KR101483865B1 - 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흙막이 벽과 버팀대를 이용한 지하구조물의 시공방법에 있어서, 지반굴착을 위해 설치되는 흙막이 벽을 굴착 완료 후 철거하지 않고 지하 구조물의 외벽 구축을 위한 외측 거푸집으로 이용하면서 외벽과 일체로 되어 외벽의 일부를 구성하도록 하고, 지하 구조물의 구조부재인 보와 슬래브를 굴착 깊이에 대응하여 선시공하여 굴착 도중에 흙막이 벽을 지지하는 버팀대로 활용하는 지하 구조물의 시공방법에 관한 것으로, 특히 흙막이 벽에 작용하는 측압을 균등하게 버팀대 기능을 하는 지하구조물의 보와 슬래브에 전달할 수 있도록 하고 지하구조물의 보와 접합이 간편하며 지하외벽 콘크리트 타설을 순타 또는 역타 어느 방식으로도 실시할 수 있도록 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물의 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물시공방법은 대지경계선을 따라 흙막이 벽을 시공하는 단계; 흙막이 벽으로 둘러싸인 내부에 지하 구조물의 평면계획에 따라 기둥이 설치될 위치에 지하 본 기둥을 설치하는 단계; 일정 깊이로 굴착하고, 노출된 흙막이 벽에 수직하게 브래킷의 일단을 설치하는 단계; 브래킷 상면에서 브래킷 양단으로부터 간격을 두고 흙막이 벽과 평행하도록 띠장 형성 영구거푸집을 설치하는 단계; 지하 본 기둥 사이 및 띠장 형성 영구거푸집과 본 기둥 사이에 내부 보를 설치하는 단계; 내부 보 사이에 데크를 설치하고, 흙막이 벽과 띠장 형성 영구거푸집 사이에 리브라스를 설치하는 단계; 데크 상부와 띠장 형성 영구거푸집 내부 및 흙막이 벽과 띠장 형성 영구거푸집 사이공간에 콘크리트를 타설하여, 흙막이 벽에 작용하는 토압을 지지하는 합성구조의 띠장과 슬래브를 동시에 구축하되 슬래브를 구성할 때 지하외벽 콘크리트 타설홀이 형성되도록 하는 단계; 상기 단계들을 최하층 레벨까지 반복 수행하는 단계; 최하층 바닥을 구축하는 단계; 최상층에서 최하층을 향해 순차적으로 앞 단계에서 형성한 타설홀을 통하여 지하외벽 콘크리트를 타설 양생하여 지하외벽을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물시공방법{Construction Method of Underground Structure using Composite Wale}
본 발명은 흙막이 벽과 버팀대를 이용한 지하구조물의 시공방법에 있어서, 지반굴착을 위해 설치되는 흙막이 벽을 굴착 완료 후 철거하지 않고 지하 구조물의 외벽 구축을 위한 외측 거푸집으로 이용하면서 외벽과 일체로 되어 외벽의 일부를 구성하도록 하고, 지하 구조물의 구조부재인 보와 슬래브를 굴착 깊이에 대응하여 선시공하여 굴착 도중에 흙막이 벽을 지지하는 버팀대로 활용하는 지하 구조물의 시공방법에 관한 것으로, 특히 흙막이 벽에 작용하는 측압을 균등하게 버팀대 기능을 하는 지하구조물의 보와 슬래브에 전달할 수 있도록 하고 지하구조물의 보와 접합이 간편하며 지하외벽 콘크리트 타설을 순타 또는 역타 어느 방식으로도 실시할 수 있도록 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물의 시공방법에 관한 것이다.
최근의 건설동향은 구조물의 대형화, 초고층화, 지하공간 활용의 필요성으로 지반굴착 대심도화, 도심지 근접시공의 증가 등 다양한 특성을 나타내고 있으며 이러한 특성은 대규모 지반굴착 및 흙막이 공사의 급격한 증가로 이어져 지반굴착 및 흙막이 공사의 중요성이 커지게 되었다.
버팀대 공법은 지하굴착공사에 가장 많이 적용되고 있는 공법 중의 하나로 굴착부위 외곽에 흙막이 벽을 먼저 설치하고 3~4m 깊이의 굴착시마다 버팀대와 띠장 등의 지보공을 설치하여 토압을 부담시키면서 굴착을 진행해가는 공법이다. 버팀대 공법은 대지경계면까지 굴착할 수 있어 대지를 경제적으로 이용할 수 있고 버팀대의 응력상태를 확인하기 쉬워 흙막이 벽의 변형이나 파괴를 조기에 발견할 수 있다는 등의 장점이 있는 반면 대규모 굴착 평면에서는 버팀대의 길이가 증가하여 자체의 비틀림과 이음부분의 좌굴로 흙막이 전체의 변형이 크게 되며 주변지반의 침하가 발생될 우려가 있다. 또한 굴착평면이 불규칙하고 지형의 경사가 있는 경우 안정성이 떨어지며 버팀대의 국부적인 파괴가 흙막이 구조물 전체에 치명적인 영향을 준다. 특히 버팀대는 지하골조단계에서 해체하여야 하며 해체과정에서 흙막이 벽의 갑작스런 응력 불균형을 유발한다.
