KR101902791B1

KR101902791B1 - 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 제작된 지중구조물

Info

Publication number: KR101902791B1
Application number: KR1020170043065A
Authority: KR
Inventors: 유병훈
Original assignee: 유병훈
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-10-01
Anticipated expiration: 2037-04-03

Abstract

토사층, 풍화암층 및 암반층까지 시공 가능한 강관파일을 시공한 후 숏크리트를 뿜칠하여 지중구조물의 지중벽체를 시공하고, 프리캐스트 상부판 및 저판을 이용하여 신속하게 지중구조물을 시공할 수 있는 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용한 지중구조물에 대한 것으로서, 상기 합성강관파일은 지반에 직접 지중구조물 저판 이하의 심도(D)를 가지도록 시공하되 종방향으로 연결 시공하고 횡방향으로 서로 이격되도록 시공하여 지중구조물의 지중벽체로서 암반층까지 시공가능하게 된다.

Description

합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 제작된 지중구조물{UNDER GROUND STRUCTURE CONSTRUCTION METHOD USING COMPOSITE STEEL PILE AND UNDER GROUND STRUCTURE THEREWITH}

본 발명은 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 제작된 지중구조물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 암반층까지 시공 가능한 합성강관파일을 시공하여 지중구조물의 지중벽체를 시공하고, 프리캐스트 상부판 및 저판을 이용하여 신속하게 지중구조물을 시공할 수 있는 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 제작된 지중구조물에 대한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래 지하차도 시공단면도를 도시한 것이다.

도 1a에 의하면, U형 또는 박스형 지하차도를 시공하기 위하여 지반에 먼저 서로 이격된 가설지보공을 시공하고 있음을 알 수 있다.

이러한 가설지보공(10)은 일정한 심도를 가지도록 H 파일을 먼저 시공하고, H 파일 사이사이에 토류판을 설치하는 것이다.

이때 심도가 깊어짐에 따라 스트럿(11)을 H 파일과 H 파일일 사이에 횡방향으로 다단 설치하게 되며, 이 상태에서 U형 지하차도(20)의 저판과 양 측벽부를 별도로 시공하게 된다.

하지만 상기 저판부는 크게 상관없으나 양 측벽부는 다단으로 설치된 스트럿(11)이 간섭되어 실제 현장에서는 이러한 양 측벽부 시공성이 매우 낮아지게 되어 이에 따라 공기가 지연되는 결과가 발생하게 된다.

또한 상기 가설지보공(10) 시공에 있어 지반의 터파기 공간이 매우 커지기 때문에 토공작업량도 많아지게 되고, 무엇보다도 시공도중 차량통행이 제한적일 수밖에 없어 민원 등의 문제가 많이 제기될 수밖에 없게 된다.

이에 미도시하였으나 가설지보공에 있어 어스앵커 등을 설치할 수 있지만 이러한 어스앵커 조차 지장물이 많은 경우는 적용할 수 없고, 공사비 증가요인이 될 수 밖에 없으며 심도에 따라서는 이러한 어스앵커 설치도 제한적일 수밖에 없게 된다.

도 1b는 특히 3개 지하터널이 심도를 달리하여 2개의 U형 지하터널과 박스형 지하터널을 도시한 것이다.

즉, 2개의 U형 지하터널(20)과 박스형 지하터널(30)을 한꺼번에 시공해야 하는 경우도 발생하게 되는데 이러한 경우 역시 앞서 살펴본 것과 같은 가설지보공(10)과 관련된 문제가 발생하게 되며,

무엇보다도 2개의 U형 지하터널과 박스형 지하터널 사이사이 공간을 제외하고는 도심 등에 있어 차량통행은 전면적으로 통제될 수밖에 없어 실제 공기지연 문제와 차량통제라는 문제가 발생하게 된다.

이에 복공판(30)을 설치할 수도 있지만 이럴 경우 복공판 시공에 따른 공사비 증가 요인이 있어 경제성을 확보하기 어렵다는 한계가 있다.

관련하여 도 1c는 종래 탑-다운 공법에 의한 지중벽체 시공도이다.

폭방향으로 특정간격 이격되도록 지반 양측에 트랜치(41)를 굴착하고, 굴착된 각각의 트랜치(41)에 PC 벽체의 몸체부(42)를 건입하게 된다.

나아가 상기 지지용 강빔(45)를 삽입하기 위해, 건입된 PC벽체의 몸체부(42) 하부측에 중공홀 오거(44)를 천공하게 된다.

다음으로, 건입된 PC 벽체의 몸체부(42)에 형성된 중공홀 각각에 지지용 강빔(45)을 건입하여 PC 벽체를 지지시키게 된다.

다음으로, 지지용 강빔을 건입한 후, PC 벽체의 몸체부(42) 상단 일부가 드러날 때까지 PC벽체 사이의 지반 일부를 굴착하고 지장물 보호공을 설치하게 된다.

다음으로, 상부지반 일부를 굴착한 후, 이송 장비를 통해 PC 슬래브(46)를 투입하게 된다.

다음으로, 투입된 PC슬래브(46)를 회전시켜 PC 슬래브(46)를 PC 벽체 상단에 거치시키게 된다.

다음으로, PC슬래브(46) 양단을 한 쌍의 PC 벽체 상단 측 각각에 연결시키게 된다.

다음으로, 연결된 PC슬래브(46)의 상부측으로 현장 콘크리트를 타설하여 상부슬래브 제작을 완료하게 된다.

다음으로, 상부슬래브의 시공이 완료되면, 상부슬래브 상부측으로 되메움재를 타설하여 노면을 복구하게 된다

다음으로, 노면을 복구한 상태에서, 시공된 상부슬래브의 하부 측 지반 내부를 굴착하게 된다.

