KR101973565B1

KR101973565B1 - 종방향 플레이트가 부착된 phc 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법

Info

Publication number: KR101973565B1
Application number: KR1020180101725A
Authority: KR
Inventors: 김인규; 차경섭; 김선주; 이승수; 이형근
Original assignee: (주)대우건설; (주)하경엔지니어링
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2019-04-30

Abstract

본 발명은 흙막이 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 기성 PHC 말뚝에 종방향으로 2열로 플레이트를 미리 부착하여 제작하고, 이렇게 제작된 변형된 PHC 말뚝으로 주열식 흙막이 벽체를 지중에 형성한 후에 터파기를 시행하면서 이격되어 이웃하는 PHC 말뚝 사이를 종방향 플레이트에 차수용 플레이트를 용접하여 차수벽을 형성하는 공법으로 흙막이 배면이 아닌 굴착 내측에서, 시공이 불확실한 지반 그라우팅이 아닌 육안으로 확인이 가능한 플레이트를 용접하는 방법을 사용하고, 아울러, 임의의 차수용 플레이트에 보걸이를 용접 설치하므로 별도의 보걸이 설치를 위한 볼트나 너트 등의 장치가 필요없어 안전성 확보가 용이하며, PHC 말뚝의 중공부에 속채움 콘크리트를 타설함으로써 기존의 PHC 말뚝을 이용한 공법에서 단점으로 지적된 띠장 접촉부의 집중하중이나 동절기 중공부에 유입된 지하수의 동결에 따른 할렬 파괴가 발생하는 것을 방지하도록 하는 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법에 관한 것이다.

Description

종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법{SHEATHING METHOD FOR CONSTRUCTING BOTH SHEATHING WALL AND CUTOFF COLLAR BY WELDING CUTOFF PLATE TO PHC PILE WITH LONGITUDINAL PLATE}

흙막이 벽체공법은 기성품의 강재를 사용하는 H-파일이나 현장에서 천공 후에 콘크리트를 타설하는 C.I.P(CAST IN PLACE) 흙막이 벽체가 주로 사용되어 왔고 두 방법 모두 배면에는 차수를 위해 그라우팅 보조 공법이 추가되는데 현재도 가장 널리 적용되고 있는 공법이다.

H-파일 벽체공법은 일반적으로 지하굴착공사에서 가장 많이 사용하고 있는 흙막이 공법으로 천공 후 H-파일을 삽입하고, 굴착진행에 따라 목재 토류판이나 콘크리트 토류벽을 H-파일 사이에 끼워나가는 공법이다. 이러한 H-파일 벽체공법은 강성이 작아서 변위가 크게 발생하므로 연약지반이나 건물 인접지역에서는 적용이 제한적인 공법이며, 차수에 취약하므로 지하수위 이하 구간에서는 반드시 배면 차수 그라우팅을 실시해야 하므로 부분적으로 지반오염 등의 문제점이 발생한다.

C.I.P 흙막이 벽체공법은 천공 후 H-파일이나 철근망을 삽입한 후에 콘크리트를 타설하여 양생된 원형기둥을 연결하여 흙막이 벽체를 형성하는 공법이다. C.I.P 흙막이 벽체공법은 철근망 조립 및 과다한 콘크리트 타설 등 현장 작업이 많아 시공성이 저하되며, 콘크리트 타설 시 지하수 및 토사 교반 등으로 불량한 말뚝 형성이 빈번하여 구조적 신뢰성 확보가 곤란하고, 누수 및 현장 정리 작업이 많이 발생하고 있는 실정이다. 또한 배면 차수 그라우팅으로 인한 지반 오염문제 등도 문제점으로 대두되고 있다.

이러한 기존 H-파일이나 C.I.P 흙막이 벽체공법의 단점을 극복하고, 경제성을 제고시키는 다양한 개량 공법들이 개발되어 적용되고 있다. 개량 공법들은 대개 C.I.P 벽체공법을 변형시킨 현장타설 콘크리트 흙막이 벽체 계열과, 기성 콘크리트 말뚝을 흙막이 벽체로 이용하는 공법이 주를 이루고 있고, 그 종류로는 CIII 공법, 유니 월(UNI Wall) 공법, PHC W 공법, e-PHC 벽체말뚝 공법, e-콘주 벽체말뚝 PHC흙막이 벽체공법, Hi-PHC 공법 등이 있다.

이러한 개량 공법중 국내 등록특허 제10-1302743호(벽체말뚝용 PHC 말뚝과 이를 이용한 흙막이벽체의 시공방법, 일명 e-콘주 벽체말뚝 PHC 흙막이 벽체 공법)이 개시되어 있다.

