KR101684389B1 - 벽체형성을 위한 강재띠 phc 말뚝, 이를 이용한 흙막이 벽체, 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형의 강재띠가 종방향으로 복수개 구비되어 있는 PHC 말뚝을 제작하고, 공장에서 PHC 말뚝의 복수개를 횡방향 측면으로 배치하되 PHC 말뚝 사이에 차수구조체가 형성되도록 하여 PHC 말뚝의 말뚝조립체(unit)를 형성한 후, 말뚝조립체를 현장에 설치하여 차수성능과지지 성능이 우수할 뿐만 아니라 배면압력의 지지를 위한 우수한 강성을 발휘할 수 있는 흙막이 벽체 및 이를 시공하는 방법, 그리고 이를 위한 PHC 말뚝에 관한 것이다.

Description

벽체형성을 위한 강재띠 PHC 말뚝, 이를 이용한 흙막이 벽체, 및 그 시공방법{PHC Pile having Steel Bands, Retaining Wall using such PHC Piles, and Constructing Method of such Retaining Wall}

본 발명은 흙막이 벽체를 형성하기 위하여 사용되는 PHC 말뚝(Pre-tensioned Spun High Strength Concrete Pile)과, 이러한 PHC 말뚝을 이용하여 구축되는 흙막이 벽체, 그리고 이러한 흙막이 벽체를 시공하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 원형의 강재(鋼材)띠가 종방향으로 복수개 구비되어 있는 PHC 말뚝을 제작하고, 공장에서 PHC 말뚝의 복수개를 횡방향 측면으로 배치하되 PHC 말뚝 사이에 차수구조체가 형성되도록 하여 PHC 말뚝의 조립체(unit)를 형성한 후, 말뚝조립체를 현장에 설치하여, 차수성능과 지지 성능이 우수할 뿐만 아니라 배면압력의 지지를 위한 우수한 강성을 발휘할 수 있는 흙막이 벽체 및 이를 시공하는 방법, 그리고 이를 위한 PHC 말뚝에 관한 것이다.

건축구조물이나 토목구조물의 구축을 위한 터파기 공사 중 인접한 건물, 도로 또는 기타 지장물의 안전성 확보를 위해 흙막이 벽체를 설치하게 된다. 물론 흙막이 벽체는 배면 토압의 지지를 위한 것 이외에도 배면으로부터의 지하수 유입을 방지하기 위한 것이기도 하다. 종래에는 흙막이 벽체를 시공함에 있어서는 C.I.P( Cast In Placed Pile) 흙막이 공법이라고 불리는 방법으로서, 현장타설 콘크리트를 이용하여 말뚝을 지중에 설치하는 방법이 주로 이용되었다. 이와 같이 현장타설 콘크리트 말뚝을 이용하여 흙막이 벽체를 구축하는 종래기술의 일예가 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0076015호에 개시되어 있다.

그런데 이와 같은 종래기술의 경우, 콘크리트의 현장타설 작업 및 차수용 그라우팅 작업의 수행으로 인하여 지하수 및 토양의 오염을 초래하여 환경피해를 유발할 위험이 매우 크다는 단점이 있으며, 철근 콘크리트 말뚝의 현장 시공을 위한 많은 인력 투입, 양생시간 등이 소요되어 흙막이 벽체의 구축에 많은 시간과 비용이 소요될 뿐만 아니라, 시공품질 또한 신뢰성이 낮아서 시공불량이 발생할 우려가 매우 크다는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0076015호(2008. 08. 20. 공개).

본 발명은 위와 같이, 종래 기술의 문제점과 단점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로 현장타설 콘크리트 말뚝을 이용하여 흙막이 벽체를 구축함으로 인하여 발생하는, 많은 양의 콘크리트 현장 타설, 많은 양의 차수용 그라우팅 시공 등으로 인한 지하수 및 토양의 오염을 방지하여, 친환경적인 흙막이 벽체 시공이 이루어질 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로 본 발명에서는 프리캐스트 방식으로 공장 생산되는 PHC 말뚝을 이용하여 흙막이 벽체를 구축하되, 조립방식으로 공사를 수행할 수 있으며 더 나아가 기계화 작업이 용이하도록 하여, 흙막이 벽체 공사의 환경친화성을 향상시킬 뿐만 아니라, 시공비용 및 시공기간을 줄여서 경제적이고 효율적인 흙막이 벽체 시공이 이루어질 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 중공이 형성되어 있는 콘크리트 부재로 제작된 PHC 말뚝으로서, 종방향으로 폭을 가지는 원형의 띠 부재로 이루어진 복수개의 강재띠가, 종방향으로 간격을 두고 배치되어, 그 외면이 PHC 말뚝의 횡측면에 노출되도록, PHC 말뚝의 콘크리트 부재에 매립되어 구비되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강재띠 PHC 말뚝이 제공된다.

또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 상기한 강재띠 PHC 말뚝이, 횡방향으로 간격을 두고 열을 이루어서 배치되어 있고; 강재띠 PHC 말뚝 사이의 횡방향 간격에는 지하수 및 토사의 유입을 차단하는 차수구조체가 형성되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체가 제공된다.