다음으로, PC 벽체의 하단부가 드러날 때까지 지반을 굴착한 후, 하부슬래브(47)는 현장 콘크리트를 타설하여 시공하게 된다.

즉, 모듈식 지하구조물 시공을 위하여 PC 슬래브(46)를 PC 벽체 내측 상단에 설치하고, 되메움하여 노면을 복구한 후, PC 슬래브(46) 하부로 지반을 굴착한 후, 하부슬래브(47)를 시공하는 종래 탑-다운공법이 소개되어 있음을 알 수 있다.

하지만 이러한 탑-다운공법은 PC 벽체 시공에 있어 몸체부(42)에 형성된 중공홀 각각에 지지용 강빔(45)을 건입하여 PC 벽체를 시공하는 방식으로서 지지용 강빔(45)도 임시로 사용됨에 따라 공정에 따른 설비가 과다하게 소요되는 한계가 있게 된다.

결국 종래 지중구조물 시공에 있어 굴착량 및 통행제한 최소화, 신속시공 및 토사층 , 풍화암층 및 암반층에 상관없는 시공이 가능하며 공기도 단축할 수 있는 공법은 달리 구체적으로 소개되어 있지 않음을 알 수 있다.

대한민국 등록특허 10-1568194호(발명의 명칭: PC부재 연결방법 및 이를 이용하여 시공된 PC구조물, 공개일자:2015년11월12일) 대한민국 공개특허 10-2015-0143951호(발명의 명칭: 지지용 강빔을 이용한 PC벽체, 그 PC벽체가 적용된 모듈식 지하구조물, 그 PC 벽체의 연결방법, 공개일자:2015년12월24일)

이에 본 발명은 터널구조물등과 같은 지중구조물을 시공함에 있어서 지반의 터파기량이 거의 발생하지 않아 토공량을 절대적으로 감소시키면서도, 종래 가설지보공을 시공하지 않고서 영구적인 지중벽체를 숏크리트와 강관파일을 이용하여 합성강관파일을 시공함으로서 암반층에 있어서도 지중구조물 시공을 위한 공기지연 및 시공성과 작업성 저하를 방지할 수 있으며, 합성강관파일 시공 후 차량통행을 바로 실시 할 수 있도록 하여 이에 보다 효율적이고 신속하며 경제적인 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 제작된 지중구조물 제공을 해결하고자 하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 제작된 지중구조물은,

(a) 지반에 직접 지중구조물 저판 이하의 심도(D)를 가지도록 시공하되 종방향으로 이격 시공한 후 서로 연결 시공하고 횡방향으로 서로 이격되도록 시공하여 지중구조물의 지중벽체로서 암반층까지 시공 가능한 강관파일을 시공하는 단계;

(b) 상기 강관파일 상부 사이를 굴착하여 노출된 강관파일에 숏크리트를 뿜칠시켜 합성강관파일을 시공하는 단계;

(c) 상기 합성강관파일 상부 사이를 굴착하여 노출된 합성강관파일 사이에 프리캐스트 상부판을 하강 삽입하여 지지되도록 하여 합성강관파일과 프리캐스트 상부판이 서로 H형 구조로 시공되도록 하는 단계;

(d) 상기 프리캐스트 상부판의 하부지반을 굴착하여 하부굴착공간(S4) 형성 후 저판을 합성강관파일 하부 사이에 시공하되 상기 저판은 합성강관파일의 선단보다 상부에 위치하도록 하는 단계;를 상기 (b) 단계의 숏크리트는, 노출된 강관파일 사이에 파일연결판을 이용하여 서로 연결되도록 하고, 노출된 강관파일에 스터드와 내부철근을 배근한 후, 스터드와 내부철근이 매립되도록 숏크리트를 뿜칠하여 강관파일과 일체화되도록 하여, 합성강관파일을 가설지보공 없이 시공되도록 하게 된다.

본 발명에 의하면, 지반이 암반층인 경우 지반 굴착이 현실적으로 어려운 경우가 발생하게 되지만 본 발명은 암반층까지 합성강관파일로 지중벽체를 바로 시공하여 종래 가설지보공을 시공하지 않고서 지중구조물을 바로 시공할 수 있으면서도 지중구조물 상부 지반의 차량통행이 가능하여 신속하고 경제적인 지중구조물을 시공할 수 있게 된다.

또한 지중구조물을 횡방향으로 다수개 동시에 시공하거나 횡방향 폭이 큰 지중구조물을 시공하더라도 달리 시공에 제한이 없을 뿐더러 이 경우에도 차량통행이 최소화될 수 있어 도심지에 지중구조물을 시공할 때 특히 유리하게 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 지하차도 시공단면도를 도시한 것이고,
도 1c는 종래 탑-다운 공법에 의한 지중벽체 시공도,
도 2a는 본 발명에 의한 합성강관파일을 이용한 지중구조물의 시공도
도 2b는 도 2a의 변형예로서 합성강관파일을 이용한 지중구조물의 다른 시공도
도 2c 및 도 2d는 본 발명에 의한 합성강관파일을 이용한 지중구조물의 또 다른 시공도
도 2e는 종래 공법에 의한 지중구조물과 본 발명에 의한 합성강관파일을 이용한 지중구조물의 시공단면도,
도 2f는 본 발명의 합성강관파일과 프리캐스트 상부판의 연결구성도,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법 순서도,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

[ 합성강관파일(110)을 이용한 지중구조물 시공방법을 이용하여 제작된 지중구조물(100) ]

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 합성강관파일(110)을 이용한 지중구조물(100)의 시공도를 도시한 것이다. 이는 지중에 박스형 지하터널과 같은 지중구조물(100)을 설치하는 실시예라 할 수 있다.

