KR102016451B1

KR102016451B1 - 입체형 아치구조 가시설 및 이를 이용한 공법

Info

Publication number: KR102016451B1
Application number: KR1020180105414A
Authority: KR
Inventors: 이현웅
Original assignee: (주)테르자기
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2019-09-02

Abstract

본 발명은 사분원호 형태를 갖는 아치형 단위 부재(10) 4개를 조립하여 원주형 단위 모듈(20)이 만들어지고, 상기 원주형 단위 모듈(20) 6개를 정육면체 공간이 형성되도록 배치하고 인접하는 두 개의 상기 원주형 단위 모듈(20)이 만나는 각 접합부를 모두 결합하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 입체형 아치구조 가시설(30)과 이를 이용한 공법에 관한 것이다.
본 발명의 입체형 아치구조 가시설(30)은 원주형 단위 모듈(20)로 이루어진 가설 버팀 구조체로써, 단위 부재의 허용내력을 초과하는 국부적인 편심하중이 작용할 때 단위 부재가 좌굴하고 이에 연결된 흙막이 가설부재들이 연속적으로 좌굴 또는 붕괴될 수 있는 기존 흙막이 지지 가설재와 달리, 국부적인 편심하중을 다른 부재들로 분산하고 다른 부재들과의 합력으로 대응하는 능력이 크다. 따라서 작은 규격의 부재로도 높은 구조안정성을 확보할 수 있고 같은 규격의 부재를 사용하는 경우에는 부재간의 간격을 더 넓게 가져갈 수 있다. 나아가, 지하공사 현장의 형상과 크기에 따라 모듈화된 본 발명의 구조체 여러 개를 병렬 연결하고 단순 조립함으로써 토압 수압 등 외력에 효율적으로 대응하고 내부에는 지하 터파기공사 또는 지하구조물 철거공사에 필요한 굴착장비 등의 작업공간을 넓게 확보할 수 있다.

Description

입체형 아치구조 가시설 및 이를 이용한 공법{Temporary apparatus of cubic arch-structure and construction method using the same}

본 발명은 토압 수압 등 외부하중을 지탱해야 하는 가시설이 필요한 지하 터파기공사, 지하구조물 철거공사 등에 적용할 수 있는 가설 버팀 구조체로서 입체형 아치구조 가시설 및 이를 이용한 공법에 관한 것이다.

각종 건설공사를 위한 터파기 또는 지반굴착시 지하공간은 대개의 경우 사각의 육면체로 된 공간구조로 형성되며, 지하 터파기공사시 측면에서 발생하는 토압에 저항하기 위한 흙막이벽체 구성공법으로는 엄지말뚝+토류판, 강널말뚝(sheet pile), SCW, CIP, 지하연속벽(slurry wall) 등이 대표적 공법이며, 구성된 흙막이벽체를 안정하게 지지하는 공법으로는 어스앵커(earth anchor)공법 IPS공법 등이 있으나, 일반적으로 흙막이벽과 띠장(wale), 버팀보(strut), 중간말뚝(post pile), 보강재, 사보강재 또는 경사버팀대(raker) 등의 흙막이벽 지지용 가시설을 설치하여 안정성을 확보하고 본 공사를 진행한다(도 1).

이때 토압이나 수압과 중장비하중은 계절에 따라 우기와 건기 또는 시간에 따른 지하수위의 변화 및 주변환경의 변화에 따른 조건들이 시시각각 변화하며, 가시설에 예기치 않았던 토압에 더해 수압이나 부력이 발생하거나 집중하중이 발생할 수 있고, 이러한 불안정요인 때문에 H-형강의 약축(弱軸)을 보강하기 위해 많은 양의 수직/수평 브레이싱(bracing)이 설치되고, 이로 인한 불안정한 작업공정이 발생하며, 제한적인 버팀보의 수직/수평 간격 및 구조물 간섭에 의한 터파기 작업공간 협소화는 물론, 벽체 이상변위시 약축의 급격한 좌굴현상 등으로 갑작스런 변위와 함께 붕괴로 이어지는 안전사고가 빈번히 발생하고 있다.

