KR101795454B1 - 자립식 흙막이 시공공법 - Google Patents

자립식 흙막이 시공공법 Download PDF

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주식회사 케이원레일
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Abstract

본 발명은 자립식 흙막이 시공공법에 관한 것으로 특히, 지반의 굴착면을 따라 전,후,좌,우방향으로 복수의 구멍을 2열로 천공하는 단계와; 각각의 구멍에 복수의 엄지 말뚝으로써의 1열 말뚝과 지지 말뚝으로써의 2열 말뚝들을 근입시켜 설치하되, 2열 말뚝의 상단부는 지반으로 돌출되게 설치하는 단계와; 1열 말뚝과 2열 말뚝 전방부의 토사를 1차 굴착하는 단계와; 1차 굴착에 의해 노출된 2열 말뚝의 전면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 띠장을 설치하는 단계와; 2열 말뚝들 사이에 토류판을 다단으로 설치하는 단계와; 상기 1열 말뚝과 2열 말뚝 사이에 제 1 긴장부재를 경사지게 설치하는 단계와; 제 1 긴장부재에 정해진 긴장력을 도입시켜 1열 말뚝에 굴착 반대방향으로 초기 휨변형을 도입하는 단계와; 1열 말뚝의 배면과 2열 말뚝의 전면에 설치되어 있는 띠장 사이에 간격유지부재들을 설치하는 단계와; 1열 말뚝과 2열 말뚝 전방부의 토사를 2차 굴착하는 단계와; 2차 굴착에 의해 노출된 2열 말뚝의 전면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 띠장을 설치하는 단계와; 최하단에 위치된 토류판이 2차 굴착면 하단에 이를 때까지 2열 말뚝들 사이에 토류판을 다단으로 더 설치하는 단계와; 2차 굴착에 의해 노출된 1열 말뚝의 저부와 2열 말뚝 사이에 제 2 긴장부재를 경사지게 설치하는 단계와; 제 2 긴장부재에 정해진 긴장력을 1차적으로 도입시킨 다음 제 1 긴장부재에 정해진 긴장력을 2차적으로 도입시켜 2차 굴착면 상부로 노출된 1열 말뚝에 계산된 초기변형만큼 긴장력을 도입시켜 주는 단계와; 1열 말뚝의 배면과 2열 말뚝의 전면에 설치되어 있는 띠장 사이에 간격유지부재들을 설치하는 단계와; 이후, 최종적으로 원하는 굴착면에 이를 때까지 1열 말뚝 전방부의 토사만 정해진 깊이씩 3차 ~ N차에 걸쳐 순차적으로 굴착하고, 각 차별로 굴착이 끝날 때마다 노출된 1열 말뚝의 전면에 정해진 간격을 두고 띠장들을 설치한 다음 1열 말뚝들 사이에 토류판을 다단으로 설치하는 과정을 반복하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 말뚝들의 강성을 높일 수 있고, 수평방향으로 작용하는 토압에 의한 수평 변위의 발생을 억제할 수 있으며, 구조적인 안정을 유지시킬 수 있고, 스트럿이나 어스 앵커 등의 추가적인 부재가 필요 없으며, 특히 단계별 굴착과 트러스구조의 순차적인 설치에 따라 수평으로 작용하는 토압 및 말뚝의 수평변위를 긴장부재의 긴장력 조절을 통해 제어할 수 있어 비교적 얕은 굴착(예를 들어 10m 내외)에 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자립식 흙막이 자체의 기능과 성능 및 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.

Description

자립식 흙막이 시공공법{Self-supporting retaining construction method}
본 발명은 자립식 흙막이 시공공법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지하 구조물 건설시 지반이 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 굴착면을 따라 1열과 2열에 말뚝을 설치한 후, 단계별 굴착깊이에 따라 1열과 2열의 말뚝 사이에 강봉 또는 케이블 등의 긴장부재를 설치하여 긴장력을 도입하는 방식을 통해 토압을 지지할 수 있도록 발명한 자립식 흙막이 시공공법에 관한 것이다.
최근 건물을 건축함에는 지형적으로 부족한 토지반적의 영향을 받아 건축비용에 토지비용이 상당한 비중을 차지하고, 이는 현대의 건물구조가 일정한 구역 내에서 최대한의 공간을 확보하도록 지상으로 건물을 높게 건축함은 물론 지하공간을 활용하고자 지하를 깊게 굴착시공하여 건물을 건축하고 있으며, 지하 구조물을 건설할 경우 지하 가시설(예를 들어 흙막이 등)의 시공함을 기초로 시공이 진행된다.
가설 흙막이는 건축 및 토목공사 지하구조물 시공시 지반이 붕괴되는 것을 방지하기 위해 설치되는 임시 구조물이며, 흙막이 벽체에 작용하는 토압과 수압 등의 측압에 저항하고, 주변지반의 침하와 인접 구조물의 보호를 목적으로 설계된 것이다.