상기 지중구조물(100)은 도 2a 및 도 2b의 경우, 먼저 박스형 지하터널의 합성강관파일(110)로 시공된 양 지중벽체와 프리캐스트 상부판(120) 및 저판(130)이 결합된 구조로서 지반 상면으로부터 하방으로 연직 시공된 합성강관파일(110)이 지중벽체로 영구적으로 시공되고 있음을 알 수 있다.

이러한 합성강관파일(110)에 있어 강관파일(111)은 지반 상면에서 지반에 천공홀(오거링)을 먼저 형성시키고, 합성강관파일을 천공홀에 삽입시켜 시공하는 경우 지표면 하부 암반층이 있더라도 시공 가능한 장점이 있게 된다.

나아가 합성강관파일(110)에 있어 강관파일(111)은 공장에서 미리 제작하기 때문에 품질관리가 용이하게 되고, 지반에 직접 시공하는 것만으로도 양 지중벽체 시공이 가능하여 신속한 지중벽체 시공이 가능하게 된다.

이러한 합성강관파일(110)은 먼저 강관파일(111)을 연장방향(종방향)으로 서로 이격시켜 각각을 시공하고, 이격사이 공간이 마감될 수 있도록 파일연결판(112)을 서로 용접에 의하여 설치하게 된다.

이러한 파일연결판(112)은 강관파일(111) 시공에 있어 노출된 부위의 심도만큼 수평 또는 절곡판을 이용하여 설치하면 된다. 이러한 파일연결판(112)은 강관파일 사이 공간으로 누수 및 토압작용에 의한 붕괴를 방지하기 위한 것이라 할 수 있다.

이러한 강관파일(111)은 도 2a와 같이 서로 횡방향으로 이격되어 있으며 지반(G) 상면으로부터 일정 깊이(D)로 굴착하여 강관파일(111) 상부 내측 사이가 노출되도록 하게 된다.

이때 상기 강관파일(111) 내부로 철근케이지(114)를 삽입한 후 콘크리트를 충전시켜 콘크리트가 충전된 강관파일로 형성시키는 것이 바람직하다.

나아가 상기 노출된 공간을 이용하여 강관파일(111)에 숏크리트(116)를 뿜칠시켜 서로 일체화시킨 합성강관파일(110)을 시공하게 된다.

이와 같이 강관파일(111)을 숏크리트(116)로 합성시키게 되면 강관파일(111)의 연장깊이가 커짐에 따라 발생하는 큰 토압을 저항함에 있어 매우 유리하게 되어 강관파일(111)의 단면두께를 최적화 시킬 수 있게 된다.

또한 숏크리트(116)를 이용하게 되므로 현장에서 매우 경제적으로 신속한 작업이 가능하게 된다.

또한 상기 강관파일(111)을 연결 시공함에 있어서 가장 큰 문제는 파일연결판(112)을 사용하더라도 파일연결판(112)과 강관파일(111)의 연결부위는 누수문제가 발생할 수 있다.

이에 본 발명은 상기 연결부위를 숏크리트에 의한 뿜칠로 강관파일(111)과 합성되도록 하면서, 연결부위에 침투하여 방수처리가 가능하게 된다.

이때 상기 숏크리트(116)의 두께는 지중벽체의 단면 설계에 따라 다를 수밖에 없지만 도 2f와 같이 강관파일(111)과 숏크리트(116)의 합성성능 확보를 위하여 스터드(118)와 내부철근(119)을 추가 배치 및 배근하고, 숏크리트를 타설하게 되면 지중벽체로서 구조적 보강이 가능하게 되며, 문양거푸집을 이용할 경우 노출된 숏크리트 표면 미감을 증진시킬 수 있게 된다.

이에 도 2f와 같이, 합성강관파일(110)의 노출된 배면(숏크리트면)에 돌출연결판(113)을 미리 매입시켜 고정시켜 놓은 상태에서 지중구조물(100)의 프리캐스트 상부판(120)을 지상으로부터 하강시켜 프리캐스트 상부판(120)의 양 측면 하부에 형성시킨 연결구걸림홈(121)이 상기 돌출연결판(113)에 하강 삽입되어 지지되도록 하게 된다.

이로서 프리캐스트 상부판(120)이 양 합성강관파일(110) 사이에 지지되도록 설치되어 일종의 스트럿을 역할을 하게 된다.

이로서 프리캐스트 상부판(120)을 기준으로 양 측방에 합성강관파일(110)이 서로 H형 구조로 시공됨으로서 프리캐스트 상부판(120)이 중간 스트럿 기능을 하여 심도에 따른 토압을 효과적으로 이용하게 됨을 알 수 있다.

이에 프리캐스트 상부판(120) 상부의 상부굴착공간(S3)을 다시 되메움을 하여 바로 굴착된 지반을 복원시켜 차량 통행을 가능하도록 하면서, 미리 준비된 굴착기를 이용하여 프리캐스트 상부판(120) 하부 지반을 추가로 굴착하고, 합성강관파일(110) 하부 사이에 저판(130)을 시공하여 지중구조물(100) 시공을 완성시키게 된다.

이에 본 발명은 합성강관파일(110)을 직접 시공하여 가설지보공이 필요하지 않게 되며, 프리캐스트 상부판(120)을 합성강관파일(110)에 신속하게 설치한 후, 다시 되메움하여 지상 차량통행이 가능하도록 한 상태에서 프리캐스트 상부판(120) 하부 지반을 굴착 후 저판을 시공하여 최종 지중구조물을 시공하게 됨을 알 수 있다.