설계나 시공시에 가시설의 구조해석은 취약한 단면을 검토함으로써 가시설의 구조안정성을 확보하는데, 실제는 토류벽을 지지하고 있는 지지 부재들 간의 압축과 인장, 휨 등이 때에 따라 바뀌기도 하고 국부적인 집중하중이 발생하기 때문에 이에 효율적으로 대응할 수 있는 설계와 시공기술이 필요한 실정이다.

또한, 지하구조물 철거작업은 구조물의 노후와 인근건축물에 미치는 영향과 지하수위 변동 등 주변환경에 미치는 영향과 안전성이 신축공사보다 까다롭고 어려운 작업이 수반된다. 더욱이 기존 구조물의 설계도서 부재와 철거장비 및 철거방법 등의 기술적 한계로 안전에 대한 문제가 상존하며, 지중 구조물 철거작업시 안전사고가 빈번히 발생하고 인명사고도 지속 발생하고 있는 실정이다.

따라서, 철거공사시 사전에 안전관리를 위한 철거안전심의 등 기준이 마련되어가고 있기는 하나, 기술적인 보강과 연구개발이 더욱 절실하다.

현재의 지하시설 철거시 안전시설로 사용되는 가시설재는 버팀대나 비계, 동바리 등 일반적인 가설 자재들이 주종을 이루고 철거 장비 중심으로 작업이 이루어지고 있어, 안전을 고려한 가시설 공법이 절실히 요구되고 있다.

지하 건설공사에 사용되는 가시설을 개선함에 있어 선행기술인 특허등록 제1010615160000호(아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 기시설 구조)는 흙막이벽체를 구성하는 엄지말뚝(H-pile)의 하단과 호스가이드부재 하단 사이의 홈에 양측 끝단이 끼워지며 중앙부분은 일정한 곡률로 라운드져 형성되어 엄지말뚝과 함께 토류벽체를 이루는 아치형 강판 파일과 그라우트층으로 구성된 기술로써, 흙막이벽체의 강성을 증가시키는 것을 주요 목적으로 한다.

또다른 선행기술인 특허등록 제1009912080000호(개량된 가시설용 프리스트레스트 강재띠장 및 이의 시공방법) 및 특허등록 제1015001440000호(아치형 광폭띠장 및 아치형 광폭띠장 구조체) 역시 위 선행기술과 같이 흙막이벽체의 강성을 증가시키는데 주안점을 두고 개발된 기술이다.

본 발명은 기존 흙막이공법의 가시설로 사용되는 버팀보, 중간말뚝, 경사버팀대 등을 대체할 수 있으며, 토압 수압 등 외부하중에 대한 응력이 개선되고, 모듈화 정형화된 부재를 사용하여 시공성과 경제성이 향상된 가설 버팀 구조체를 개발하고자 하였다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 중심각 90도의 사분원호(四分圓弧, quadrant) 형태를 갖는 아치형 단위 부재(10) 4개를 조립하여 원주형 단위 모듈(20)을 만들고, 상기 원주형 단위 모듈(20) 6개를 정육면체 공간이 형성되도록 배치하고 인접하는 두 개의 상기 원주형 단위 모듈(20)이 만나는 각 접합부를 모두 결합하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 입체형 아치구조 가시설(30)을 개발하였다.

구체적으로, 상기 입체형 아치구조 가시설(30)을 구성하는 상기 아치형 단위 부재(10)는 아치형의 본체(15)와 상기 본체(15)의 양쪽 단부에 설치되는 연결부(40)로 이루어지고, 상기 본체(15)와 양단의 상기 연결부(40)를 포함하여 사분원호를 이루며, 상기 본체(15)의 한쪽 단부에는 제1 직육면체형 연결부재(41)가 설치되고 반대쪽 단부에는 상기 제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 평판형 연결부재(45)가 부착되며, 상기 제1 직육면체형 연결부재(41)와 평판형 연결부재(45)에는 볼트 체결용 볼트체결공(47)이 형성되어 있고, 두 개의 상기 아치형 단위 부재(10)끼리 연결하는 경우 각 상기 아치형 단위 부재(10)를 구성하는 상기 제1 직육면체형 연결부재(41)와 마주하는 상기 제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 상기 평판형 연결부재(45)를 맞대고 상기 볼트로 체결 결합되며, 4개의 상기 아치형 단위 부재(10)를 이와 같은 방법으로 결합하여 상기 원주형 단위 모듈(20)이 만들어지고, 두 개의 상기 원주형 단위 모듈(20)끼리 직각 방향으로 연결하는 경우 각 상기 원주형 단위 모듈(20)의 상기 제1 직육면체형 연결부재(43)가 직각으로 만나는 부분에 제2 직육면체형 연결부재(43)를 추가하고 각 상기 제1 직육면체형 연결부재(41)와 상기 제2 직육면체형 연결부재(43)를 상기 볼트로 접합함으로써 결합되며, 6개의 상기 원형 단위 모듈(20)을 이와 같은 방법으로 결합하여 모듈화된 입체형 아치구조 가시설(30)을 만들 수 있다.

