KR101415694B1 - 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법 - Google Patents

부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존 구조물이 부력이 크게 발생하는 부분에 구축되어 부력에 저항할 수 있도록 기존 구조물에 부력방지 앵커가 설치되어 있는 경우에 있어 위 부력방지 앵커와 간섭하는 위치에 신규 지하구조물을 시공할 때에 적용할 수 있는 지하구조물의 시공방법에 관한 것이다.
상기 지하구조물 시공방법은, a) 신규 지하구조물이 구축될 구간의 전후에 작업기지를 구축하고, 기존 구조물에 부력이 작용하지 않도록 지하수위를 낮추는 단계; b) 신규 지하구조물의 상부슬래브 상면과 접하는 위치에 다수 개의 강관을 압입하여 수평강관루프를 형성시키면서 부력방지 앵커의 강선을 절단하는 단계; c) 상기 강선이 절단된 위치의 수평강관루프 상면을 절취하고 수평강관루프 내로 상부측 강선을 인입하는 단계; d) 정착수단으로 상기 상부측 강선을 수평강관루프 내부에 정착시키는 단계; e) 상기 수평강관루프를 이루는 강관 내에 콘크리트를 타설하여 부력지지체를 구축하는 단계; f) 상기 부력지지체의 양단 하부에 다수 개의 강관을 압입하여 수직강관루프를 구축하는 단계; g) 상기 부력지지체의 하부에 신규 지하구조물을 구축하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법 {Method of constructing new tunnel under the pre-existing structure with anchor for bearing buoyancy}
본 발명은 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 특히 기존 구조물이 부력이 크게 발생하는 부분에 구축되어 부력에 저항할 수 있도록 기존 구조물에 부력방지 앵커가 설치되어 있는 경우에 있어 위 부력방지 앵커와 간섭하는 위치에 신규 지하구조물을 시공할 때에 적용할 수 있는 지하구조물의 시공방법에 관한 것이다.
과거에는 증가하는 교통량을 수용하고 다양한 교통수단들을 연계시킬 수 있도록 일반적으로 지상에서 고가도로 등을 건설하여 높이 차를 발생시킴으로써 문제를 해결하였고, 유동인구가 매우 많은 수도권에는 이미 다수의 전철 노선이 구축되어 있어 지면과 가까운 지하공간에는 더 이상 지하구조물을 구축하기 힘든 실정이다.
현재도 교통량은 계속해서 증가하고 있으나 현대에 들어 높아진 환경 및 도시 경관에 대한 관심 때문에 지상에 고가도로 등을 건설하기 보다는 지하 더 깊은 공간에 지하구조물을 구축하는 방안이 고려되고 있다. 지하 더 깊은 공간에 지하구조물을 구축하는 경우 기존 지하구조물의 바로 아래에 새로운 지하구조물을 구축하는 것이 굴토작업 및 토압지지의 측면에서 유리하겠지만 기존의 지하구조물이 지반 상의 문제로 지지말뚝 등을 가지는 경우에는 기존 지하구조물의 바로 아래에 신규 지하구조물을 구축하는 것이 용이하지 않다.
등록번호 10-1011805의 '파일기초부를 횡단하는 지중구조물 시공방법 및 그를 이용하여 축조된 지중구조물'은 파일에 의해 지지되고 있는 기존 구조물의 아래에 새로운 지중구조물을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 파일(60)이 근입된 지반 내의 지중구조물(200)이 설치될 공간의 양측에 측벽을 이루는 강관(30) 루프를 구축하는 단계; 상기 강관 루프 내의 토사를 굴착한 후 양측벽 사이에 버팀보(40)를 설치하는 단계; 바닥면에 파일과 일체화되도록 콘크리트를 타설하여 보강슬래브(120)를 구축하는 단계; 상기 보강슬래브를 지지대로 하여 상부하중을 지지하도록 가설기둥(130)을 설치하고 기존 파일을 절단하는 단계;를 포함하여 이루어 진다. 도 1에는 상기 종래기술에 의한 지중구조물 시공방법이 도시되어 있다.
상기 종래기술에서는 지중구조물 시공 중에 가설기둥(130)의 설치 전까지 파일(60)이 존치되어 기존 지중구조물을 지지하므로 기존 지중구조물이 침하되는 것을 방지할 수 있지만, 가설기둥(130)이 설치된 상태에서 새로운 지중구조물(200)을 구축하기 위한 거푸집 설치 작업 및 콘크리트 타설 작업을 진행해야 하므로 작업을 수월하게 진행하기가 용이하지 않고 안전관리도 쉽지 않은 문제점이 있다.
이에 본 발명의 출원인은 출원번호 10-2014-0010334(미공개)의 '지지말뚝이 설치된 교량의 교각기초 하부에 지하구조물을 구축하는 방법'을 출원한 바 있다. 도 2에는 본 발명의 출원인이 출원한 종래기술에 의한 지하구조물 구축방법이 도시되어 있다.
상기 종래기술은 교각기초(11)의 하부에 강관(43)을 압입하여 외곽하부매트(31)를 구축한 후 상기 외곽하부매트 위에 교각기초와 일체가 되는 기초확장부를(12)를 구축하여 확대기초(10)를 형성시킴으로써 상기 확대기초에 의해 기존 구조물이 지지될 수 있도록 한다. 이렇게 형성된 확대기초의 하부에는 일반적인 방법으로 신규 지하구조물을 구축해갈 수 있으므로 도 1에 도시된 것과 같은 종래기술에서의 문제는 발생하지 않는다.