이러한 버팀대 공법의 문제점을 해결하기 위해 다양한 공법이 제안되었다. 그 중 에스피에스공법(SPS, Strut as Permanent System)은 지하 영구 구조물용 철골기둥과 보를 굴착공사 진행에 따라 선 시공하여 굴착공사 중 흙막이 지보공 버팀대로 사용하고 굴착공사 완료 후에는 본 구조물로 사용하여 가설 버팀대 시공 및 해체에 따르는 공기단축, 공사비 절감, 구조적 안정성을 확보할 수 있는 공법으로 평가받고 있다.
그러나 에스피에스공법의 경우 버팀대 역할을 하는 본 구조물 보가 흙막이 벽에 작용하는 측압에 저항하도록 설계되어야 하므로 과대 설계되는 경향이 있다. 또한 띠장으로 철근콘크리트 테두리 보를 적용함에 따라 거푸집을 별도로 설치해야 하므로 시공성이 떨어진다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 10-0188465 ‘프리스트레스에 의한 흙막이 공법과 그 겹띠장재'(특허문헌1)가 있다. 이 특허는 기존의 버팀목(Strut) 대신 띠장재에 케이블을 장착한 겹띠장재를 설치하여 양단부에 소정의 프리스트레싱(PreStressing)을 가하여, 여기서 발생되는 프리스트레스 모멘트를 이용하여 토압에 저항하도록 하는 공법을 제안한다. 이 특허는 버팀목이나 어스앵커의 설치 없이도 토압류에 견디는 흙막이 공법이 제공하여 공사비용을 절감하면서도 겹띠장에 프리스트레스를 도입함으로 인하여 띠장재의 내력이 생겨서 스트러트를 제거하거나 스트러트의 간격을 넓게 하여 굴착 작업의 고능률적인 기계화시공이 가능한 장점이 있으나, 띠장재에 겹띠장재를 시공하기 위한 대량의 볼트 및 너트를 필요로 하므로 작업시간이 매우 많이 소요됨은 물론 시공전에 미리 결합공을 띠장재 및 겹띠장재에 미리 천공하는 준비공정을 필요로 하며 이는 정밀시공을 요하는 것이며, 겹띠장재의 사용으로 인하여 구조물 벽체 시공시 간섭이 되고, 좌굴 방지용 누름 브래킷을 별도로 설치하여야 하는 번거로운 단점을 가진다.
특허등록 제10-0188465호 ‘프리스트레스에 의한 흙막이 공법과 그 겹띠장재'
본 발명은 상술한 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로 지하구조물 구축시 구조물 보를 굴착공사 중 흙막이 지보공 버팀대로 사용하고 굴착공사 완료 후에는 본 구조물로 사용하는 공법에 있어 구조물 보가 흙막이 벽에 작용하는 측압에 의한 과대 설계가 방지되며 거푸집 작업 생략이 가능한 지하구조물시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물시공방법은 대지경계선을 따라 흙막이 벽을 시공하는 단계; 흙막이 벽으로 둘러싸인 내부에 지하 구조물의 평면계획에 따라 기둥이 설치될 위치에 지하 본 기둥을 설치하는 단계; 일정 깊이로 굴착하고, 노출된 흙막이 벽에 수직하게 브래킷의 일단을 설치하는 단계; 브래킷 상면에서 브래킷 양단으로부터 간격을 두고 흙막이 벽과 평행하도록 띠장 형성 영구거푸집을 설치하는 단계; 지하 본 기둥 사이 및 띠장 형성 영구거푸집과 본 기둥 사이에 내부 보를 설치하는 단계; 내부 보 사이에 데크를 설치하고, 흙막이 벽과 띠장 형성 영구거푸집 사이에 리브라스를 설치하는 단계; 데크 상부와 띠장 형성 영구거푸집 내부 및 흙막이 벽과 띠장 형성 영구거푸집 사이공간에 콘크리트를 타설하여, 흙막이 벽에 작용하는 토압을 지지하는 합성구조의 띠장과 슬래브를 동시에 구축하되 슬래브를 구성할 때 지하외벽 콘크리트 타설홀이 형성되도록 하는 단계; 상기 단계들을 최하층 레벨까지 반복 수행하는 단계; 최하층 바닥을 구축하는 단계; 최상층에서 최하층을 향해 순차적으로 앞 단계에서 형성한 타설홀을 통하여 지하외벽 콘크리트를 타설 양생하여 지하외벽을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물시공방법은 대지경계선을 따라 흙막이 벽을 시공하는 단계; 흙막이 벽으로 둘러싸인 내부에 지하 구조물의 평면계획에 따라 기둥이 설치될 위치에 지하 본 기둥을 설치하는 단계; 일정 깊이로 굴착하고, 노출된 흙막이 벽에 수직하게 브래킷의 일단을 설치하는 단계; 브래킷 상면에서 브래킷 양단으로부터 간격을 두고 흙막이 벽과 평행하도록 띠장 형성 영구거푸집을 설치하는 단계; 지하 본 기둥 사이 및 띠장 형성 영구거푸집과 본 기둥 사이에 내부 보를 설치하는 단계; 내부 보 사이에 데크를 설치하고, 흙막이 벽과 띠장 형성 영구거푸집 사이에 리브라스를 설치하는 단계; 데크 상부와 띠장 형성 영구거푸집 내부 및 흙막이 벽과 띠장 형성 영구거푸집 사이공간에 콘크리트를 타설하여, 흙막이 벽에 작용하는 토압을 지지하는 합성구조의 띠장과 슬래브를 동시에 구축하되 슬래브를 구성할 때 지하외벽 콘크리트 타설홀이 형성되도록 하는 단계; 상기 단계들을 최하층 레벨까지 반복 수행하는 단계; 최하층 바닥을 구축하는 단계; 최하층에서 최상층을 향해 순차적으로 앞 단계에서 형성한 타설홀을 통하여 지하외벽 콘크리트를 타설 양생하여 지하외벽을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 띠장 형성 영구거푸집은, 상부판과 상부판의 일단에서 수직으로 하향 연장되며 일정 간격으로 개구부가 천공된 측면판 및 측면판의 하단에서 상부판과 반대방향으로 평행하게 연장된 하부판으로 구성되는 상부부재 한 쌍과; 한 쌍의 상부부재를 서로 대칭되게 배치한 상태에서 상부부재 하부판에 양단이 접합되는 판 형상의 하부부재를 포함하여; 립달린 U자형 단면으로 상부가 개방되어 개방된 공간으로 콘크리트가 타설되어 영구거푸집으로 형성됨과 동시에 합성구조 띠장의 구조부재로 사용될 수 있다.