또한, 상기 제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 상기 제2 직육면체형 연결부재(43)는 H-빔(51)을 중심재로 하고 상기 H-빔(51)의 4개 측면 중 2개 또는 3개 측면에 평강판(53)을 부착하여 만들어지며, 상기 제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 상기 제2 직육면체형 연결부재(43)는 상기 볼트를 이용한 조립작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 육면 중 최소 한면이 개방되도록 한다.

이러한 상기 입체형 아치구조 가시설(30)을 이용함으로써 지하공사 현장의 형상에 따라 여러 개의 상기 입체형 아치구조 가시설(30)을 수평 또는 수직 방향으로 병렬 연결 축조하여 지하공간을 채우는 다양한 형상의 가설 버팀구조 집합체를 만들 수 있다.

지하터파기공사에 적용하여 상기 입체형 아치구조 가시설(30)을 토류벽에 연결하는 경우, 상기 제2 직육면체형 연결부(43)를 먼저 토류벽의 엄지말뚝 또는 띠장에 연결한 후 토류벽에 선접합된 상기 제2 직육면체형 연결부(43)와 연결하는 구조로 설치될 수 있다.

또, 지하구조물 철거공사에 적용되는 경우, 철거될 지하구조물 내부 공간의 형상과 크기에 맞게 다수 개의 상기 입체형 아치구조 가시설(30)을 수직 또는 수평 방향으로 병렬 연결하여 지하공간을 채우는 제1 단계; 지하구조물 바닥면으로부터 1m 내외의 벽체를 절단하고 철거한 후 토사 되메움과 상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 바닥면에 위치한 상기 원주형 단위 모듈(20)을 해체하는 제2단계; 상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 중간 높이까지 벽체를 철거한 후 토사 되메움과 상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 측면 하반부를 해체하는 제3단계; 상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 상단부까지 벽체를 철거한 후 토사 되메움과 상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 상반부를 해체하는 제4단계; 상기 입체형 아치구조 가시설(30)이 수직 방향으로 이중, 삼중 또는 그이상 조합되어 다층을 이루는 경우 상기 제1단계부터 제4단계까지의 작업이 순차적으로 반복 진행되는 5단계;를 포함하는 방법으로 공사를 수행할 수 있다.

본 발명의 효과는 다음과 같다.

첫째, 본 발명의 입체형 아치구조 가시설은 사분원호 형태의 아치형 단위 부재로 원주형의 단위 모듈을 만들고 원주형의 단위 모듈로 이루어진 입체형 아치구조 가설재로써, 단위 부재의 허용내력을 초과하는 국부적인 편심하중이 작용할 때 단위 부재가 좌굴하고 이에 연결된 흙막이 가설부재들이 연속적으로 좌굴 또는 붕괴될 수 있는 기존 흙막이벽 지지 가설재와 달리(도 1(d) 참조), 입체형 아치구조 가시설을 구성하는 기본 모듈이 원주형이므로 외부하중에 대한 응력이 크고, 국부적인 편심하중을 다른 부재들로 분산하고 다른 부재들과의 합력으로 대응하는 능력이 크다. 따라서 작은 규격의 부재로도 높은 구조안정성을 확보할 수 있고 같은 규격의 부재를 사용하는 경우에는 부재간의 간격을 더 넓게 가져갈 수 있으므로 굴착장비 등 본공사에 필요한 작업공간을 넓게 확보할 수 있다.

둘째, 본 발명의 입체형 아치구조 가시설은 모듈화 정형화된 가설재로써, 직경 3m, 6m, 10m, 15m 등 필요에 따라 다양한 크기로 제작할 수 있으며, 터파기 또는 철거하고자 하는 지하공간의 모양과 크기에 따라 모듈화된 구조체 여러 개를 병렬 연결하고 반복 조립하는 작업을 통해 대규모의 가시설을 효율적으로 설치할 수 있다.