그러나 상기의 두 종래기술은 기존 구조물이 파일에 의해 지지되고 있을 때, 즉 기존 구조물에 중력 방향의 하중이 작용할 때를 전제로 하여 적용될 수 있는 방법으로서 기존 구조물이 지하수위가 높은 지반에 구축되어 있어 기존 구조물에 부력이 작용하고 있는 이유로 기존 구조물이 부력방지 앵커에 의해 지지되고 있는 경우에는 적용할 수가 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 부력방지 앵커에 의해 지지되고 있는 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공함에 있어 상기 기존 구조물의 부력에 대한 지지력을 확보하면서 그 하부에 새로운 지하구조물을 안전하게 시공할 수 있는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 강선 및 정착단을 포함하여 이루어지는 부력방지 앵커에 의해 부력을 지지하는 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법에 있어서, a) 신규 지하구조물이 구축될 구간의 전후에 작업기지를 구축하고, 기존 구조물에 부력이 작용하지 않도록 지하수위를 낮추는 단계; b) 신규 지하구조물의 상부슬래브 상면과 접하는 위치에 다수 개의 강관을 압입하여 수평강관루프를 형성시키면서 부력방지 앵커의 강선을 절단하는 단계; c) 상기 강선이 절단된 위치의 수평강관루프 상면을 절취하고 수평강관루프 내로 상부측 강선을 인입하는 단계; d) 정착수단으로 상기 상부측 강선을 수평강관루프 내부에 정착시키는 단계; e) 상기 수평강관루프를 이루는 강관 내에 콘크리트를 타설하여 부력지지체를 구축하는 단계; f) 상기 부력지지체의 양단 하부에 다수 개의 강관을 압입하여 수직강관루프를 구축하는 단계; g) 상기 부력지지체의 하부에 신규 지하구조물을 구축하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 강선 및 정착단을 포함하여 이루어지는 부력방지 앵커에 의해 부력을 지지하는 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법에 있어서, a) 신규 지하구조물이 구축될 구간의 전후에 작업기지를 구축하고, 기존 구조물에 부력이 작용하지 않도록 지하수위를 낮추는 단계; b) 신규 지하구조물의 상부슬래브 상면과 접하는 위치에 다수 개의 강관을 압입하여 수평강관루프를 형성시키면서 부력방지 앵커의 강선을 절단하는 단계; c) 상기 강선이 절단된 위치의 수평강관루프 상하면을 절취하고 수평강관루프 내로 상부측 강선을 인입하는 단계; d) 상기 상부측 강선의 하단부를 수평강관루프의 외측 하부로 노출시키되 수평강관루프 내에 수직하게 설치되는 쉬스관을 통과하여 노출되도록 하는 단계; e) 상기 수평강관루프를 이루는 강관 내에 콘크리트를 타설하여 부력지지체를 구축하는 단계; f) 상기 부력지지체의 양단 하부에 다수 개의 강관을 압입하여 수직강관루프를 구축하는 단계; g) 정착수단으로 상기 상부측 강선을 수평강관루프 외측 하부에 정착시키는 단계; h) 상기 부력지지체의 하부에 신규 지하구조물을 구축하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 정착수단은, 강관의 방향과 수직한 방향으로 배치되는 지지형강 및, 각 상부측 강선을 상기 지지형강에 접합해주는 정착구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 f)단계에서 강관은 신규 지하구조물의 외면과 접하는 위치에 압입되는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 f)단계에서 강관은 신규 지하구조물의 외부 측벽이 놓일 위치에 압입되는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 신규 지하구조물은, 작업기지에서 제작된 함체를 상기 부력지지체의 하부로 추진함으로써 구축되는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법이 제공된다.
본 발명은 관련 기술이 거의 없는 부력방지 앵커를 가지는 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법을 제공한다는 데에 의의가 있다.
상기 지하구조물의 시공방법은, 시공이 이루어지는 동안 지하수위를 낮추어 기존 구조물에 부력이 발생하지 않도록 함으로써 부력방지 앵커가 일시적으로 제기능을 하지 못하더라도 기존 구조물에 영향을 미치지 않는다. 상기 부력방지 앵커는 신규 지하구조물 상부의 부력지지체에 재정착되므로 시공이 완료된 후 지하수위를 다시 회복시키더라도 기존 구조물의 부력을 지지할 수 있다.
상기 부력방지 앵커는 정착수단에 의해 다수 개의 강관으로 이루어지는 수평강관루프 내부 또는 외부에 재정착되는데, 각 강관 내의 공간은 서로 연통되고 위 공간에 콘크리트가 타설되기 때문에 부력방지 앵커가 매우 견고하게 정착될 수 있다.
상기 수평강관루프 내에 배치되는 일체화된 I형강 토막들 또는 수평강관루프 외측 하부에 배치되는 지지형강은 부력방지 앵커를 통해 전달되는 하중을 분산시켜 주어 수평강관루프 내에 콘크리트가 타설되어 형성되는 부력지지체가 안정적으로 하중을 지지할 수 있도록 해준다.
부력방지 앵커가 정착되는 부력지지체가 구축된 후에는 그 하부에 신규 지하구조물을 현장타설공법 또는 함체추진공법 등 어떤 공법에 의해서든 시공할 수 있으며, 함체추진공법에 의해 시공하는 경우에는 작업기지에서 미리 함체를 제작하여 신속하게 견고한 지하구조물을 구축하는 것이 가능하다.
도 1은 종래기술로서 '파일기초부를 횡단하는 지중구조물 시공방법 및 그를 이용하여 축조된 지중구조물'에 관한 설명도이다.
도 2는 또 다른 종래기술로서 '지지말뚝이 설치된 교량의 교각기초 하부에 지하구조물을 구축하는 방법'에 관한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 지하구조물 시공방법을 순서대로 도시한 설명도이다.