본 발명에 따른 상기한 흙막이 벽체에 있어서, 차수구조체는 I형 단면을 가지는 I형빔과 그라우팅부로 이루어질 수 있는데, 이 경우 I형빔은 강재띠 PHC 말뚝 사이의 간격에 연직하게 세워져 배치되는데, I형빔의 상,하부 플랜지의 가장자리는 각각 강재띠 PHC 말뚝의 외측면에 밀착되도록 배치되며; I형빔이 강재띠 PHC 말뚝 사이에 배치된 상태에서, 강재띠가 존재하는 위치에서는 강재띠와 I형빔의 플랜지 가장자리가 용접에 의해 서로 일체화되어 있고; 지반에 굴착된 공간에 강재띠 PHC 말뚝이 삽입 설치되고, 강재띠 PHC 말뚝 사이에 I형빔이 설치되어 일체화된 상태에서, I형빔의 웨브 양측과 강재띠 PHC 말뚝의 외측면 사이에 존재하는 빈공간 내에 차수용 그라우트재가 현장에서 주입되어 연직방향의 높이에 걸쳐 채워짐으로써 그라우팅부가 형성되는 구성을 가질 수 있다.

또한 본 발명에 따른 상기한 흙막이 벽체에 있어서, 차수구조체는 프리캐스트 콘크리트 블록으로 이루어질 수 있는데, 이 경우 프리캐스트 콘크리트 블록의 횡방향 양측면은 강재띠 PHC 말뚝의 볼록한 외측면 곡률에 맞추어서 오목하게 형성되어 있어서, 강재띠 PHC 말뚝 사이의 간격에서 프리캐스트 콘크리트 블록이 배치되었을 때, 강재띠 PHC 말뚝의 외측면이 프리캐스트 콘크리트 블록의 횡방향 양측면에 각각 밀착하며; 강재띠 PHC 말뚝의 강재띠 위치에 대응한 높이에서 프리캐스트 콘크리트 블록에는 강재로 이루어진 강재 연결판이 강재띠 PHC 말뚝의 외면에 밀착된 상태로 구비되어 있고; 프리캐스트 콘크리트 블록이 강재띠 PHC 말뚝 사이에 배치된 상태에서, 강재띠가 존재하는 위치에서는 강재 연결판과 강재띠가 용접에 의해 서로 일체화되어 있는 구성을 가질 수 있다.

이와 달리 또한 본 발명에 따른 상기한 흙막이 벽체에 있어서, 차수구조체는 탄성 밀착판과 강재 결합판으로 이루어질 수 있는데, 이 경우 탄성 밀착판은 강재띠 PHC 말뚝 사이에 위치하게 되어, 강재띠 PHC 말뚝의 외측면이 탄성 밀착판의 양면에 각각 밀착하며; 강재 결합판은 강재띠 PHC 말뚝의 강재띠 위치에 대응한 높이에 위치하여 횡방향 양단이 강재띠 PHC 말뚝의 강재띠에 용접에 의해 직접 결합되어 일체화되어 있는 구성을 가질 수 있다.

또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 상기한 흙막이 벽체를 시공하는 방법이 제공될 수 있는데, 본 발명에 따른 흙막이 벽체의 시공방법에는, 지반을 굴착하여 흙막이 벽체를 구축할 공간을 형성하는 단계; 및 강재띠의 외면이 횡측면에 노출되도록 복수개의 강재띠가 종방향으로 간격을 두고 PHC 말뚝의 콘크리트 부분에 복수개로 매립되어 구비되어 있는 강재띠 PHC 말뚝을 공장제작하여 현장으로 이송한 후, 각각의 강재띠 PHC 말뚝을 횡방향으로 간격을 두고 배치하되 강재띠 PHC 말뚝 사이의 간격에 지하수 및 토사의 유입을 차단하는 차수구조체를 형성하여, 지반의 굴착된 공간에 설치하는 단계가 포함될 수 있다.

이러한 본 발명의 흙막이 벽체 시공방법에서, 강재띠 PHC 말뚝 사이의 간격에 차수구조체를 형성하여 지반의 굴착된 공간에 삽입 배치할 때, 지반의 굴착된 공간 내에 강재띠 PHC 말뚝을 종방향으로 간격을 가지도록 배치하는 단계; I형빔의 플랜지 가장자리가 각각 강재띠 PHC 말뚝의 외측면에 밀착되도록, 지반의 굴착된 공간 내에 배치된 강재띠 PHC 말뚝 사이의 간격에 I형빔을 연직하게 세워서 배치하는 단계; I형빔이 강재띠 PHC 말뚝 사이에 배치된 상태에서, 강재띠가 존재하는 위치에서 I형빔의 플랜지 가장자리를 용접에 의해 강재띠에 일체로 결합하는 단계; 및 I형빔의 웨브 양측과 강재띠 PHC 말뚝의 외측면 사이에 존재하는 빈공간 내에 차수용 그라우트재를 주입하여 연직방향의 높이에 걸쳐 채움으로써 그라우팅부를 형성하는 단계를 포함하여 차수구조체를 형성하게 될 수도 있다.