셋째, 본 발명의 입체형 아치구조 가시설은 효율적인 가설 버팀 구조체로써 기존 흙막이구조에 사용되는 띠장(wale), 보강재, 사보강재, 중간말뚝(post pile), 버팀보(strut)와 경사버팀대(raker)를 대체할 수 있다.

넷째, 본 발명의 입체형 아치구조 가시설은 토류벽과 접속 및 상기 입체형 아치구조 가시설 형성이 현장에서 상기 단위 아치형 부재들의 조립에 의해 현장의 여건과 구조에 맞게 조립됨으로써 시공성을 높일 수 있다.

다섯째, 입체형 아치구조 가시설은 H-빔, 각관 등의 일반 상용재료로 제작이 가능하므로 경제성을 높일 수 있다.

도 1은 지하터파기공사에서 일반적으로 사용되고 있는 흙막이공법의 구성부재, 설치상태를 보여주는 도면(a)과 사진(b)이다.
도 2는 아치형 단위 부재(10)의 본체와 연결부재를 도시한 것이다.
도 3은 아치형 단위 부재(10) 4개를 조립하여 만들어지는 원주형 단위 모듈(20)의 정면도이다.
도 4는 원주형 단위 모듈(20) 6개를 조립하여 만들어지는 입체형 아치구조 가시설(30)의 사시도이다.
도 5는 H-빔(51)을 중심재로 하여 제작되는 제1 또는 제2 직육면체형 연결부재(41, 43)의 사시도이다.
도 6은 2 개의 원주형 단위 모듈(20)을 직각으로 연결하는 경우 접합부의 연결구조를 나타낸 사시도이다.
도 7은 입체형 아치구조 가시설(30)을 수직 및 수평 방향으로 병렬 연결하여 만들어지는 가설 버팀구조 집합체의 개괄도이다.
도 8은 원주형 단위 모듈(20)과 반원호형 단위 모듈(25)을 조합하여 만들어지는 입체형 아치구조 가시설의 일 실시예를 도시한 것이다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 실시예와 함께 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 입체형 아치구조 가시설(30)을 구성하는 기본 단위 부재는 사분원호(四分圓弧, quadrant) 형태의 아치형 단위 부재(10)이다. 아치형 단위 부재(10)는 아치형의 본체(15)와 상기 본체(15)의 양쪽 단부에 설치되는 연결부(40)로 이루어지고, 본체(15)와 양단의 연결부(40)를 포함하여 중심각 90도의 사분원호 규격으로 정밀하게 제작된다. 도 2는 아치형 단위 부재(10)의 본체(15)와 연결부(40)에 사용되는 연결부재인 제1 직육면체형 연결부재(41)과 평판형 연결부재(45)를 도시한 것이다. 도 1에서 제1 직육면체형 연결부재(41)의 경우 배면 사시도를 추가하였다.

아치형 단위 부재(10)의 본체(15)는 지하공사용 가설 버팀 구조체인 입체형 아치구조 가시설(30)의 뼈대를 이루는 부재로써 H-빔, 각관 등 강재를 사용하는 것이 바람직하다. 각 도면에서 본체(15)는 이 중 H-빔을 사용한 것으로 도시되었다.

기본 단위 부재인 아치형 단위 부재(10)를 여러 개 조립하여 원주형(圓周形, circumference-shaped) 단위 모듈(20)을 만들고, 원주형 단위 모듈(20) 여러 개를 조합하여 본 발명의 입체형 아치구조 가시설(30)을 조립하는 방법은 다음과 같다.

도 3은 아치형 단위 부재(10) 4개를 조립하여 만들어지는 원주형 단위 모듈(20)의 정면도이다.

아치형 단위 부재(10)를 구성하는 본체(15)의 한쪽 단부에는 제1 직육면체형 연결부재(41)가 설치되고 반대쪽 단부에는 제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 평판형 연결부재(45)가 부착되며, 제1 직육면체형 연결부재(41)와 평판형 연결부재(45)에는 볼트(도시하지 않음) 조립용 볼트체결공(47)이 형성되어 있고, 두 개의 아치형 단위 부재(10)끼리 연결하는 경우 각 아치형 단위 부재(10)를 구성하는 제1 직육면체형 연결부재(41)와 마주하는 제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 평판형 연결부재(45)를 맞대고 볼트로 결합되며, 4개의 아치형 단위 부재(10)를 이와 같은 방법으로 결합하여 원주형 단위 모듈(20)이 만들어진다.