일반적으로 적용되고 있는 흙막이 공법으로는 도 1과 같이 레이커(Raker) 공법과 스트럿(Strut; 버팀바 또는 버팀대)공법 및 어스 앵커(earth anchor) 공법 등이 있으며, 그 외에 많은 개선된 공법들이 현장여건에 맞게 적용되고 있다.
이와 같은 흙막이 공법 중 스트럿(Strut; 버팀바 또는 버팀대) 공법은 일정한 간격을 두고 기초기둥인 버팀대(예를 들면, 시트파일, H파일 등)를 설치하고, 버팀대 사이의 공간에는 토류판을 설치하여 가시설을 시공하는 것으로서, 가시설을 시공하도록 설계함에는 굴착단계별 토압과 버팀대에 작용하는 하중을 반복적으로 계산하여 최대값을 견뎌 유지할 수 있도록 버팀대를 설치함에 따라 시공한다.
그러나 상기한 종래의 스트럿 공법은 버팀대가 2~3m 이내로 그 간격이 매우 촘촘하게 배치되어 굴착영역이 큰 경우 많은 양의 버팀대가 사용됨에 따라 시공비용이 많이 소요되고, 다수의 버팀대로부터 굴착영역 내의 작업범위가 제한되므로 굴착장비의 이동은 물론 굴착한 토사 및 자재의 운반 등 버팀대가 여러 운반작업에 간섭되어 원활한 작업에 방해가 되며, 이는 구조물의 철근이나 거푸집 작업에도 지장을 초래하여 작업효율을 현저히 저하하는 문제점이 있었다.
또한, 스트럿 공법은 구조물에 수많은 관통공을 구비하여 시공하기 때문에 시공후 구조물의 내구성 및 방수성에 결함을 초래할 수 있는 문제가 있었다.
한편, 상기한 어스 앵커(earth anchor) 공법은 상기와 같은 스트럿 공법의 문제로부터 가시설의 작업공간을 충분히 확보할 수 있는 공법으로 버팀대가 아닌 어스 앵커를 이용하여 강재 파일을 지지한다. 즉, 파일의 뒤쪽 지반을 향해 경사를 이루는 구멍을 천공하고 와이어나 강봉을 삽입한 후 강봉의 끝 부분에 기계적인 방법이나 에폭시, 시멘트 그라우팅 등의 화학적인 방법을 사용하여 정착시키며 강봉을 긴장하여 강재파일을 고정시키는 방법에 의해 시공한다.
그러나 상기한 종래의 어스 앵커(earth anchor) 공법은 도심지에서의 공사가 이뤄지는 경우 시공현장의 조건에 제한이 많음은 물론 주변의 인접 사유지에 침범되어 민원이 발생할 여지가 높으며 대규모의 굴착이 아닌 공사에는 공사비용이 과다하게 소요된다는 문제점이 있었다.
즉, 종래 흙막이 공법 중 어스 앵커 공법(E/A공법)은 인접구역까지 근입하여 설치하는 공법으로, 인접구조물이나 지중 매설물 등의 사용이 제한될 경우에는 적용이 불가능하고, 흙막이 저면에 약 45도 정도의 각도로 하여 h 형강을 버팀대식으로 설치하는 레이커 공법(Raker 공법)은 지반상태에 따라 시공성이 달라지며, 스트럿 공법(Strut 공법)은 스트럿 등 가설 구조물의 간섭으로 후속 공정에 있어 시공성이 불리한 단점으로 가지고 있다.
이러한 문제점을 개선하고자 국내에서는 다양한 흙막이용 자립식 말뚝이 개발되었는데, 대부분 일렬로 말뚝을 배치하여 주변 지반에 의한 토압을 막는 방법으로 추가적인 스트럿이 필요하며, 또 상기와 같이 스트럿을 적용함으로써 작업공간이 극히 제한적인 경우가 많은 단점이 있다.
또한, 종래에도 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 PC 강연선과 짧은 받침대를 이용하여 모멘트 형상과 유사하게 시공함에 따라 프리스트레스를 가한 PC 강연선의 인장력이 토압에 의한 압축력으로 하중과 변위에 저항하도록 개발된 가설공법(IPS공법)이 제안되어 사용중에 있다.