한편, 띠장 형성 영구거푸집은, 상부판과 상부판의 일단에서 수직으로 하향 연장된 측면판 및 측면판의 하단에서 상부판과 반대방향으로 평행하게 연장된 하부판으로 구성되는 수직부재로 구성되며; 하부판의 하면이 브래킷 상면에 접합되어 슬래브 콘크리트 타설시 흙막이 벽 측 콘크리트 타설 구간을 구획하는 영구거푸집으로 형성됨과 동시에 합성구조 띠장의 구조부재로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면 지하 영구 구조물용 철골기둥과 보를 굴착공사 진행에 따라 선 시공하여 굴착공사 중 흙막이 지보공 버팀대로 사용하고 굴착공사 완료 후에는 본 구조물로 사용하여 가설 버팀대 시공 및 해체에 따르는 공기단축, 공사비 절감, 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
특히, 슬래브와 띠장에 콘크리트를 일체로 타설함에 따라 흙막이 벽에 작용하는 측압은 콘크리트가 채워진 띠장과 슬래브를 통해 지지되므로 슬래브 타설 시공 후 하부층을 시공하는데 있어서 버팀대 역할을 하는 구조물 보의 과대 설계를 방지할 수 있게 된다. 또한, 띠장으로 철근콘크리트 테두리 보를 적용하는 기존 기술의 경우와는 달리 별도의 거푸집을 설치해야 할 필요가 없으므로 시공성이 향상되는 효과가 있다.
특히, 본 발명에 의한 띠장 형성 영구거푸집은 그 내부에 콘크리트가 타설되고 성형 강판이 영구 거푸집 역할을 하는 합성보의 형태가 되고 상부 개방형 강판 내부를 콘크리트로 채울 때 슬래브와 일체화시켜 처짐, 진동 등의 사용성이 우수하여 장스팬 구조에 대한 기술력 확보가 가능하며, 외피 플레이트가 철근, 강재역할을 하므로 단면의 효율성이 높고 휨강성이 증대된다. 또한 압연형강 철골보로 구성된 띠장에 비해 강재량의 감소가 현격하여 설치비가 매우 감소하고 강판은 영구거푸집으로 사용되므로 가설 거푸집의 해체와 동바리의 설치 및 해체가 불필요해져서 경제적인 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 띠장 형성 영구거푸집의 부분 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물시공방법의 시공 단계를 순서대로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물시공방법의 시공 단계의 일부를 순서대로 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 있어서 합성구조의 띠장 접합부에 슬래브 콘크리트를 타설한 상태, 도 4b는 지하외벽 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성구조의 띠장 접합부의 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서 합성구조의 띠장 접합부에 슬래브 콘크리트를 타설한 상태, 도 6b는 지하외벽 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 띠장 형성 영구거푸집의 부분 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 띠장 형성 영구거푸집(40)은 상부판(411)과 상부판(411)의 일단에서 수직으로 하향 연장된 측면판(412) 및 측면판(412)의 하단에서 상부판(411)과 반대방향으로 평행하게 연장된 하부판(413)으로 구성되는 상부부재(41) 한 쌍과, 한 쌍의 상부부재(41,41)를 서로 대칭되게 이격 배치한 상태에서 상부부재 하부판(413)에 양단이 접합되는 판 형상의 하부부재(42)를 포함하여 립달린 U자형 단면을 형성하고 상부가 개방되어 개방된 공간으로 콘크리트가 타설될 수 있는 특징이 있다. 상부부재(41)로는 z자형 단면을 갖는 기성제품을 사용할 수도 있지만, 단일의 강판을 프레스 가공 또는 롤 포밍하여 z자 형상으로 절곡 제작한 성형강판을 적용하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이 띠장 형성 영구거푸집(40)의 내부에는 띠장 형성 영구거푸집(40)의 길이방향 일정간격을 두고 단면구속부재(43)가 더 설치될 수 있다. 단면구속부재(43)는 후술되는 슬래브 콘크리트(60) 타설시 띠장 형성 영구거푸집(40)의 열린 단면이 단면 외측으로 벌어지는 것을 방지한다. 즉, 단면구속부재(43)는 띠장 형성 영구거푸집의 측면판(412) 내면에 그 양단이 접합되어 띠장 형성 영구거푸집(40)의 폭을 고정하여 측면판(412)을 구속한다. 단면구속부재(43)로는 앵글이나 강판이 사용될 수 있다.
