KR101256311B1

KR101256311B1 - 지하 심화공법

Info

Publication number: KR101256311B1
Application number: KR1020110112010A
Authority: KR
Inventors: 김양중; 임홍철
Original assignee: 연세대학교 산학협력단; 대림산업 주식회사; 주식회사 삼우종합건축사사무소; 피에스엔지니어링(주)
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-04-18

Abstract

본 발명은 지하 심화공법에 관한 것으로서, 건축물의 기존 최저층 기둥 사이의 하측 중앙부분으로부터 지반내 강지반(强地盤)부까지 설치되는 복수 개의 내측파일(Pile)과, 상기 기존 최저층 기둥 중 상기 건축물 벽체인 최외곽 기둥의 외측면에 상단이 고정되어 지반내 강지반(强地盤)부까지 설치되는 복수 개의 외측파일(Pile)이 설치되는 파일 설치단계; 각 내측파일마다 내측파일과 상기 기존 최저층 기둥 중 내측파일을 사이에 둔 인접한 기둥들의 각 상단을 연결시키는 한 쌍의 하중 전이대가 설치되어 상기 건축물의 하중이 상기 내측파일을 통해 지반으로 전이되도록 하는 하중 전이대 설치단계; 상기 건축물의 기존 최저층 바닥부와 기존 최저층 기둥 및 기존 기초부가 철거되고 추가 지하층 공간 확보를 위한 굴토작업이 이루어지는 굴토단계; 상기 굴토단계에서 확보된 공간 하측에 추가 지하층의 추가 바닥부와 상기 기존 최저층 기둥에 연결되는 추가 지하층의 연장기둥이 조성되는 추가 지하층 형성단계; 및 상기 하중 전이대와 상기 추가 바닥부 상에 돌출되는 내측파일 부분이 제거되는 파일및하중전이대 제거단계를 포함한다. 이에 의하여, 지하층을 심화시키고자 하는 기둥 및 기초구역에 충분한 작업공간을 확보하여 기존기초의 철거 및 굴토와 신설기초작업의 용이함은 물론 지하심화 완료 후 강관파일 및 역트러스형 철재구조물의 가설재 철거를 용이하게 할 수 있는 지하 심화공법을 제공할 수 있다.

Description

지하 심화공법{STRUCTUAL DEEPENING METHOD}

본 발명은 지하 심화공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파일 및 역트러스 형태의 하중 전이대를 가설재로 이용하여 기존 건축물의 하중을 하중 전이대와 파일을 통해 지반으로 전이시킨 후 기존의 최저층 바닥 구조체 및 기존기초를 철거하고 지반을 굴토한 후 새로이 요구되는 지하층수까지 탑다운 방법으로 형성시켜 지하층을 심화할 수 있는 지하 심화공법에 관한 것이다.

일반적으로 지하층이 없는 구조물이거나 지하층이 있더라도 추가로 지하층을 증설하고자 할 경우에는 최저층 기존기둥이나 벽체의 측부에 철재 브래킷을 설치하고 마이크로파일을 지반내에 설치하여 브래킷에 의해 마이크로파일에 지지시키고 최저층 바닥 구조체 및 기존기초를 철거한 후 지반을 굴토하여 지하층을 증설하는 방법이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 건축물 구조를 나타내고, 도 2는 종래의 마이크로 파일에 의한 지하 심화방법을 나타내기 위한 도면이다.

종래의 마이크로 파일에 의한 지하 심화방법은 마이크로파일을 이용하여 최저층 기존기둥이나 벽체에 정착된 철재 브래킷에 의해 지지시키고 지반을 굴토하여 지하층을 증설하는 과정을 도2를 참조하며 살펴보면, 도2에서와 같이 마이크로파일(5)을 최저층 내측기둥(1) 및 외측기둥(2) 측부에 근접하여 지반내에 천공 후 설치하고 마이크로파일(5) 주면에 시멘트밀크를 그라우팅(7)하여 토사와의 마찰력에 의해 마이크로파일의 지지력을 보완시킨 후 기둥측면에 정착된 철제 정착브래킷(6)과 긴결시켜 기둥을 통한 기존 건축물의 하중을 마이크로파일(5)로 전이시키고 최저층 바닥구조체(3) 및 기존기초(4)를 제거한 후 기초저면의 지반을 굴착하여 지하층을 증설 심화하는 방법이다.

그러나, 상기의 종래 지하 심화방법은 지지말뚝이 아닌 마찰말뚝 기능의 마이크로파일(5) 지지용량 한계에 따라 한 개의 기둥(1)(2)에 여러개의 마이크로 파일(5)을 설치하여야 할 뿐만 아니라 기둥(1)(2)측면에 정착된 철제 정착브래킷(6)과 긴결시켜야 하므로 마이크로파일(5)을 기둥(1)(2)과 근접하여 시공하여야 함에 따라 심화목적의 굴토 및 기존기초(4)의 철거와 신설구조물 조성을 위한 작업공간이 협소하여 마이크로파일(5)에 의한 간섭으로 안전사고의 위험과 작업의 난이도가 증가함은 물론 이에 따른 공사기간 및 공사비용의 증대가 불가피한 문제점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 또 다른 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0098257호에 개시되어 있는 바와 같으며, 이 경우에도 상술한 문제점이 그대로 발생함을 알 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 건축물의 최저층 기둥간 사이 중앙 부분의 위치에 지반내 강지반까지 파일을 설치하고 양측 기둥을 지지시키는 역트러스 구조의 하중 전이대를 가설재로 파일 상단에 지지시켜 건축물의 하중을 기존기초가 아닌 강관파일로 전이시킬 수 있는 지하 심화공법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 지하 심화공법은, 건축물의 기존 최저층 기둥 사이의 하측 중앙부분으로부터 지반내 강지반(强地盤)부까지 설치되는 복수 개의 내측파일(Pile)과, 상기 기존 최저층 기둥 중 상기 건축물 벽체인 최외곽 기둥의 외측면에 상단이 고정되어 지반내 강지반(强地盤)부까지 설치되는 복수 개의 외측파일(Pile)이 설치되는 파일 설치단계; 각 내측파일마다 내측파일과 상기 기존 최저층 기둥 중 내측파일을 사이에 둔 인접한 기둥들의 각 상단을 연결시키는 한 쌍의 하중 전이대가 설치되어 상기 건축물의 하중이 상기 내측파일을 통해 지반으로 전이되도록 하는 하중 전이대 설치단계; 상기 건축물의 기존 최저층 바닥부와 기존 최저층 기둥의 하단부 및 기존 기초부가 철거되고 추가 지하층 공간 확보를 위한 굴토작업이 이루어지는 굴토단계; 상기 굴토단계에서 확보된 공간 하측에 추가 지하층의 추가 바닥부와 상기 기존 최저층 기둥에 연결되는 추가 지하층의 연장기둥이 조성되는 추가 지하층 형성단계; 및 상기 하중 전이대와 상기 추가 바닥부 상에 돌출되는 내측파일 부분이 제거되는 파일및하중전이대 제거단계를 포함한다.