이로서 상기 저판(130)도 프리캐스트 상부판(120)과 같이 중간 스트럿 역할을 하면서 하부의 지반과 프리캐스트 상부판 상부의 지반이 토압(P)에 저항하도록 하는 역할을 하게 되어 가설지보공 없이 효과적인 토압 이용이 가능하게 된다.

이러한 저판(130)도, 도 3 및 도 4와 같이, 합성강관파일(110)에 일체로 시공하기 위하여 도 2f와 같이 미리 커플러가 노출되도록 매입시켜 놓고, 내부철근(119)을 배근시켜 현장타설 콘크리트로 저판(130)을 형성시키면 되고,

노출된 배면(숏크리트면)에 돌출연결판(113)을 역시 미리 매입시켜 고정시켜 놓은 상태에서 커플러와 내부철근(119)을 배근시켜 시공해도 상관은 없다.

이때 상기 프리캐스트 상부판(120)은 도 2f와 같이, 횡방향으로 연장시켜 제작함에 있어서 중앙 상부가 상방으로 만곡된 아치상부판으로 형성시키게 된다.

이와 같이 아치상부판으로 프리캐스트 상부판(120)을 설치하게 되면 되메움 시 발생하는 토압등에 의한 작용하중이 프리캐스트 상부판(120)의 양 단부로 전달되고 전달된 작용하중은 수직 및 수평분력으로 작용하게 되므로 프리캐스트 상부판(120)의 단부와 합성강관파일(110)에 있어 압착이 가능하여 미도시한 단부지수판을 설치하여 누수가 발생하지 않도록 하는 중요한 효과를 가질 수 있게 된다.

도 2b는 도 2a의 변형예로서 합성강관파일(110)을 이용한 지중구조물(100)의 다른 시공도를 도시한 것이다.

도 2b에 의하면 지중에 박스형 지하터널과 같은 지중구조물(100)을 시공하되 2열 박스 형태로 시공되고 있음을 알 수 있다.

이 경우에는 도 2a와 대비하여 합성강관파일(110)을 횡방향으로 3개 이상이 설치되도록 하여 2열 이상의 박스형 지하터널과 같은 지중구조물을 시공하게 됨을 알 수 있다.

상기 지중구조물(100)은 먼저 박스형 지하터널의 양 지중벽체를 지반 상면으로부터 하방으로 연직 시공된 합성강관파일(110)로 시공하게 됨은 동일하다.

이러한 합성강관파일(110)은 지반 상면에서 바로 시공함은 동일하며, 합성강관파일(110)의 강관파일(111)을 시공에 필요한 개수를 서로 종방향으로 파일연결판(112)을 이용하여 연결시켜 시공하게 되며 역시 콘크리트 충전된 강관파일(111)로 시공할 수 있으며 이에 지반 상면의 터파기량이 거의 발생하지 않도록 할 수 있다는 장점이 있는 것도 동일하다.

단지, 2열 이상의 박스형 지하터널을 위해서는 횡방향으로 이격 시공된 3개 이상의 강관파일(111)을 시공하여 숏크리트(116)를 이용하여 합성강관파일(110)을 시공하고 있음을 알 수 있다.

이때 역시 도 2f와 같이, 합성강관파일(110)의 노출된 숏크리트(116) 배면에 돌출연결판(113)을 미리 매입시켜 형성시켜 놓은 상태에서 지중구조물(100)의 프리캐스트 상부판(120)을 지상으로부터 하강시켜 프리캐스트 상부판(120)의 양 측면 하부에 형성시킨 연결구걸림홈(121)이 상기 돌출연결판(113)에 하강 삽입되어 지지되도록 하게 됨은 동일하다.

이로서 프리캐스트 상부판(120)이 양 합성강관파일(110) 사이에 지지되도록 설치되어 일종의 스트럿을 역할을 하게 된도 동일하다.

이로서 역시 프리캐스트 상부판(120)을 기준으로 양 측방에 합성강관파일(110)이 서로 H형 구조로 시공됨으로서 프리캐스트 상부판(120)이 중간 스트럿 기능을 하여 심도에 따른 토압을 효과적으로 이용하게 됨을 알 수 있다.

이에 프리캐스트 상부판(120) 상부에 다시 되메움을 하여 바로 굴착 지반을 복원시켜 차량통행을 가능하도록 하면서,

미리 준비된 굴착기를 이용하여 프리캐스트 상부판(120) 하부 지반을 추가로 굴착하여 지중구조물 시공을 완성시키게 된다.

이에 본 발명은 합성강관파일(110)을 직접 시공하여 가설지보공이 필요하지 않게 되며, 프리캐스트 상부판(120)을 합성강관파일(110)에 초기 굴착 후 신속하게 설치한 후, 되메움하여 지상 차량통행이 가능하도록 한 상태에서 프리캐스트 상부판(120) 하부 지반을 굴착후 저판(130)을 시공하여 최종 지중구조물을 시공하게 됨을 알 수 있고 특히 다열식 지중구조물 시공에 그 효과가 큼을 알 수 있다.

나아가 상기 저판(130)도 프리캐스트 상부판(120)과 같이 중간 스트럿 역할을 하면서 하부의 지반과 프리캐스트 상부판 상부의 지반이 토압에 저항하도록 하는 역할을 하게 되어 가설지보공 없이 효과적인 토압 이용이 가능하도록 함은 동일하다.