또한 본 발명의 흙막이 벽체 시공방법에서, 강재띠 PHC 말뚝 사이의 간격에 차수구조체를 형성하여 지반의 굴착된 공간에 삽입 배치할 때, 2개가 한 쌍을 이루는 지지대를 종방향으로 간격을 두고 복수개의 쌍으로 배치한 후, 지지대 사이의 간격에 강재띠 PHC 말뚝을 뉘어서 배치하고, 강재띠 PHC 말뚝 위에, I형빔의 플랜지 가장자리가 강재띠 PHC 말뚝의 외측면에 밀착되도록, I형빔을 뉘어서 배치하며, I형빔이 강재띠 PHC 말뚝 위에 뉘어서 배치된 상태에서, 강재띠가 존재하는 위치에서 I형빔의 플랜지 가장자리를 용접에 의해 강재띠에 일체로 결합하며, 뉘어 있는 I형빔 위에 추가적인 강재띠 PHC 말뚝을 뉘어서 배치하고, I형빔의 플랜지 가장자리를, 새롭게 뉘어서 배치되는 강재띠 PHC 말뚝의 강재띠에 용접 결합하는 과정을 반복하여 복수개의 강재띠 PHC 말뚝과, 그 사이의 간격에 I형빔이 일체로 구비된 말뚝조립체를 복수개로 제작하는 단계; 및 지반에 굴착된 공간내에, 상기 말뚝조립체를 삽입배치하여, 강재띠와 I형빔의 용접 결합에 의해 각각의 말뚝조립체를 일체화시키는 단계; I형빔의 웨브 양측과 강재띠 PHC 말뚝의 외측면 사이에 존재하는 빈공간 내에 차수용 그라우트재를 주입하여 연직방향의 높이에 걸쳐 채움으로써 그라우팅부를 형성하는 단계를 포함함으로써, 강재띠 PHC 말뚝 사이의 간격에 차수구조체를 형성할 수도 있다.

또한 본 발명의 흙막이 벽체 시공방법에서, 강재띠 PHC 말뚝 사이의 간격에 차수구조체를 형성하여 지반의 굴착된 공간에 삽입 배치할 때, 횡방향 양측면이 강재띠 PHC 말뚝의 볼록한 외측면 곡률에 맞추어서 오목하게 형성되고 강재띠 PHC 말뚝의 강재띠 위치에 대응한 높이에서 강재 연결판이 강재띠 PHC 말뚝의 외면에 밀착된 상태로 구비되도록, 공장에서 프리캐스트 콘크리트 블록을 제작하여 현장으로 이송하는 단계; 프리캐스트 콘크리트 블록의 오목한 양측면이 강재띠 PHC 말뚝의 외측면에 각각 밀착하도록, 지반의 굴착된 공간 내에 배치된 강재띠 PHC 말뚝 사이의 간격에 프리캐스트 콘크리트 블록을 연직하게 세워서 배치하는 단계; 및 프리캐스트 콘크리트 블록이 강재띠 PHC 말뚝 사이에 배치된 상태에서, 강재띠가 존재하는 위치에서 프리캐스트 콘크리트 블록의 강재 연결판을 용접에 의해 강재띠에 일체로 결합하는 단계를 포함함으로써 차수구조체를 형성할 수도 있다.

이와 달리, 본 발명의 흙막이 벽체 시공방법에서, 강재띠 PHC 말뚝 사이의 간격에 차수구조체를 형성하여 지반의 굴착된 공간에 삽입 배치할 때, 탄성 밀착판을 강재띠 PHC 말뚝 사이에 위치시켜서, 강재띠 PHC 말뚝의 외측면이 탄성 밀착판의 양면에 각각 밀착되게 만드는 단계; 및 강재띠 PHC 말뚝의 강재띠가 존재하는 위치에 강재 결합판을 위치시켜, 강재 결합판을 횡방향 양단을 강재띠 PHC 말뚝의 강재띠에 용접에 의해 직접 결합하여 일체화시키는 단계를 포함함으로써 차수구조체를 형성하게 될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 흙막이 벽체를 이루는 부재들이 공장에서 사전 제작되어 현장에서는 간단한 방법에 의해 조립 및 일체화되므로, 용접 기계 등을 이용한 기계화 작업이 가능하게 되며, 시공성이 우수하여 시공속도가 향상되고, 그에 따라 시공비를 절감할 수 있게 되는 장점이 있다.

특히, 본 발명에서는 공장에서 제작되어 우수한 휨균열모멘트 저항 성능을 가지는 PHC 말뚝을 이용하여 흙막이 벽체를 구성하게 되므로, 본 발명에 따른 흙막이 벽체는 종래의 C.I.P공법에 의해 구축된 것보다 1.6배 ~ 2.2배 정도 벽제 강성이 증대되며, 따라서 굴착 단계별 설치되는 굴착 깊이 방향으로 띠장의 간격을 넓게 할 수 있으며, 그에 따라 어스앙카 설치, 스트럿 설치 등의 작업이 줄어들게 되며, 공사비 절감 및 시공성을 크게 향상시킬 수 있게 되는 장점이 발휘된다.