또한, 상기 하중 전이대 설치단계와 굴토단계 사이에는 상기 외측파일에 지지되며 설치되는 흙막이벽이 설치되어, 상기 굴토단계에서 확보되는 추가 지하층 공간 주위의 흙이 상기 확보되는 추가 지하층 공간으로 유실되는 것이 방지되도록 하는 흙막이벽 설치단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 추가 지하층 형성단계에서는 추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 하기 위해 추가 바닥부와 일체화되는 내측파일 부분에 정착용 철근이 결합된 후 추가 바닥부 조성을 위한 콘크리트가 타설(打設)되어 추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 추가 지하층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 추가 지하층 형성단계는 추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 하기 위해 추가 바닥부와 일체화되는 내측파일 부분에 정착용 철근이 결합된 후 추가 바닥부 조성을 위한 콘크리트가 타설(打設)되어 추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 추가 지하층이 형성되되, 정착용 철근이 결합된 내측파일 부분의 상측에 홈 형태의 뒷채움 공간부가 형성되도록 콘크리트가 타설(打設)되어 추가 바닥부가 조성되고, 파일및하중전이대 제거단계는, 뒷채움 공간부 내에서 절단면이 형성되도록 내측파일이 절단되어 철거된 후 뒷채움 공간부에 콘크리트가 타설(打設)됨으로써 추가 바닥부상에 돌출되는 내측파일 부분이 제거되는 것을 특징으로 한다.

또한, 내측파일 및 외측파일은 강관파일(Steel Pile)인 것을 특징으로 한다,

또한, 파일 설치단계에서는 내측파일 및 외측파일의 중공부에 시멘트 밀크(Cement Milk)를 그라우팅(Grouting)시켜 내측파일과 외측파일 하단에 건축물의 새로운 기초부 역할을 수행하는 쏘일 콘크리트(Soil Concrete) 구근(球根)이 형성되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 파일 설치단계에서 외측파일은 기존 최저층 기둥 중 상기 건축물 벽체인 최외곽 기둥의 외측면 상단에 앵카볼트(Anchor Bolt)에 의해 브래킷(Bracket)이 장착되고 외측파일 상단과 브래킷이 긴결(緊結)되는 것을 특징으로 한다.

또한, 하중 전이대 설치단계에서 설치되는 한 쌍의 하중 전이대는 상기 기존 최저층 기둥 중 내측파일을 사이에 둔 인접한 기둥들의 상단으로부터 각각 내측파일 상단으로 연결되는 역트러스 구조인 것을 특징으로 한다.

또한, 하중 전이대 설치단계에서 설치되는 한 쌍의 하중 전이대는 상기 기존 최저층 기둥 중 내측파일을 사이에 둔 인접한 기둥들의 상단에 일측이 각각 결합되는 한 쌍의 상부 빔(beam)과 내측파일 상단에 타측이 결합되는 한 쌍의 하부 빔(beam) 및 상부 빔의 타측과 일측이 결합되고 하부 빔의 일측과 타측이 각각 연결되는 한 쌍의 중간 빔(beam)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기존 최저층 기둥 중 내측파일을 사이에 둔 인접한 기둥들의 상단에 앵카볼드에 의해 각각 대칭적으로 결합되는 정착판이 설치되고, 정착판과 한 쌍의 상부 빔 각각의 일측단이 결합되며, 내측파일 상단부에 지지판이 결합되고, 한 쌍의 하부 빔의 타단이 결합된 베이스판이 지지판과 상호 긴결(緊結)됨으로써, 한 쌍의 하중 전이대가 역트러스 구조로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 지지판과 베이스판이 콘크리트에 의해 일체화되는 결합부(B)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 중간 빔의 양측단과 상부 빔의 타측단 및 하부 빔의 일측단에는 상호 체결 가능한 체결부가 형성되어, 상부 빔의 타측단과 중간 빔의 일측단 그리고 중간 빔의 타측단과 하부 빔의 일측단이 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 한 쌍의 중간 빔 각각은 스크류 잭(screw jack)의 회전에 의해 길이 조절이 가능한 것을 특징하는 한다.