도 4는 상기 지하구조물 시공방법에 있어 수평강관루프를 이루는 강관을 압입하는 단계의 세부적 과정을 순서대로 도시한 설명도이다.
도 5는 상기 수평강관루프를 이루는 강관의 일실시예를 도시한 사시도이다.
도 6은 정착수단의 여러 가지 실시예에 관한 설명도이다.
도 7은 신규 지하구조물의 구축 시 수직강관루프의 제거 여부에 따른 수직강관루프를 이루는 강관의 압입 위치에 관한 설명도이다.
도 8은 상기 수직강관루프의 일부분이 소구경 강관에 의해 형성되는 경우에 관한 설명도이다.
도 9는 강관루프가 원형강관으로 이루어진 경우에 관한 설명도이다.
도 10은 신규 지하구조물을 함체공법으로 구축하는 경우에 있어 강관루프에 롤러가 설치되어 있는 위치에 관한 설명도이다.
도 11은 신규 지하구조물을 함체공법으로 구축하는 경우에 있어 함체의 추진 전에 시공될 수 있는 도갱공에 관한 설명도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 의한 지하구조물 시공방법을 순서대로 도시한 설명도이다.
도 13은 상기 제2실시예에 적용될 수 있는 정착수단에 관한 설명도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 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.
본 발명은 강선(311) 및 정착단(312)으로 이루어진 부력방지 앵커(310)가 설치되어 있는 기존 구조물(300) 하부의 상기 부력방지 앵커(310)와 간섭하는 높이에 신규 지하구조물(400)을 시공하는 경우에 있어, 상기 부력방지 앵커(310)의 효과를 훼손하지 않으면서 신규 지하구조물(400)을 시공하는 것이 가능한 지하구조물의 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 지하구조물의 시공방법은 상기 부력방지 앵커(310)가 재정착되는 위치에 따라 크게 2가지의 실시예로 나누어진다.
도 3에는 본 발명의 제1실시예에 의한 지하구조물의 시공방법이 순서대로 도시되어 있다. 도 3 등에는 신규 지하구조물(400)이 기존 구조물(300)과 직각을 이루는 방향으로 구축되는 모습이 도시되어 있지만, 신규 지하구조물(400)은 기존 구조물(300)과 같은 방향으로도 구축될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 의한 지하구조물의 시공방법은, a) 신규 지하구조물(400)이 구축될 구간의 전후에 작업기지를 구축하고, 기존 구조물(300)에 부력이 작용하지 않도록 지하수위를 낮추는 단계; b) 신규 지하구조물(400)의 상부슬래브(410) 상면과 접하는 위치에 다수 개의 강관(T)을 압입하여 수평강관루프(510)를 형성시키면서 부력방지 앵커(310)의 강선(311)을 절단하는 단계; c) 상기 강선(311)이 절단된 위치의 수평강관루프(510) 상면을 절취하고 수평강관루프(510) 내로 상부측 강선(311a)을 인입하는 단계; d) 정착수단으로 상기 상부측 강선(311a)을 수평강관루프(510) 내부에 정착시키는 단계; e) 상기 수평강관루프(510)를 이루는 강관(T) 내에 콘크리트(C)를 타설하여 부력지지체(510A)를 구축하는 단계; f) 상기 부력지지체(510A)의 양단 하부에 다수 개의 강관(T)을 압입하여 수직강관루프(520)를 구축하는 단계; g) 상기 부력지지체(510A)의 하부에 신규 지하구조물(400)을 구축하는 단계;를 포함하여 이루어지는데, 이하에서는 상기 제1실시예에 의한 지하구조물의 시공방법을 단계별로 상세하게 설명하도록 한다.
a) 신규 지하구조물(400)이 구축될 구간의 전후에 작업기지를 구축하고, 기존 구조물(300)에 부력이 작용하지 않도록 지하수위를 낮추는 단계;
신규 지하구조물(400)의 하면 높이에까지 수직하게 굴토를 진행하여 신규 지하구조물(400)이 구축될 구간의 전후에 작업기지를 구축함으로써 후속의 단계들에서의 작업이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 작업공간을 확보한다.
그리고 신규 지하구조물(400)이 구축될 동안 기존 구조물(300)에 부력이 작용하는 것을 방지하여 일시적으로 부력방지 앵커(310)가 제 기능을 하지 못하더라도 기존 구조물(300)이 뜨지 않도록 한다.
상기했던 바와 같이, 신규 지하구조물(400)은 기존 구조물(300)과 서로 다른 방향으로 구축될 수도 있고 기존 구조물(300)과 같은 방향으로 구축될 수도 있는데, 도 3의 (a)에 도시되어 있는 것과 같이 신규 지하구조물(400)이 기존 구조물(300)과 직각을 이루도록 구축되는 경우에는 신규 지하구조물(400)의 구간 길이가 긴 이유로 작업기지와 기존 구조물(300) 사이의 거리가 멀 수 있으므로 기존 구조물(300) 주변으로 임시의 배수 트렌치(D) 등을 만들어 지하수위를 낮출 수 있도록 한다. 그러나 작업기지가 기존 구조물(300) 가까이에 구축될 때에는 별도의 배수 트렌치 등을 만들지 않고 작업기지를 통해 배수가 이루어질 수 있도록 한다.