또한 본 발명에서는 차수를 위한 그라우팅재가 지반이나 지하수로 누출되는 것을 방지하거나 또는 효과적으로 최소화할 수 있게 되며, 그에 따라 그라우팅재로 인한 지하수 및 토양오염을 방지할 수 있게 되어 친환경적인 흙막이 시공이 가능하게 되는 장점을 발휘하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 강재띠 PHC 말뚝의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 강재띠 PHC 말뚝을 제작하기 위한 방법에 따라 말뚝 제작용 거푸집 내에 강재띠를 배치하는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 흙막이 벽체의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 흙막이 벽체에서 강재띠가 설치된 도 3의 선 A-A 위치에서의 개략적인 평단면도이다.
도 5는 도 3의 흙막이 벽체가 지중에 설치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 평면도가 도시되어 있다.
도 6은 본 발명에 따라 말뚝조립체를 제작하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 6의 화살표 B 방향으로 바라본 개략적인 종방향 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따라 제작된 말뚝조립체를 지반 굴착공간에 삽입하는 것을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9는 영구적인 구조물로서 이용되기 위한 본 발명에 따른 흙막이 벽체의 개략적인 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 흙막이 벽체가 지중에서 콘크리트 벽체와 일체화되어 영구적인 구조물인 합성벽체를 구축한 상태를 보여주는 도 9의 선 E-E 위치에서의 개략적인 평단면도이다.
도 11은 차수구조체가 프리캐스트 콘크리트 블록으로 이루어진 본 발명의 제2실시예에 따른 흙막이 벽체에 대한 개략적인 사시도이다.
도 12a는 강재띠 PHC 말뚝의 강재띠가 설치된 위치에 해당하는 도 9의 선 C-C 위치에서의 개략적인 평단면도이다.
도 12b는 도 11에 도시된 실시예에서 강재 연결판이 배면측에만 구비되어 있는 상태를 보여주는 도 12a에 대응되는 개략적인 평단면도이다.
도 13은 도 9의 흙막이 벽체가 지중에 설치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 14는 차수구조체가 탄성 밀착판과 강재 결합판으로 이루어진 본 발명의 제3실시예에 따른 흙막이 벽체에 대한 개략적인 사시도이다.
도 15는 강재띠 PHC 말뚝의 강재띠가 설치된 위치에 해당하는 도 14의 선 D-D 위치에서의 개략적인 평단면도이다.
도 16은 도 14의 흙막이 벽체가 지중에 설치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 본 명세서에서는 PHC 말뚝이 길게 연장되는 길이 방향을 "종방향"이라고 기재하며 수평방향으로 종방향과 직교하는 방향 즉, PHC 말뚝의 반경방향을 "횡방향"이라고 기재한다.

본 발명에 따른 흙막이 벽체는 PHC 말뚝을 이용하여 구축되는데, 본 발명에서는 다음과 같이 강재띠를 구비한 특별한 구성의 PHC 말뚝을 이용한다. 도 1에는 본 발명에 따라 복수개의 강재띠(2)를 구비한 PHC 말뚝(1)(이하, "강재띠 PHC 말뚝"이라고 약칭함)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 강재띠 PHC 말뚝(1)은 종래의 통상적인 PHC 말뚝과 마찬가지로 중공을 가진 콘크리트 부재로 이루어지는데, 도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 강재띠 PHC 말뚝(1)의 경우, 강재띠(2)가 종방향으로 간격을 두고 복수개로 구비되어 있다. 강재띠(2)는 종방향으로 폭을 가지는 원형의 띠 부재로 이루어지는데, 강재띠(2)는 그 외면이 PHC 말뚝(1)의 횡방향 측면에 노출되도록 PHC 말뚝(1)의 콘크리트 부재에 일체로 매립되어 구비된다.

도 2에는 본 발명의 강재띠 PHC 말뚝(1)을 제작하기 위한 방법의 일예로서, 거푸집(200) 내에 강재띠(2)를 배치하는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2에서 편의상 PHC 말뚝을 제작하기 위하여 일반적으로 사용하는 긴장재 및 보강철근에 대한 도시는 생략하였다.

일반적으로 PHC 말뚝을 제작할 때에는 상부 거푸집 부재(201)와 하부 거푸집 부재(202)로 이루어진 거푸집(200)을 이용하게 되는데, 도 2에 도시된 것처럼 하부 거푸집 부재(202)의 내부에 복수개의 강재띠(2)를 종방향으로 간격을 두고 배치한다. 긴장재, 보강철근 등 PHC 말뚝 제작에 위해 일반적으로 필요한 부재들을 하부 거푸집 부재(202) 내에 배치한 후, 콘크리트를 하부 거푸집 부재(202)에 부설하고 하부 거푸집 부재(202) 위에 상부 거푸집 부재(201)를 덮어서 조립하여 거푸집(200)을 만든 다음, 원심성형 롤러(도시되지 않음) 위에 거푸집(200)을 올려놓고, 원심성형 롤러를 회전시키는 원심성형 작업을 수행하고, 상,하부 거푸집 부재(201, 202)를 서로 분리시켜 탈형하게 된다. 이러한 과정을 통해서 본 발명에 따른 강재띠 PHC 말뚝(1)을 제작할 수 있게 된다.

다음에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 강재띠 PHC 말뚝(1)을 이용하여 구축되는 흙막이 벽체(100)의 제1실시예에 대해 설명한다.

도 3에는 본 발명의 제1실시예에 따른 흙막이 벽체(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 선 A-A 위치 즉, 강재띠(2)가 설치된 위치에서의 개략적인 평단면도가 도시되어 있다. 도 5에는 도 3의 흙막이 벽체(100)가 지중에 설치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 도 5에서 도면부호 300은 지반(300)을 나타낸다.

본 발명에 따른 흙막이 벽체(100)는, 복수개의 본 발명에 따른 강재띠 PHC 말뚝(1)이 횡방향으로 간격을 두고 열(列)을 이루어서 배치되어 있고, 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 간격에는 지하수 및 토사의 유입을 차단하는 차수구조체(3)가 형성되어 있는 구성을 가진다. 특히, 도 3 내지 도 5에 도시된 제1실시예에 따른 흙막이 벽체(100)의 경우, 차수구조체(3)는 I형 단면을 가지는 I형빔(30)과 그라우팅부(31)로 이루어진다.