상기 벽체말뚝용 PHC 말뚝과 이를 이용한 흙막이벽체의 시공방법은 (A) 흙막이 벽체 설치 위치에 H-형강을 2열로 가이드빔을 고정 설치하는 단계와; (B) 상기 흙막이 벽체 설치 가이드빔 내에서 지반으로 케이싱을 삽입하면서 케이싱 내부를 오거기를 이용하여 배토한 후, 시멘트 모르타르를 주입하는 단계와; (C) 상기 케이싱 내부로 PHC 말뚝을 삽입하도록 크레인의 고리를 PHC 말뚝의 인양고리에 걸어 인양한 후, 상기 PHC 말뚝에 매입된 볼트 고정용 너트가 굴착면과 대응되도록 케이싱 내부로 PHC 말뚝을 삽입하여 상단부가 지면보다 돌출되게 지반에 매설하는 단계와; (D) 상기 케이싱을 인발하는 단계와; (E) 상기 케이싱이 인발되어 나타난 PHC 말뚝의 파일본체 단부에 인양고리와 직교되도록 대향하게 형성된 인양안내부재로 인양안내봉을 결합한 후, 상기 인양안내봉이 가이드빔에 안착되면서 PHC 말뚝의 돌출되는 높이가 일정하도록 하는 단계와; (F) 상기 (B) 내지 (E) 단계를 일정간격 이격되게 반복하여 주열식 흙막이 벽체를 형성하는 단계와; (G) 상기 주열식 흙막이 벽체가 형성되면, PHC 말뚝의 매설된 지반을 일정 심도까지 굴착한 후, 노출된 PHC 말뚝의 강판에 띠장을 받쳐 지지하는 지지브라켓을 고정하는 단계와; (H) 상기 지지브라켓에 H-형강의 띠장을 거치시키고 버팀부재로 연결하여 벽체를 지지하는 단계를 포함하여 이루어지며,

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 벽체말뚝용 PHC 말뚝(100)은, 파일본체(110) 외주면에 길이방향으로 절단되거나 요입되면서 강판의 너비와 동일하게 형성된 직선면(120)이 구성되고, 상기 파일본체(110) 단부에 내장되어 설치되는 인양고리(130)가 구성되며, 상기 인양고리(130)와 직교되면서 파일본체(110) 단부에 대향하게 형성되어 인양안내봉이 결합되도록 하는 인양안내부재(140)가 구성되고, 상기 직선면(120)에 일정간격 이격되게 매몰되어 강판(160)이 고정되도록 하는 볼트 고정용 너트(150)가 구성되며, 상기 볼트 고정용 너트(150)에 장착되어 띠장(200)을 받쳐 지지하는 지지브라켓(보걸이, 190)이 면접촉되게 용접고정되도록 하는 강판(160, 160')이 구성되고, 상기 강판(160, 160')은 볼트 고정용 너트(150)와 직선면(120)에 밀착되어 볼트안내공(161)을 통해 볼트 고정용 너트(150)에 볼트(170)의 체결로 고정되는 구성이다.

그러나 이러한 종래의 벽체말뚝용 PHC 말뚝과 이를 이용한 흙막이벽체의 시공방법은 시공 단가를 절감하기 위해 현장에서는 대부분 도 3에 도시된 바와 같이 보걸이를 위한 플레이트를 접합하기 위해 기존 PHC 말뚝에 너트를 미리 설치하여 제작한 변형된 PHC 말뚝(e-콘주 벽체말뚝)과 기성 PHC 말뚝을 혼합하여 벽체를 형성한다. 벽체형성 후에 굴착하면서 플레이트를 볼트로 변형된 PHC 말뚝에 접합하고, 이 플레이트에 보걸이를 용접 설치하여 띠장 및 스트럿을 시공하는 공법이다. 이는 단순히 현장에서 타설하는 C.I.P 벽체를 기성 제품으로 대체하는 것으로 차수를 위한 배면 그라우팅은 여전히 필요하며 다음과 같은 단점을 갖고 있다.

① 차수를 위하여 배면 그라우팅이 필요하여 지하수 흐름에 따라 환경오염 발생 우려가 있다.

② 배면 그라우팅을 적용하므로 차수의 확실성이 부족하고, 누수발생시 보수가 매우 어렵다.

③ 제작시 너트의 설치 불량이나 보걸이의 과도한 하중이 작용할 때에 볼트의 탈락이 잦아 안전성 확보가 다소 부족하다.

④ PHC 말뚝에 띠장이 직접 접하여 집중하중이 작용하나 PHC 말뚝이 중공 구조인 탓에 할렬 파괴가 쉽게 발생한다.

⑤ 동절기에 PHC 말뚝 중공부에 유입된 지하수의 동결 팽창에 의해 파괴 발생 우려가 높다.

또한, 이러한 개량 공법중 HI-PHC 공법은 상기 벽체말뚝용 PHC 말뚝과 이를 이용한 흙막이벽체의 시공방법의 ③번 단점을 보완하기 위해 개발된 공법으로, 도 4에 도시된 바와 같이 보걸이 설치를 위해 너트가 미리 설치된 변형된 PHC 말뚝 대신에 C.I.P 말뚝을 사용하고, 나머지는 기성 PHC 말뚝을 그대로 적용하는 공법이다.

그러나, HI-PHC 공법 역시 차수를 위한 배면 그라우팅이 필요하며 다음과 같은 단점을 갖고 있다.

① 차수를 위하여 배면 그라우팅이 필요하여 지하수 흐름에 따라 환경오염 발생 우려있다.