지하수위를 낮추게 되면 기존 구조물(300)에는 더 이상 부력이 작용하지 않고 기존 구조물(300)에 일반적인 구조물에서와 같이 중력 방향의 하중이 작용하게 되어 부력방지 앵커(310) 없이도 지지될 수 있는 상태가 된다.
b) 신규 지하구조물(400)의 상부슬래브(410) 상면과 접하는 위치에 다수 개의 강관(T)을 압입하여 수평강관루프(510)를 형성시키면서 부력방지 앵커(310)의 강선(311)을 절단하는 단계;
신규 지하구조물(400)의 주변 지반을 보강하여 지하구조물이 시공이 안전하게 이루어질 수 있도록 하고 신규 지하구조물(400)이 구축되는 동안 주변 지반으로의 영향을 최소화할 수 있도록 강관루프(500)를 형성하는데, 본 단계에서는 먼저 수평강관루프(510)를 형성한다.
본 단계는 보다 세부적으로 다음과 같은 과정을 통해 진행된다.
ⅰ) 강관(T) 압입 시작.
ⅱ) 강관(T)이 부력방지 앵커(310)의 강선(311) 위치에까지 압입되면 강선(311) 절단.
ⅲ) 강관(T) 압입 마무리.
도 4에는 본 단계의 세부적인 진행 과정이 순서대로 도시되어 있다.
상기 과정 ⅱ)에서 강선(311)을 절단할 때에는 상부측 강선(311a), 즉 절단된 후 기존 구조물(300)과 연결되어 있는 강선(311)이 최대한의 길이를 갖도록 절단하여 후속의 d)단계에서의 정착길이가 확보될 수 있도록 한다. 그리고 강선(311)의 정확한 위치를 측정하여 아래의 c)단계가 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
상기 과정 ⅱ)에서 강선(311)을 절단함에 따라 자유로워진 상부측 강선(311a)의 단부는 과정 ⅲ)에서 강관(T)의 외측 상면에서 강관(T)이 압입되는 방향으로 꺾이게 된다.
도 5에는 상기 강관의 일실시예로서 사각강관이 도시되어 있다. 상기 사각강관은 상·하판(t1, t2) 및 측판(t3)으로 이루어진다. 상기 상·하판(t1, t2)은 사각강관의 길이방향으로 배치되고 그 사이에 길이방향으로 다수 개의 측판(t3)이 배치되어 상·하판(t1, t2)을 연결해주는데, 상기 측판(t3)은 강관(T)의 압입시에는 강관(T)의 전 길이 상에 구비되어있지만 먼저 압입된 강관(T)의 측면에 다른 강관(T)이 압입될 때에는 먼저 압입된 강관(T)의 측판(t3)이 제거되고 다른 강관(T)의 압입이 완료된 후에는 측판(t3)들이 강관(T)의 길이 상에서 간격을 두고 구비되어 있어 수평강관루프(510)를 이루는 강관(T)들은 서로 연통하는 공간을 가지게 된다.
도 5의 (b)에 도시된 강관은 사각강관 중에서도 연결강관으로서, 연결강관의 상·하판(t1, t2)에는 후크(h)가 형성되어 있어 도 5의 (a)에 도시된 기준강관이 먼저 압입되고 난 후 후크가 기준강관의 상·하판(t1, t2)에 끼워짐으로써 연결강관이 기준강관과 평행을 이루며 압입될 수 있도록 해준다.
강관들은 도 5의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이 다발로 형성됨으로써 다수 개가 한번에 압입될 수도 있다.
그리고 상기 수평강관루프(510)를 이루는 강관(T)은 도 5에 도시된 것과 같은 사각강관뿐만 아니라 원형강관 등 공지의 다른 강관이 사용될 수도 있다.
c) 상기 강선(311)이 절단된 위치의 수평강관루프(510) 상면을 절취하고 수평강관루프(510) 내로 상부측 강선(311a)을 인입하는 단계;
상기 b)단계에서 측정된 강선(311)의 절단 위치에서 수평강관루프(510)의 상면을 절취하여 수평강관루프(510)의 외측 상부에 꺾인 상태로 위치하고 있는 상부측 강선(311a)을 수평강관루프(510) 내로 인입한다.
수평강관루프(510)를 절취하는 면적은 상부측 강선(311a) 인입작업의 용이성을 위하여 강선(311)의 단면적 보다 더 넓을 수 있다. 이 경우, 본 단계 후 절취부(K) 상부의 외부 토사 내에 그라우팅을 하여 절취부(K)를 통해 토사가 들어오는 것을 방지할 수 있도록 하고 상기 절취부(K)를 폐쇄하는 단계를 추가하여 아래의 e)단계에서 콘크리트(C)의 타설 시 콘크리트(C)가 수평강관루프(510)의 절취된 부분을 통하여 새지 않도록 할 수 있다.
d) 정착수단으로 상기 상부측 강선(311a)을 수평강관루프(510) 내부에 정착시키는 단계;
상기 b)단계에서 강관(T)을 압입하면서 절단되어 정착단(312)이 위치한 부분과 분리된 상부측 강선(311a)이 다시 부력방지 앵커(310)를 이루는 부재로서의 기능을 할 수 있도록 정착수단을 통해 수평강관루프(510) 내에 정착시킨다.
도 3의 (d)에는 정착수단으로서, 각 상부측 강선(311a)의 말단부에 접합되어 상기 상부측 강선(311a)이 수평강관루프(510)의 절취부(K)를 통해 다시 수평강관루프(510) 밖으로 이탈되는 것을 방지해주는 정착판(P)이 도시되어 있다. 상기 정착판(P)은 수평강관루프(510)의 절취부(K) 단면보다 더 큰 단면을 가지고 있어, 기존 구조물(300)에 다시 부력이 작용하게 됨에 따라 상부측 강선(311a)이 인장되더라도 강관(T)의 내측 상면에 걸리게 됨으로써 상부측 강선(311a)을 수평강관루프(510) 내에 정착시키게 된다.