구체적으로, 횡방향으로 열을 이루어서 배치된 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 간격에는, I형빔(30)이 연직하게 세워져 배치되는데, I형빔(30)의 상,하부 플랜지의 가장자리가 각각 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외측면에 밀착되도록 배치된다. 즉, I형빔(30)의 상,하 플랜지 폭방향이 횡방향으로 되도록 I형빔(30)이 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 횡방향 간격에 배치되어 있는 것이다. 본 발명에서는 강재띠(2)가 외측면에 노출되어 있는 강재띠 PHC 말뚝(1)을 이용하여 흙막이 벽체(100)를 구축하게 되므로, 강재띠(2)와 I형빔(30)을 용접에 의해 간편하게 일체화시킬 수 있게 된다. 즉, I형빔(30)이 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이에 배치된 상태에서, 강재띠(2)가 존재하는 위치 즉, I형빔(30)의 상,하부 플랜지의 가장자리가 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외면에 노출된 강재띠(2)에 밀착된 위치에서는, 강재띠(2)와 I형빔(30)의 상,하부 플랜지 가장자리를 용접하여 서로 일체화시킬 수 있는 것이다. 도 3 내지 도 5에서 도면부호 33은 강재띠(2)와 I형빔(30)의 상,하부 플랜지 가장자리를 일체화시키는 용접부(33)를 나타낸다.

I형빔(30)의 상,하부 플랜지의 가장자리가 각각 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외측면에 밀착되어 있으므로, I형빔(30)의 웨브 양측과 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외측면 사이에는 빈공간이 존재하게 되는데, 이 빈공간에는 무수축 모르타르 등과 같은 차수용 그라우트재가 현장에서 주입되어 연직방향의 높이 가득 채워짐으로써 그라우팅부(31)를 형성하게 된다. 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예의 경우, 이와 같이 용접에 의해 강재띠 PHC 말뚝(1)과 일체화되어 설치된 I형빔(30)과 그라우팅부(31)에 의해, 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 간격에 차수 기능을 발휘하게 되는 차수구조체(3)가 형성되어 있는 것이다.

위와 같은 본 발명에서는 흙막이 벽체(100)를 이루는 부재들이 공장에서 사전 제작되어 현장에서는 간단한 방법에 의해 조립 및 일체화되므로, 용접 기계 등을 이용한 기계화 작업이 가능하게 되며, 시공성이 우수하여 시공속도가 향상되고, 그에 따라 시공비를 절감할 수 있게 되는 장점이 있다. 즉, 본 발명에서는 공장에서 제작되어 우수한 휨균열모멘트 저항 성능을 가지는 PHC 말뚝을 이용하여 흙막이 벽체를 구성하게 되므로, 본 발명에 따른 흙막이 벽체는 종래의 C.I.P공법에 의해 구축된 것보다 1.6배 ~ 2.2배 정도 벽제 강성이 증대되며, 따라서 굴착 단계별 설치되는 굴착 깊이 방향으로 띠장의 간격을 넓게 할 수 있으며, 그에 따라 어스앙카 설치, 스트럿 설치 등의 작업이 줄어들게 되며, 공사비 절감 및 시공성을 크게 향상시킬 수 있게 되는 장점이 발휘된다.

특히, 위와 같은 본 발명에서는 차수를 위한 그라우팅재가 "I형빔(30)의 웨브 양측과 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외측면 사이에 존재하는 빈공간"이라는 폐쇄된 공간 내에 주입된다. 즉, 그라우팅재가 폐쇄된 공간에 채워지는 것이므로, 효과적인 차수성능을 발휘할 수 있게 되면서도, 그라우팅재의 지반 누출을 방지할 수 있게 되어, 그라우팅재로 인한 지하수 및 토양오염을 방지할 수 있게 되며, 따라서 친환경적인 흙막이 시공이 가능하게 되는 장점을 발휘하게 되는 것이다.

다음에서는 본 발명에 따라 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예에 따른 흙막이 벽체(100)를 시공하는 방법에 대해 설명한다.

우선 지반을 굴착하여 흙막이 벽체(100)를 구축할 공간을 확보한다. 사전에 공장에서 도 1에 도시된 구성으로 제작된 강재띠 PHC 말뚝(1)을 현장으로 이송하여, 각각의 강재띠 PHC 말뚝(1)을 지반에 굴착된 공간에 횡방향으로 간격을 두고 배치하고, 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이에 I형빔(30)을 설치하여, 용접에 의해 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2)와 I형빔(30)을 용접 결합한 후, I형빔(30)의 웨브 양측과 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외측면 사이의 빈공간에 그라우트재를 가압 주입하여 그라우팅부(31)를 형성함으로써 흙막이 벽체(100)를 형성하게 된다.

