KR101734781B1 - 흙막이 자립구조물 및 이를 이용한 흙막이 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하구조물을 설치하기 위한 흙막이 공사 벽체의 강성을 극대화시키는 흙막이 자립구조물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 고강도 재질의 H형강부, 내측이 관통된 사각관 형태로 하부에 복수개의 천공홀이 형성되어 상기 H형강부의 웨브를 기준으로 양측면에 결합된 각관부, 및 상기 각관부 내측으로 그라우팅재를 주입시키도록 하단부에 복수개의 그라우팅재 배출홀을 형성하는 주입파이프를 포함하되, 상기 그라우팅재 주입 후, 굳어진 그라우팅재로부터 상기 H형강부 및 각관부를 분리하기 위해 그라우팅재가 접촉하는 하단 외주면에 피막제를 각각 도포하는 것을 특징으로 한다.

Description

흙막이 자립구조물 및 이를 이용한 흙막이 시공방법{EARTH RETAINING SELF-RELIANCE STRUCTURE AND EARTH RETAINING CONSTRUCTION METHOD USING IT}

본 발명은 흙막이 자립구조물 및 이를 이용한 흙막이 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하구조물을 설치하기 위한 흙막이 공사 벽체의 강성을 극대화시키는 흙막이 자립구조물 및 이를 이용한 흙막이 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 흙막이 공법은 지하구조물을 설치하기 위한 일종의 가설구조물로서 건축물 축조 및 토목구조물 축조시 다양하고 대대적으로 사용범위가 넓다.

종래의 흙막이 공법으로 H-파일+토류판 공법을 사용하고 있다. 이 공법은 일정간격으로 H-파일을 근입하고 굴착해 내려가면서 H-파일 사이에 토류판을 끼워서 흙막이벽을 만드는 공법으로서, 모든 토질에 적용할 수 있는 장점이 있으나 별도의 굴착면측으로 지하수 유입을 차단하는 차수가 안되고 벽체 휨강성이 약하고 뒷채움 불량등으로 수평변위가 크다. 특히 배면지반 침하가 크다는 단점이 있다.

이런 문제점을 극복하고자 C.I.P(Cast In Place Pile )공법이 개발되었다. 이 공법은 터파기할 지면의 외각에 천공장비를 이용하여 천공한 후 철근망 및 H-파일을 근입하고 콘크리트를 타설하여 연속적으로 토류벽을 형성하는 공법으로서, 벽체강성이 크다는 장점이 있으나 현장에서 콘트리트를 타설하다보니 지하수가 많은 경우나 근입심도가 깊은 경우 재료분리 등으로 품질의 편차가 크고 공정이 복잡하다.

또한, 지반 보강 공법은 보강하고자 하는 연약 지반에 소정 깊이의 매설공을 굴착한 다음, 매설공에 주입강관을 삽입하여 그라우트재를 주입한 후 경화시킴으로써 완료된다.

이러한 지반 보강 공법은 주입 강관의 끝단부에 형성된 측면 및 하측 주입구를 통해 그라우트재를 분사, 주입하여 매설공을 충진하는데, 이 경우 그라우트재가 주입되어 경화된 상태에서는 주입 강관을 매설공에서 빼낼 수 없으므로, 일정량의 그라우트재를 주입한 후 바로 주입 강관을 소정 높이만큼 인발하여 빼낸 다음, 다시 그라우트재를 주입하는 고정이 반복적으로 실시된다.

한국등록특허공보 제1011143호(등록일: 2011.01.20., 명칭: 말뚝 선단의 기초부 형성과 인장부재의 고정 정착부 형성을 위한 시공방법 및 그를 위한 공벽확장용 도구)