상기 정착수단은 이러한 기능을 할 수 있는 것이라면 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 도 6에는 정착수단의 다른 실시예들이 도시되어 있다. 참고로 도 6은 기존 구조물(300)의 종단면이 나타나도록 도시한 도면이다.
도 6의 (a)에는, 수평강관루프(510) 내에 강관(T)과 수직하게 배치된 다수 개의 I형강 토막(B)이 일체적으로 연결되고 상부측 강선(311a)이 그 말단부에 접합되어 있는 정착판(P)을 통하여 일체화된 I형강 토막(B)들에 정착되어 있는 정착수단이 도시되어 있다. 상기 상부측 강선(311a)이 인장되면 상부측 강선(311a)이 정착되어 있는 부분에서는 국부적으로 매우 큰 하중이 작용하게 되는데, 일체화된 I형강 토막(B)들은 상부측 강선(311a)에 의해 발생하는 하중을 분산시켜 수평강관루프(510)가 안정적으로 하중을 지지할 수 있도록 해준다.
도 6의 (a)에서는 I형강 토막(B)들 뿐만 아니라 인접하는 I형강 토막(B) 사이에 I형강이 배치되어 있는 것을 볼 수 있는데, 강관(T)의 길이방향으로 배치되는 상기 I형강과 강관(T)과 수직한 방향으로 배치되는 I형강 토막(B)들이 일체화 됨으로써 보다 견고한 수평강관루프(510)를 형성시키게 된다.
도 6의 (b)에 도시된 정착수단은, 상부측 강선(311a) 말단부에 접합되어 있는 정착판(P)이 강관(T) 내에 배치된 철근조립체(F)에 부착됨으로써 이루어진다. 이 경우 상기 상부측 강선(311a)에 의해 발생하는 하중은 철근조립체(F) 및 후속의 e)단계에 타설되는 콘크리트(C)에 의해 분산되어 강관(T)의 내측면에 직접적으로 큰 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 상기 철근조립체(F)는 수평강관루프(510)의 인장응력을 향상시켜주기 위하여 구비되는 것이지만, 상기 정착판(P)이 강관(T)의 상·하판(t1, t2) 중간에 위치하도록 정착판(P)의 위치를 고정시켜주고 정착판(P)에 작용하는 하중을 분산시켜주는 정착수단을 이루는 부재로서의 역할 또한 하게 된다.
정착수단을 이루는 부재로는 상기 철근조립체(F) 외에도 강관(T)의 길이방향으로 배치되는 I형강이 사용될 수 있다.
e) 상기 수평강관루프(510)를 이루는 강관(T) 내에 콘크리트(C)를 타설하여 부력지지체(510A)를 구축하는 단계;
강관(T) 내부에 콘크리트(C)를 타설함으로써 밀실하게 충전하여 상부측 강선(311a)이 인장하게 되더라도 강관(T)에 변형이 발생하는 것을 방지하고 수평강관루프(510)의 일체성을 향상시켜 준다.
부력지지체(510A)는 내부에 콘크리트(C)가 타설되어 상부측 강선(311a)이 완전히 정착될 수 있는 상태의 수평강관루프(510)를 가리킨다.
콘크리트(C)의 압축력에 강한 성질과 강관(T)에 의한 콘크리트(C) 구속효과 및 강관(T)과 콘크리트(C)의 합성효과는 부력지지체(510A)의 강성을 향상시켜 상부측 강선(311a)이 인장하게 됨에 따라 정착판(P)에 의해 가해지는 압축력을 부력지지체(510A)가 지지할 수 있도록 한다. 또한, 수평강관루프(510)를 이루는 강관(T)들의 서로 연통하는 공간 내에 콘크리트(C)가 채워지기 때문에 부력지지체(510A)는 일체화된 구조를 가지게 되고, 이에 따라 상부측 강선(311a)에 의해 발생하는 하중을 분산시키는 효과는 더욱 커지게 된다.
f) 상기 부력지지체(510A)의 양단 하부에 다수 개의 강관(T)을 압입하여 수직강관루프(520)를 구축하는 단계;
상기 부력지지체(510A), 즉 수평강관루프(510)의 양단 하부에 수평강관루프(510)를 이루는 것과 같은 강관(T)을 압입하여 강관루프(500)를 완성한다. 상기 강관루프(500)는 수평강관루프(510) 및 수직강관루프(520)에 의해 구획되는 공간과 그 외부를 분리하여 위 공간 내에서 신규 지하구조물(400)을 안전하고 용이하게 구축할 수 있도록 한다.
후속의 신규 지하구조물(400)을 구축하는 단계에서 수직강관루프(520)의 일부를 제거하는지의 여부에 따라 상기 수직강관루프(520)와 신규 지하구조물(400)의 외부 측벽(420)이 가지는 위치관계는 두 가지 경우로 나뉜다.
도 7의 (a)는 신규 지하구조물(400)의 구축 시 수직강관루프(520)가 그대로 존치되는 경우로서, 이때에는 본 단계에서 강관(T)이 신규 지하구조물(400)의 외면과 접하는 위치에 압입되게 된다. 수직강관루프(520) 내에는 상기 수평강관루프(510)에서와 같이 그 내부에 철근조립체(F) 등이 배치되고 콘크리트(C)가 타설되어 매우 견고한 구조의 강관루프(500)를 이룰 수 있다.