그런데 지반에 굴착된 공간에 강재띠 PHC 말뚝(1)과 I형빔(30)을 설치함에 있어서, 강재띠 PHC 말뚝(1)과 I형빔(30)을 개별적으로 굴착된 공간에 삽입하고, 굴착된 공간 내에서 강재띠(2)와 I형빔(30)의 용접 작업을 수행할 수도 있지만, 복수개의 강재띠 PHC 말뚝(1)과 복수개의 I형빔(30)을 이용하여 미리 흙막이 벽체(100)의 부분적인 말뚝조립체(110)를 미리 형성한 후, 설계된 흙막이 벽체(100)의 횡방향 폭에 맞추어서 복수개의 말뚝조립체(110)를 굴착된 공간 내에 삽입하여 서로 연결함으로써 설계된 횡방향 폭을 가지는 흙막이 벽체(100)를 완성하는 것도 바람직하다.

다음에서는 도 6 및 도 7을 참조하여 흙막이 벽체(100)를 형성하게 될 말뚝조립체(110)를 제작하기 위한 본 발명의 방법에 대한 일예를 설명한다.

도 6에는 본 발명에 따라 말뚝조립체(110)를 제작하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 6의 화살표 B 방향으로 바라본 개략적인 종방향 측면도가 도시되어 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 제작장에 연직한 지지대(401)를 세우는데, 지지대(401)는 횡방향(강재띠 PHC 말뚝의 지름방향)으로 2개가 한 쌍을 이루도록 하고 종방향(강재띠 PHC 말뚝이 연장된 방향)으로 간격을 두고 복수개의 쌍이 위치하도록 설치한다. 횡방향으로 서로 마주보고 있는 한 쌍의 지지대(401) 사이의 간격에 최저층의 강재띠 PHC 말뚝(1)을 뉘어서 배치한다. 이 때, 제작장의 바닥을 강재띠 PHC 말뚝(1)이 안정적으로 놓일 수 있도록 오목하게 만드는 것이 바람직하며, 특히 도 7에 도시된 것처럼, 제작장에 오목한 상면을 가지는 콘크리트 베드블럭(402)을 설치하는 것도 바람직하다. 최저층의 강재띠 PHC 말뚝(1)을 뉘어서 배치한 후, I형빔(30)을 강재띠 PHC 말뚝(1) 위에 뉘어서 배치하고 앞서 설명한 것처럼 최저층의 강재띠 PHC 말뚝(1)에 구비된 강재띠(2)와 I형빔(30)의 상,하부 플랜지 가장자리를 용접하여 서로 일체화시킨다. 이렇게 일체화된 I형빔(30) 위에 다음 층의 강재띠 PHC 말뚝(1)을 뉘어서 배치하여 I형빔(30)과 해당 층의 강재띠 PHC 말뚝(1)에 구비된 강재띠(2)를 용접 결합하여 일체화시키고, 다시 강재띠 PHC 말뚝(1)의 노출된 위쪽 방향 측면에 I형빔(30)을 설치한다. 이와 같이 강재띠 PHC 말뚝(1)을 뉘어서 배치하고, 그 위에 I형빔(30)을 놓아 용접에 의해 강재띠(2)와 I형빔(30)을 일체화시키며, 다시 I형빔(30) 위에 강재띠 PHC 말뚝(1)을 배치하여 용접에 의한 일체화시키는 작업을 반복하여, 복수개의 강재띠 PHC 말뚝(1)과 I형빔(30)으로 이루어진 말뚝조립체(110)를 제작한다. 도 8에는 말뚝조립체(110)를 지반 굴착공간에 삽입하는 것을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 6 및 도 7과 관련하여 설명한 방식으로 각각 제작된 말뚝조립체(110)를 지반에 굴착 형성된 공간에 연직하게 삽입하고 이웃하는 말뚝조립체(110)는, I형빔(30)과 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2) 간의 용접 결합에 의해, 서로 일체화시키고, I형빔(30)의 웨브 양측과 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외측면 사이의 빈공간에 그라우트재를 가압 주입하여 그라우팅부(31)를 형성함으로써, 복수개의 말뚝조립체(110)가 일체로 현장 결합된 방식의 흙막이 벽체(100)를 구축할 수 있다.

위에서 설명한 본 발명의 흙막이 벽체(100) 즉, 강재띠(2)를 구비한 강재띠 PHC 말뚝(1)을 이용하여 구축되는 흙막이 벽체(100)는 임시적인 구조물뿐만 아니라, 영구적인 구조물로 구축될 때에도 매우 유리하다.

도 9에는 영구적인 구조물로서 이용되기 위한 본 발명에 따른 흙막이 벽체(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9에 도시된 흙막이 벽체(100)가 지중에 설치되고 콘크리트 벽체(400)와 일체화되어 영구적인 구조물인 합성벽체를 구축한 상태를 보여주는 도 9의 선 E-E 위치에서의 개략적인 평단면도가 도시되어 있다.

도 9 및 도 10에 도시된 것처럼, 강재띠(2)에는 스터드와 같은 돌출된 형태의 전단결합재(34)가 복수개로 구비될 수 있다. 특히, 도 1 내지 도 8의 실시예의 경우, 차수구조체(3)의 I형빔(30)에서 배면(지하수가 유입되어 오는 방향의 면의 반대 방향 면) 방향으로의 하부 플랜지 외면에도 돌출된 전단결합재(34)가 복수개로 구비될 수 있다.