역시 상기 프리캐스트 상부판(120)은 횡방향으로 연장시켜 제작함에 있어서 중앙 상부가 상방으로 만곡된 아치상부판으로 형성시키게 되고, 이와 같이 아치상부판으로 프리캐스트 상부판(120)을 설치하게 되면 되메움 시 발생하는 토압등에 의한 작용하중이 프리캐스트 상부판(120)의 양 단부로 전달되고 전달된 작용하중은 수직 및 수평분력으로 작용하게 되므로 프리캐스트 상부판(120)의 단부와 합성강관파일(110)에 있어 압착이 가능하여 미도시한 단부지수판을 설치하여 누수가 발생하지 않도록 하는 효과를 가질 수 있게 됨은 동일하다.

도 2c 및 도 2d는 본 발명에 의한 합성강관파일(110)을 이용한 지중구조물(100)의 다른 시공도를 도시한 것이다.

즉, 도 2c를 기준으로 살펴보면, 지중에 U형 지하터널과 같은 지중구조물(100)의 시공예를 살펴볼 수 있다. 이러한 U형 지하터널은 상부가 개방되므로 프리캐스트 상부판(120)은 시공되지 않게 된다.

상기 지중구조물(100)은 먼저 U형 지하터널의 양 지중벽체를 지반 상면으로부터 하방으로 연직 시공된 합성강관파일(110)로 시공하게 됨은 동일하다.

이에 상기 합성강관파일(110)의 강관파일(111)은 지반 상면에서 바로 시공하여 지반 상면의 터파기량이 거의 발생하지 않도록 할 수 있다는 장점이 있고,

이에 합성강관파일(110)은 강관파일(111)과 숏크리트(116)를 이용하여 종방향으로 파일연결판(112)을 이용하여 연결되도록 시공되도록 함은 역시 동일하며, 콘크리트 충전도 가능함은 동일하다.

이러한 합성강관파일(110)은 서로 횡방향으로 이격되어 있으며 지반 상면으로부터 일정 깊이(D)를 바로 굴착하게 된다.

이에 노출된 합성강관파일(110) 하부 사이에 U형 지하터널을 구성하는 저판(130)을 시공하여 합성강관파일(110)과 저판(130)에 의한 U형 지하터널을 개착식으로 시공하게 된다.

이때 역시 저판(130)을 기준으로 양 측방에 합성강관파일(110)이 서로 H형 구조로 시공됨으로서 저판(130)이 중간 스트럿 기능을 하여 심도에 따른 토압을 효과적으로 이용하게 됨은 동일함을 알 수 있다.

이에 본 발명은 합성강관파일(110)을 직접 시공하여 가설지보공이 필요하지 않게 되며, U형 지하터널을 구성하는 저판(130) 바로 시공하여 신속하게 U형 지하터널과 같은 지중구조물(100) 시공이 가능함을 알 수 있다.

물론 도 2d와 같이, 상기 합성강관파일(110)의 횡방향 이격 설치개수에 따라 2열 이상의 U형 지하터널과 같은 지중구조물(100)도 가능하다.

결국 본 발명에 의한 합성강관파일을 이용한 지중구조물(100)은 합성강관파일(110)의 설치개수만 정하게 되면 용이하게 1열, 2열 이상(다열)의 지중구조물을 간단하게 시공할 수 있으며, 박스형 지중구조물의 경우에는 프리캐스트 상부판(120)을 이용하여 차량통행을 효과적으로 처리할 수 있게 되고, U형 지중구조물의 경우에는 저판(130) 시공에 의한 신속한 지중구조물 시공이 가능하게 되며,

모두 종래 가설지보공의 설치가 필요 없고 지중구조물 시공을 위한 터파기량이 현저하게 감소되어 신속하고 경제적인 지중구조물 시공이 가능하게 됨을 알 수 있다.

도 2e는 종래 공법에 의한 지중구조물과 본 발명에 의한 합성강관파일(110)을 이용한 지중구조물의 시공단면도를 대비한 것이다.

먼저, 종래 공법에 의한 지중구조물(20,30)은 가설지보공의 설치뿐만 아니라 스트럿에 의한 지중구조물의 간섭이 매우 클 수밖에 없으며, 인접한 지중구조물들을 함께 시공하기 위한 지반 터파기 량이 많아져 사실상 차량통행을 통제하는 기간이 매우 커지게 되고, 공기도 자연스럽게 지연될 수밖에 없음을 알 수 있다.

하지만 본 발명에 의한 합성강관파일(110)을 이용한 지중구조물(100)은 지중구조물 주변의 터파기량이 거의 발생하지 않아 차량통행이 시공 중이라도 가능하게 되며, 종래 가설지보공을 설치하지 않고 있으며, 지중구조물의 양 지중벽체로 이용되고 있음을 알 수 있다.

또한 프리캐스트 상부판을 이용하는 박스형 지중구조물의 경우에는 프리캐스트 상부판을 설치한 이후 바로 상부 지반을 복원하여 차량통행이 가능하게 됨을 알 수 있어 신속하고, 차량통행 제한이 거의 사라지게 됨을 알 수 있다.

[ 합성강관파일(110)을 이용한 지중구조물 시공방법 ]

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 합성강관파일(110)을 이용한 지중구조물(100) 시공방법의 제 1 실시예로서 박스형 지중구조물을 2열 이상으로 시공하는 예를 순서대로 도시한 것이다.

먼저 도 3a와 같이, 지중구조물(100) 시공을 위해 앞서 살펴본 강관파일(111)을 미리 구비하게 되며 이러한 강관파일(111)은 파일연결판(112)을 이용하여 서로 종방향으로 연결 시공하게 된다.