도 4는 원주형 단위 모듈(20) 6개를 조립하여 만들어지는 입체형 아치구조 가시설(30)의 사시도이다.

두 개의 원주형 단위 모듈(20)끼리 직각 방향으로 연결하는 경우 각 원주형 단위 모듈(20)의 제1 직육면체형 연결부재(43)가 직각으로 만나는 부분에 제2 직육면체형 연결부재(43)를 추가하고 각 제1 직육면체형 연결부재(41)와 제2 직육면체형 연결부재(43)를 볼트로 체결함으로써 결합되며, 6개의 원형 단위 모듈(20)이 직각으로 만나는 12군데 연결부를 이와 같은 방법으로 결합하여 입체형 아치구조 가시설(30)이 완성된다.

도 4에서 보는 바와 같이 입체형 아치구조 가시설(30)은 원주형 단위 모듈(20)을 사용하여 정육면체의 작업공간을 구성 부재에 의한 장애 없이 확보할 수 있다.

연결부(40)에 사용되는 연결부재의 형상과 구조는 다음과 같다.

제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 제2 직육면체형 연결부재(43)는 직육면체(정육면체 포함) 형상으로 제작된다. 연결부재를 직육면체 형상으로 함으로써, 원형 단위 모듈(20)끼리 접합할 때 연결부재들(41, 43)이 만나는 접합 평면이 전면적으로 밀착되어 강한 마찰력으로 긴밀하게 결합될 수 있다.

직육면체형 연결부재(41, 43)는 각관 또는 평판을 절단하고 접합하여 제작할 수 있다. 또는, H-빔(51)을 중심재로 하고 H-빔(51)의 4개 측면 중 2개 또는 3개 측면에 평강판(53)을 부착하여 보다 강성이 높은 직육면체형 연결부재(41, 43)를 만들 수 있다. 도 5는 H-빔(51)을 중심재로 하여 제작되는 제1 또는 제2 직육면체형 연결부재(41, 43)의 사시도이다.

H-빔(51)을 중심재로 하여 만들어진 제1 직육면체형 연결부재(41)의 경우, 본체(15)의 H-빔과 연결부재(41)의 H-빔(51)이 동일한 규격으로 서로 직결됨으로써 아치형 단위 부재(10)의 강성을 개선하고, 현장에 설치된 후 하중을 받을 때 외부하중을 입체형 아치구조 가시설(30)을 구성하는 타 부재로 원활하게 전달할 수 있으므로 특히 제1 직육면체형 연결부재(41)는 H-빔(51)을 중심재로 하여 제작되는 것이 바람직하다.

제1 직육면체형 연결부재(41)는 별도로 제작되어 아치형 단위 부재(10)의 본체(15)에 용접으로 접합될 수 있다. 또는, 본체(15)를 제작할 때 제1 직육면체형 연결부재(41)의 길이만큼 더 연장된 부재를 사용하고 제1 직육면체형 연결부재(41)에 해당하는 부분은 본체(15)와 달리 직선이 되도록 하고 직선 부분에 필요한만큼 평강판을 추가 부착하는 등 가공함으로써 제1 직육면체형 연결부재(41)를 본체(15) 제작단계에서 본체(15)와 동시에 제작할 수 있다. 본체(15)를 H-빔으로 제작하는 경우 이와 같은 방법으로 H-빔(51)을 중심재로 한 제1 직육면체형 연결부재(41)를 본체(15) 제작단계에서 본체(15)와 일체로 만들 수 있는 것이다.

제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 제2 직육면체형 연결부재(43)는 볼트를 이용한 조립작업(수작업과 공구작업 포함)이 용이하게 이루어질 수 있도록 육면 중 최소 한면이 개방되는 구조를 갖는다.