또한 띠장 형성 영구거푸집(40)의 상부부재의 측면판(412)에는 길이 방향으로 일정하게 개구부(412a)이 천공될 수 있다. 이는 후술되는 슬래브 콘크리트(60) 타설시 띠장 형성 영구거푸집(40) 내측에 타설되는 합성보 콘크리트(60b)와 띠장 형성 영구거푸집(40) 외측 즉, 흙막이벽(10) 측으로 타설되는 완충 콘크리트(60a)를 서로 연계하여 다웰 작용(Dowel action)을 통해 띠장 형성 영구거푸집(40)과 콘크리트 간의 일체성을 향상시켜 수평전단내력 향상을 도모할 수 있다.
이와 같이 형성되는 띠장 형성 영구거푸집(40)은 그 내부에 후술되는 합성보 콘크리트(60b)가 타설 양성되고 나면 성형 강판이 영구 거푸집 역할을 하는 합성보의 형태가 된다. 즉, 상부 개방형 강판 내부를 콘크리트로 채우고 슬래브와 일체화 시켜 처짐, 진동 등의 사용성이 우수하여 장스팬 구조에 대한 기술력 확보가 가능하며, 외피 플레이트가 철근, 강재역할을 하므로 단면의 효율성이 높고 휨강성이 증대된다. 또한 H형강 철골보에 비해 내화피복면적은 감소하는데 반하여 내화효과는 증대되며 철골을 사용할 때보다 강재량의 감소가 현격하여 설치비가 매우 감소한다. 더불어, 강판은 영구거푸집으로 사용되므로 가설 거푸집의 해체와 동바리의 설치 및 해체가 불필요해져서 경제적인 효과가 있다.
다음으로 전술한 합성구조의 띠장을 이용하여 지하 구조물을 시공하는 방법을 도면을 참조하여 순서대로 설명한다.
본 발명에 따른 지하 구조물 시공방법은 흙막이 벽 시공, 지하 본 기둥 설치, 1차 굴착 및 브래킷 설치, 띠장 형성 영구거푸집 설치, 내부 보 설치, 영구거푸집 설치, 슬래브 콘크리트 타설, 하부층 굴착 및 반복 공정 실시, 최하층 바닥 구축 및 지하 외벽 타설 단계로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물시공방법의 시공 단계를 순서대로 도시한 것이다.
<제1단계> - 흙막이 벽 시공 단계(도 2a)
먼저, 건축물이 설치될 곳의 대지경계선에 흙막이 벽(10)을 시공한다. 흙막이 벽(10)은 지하 굴착 시 토압과 수압 등의 측압에 대해 저항하고 주변지반의 침하와 인접구조물의 보호를 목적으로 시공하는 것으로, CIP(Cast In Place Concrete Pile) 공법, 지하연속벽(Slurry Wall) 공법, 또는 SCW(Soil Cement Wall) 공법 등으로 시공될 수 있다. 본 발명의 흙막이 벽으로는 본 발명과 유리하게 조합될 수 있는 CIP공법을 기본으로 설명하기로 한다. CIP공법은 어스 드릴(Earth Drill)을 이용하여 지반을 천공하고 시멘트모르타르 주입과 보강용 H형강이나 철근망을 삽입하여 강성이 큰 토류벽 구조물을 만드는 것으로 강성이 커서 굴착에 의한 주변 지반에 미치는 영향이 거의 없고 특수한 장비가 필요하지 않다는 장점을 갖는다. 도 2a는 흙막이 벽이 설치된 상태를 도시한 것이다.
<제2단계> - 지하 본 기둥 설치 단계(도 2b)
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 구조물의 기둥이 설치되어야 할 위치에 지하 본 기둥(20)을 설치한다. 본 발명에 있어 지하 본 기둥(20)은 흙막이벽을 지지하는 내부 보가 연결되는 부분일 뿐만 아니라 지하공사 완료 후에는 상층부의 축력을 기초로 전달하는 건물 본연의 구조재인 기둥으로서의 역할을 하게 된다. 따라서 설치시 비틀어지지 않고 정확한 수직도를 확보할 수 있도록 하는 주의가 요망된다. 기둥의 설치방법으로는 PRD(Percussion Rotary Method) 공법, RCD(Reverse Circulation Drill) 공법, 바렛(Barrette Pile) 공법 등의 공지의 방법을 적용할 수 있다.
<제3단계> - 1차 굴착 및 브래킷 설치 단계(도 2c)
다음으로, 브래킷(30)의 설치 및 장비의 이동을 고려하여 굴착 레벨을 선정한 후 굴착한다. 굴착시에는 흙막이 벽(10)의 H-파일(11) 부분을 노출시키고 굴착이 완료되면 노출된 H-파일(11)의 플랜지 면에 브래킷(30)을 설치한다. 브래킷(30)으로는 H-형강을 일정한 길이로 절단한 것을 이용할 수 있다. 본 발명의 흙막이 벽으로는 CIP공법을 기본으로 설명하고 있지만 본 발명은 이에 제한되지 않으며 다른 방식의 흙막이 벽 공법이 된 경우 브래킷(30)의 종류와 브래킷(30)을 흙막이 벽(10)에 설치하는 방법은 이 분야에서 공지된 임의의 방법을 따르도록 한다.