또한, 한 쌍의 하부 빔은 파스너(fastener)에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 한 쌍의 중간 빔은 스크류 잭에 의해 길이 조정이 가능한 수평 빔에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 추가 지하층 형성단계에서는 기존 최저층 기둥과 연장기둥이 연결되는 연결조인트 부위에 에폭시가 펌프압력에 의해 주입됨으로써, 기존 최저층 기둥과 연장기둥이 연결되는 연결조인트 부위에 일체의 공극이 제거되어 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 추가 지하층의 아래에 새로운 지하층인 재추가 지하층이 더 형성되는 경우, 상기 추가 지하층 신설단계 후 상기 흙막이벽 설치단계로 되돌아가 상기 흙막이벽 설치단계와 상기 굴토단계 및 추가 지하층 형성단계의 반복 수행인 재흙막이벽 설치단계와 재굴토단계 및 재추가 지하층 형성단계를 수행한 후 상기 파일및하중전이대 제거단계를 수행하고, 상기 추가 지하층의 추가 바닥부를 형성하는 추가 지하층 형성단계에서는 상기 추가 바닥부에 개구부를 형성하여 상기 재굴토단계와 재추가 지하층 형성단계 수행의 작업공간이 확보되도록 하되, 상기 굴토단계에서의 '기존 최저층 바닥부 및 기존 기초부' 및 '추가 지하층'은 상기 재굴토단계에서 각각 '상기 지하층 신설단계에서 신설되는 추가 지하층의 바닥부' 및 '재추가 지하층'이 되고, 상기 추가 지하층 형성단계에서의 '굴토단계'와 '추가 지하층의 추가 바닥부' 및 '기존 최저층 기둥에 각각 연결되는 연장기둥'은 각각 상기 재추가 지하층 형성단계에서 '재굴토단계'와 '재추가 지하층의 재추가 바닥부' 및 '연장기둥에 각각 연결되는 재연장기둥'이 되며, 상기 흙막이벽 설치단계에서의 '하중 전이대 설치단계와 굴토단계 사이'와 '추가 지하층 공간' 및 '흙막이벽'은 각각 '추가 지하층 형성단계와 재굴토단계 사이'와 '재추가 지하층 공간' 및 '재흙막이벽'이 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 재추가 지하층 형성단계에서는 재추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 하기 위해 재추가 바닥부와 일체화되는 내측파일 부분에 정착용 철근이 결합된 후 재추가 바닥부 조성을 위한 콘크리트가 타설(打設)되어 재추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 재추가 지하층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 재추가 지하층 형성단계에서는 재추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 하기 위해 재추가 바닥부와 일체화되는 내측파일 부분에 정착용 철근이 결합된 후 재추가 바닥부 조성을 위한 콘크리트가 타설(打設)되어 재추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 재추가 지하층이 형성되되, 정착용 철근이 결합된 내측파일 부분의 상측에 홈 형태의 뒷채움 공간부(C)가 형성되도록 콘크리트가 타설(打設)되어 재추가 바닥부가 조성되고, 파일및하중전이대 제거단계는, 뒷채움 공간부(C) 내에서 절단면이 형성되도록 내측파일이 절단되어 철거된 후 뒷채움 공간부에 콘크리트가 타설(打設)됨으로써 재추가 바닥부상에 돌출되는 내측파일 부분이 제거되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 지하 심화공법에 따르면, 지하층을 심화시키고자 하는 기둥 및 기초구역에 충분한 작업공간을 확보하여 기존기초의 철거 및 굴토와 신설기초작업의 용이함은 물론 지하심화 완료 후 강관파일 및 역트러스형 철재구조물의 가설재 철거를 용이하게 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 건축물 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 마이크로 파일에 의한 지하 심화방법을 나타내기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지반내 심화공법의 순서도이다.
도 5는 파일, 즉 내측파일과 외측파일 및 내측파일과 외측파일의 하단부분에 쏘일 콘크리트 구근이 형성된 것을 나타내는 구성도이다.
도 6은 하중 전이대가 설치된 것을 나타내는 구성도이다.
도 7은 상기 건축물의 기존 최저층 바닥부와 기존 최저층 기둥 및 기존 기초부가 철거되고 흙막이벽을 설치하여 추가 지하층 공간 확보를 위한 굴토작업이 수행된 것을 나타내는 구성도이다.
도 8은 추가 지하층 형성단계가 수행된 것을 나타내는 구성도이다.
도 9는 및 도 10은 추가 지하층 아래에 다시 재추가 지하층이 더 형성되는 단계가 수행된 것을 나타내는 구성도이다.
도 11은 본 발명에 의한 지하 심화공법에 의해 추가 지하층과 재추가 지하층, 즉 2개 층의 지하층을 형성한 후 완성된 건축물의 구성도이다.
도 12는 상기 하중 전이대의 구성도이다.
도 13은 하부 빔이 내측파일 상단에 결합되는 것을 나타내는 구성도이다.
도 14의 (a) 및(b)는 외측파일이 최하층 기둥 중 건축물의 벽체인 기둥의 외측면에 결합된 것을 나타내는 구성도이다.
도 15의 (a) 및 (b)는 파일이 추가 바닥부(또는 재추가 바닥부)와 일체화되고 절단되어 철거되는 것을 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명에 따른 에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지반내 심화공법의 순서도이다.

본 발명에 따른 지반내 심화공법은 도 3에 도시된 바와 같이, 파일 설치단계(S10), 하중 전이대 설치단계(S20), 굴토단계(S40), 추가 지하층 형성단계(S50) 및 파일및하중전이대 제거단계(S60)을 포함한다.

이때, 상기 하중 전이대 설치단계(S20), 굴토단계(S40) 사이에는 흙막이벽 설치단계(S30)를 더 포함할 수 있다.