아치형 단위 부재(10)의 단부에 설치되는 제1 직육면체형 연결부재(41)의 경우, 다른 아치형 단위 부재(10)의 연결부(40)와 연결되기 위해서는 반드시 본체(15) 반대편 면에 볼트체결공(47)이 형성된 평강판이 접합되어야 하므로, 개방되는 면은 본체쪽 면이나 좌우 측면이 되어야 한다. 본체쪽 면만 개방되는 경우에도 연결부(40)의 조립작업이 가능하지만, 구조체의 강성 확보에 문제가 없고 조립실시설계에 따라 조립에 사용되지 않는 측면이 있는 경우 좌우 측면 중 한 측면도 개방될 수 있다.

연결부(40)에 사용되는 연결부재(41, 43, 45)에 볼트체결공(47)을 형성하는 경우, 볼트체결공(47)의 위치와 수량은 구조검토와 조립실시설계에 따르되 조립에 필요한 수량 만큼만 천공함으로써 연결부재(41, 43, 45)의 단면결손을 최소화하고 연결부재(41, 43, 45)의 강성을 최대한 확보하는 것이 중요하다.

또, 제2 직육면체형 연결부재(43)를 이용해 2개 또는 3개의 제1 직육면체형 연결부재(41)를 상호 연결하거나, 입체형 아치구조 가시설(30)을 토류벽의 엄지말뚝과 연결하는 경우, 제2 직육면체형 연결부재(43)는 구조체의 강성 확보에 문제가 없고 조립실시설계에 따라 접합에 사용되지 않는 면 중 한 면 이상을 개방할 수 있다.

도 7은 입체형 아치구조 가시설(30)을 수직 및 수평 방향으로 병렬 연결하여 만들어지는 가설 버팀구조 집합체의 개괄도이다. 전후 좌우 상하로 2열씩 모두 8개(=2×2×2)의 입체형 아치구조 가시설이 축조된 집합체를 개괄적으로 도시하였다.

본 발명의 입체형 아치구조 가시설(30)은 가시설이 적용되는 지하공사 현장의 형상에 따라 여러 개의 입체형 아치구조 가시설(30)을 수평 또는 수직 방향으로 병렬 연결하여 지하공간을 채우는 다양한 형상의 가설 버팀구조 집합체를 만들 수 있다.

입체형 아치구조 가시설(30)을 병렬 연결하는 경우, 6개의 원주형 단위 모듈(20)로 이루어진 입체형 아치구조 가시설(30)을 단순하게 적층 또는 나열하고 연결함으로써 가설 버팀구조 집합체를 만들 수 있다. 그런데, 이런 단순 적층 또는 나열로 연결하는 경우에는 상하 또는 좌우로 2개의 원주형 단위 모듈(20)이 중첩되게 된다. 이렇게 중첩되는 경우 각 원주형 단위 모듈(20)의 4군데에 설치되어 있는 제1 직육면체형 연결부재(41)끼리 직접 연결하거나 가운데 제2 직육면체형 연결부재(43)를 추가로 끼워넣고 각 제1 직육면체형 연결부재(43)와 연결하는 방법으로 2개의 입체형 아치구조 가시설(30)을 연결할 수 있다.

그런데, 중첩되는 원주형 단위 모듈(20) 중 하나가 없어도 구조안정성에 문제가 없는 경우에는 굳이 중첩 연결하지 않고, 중첩 부위에서 후속 설치되는 원주형 단위 모듈(20)의 설치를 생략함으로써 시공성과 경제성을 높이는 것이 바람직할 것이다.

입체형 아치구조 가시설(30)의 정육면체 공간 내부에 아치형 단위 부재(10) 여러 개를 다양한 형태로 조립하여 입체형 아치구조 가시설(30)의 내부응력을 보다 견고하게 보강할 수 있다. 도 8은 두 개의 아치형 단위 부재(10)를 조립하여 반원호형(半圓弧形, semicircular arc-shaped) 단위 모듈(25)을 만들고 두 개의 반원호형 단위 모듈(25)을 사용하여 입체형 아치구조 가시설(30)의 내부 강성을 보강한 일 실시예를 도시한 것이다. 도 8에서는 반원호형 단위 모듈(25)로 내부 강성을 보강하면서 입체형 아치구조 가시설(30)의 하부에 설치되는 원주형 단위 모듈(20)을 제거한 상태를 나타내고 있다. 이 경우 실제 작업현장에서는 제거한 원주형 단위 모듈(20)을 두 개의 반원호형 단위 모듈(25)로 분해하여 도 8과 같은 구조체를 형성할 수 있다.