강관(T)을 신규 지하구조물(400)의 외면과 접하는 위치에 압입하는 경우에 있어, 신규 지하구조물(400)이 시공되는 지반이 암반 및 토사가 복합된 층으로 이루어져 지반의 강성이 일정하지 않은 경우에는 소구경 강관(Ts) 다수 개를 엇갈리게 다수 열로 배치하여 수직강관루프(520)를 이루도록 할 수 있다. 도 8에는 수직강관루프(520)의 일부분이 소구경 강관(Ts)에 의해 형성된 모습이 도시되어 있다. 상기 소구경 강관(Ts)은 상기 수평강관루프(510)를 이루는 중구경의 강관(T)에 비하여 단면적이 작기 때문에 압입이 용이하여 지반의 강성이 일정하지 않은 경우에도 사용하는 것이 가능하다.
상기 소구경 강관(Ts) 내부 공간 및 각 소구경 강관(Ts) 사이에는 그라우팅(G)을 하여 수직강관루프(520)가 수밀한 구조가 될 수 있도록 하고 수직강관루프(520)의 일체성을 향상시켜 줄 수 있도록 한다.
도 7의 (b)에는 신규 지하구조물(400)의 구축 시 수직강관루프(520)의 일부가 제거되는 경우로서, 본 단계에서 강관(T)이 신규 지하구조물(400)의 외부 측벽(420)이 놓일 위치에 압입되는 모습이 도시되어 있다. 이 경우 수직강관루프(520)의 제거된 부분은 재활용될 수 있어 경제성을 향상시키는 효과가 있다.
상기했던 바와 같이 강관루프(500)를 이루는 각관으로는 사각강관 뿐만 아니라 원형강관이 사용될 수도 있는데, 도 9에는 강관루프(500)가 원형강관으로 이루어져 있는 경우의 모습이 도시되어 있다.
g) 상기 부력지지체(510A)의 하부에 신규 지하구조물(400)을 구축하는 단계;
상기 강관루프(500)에 의해 구획되는 공간 내에 신규 지하구조물(400)을 구축한다. 상기 신규 지하구조물(400)은 현장타설의 방법으로 구축될 수도 있고, 본 단계가 시작되기 전에 작업기지에서 미리 함체(H)를 제작하여 본 단계에서 상기 함체(H)를 부력지지체(510A)의 하부로 추진(및/또는 견인)시키는 방법으로 구축될 수도 있다.
함체(H)를 추진하여 신규 지하구조물(400)을 구축하는 경우에는, 상기 강관루프(500)에 롤러(R)를 설치하여 강관루프(500)와 함체(H) 사이의 마찰력을 줄여줌으로써 작은 추진력으로도 함체(H)를 용이하게 추진하게 할 수도 있다. 도 10에는 강관루프(500)에 롤러(R)가 설치되어 있는 경우의 모습이 도시되어 있는데, 도 10의 (a)는 신규 지하구조물(400)의 구축 시 수직강관루프(520)가 그대로 존치되는 경우로서 강관루프(500)의 외측 하부면(수직강관루프(520)에 있어서는 강관루프(500)에 의해 구획되는 공간과 직접 접하는 면)에 롤러(R)가 설치되어 있는 것을 볼 수 있다. 그리고 도 10의 (b)는 신규 지하구조물(400)의 구축 시 수직강관루프(520)의 일부가 제거되는 경우로서, 수평강관루프(510)의 외측 하부면 및 수직강관루프(520)를 이루는 상판(t1) 내측면에 롤러(R)가 설치되어 있는 것을 볼 수 있다.
상기 롤러(R)는 강관루프(500)에 설치되는 대신 함체(H)에 구비되어 있을 수도 있다.
또한, 함체(H)를 추진하여 신규 지하구조물(400)을 구축하는 경우에는, 함체(H)의 추진을 완료한 후 함체(H)의 외면과 강관루프(500) 사이에 그라우팅 작업을 하여 함체(H)와 강관루프(500)를 일체화시키고 신규 지하구조물(400)이 수밀한 구조가 될 수 있도록 한다.
신규 지하구조물(400)의 구축을 위하여 강관루프(500) 내의 토사를 제거할 때에는 지하구조물과 같은 방향의 도갱공(E)을 먼저 구축하여 토사 제거 작업이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다. 함체(H)를 추진하는 방법으로 신규 지하구조물(400)을 구축할 때에는, 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 함체(H)의 측벽(420) 하부에 도갱공(E)을 형성시키고, 도갱공(E)의 하부에 함체(H)의 하부슬래브(430)와 면하는 기초 콘크리트 바닥을 시공하여 함체(H)가 부등침하되지 않고 추진되도록 할 수 있다.
상기 도갱공(E)을 구축하는 대신, 도 11의 (b) 및 (c)에 도시된 것과 같은 사각각관(J) 및 원형강관(L)을 압입함으로써 도갱공(E)의 역할을 하도록 할 수도 있다.
상기 신규 지하구조물(400)은 기존 구조물(300)의 하부에 시공되는 것이므로 신규 지하구조물(400)에도 부력이 작용할 것이고, 신규 지하구조물(400)에 작용하는 부력을 지지해줄 수 있는 부력지지수단이 신규 지하구조물(400)에 구비되어 함은 당연하다. 상기 부력지지수단으로는 기존 구조물(300)에서와 같이 부력방지 앵커(310)가 사용될 수 있다.