본 발명은 흙막이 자립구조물을 지반 내부로 삽입하여 세운 후 그라우팅하여 공사가 끝나면 흙막이 자립 구조물을 인발하여 재사용할 수 있는 흙막이 자립구조물 및 이를 이용한 흙막이 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 H형강부와 결합된 각관부 사이에 고강도 재질의 강판을 설치하고 벽체를 조성하여 벽체의 강성을 상승시키는 흙막이 자립구조물 및 이를 이용한 흙막이 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 주입하고자 하는 그라우팅재의 위치를 조절하는 흙막이 자립구조물 및 이를 이용한 흙막이 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 흙막이 자립구조물은, 고강도 재질의 H형강부; 내측이 관통된 사각관 형태로 하부에 복수개의 천공홀이 형성되어 상기 H형강부의 웨브를 기준으로 양측면에 결합된 각관부; 및 상기 각관부 내측으로 그라우팅재를 주입시키도록 하단부에 복수개의 그라우팅재 배출홀을 형성하는 주입파이프;를 포함하되, 상기 그라우팅재 주입 후, 굳어진 그라우팅재로부터 상기 H형강부 및 각관부를 분리하기 위해 그라우팅재가 접촉하는 하단 외주면에 피막제를 각각 도포하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 각관부는 내부로 유입되는 그라우팅재가 상기 관통된 사각관의 하부로 빠져나가지 않도록 앤드캡(End Cap)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 H형강부 사이에 벽체를 조성하는 고강도 재질의 강판이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주입파이프는 상기 그라우팅재의 배출 영역을 구분하기 위해 상기 각관부 내주연 크기의 패커를 더 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주입파이프는 상기 그라우팅재의 배출 위치를 설정하기 위해 높이를 조절하는 높이 조절수단을 더 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패커는 상기 그라우팅재 배출홀이 형성된 상부 및 하부에 형성하되, 상기 패커는 상부 및 하부에 각각 평철과 평철 사이에 탄성판을 구비하여 형성하며, 상기 상부 및 하부에 형성된 패커는 수평인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각관부는 플랜지와 웨브를 연결하는 코너에 각각 위치되되, 플랜지와 일정간격 이격되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 또 다른 본 발명의 흙막이 자립구조물을 이용한 흙막이 시공방법은 지반을 천공하는 단계; 상기 흙막이 자립구조물 하단부에 피막제를 도포하는 단계; 상기 천공된 지반에 상기 흙막이 자립구조물을 삽입하는 단계; 상기 흙막이 자립구조물의 주입파이프로 그라우팅재를 주입하는 그라우팅 단계; 상기 흙막이 자립구조물의 H형강부와 이격된 흙막이 자립구조물의 H형강부 사이에 강판을 삽입하여 벽체를 조성하는 단계; 상기 흙막이 자립구조물의 H형강부와 이격된 H형강부 사이를 길이가 긴 H형강재를 횡방향으로 연속 결합시켜 띠장을 설치하는 단계; 굴착면으로 부터 굴착하는 단계; 상기 굴착면에 구조물을 시공하는 단계; 및 상기 흙막이 자립구조물 및 강판을 인발하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 흙막이 자립구조물을 삽입한 후, 천공된 지반을 메우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우팅 단계 전에, 상기 주입파이프의 그라우팅재 배출홀 높이를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이,

본 발명은 근입장 부분만을 그라우팅하여 굳힌 후, 구조물 시공까지 완료하고 흙막이 자립 구조물 및 강판을 인발함으로써, 흙막이 자립구조물 및 강판을 재사용할 수 있으며, 이로 인해 공사 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 H형강부와 결합된 각관부 사이에 고강도 재질의 강판을 설치하고 벽체를 조성하여 벽체의 강성을 상승시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 사용자가 주입하고자 하는 위치에 그라우팅재를 주입할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흙막이 자립구조물의 설치 모습을 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시에에 따른 흙막이 자립구조물을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흙막이 자립구조물을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흙막이 자립구조물의 각관부를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 흙막이 자립구조물의 각관부의 내부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 흙막이 자립구조물을 이용한 시공방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 5는 흙막이 자립구조물을 나타낸 도면으로서, 흙막이 자립구조물은 H형강부(110), 각관부(120), 및 주입파이프(130)를 포함한다.

H형강부(110)는 고강도 재질로, 흙막이벽을 형성하기 위해 일정거리 이격되어 천공된 지반에 삽입하여 흙막이벽의 지지축이 된다.

이때, H형강부(110)가 흙막이 용도로 사용되는 벽체를 조성하기 위해 일정간격 이격되어 배치되며, 서로 이격된 H형강부(110)와 H형강부(110) 사이에 고강도 재질의 강판(140)이 삽입된다.

여기서, 고강도 재질이라 함은 SM490 이상의 강도를 갖는 것을 의미한다.

즉, 고강도 재질인 SM강재는 용접구조용 압연강재(KS D 3515)로 구조재의 효율성이 중요한 교량, 선박 등 대형 구조물에 주로 사용되는 강재이다.

SM강재는 일반 강구조물에 가장 흔하게 사용되는 일반구조용 압연 강재(KS D 3503)인 SS400 보다 마모성이 강하고, 휨 변형이 없으며, 용접성이 좋다.