② 배면 그라우팅을 적용하므로 차수의 확실성이 부족하고 누수발생시 보수가 매우 어렵다.

③ C.I.P 말뚝 타설시 지하수 및 토사 교반 등으로 불량한 말뚝 형성이 빈번하여 구조적 신뢰성 확보에 어려움 있다.

④ 현장타설 콘크리트 말뚝과 기성 PHC 말뚝을 혼용하므로 콘크리트 말뚝 1개 타설하고 기성말뚝 3~4개의 천공 및 삽입 후에 다시 콘크리트 타설 작업이 반복되므로 콘크리트 타설장비의 사이클 조정이 어려워 시공성이 떨어진다.

⑤ PHC 말뚝에 띠장이 직접 접하여 집중하중이 작용하나 PHC 말뚝이 중공 구조인 탓에 할렬 파괴가 쉽게 발생한다.

⑥ PHC 말뚝 중공부에 지하수가 유입되고 기온이 낮아 동결되면 팽창에 의해 파괴 발생 우려가 높다.

또, 개량 공법중 국내 등록특허 제10-1210721호인 PHC 말뚝을 이용한 차수 흙막이 벽체가 개시되어 있다.

상기 PHC 말뚝을 이용한 차수 흙막이 벽체는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 서로 간격을 두고 시공된 PHC 말뚝(200)과 이웃하는 PHC 말뚝을 연결하여 지하수의 유출을 방지하는 차수판(300)으로 구성된다.

이웃하는 PHC 말뚝(200) 사이에 차수판(300)을 설치하기 위해 채널부재(210)가 전단연결재(220)를 이용해 PHC 말뚝(200)에 고정된다.

채널부재(210)는 PHC 말뚝(200)의 단면의 도심을 지나는 중심선(CL) 상의 양쪽 외부면에 길이방향으로 삽입되어 차수판 삽입홈(211)을 형성한다. 즉, PHC 말뚝(200)의 외부면에 설치되는 한 쌍의 채널부재(210)는 도심을 지나는 동일선상에 위치하게 된다. 채널부재(210)는 단면이 ㄷ자 형상을 가지는 형강 즉, 채널(Channel)로 구성되고, 개구가 외측을 향하도록 PHC 말뚝(200)에 고정된다. 채널부재(210)는 PHC 말뚝(200)의 전체 길이에 걸쳐 설치되고 차수판(300)의 일단이 삽입되는 홈을 형성하게 된다.

채널부재(210)는 전단연결재(220)를 이용해 PHC 말뚝(200)에 고정된다. 전단연결재(220)는 채널부재(210)의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 설치되어 채널부재(210)를 PHC 말뚝(200)에 일체로 결합시킨다.

채널부재(210)에 일정 간격으로 다수 개의 전단연결재(220)를 용접하고, 전단연결재(220)를 PHC 말뚝(200)의 보강철근(201)에 용접하여 채널부재(210)를 고정한 상태에서 PHC 말뚝을 원심 성형함으로써 채널부재(210)가 설치된 PHC 말뚝을 제조할 수 있다. 따라서 PHC 말뚝(200)은 외부면에 길이방향으로 차수판(300)의 일단이 삽입되는 홈을 가지는 단면형상이 된다.

이웃하는 PHC 말뚝이 서로 마주보는 채널부재 사이에 차수판(300)이 설치된다. 따라서 PHC 말뚝사이를 통해 굴착 내측으로 지하수가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

차수판(300)은 차수판 삽입홈(211)에 삽입되는 결합단부(310)가 폭방향으로 양쪽 끝단에 형성되고 탄성변형되면서 결합단부(310) 사이의 길이를 신축시키는 탄성절곡부(320)가 결합단부(310) 사이에 형성된 횡단면형상을 가진다.

차수판(300)은 채널부재(210)의 길이에 대응되는 길이를 가진 강판을 결합단부(310)와 탄성절곡부(320)가 형성되도록 다단 절곡하여 제조될 수 있다.

그러나, 이러한 상기의 PHC 말뚝을 이용한 차수 흙막이 벽체는 실제 시공시 다음과 같은 문제점이 발생하여 시공이 곤란하여 적용되지 않고 있다.

① 차수판과 차수홈의 밀착에 의해서는 100% 차수는 불가능하기 때문에 시공 중 누수발생 우려가 크다.

② 시공 시 케이싱 내에 PHC 말뚝을 근입하고 케이싱을 철거하면 주변의 토사가 붕괴되며 PHC 말뚝으로 토사가 밀착되는데, 이때 토사가 차수판 삽입홈(211)을 메우게 되므로 차수판의 삽입이 사실상 불가능하다.

③ 이를 위해 차수판을 헤머등으로 항타할 경우 얇은 차수판이 변형된다.

④ PHC 말뚝은 천공 및 삽입하는 시공과정에서 수직도 오차(경사시공)가 발생하는 데, 오차가 심할 경우 차수판의 삽입이 곤란하거나 삽입홈 사이에 이격이 생겨 누수가 발생할 수 있다.