상기 g)단계가 완료되면 a)단계에서 구축하였던 작업기지를 원상복구하고 지하수위를 낮추기 위한 수단들을 해체한다. 이에 따라 상기 기존 구조물(300) 및 신규 지하구조물(400)이 위치하고 있는 지반은 본래의 지하수위를 회복하게 되지만, 상기 기존 구조물(300)의 부력방지 앵커(310)는 신규 지하구조물(400)의 부력지지체(510A)에 정착되어 있기 때문에 여전히 기존 구조물(300)에 작용하는 부력을 지지해줄 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 의한 지하구조물 시공방법에 대하여 설명하도록 하겠다. 도 12에는 상기 제2실시예에 의한 지하구조물 시공방법이 순서대로 도시되어 있다. 본 발명의 제2실시예에 의한 지하구조물의 시공방법을 설명하면서 제1실시에와 공통되는 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2실시예에 의한 지하구조물 시공방법은, a) 신규 지하구조물(400)이 구축될 구간의 전후에 작업기지를 구축하고, 기존 구조물(300)에 부력이 작용하지 않도록 지하수위를 낮추는 단계; b) 신규 지하구조물(400)의 상부슬래브(410) 상면과 접하는 위치에 다수 개의 강관(T)을 압입하여 수평강관루프(510)를 형성시키면서 부력방지 앵커(310)의 강선(311)을 절단하는 단계; c) 상기 강선(311)이 절단된 위치의 수평강관루프(510) 상하면을 절취하고 수평강관루프(510) 내로 상부측 강선(311a)을 인입하는 단계; d) 상기 상부측 강선(311a)의 하단부를 수평강관루프(510)의 외측 하부로 노출시키되 수평강관루프(510) 내에 수직하게 설치되는 쉬스관(S)을 통과하여 노출되도록 하는 단계; e) 상기 수평강관루프(510)를 이루는 강관(T) 내에 콘크리트를 타설하여 부력지지체(510A)를 구축하는 단계; f) 상기 부력지지체(510A)의 양단 하부에 다수 개의 강관(T)을 압입하여 수직강관루프(520)를 구축하는 단계; g) 정착수단으로 상기 상부측 강선(311a)을 수평강관루프(510) 외측 하부에 정착시키는 단계; h) 상기 부력지지체(510A)의 하부에 신규 지하구조물(400)을 구축하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
제2실시예에 의한 지하구조물 시공방법에 의하면, 상기했던 바와 같이 제1실시예에 의한 지하구조물과 비교하여 부력방지 앵커(310)가 재정착되는 위치가 상이하다. 즉 제1실시예에서는 상부측 강선(311a)이 부력지지체(510A)의 내부에 정착되는 반면, 제2실시예에서는 상부측 강선(311a)이 부력지지체(510A)의 외측 하부에 정착된다.
이에 따라, 제2실시예에서는 c)단계에서 상부측 강선(311a)을 수평강관루프(510) 내로 인입시키기 위하여 강선(311)이 절단된 위치의 수평강관루프(510) 상면을 절취할 뿐만 아니라, 수평강관루프(510) 내로 인입된 상부측 강선(311a)이 다시 수평강관루프(510) 외측 하부로 노출될 수 있도록 수평강관루프(510) 하면 또한 절취한다.
그리고 상기 상부측 강선(311a)을 수평강관루프(510)의 외측 하부로 노출시킬 때에는 수평강관루프(510) 내에 수직하게 설치되는 쉬스관(S)을 통과하여 노출되도록 함으로써, 수평강관루프(510)를 이루는 강관(T) 내에 타설되는 콘크리트에 상부측 강선(311a)이 매립되어 후속의 g)단계에서 상부측 강선(311a)의 정착작업에 방해가 되지 않도록 한다.
제2실시예에서는 상부측 강선(311a)의 정착작업이 강관루프(500)의 구축작업이 완료된 후에 진행된다.
상부측 강선(311a)을 수평강관루프(510)의 외측 하부에 정착시키기 위한 정착수단으로는 제1실시예에서와 마찬가지로 상부측 강선(311a)의 말단부에 접합되어 상기 상부측 강선(311a)이 수평강관루프(510)의 절취부(K)를 통해 다시 수평강관루프(510) 상부로 이탈되는 것을 방지해주는 정착판(P)이 사용될 수 있다.
또는, 강관(T)의 방향과 수직한 방향으로 배치되는 지지형강(I) 및 각 상부측 강선(311a)을 상기 지지형강(I)에 접합해주는 정착구(M)로 이루어지는 정착수단을 사용할 수도 있다. 도 13에는 이러한 정착수단이 적용되어 있는 경우에 관한 설명도가 도시되어 있다. 상기 정착수단의 지지형강(I)은 수평강관루프(510)를 이루는 강관(T)들 중 양단부에 위치한 강관(T)을 제외한 모든 강관(T)에 걸쳐서 형성되기 때문에 상기 상부측 강선(311a)이 인장되는 경우 작용하게 되는 국부적인 큰 하중을 고르게 분산시키게 된다.
제1실시예에서 상부측 강선(311a)이 수평강관루프(510) 내부에 정착되어 정착수단 상부의 부력지지체(510A)의 일부분이 상부측 강선(311a)에 의해 발생하는 하중을 지지하였다면, 제2실시예에서는 상부측 강선(311a)이 수평강관루프(510)의 외측 하부에 정착되기 때문에 부력지지체(510A)의 모든 부분이 상부측 강선(311a)에 의해 발생하는 하중을 지지해준다.
상기 g)단계에서 상부측 강선(311a)이 정착된 후에는 신규 지하구조물(400)을 구축하는 단계가 진행되는데, 더 정확하게는 f)단계를 완료하여 강관루프(500)를 구축한 후, 수평강관루프(510)와 수직강관루프(520)에 의해 구획되는 공간 내의 토사를 제거하는 단계, g)단계 및 h)단계로 이루어지는 세 개의 과정이 반복적으로 진행된다.