이와 같이 I형빔(30)과 강재띠(2)에 전단결합재(34)가 구비된 상태에서, 배면 방향으로 현장 콘크리트를 타설하여 전단결합재(34)가 현장 타설 콘크리트에 매립되는 형태로, 콘크리트 벽체(400)를 흙막이 벽체(100)와 일체화된 상태로 구축함으로써, 영구적인 구조물에 해당하는 합성벽체를 시공할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 강재띠(2)를 구비한 강재띠 PHC 말뚝(1)으로 흙막이 벽체(100)를 구축하게 되고, 이러한 강재띠(2)에는 용접에 의해 전단결합재(34)를 용이하게 설치할 수 있으므로, 전단결합재(34)가 콘크리트 벽체(400)에 매립되는 형태로 콘크리트 벽체(400)와 흙막이 벽체(100)가 일체화된 형식의 영구적인 합성벽체를 용이하게 시공할 수 있게 되며, 그에 따라 건축물의 지하구조물, 토목구조물의 지하구조물의 공사비를 크게 절감할 수 있게 되는 장점이 발휘된다.

위에서 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에서는 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이에 설치되어 차수 기능을 발휘하게 되는 차수구조체(3)가, I형빔(30)과 그라우팅부(31)로 이루어져 있으나, 차수구조체(3)는 다른 구성을 가지도록 변형될 수도 있다.

도 11 내지 도 13에는 차수구조체(3)가 강재 연결판(350)을 가지는 프리캐스트 콘크리트 블록(35)으로 이루어진 본 발명의 또다른 실시예에 따른 흙막이 벽체(100)가 도시되어 있는데, 도 11은 도 3에 대응되는 개략적인 사시도이고, 도 12a는 강재띠 PHC 말뚝(1)에서 강재띠(2)가 설치된 위치에 해당하는 도 11의 선 C-C 위치에서의 개략적인 평단면도이며, 도 12b는 도 11에 도시된 실시예에서 강재 연결판이 배면측에만 구비되어 있는 상태를 보여주는 도 12a에 대응되는 개략적인 평단면도이다. 도 13은 도 11의 흙막이 벽체(100)가 지중에 설치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 평면도이다.

도 11 내지 도 13에 도시된 실시예의 경우, 차수구조체(3)는 프리캐스트 콘크리트 블록(35)으로 이루어져 있되, 횡방향의 양측면은 강재띠 PHC 말뚝(1)의 볼록한 외측면 곡률에 맞추어서 오목하게 형성되어 있으며, 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2) 위치에 대응한 높이에 강재로 이루어진 강재 연결판(350)이 구비되어 있는 구성을 가진다. 강재 연결판(350)은 도 12a에 도시된 것처럼 프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 정면(지하수가 유입되어 오는 방향의 면)과 배면 모두에 구비될 수 있지만, 도 12b에 도시된 것처럼 프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 배면에만 강재 연결판(350)이 구비될 수도 있다.

강재 연결판(350)은 프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 외면에 강재 연결판(350)이 밀착되어 붙어 있는 형태로 강재 연결판(350)이 구비될 수 있는 것이다. 예를 들어 프리캐스트 콘크리트 블록(35)을 제작할 때, 미리 외면에 강재 연결판(350)이 존재하도록 배치한 상태에서 콘크리트를 타설하여 강재 연결판(350)이 프리캐스트 콘크리트 블록(35)에 일체화되어 그 외면에 존재하도록 할 수 있는 것이다. 본 발명에서 강재 연결판(350)은 도면에 예시된 것처럼 띠 형상을 가질 수 있다.

흙막이 벽체(100)를 구축할 때, 상기한 프리캐스트 콘크리트 블록(35)은, 횡방향으로 열을 이루어서 배치된 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 간격에 위치하게 되는데, 프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 횡방향 양측면은 오목하게 되어 있고, 그 오목한 형상의 곡률은 강재띠 PHC 말뚝(1)의 볼록한 외측면 곡률에 대응하므로, 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 간격에서 프리캐스트 콘크리트 블록(35)은 그 외측면이 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외측면에 밀착하게 된다. 또한 프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 외면에는 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2) 위치에 대응한 높이에 강재로 이루어진 강재 연결판(350)이 구비되어 있으므로, 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 간격에 프리캐스트 콘크리트 블록(35)이 밀착 배치된 상태에서, 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2)와 프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 강재 연결판(350)은 간단한 용접 작업에 의해 연결되고, 그에 따라 강재띠 PHC 말뚝(1)과 프리캐스트 콘크리트 블록(35)은 견고하게 일체화된다.

도 11 및 도 12a에 도시된 흙막이 벽체(100)가 지중에 설치된 상태를 개략적인 평면도로 보여주는 도 13에 도시된 것처럼, 필요에 따라서는 프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 정면에 그라우트재를 연직방향으로 주입하여 그라우트재 마감층(36)을 더 형성할 수도 있다.

도 11 내지 도 13에 도시된 실시예의 경우에도, 흙막이 벽체(100)의 배면 방향으로 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2)와 강재 연결판(350)에 각각 스터드와 같은 전단결합재(34)를 설치하고 콘크리트 벽체(400)를 시공하여 합성벽체를 구축할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 9 및 도 10에 관한 설명으로 대신한다.

도 14 내지 도 16에는 차수구조체(3)가 탄성 밀착판(37)과 강재 결합판(38)으로 이루어진 본 발명의 또다른 실시예에 따른 흙막이 벽체(100)가 도시되어 있다. 도 14는 도 11에 대응되는 개략적인 사시도이고, 도 15는 강재띠 PHC 말뚝(1)에서 강재띠(2)가 설치된 위치에 해당하는 도 14의 선 D-D 위치에서의 개략적인 평단면도이다. 도 16은 도 14의 흙막이 벽체(100)가 지중에 설치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 평면도이다.