도 5는 파일, 즉 내측파일과 외측파일 및 내측파일과 외측파일의 하단부분에 쏘일 콘크리트 구근이 형성된 것을 나타내는 구성도이고, 도 6은 하중 전이대가 설치된 것을 나타내는 구성도이며, 도 7은 상기 건축물의 기존 최저층 바닥부와 기존 최저층 기둥 및 기존 기초부가 철거되고 흙막이벽을 설치하여 추가 지하층 공간 확보를 위한 굴토작업이 수행된 것을 나타내는 구성도이고, 도 8은 추가 지하층 형성단계가 수행된 것을 나타내는 구성도이며, 도 9는 및 도 10은 추가 지하층 아래에 다시 재추가 지하층이 더 형성되는 단계가 수행된 것을 나타내는 구성도이다.

도 11은 본 발명에 의한 지하 심화공법에 의해 추가 지하층과 재추가 지하층, 즉 2개 층의 지하층을 형성한 후 완성된 건축물의 구성도이다.

본 발명에 따른 지하 심화공법의 각 단계에 대해 도 5 내지 도 11을 참조하며 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 파일 설치단계(S10)는 건축물의 기존 최저층 기둥(110) 사이의 하측 중앙부분으로부터 지반내 강지반(强地盤)부까지 설치되는 복수 개의 내측파일(Pile, 300a)과, 상기 기존 최저층 기둥(110) 중 상기 건축물 벽체인 최외곽 기둥(110b)의 외측면에 상단이 고정되어 지반내 강지반(强地盤)부까지 설치되는 복수 개의 외측파일(Pile, 300b)이 설치되는 단계로서, 지하 심화 공사 중 상기 건축물의 하중을 지지하는 복수 개의 파일(300)이 지반내 강지반까지 삽입 설치된다. 이때, 상기 외측파일(300b)의 설치에 의해 상기 기존 최저층 기둥(110) 중 상기 건축물의 벽체인 최외곽 기둥(110b)에 가해지는 하중이 상기 외측파일(300b)를 통해 지반내 강지반부로 전달되도록 한다. 본 명세서에서는 상기 기존 최저층 기둥(110) 중 상기 건축물의 벽면 또는 옹벽 역할을 수행하는 최외곽 기둥은 도면부호 '110b'로, 상기 최외곽 기둥의 내측에 설치된 기둥은 도면부호 '110a'로 정의하되, '110a'와 '110b'는 모두 기존 최저층 기둥(110)에 포함되는 구성이다.

이때, 상기 파일(300), 즉 내측파일(300a)과 외측파일(300b)는 강관파일이 사용된다.

또한, 상기 파일(300)은 상기 건축물의 상기 기존 최저층 기둥(110)간 사이의 중간 부분에 상기 파일(Pile)을 타입, 압입 또는 회전방식에 의해 천정고에 적합한 길이의 강관을 용접이음하면서 지반내 강지반까지 설치되도록 할 수 있다.

또한, 상기 파일 설치단계(S10)는 상기 내측파일(300a) 및 외측파일(300b)의 중공부에 시멘트 밀크(Cement Milk)를 그라우팅(Grouting)시켜 내측파일(300a)과 외측파일(300b) 하단에 상기 건축물의 새로운 기초부 역할을 수행하는 쏘일 콘크리트(Soil Concrete) 구근(球根)(500)이 형성되는 단계를 더 포함하게 된다. 상기 쏘일 콘크리트 구근(500)은 후술하는 바와 같이 공사 중은 물론 공사 후에도 상기 건축물의 하중을 최종적으로 지지하는 기초 역할을 수행한다.

그 다음, 상기 하중 전이대 설치단계(S20)는 각 내측파일(300a)마다 내측파일과 상기 기존 최저층 기둥(110) 중 내측파일을 사이에 둔 인접한 기둥들의 각 상단을 연결시키는 한 쌍의 하중 전이대(400)가 설치되어 상기 건축물의 하중이 상기 내측파일(300a)을 통해 지반으로 전이되도록 하는 단계로서, 상기 하중 전이대(400)와 상기 내측파일을 연결시켜 지하 심화 공사 중 상기 건축물의 하중이 상기 하중 전이대(400)에 의해 상기 내측파일(300a)을 통해 지반내 강지반부로 전달되도록 한다.

특히, 후술하는 바와 같이, 상기 하중 전이대(400)는 상기 내측파일(300a) 상단으로부터 각 내측파일(300a) 양측(혹은 주변)에 배치된 기존 최저층 기둥(110)의 상측단으로 연결되는 역삼각형 형태인 역트러스 형태를 형성하여 상기 건축물의 하중이 보다 안정적으로 상기 내측파일(300a)에 전달되고 상기 쏘일 콘크리트 구근(500)에 의해 지지되고, 상기 기존 기초부(140)에는 아무런 하중이 전달되지 않게 된다.

그 다음, 상기 굴토단계(S40)는 상기 건축물의 기존 최저층 바닥부(130)와 기존 최저층 기둥(110) 및 기존 기초부(140)가 철거되고 추가 지하층 공간 확보를 위한 굴토작업이 이루어지는 단계로서, 새로 신설되는 지하층 공간이 형성되는 단계이다. 이때, 상기 상기 건축물의 기존 최저층 바닥부(130)와 기존 최저층 기둥(110) 및 기존 기초부(140)가 철거되더라도, 상기 하중 전이대(400), 내측파일(300a) 및 외측파일(300b)을 통해 건축물의 하중이 튼튼하게 지지되므로, 넓은 공사 작업 공간을 확보한 상태에서 안전하게 용이하게 지하 심화 공사를 진행할 수 있게 된다.

특히, 상기 파일(300, 300a, 300b) 하단 부분인 지반내 강지반부에 형성되는 상기 쏘일 콘크리트 구근(500)에 의해 공사 중은 물론 공사 후에도 상기 건축물의 튼튼한 기초를 확보하게 된다.