⑤ 차수 불량으로 누수가 발생하면 보수가 불가능하다.

⑥ 시공시 삽입홈이 도심의 중심선에 정확하게 일렬로 배치되어야 시공이 가능한 공법이며, 일렬배치가 되지 않을 경우 시공이 불가하고, 실제 시공시 평면배치상 일직선으로 시공하는 것은 매우 어렵다.

⑦ 보걸이 설치를 위하여 추가로 너트나 스터드를 PHC 말뚝에 매입하여야 하므로 시공이 복잡하며, 볼트의 탈락 우려가 있다.

국내 등록특허 제10-1302743호 국내 등록특허 제10-1210721호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기성 PHC 말뚝에 종방향으로 2열로 플레이트를 미리 부착하여 제작하고, 이렇게 제작된 변형된 PHC 말뚝으로 주열식 흙막이 벽체를 지중에 형성한 후에 터파기를 시행하면서 이격되어 이웃하는 PHC 말뚝 사이를 종방향 플레이트에 차수용 플레이트를 용접하여 차수벽을 형성하는 공법으로 흙막이 배면이 아닌 굴착 내측에서, 시공이 불확실한 지반 그라우팅이 아닌 육안으로 확인이 가능한 플레이트를 용접하는 방법을 사용하고, 아울러 임의의 차수용 플레이트에 보걸이를 용접 설치하므로 별도의 보걸이 설치를 위한 볼트나 너트 등의 장치가 필요없어 안전성 확보가 용이하며, PHC 말뚝의 중공부에 속채움 콘크리트를 타설함으로써 기존의 PHC 말뚝을 이용한 공법에서 단점으로 지적된 띠장 접촉부의 집중하중이나 동절기 중공부에 유입된 지하수의 동결에 따른 할렬 파괴가 발생하는 것을 방지하도록 하는 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝으로 지중에 주열식 흙막이 벽체를 형성하고, 터파기를 시행하면서 이격되어 이웃하는 PHC 말뚝 사이를 종방향 플레이트에 차수용 플레이트를 용접 설치하여 흙막이 벽체 내측에서 차수벽을 형성하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 이웃하는 PHC 말뚝 사이에 설치된 임의의 차수용 플레이트에 보걸이를 용접 설치한다.

여기에서 또한, 상기 PHC 말뚝의 종방향 플레이트는 직사각판 형태로 형성되거나 또는 양단이 다단으로 절곡된 판 형태로 형성되거나 또는 "L"자 형태로 절곡된 판 형태로 형성되되, 배면에 말뚝 본체에 부착되기 위한 정착 철근 또는 스터드 등과 같은 정착 부재가 결합된다.

본 발명의 다른 특징은,

오거를 이용하여 흙막이 벽체 설치 위치 지반에 케이싱을 삽입하면서 케이싱 내부를 배토하고, 상기 케이싱 내부에 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝을 근입시키고 케이싱을 배출하는 과정을 반복하여 지중에 주열식 흙막이 벽체를 형성하는 흙막이 벽체 형성 공정과; 상기 주열식 흙막이 벽체가 형성되면, 상기 PHC 말뚝의 중공부에 속채움 콘크리트를 상면까지 타설하는 속채움 콘크리트 타설 공정과; 상기 PHC 말뚝으로 형성된 흙막이 벽체 내측 지반을 일정 심도까지 굴착하는 터파기 공정과; 임의의 PHC 말뚝과 이격되어 이웃하는 PHC 말뚝 사이를 종방향 플레이트에 차수용 플레이트를 용접 설치하여 차수벽을 형성하는 차수용 플레이트 설치 공정과; 임의의 차수용 플레이트에 보걸이를 용접 설치하는 보걸이 설치 공정과; 상기 보걸이 상부에 띠장을 설치하고, 상기 주열식 흙막이 벽체를 지지하도록 상기 띠장에 횡방향으로 스트럿을 결합시키는 띠장 및 스트럿 설치 공정; 및 상기 터파기 공정과, 차수용 플레이트 설치 공정과, 보걸이 설치 공정 및 띠장 및 스트럿 설치 공정을 반복하여 최종 굴착면까지 굴착하여 흙막이 벽체를 완성하는 반복 완성 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법은 최종 굴착 지층이 지하수 유출이 용이한 투수층일 경우 흙막이 벽체 배면의 지하수가 굴착면보다 높게 위치하므로 수압 차이에 의해 최종 굴착면 저면으로 지하수가 용출될 수 있으므로 최종 굴착면보다 깊게 흙막이 벽체 주위를 굴착하여 트렌치를 형성하고, 이 깊이까지 상기 차수용 플레이트를 용접 설치한 다음, 상기 트렌치에 콘크리트로 채워 누수를 방지한다.

여기에서 또한, 상기 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법은 최종 굴착 지층이 지하수 유출이 용이한 투수층일 경우 흙막이 벽체 배면의 지하수가 굴착면보다 높게 위치하므로 수압 차이에 의해 최종 굴착면 저면으로 지하수가 용출될 수 있으므로 상기 PHC 말뚝을 케이싱내 에 근입한 다음, 최종 굴착면 이하에 케이싱 내로 그라우팅을 선주입하여 PHC 말뚝 주위에 차수를 시행하고, 최종 굴착면까지 상기 차수용 플레이트를 설치하여 누수를 방지한다.