본 발명의 입체형 아치구조 가시설(30)을 구성하는 상기 단위 아치형 부재(10)는 H-빔, 각관, 평강판 등 현장에서 통상적으로 사용되는 일반 상용재료로 제작이 가능하다.

또, 본 발명을 구성하는 원주형 단위 모듈(20)은 적용 현장의 조건에 따라 3m, 6m, 10m, 15m 등의 다양한 직경을 갖는 사분원호 형태의 아치형 단위 부재(10)로 만들어질 수 있다.

본 발명의 입체형 아치구조 가시설(30)을 지하터파기공사에 적용하여 입체형 아치구조 가시설(30)을 토류벽에 연결하는 경우, 제1 직육면체형 연결부재(41)를 직접 토류벽의 엄지말뚝이나 띠장에 연결할 수도 있지만, 제2 직육면체형 연결부재(43)를 먼저 토류벽의 엄지말뚝 또는 띠장에 연결한 후 토류벽에 선접합된 상기 제2 직육면체형 연결부재(43)와 제1 직육면체형 연결부재(41)를 연결하는 구조로 설치함으로써 시공성을 더 높일 수 있다.

본 발명의 입체형 아치구조 가시설(30)을 지하구조물 철거공사에 적용할 수 있는 공법의 일 실시예는 다음과 같다.

철거될 지하구조물 내부 공간의 형상과 크기에 맞게 다수 개의 입체형 아치구조 가시설(30)을 수평 또는 수직 방향으로 병렬 연결하여 지하공간을 채우는 제1 단계; 지하구조물 바닥면으로부터 1m 내외의 벽체를 절단하고 철거한 후 토사 되메움과 입체형 아치구조 가시설(30)의 바닥면에 위치한 원주형 단위 모듈(20)을 해체하는 제2단계; 입체형 아치구조 가시설(30)의 중간 높이까지 벽체를 철거한 후 토사 되메움과 입체형 아치구조 가시설(30)의 측면 하반부를 해체하는 제3단계; 입체형 아치구조 가시설(30)의 상단부까지 벽체를 철거한 후 토사 되메움과 상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 상반부를 해체하는 제4단계; 상기 입체형 아치구조 가시설(30)이 수직 방향으로 이중, 삼중 또는 그이상 조합되어 다층을 이루는 경우 상기 제1단계부터 제4단계까지의 작업이 순차적으로 반복 진행되는 5단계;를 포함하여 지하구조물의 철거공사를 진행할 수 있다.

본 발명의 입체형 아치구조 가시설(30)은 동일한 규격으로 제작된 6개의 원주형 단위 모듈(20)을 조립하여 정육면체 형태의 입체 구조체를 이루는 것을 기본으로 하지만, 현장 조건과 보다 유리한 작업 조건 형성을 위해 필요한 경우에는 아치형 단위 부재(10) 2개를 연결하여 만들어지는 반원호형 단위 모듈(25)과 원주형 단위 모듈(20)을 적절하게 조립하여 다양한 형태를 갖는 입체 구조체를 조성할 수 있다. 더 나아가 중심각이 다른 아치형 단위 부재(10)로 만들어진 원주형 단위 모듈(20)과 반원호형 단위 모듈(25)을 조합하여 다양한 형상의 입체형 아치구조 가시설(30)을 제작할 수 있다.

본 출원에서 사용한 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된 것이며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명을 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 변형된 실시예가 가능하며 다양한 분야에서 사용될 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 청구범위는 이 건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

10: 아치형 단위 부재 15: 본체
20: 원주형 단위 모듈 25: 반원호형 단위 모듈
30: 입체형 아치구조 가시설
40: 연결부 41: 제1 직육면체형 연결부재
43: 제2 직육면체형 연결부재 45: 평판형 연결부재
47: 볼트체결공
51: H-빔 53: 평강판