그 다음, 상기 추가 지하층 형성단계(S50)는 상기 굴토단계(S40)에서 확보된 공간 하측에 추가 지하층의 추가 바닥부(220a)와 상기 기존 최저층 기둥(110)에 연결되는 추가 지하층의 연장기둥(210a)이 조성되는 단계이다. 이때, 상기 기존 최저층 기둥과 새로 신설되는 상기 연장기둥(210a)의 연결 방법 내지 구조는 일반적으로 사용되는 방법 내지 구조에 의해 연결될 수 있으나, 상기 기존 최저층 기둥(110)과 상기 연장기둥(210a)이 연결되는 연결조인트 부위에 일체의 공극이 제거되어 연결되도록 하기 위해 상기 기존 최저층 기둥(110)과 상기 연장기둥(210a)이 연결되는 연결조인트 부위에 에폭시가 펌프압력에 의해 주입되도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 상기 기존 최저층 기둥(110)과 연장기둥(210a)이 일체로 견고하게 연결될 수 있다.

그 다음, 상기 파일및하중전이대 제거단계(S60)는 상기 하중 전이대(400)와 상기 추가 바닥부(220a) 상에 돌출되는 내측파일 부분이 제거되는 단계로서, 새로 신설되는 추가 지하층이 완성되게 된다.

본 발명에 따른 지하 심화공법은 상기 하중 전이대 설치단계(S20)와 굴토단계(S40) 사이에 흙막이벽 설치단계(S30)를 더 포함할 수 있다.

상기 흙막이 설치단계(S30)는 흙막이벽(240a)이 상기 외측파일을 이용하여, 즉 상기 외측파일에 지지되며 설치되는 단계이다. 상기 굴토단계(S40)에서 확보되는 추가 지하층 공간 주위의 흙이 상기 확보되는 추가 지하층 공간으로 유실되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

도 12는 상기 하중 전이대의 구성도이고, 도 13은 하부 빔이 내측파일 상단에 결합되는 것을 나타내는 구성도이며, 도 14의 (a) 및 (b)는 외측파일이 기존 최저층 기둥 중 건축물의 벽체인 기둥의 외측면에 결합된 것을 나타내는 구성도이고, 도 15의 (a) 및 (b)는 파일이 추가 바닥부(또는 재추가 바닥부)와 일체화되고 절단되어 철거되는 것을 나타내는 설명도이다.

이하는, 본 발명에 의한 지하 심화공법에 사용되는 하중 지지부재, 외측파일 내지 파일의 설치 및 철거 등에 관하여 도 12 내지 도 15를 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 의한 파일 설치단계(S10)에서의 외측파일(300b) 설치는 상기 기존 최저층 기둥(110) 중 상기 건축물 벽체인 최외곽 기둥(110b)의 외측면 상단에 앵카볼트(Anchor Bolt, 10)에 의해 브래킷(Bracket, 310)이 장착되고 외측파일 상단과 브래킷이 긴결(緊結)된다. 즉, 상기 건축물의 기존 최저층 기둥 중 상기 건축물의 벽체(외곽옹벽을 포함함)기능 역할을 하는 최외곽 기둥(110b)의 측부에는 하중을 지반으로 전이시키고자 기둥외측에 철재 브래킷(310)을 앵카볼트(10)를 이용하여 장착하고 상기 외측파일(300b)을 지반내에 상술한 바와 동일한 방법으로 설치한 후 브래킷(310)과 서로 긴결시킨다(도 14의 (a) 및 (b) 참조).

본 발명에 의한 하중 전이대(400)는 대칭적인 하중 전이대 한 쌍이 역트러스 구조로 설치된다.

즉, 한 쌍의 하중 전이대(400)가 상기 상기 기존 최저층 기둥(110) 중 내측파일(300a)을 사이에 둔 인접한 기둥들의 상단으로부터 각각 상기 내측파일(300a) 상단으로 연결되는 역삼각형 형태의 역트러스 구조로 설치된다.

이때, 상기 하중 전이대(400)는 한 쌍의 상부 빔(beam, 430)과 한 쌍의 하부 빔(beam, 440) 및 한 쌍의 중간 빔(beam, 450)으로 구성될 수 있다.

상기 한 쌍의 상부 빔(430)은 일측이 상기 기존 최저층 기둥(110) 중 내측파일(300a)을 사이에 둔 인접한 기둥들 상단(즉, 최저층의 기둥 상단부(A))에 일측이 각각 결합되고, 상기 한 쌍의 하부 빔(440)은 타측이 상기 내측파일(300a)의 상단에 결합되며, 상기 한 쌍의 중간 빔(450)은 일측이 상기 상부 빔(430)의 타측과 결합되고 타측이 상기 하부 빔(440)의 일측과 결합된다.

이때, 상기 기존 최저층 기둥(110) 중 내측파일(300a)을 사이에 둔 인접한 기둥들 상단에는 철판 형태의 정착판(410)이 대칭적으로 고정설치 된다. 상기 정착판(410)은 앵카볼트(10)에 의해 기존 최저층 기둥(110) 상단에 각각 고정 결합되고, 상기 기존 최저층 기둥(110) 상단부로부터 상기 기존 최저층 기둥(110) 상단부 측면과 상기 기존 최저층 기둥(110)과 연결된 천정면에 밀착될 수 있는 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 한 쌍의 상부 빔(430) 각각의 일측단은 상기 정착판(410)에 결합된다.

또한, 상기 내측파일(300a) 상단부에는 철판 형태의 지지판(320)이 결합된다. 이때, 상기 한 쌍의 하부 빔(440)의 타단은 철판 형태의 베이스판(420)에 결합되고, 상기 지지판(320) 상에서 상기 베이스판(420)이 상기 지지판(320)과 긴결(緊結)됨으로써, 상기 한 쌍의 하중 전이대(400)가 역트러스 구조로 설치될 수 있다.