각관부(120)는 내측이 관통된 사각관 형태로 하부에 복수개의 천공홀(122)이 형성되어 H형강부(110)의 웨브를 기준으로 양측면에 결합된다. 더욱 바람직하게 각관부는 도 2와 같이, 플랜지와 웨브를 연결하는 코너에 각각 위치되되, 플랜지와 일정간격 이격되게 형성되거나, 도 3과 같이, 각관부(120)의 일면을 수직판부(150)에 용접 결합하여 형성한 후, 수직판부(150)를 웨브를 기준으로 양측으로 나사결합 또는 용접 결합으로 각관부(120)를 H형강부(110)와 결합할 수 있다.

여기서, H형강부(110)의 플랜지와 웨브의 위치는 일반적인 H형강의 구성이므로 도면설명은 생략하도록 한다.

각관부(120)는 후술된 주입파이프(130)의 가이드 역할을 한다. 여기서, 각관부(120)를 사각관으로 채택한 이유는 각관부(120) 내측으로 인입되는 주입파이프(130)를 보호할 수 있기 때문이다.

이때, 각관부(120)는 관통된 사각관 형태로 내부로 유입되는 그라우팅재가 관통된 사각관의 하부로 빠져나가지 않도록 앤드캡(End Cap)(121)을 형성한다. 즉, 내부로 유입되는 그라우팅재는 각관부(120) 하단에 형성된 천공홀(122)을 통해서만 배출되고 하부의 관통홀을 통해서는 배출되지 않도록 한다.

또한, 각관부(120)을 H형강부(110)와 결합함으로써, H형강부(110)의 강성이 상승하게 되고 이후 삽입되는 강판(140)을 지지하는 강도도 높아지게 된다.

주입파이프(130)는 각관부(120) 내측으로 그라우팅재를 주입시키도록 하단부에 복수개의 그라우팅재 배출홀(132)을 형성한다.

주입파이프(130)는 각관부(120)에 개별적으로 설치하여 하나씩 순차적으로 그라우팅재를 주입하거나, 일괄적으로 각관부(120)에 모두 설치되어 그라우팅재를 주입할 수 있다.

주입파이프(130)는 그라우팅재의 배출영역을 구분하기 위해 각관부(120) 내주연의 크기의 패커(131)가 하단부에 구비되고, 패커(131)는 그라우팅재 배출홀(132)이 형성된 상부 및 하부에 형성된다.

즉, 패커(131)는 그라우팅재 배출홀(132)에서 배출되는 그라우팅재가 일정 높이 이상 올라가지 않도록 그라우팅재의 배출을 가이드하는 역할을 한다.

본 발명의 주입파이프(130)는 사용자가 원하는 위치에만 그라우팅재를 배출할 수 있도록 그라우팅재 배출홀(132)을 전체적으로 형성하지 않고 하단부에 일부만 형성하는 것이 바람직하다.

그라우팅재의 배출을 가이드하기 위해 패커(131)는 그라우팅재 배출홀(132)이 형성된 상부 및 하부에 형성하며, 각각 평철(131a)과 평철(131a) 사이에 탄성판(131b)을 구비하여 형성하고, 상부 및 하부에 형성된 패커(131)는 수평을 이룬다.

여기서, 평철(131a)과 평철(131a) 사이에 탄성판(131b)을 형성하는 이유는 탄성판(131b)만 구비하는 경우 그라우팅재 배출홀(132)을 통해 배출되는 그라우팅재의 압력에 의해 탄성판(131b)이 휘어질 수 있어 이를 막기 위해 평철(131a)과 평철(131a) 사이에 탄성판(131b)을 위치시킨다.

패커(131)는 주입파이프(130)와 일체형으로 형성하되, 주입파이프(130)는 각관부(120)의 길이에 따라 복수개의 주입파이프(130)를 연결하여 연장할 수 있으며, 패커(131)는 가장 하단에 위치한 주입파이프(130)에만 형성된다.

즉, 주입파이프(130)는 가장 하단에 위치한 주입파이프(130)를 제외하고 중간 및 상단에 위치하는 주입파이프(130)의 상측 외주면에는 나사산이 형성되고 하측 내주연은 타 주입파이프(130)의 상측과 결합할 수 있는 나사산이 형성됨이 바람직하다.