그러나 상기한 종래의 가설공법은 가시설 구조물과 띠장 수직재가 서로 간섭하여 시공성이 결여되고, 가시설 설계시 PC 강연선에 대한 고정지점이 불분명하여 토압에 의해 가해지는 정확한 하중치의 구조계산이 어려우며, 이는 토압에 의해 구조물이 변형될 우려가 있음은 물론 토압으로부터 불시에 변위현상이 발생하는 경우 신속한 대응이 어려워 시공중 안전성이 취약하다는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 10-1472753호(2014년 12월 09일) 대한민국 등록특허공보 10-1297679호(2013년 08월 12일) 대한민국 공개특허공보 10-0646178호(2006년 11월 08일) 대한민국 등록특허공보 10-0866162호(2008년 10월 24일)
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 지하구조물 건설시 지반이 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 굴착면을 따라 정해진 간격을 두고 1열 말뚝과 2열 말뚝을 설치하되, 두 말뚝들의 근입 깊이와 지반상태 및 토압의 분포에 따라 다르게 설계하고, 단계별 굴착깊이에 따라 1열 말뚝과 2열 말뚝 사이에 강봉 또는 케이블 등으로 된 긴장부재를 설치하여 두 말뚝 사이에 긴장력을 도입시켜 줌으로써 말뚝들의 강성을 높일 수 있고, 수평방향으로 작용하는 토압에 의한 수평 변위의 발생을 억제할 수 있으며, 구조적인 안정을 유지시킬 수 있고, 스트럿이나 어스 앵커 등의 추가적인 부재가 필요 없으며, 특히 단계별 굴착과 트러스구조의 순차적인 설치에 따라 수평으로 작용하는 토압 및 말뚝의 수평변위를 긴장부재의 긴장력 조절을 통해 제어할 수 있어 얕은 굴착에 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자립식 흙막이 자체의 기능과 성능 및 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 자립식 흙막이 시공공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 지반으로 돌출되게 설치되어 있는 지지 말뚝인 2열 말뚝들의 상단부 상면 또는 배면에 안전난간을 직접 더 설치하여 줌으로써, 작업자의 안전성도 대폭 증대할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 시설물을 설치하지 않고도 안전난간을 손쉽게 설치할 수 있어 안전난간의 설치에 따른 비용을 대폭 줄일 수 있는 자립식 흙막이 시공공법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지반의 굴착면을 따라 전,후,좌,우방향으로 정해진 간격을 두고 복수의 구멍을 정해진 깊이만큼 2열로 천공하는 단계와; 각각의 구멍에 복수의 엄지 말뚝으로써의 1열 말뚝과 지지 말뚝으로써의 2열 말뚝들을 근입시켜 설치하되, 2열 말뚝의 상단부는 지반으로 돌출되게 설치하는 단계와; 1열 말뚝과 2열 말뚝 전방부의 토사를 정해진 깊이만큼 1차 굴착하는 단계와; 1차 굴착에 의해 노출된 2열 말뚝의 전면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 띠장을 설치하는 단계와; 2열 말뚝들 사이에 토류판을 다단으로 설치하는 단계와; 상기 1열 말뚝과 2열 말뚝 사이에 제 1 긴장부재를 경사지게 설치하는 단계와; 제 1 긴장부재에 정해진 긴장력을 도입시켜 1열 말뚝에 굴착 반대방향으로 초기 휨변형을 도입하는 단계와; 1열 말뚝의 배면과 2열 말뚝의 전면에 설치되어 있는 띠장 사이에 간격유지부재들을 설치하는 단계와; 1열 말뚝과 2열 말뚝 전방부의 토사를 정해진 깊이만큼 2차 굴착하는 단계와; 2차 굴착에 의해 노출된 2열 말뚝의 전면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 띠장을 설치하는 단계와; 최하단에 위치된 토류판이 2차 굴착면 하단에 이를 때까지 2열 말뚝들 사이에 토류판을 다단으로 더 설치하는 단계와; 2차 굴착에 의해 노출된 1열 말뚝의 저부와 2열 말뚝 사이에 제 2 긴장부재를 경사지게 설치하는 단계와; 제 2 긴장부재에 정해진 긴장력을 1차적으로 도입시킨 다음 제 1 긴장부재에 정해진 긴장력을 2차적으로 도입시켜 2차 굴착면 상부로 노출된 1열 말뚝에 계산된 초기변형만큼 긴장력을 도입시켜 주는 단계와; 1열 말뚝의 배면과 2열 말뚝의 전면에 설치되어 있는 띠장 사이에 간격유지부재들을 설치하는 단계와; 이후, 최종적으로 원하는 굴착면에 이를 때까지 1열 말뚝 전방부의 토사만 정해진 깊이씩 3차 ~ N차에 걸쳐 순차적으로 굴착하고, 각 차별로 굴착이 끝날 때마다 노출된 1열 말뚝의 전면에 정해진 간격을 두고 띠장들을 설치한 다음 1열 말뚝들 사이에 토류판을 다단으로 설치하는 과정을 반복하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 최종적으로 원하는 굴착면까지 굴착하고 1열 말뚝 사이에 토류판 및 띠장을 설치한 이후, 지반으로 돌출되게 설치되어 있는 상기 2열 말뚝의 상단부 상면 또는 배면에는 작업자의 안전을 위해 안전난간을 설치하는 단계;를 더 실시하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 2열 말뚝은 1열 말뚝보다 큰 강성을 갖는 부재로 성형한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1열 말뚝은 설계방법에 따라 1차 프리스트레싱이 도입된 말뚝 또는 일반 H형강 중 어느 하나를 선택하여 설치한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제 1 및 제 2 긴장부재는 강봉 또는 케이블 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또, 