이에 2열식 지중구조물 시공을 위해서는 강관파일(111)을 적어도 3개 이상을 횡방향으로 이격시켜 시공하게 되며 물론 1열식 지중구조물의 경우에는 2개의 강관파일(111)을 횡방향으로 시공하면 된다.

이때 상기 강관파일(111) 시공 동안은 차량을 통제할 수밖에 없지만 지반굴착이 발생되지 않고, 암반층 시공도 가능하므로 시공성 및 작업성은 매우 뛰어나게 된다.

일단 강관파일(111) 시공이 완료되면 뿜칠에 의하여 강관파일(111)에 숏크리트(116)를 일체화시켜 합성강관파일(110)을 시공하게 된다.

물론 스터드(118)와 내부철근(119)에 의하여 서로를 합성시키는 것도 가능하며 콘크리트 충전강관으로 시공할 수 있음은 살펴본 바와 같다.

이에 바로 차량이 통행할 수 있도록 프리캐스트 상부판(120)을 설치하게 된다.

즉, 별도로 프리캐스트 상부판(120)은 미리 공장에서 제작된 것을 현장에 반입시켜 놓게 되며 이러한 프리캐스트 상부판(120)은 지중구조물(100)을 실제 구성하는 상판구조물로 이용하게 된다.

또한 아치상부판으로서 합성강관파일(110)과 프리캐스트 상부판 양 측면 사이의 연결부위에 발생하는 누수 현상을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

이에 지중구조물(100)의 합성강관파일(110) 사이 지반을 하방으로 굴착하여 도 2a 및 도 3a를 참조하면 상부 굴착공간(S3)을 형성시키게 된다.

이때 상부 굴착공간(S3)에 의하여 합성강관파일(110)에 토압이 작용하여 전도를 발생시킬 수도 있지만 합성강관파일(110)은 이를 저항할 수 있을 정도의 심도(D)를 가지도록 시공되어 별도의 스트럿을 합성강관파일(110) 사이에 설치할 필요가 없다는 장점이 있게 된다.

이때 도 2f와 같이, 합성강관파일(110)의 노출된 숏크리트 배면에 돌출연결판(113)을 매입시켜 수평 고정시키게 된다.

상기 돌출연결판(113)은 돌출되도록 세팅시키고 있음을 알 수 있으며, 상기 돌출된 돌출연결판(113)에 프리캐스트 상부판(120)의 연결구걸림홈(121)이 하강 후 삽입되어 지지되도록 하게 된다.

이에 도 2f 및 도 3b와 같이, 상기 프리캐스트 상부판(120)은 양 단부 저면에 연결구걸림홈(121)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

이에 프리캐스트 상부판(120) 시공을 위해 종래와 같이, 지지브라켓등을 설치할 필요가 없게 되어 아치상부판 형태로서 누수에 유리하며, 시공성 및 작업성이 매우 뛰어나며,

상기 프리캐스트 상부판(120)은 인양 후 하강 삽입시키게 되므로 수직 하강 설치로 마무리 할 수 있어 효율성이 극대화되며, 프리캐스트 상부판(120) 설치를 위한 굴착깊이만 형성시키게 되므로 신속한 작업이 가능하게 된다.

이에 상기 프리캐스트 상부판(120)을 돌출연결판(113)을 이용하여 프리캐스트 상부판(120)과 합성강관파일(110)을 일체화시킬 수 있음을 알 수 있다.

다음으로는 도 3b와 같이, 상기 프리캐스트 상부판(120) 상부로 굴착된 지반을 다시 되메움하여 지반을 복원시켜 차량을 통행시키게 된다.

이에 상부굴착공간(S3)은 주변 토압에 저항할 수 있을 뿐만 아니라 차량통행에 의한 되메움된 상부굴착공간(S3)에 작용하는 차량하중에 의한 지지력도 프리캐스트 상부판(120)에 의하여 확보할 수 있게 되며 본 발명은 상기 되메움된 상부굴착공간(S3)에 의한 상부하중을 아치상부판인 프리캐스트 상부판(120)의 단부에 수직, 수평분력으로 전달하여 누수현상을 방지할 수 있도록 하게 된다.

이에 도 3c와 같이, 프리캐스트 상부판(120) 하부 지반을 하방으로 더 굴착함에 있어 구조적인 안전성이 확보되며 하부굴착공간(S4)을 형성시켜 감에 따라 저판(130)을 시공하는 위치까지 굴착시키게 되어 일종의 탑-다운 공법으로 실시됨을 알 수 있다.

이에 상기 저판(130)은 앞서 살펴본 바와 같이 노출된 커플러를 이용하여 내부철근(119)을 배근하고, 나아가 돌출연결판(113)을 더 설치한 후 일체화에 유리하도록 하여 현장타설 콘크리트 방식으로 시공하게 되어 최종 박스형 지중구조물 시공을 완성시킬 수 있게 되며, 이때 상기 합성강관파일(110)은 저판(130)보다 하방으로 더 연장되어 있음을 알 수 있다.

물론 상기 저판(130)도 프리캐스트 상부판(120)과 같이 프리캐스트 방식으로 설치해도 상관은 없다.

이에 저판하부 지반은 합성강관파일(110) 하단의 토압을 그대로 지지할 수 있게 되어 합성강관파일(110)을 슬림하게 최적화시켜(두께 감소) 제작하더라도 토압에 의한 구조적 안전성이 확보될 수 있게 됨을 알 수 있다.

이에 최종 2열 구조의 박스형 지중구조물(100)의 시공이 완료되면 합성강관파일(110)으 상단을 최종 마감하여 포장 등의 작업을 완료하면 된다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 합성강관파일(110)을 이용한 지중구조물(100) 시공방법의 제 2 실시예로서 상부가 개방된 U형 지중구조물을 2열 이상으로 시공하는 예를 순서대로 도시한 것이다.