여기에서 또, 상기 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법은 최종 굴착 지층이 지하수 유출이 용이한 투수층일 경우 흙막이 벽체 배면의 지하수가 굴착면보다 높게 위치하므로 수압 차이에 의해 최종 굴착면 저면으로 지하수가 용출될 수 있으므로 먼저 터파기를 하며 최종 굴착면까지 상기 차수용 플레이트를 설치하고, 터파기 완료 후에 최종 굴착면 이하 상기 PHC 말뚝 주위를 굴착면에서 그라우팅을 주입하여 누수를 방지한다.

여기에서 또, 상기 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법은 상기 PHC 말뚝 측면에 천공홀과 PHC 말뚝 사이의 간극보다 두껍고, 탄성 재질로 형성된 토사유출 차단재를 종방향으로 부착하여 흙막이 벽체를 형성하면, 상기 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착시 이웃하는 PHC 말뚝 사이에서 배면의 채움용 모래나 토사가 굴착 내측으로 유입되는 것을 상기 토사유출 차단재가 임시로 방지하고, 장기적으로는 상기 차수용 플레이트가 토사 및 지하수의 유출을 방지한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법에 따르면 현장타설 콘크리트말뚝 벽체와 달리 공장에서 제작된 기성 PHC 말뚝을 이용하므로 품질 및 구조적 신뢰성 확보가 가능하고 현장작업 최소화로 시공성이 우수하고, 지반 차수 그라우팅을 배제하여 지하수에 의해 발생하는 지반오염 등의 문제가 없어 친환경적이며, 육안으로 확인이 불가능하여 시공이 불확실한 지반내 그라우팅과 달리 차수공정을 흙막이 벽체 배면이 아닌 굴착 내측에서 육안으로 확인하며 차수용 플레이트를 용접하여 수행하므로 신뢰를 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 흙막이 벽체 배면의 지반내 그라우팅 시공불량으로 누수 및 토사유출이 발생하면 보수가 곤란하나, 본 공법은 굴착 내측에서 차수용 플레이트를 용접하므로 누수발생 시에 간단히 보수가 가능하고, 차수용 그라우팅은 흙막이 총공사비의 약 25%를 차지할 정도로 고가이나 이를 배제하여 경제성이 우수하며, PHC 말뚝 내부에 채움 콘크리트를 타설하여 띠장이 접촉하는 부위의 집중하중이나 동절기 유입된 지하수의 동결로 인한 할렬 파괴에 안전하고, 보걸이를 차수용 플레이트에 간단히 용접하여 설치하므로 시공성 및 안전성을 제고할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 종래의 e-콘주 벽체말뚝 PHC 흙막이 벽체 공법을 도시한 도면이다.
도 4는 종래의 HI-PHC 공법을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 종래의 국내 등록특허 제10-1210721호인 PHC 말뚝을 이용한 차수 흙막이 벽체를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 PHC 말뚝에 부착되는 종방향 플레이트의 다양한 실시예들에 따른 구성 방법을 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 의해 시공된 흙막이 벽체의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 10은 도 9의 평면도이다.
도 11은 도 9의 종방향 정면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝이 수직이나 수평오차가 근소한 경우(a)와 수직이나 수평 오차가 일정 정도 발생하는 경우(b)와 수직이나 수평 오차가 과도하게 발생해서 현장에서 차수용 플레이트를 재단하여 폭을 조절하는 경우(c)에 대한 차수용 플레이트가 설치된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 13 내지 도 20은 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법을 설명하기 위한 공정 설명도이다.
도 21은 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법중 선단부를 추가 차수하는 방법을 설명하기 위한 공정 설명도이다.
도 22는 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법중 굴착단계에서 이웃하는 PHC 말뚝 사이에서 배면의 채움용 모래나 토사가 굴착 내측으로 유입되는 것을 임시로 방지하기 위해 PHC 말뚝에 토사유출 차단재를 부착하는 방법을 설명하기 위한 공정 설명도로서, (a)는 천공후 케이싱 내로 PHC 말뚝을 삽입한 단계이고, (b)는 케이싱과 PHC 말뚝 사이를 모래로 채우고 케이싱을 배출한 단계이며, (c)는 PHC 말뚝으로 지중에 주열식 흙막이 벽체를 형성한 후에 내측을 굴착하는 단계로 토사유출 차단재에 의해 채움용 모래나 토사가 유입되는 것을 방지하는 것을 나타낸 설명도이다.