Claims

H-빔 등 강재를 소재로 한 사분원호 형태를 갖는 아치형 단위 부재(10) 4개를 조립하여 원주형 단위 모듈(20)이 만들어지고,
상기 원주형 단위 모듈(20) 6개를 정육면체 공간이 형성되도록 배치하고 인접하는 두 개의 상기 원주형 단위 모듈(20)이 만나는 각 접합부를 모두 결합하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 입체형 아치구조 가시설(30).
제1항에서,
상기 아치형 단위 부재(10)는 아치형의 본체(15)와 상기 본체(15)의 양쪽 단부에 설치되는 연결부(40)로 이루어지고 상기 본체(15)와 양단의 상기 연결부(40)를 포함하여 중심각 90도의 사분원호를 이루며,
상기 본체(15)의 한쪽 단부에는 제1 직육면체형 연결부재(41)가 설치되고 반대쪽 단부에는 상기 제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 평판형 연결부재(45)가 부착되고,
상기 제1 직육면체형 연결부재(41)와 평판형 연결부재(45)에는 볼트(도시하지 않음) 체결용 볼트체결공(47)이 형성되어 있고,
두 개의 상기 아치형 단위 부재(10)끼리 연결하는 경우 각 상기 아치형 단위 부재(10)를 구성하는 상기 제1 직육면체형 연결부재(41)와 마주하는 상기 제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 상기 평판형 연결부재(45)를 맞대고 볼트를 체결하여 결합되며, 4개의 상기 아치형 단위 부재(10)를 이와 같은 방법으로 결합하여 상기 원주형 단위 모듈(20)이 만들어지고,
두 개의 상기 원주형 단위 모듈(20)끼리 직각 방향으로 연결하는 경우 각 상기 원주형 단위 모듈(20)의 상기 제1 직육면체형 연결부재(43)가 직각으로 만나는 부분에 제2 직육면체형 연결부재(43)를 추가하고 각 상기 제1 직육면체형 연결부재(41)와 상기 제2 직육면체형 연결부재(43)를 볼트로 체결하여 결합되며, 6개의 상기 원주형 단위 모듈(20)을 이와 같은 방법으로 결합하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 입체형 아치구조 가시설(30).
제2항에서,
상기 제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 상기 제2 직육면체형 연결부재(43)는 H-빔(51)을 중심재로 하고 상기 H-빔(51)의 4개 측면 중 2개 또는 3개 측면에 평강판(53)을 부착하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 입체형 아치구조 가시설(30).
제2항 또는 제3항에서,
상기 제1 직육면체형 연결부재(41) 또는 상기 제2 직육면체형 연결부재(43)는 상기 볼트를 이용한 조립작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 육면 중 최소 한면이 개방된 것을 특징으로 하는 입체형 아치구조 가시설(30).
삭제
제1항에서,
상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 정육면체 공간 내부에 상기 아치형 단위 부재(10) 또는 상기 아치형 단위 부재(10) 2개를 연결하여 만들어지는 반원호형 단위 모듈(25)을 추가 설치하여 외부하중에 대한 응력과 구조안정성을 보강할 수 있는 가설 버팀 구조체인 것을 특징으로 하는 입체형 아치구조 가시설(30).
삭제
제1항에서,
지하터파기공사에서 토류벽에 연결하는 경우, 제2 직육면체형 연결부(43)를 먼저 토류벽의 엄지말뚝 또는 띠장에 연결한 후 토류벽에 선접합된 상기 제2 직육면체형 연결부(43)에 연결하는 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 입체형 아치구조 가시설(30).
지하구조물 철거공사에서,
철거될 지하구조물 내부 공간의 형상과 크기에 따라 다수 개의 입체형 아치구조 가시설(30)을 수평 또는 수직방향으로 병렬 연결하여 지하공간을 채우는 제1 단계;
지하구조물 바닥면으로부터 1m 내외의 벽체를 절단하고 철거한 후 토사 되메움과 상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 바닥면에 위치한 원주형 단위 모듈(20)을 해체하는 제2단계;
상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 중간 높이까지 벽체를 철거한 후 토사 되메움과 상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 측면 하반부를 해체하는 제3단계;
상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 상단부까지 벽체를 철거한 후 토사 되메움과 상기 입체형 아치구조 가시설(30)의 상반부를 해체하는 제4단계;
상기 입체형 아치구조 가시설(30)이 수직 방향으로 이중, 삼중 또는 그이상 조합되어 다층을 이루는 경우 상기 제1단계부터 제4단계까지의 작업이 순차적으로 반복 진행되는 5단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체형 아치구조 가시설(30)을 이용한 지하구조물 철거공법.