먼저 도 4a와 같이, 도 2c 및 도 2d를 참조하면, 지중구조물(100) 시공을 위해 역시 강관파일(111)을 미리 구비하게 되며 파일연결판(112)을 이용하여 종방향으로 연결 시공이 가능하도록 하게 됨은 동일하다.

이에 강관파일(111)을 종방향으로 연결되도록 한 후, 숏크리트(116)를 이용하여 상기 합성강관파일(110)을 시공함은 동일하다.

역시 지중구조물(100)의 강관파일(111) 사이사이 지반을 하방으로 굴착하게 되며 저판(130) 시공을 위한 상부굴착공간(S3)을 확보하게 된다.

이때 상부굴착공간(S3)에 의하여 역시 합성강관파일(110)에 토압이 작용하여 전도를 발생시키게 되지만 합성강관파일(110)은 이를 저항할 수 있을 정도의 심도를 가지도록 역시 시공되어 별도의 스트럿을 합성강관파일 사이에 설치할 필요가 없지만 횡방향 폭이 큰 경우 등에 있어서는 스트럿을 임시로 사용해도 상관은 없고 U형 지중구조물이므로 달리 저판 시공에 간섭이 없게 된다.

다음으로는 도 4b와 같이 상부굴착공간(S3) 굴착 후 바로 저판(130)을 시공하게 된다. U형 지중구조물이기 때문에 상부가 개방되기 때문이다.

물론 상기 저판(130)도 프리캐스트 상부판(120)과 같이 프리캐스트 방식으로 설치해도 상관은 없으며, 이에 매입판(116)을 이용하여 프리캐스트 상부판(120)을 합성강관파일(110)과 일체화 시켜도 상관은 없다.

이때 상기 저판(130)은 앞서 살펴본 바와 같이 노출된 커플러를 이용하여 내부철근을 배근하고, 나아가 돌출연결판(113)을 더 설치한 후 일체화에 유리하도록 하여 현장타설 콘크리트 방식으로 시공하면 된다.

다음으로는 도 4c와 같이, 합성강관파일 상단을 마감하여 U형 지중구조물을 완성시키게 되며 합성강관파일은 합성강관파일 하단의 토압을 그대로 지지할 수 있게 되어 합성강관파일을 보다 슬림하게 최적화시켜 제작하더라도 토압에 의한 구조적 안전성이 확보될 수 있게 됨을 알 수 있다.

이에 최종 2열 구조의 U형 지중구조물(100)의 시공이 완료되면 이는 지하차도의 차량 진입부등으로 이용될 수 있을 것이다. 이에 합성강관파일의 심도는 종방향으로 일정한 것은 아니라도 되며 지중구조물에 따라 정하면 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 지중구조물 110: 합성강관파일
111: 강관파일 112: 파일연결판
113: 돌출연결판 114: 철근케이지
116: 숏크리트 118: 스터드
119: 내부철근
120: 프리캐스트 상부판 121: 연결구걸림홈
130: 저판
S3: 상부굴착공간 S4: 하부굴착공간