이하, 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 플레이트가 부착된 PHC 말뚝의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 PHC 말뚝에 부착되는 종방향 플레이트의 다양한 실시예들에 따른 구성 방법을 나타낸 단면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝(10)은 말뚝 본체(11)에 종방향 2열로 부착하는 종방향 플레이트(20)를 기존의 PHC 말뚝 제작용 몰드(미도시)에 철근, 볼트 또는 철선 등(미도시)으로 고정시킨 다음, 기존 PHC 말뚝의 제작과 동일하게 몰드에 강봉(13)이 결합된 철근망(15)을 삽입하고, 콘크리트를 타설한 다음, 강봉(13)을 긴장시킨 후 원심력이 발생하도록 회전시켜 몰드내에서 중공의 PHC 말뚝 형상을 완성하고 양생 및 몰드 탈형을 통해 제작한다.

이때, 종방향 플레이트(20)는 도 8에 도시된 바와 같이 직사각판 형태로 형성되거나 또는 양단이 다단으로 절곡된 판 형태로 형성되거나 또는 "L"자 형태로 절곡된 판 형태로 형성되되, 배면에 말뚝 본체에 부착되기 위한 정착 철근 또는 스터드 등과 같은 정착 부재(21)가 결합된다.

이하, 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 의해 시공된 흙막이 벽체의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 의해 시공된 흙막이 벽체의 구성을 나타낸 측단면도이고, 도 10은 도 9의 평면도이며, 도 11은 도 9의 종방향 정면도이고, 도 12는 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝이 수직이나 수평오차가 근소한 경우(a)와 수직이나 수평 오차가 일정 정도 발생하는 경우(b)와 수직이나 수평 오차가 과도하게 발생해서 현장에서 차수용 플레이트를 재단하여 폭을 조절하는 경우(c)에 대한 차수용 플레이트가 설치된 모습을 나타낸 단면도이다.

도 9 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 의해 시공된 흙막이 벽체(1)는 종방향 플레이트(20)가 부착된 PHC 말뚝(10)이 천공 장비에 의해 소정의 위치에 일렬로 이격되어 연속 설치되어 지중에 주열식으로 형성되고, 단계별로 터파기를 시행하며 이웃하는 PHC 말뚝(10) 사이를 종방향 플레이트(20)에 차수용 플레이트(30)를 용접 설치하여 차수벽을 형성한다. 이때, PHC 말뚝(10)의 중공부에는 필요에 따라 콘크리트가 타설된다.

그리고, 차수용 플레이트(30)에 보걸이(40)를 용접하여 직접 결합시키고, 보걸이(40) 상면에 H형강인 띠장(50)을 올린 다음 고정시킨다.

그리고, 서로 대향되는 띠장(50)에 수평 방향 일직선으로 스트럿(60)을 결합시켜 형성한다.

이하, 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 13 내지 도 20은 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법을 설명하기 위한 공정 설명도이고, 도 21은 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법중 선단부를 추가 차수하는 방법을 설명하기 위한 공정 설명도이며, 도 22는 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법중 굴착단계에서 이웃하는 PHC 말뚝 사이에서 배면의 채움용 모래나 토사가 굴착 내측으로 유입되는 것을 임시로 방지하기 위해 PHC 말뚝에 토사유출 차단재를 부착하는 방법을 설명하기 위한 공정 설명도로서, (a)는 천공후 케이싱 내로 PHC 말뚝을 삽입한 단계이고, (b)는 케이싱과 PHC 말뚝 사이를 모래로 채우고 케이싱을 배출한 단계이며, (c)는 PHC 말뚝으로 지중에 주열식 흙막이 벽체를 형성한 후에 내측을 굴착하는 단계로 토사유출 차단재에 의해 채움용 모래나 토사가 유입되는 것을 방지하는 것을 나타낸 설명도이다.

도 13 내지 도 22를 참조하면, 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법은 흙막이 벽체 형성 공정(S10)과, 속채움 콘크리트 타설 공정(S20)과, 터파기 공정(S30)과, 차수용 플레이트 설치 공정(S40)과, 보걸이 설치 공정(S50)과, 띠장 및 스트럿 설치 공정(S60) 및 반복 완성 공정(S70)으로 이루어진다.

《흙막이 벽체 형성 공정-S10》

먼저, 도 13에 도시된 바와 같이 오거(A)를 이용하여 흙막이 벽체 설치 위치의 지반에 케이싱(C)을 삽입하면서 케이싱(C) 내부를 배토하고, 케이싱(C) 내부에 종방향 플레이트(20)가 부착된 PHC 말뚝(10)을 근입시키고, 케이싱(C)을 배출하는 과정을 반복하여 지중에 주열식 흙막이 벽체(1)를 형성한다. 이때, 케이싱(C)의 제거시 배면의 토사 붕괴를 방지하도록 케이싱(C)과 PHC 말뚝(10) 사이에 모래(S)를 채우는 것이 바람직하고, 케이싱(C)이 수직으로 삽입되도록 흙막이 벽체(1) 설치 위치에 2열로 가이드빔(미도시)을 고정 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 도 22에 도시된 바와 같이 PHC 말뚝(10) 측면에 천공홀(D)과 PHC 말뚝(10) 사이의 간극보다 두껍고, 쿠션이 뛰어난 스펀지 등으로 제작된 토사유출 차단재(70)를 종방향으로 부착하여 케이싱(C) 내로 PHC 말뚝(10)을 근입하고, 케이싱(C)을 배출하여 흙막이 벽체(1)를 형성하면, 흙막이 벽체(1) 내측 지반을 굴착할 때 이웃하는 PHC 말뚝 사이에서 배면의 채움용 모래(S)나 토사가 굴착 내측으로 유입되는 것을 토사유출 차단재(70)가 임시로 방지할 수 있고, 장기적으로는 차수용 플레이트(30)가 토사 및 지하수의 유출을 방지한다.