도 14 내지 도 16에 도시된 실시예의 경우, 차수구조체(3)는, 고무나 합성수지 등으로 이루어진 탄성 밀착판(37)과 강재 결합판(38)으로 이루어져 있다. 흙막이 벽체(100)를 구축할 때, 상기한 탄성 밀착판(37)은, 횡방향으로 열을 이루어서 배치된 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이에 위치하게 되며, 그에 따라 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외측면이 탄성 밀착판(37)의 양면에 각각 밀착하게 된다.

강재 결합판(38)은 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2) 위치에 대응한 높이에 위치하여 횡방향 양측 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2)와 용접에 의해 직접 결합된다. 즉, 강재 결합판(38)의 횡방향 양단이 각각 횡방향 양측 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2)에 용접 결합되는 것이다. 강재 결합판(38)은 도 15 및 도 16에 도시된 것처럼 탄성 밀착판(37)의 정면과 배면 방향 모두에 구비될 수 있지만, 경우에 따라서는 탄성 밀착판(37)의 배면 방향에만 강재 결합판(38)이 구비될 수도 있다.

도 16에 도시된 것처럼, 흙막이 벽체(100)가 지중에 설치될 때, 필요한 경우에는 앞서 도 14의 실시예와 마찬가지로, 흙막이 벽체(100)의 정면에 그라우트재를 연직방향으로 주입하여 그라우트재 마감층(36)을 더 형성할 수도 있다.

도 14 내지 도 16에 도시된 실시예의 경우에도, 흙막이 벽체(100)의 배면 방향으로 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2)와 강재 결합판(38)에 각각 스터드와 같은 전단결합재(34)를 설치하고 콘크리트 벽체(400)를 시공하여 합성벽체를 구축할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 9 및 도 10에 관한 설명으로 대신한다.

1: 강재띠 PHC 말뚝
2: 강재띠
3: 차수구조체

Claims (10)

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2. 강재띠(2)의 외면이 횡측면에 노출되도록 복수개의 강재띠(2)가 종방향으로 간격을 두고 PHC 말뚝의 콘크리트 부분에 복수개로 매립되어 구비되어 있는 강재띠 PHC 말뚝(1)이, 횡방향으로 간격을 두고 열(列)을 이루어서 배치되어 있고;
   강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 횡방향 간격에는 지하수 및 토사의 유입을 차단하는 차수구조체(3)가 형성되어 있는 구성을 가지며;
   차수구조체(3)는 프리캐스트 콘크리트 블록(35)으로 이루어져 있는데;
   프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 횡방향 양 측면은 강재띠 PHC 말뚝(1)의 볼록한 외측면 곡률에 맞추어서 오목하게 형성되어 있어서, 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 간격에서 프리캐스트 콘크리트 블록(35)이 배치되었을 때, 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외측면이 프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 횡방향 양측면에 각각 밀착하며;
   강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2) 위치에 대응한 높이에서 프리캐스트 콘크리트 블록(35)에는 강재로 이루어진 강재 연결판(350)이 밀착 구비되어 있고;
   프리캐스트 콘크리트 블록(35)이 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이에 배치된 상태에서, 강재띠(2)가 존재하는 위치에서는 강재 연결판(350)과 강재띠(2)가 용접에 의해 서로 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체.
   
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6. 지반을 굴착하여 흙막이 벽체(100)를 구축할 공간을 형성하는 단계; 및
   강재띠(2)의 외면이 횡측면에 노출되도록 복수개의 강재띠(2)가 종방향으로 간격을 두고 PHC 말뚝의 콘크리트 부분에 복수개로 매립되어 구비되어 있는 강재띠 PHC 말뚝(1)을 공장제작하여 현장으로 이송한 후, 각각의 강재띠 PHC 말뚝(1)을 횡방향으로 간격을 두고 배치하되 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 간격에 지하수 및 토사의 유입을 차단하는 차수구조체(3)를 형성하여, 지반의 굴착된 공간에 설치하는 단계를 포함하며;
   강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 간격에 차수구조체(3)를 형성하여 지반의 굴착된 공간에 삽입 배치하는 단계에서는,
   횡방향 양측면이 강재띠 PHC 말뚝(1)의 볼록한 외측면 곡률에 맞추어서 오목하게 형성되고 강재띠 PHC 말뚝(1)의 강재띠(2) 위치에 대응한 높이에서 강재 연결판(350)이 외면에 밀착 구비되도록, 공장에서 프리캐스트 콘크리트 블록(35)을 제작하여 현장으로 이송하는 단계;
   프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 오목한 양측면이 강재띠 PHC 말뚝(1)의 외측면에 각각 밀착하도록, 지반의 굴착된 공간 내에 배치된 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이의 간격에 프리캐스트 콘크리트 블록(35)을 연직하게 세워서 배치하는 단계; 및
   프리캐스트 콘크리트 블록(35)이 강재띠 PHC 말뚝(1) 사이에 배치된 상태에서, 강재띠(2)가 존재하는 위치에서 프리캐스트 콘크리트 블록(35)의 강재 연결판(350)을 용접에 의해 강재띠(2)에 일체로 결합하는 단계를 포함함으로써 차수구조체(3)를 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체의 시공방법.
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