Claims

(a) 지반에 직접 지중구조물 저판 이하의 심도(D)를 가지도록 시공하되 종방향으로 이격 시공한 후 서로 연결 시공하고 횡방향으로 서로 이격되도록 시공하여 지중구조물의 지중벽체로서 암반층까지 시공 가능한 강관파일(111)을 시공하는 단계;
(b) 상기 강관파일(111) 상부 사이를 굴착하여 노출된 강관파일(111)에 숏크리트(116)를 뿜칠시켜 합성강관파일(110)을 시공하는 단계;
(c) 상기 합성강관파일(110) 상부 사이를 굴착하여 노출된 합성강관파일(110)사이에 프리캐스트 상부판(120)을 하강 삽입하여 지지되도록 하여 합성강관파일(110)과 프리캐스트 상부판(120)이 서로 H형 구조로 시공되도록 하는 단계; 및
(d) 상기 프리캐스트 상부판(120)의 하부지반을 굴착하여 하부굴착공간(S4) 형성 후 저판(130)을 합성강관파일 하부 사이에 시공하되 상기 저판(130)은 합성강관파일의 선단보다 상부에 위치하도록 하는 단계;를 포함하며, 상기 (b) 단계의 숏크리트(116)는, 노출된 강관파일(111) 사이에 파일연결판(112)을 이용하여 서로 연결되도록 하고, 노출된 강관파일(111)에 스터드(118)와 내부철근(119)을 배근한 후, 스터드와 내부철근이 매립되도록 숏크리트(116)를 뿜칠하여 강관파일(111)과 일체화되도록 하여, 합성강관파일(110)을 가설지보공 없이 시공되도록 하는 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법.
제 1항에 있어서,
상기 (b) 단계의 프리캐스트 상부판(120)은
중앙 상부가 상방으로 만곡된 아치상부판으로 형성시켜 되메움 시 발생하는 작용하중이 프리캐스트 상부판(120)의 양 단부로 전달되고 전달된 작용하중은 수직 및 수평분력으로 작용하`여 프리캐스트 상부판(120)의 단부와 합성강관파일(110)에 있어 압착이 가능하여 합성강관파일과 프리캐스트 상부판의 연결부위에 누수가 발생하지 않도록 하는 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 (c) 단계의 합성강관파일 사이에 프리캐스트 상부판(120)의 하강 삽입은
합성강관파일(110)에 돌출연결판(113)을 형성시켜 놓은 상태에서 지중구조물(100)의 프리캐스트 상부판(120)을 지상으로부터 하강시켜 프리캐스트 상부판(120)의 양 측면에 형성시킨 연결구걸림홈(121)이 상기 돌출연결판(113)에 하강 삽입되어 지지되도록 하여 하강 삽입되도록 하는 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법.
(a) 지반에 직접 지중구조물 저판 이하의 심도(D)를 가지도록 시공하되 종방향으로 이격 시공한 후 서로 연결 시공하고 횡방향으로 서로 이격되도록 시공하여 지중구조물의 지중벽체로서 암반층까지 시공 가능한 강관파일(111)을 시공하는 단계;
(b) 상기 강관파일(111) 상부 사이를 굴착하여 노출된 강관파일(111)에 숏크리트(116)를 뿜칠시켜 합성강관파일(110)을 시공하는 단계;
(d) 상기 합성강관파일 상부 사이를 굴착하여 노출된 합성강관파일 하부 사이에 저판(130)을 합성강관파일 하부 사이에 시공하되 상기 저판은 합성강관파일의 선단보다 상부에 위치하도록 하여 서로 H형 구조로 시공되도록 하는 단계;를 포함하여, 상기 저판 하부의 지반이 토압에 저항하도록 하며,
상기 (b) 단계의 합성강관파일(110)은 강관파일(111)을 인양하여 지반에 종방향으로 서로 이격 시공한 강관파일(111) 사이에 파일연결판(112)을 이용하여 서로 연결되도록 하는 단계; 및 상기 노출된 강관파일(111)에 스터드(118)와 내부철근(119)을 배근한 후, 스터드와 내부철근이 매립되도록 숏크리트(116)를 뿜칠하여 강관파일과 일체화되도록 하여, 합성강관파일(110)을 가설지보공 없이 시공되도록 하는 단계;를 포함하는 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법.
제 1항 또는 제 5항에 있어서,
상기 (d) 단계의 저판은
프리캐스트 상부판의 하부지반을 굴착하여 하부굴착공간 형성 후 저판을 합성강관파일 하부 사이에 현장타설콘크리트 또는 프리캐스트 방식으로 시공하되,
상기 저판을 현장타설콘크리트를 이용할 경우 합성강관파일(110)의 노출된 숏크리트 배면에 내부철근이 인출되도록 하여 매립 형성되도록 할 수 있는 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법.
(a) 지반에 직접 지중구조물 저판 이하의 심도(D)를 가지도록 시공하되 종방향으로 이격 시공한 후 서로 연결 시공하고 횡방향으로 서로 이격되도록 시공하여 지중구조물의 지중벽체로서 암반층까지 시공 가능한 강관파일(111)을 시공하는 단계;
(b) 상기 강관파일(111) 상부 사이를 굴착하여 노출된 강관파일(111)에 숏크리트(116)를 뿜칠시켜 합성강관파일(110)을 시공하는 단계;
(c) 상기 합성강관파일(110) 상부 사이를 굴착하여 노출된 합성강관파일(110)사이에 프리캐스트 상부판(120)을 하강 삽입하여 지지되도록 하여 합성강관파일(110)과 프리캐스트 상부판(120)이 서로 H형 구조로 시공되도록 하는 단계;
(d) 상기 프리캐스트 상부판(120)의 하부지반을 굴착하여 하부굴착공간(S4) 형성 후 저판(130)을 합성강관파일 하부 사이에 시공하되 상기 저판(130)은 합성강관파일의 선단보다 상부에 위치하도록 하는 단계;를 포함하며,
상기 (b) 단계의 숏크리트(116)는, 노출된 강관파일(111) 사이에 파일연결판(112)을 이용하여 서로 연결되도록 하고, 노출된 강관파일(111)에 스터드(118)와 내부철근(119)을 배근한 후, 스터드와 내부철근이 매립되도록 숏크리트(116)를 뿜칠하여 강관파일(111)과 일체화되도록 하여, 합성강관파일(110)을 가설지보공 없이 시공되도록 하는 박스형으로 시공된 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법을 이용하여 제작된 지중구조물.
(a) 지반에 직접 지중구조물 저판 이하의 심도(D)를 가지도록 시공하되 종방향으로 이격 시공한 후 서로 연결 시공하고 횡방향으로 서로 이격되도록 시공하여 지중구조물의 지중벽체로서 암반층까지 시공 가능한 강관파일(111)을 시공하는 단계;
(b) 상기 강관파일(111) 상부 사이를 굴착하여 노출된 강관파일(111)에 숏크리트(116)를 뿜칠시켜 합성강관파일(110)을 시공하는 단계;
(d) 상기 합성강관파일 상부 사이를 굴착하여 노출된 합성강관파일 하부 사이에 저판(130)을 합성강관파일 하부 사이에 시공하되 상기 저판은 합성강관파일의 선단보다 상부에 위치하도록 하여 서로 H형 구조로 시공되도록 하는 단계;를 포함하여, 상기 (b) 단계의 합성강관파일(110)은 강관파일(111)을 인양하여 지반에 종방향으로 서로 이격 시공한 강관파일(111) 사이에 파일연결판(112)을 이용하여 서로 연결되도록 하는 단계; 및 상기 노출된 강관파일(111)에 스터드(118)와 내부철근(119)을 배근한 후, 스터드와 내부철근이 매립되도록 숏크리트(116)를 뿜칠하여 강관파일과 일체화되도록 하여, 합성강관파일(110)을 가설지보공 없이 시공되도록 하는 단계;를 포함하며, 상기 저판 하부의 지반이 토압에 저항하도록 하여 U형으로 시공된 합성강관파일을 이용한 지중구조물 시공방법을 이용하여 제작된 지중구조물.