<제4단계> - 띠장 형성 영구거푸집 설치 단계(도 2d, 도 4)
이어서, 브래킷(30) 사이에 띠장 형성 영구거푸집(40)을 흙막이 벽과 평행하며 브래킷(30) 양단으로부터 공간을 두고 브래킷(30) 상단에 설치한다. 띠장 형성 영구거푸집(40)은 상술한 바와 같이 한 쌍의 상부부재(41,41)와 한 쌍의 상부부재(41,41)를 서로 대칭되게 이격 배치한 상태에서 상부부재 하부판(413)에 양단이 접합되는 판 형상의 하부부재(42)를 포함하여 전체적으로 립달린 U자형 단면을 형성하고 상부가 개방되어 개방된 공간으로 콘크리트가 타설될 수 있는 특징을 갖는다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 있어서 합성구조의 띠장 접합부에 슬래브 콘크리트를 타설한 상태, 도 4b는 지하외벽 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 4a를 참고하여 설명하면, 합성구조의 띠장(40)을 브래킷(30) 상단에 설치할 때에는 브래킷(30) 길이방향 중앙부에 거치하도록 한다. 띠장 형성 영구거푸집(40)의 내부 보(50) 측으로 여유 공간을 두는 것은 다음 단계에서 설명되는 내부 보 설치시 내부 보를 브래킷(30) 상단에 일부 거치하여 띠장 형성 영구거푸집(40)과의 접합을 용이하게 하기 위한 것이며, 띠장 형성 영구거푸집(40)의 흙막이벽(10) 측으로 여유 공간을 두는 것은 흙막이벽(10)으로부터의 토압은 고르지 않기 때문에 흙막이벽(10)과 띠장 형성 영구거푸집(40) 사이에 완충 콘크리트(60a)을 타설하여 토압을 완충하므로서 띠장 형성 영구거푸집(40)으로 토압을 균등히 배분되게 하기 위한 것이다.
<제5단계> - 내부 보 설치단계(도 2e, 도 4a)
크레인과 같은 양중장비를 이용하여 내부 보(50)를 이동시켜 본 기둥(20) 사이 및 띠장 형성 영구거푸집(40)과 본 기둥(20) 사이에 설치한다. 이 내부 보(50)는 지하층의 시공 중에는 흙막이 벽으로부터 가해지는 토압 및 수압 등의 측압을 지지하는 버팀대와 같은 역할을 하며 지하 공사의 완료 후에는 본 구조물로서 영구히 존치된다는 점에서 본 기둥(20)과 유사하다. 도 4a에 도시된 예의 내부 보(50)와 띠장 형성 영구거푸집(40)의 접합부 상세를 살펴보면, 일반적인 철골 보의 이음과 동일하게 접합판(51)을 이용해 띠장 형성 영구거푸집(40)과 내부 보(50)를 서로 볼트 또는 용접 접합한다. 접합판(51)으로는 강판, 앵글, 스플릿 티(split tee) 등이 사용될 수 있다.
<제6단계> - 영구 거푸집 설치 단계( 도4 a, 도5 )
상기와 같이 설치된 내부 보(50) 사이에 콘크리트 타설을 위하여 거푸집용 또는 합성용 데크를 설치하고 브래킷(30) 사이에 리브라스(64)를 설치한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성구조의 띠장 접합부의 평면도이다.도 4a와 도 5를 참고하여 다시 설명하면 브래킷(30)의 흙막이벽 쪽 단부측에 리브라스 지지앵글(65)이 브래킷(30) 길이방향에 수직하게 설치되고 리브라스 지지앵글(65) 상부 및 브래킷(30) 사이에 리브라스(64)를 배치하여 합성구조 띠장의 영구 거푸집이 되도록 한다. 즉, 본 발명에 따른 지하구조물 슬래브 콘크리트 타설용 거푸집은 흙막이벽측으로부터 내부 보 방향으로 리브라스(64), 띠장 형성 영구거푸집(40), 내부 보(50) 위의 데크로 이어진다.
리브라스 (Rib Lath)란 촘촘한 철망으로 이루어진 거푸집으로 보통 합판 등으로 이루어진 가설 거푸집에 비교하여 콘크리트 양생 후에 거푸집을 제거하지 않으며, 거푸집 사이의 촘촘한 철망 사이로 콘크리트에 포함된 수분이 자연스럽게 흘러내리게 되어 블리딩에 의한 표면수 발생 현상이 없어지게 한 것이다. 리브라스로 거푸집을 형성하면 공기단축, 원가절감, 가공성 용이, 마감작업 우수 등의 장점이 있다. 특히 콘크리트 이어치기 공정에서 치핑(chipping)이 불필요하며, 본 발명에 있어서 슬래브 콘크리트 타설과 지하외벽 콘크리트 타설이 일체로 이루어지지 않으므로 시공 조인트가 생기게 되는데 이때 콘크리트 이어치기 부분의 강도 확보가 용이하여 일체성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
<제7단계> - 슬래브 콘크리트 타설단계 (도 2f, 도4 a)
슬래브 콘크리트(60)는 내부 보(50) 상부에만 타설되는 것이 아니라 흙막이벽 측 끝단까지 타설된다. 즉, 내부 보(50) 상부에 타설되어 슬래브를 구성할 뿐만 아니라 띠장 형성 영구거푸집(40)의 내부와, 띠장 형성 영구거푸집(40)과 흙막이벽(10) 사이 공간에도 타설되어 합성구조 형태의 띠장으로 구성된다.