즉 신규 지하구조물(400)이 현장타설에 의해 구축되는 경우에는, 수평강관루프(510)와 수직강관루프(520)에 의해 구획되는 공간 내의 토사를 일부 구간에 걸쳐 제거하는 단계, 토사가 제거된 구간의 수평강관루프(510) 외측 하부에 상부측 강선(311a)을 정착하는 단계, 토사가 제거된 구간의 수평강관루프(510)와 수직강관루프(520)에 의해 구획되는 공간 내에 신규 지하구조물(400)의 일부 구간을 구축하는 단계를 진행하고, 재차로 수평강관루프(510)와 수직강관루프(520)에 의해 구획되는 공간 내의 토사를 제거하고 상부측 강선(311a) 정착 단계, 신규 지하구조물(400) 구축 단계를 다시 진행하는 식으로 신규 지하구조물(400)이 구축된다.
그리고 신규 지하구조물(400)이 함체(H)를 추진하는 방법에 의해 구축되는 경우에는, 현장타설에 의해 구축되는 경우에 있어 신규 지하구조물(400)의 일부 구간을 구축하는 단계를 진행하는 대신 함체(H)를 굴토된 구간 내로 추진해가는 단계가 진행될 것이다.
이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하게 하기 위한 예시에 불과한 것이므로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.
300 : 기존 구조물 310 : 부력방지 앵커
311 : 강선 311a : 상부측 강선
312 : 정착단 400 : 신규 지하구조물
410 : 상부슬래브 420 : 측벽
500 : 강관루프 510 : 수평강관루프
510A : 부력지지체 520 : 수직강관루프
C : 콘크리트 I : 지지형강
M : 정착구 P : 정착판
S : 쉬스관 T : 강관

Claims (6)

  1. 강선(311) 및 정착단(312)을 포함하여 이루어지는 부력방지 앵커(310)에 의해 부력을 지지하는 기존 구조물(300)의 하부에 신규 지하구조물(400)을 시공하는 방법에 있어서,
    a) 신규 지하구조물(400)이 구축될 구간의 전후에 작업기지를 구축하고, 기존 구조물(300)에 부력이 작용하지 않도록 지하수위를 낮추는 단계;
    b) 신규 지하구조물(400)의 상부슬래브(410) 상면과 접하는 위치에 다수 개의 강관(T)을 압입하여 수평강관루프(510)를 형성시키면서 부력방지 앵커(310)의 강선(311)을 절단하는 단계;
    c) 상기 강선(311)이 절단된 위치의 수평강관루프(510) 상면을 절취하고 수평강관루프(510) 내로 상부측 강선(311a)을 인입하는 단계;
    d) 정착수단으로 상기 상부측 강선(311a)을 수평강관루프(510) 내부에 정착시키는 단계;
    e) 상기 수평강관루프(510)를 이루는 강관(T) 내에 콘크리트(C)를 타설하여 부력지지체(510A)를 구축하는 단계;
    f) 상기 부력지지체(510A)의 양단 하부에 다수 개의 강관(T)을 압입하여 수직강관루프(520)를 구축하는 단계;
    g) 상기 부력지지체(510A)의 하부에 신규 지하구조물(400)을 구축하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법.
  2. 강선(311) 및 정착단(312)을 포함하여 이루어지는 부력방지 앵커(310)에 의해 부력을 지지하는 기존 구조물(300)의 하부에 신규 지하구조물(400)을 시공하는 방법에 있어서,
    a) 신규 지하구조물(400)이 구축될 구간의 전후에 작업기지를 구축하고, 기존 구조물(300)에 부력이 작용하지 않도록 지하수위를 낮추는 단계;
    b) 신규 지하구조물(400)의 상부슬래브(410) 상면과 접하는 위치에 다수 개의 강관(T)을 압입하여 수평강관루프(510)를 형성시키면서 부력방지 앵커(310)의 강선(311)을 절단하는 단계;
    c) 상기 강선(311)이 절단된 위치의 수평강관루프(510) 상하면을 절취하고 수평강관루프(510) 내로 상부측 강선(311a)을 인입하는 단계;
    d) 상기 상부측 강선(311a)의 하단부를 수평강관루프(510)의 외측 하부로 노출시키되 수평강관루프(510) 내에 수직하게 설치되는 쉬스관(S)을 통과하여 노출되도록 하는 단계;
    e) 상기 수평강관루프(510)를 이루는 강관(T) 내에 콘크리트(C)를 타설하여 부력지지체(510A)를 구축하는 단계;
    f) 상기 부력지지체(510A)의 양단 하부에 다수 개의 강관(T)을 압입하여 수직강관루프(520)를 구축하는 단계;
    g) 정착수단으로 상기 상부측 강선(311a)을 수평강관루프(510) 외측 하부에 정착시키는 단계;
    h) 상기 부력지지체(510A)의 하부에 신규 지하구조물(400)을 구축하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정착수단은, 강관(T)의 방향과 수직한 방향으로 배치되는 지지형강(I) 및, 각 상부측 강선(311a)을 상기 지지형강(I)에 접합해주는 정착구(M)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 f)단계에서 강관(T)은 신규 지하구조물(400)의 외면과 접하는 위치에 압입되는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 f)단계에서 강관(T)은 신규 지하구조물(400)의 외부 측벽(420)이 놓일 위치에 압입되는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 신규 지하구조물(400)은, 작업기지에서 제작된 함체(H)를 상기 부력지지체(510A)의 하부로 추진함으로써 구축되는 것을 특징으로 하는 부력방지 앵커가 설치된 기존 구조물의 하부에 신규 지하구조물을 시공하는 방법.
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