그리고, 케이싱(C) 내부를 배토하고, 케이싱(C) 내부에 종방향 플레이트(20)가 부착된 PHC 말뚝(10)을 근입시키고, 케이싱(C)을 배출하는 과정을 반복하여 지중에 주열식 흙막이 벽체(1)를 형성한다. 이때, 케이싱(C)의 제거시 배면의 토사 붕괴를 방지하도록 케이싱(C)과 PHC 말뚝(10) 사이에 모래를 채우는 것이 바람직하고, 케이싱(C)이 수직으로 삽입되도록 흙막이 벽체(1) 설치 위치에 2열로 가이드빔(미도시)을 고정 설치하는 것이 바람직하다.

《속채움 콘크리트 타설 공정-S20》

주열식 흙막이 벽체(1)가 형성되면, 도 14에 도시된 바와 같이 PHC 말뚝(10)의 중공부에 속채움 콘크리트를 상면까지 타설한다. 이때, 속채움 콘크리트는 흙막이 벽체(1)에 작용하는 하중, 공사 기간 및 시기 등을 고려하여 생략하거나 부분적으로 시행할 수 있다.

《터파기 공정-S30》

PHC 말뚝(10)의 중공부에 속채움 콘크리트의 양생이 완료되면, 도 15에 도시된 바와 같이 흙막이 벽체(1) 내측의 지반을 일정 심도(예를 들어 1~5M)까지 1차 굴착한다.

《차수용 플레이트 설치 공정-S40》

1차 굴착이 완료되면, 도 16에 도시된 바와 같이 임의의 PHC 말뚝(10)과 이격되어 이웃하는 PHC 말뚝(10) 사이를 종방향 플레이트(20)에 차수용 플레이트(30)를 용접 설치하여 차수벽을 형성한다. 이때, PHC 말뚝(10) 근입시 수직이나 수평 오차가 일정 정도 발생하는 경우에도 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 PHC 말뚝(10)의 종방향 플레이트(20)에 용접 결합이 가능하다. 만약, PHC 말뚝(10)의 수직이나 수평 오차가 과도하게 발생하는 경우에는 도 12의 (c)와 같이 현장에서 차수용 플레이트(30)를 재단하여 폭을 조절해서 PHC 말뚝(10)의 종방향 플레이트(20)에 용접 결합시킬 수 있어 융통성이 탁월하므로 기존 흙막이 공법(특허 문헌 002)에 비해 시공성이 우수함을 알 수 있다.

《보걸이 설치 공정-S50》

각각의 이격되어 이웃하는 PHC 말뚝(10)의 종방향 플레이트(20)에 차수용 플레이트(30)가 모두 용접 결합되면, 도 17에 도시된 바와 같이 임의의 차수용 플레이트에 보걸이(40)를 용접 결합시킨다. 이때, 보걸이(40)는 철근이거나 앵글 형태의 형강이 결합되어 설치된다.

《띠장 및 스트럿 설치 공정-S60》

보걸이(40)의 설치가 완료되면, 도 17에 도시된 바와 같이 보걸이 상부에 H형강인 띠장(50)을 설치하고, 주열식 흙막이 벽체(1)를 지지하도록 띠장(40)에 횡방향으로 스트럿(60)을 결합시킨다. 이때, 띠장(50)의 내측면은 PHC 말뚝(10)의 외측면과 밀착된다.

《반복 완성 공정-S70》

띠장(40)과, 스트럿(60)의 설치가 완료되면, 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 터파기 공정(S30)과, 차수용 플레이트 설치 공정(S40)과, 보걸이 설치 공정(S50) 및 띠장 및 스트럿 설치 공정(S60)을 하나의 사이클로 하여 N회 반복 최종 굴착면까지 굴착하여 흙막이 공사를 완료한다.

한편, 본 발명에 따른 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법은 도 21과 같이 최종 굴착면 지층이 지하수 유출이 용이한 투수층일 경우에는 흙막이 벽체(1) 배면의 지하수가 굴착면보다 높게 위치하므로 수압 차이에 의해 최종 굴착면 저면으로 지하수가 용출될 수 있다. 이러한 경우에는 도 21의 (a)에 도시된 바와 같이 최종 굴착면보다 깊게 흙막이 벽체(1) 주위를 굴착하여 트렌치(T)를 형성하고, 이 깊이까지 상기 차수용 플레이트(30)를 용접 설치한 다음, 상기 트렌치(T)에 콘크리트로 채워 누수를 방지할 수 있고, 또는 도 21의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 PHC 말뚝을 케이싱(C) 내에 근입한 다음, 최종 굴착면 이하에 케이싱(C) 내로 그라우팅(G)을 선주입하여 PHC 말뚝(10) 주위에 차수를 시행하고, 최종 굴착면까지 상기 차수용 플레이트(30)를 설치하여 누수를 방지할 수 있고, 역시 도 21의 (b)에 도시된 바와 같이 먼저 터파기를 하며 최종 굴착면까지 상기 차수용 플레이트(30)를 설치하고 터파기 완료 후에 최종 굴착면 이하 상기 PHC 말뚝(10) 주위를 굴착면에서 그라우팅(G)을 주입하여 누수를 방지할 수 있다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 흙막이 벽체 10 : PHC 말뚝
20 : 종방향 플레이트 30 : 차수용 플레이트
40 : 보걸이 50 : 띠장
60 : 스트럿 70 : 토사유출 차단재
C : 케이싱 D : 천공홀
S : 채움용 모래