도 4b를 참고하여 자세히 설명하면, 슬래브 콘크리트(60)를 타설할 때, 띠장 형성 영구거푸집(40)과 흙막이벽(10) 사이 공간에 완충 콜크리트(60a)가 함께 타설되어 흙막이벽(10)으로부터의 고르지 않은 토압을 흙막이벽(10)과 띠장 형성 영구거푸집(40) 사이에서 완충하는 역할을 하여 띠장 형성 영구거푸집(40)에 토압을 균등히 배분되게 한다. 또한 띠장 형성 영구거푸집(40)의 개방된 상부로는 합성보 콘크리트(60b)가 슬래브 콘크리트(60)와 동시에 타설되며, 이는 영구 거푸집 역할을 하는 성형 강판과 함께 합성보의 형태가 된다.
이와 같이 형성되는 합성구조 형태의 띠장을 사용하여 슬래브와 일체화시키면 처짐, 진동 등의 사용성이 우수하여 장스팬 구조에 대한 기술력 확보가 가능하며, 외피 플레이트가 철근, 강재역할을 하므로 단면의 효율성이 높고 휨강성이 증대되는 장점이 있다.
슬래브와 띠장에 콘크리트를 일체로 타설함에 따라 흙막이 벽에 작용하는 측압은 콘크리트가 채워진 띠장과 슬래브를 통해 지지된다. 슬래브 타설 시공 후 하부층을 시공하는데 있어서 상술한 바와 같이 슬래브와 띠장이 측압에 저항하므로 버팀대 역할을 하는 내부 보(50)의 과대 설계를 방지할 수 있게 된다. 또한, 띠장으로 철근콘크리트 테두리 보를 적용하는 기존 기술의 경우와는 달리 별도의 거푸집을 설치해야 할 필요가 없으므로 시공성이 향상되는 효과가 있다.
슬래브 콘크리트(60)를 타설할 때에는, 평면상 지하외벽 평면에 구속되는 내부 보(50) 구간의 상부에 타설홀(61)을 마련해 두어서 후술되는 지하외벽 콘크리트(70)의 타설을 가능하게 해야한다.
띠장 형성 영구거푸집(40) 상단에는 슬래브 제1 시어커넥터(62)가 더 설치될 수 있다.
시어커넥터(Shear connector) 합성구조에 있어서 이질 재료 사이의 수평 전단력에 저항하여 전단응력을 전달하는 동시에 일체성을 확보하는 것으로 합성철근, 채널형상, 나사선형 철근, 뒤벨, 스터드 볼트 등이 사용될 수 있다. 제1 시어커넥터(62)는 띠장 형성 영구거푸집(40)과 슬래브 콘크리트(60) 사이의 전단응력을 전달함과 동시에 띠장 형성 영구거푸집(40)과 슬래브 콘크리트(60)의 거동을 일체화 하는 것으로, 도시된 바와 같이 앵글이 사용되는 것이 바람직하지만 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 또한, 흙막이 벽(10)의 H-파일(11) 노출면에도 슬래브 제2 시어커넥터(63)가 설치되어 흙막이 벽(10)과 슬래브 콘크리트(60)의 전단력에 저항하도록 할 수 있으며, 제2 시어커넥터(63)로는 도시된 바와 같이 스터드볼트가 사용될 수 있다.
<제8단계> - 하부층 바닥 굴착 및 반복 공정의 실시(도 2g)
이상에서 설명한 것과 같은 단계를 거쳐 1개 층에 대한 시공이 완료된 후에는 다음 하부층 시공을 위해 바닥 저면에 대한 굴착 작업을 수행하고 상술한 브래킷의 설치 내지 슬래브 콘크리트 타설과 같은 단계를 최하층 레벨에 이르기까지 반복적으로 수행한다.
<제9단계> - 최하층 바닥 마무리(도 2h)
상기와 같이 최하층 레벨까지 지하층 전층에 대한 구조물의 시공이 완료되면 최하층 바닥을 마무리한다.
<제10단계> - 지하외벽 타설(도 2i, 도 2j, 도 4b)
마지막으로, 최상층부터 최하층까지 역순으로 지하외벽 콘크리트를 타설하여 지하외벽을 구성한다. 지하외벽 콘크리트(70)의 타설은 앞서 설명한 슬래브콘크리트 타설시 형성해 두었던 타설홀(61)을 통하여 이루어진다.
도 4b는 지하외벽 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도이다. 도 4b에 도시된 바와 같이 구조계산상 필요시 지하외벽에는 보강철근(71)을 배근할 수 있으며 또한 띠장 형성 영구거푸집(40)과 지하외벽 콘크리트(70)간의 전단연결을 위하여 지하외벽 시어커넥터(72)가 띠장 형성 영구거푸집(40) 측면판 외측으로 설치될 수 있다. 지하외벽 콘크리트(70)이 양생되고 나면 지하외벽은 흙막이 벽(10)과 일체로 거동하여 구조적인 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물시공방법의 시공 단계의 일부를 순서대로 도시한 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 앞서 설명한 실시예와 제10단계를 제외한 공정은 모두 동일하므로 반복된 설명은 배재한다. 앞서 설명한 실시예에서는 제1단계 내지 제9단계가 완료되면 지하외벽을 최상층부터 하층으로 타설, 즉 역타하였으나, 본 실시예에서는 지하외벽을 최하층에서 타설하기 시작하여(도 3a 참고) 상층으로 순차적으로 타설하도록 한다.