가장 하단에 위치한 주입 파이프(130)는 중간 또는 상단에 위치하는 주입파이프(130)와 결합하도록 상측에는 나사산이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 주입파이프(130)의 상측 외주연과 하측 내주연에 나사산이 형성됨을 설명하였으나, 반대로 상측 내주연과 하측 외주연에 나사산이 형성될 수 있음이 바람직하다.

주입파이프(130) 상단에는 도 5와 같이, 그라우팅재의 배출위치를 설정하기 위해 그라우팅재 배출홀(132)의 높이를 조절하기 위한 높이조절수단(160)이 연결된다.

높이조절수단(160)은 주입파이프(130) 상단의 나산산과 결합되고 손잡이부(161)와 결합된 결합부(162)의 동작으로, 즉 손잡이부(161)의 회전에 의해 결합된 결합부(162)가 상하로 직진운동을 하고, 결합부(162)에 결합된 주입파이프(130) 역시 상하로 직진운동을 하여 높이를 조절할 수 있다.

주입파이프(130)에 의해 주입된 그라우팅재가 굳어지면, 굳어진 그라우팅재로부터 H형강부(110) 및 각관부(120)를 분리해야 하므로 그라우팅재가 접촉하는 H형강부(110) 및 각관부(120)의 하단 외주면에 피막제를 각각 도포하여 그라우팅재로부터 용이하게 분리될 수 있도록 한다.

상기와 같은 흙막이 자립구조물을 이용한 시공방법은 도 6과 같다.

도 6에 도시한 바와 같이, 먼저, 지반을 천공한다(S110). 이때, 지반을 천공하는 방법은 다양하게 이루어질 수 있어 한정하지 아니하나, 흙막이 자립구조물(100)이 삽입될 수 있는 넓이 및 깊이로 천공됨이 바람직하다.

이어, 흙막이 자립구조물(100) 하단부에 피막제를 도포한다(S120). 이때, 도포되는 피막제(미도시)에 의해 이후 흙막이 자립구조물(100)을 인발할 때 인발이 용이하게 된다.

여기서, 피막제가 도포되는 흙막이 자립구조물(100)은 H형강부(110) 및 각관부(120)의 하단부 외주면이다. 주입파이프(130)는 각관부(120) 내측에 위치하여 영향을 받지 않으며, 주입파이프(130)는 각관부(120) 내측에 설치 및 분리가 가능하다.

이어, 천공된 지반에 흙막이 자립구조물(100)을 삽입한다(S130). 이때, 흙막이 자립구조물(100)을 삽입한 후, 천공된 지반을 흙으로 메워 삽입된 흙막이 자립구조물(100)의 흔들림을 방지한다.

이어, 흙막이 자립구조물(100)의 끝부분에 주입파이프(130)로 그라우팅재를 주입하는 그라우팅을 실시한다(S140). 이때, 주입파이프(130)를 통해 그라우팅재를 주입하기 전에 주입파이프(130)의 그라우팅재 배출홀(132) 높이를 조절한다.

이는, 패커(131)에 의해 각관부의 천공홀(122)이 막힐 수 있으므로, 그라우팅재 배출홀(132)의 높이를 각관부의 천공홀(122)의 위치 맞추도록 조절한다. 또한, 원하는 위치에 그라우팅재가 배출될 수 있도록 하기 위함이다.

그라우팅재 배출홀(132)의 높이를 조절하여 흙막이 자립구조물(100)의 각관부(120)에 형성된 천공홀(122)과 그라우팅재 배출홀(132)의 위치를 맞춘다.

이때, 그라우팅재를 주입한 후 그라우팅재가 굳어지면 지반이 보강되어 그라우팅 영역이 형성된다.

이어, 흙막이 자립구조물(100)의 H형강부(110)와 이격된 흙막이 자립구조물의 H형강부(110) 사이에 강판(140)을 삽입하여 벽체를 조성한다(S150). 이때, 강판은 고강도 재질인 것이 바람직하다.

이어, 흙막이 자립 구조물(100)의 H형강부(110)와 이격된 H형강부(110) 사이를 길이가 긴 H형강재(미도시)를 횡방향으로 연속 결합시켜 띠장(미도시)을 설치한다.(S160).

이때, 띠장은 H형강부(110)와 이격된 H형강부(110) 사이를 결합하되, 긴 H형강재의 길이에 따라 사이에 H형강부(110)가 위치된 이격된 H형강부(110)들과 결합될 수 있다.