1차 굴착 또는 2차 굴착시 각각의 굴착 높이는 1.5 ~ 2.0m 이내가 되도록 하되, 1차 및 2차 굴착된 높이의 합은 지반으로부터 최종 굴착면까지의 전체 높이 대비 30 ~ 50% 이내의 높이를 갖도록 한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법에 의하면, 지하구조물 건설시 지반이 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 굴착면을 따라 정해진 간격을 두고 1열 말뚝과 2열 말뚝을 설치하되, 두 말뚝들의 근입 깊이와 지반상태 및 토압의 분포에 따라 다르게 설계하고, 단계별 굴착깊이에 따라 1열 말뚝과 2열 말뚝 사이에 강봉 또는 케이블 등으로 된 긴장부재를 설치하여 두 말뚝 사이에 긴장력을 도입시켜 줌으로써 말뚝들의 강성을 높일 수 있고, 수평방향으로 작용하는 토압에 의한 수평 변위의 발생을 억제할 수 있으며, 구조적인 안정을 유지시킬 수 있고, 스트럿이나 어스 앵커 등의 추가적인 부재가 필요 없으며, 특히 단계별 굴착과 트러스구조의 순차적인 설치에 따라 수평으로 작용하는 토압 및 말뚝의 수평변위를 긴장부재의 긴장력 조절을 통해 제어할 수 있어 비교적 얕은 굴착(예를 들어 10m 내외)에 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자립식 흙막이 자체의 기능과 성능 및 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 지반으로 돌출되게 설치되어 있는 지지 말뚝인 2열 말뚝들의 상단부 상면 또는 배면에 안전난간을 직접 더 설치하여 줌으로써, 작업자의 안전성도 대폭 증대할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 시설물을 설치하지 않고도 안전난간을 손쉽게 설치할 수 있어 안전난간의 설치에 따른 비용을 대폭 줄일 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 종래 일반적인 흙막이 공법을 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 1차 굴착 후 2열 말뚝 사이에 토류판들을 설치하는 상태를 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 구멍을 천공하고 1열 및 2열 말뚝을 설치한 상태의 평면도.
도 4는 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 1차 굴착 후 2열 말뚝 전면에 띠장들을 설치한 상태의 측단면도.
도 5는 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 2열 말뚝들 사이에 토류판을 설치하고, 1열 말뚝과 2열 말뚝 사이에 제 1 긴장부재를 설치한 다음 제 1 긴장부재를 통해 1열 말뚝에 긴장력을 도입한 상태의 측단면도.
도 6은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 1열 말뚝의 배면과 2열 말뚝의 띠장 사이에 간격유지부재들을 설치한 상태의 측단면도.
도 7은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 2차 굴착 후 2열 말뚝 전면에 띠장들을 설치한 다음 1열 말뚝과 2열 말뚝 사이에 제 2 긴장부재를 설치한 상태의 측단면도.
도 8은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 제 2 및 제 1 긴장부재를 통해 1열 말뚝에 1, 2차 긴장력을 도입한 다음 1열 말뚝의 배면과 2열 말뚝의 띠장 사이에 간격유지부재들을 설치한 상태의 측단면도.
도 9는 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 3차 굴착 후 1열 말뚝 전면에만 띠장들을 설치한 상태의 측단면도.
도 10은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 최종 굴착 후 1열 말뚝 전면에만 띠장들을 설치한 상태의 측단면도.
도 11은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 최종 굴착면까지 굴착한 후 지반으로 돌출되어 있는 2열 말뚝의 상단부에 안전난간을 설치한 상태의 측단면도.
도 12는 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법을 설명하기 위한 공정 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예 및 그에 따른 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이며, 또한 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 1차 굴착 후 2열 말뚝 사이에 토류판들을 설치하는 상태를 보인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 구멍을 천공하고 1열 및 2열 말뚝을 설치한 상태의 평면도이며, 도 4는 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 1차 굴착 후 2열 말뚝 전면에 띠장들을 설치한 상태의 측단면도이다.
또, 도 5는 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 2열 말뚝들 사이에 토류판을 설치하고, 1열 말뚝과 2열 말뚝 사이에 제 1 긴장부재를 설치한 다음 제 1 긴장부재를 통해 1열 말뚝에 긴장력을 도입한 상태의 측단면도이고, 도 6은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 1열 말뚝의 배면과 2열 말뚝의 띠장 사이에 간격유지부재들을 설치한 상태의 측단면도이다.