또한 도시하지는 않았지만, 본 발명의 지하외벽 타설순서는 순타와 역타에 제한되지 않으며, 필요에 따라 특정층의 지하외벽을 먼저 타설할 수도 있다. 즉, 중간층에서 먼저 지하외벽을 타설하고 상,하부층으로 동시에 지하외벽을 타설해나갈 수도 있다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서 합성구조의 띠장 접합부에 슬래브 콘크리트를 타설한 상태, 도 6b는 지하외벽 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 앞서 설명한 두 실시예와 띠장 형성 영구거푸집(40)의 구성이 다를 뿐 이를 제외한 공정 및 특징은 모두 동일하므로 반복된 설명은 배재한다.
앞서 설명한 실시예에서 띠장 형성 영구거푸집(40)은 한 쌍의 상부부재(41,41)와 한 쌍의 상부부재(41,41)를 서로 대칭되게 이격 배치한 상태에서 상부부재 하부판(413)에 양단이 접합되는 판 형상의 하부부재(42)를 포함하였으나, 본 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이 한개의 부재로 구성된다. 즉, 상부판(401)과 상부판(401)의 일단에서 수직으로 하향 연장된 측면판(402) 및 측면판(402)의 하단에서 상부판(401)과 반대방향으로 평행하게 연장된 하부판(403)으로 구성되는 수직부재(40a)로 이루어져서 하부판(403)의 하면이 브래킷(30) 상면에 접합된다. 측면판(402)의 내부 보(50) 방향으로는 측면판(402)와 수직하게 접합판(51)이 접합되어 띠장 형성 영구거푸집(40)과 내부 보(50)를 서로 볼트 또는 용접 접합할 수 있다.
내부 보(50) 상부와 수직부재(40a)의 상부에 슬래브 콘크리트(60)를 타설할 때 띠장 형성 영구거푸집(40)과 흙막이벽(10) 사이 공간에 완충 콜크리트(60a)가 함께 타설되어 양생된다. 또한 측면판(402)의 흙막이벽 H-파일 방향으로는 측면판(402)와 수직하게 전단연결재(404)가 부착되어 수직부재(40a)와 완충 콘크리트(60a) 사이의 전단응력을 전달하고 수직부재(40a)와 완충 콘크리트(60a)의 일체화된 거동을 도모할 수 있다.
이처럼 띠장 형성 영구거푸집(40)을 도입하여 합성구조 형태의 띠장을 구성하고 이를 사용하여 슬래브와 일체화시키면 처짐, 진동 등의 사용성이 우수하여 장스팬 구조에 대한 기술력 확보가 가능하며, 외피 플레이트가 철근, 강재역할을 하므로 단면의 효율성이 높고 휨강성이 증대되는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 슬래브와 띠장에 콘크리트를 일체로 타설함에 따라 흙막이 벽에 작용하는 측압은 콘크리트가 채워진 띠장과 슬래브를 통해 지지되므로 슬래브 타설 시공 후 하부층을 시공하는데 있어서 버팀대 역할을 하는 구조물 보의 과대 설계를 방지할 수 있게 된다. 또한, 띠장으로 철근콘크리트 테두리 보를 적용하는 기존 기술의 경우와는 달리 별도의 거푸집을 설치해야 할 필요가 없으므로 시공성이 향상되는 효과가 있다. 특히, 본 발명에 의한 띠장 형성 영구거푸집은 그 내부에 콘크리트가 타설되고 성형 강판이 영구 거푸집 역할을 하는 합성보의 형태가 되고 상부 개방형 강판 내부를 콘크리트로 채울 때 슬래브와 일체화시켜 처짐, 진동 등의 사용성이 우수하여 장스팬 구조에 대한 기술력 확보가 가능하며, 외피 플레이트가 철근, 강재역할을 하므로 단면의 효율성이 높고 휨강성이 증대된다. 또한 압연형강 철골보로 구성된 띠장에 비해 강재량의 감소가 현격하여 설치비가 매우 감소하고 강판은 영구거푸집으로 사용되므로 가설 거푸집의 해체와 동바리의 설치 및 해체가 불필요해져서 경제적인 효과가 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 흙막이벽 11: 흙막이벽 H-파일
20: 지하 본 기둥 30: 브래킷
40: 띠장 형성 영구거푸집
41: 띠장 형성 영구거푸집 상부부재
42: 띠장 형성 영구거푸집 하부부재
411: 상부부재의 상부판 412: 상부부재의 측면판
412a: 상부판의 개구부 413: 상부부재의 하부판
43: 띠장 형성 영구거푸집 단면구속부재
50: 내부 보 51: 접합판
60: 슬래브 콘크리트 61: 타설홀
62: 슬래브 제1 시어커넥터 63: 슬래브 제2 시어커넥터
64: 리브라스 65: 리브라스 지지앵글
70: 지하외벽 콘크리트 71: 지하외벽 보강철근
72: 지하외벽 시어커넥터 60a: 완충 콘크리트
60b: 합성보 콘크리트

Claims (4)

  1. (a) 대지경계선을 따라 흙막이 벽(10)을 시공하는 단계;