이때, 상기 지지판(320)과 베이스판(420)이 콘크리트에 의해 일체화되는 결합부(B)를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 하중 전이대(400)를 구성하는 상기 중간 빔(450)의 양측단과 상기 상부 빔(430)의 타측단 및 상기 하부 빔(440)의 일측단에는 서로 끼움 방식 체결이 가능하도록 하는 체결부(431, 451, 441)가 형성된다. 즉, 상기 상부 빔(430)의 타측단과 상기 중간 빔(450)의 일측단 그리고 상기 중간 빔(450)의 타측단과 상기 하부 빔(440)의 일측단이 각각 끼움 체결 방식에 의해 서로 결합된다.

이때, 상기 한 쌍의 중간 빔(450) 각각은 스크류 잭(screw jack, 455)의 회전에 의해 길이 조절이 가능하도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 중간 빔(450)의 길이 조절에 의해 상기 하중 전이대(400)를 완전하게 고정 장착시킬 수 있게 된다.

상기 한 쌍의 하부 빔(440)은 철판 등의 형태를 갖는 파스너(fastener, 460)에 의해 상호 연결시키는 것이 바람직하다. 상기 파스너(460)에 의해 상기 하중 전이대(400)의 강성이 증대될 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 중간 빔(450)은 스크류 잭(475)이 구비되어 길이 조정이 가능한 수평 빔(470)에 의해 상호 연결시키는 것이 바람직하다. 상기 수평 빔(470)에 의해 상기 하중 전이대(400)의 강성을 더욱 증대시킬 수 있다.

상기 상부 빔(430), 하부 빔(440) 및 중간 빔(450)은 철재 H-Beam으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 상부 빔(430), 하부 빔(440), 중간 빔(450) 및 지지판(320)과 베이스판(420) 등의 결합 방법은 볼트 및 너트, 앙카볼트 또는 용접 등의 방법에 의해 긴결(緊結)될 수 있음은 당연하다.

특히, 상기 추가 지하층 형성단계(S50)에서는 상기 추가 바닥부(220a)와 내측파일(300a)이 일체화되도록 하기 위해 상기 추가 바닥부(220a)와 일체화되는 내측파일(300a) 부분에 정착용 철근(350)이 결합된 후 상기 추가 바닥부 조성을 위한 콘크리트가 타설(打設)되어 상기 추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 상기 추가 지하층이 형성되도록 함이 바람직하다. 단 이때, 상기 정착용 철근(350)이 결합된 내측파일(300a) 부분의 상측에 홈 형태의 뒷채움 공간부(C)가 형성되도록 콘크리트가 타설(打設)되어 상기 추가 바닥부(220a)가 조성되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 파일및하중전이대 제거단계(S60)에서는, 상기 뒷채움 공간부(C) 내에서 절단면이 형성되도록 상기 내측파일(300a)이 절단되어 철거된 후 상기 뒷채움 공간부(C)에 콘크리트가 타설(打設)됨으로써 상기 추가 바닥부 (220a) 상에 돌출되는 내측파일 부분이 제거되도록 한다.

다음은, 새로 신설되는 지하층 수가 하나 이상인 경우에 대해 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해 2 개의 지하층을 신설하는 경우를 예로 설명하기로 한다. 3 개의 지하층을 신설하는 경우는 2 개의 지하층을 신설하는 경우와 마찬가지로 한번 더 같은 단계를 반복함으로써 신설할 수 있다.

상기 추가 지하층의 아래에 새로운 지하층인 재추가 지하층이 더 형성되는 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 추가 지하층 신설단계(S50) 후 상기 흙막이벽 설치단계(S30)로 되돌아가 상기 흙막이벽 설치단계(S30)와 상기 굴토단계(S40) 및 추가 지하층 형성단계(S50)를 반복 수행함으로써 상기 재추가 지하층이 더 형성될 수 있다. 즉, 상기 흙막이벽 설치단계(S30)와 상기 굴토단계(S40) 및 추가 지하층 형성단계(S50)의 반복 수행인 재흙막이벽 설치단계(S30-1)와 재굴토단계(S40-1) 및 재추가 지하층 형성단계(S50-1)를 수행한 후 상기 파일및하중전이대 제거단계(S60)를 수행하도록 한다.

이때, 상기 추가 지하층의 추가 바닥부를 형성하는 추가 지하층 형성단계(S50)에서는 상기 추가 바닥부(220a)에 개구부(250)가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 개구부(250)는 의해 상기 재굴토단계(S40-1)와 재추가 지하층 형성단계(S50-1) 수행의 작업공간을 확보하기 위함이다.

다만, 상기 굴토단계(S40)에서의 '기존 최저층 바닥부(130) 및 기존 기초부(140)' 및 '추가 지하층'은 상기 재굴토단계(S40-1)에서는 각각 '상기 지하층 신설단계에서 신설되는 추가 지하층의 바닥부(220a)' 및 '재추가 지하층'으로 해석되어야 한다.

또한, 상기 추가 지하층 형성단계(S50)에서의 '굴토단계(S40)'와 '추가 지하층의 추가 바닥부(220a)' 및 '기존 최저층 기둥(110)에 각각 연결되는 연장기둥(210a)'은 각각 상기 재추가 지하층 형성단계(S50-1)에서 '재굴토단계(S40-1)'와 '재추가 지하층의 재추가 바닥부(220b)' 및 '연장기둥(210a)에 각각 연결되는 재연장기둥(210b)'으로 해석되어야 한다.

또한, 상기 흙막이벽 설치단계(S30)에서의 '하중 전이대 설치단계(S20)와 굴토단계(S40) 사이'와 '추가 지하층 공간' 및 '흙막이벽(240a)'은 각각 '추가 지하층 형성단계(S50)와 재굴토단계(S40-1) 사이'와 '재추가 지하층 공간' 및 '재흙막이벽(240b)'으로 해석되어야 한다.