또한, 도 7은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 2차 굴착 후 2열 말뚝 전면에 띠장들을 설치한 다음 1열 말뚝과 2열 말뚝 사이에 제 2 긴장부재를 설치한 상태의 측단면도이고, 도 8은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 제 2 및 제 1 긴장부재를 통해 1열 말뚝에 1, 2차 긴장력을 도입한 다음 1열 말뚝의 배면과 2열 말뚝의 띠장 사이에 간격유지부재들을 설치한 상태의 측단면도이다.
또, 도 9는 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 3차 굴착 후 1열 말뚝 전면에만 띠장들을 설치한 상태의 측단면도이고, 도 10은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 최종 굴착 후 1열 말뚝 전면에만 띠장들을 설치한 상태의 측단면도이며, 도 11은 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법 중 최종 굴착면까지 굴착한 후 지반으로 돌출되어 있는 2열 말뚝의 상단부에 안전난간을 설치한 상태의 측단면도이다.
한편, 도 12는 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법을 설명하기 위한 공정 순서도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법은,
지반(1)의 굴착면을 따라 전,후,좌,우방향으로 정해진 간격을 두고 복수의 구멍(11)을 정해진 깊이만큼 2열로 천공하는 단계와;
각각의 구멍(11)에 복수의 엄지 말뚝으로써의 1열 말뚝(2)과 지지 말뚝으로써의 2열 말뚝(3)들을 근입시켜 설치하되, 2열 말뚝(3)의 상단부는 지반(1)으로 정해진 높이만큼 돌출되게 설치하는 단계와;
1열 말뚝(2)과 2열 말뚝(3) 전방부의 토사를 정해진 깊이만큼 1차 굴착하는 단계와;
1차 굴착에 의해 노출된 2열 말뚝(3)의 전면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 띠장(4)을 설치하는 단계와;
2열 말뚝(3)들 사이에 토류판(5)을 다단으로 설치하는 단계와;
상기 1열 말뚝(2)과 2열 말뚝(3) 사이에 제 1 긴장부재(6)를 경사지게 설치하는 단계와;
제 1 긴장부재(6)에 정해진 긴장력을 도입시켜 1열 말뚝(2)에 굴착 반대방향으로 초기 휨변형을 도입하는 단계와;
1열 말뚝(2)의 배면과 2열 말뚝(3)의 전면에 설치되어 있는 띠장(4) 사이에 간격유지부재(8)들을 설치하는 단계와;
1열 말뚝(2)과 2열 말뚝(3) 전방부의 토사를 정해진 깊이만큼 2차 굴착하는 단계와;
2차 굴착에 의해 노출된 2열 말뚝(3)의 전면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 띠장(4)을 설치하는 단계와;
최하단에 위치된 토류판(5)이 2차 굴착면 하단에 이를 때까지 2열 말뚝(3)들 사이에 토류판(5)을 다단으로 더 설치하는 단계와;
2차 굴착에 의해 노출된 1열 말뚝(2)의 저부와 2열 말뚝(3) 사이에 제 2 긴장부재(7)를 경사지게 설치하는 단계와;
제 2 긴장부재(7)에 정해진 긴장력을 1차적으로 도입시킨 다음 제 1 긴장부재(6)에 정해진 긴장력을 2차적으로 도입시켜 2차 굴착면 상부로 노출된 1열 말뚝(2)에 계산된 초기변형만큼 긴장력을 도입시켜 주는 단계와;
1열 말뚝(2)의 배면과 2열 말뚝(3)의 전면에 설치되어 있는 띠장(4) 사이에 간격유지부재(8)들을 설치하는 단계와;
이후, 최종적으로 원하는 굴착면에 이를 때까지 1열 말뚝(2) 전방부의 토사만 정해진 깊이씩 3차 ~ N차에 걸쳐 순차적으로 굴착하고, 각 차별로 굴착할 때마다 노출된 1열 말뚝(2)의 전면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 띠장(4)들을 설치한 다음 1열 말뚝(2)들 사이에만 토류판(5)을 다단으로 설치하는 과정을 반복하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 최종적으로 원하는 굴착면까지 굴착하고 1열 말뚝(2) 사이에 토류판(5) 및 띠장(4)을 설치한 이후,
지반(1)으로 돌출되게 설치되어 있는 상기 2열 말뚝(3)의 상단부 상면 또는 배면에는 작업자의 안전을 위해 안전난간(9)을 설치하는 단계;를 더 실시하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 2열 말뚝(3)의 강성은 1열 말뚝(2)보다 큰 강성을 갖는 부재로 성형한 것을 설치하여 제 1 긴장부재(6) 또는 제 2 긴장부재(7)를 통해 긴장력을 도입시켰을 때 1열 말뚝(2)이 굴착 반대방향으로 긴장력이 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1열 말뚝(2)은 설계방법에 따라 1차 프리스트레싱이 도입된 말뚝 또는 일반 H형강 중 어느 하나를 선택하여 설치한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제 1 및 제 2 긴장부재(6)(7)는 강봉 또는 케이블 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또, 1차 굴착 또는 2차 굴착시 각각의 굴착 높이(h1)(h2)는 1.5 ~ 2.0m 이내가 되도록 하되, 1차 및 2차 굴착된 높이(h1)(h2)의 합은 지반(1)으로부터 최종 굴착면까지의 전체 높이(H) 대비 30 ~ 50% 이내의 높이를 갖도록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 단계로 이루어진 본 발명의 자립식 흙막이 시공공법에 대한 작용효과를 도 2 내지 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 예를 들어 10m 내외로 비교적 얕은 굴착이 이루어지는 장소에 적용시키기에 최적화된 자립식 흙막이 시공공법으로, 먼저 도시 생략된 천공기 등을 이용하여 지반(1)의 굴착면을 따라 도 3과 같이 전,후,좌,우방향으로 정해진 간격을 두고 복수의 구멍(11)을 정해진 깊이만큼 2열로 천공한다.