Claims

삭제
삭제
삭제
오거를 이용하여 흙막이 벽체 설치 위치 지반에 케이싱을 삽입하면서 케이싱 내부를 배토하고, 상기 케이싱 내부에 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝을 근입시키고 케이싱을 배출하는 과정을 반복하여 지중에 주열식 흙막이 벽체를 형성하는 흙막이 벽체 형성 공정과;
상기 주열식 흙막이 벽체가 형성되면, 상기 PHC 말뚝의 중공부에 속채움 콘크리트를 상면까지 타설하는 속채움 콘크리트 타설 공정과;
상기 PHC 말뚝으로 형성된 흙막이 벽체 내측 지반을 일정 심도까지 굴착하는 터파기 공정과;
임의의 PHC 말뚝과 이격되어 이웃하는 PHC 말뚝 사이를 종방향 플레이트에 차수용 플레이트를 용접 설치하여 차수벽을 형성하는 차수용 플레이트 설치 공정과;
임의의 차수용 플레이트에 보걸이를 용접 설치하는 보걸이 설치 공정과;
상기 보걸이 상부에 띠장을 설치하고, 상기 주열식 흙막이 벽체를 지지하도록 상기 띠장에 횡방향으로 스트럿을 결합시키는 띠장 및 스트럿 설치 공정; 및
상기 터파기 공정과, 차수용 플레이트 설치 공정과, 보걸이 설치 공정 및 띠장 및 스트럿 설치 공정을 반복하여 최종 굴착면까지 굴착하여 흙막이 벽체를 완성하는 반복 완성 공정으로 이루어지며,
상기 PHC 말뚝 측면에 천공홀과 PHC 말뚝 사이의 간극보다 두껍고, 탄성 재질로 형성된 토사유출 차단재를 종방향으로 부착하여 흙막이 벽체를 형성하면, 상기 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착시 이웃하는 PHC 말뚝 사이에서 배면의 채움용 모래나 토사가 굴착 내측으로 유입되는 것을 상기 토사유출 차단재가 임시로 방지하고, 장기적으로는 상기 차수용 플레이트가 토사 및 지하수의 유출을 방지하는 것을 특징으로 하는 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법.
제 4 항에 있어서,
상기 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법은,
최종 굴착 지층이 지하수 유출이 용이한 투수층일 경우 흙막이 벽체 배면의 지하수가 굴착면보다 높게 위치하므로 수압 차이에 의해 최종 굴착면 저면으로 지하수가 용출될 수 있으므로 최종 굴착면보다 깊게 흙막이 벽체 주위를 굴착하여 트렌치를 형성하고, 이 깊이까지 상기 차수용 플레이트를 용접 설치한 다음, 상기 트렌치에 콘크리트로 채워 누수를 방지하는 것을 특징으로 하는 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법.
제 4 항에 있어서,
상기 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법은,
최종 굴착 지층이 지하수 유출이 용이한 투수층일 경우 흙막이 벽체 배면의 지하수가 굴착면보다 높게 위치하므로 수압 차이에 의해 최종 굴착면 저면으로 지하수가 용출될 수 있으므로 상기 PHC 말뚝을 케이싱내 에 근입한 다음, 최종 굴착면 이하에 케이싱 내로 그라우팅을 선주입하여 PHC 말뚝 주위에 차수를 시행하고, 최종 굴착면까지 상기 차수용 플레이트를 설치하여 누수를 방지하는 것을 특징으로 하는 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법.
제 4 항에 있어서,
상기 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법은,
최종 굴착 지층이 지하수 유출이 용이한 투수층일 경우 흙막이 벽체 배면의 지하수가 굴착면보다 높게 위치하므로 수압 차이에 의해 최종 굴착면 저면으로 지하수가 용출될 수 있으므로 먼저 터파기를 하며 최종 굴착면까지 상기 차수용 플레이트를 설치하고, 터파기 완료 후에 최종 굴착면 이하 상기 PHC 말뚝 주위를 굴착면에서 그라우팅을 주입하여 누수를 방지하는 것을 특징으로 하는 종방향 플레이트가 부착된 PHC 말뚝에 차수용 플레이트를 용접으로 접합하여 흙막이 벽체와 차수벽을 동시에 조성하는 흙막이 공법.
삭제