    (b) 흙막이 벽으로 둘러싸인 내부에 지하 구조물의 평면계획에 따라 기둥이 설치될 위치에 지하 본 기둥(20)을 설치하는 단계;
    (c) 일정 깊이로 굴착하고, 노출된 흙막이 벽(10)에 수직하게 브래킷(30)의 일단을 설치하는 단계;
    (d) 브래킷(30) 상면에서 브래킷(30) 양단으로부터 간격을 두고 흙막이 벽(10)과 평행하도록 띠장 형성 영구거푸집(40)을 설치하는 단계;
    (e) 지하 본 기둥(20) 사이 및 띠장 형성 영구거푸집(40)과 본 기둥(20) 사이에 내부 보(50)를 설치하는 단계;
    (f) 내부 보(50) 사이에 데크를 설치하고, 흙막이 벽(10)과 띠장 형성 영구거푸집(40) 사이에 리브라스(64)를 설치하는 단계;
    (g) 데크 상부와 띠장 형성 영구거푸집(40) 내부 및 흙막이 벽(10)과 띠장 형성 영구거푸집(40) 사이공간에 콘크리트(60)를 타설하여, 흙막이 벽에 작용하는 토압을 지지하는 합성구조의 띠장과 슬래브를 동시에 구축하되 슬래브를 구성할 때 지하외벽 콘크리트 타설홀(61)이 형성되도록 하는 단계;
    (h) 상기 (c)단계 내지 (g)단계를 최하층 레벨까지 반복 수행하는 단계;
    (i) 최하층 바닥을 구축하는 단계;
    (j) 최상층에서 최하층을 향해 순차적으로 (g)단계에서 형성한 타설홀(61)을 통하여 지하외벽 콘크리트(70)를 타설 양생하여 지하외벽을 완성하는 단계를 포함하며,
    상기 (d) 단계에서 띠장 형성 영구거푸집(40)은,
    상부판(411)과 상부판(411)의 일단에서 수직으로 하향 연장되며 일정 간격으로 개구부(412a)가 천공된 측면판(412) 및 측면판(412)의 하단에서 상부판(411)과 반대방향으로 평행하게 연장된 하부판(413)으로 구성되는 상부부재(41) 한 쌍과;
    한 쌍의 상부부재(41,41)를 서로 대칭되게 배치한 상태에서 상부부재 하부판(413)에 양단이 접합되는 판 형상의 하부부재(42)를 포함하여;
    립달린 U자형 단면으로 상부가 개방되어 개방된 공간으로 콘크리트가 타설되어 영구거푸집으로 형성됨과 동시에 합성구조 띠장의 구조부재로 사용되는 것을 특징으로 하는 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물 시공방법.
  2. (a) 대지경계선을 따라 흙막이 벽(10)을 시공하는 단계;
    (b) 흙막이 벽으로 둘러싸인 내부에 지하 구조물의 평면계획에 따라 기둥이 설치될 위치에 지하 본 기둥(20)을 설치하는 단계;
    (c) 일정 깊이로 굴착하고, 노출된 흙막이 벽(10)에 수직하게 브래킷(30)의 일단을 설치하는 단계;
    (d) 브래킷(30) 상면에서 브래킷(30) 양단으로부터 간격을 두고 흙막이 벽(10)과 평행하도록 띠장 형성 영구거푸집(40)을 설치하는 단계;
    (e) 지하 본 기둥(20) 사이 및 띠장 형성 영구거푸집(40)과 본 기둥(20) 사이에 내부 보(50)를 설치하는 단계;
    (f) 내부 보(50) 사이에 데크를 설치하고, 흙막이 벽(10)과 띠장 형성 영구거푸집(40) 사이에 리브라스(64)를 설치하는 단계;
    (g) 데크 상부와 띠장 형성 영구거푸집(40) 내부 및 흙막이 벽(10)과 띠장 형성 영구거푸집(40) 사이공간에 콘크리트(60)를 타설하여, 흙막이 벽에 작용하는 토압을 지지하는 합성구조의 띠장과 슬래브를 동시에 구축하되 슬래브를 구성할 때 지하외벽 콘크리트 타설홀(61)이 형성되도록 하는 단계;
    (h) 상기 (c)단계 내지 (g)단계를 최하층 레벨까지 반복 수행하는 단계;
    (i) 최하층 바닥을 구축하는 단계;
    (j) 최하층에서 최상층을 향해 순차적으로 (g)단계에서 형성한 타설홀(61)을 통하여 지하외벽 콘크리트(70)를 타설 양생하여 지하외벽을 완성하는 단계를 포함하며,
    상기 (d) 단계에서 띠장 형성 영구거푸집(40)은,
    상부판(411)과 상부판(411)의 일단에서 수직으로 하향 연장되며 일정 간격으로 개구부(412a)가 천공된 측면판(412) 및 측면판(412)의 하단에서 상부판(411)과 반대방향으로 평행하게 연장된 하부판(413)으로 구성되는 상부부재(41) 한 쌍과;
    한 쌍의 상부부재(41,41)를 서로 대칭되게 배치한 상태에서 상부부재 하부판(413)에 양단이 접합되는 판 형상의 하부부재(42)를 포함하여;
    립달린 U자형 단면으로 상부가 개방되어 개방된 공간으로 콘크리트가 타설되어 영구거푸집으로 형성됨과 동시에 합성구조 띠장의 구조부재로 사용되는 것을 특징으로 하는 합성구조의 띠장을 이용한 지하구조물 시공방법.
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