이어서 상기와 같이 지반(1)에 각각 2열로 천공한 복수의 구멍(11)에 도 3과 같이 복수의 엄지 말뚝으로써의 1열 말뚝(2)과 지지 말뚝으로써의 2열 말뚝(3)들을 근입시켜 설치하되, 2열 말뚝(3)의 상단부는 지반(1)으로 정해진 높이만큼 돌출되게 설치한다.
이때, 상기 2열 말뚝(3)의 강성은 1열 말뚝(2)보다 큰 강성을 갖는 부재로 성형한 것을 설치하여, 후술하는 제 1 긴장부재(6) 또는 제 2 긴장부재(7)를 통해 1열 말뚝(2)과 2열 말뚝(3) 사이에 긴장력을 도입시켰을 때, 강성이 상대적으로 2열 말뚝(3)보다 약한 1열 말뚝(2)이 굴착된 지반의 반대방향 즉, 2열 말뚝(3) 측으로 휨변형 즉, 긴장력이 도입되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 1열 말뚝(2)은 설계방법에 따라 1차 프리스트레싱이 도입된 말뚝을 적용시킬 수도 있고, 또는 일반 H형강을 적용시킬 수도 있다.
한편, 상기와 같이 지반(1)에 각각 2열로 천공한 복수의 구멍(11)에 복수의 1열 말뚝(2)과 2열 말뚝(3)을 근입시켜 설치한 후에는, 굴삭기 등을 이용하여 1열 말뚝(2)과 2열 말뚝(3)의 전방부에 있는 토사를 도 4와 같이 정해진 깊이만큼 1차 굴착한다.
이어서 상기와 같이 1차 굴착을 실시함으로 인해 노출된 1열 말뚝(2)과 2열 말뚝(3) 중 2열 말뚝(3)의 전면에만 수직방향으로 정해진 간격을 두고 도 4와 같이 복수의 띠장(4)을 설치한 다음, 상기 2열 말뚝(3)들 사이에 정해진 폭과 길이, 두께 및 높이를 갖는 토류판(5)을 도 2 및 도 5와 같이 다단으로 설치하여, 상기 2열 말뚝(3)들의 후방부에 위치되는 토사들이 1차 굴착된 공간으로 흘러내리는 것을 방지한다.
이후, 1차 굴착에 의해 노출된 상기 1열 말뚝(2)의 저부와 지반(1)으로 노출된 상태를 갖는 상기 2열 말뚝(3)의 상단부 사이에 강봉 또는 케이블 중 어느 하나로 된 제 1 긴장부재(6)를 경사지게 설치한 다음, 상기 제 1 긴장부재(6)에 도 5과 같이 정해진 긴장력을 도입시켜 1열 말뚝(2)에 굴착된 위치의 반대방향으로 즉, 2열 말뚝(3) 측으로 초기 휨변형이 도입(1열 말뚝(2)이 가상선과 같은 상태에서 실선과 같이 긴장)되도록 한다.
이때, 상기 제 1 긴장부재(6)의 긴장력 도입으로 발생된 1열 말뚝(2)의 초기 휨변형은 토사에 의해 발생할 수 있는 변위의 반대방향으로 미리 변형을 주는 프리스트레스 역할을 수행한다.
또한, 상기 제 1 긴장부재(6)를 통해 1열 말뚝(2)에 도입시켜 주는 정해진 긴장력은 1열 말뚝(2)의 강도를 포함하여 지반의 형태에 따른 토압 등에 의해 결정된다.
이와 같이 계산된 초기 변형만큼 상기 1열 말뚝(2)에 제 1 긴장부재(6)를 통해 긴장력을 도입한 다음, 1열 말뚝(2)의 배면과 2열 말뚝(3)의 전면에 설치되어 있는 띠장(4) 사이에 도 6과 같이 버팀대로써 길이 조절이 가능한 구성을 갖는 간격유지부재(8)들을 설치한다.