또한, 띠장은 긴 H형강재의 일측 플랜지와 H형강부(110)와 용접 결합 또는 나사 결합에 의해 설치되는 것이 바람직하다.

이어, 굴착장비를 이용하여 굴착을 실시한다(S170).

이어, 굴착면에 구조물들을 시공한다(S180).

마지막으로, 흙막이 자립구조물(100) 및 강판(140)을 인발한다(S190). 이때, 강판(140) 및 흙막이 자립구조물(100)을 인발함으로써, 본 발명은 근입장 부분만을 그라우팅하여 굳힌 후, 구조물 시공까지 완료하고 흙막이 자립구조물(100) 및 강판을 인발함으로써, 흙막이 자립구조물 및 강판을 재사용할 수 있으며, 이로 인해 공사 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 H형강부(110)와 결합된 각관부(120) 사이에 고강도 재질의 강판을 설치하여 벽체를 조성하여 벽체의 강성을 상승시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 사용자가 주입하고자 하는 위치에 그라우팅재를 주입할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 흙막이 자립구조 및 시공방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

110 : H형강부 120 : 각관부
121 : 앤드캡 122 : 천공홀
130 : 주입파이프 131 : 패커
131a : 평철 131b : 탄성판
132 : 그라우팅재 배출홀 140 : 강판
150 : 수직판부 160 : 높이조절수단
161 : 손잡이부 162 : 결합부

Claims (10)

1. SM490이상의 강도를 갖는 고강도 재질의 H형강부;
   내측이 관통된 사각관 형태로 하부에 복수개의 천공홀이 형성되어 상기 H형강부의 웨브를 기준으로 양측면에 결합되어 H형강부의 강성을 상승시키고, 삽입되는 고강도 재질의 강판을 지지하는 각관부; 및
   상기 각관부 내측으로 그라우팅재를 주입시키도록 하단부에만 복수개의 그라우팅재 배출홀을 형성하는 주입파이프;를 포함하되,
   상기 그라우팅재 주입 후, 굳어진 그라우팅재로부터 상기 H형강부 및 각관부를 분리하기 위해 그라우팅재가 접촉하는 하단 외주면에 피막제를 각각 도포하고,
   상기 주입파이프는 상기 그라우팅재의 배출 영역을 구분하기 위해 상기 각관부 내주연 크기의 패커 및 상기 그라우팅재의 배출 위치를 설정하기 위해 높이를 조절하는 높이 조절수단을 더 형성하며,
   상기 패커는 상기 그라우팅재 배출홀이 형성된 상부 및 하부에 형성하되, 상기 패커는 상부 및 하부에 각각 평철과 평철 사이에 탄성판을 구비하여 형성하며,상기 상부 및 하부에 형성된 패커는 수평인 것이며,
   상기 각관부는 내부로 유입되는 그라우팅재가 상기 관통된 사각관의 하부로 빠져나가지 않도록 앤드캡(End Cap)을 형성하며, 상기 각관부는 플랜지와 웨브를 연결하는 코너에 각각 위치되되, 플랜지와 일정간격 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 자립구조물.
   
   
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6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 1에 의한 흙막이 자립구조물을 이용한 흙막이 시공방법에 있어서,
   지반을 천공하는 단계;
   상기 흙막이 자립구조물 하단부에 피막제를 도포하는 단계;
   상기 천공된 지반에 상기 흙막이 자립구조물을 삽입하는 단계;
   상기 흙막이 자립구조물의 주입파이프로 그라우팅재를 주입하는 그라우팅 단계;
   상기 흙막이 자립구조물의 H형강부와 이격된 흙막이 자립구조물의 H형강부 사이에 강판을 삽입하여 벽체를 조성하는 단계;
   상기 흙막이 자립구조물의 H형강부와 이격된 H형강부 사이를 길이가 긴 H형강재를 횡방향으로 연속 결합시켜 띠장을 설치하는 단계;
   굴착장비를 이용하여 굴착면을 굴착하는 단계;
   상기 굴착면에 구조물을 시공하는 단계; 및
   상기 흙막이 자립구조물 및 강판을 인발하는 단계;를 포함하되,
   상기 흙막이 자립구조물을 삽입한 후, 천공된 지반을 메우는 단계 및 상기 그라우팅 단계 전에, 상기 주입파이프의 그라우팅재 배출홀 높이를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙막이 자립구조물을 이용한 흙막이 시공방법.
   
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