, 140a)을 관통하여 강봉(150a)이 긴장 및 정착된다. 또한, 상기 최상단 버팀보(120a)는 스크류 잭(170a)을 통해 상기 상단 정착 브라켓(130a)에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조는, 흙막이 엄지말뚝으로 사용하는 H-빔(110a)의 압축 측, 즉, 굴착면에 접하는 부분의 일부 구간에 콘크리트를 채우도록 구성할 수 있다.
H-빔 엄지말뚝(110a)의 압축 측에 채워진 콘크리트가 H-빔과 합성되어 상기 H-빔 엄지말뚝(110a)의 강성을 증가시키면서 상기 H-빔 엄지말뚝(110a)의 압축 측의 강도를 증가시켜 보다 효율적으로 토압에 저항하도록 구성할 수 있다.
도 8a는 압축 측 콘크리트 보강 전의 강봉 긴장에 의한 저항휨 모멘트를 나타내며, 콘크리트가 타설되지 않은 H-빔 엄지말뚝(110a)과 강봉(150a) 사이의 편심거리를 e1, 강봉 긴장력을 P1이라고 하면, 이때의 강봉 긴장 정착에 의하여 엄지말뚝(110a)에 작용하는 저항휨 모멘트는 M1 = P1 X e1이 된다.
도 8b는 압축 측 콘크리트 보강 후의 편심거리 증가에 따라 저항휨 모멘트가 증가한 것을 나타내며, 콘크리트(190a)가 타설된 H-빔 엄지말뚝(110a)과 강봉(150a) 사이의 편심거리를 e2, 강봉 긴장력을 P2라고 하면, 이때의 강봉 긴장 정착에 의하여 엄지말뚝(110a)에 작용하는 저항휨 모멘트는 M2 = P2 X e2가 된다.
여기서, 상기 H-빔 엄지말뚝(110a)과 강봉(150a) 사이의 편심거리 e1에서 e2로 증가하게 되면, 편심 효율이 증가되고, 이에 따라 토압에 저항하는 저항휨 모멘트 (M2 = P2 X e2) > (M1 = P1 X e1)가 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서, 엄지말뚝 H-빔의 압축 측에 콘크리트를 보강하는 것을 예시하는 단면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 B-B 라인을 절개선으로 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조에서, H-빔 엄지말뚝(110a)의 압축 측에 콘크리트(190a)를 보강할 수 있고, 이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 콘크리트 채움용 철판(191a)을 사용하여 콘크리트(190a)를 채울 수 있으며, 상기 H-빔 엄지말뚝(110a)과 상기 콘크리트(190a)의 상호 일체화를 위해 연결재(192a)가 사용될 수 있다.
다사 말하면, 상기 H-빔 엄지말뚝(110a)의 압축 측에 콘크리트(190a)를 타설하여 상기 H-빔 엄지말뚝(110a)과 합성시키고, 이로 인하여 강봉(150a)과 H-빔 엄지말뚝(110a) 간의 편심거리(e)를 증가시켜 상기 강봉(150a)에 도입하고, 이에 따라 프리스트레스 휨모멘트 효과를 증가시킴으로써, 토압에 보다 효과적으로 저항할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 구조 및 그 시공 방법에 따르면, 엄지말뚝의 압축 측에 콘크리트를 채움으로써 편심거리를 증가시키고, 이에 따라 토압에 저항하는 저항휨 모멘트를 증가시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110a, 110b: H-빔 엄지말뚝(H-Pile)
120a: 최상단 버팀보(Strut)
120b: 하단 임시 버팀보
130a, 130b: (강봉 정착용) 상단 정착 브라켓
140a, 140b: (강봉 정착용) 하단 정착 브라켓
150a, 150b: 긴장재(강봉/강선)
160a, 160b: 고정쐐기 파일(Wedge Pile)
170a, 170b: 스크류 잭(Screw Jack)
180a: 흙막이 판넬
180b, 180c: 프레임 판넬