이후, 상기 1열 말뚝(2)과 2열 말뚝(3) 전방부의 토사를 도 7과 같이 정해진 깊이만큼 2차 굴착한 다음, 2차 굴착에 의해 더 노출된 1열 말뚝(2)과 2열 말뚝(3) 중 2열 말뚝(3)의 전면에만 수직방향으로 정해진 간격을 두고 복수의 띠장(4)을 설치한다.
이때, 1차 굴착 또는 2차 굴착시 각각 정해진 굴착 높이(h1)(h2)는 1.5 ~ 2.0m 이내가 되게 하여, 1차 및 2차 굴착된 두 높이(h1)(h2)의 합이 지반(1)으로부터 최종 굴착면까지의 전체 높이(H) 대비 30 ~ 50%, 예를 들어 지반(1)으로부터 최종 굴착면까지의 전체 높이(H)가 10m라고 가정하였을 때, 3 ~ 5m 이내의 높이를 되도록 함으로써 10m 내외로 비교적 얕은 굴착을 실시하며 흙막이를 설치할 때 최적화된 흙막이 공사를 실시할 수 있다.
이어서, 전술한 바와 같이 2열 말뚝(3)들 사이에 1차적으로 설치하였을 때, 1차 굴착면의 최하단에 위치되어 있던 토류판(5)이, 도 7과 같이 2차 굴착면 하단에 이를 때까지 2열 말뚝(3)들 사이에 또 다른 토류판(5)들을 다단으로 더 설치하여 상기 2열 말뚝(3)들의 후방부에 위치되는 토사들이 1차 굴착된 공간부는 물론 2차 굴착된 공간부로 흘러내리는 것을 방지한다.
이후, 2차 굴착에 의해 노출된 1열 말뚝(2)의 저부와 2열 말뚝(3) 사이에 강봉 또는 케이블 등으로 이루어진 제 2 긴장부재(7)를 도 7과 같이 경사지게 설치한 다음, 1차적으로 상기 제 2 긴장부재(7)에 정해진 긴장력(즉, 1열 말뚝(2)의 강도를 포함하여 지반의 형태에 따른 토압 등에 의해 결정된 긴장력)을 도입시킨 후, 2차적으로 1차 굴착에 의해 노출된 상기 1열 말뚝(2)의 저부와 지반(1)으로 노출된 상태를 갖는 상기 2열 말뚝(3)의 상단부 사이에 설치되어 있는 제 1 긴장부재(6)에 정해진 긴장력을 도입시켜 2차 굴착면 상부로 노출된 1열 말뚝(2)에 계산된 초기변형만큼 긴장력을 도 8과 같이 도입시켜 준다.
이어서 상기 제 1 및 제 2 긴장부재(6)(7)를 통해 1차 및 2차에 걸쳐 긴장력을 도입시킨 상기 1열 말뚝(2)의 배면과 2열 말뚝(3)의 전면에 설치되어 있는 띠장(4) 사이에 도 8과 같이 복수의 간격유지부재(8)를 정해진 간격을 두고 설치한다.
이후에는, 최종적으로 원하는 굴착면에 이를 때까지 1열 말뚝(2) 전방부의 토사만 정해진 깊이(예를 들어 1차 및 2차 굴착시와 마찬가지로 1.5 ~ 2.0m 이내)씩 3차 ~ N차(예를 들어 3차 ~ 5차 이내)에 걸쳐 도 9 및 도 10과 같이 순차적으로 굴착하되, 각 차별로 굴착할 때마다 노출되는 1열 말뚝(2)의 전면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 띠장(4)들을 설치한 다음 1열 말뚝(2)들 사이에만 토류판(5)을 다단으로 설치하는 과정을 반복하면 10m 내외로 비교적 얕은 굴착을 원활하고 안전하게 흙막이 공사를 완료할 수 있다.
이와 같이 1열 말뚝(2)과 2열 말뚝(3) 사이에 긴장부재들을 설치하여 두 말뚝 사이에 긴장력을 도입시켜 줌으로써, 말뚝들의 강성을 높일 수 있고, 수평방향으로 작용하는 토압에 의한 수평 변위의 발생을 억제할 수 있으며, 흙막이의 구조적인 안정성을 유지시킬 수 있고, 스트럿이나 어스 앵커 등과 같은 추가적인 부재가 필요 없어 시공비를 줄일 수 있다.