이때, 상기 재추가 지하층 형성단계(S50-1)에서는 상기 재추가 바닥부(220b)와 내측파일(300a)이 일체화되도록 하기 위해 상기 재추가 바닥부(220b)와 일체화되는 내측파일(300a) 부분에 정착용 철근(350)이 결합된 후 상기 재추가 바닥부(220b) 조성을 위한 콘크리트가 타설(打設)되어 상기 재추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 상기 재추가 지하층이 형성된다.

이때, 상기 정착용 철근(350)이 결합된 내측파일 부분의 상측에 홈 형태의 뒷채움 공간부(C)가 형성되도록 콘크리트가 타설(打設)되어 상기 재추가 바닥부가 조성된다.

이때, 상기 파일및하중전이대 제거단계(S60)는, 상기 뒷채움 공간부(C) 내에서 절단면이 형성되도록 상기 내측파일(300a)이 절단되어 철거된 후 상기 뒷채움 공간부에 콘크리트가 타설(打設)됨으로써 상기 재추가 바닥부상에 돌출되는 내측파일 부분이 제거된다.

먼저 신설된 지하층, 즉, 추가 지하층을 구성하는 바닥부와 기둥 등은 이 후에 설치하게 됨은 당연하다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.

100: 기존 최저층 기둥 110a: (내측) 기둥
110b: (최외곽) 기둥 130: 기존 최저층 바닥부
140: 기존 기초부 210a: 연장기둥
210b: 재연장기둥 240a: 흙막이벽
240b: 재흙막이벽 300: 파일
300a: 내측파일 300b: 외측파일
310: 브래킷 320: 지지판
400: 하중 전이대 410: 정착판
420: 베이스판 430: 상부 빔
440: 하부 빔 450: 중간 빔
455: 스크류 잭 470: 수평 빔
500: 쏘일 콘크리트 구근