190a: 콘크리트
191a: 콘크리트 채움용 철판
192a: 연결재
200a: 노면(또는 지반)
300: 시설물

Claims (13)

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  9. 상/하수도관, 통신/전력구, 가스관 등의 시설물의 지하매설 공사에 수반되는 조립식 간이 흙막이 시공 방법에 있어서, a) H-빔 엄지말뚝, 상단 정착 브라켓, 하단 정착 브라켓, 최상단 버팀보 및 하단 임시 버팀보가 조립된 상태로 제공되는 조립식 간이 흙막이를 굴착면을 따라 형성된 줄파기 부위에 설치하는 단계; b) 굴착면을 따라 1단 굴착을 수행하고, 상기 조립식 간이 흙막이를 상기 1단 굴착면에 근입 설치하고, 흙막이 판넬을 상기 H-빔 엄지말뚝들 사이에 삽입 및 고정시키는 단계; c) 굴착저면까지 굴착을 완료하고, 상기 조립식 간이 흙막이 근입을 완료하고, 상기 흙막이 판넬의 설치를 완료하는 단계; d) 상기 굴착저면에 고정쐐기 파일(Wedge Pile)을 근입시키는 단계; e) 상기 H-빔 엄지말뚝의 길이방향을 따라 각각 긴장재인 강봉을 긴장 및 정착시키는 단계; f) 상기 굴착저면에 배치된 상기 하단 임시 버팀보를 해체하는 단계; g) 시설물을 상기 굴착저면에 설치 및 시공하는 단계; h) 상기 굴착저면에 근입된 상기 고정쐐기 파일을 인발하고, 상기 시설물이 덮일 수 있는 소정 높이까지 토사 되메움 작업을 수행하는 단계; i) 상기 H-빔 엄지말뚝의 길이 방향을 따라 배치된 상기 강봉의 긴장력을 해제하고, 상기 조립식 간이 흙막이 및 상기 흙막이 판넬을 인발하는 단계; 및 j) 상기 조립식 간이 흙막이 및 상기 흙막이 판넬의 인발이 완료되면, 노면높이까지 토사 되메움을 완료한 후, 노면을 복구하는 단계를 포함하며,
    상기 상단 정착 브라켓(130a)은 메인 강봉 관통홀 및 추가 긴장력 도입용 강봉 관통홀이 상하로 다수 형성된 폐쇄된 사각박스체로서 상부판은 수평면으로 형성되고, 배면판의 상하연장길이가 전면판의 상하 연장길이보다 더 길게 연장 형성되어 하단부가 쐐기형상으로 형성되고, 상기 배면판과 전면판의 폭은 H-빔 엄지말뚝의 측면 폭보다 크게 형성되도록 하고, 상기 상부판에 형성된 강봉 관통홀들은 원형으로 형성되고, 쐐기 형상의 하단부로 형성된 하부판에 형성된 관통홀들은 사각형으로 형성되도록 하며,
    상기 하단 정착 브라켓(140a)은 하부판에 메인 강봉 관통홀 및 추가 긴장력 도입용 강봉 관통홀이 다수 형성된 상면이 개방된 사각박스체로서 하부판은 수평면으로 형성되고, 배면판의 상하연장길이가 전면판의 상하 연장길이보다 더 길게 연장 형성되어 상단부가 쐐기형상으로 형성되고, 상기 배면판과 전면판의 폭은 H-빔 엄지말뚝의 측면 폭보다 크게 형성되도록 하고, 상기 하부판에 형성된 관통홀들은 원형으로 형성되도록 하며,
    상기 상단 정착 브라켓과 하단 정착 브라켓(130a,140a)의 전면판에 최상단 버팀보(120a)와 하단 임시 버팀보(120b)의 단부면이 접하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 b) 단계의 흙막이 판넬은 좌측 굴착면을 따라 배열된 H-빔 엄지말뚝들 사이 및 우측 굴착면을 따라 배열된 H-빔 엄지말뚝들 사이에 삽입 및 고정시키는 것을 특징으로 하는 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 d) 단계의 고정쐐기 파일은 상기 하단 정착 브라켓 하부의 굴착저면에 근입되어 최하단부가 토압에 의해 밀리는 흙막이 변위를 방지하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 이용한 조립식 간이 흙막이 시공 방법.
  13. 삭제
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