특히, 단계별 굴착과 트러스구조의 순차적인 설치에 따라 수평으로 작용하는 토압 및 말뚝의 수평변위를 긴장부재의 긴장력 조절을 통해 제어할 수 있으므로 예를 들어 10m 내외로 비교적 얕은 굴착에 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자립식 흙막이 자체의 기능과 성능 및 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기와 같이 최종적으로 원하는 굴착면까지 지반을 굴착하고 1열 말뚝(2) 사이에 토류판(5) 및 띠장(4)을 설치한 이후, 지반(1)으로 돌출되게 설치되어 있는 상기 2열 말뚝(3)의 상단부 상면 또는 배면에 용접 또는 볼트 등을 이용하여 도 11과 같이 안전난간(9)을 직접 설치할 수 있다.
따라서, 흙막이 공사 등에 참여하는 작업자들의 안전성도 대폭 증대할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 시설물을 설치하지 않고도 안전난간을 손쉽게 설치할 수 있으므로 안전난간의 설치에 따른 비용과 시간 등을 대폭 줄일 수 있다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기한 실시 예 및 특허청구범위에 기재된 내용만으로 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
1 : 지반 11 : 구멍
2 : 1열 말뚝 3 : 2열 말뚝
4 : 띠장 5 : 토류판
6 : 제 1 긴장부재 7 : 제 2 긴장부재
8 : 간격유지부재 9 : 안전난간

Claims (7)

  1. 지반의 굴착면을 따라 전,후,좌,우방향으로 정해진 간격을 두고 복수의 구멍을 정해진 깊이만큼 2열로 천공하는 단계와;
    각각의 구멍에 설계방법에 따라 1차 프리스트레싱이 도입된 말뚝 또는 일반 H형강 중 어느 하나로 된 복수의 1열 말뚝과, 상기 1열 말뚝보다 큰 강성을 갖는 부재로 성형한 복수의 2열 말뚝들을 근입시켜 설치하되, 상기 2열 말뚝은 상단부 일부가 지반으로 돌출되게 설치하는 단계와;
    1열 말뚝과 2열 말뚝 전방부의 토사를 정해진 깊이만큼 1차 굴착하는 단계와;
    1차 굴착에 의해 노출된 2열 말뚝의 전면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 띠장을 설치하는 단계와;
    2열 말뚝들 사이에 토류판을 다단으로 설치하는 단계와; 상기 1열 말뚝과 2열 말뚝 사이에 강봉 또는 케이블로 된 제 1 긴장부재를 경사지게 설치하는 단계와;
    제 1 긴장부재에 정해진 긴장력을 도입시켜 1열 말뚝에 굴착 반대방향으로 초기 휨변형을 도입하는 단계와;
    1열 말뚝의 배면과 2열 말뚝의 전면에 설치되어 있는 띠장 사이에 간격유지부재들을 설치하는 단계와;
    1열 말뚝과 2열 말뚝 전방부의 토사를 정해진 깊이만큼 2차 굴착하는 단계와;
    2차 굴착에 의해 노출된 2열 말뚝의 전면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 띠장을 설치하는 단계와;
    최하단에 위치된 토류판이 2차 굴착면 하단에 이를 때까지 2열 말뚝들 사이에 토류판을 다단으로 더 설치하는 단계와;
    2차 굴착에 의해 노출된 1열 말뚝의 저부와 2열 말뚝 사이에 강봉 또는 케이블로 된 제 2 긴장부재를 경사지게 설치하는 단계와;
    제 2 긴장부재에 정해진 긴장력을 1차적으로 도입시킨 다음 제 1 긴장부재에 정해진 긴장력을 2차적으로 도입시켜 2차 굴착면 상부로 노출된 1열 말뚝에 계산된 초기변형만큼 긴장력을 도입시켜 주는 단계와;
    1열 말뚝의 배면과 2열 말뚝의 전면에 설치되어 있는 띠장 사이에 간격유지부재들을 설치하는 단계와;
    이후, 최종적으로 원하는 굴착면에 이를 때까지 1열 말뚝 전방부의 토사만 정해진 깊이씩 3차 ~ N차에 걸쳐 순차적으로 굴착하고, 각 차별로 굴착이 끝날 때마다 노출된 1열 말뚝의 전면에 정해진 간격을 두고 띠장들을 설치한 다음 1열 말뚝들 사이에 토류판을 다단으로 설치하는 과정을 반복하는 단계와;
    지반으로 돌출되게 설치한 상기 2열 말뚝의 상단부 상면 또는 배면에는 작업자의 안전을 위한 안전난간을 설치하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 자립식 흙막이 시공공법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    1차 굴착 또는 2차 굴착시 각각의 굴착 높이는,
    1.5 ~ 2.0m 이내가 되도록 하되, 1차 및 2차 굴착된 높이의 합은 지반으로부터 최종 굴착면까지의 전체 높이 대비 30 ~ 50% 이내의 높이를 갖도록 한 것을 특징으로 하는 자립식 흙막이 시공공법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100995503B1 (ko) * 2008-02-25 2010-11-22 코오롱건설주식회사 작업통로를 구비한 2열 엄지말뚝 흙막이 구조물 및 흙막이 공법

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