Claims

건축물의 기존 최저층 기둥 사이의 하측 중앙부분으로부터 지반내 강지반(强地盤)부까지 설치되는 복수 개의 내측파일(Pile)과, 상기 기존 최저층 기둥 중 상기 건축물 벽체인 최외곽 기둥의 외측면에 상단이 고정되어 지반내 강지반(强地盤)부까지 설치되는 복수 개의 외측파일(Pile)이 설치되는 파일 설치단계;
각 내측파일마다 내측파일과 상기 기존 최저층 기둥 중 내측파일을 사이에 둔 인접한 기둥들의 각 상단을 연결시키는 한 쌍의 하중 전이대가 설치되어 상기 건축물의 하중이 상기 내측파일을 통해 지반으로 전이되도록 하는 하중 전이대 설치단계;
상기 건축물의 기존 최저층 바닥부와 기존 최저층 기둥의 하단부 및 기존 기초부가 철거되고 추가 지하층 공간 확보를 위한 굴토작업이 이루어지는 굴토단계;
상기 굴토단계에서 확보된 공간 하측에 추가 지하층의 추가 바닥부와 상기 기존 최저층 기둥에 연결되는 추가 지하층의 연장기둥이 조성되는 추가 지하층 형성단계; 및
상기 하중 전이대와 상기 추가 바닥부 상에 돌출되는 내측파일 부분이 제거되는 파일및하중전이대 제거단계를 포함하는 지하 심화공법.
제1항에 있어서,
상기 하중 전이대 설치단계와 굴토단계 사이에는 상기 외측파일에 지지되며 설치되는 흙막이벽이 설치되어, 상기 굴토단계에서 확보되는 추가 지하층 공간 주위의 흙이 상기 확보되는 추가 지하층 공간으로 유실되는 것이 방지되도록 하는 흙막이벽 설치단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법
제1항에 있어서,
상기 추가 지하층 형성단계에서는 상기 추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 하기 위해 상기 추가 바닥부와 일체화되는 내측파일 부분에 정착용 철근이 결합된 후 상기 추가 바닥부 조성을 위한 콘크리트가 타설(打設)되어 상기 추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 상기 추가 지하층이 형성되는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제1항에 있어서,
상기 추가 지하층 형성단계는 상기 추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 하기 위해 상기 추가 바닥부와 일체화되는 내측파일 부분에 정착용 철근이 결합된 후 상기 추가 바닥부 조성을 위한 콘크리트가 타설(打設)되어 상기 추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 상기 추가 지하층이 형성되되, 상기 정착용 철근이 결합된 내측파일 부분의 상측에 홈 형태의 뒷채움 공간부가 형성되도록 콘크리트가 타설(打設)되어 상기 추가 바닥부가 조성되고,
상기 파일및하중전이대 제거단계는, 상기 뒷채움 공간부 내에서 절단면이 형성되도록 상기 내측파일이 절단되어 철거된 후 상기 뒷채움 공간부에 콘크리트가 타설(打設)됨으로써 상기 추가 바닥부상에 돌출되는 내측파일 부분이 제거되는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제1항에 있어서,
내측파일 및 외측파일은 강관파일(Steel Pile)인 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제1항에 있어서,
상기 파일 설치단계에서는 내측파일 및 외측파일의 중공부에 시멘트 밀크(Cement Milk)를 그라우팅(Grouting)시켜 내측파일과 외측파일 하단에 상기 건축물의 새로운 기초부 역할을 수행하는 쏘일 콘크리트(Soil Concrete) 구근(球根)이 형성되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제1항에 있어서,
상기 파일 설치단계에서 외측파일은 상기 기존 최저층 기둥 중 상기 건축물 벽체인 최외곽 기둥의 외측면 상단에 앵카볼트(Anchor Bolt)에 의해 브래킷(Bracket)이 장착되고 외측파일 상단과 브래킷이 긴결(緊結)되는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제1항에 있어서,
상기 하중 전이대 설치단계에서 설치되는 한 쌍의 하중 전이대는 상기 기존 최저층 기둥 중 내측파일을 사이에 둔 인접한 기둥들의 상단으로부터 각각 내측파일 상단으로 연결되는 역트러스 구조인 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제1항에 있어서,
상기 하중 전이대 설치단계에서 설치되는 상기 한 쌍의 하중 전이대는 상기 기존 최저층 기둥 중 내측파일을 사이에 둔 인접한 기둥들의 상단에 일측이 각각 결합되는 한 쌍의 상부 빔(beam)과 내측파일 상단에 타측이 결합되는 한 쌍의 하부 빔(beam) 및 상부 빔의 타측과 일측이 결합되고 하부 빔의 일측과 타측이 각각 연결되는 한 쌍의 중간 빔(beam)으로 구성된 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제9항에 있어서,
상기 기존 최저층 기둥 중 내측파일을 사이에 둔 인접한 기둥들의 상단에 앵카볼드에 의해 각각 대칭적으로 결합되는 정착판이 설치되고, 상기 정착판과 상기 한 쌍의 상부 빔 각각의 일측단이 결합되며,
내측파일 상단부에 지지판이 결합되고, 상기 한 쌍의 하부 빔의 타단이 결합된 베이스판이 상기 지지판과 상호 긴결(緊結)됨으로써, 상기 한 쌍의 하중 전이대가 역트러스 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제10항에 있어서,
상기 지지판과 베이스판이 콘크리트에 의해 일체화되는 결합부(B)를 형성하는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제9항에 있어서,
상기 중간 빔의 양측단과 상기 상부 빔의 타측단 및 상기 하부 빔의 일측단에는 상호 체결 가능한 체결부가 형성되어, 상기 상부 빔의 타측단과 상기 중간 빔의 일측단 그리고 상기 중간 빔의 타측단과 상기 하부 빔의 일측단이 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제9항에 있어서,
상기 한 쌍의 중간 빔 각각은 스크류 잭(screw jack)의 회전에 의해 길이 조절이 가능한 것을 특징하는 지하 심화공법.
제9항에 있어서,
상기 한 쌍의 하부 빔은 파스너(fastener)에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제9항에 있어서,
상기 한 쌍의 중간 빔은 스크류 잭에 의해 길이 조정이 가능한 수평 빔에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제1항에 있어서,
상기 추가 지하층 형성단계에서는 상기 기존 최저층 기둥과 상기 연장기둥이 연결되는 연결조인트 부위에 에폭시가 펌프압력에 의해 주입됨으로써, 상기 기존 최저층 기둥과 상기 연장기둥이 연결되는 연결조인트 부위에 일체의 공극이 제거되어 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제2항에 있어서
상기 추가 지하층의 아래에 새로운 지하층인 재추가 지하층이 더 형성되는 경우,
상기 추가 지하층 신설단계 후 상기 흙막이벽 설치단계로 되돌아가 상기 흙막이벽 설치단계와 상기 굴토단계 및 추가 지하층 형성단계의 반복 수행인 재흙막이벽 설치단계와 재굴토단계 및 재추가 지하층 형성단계를 수행한 후 상기 파일및하중전이대 제거단계를 수행하고
상기 추가 지하층의 추가 바닥부를 형성하는 추가 지하층 형성단계에서는 상기 추가 바닥부에 개구부를 형성하여 상기 재굴토단계와 재추가 지하층 형성단계 수행의 작업공간이 확보되도록 하되,
상기 굴토단계에서의 '기존 최저층 바닥부 및 기존 기초부' 및 '추가 지하층'은 상기 재굴토단계에서 각각 '상기 지하층 신설단계에서 신설되는 추가 지하층의 바닥부' 및 '재추가 지하층'이 되고,
상기 추가 지하층 형성단계에서의 '굴토단계'와 '추가 지하층의 추가 바닥부' 및 '기존 최저층 기둥에 각각 연결되는 연장기둥'은 각각 상기 재추가 지하층 형성단계에서 '재굴토단계'와 '재추가 지하층의 재추가 바닥부' 및 '연장기둥에 각각 연결되는 재연장기둥'이 되며,
상기 흙막이벽 설치단계에서의 '하중 전이대 설치단계와 굴토단계 사이'와 '추가 지하층 공간' 및 '흙막이벽'은 각각 '추가 지하층 형성단계와 재굴토단계 사이'와 '재추가 지하층 공간' 및 '재흙막이벽'이 되는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제17항에 있어서,
상기 재추가 지하층 형성단계에서는 상기 재추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 하기 위해 상기 재추가 바닥부와 일체화되는 내측파일 부분에 정착용 철근이 결합된 후 상기 재추가 바닥부 조성을 위한 콘크리트가 타설(打設)되어 상기 재추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 상기 재추가 지하층이 형성되는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.
제17항에 있어서,
상기 재추가 지하층 형성단계에서는 상기 재추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 하기 위해 상기 재추가 바닥부와 일체화되는 내측파일 부분에 정착용 철근이 결합된 후 상기 재추가 바닥부 조성을 위한 콘크리트가 타설(打設)되어 상기 재추가 바닥부와 내측파일이 일체화되도록 상기 재추가 지하층이 형성되되, 상기 정착용 철근이 결합된 내측파일 부분의 상측에 홈 형태의 뒷채움 공간부(C)가 형성되도록 콘크리트가 타설(打設)되어 상기 재추가 바닥부가 조성되고,
상기 파일및하중전이대 제거단계는, 상기 뒷채움 공간부(C) 내에서 절단면이 형성되도록 상기 내측파일이 절단되어 철거된 후 상기 뒷채움 공간부에 콘크리트가 타설(打設)됨으로써 상기 재추가 바닥부상에 돌출되는 내측파일 부분이 제거되는 것을 특징으로 하는 지하 심화공법.