KR102123543B1 - 중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법에 관한 것이다.
본 발명의 중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법은, 지하 구조물의 구축시 구조물을 하향식으로 축조해 나가는 탑다운 공법에 있어서, 지중에 흙막이벽체(100)를 구축하는 흙막이벽시공단계와; 흙막이벽체(100)에 의해 둘러싸인 내부 공간에 철골기둥(200)을 지상으로부터 수직으로 박아 설치하는 기둥시공단계와; 흙막이벽체(100)의 내측을 소정 깊일 굴토하여 터파기 작업을 수행하고, 터파기 작업에 의해 노출된 흙막이벽체(100)의 측면에 수평으로 띠장(4)을 설치하는 띠장설치단계와; 서로 마주보는 띠장(4)과 그 사이의 철골기둥(200)을 연결하는 수평보(300)를 설치하는 수평보설치단계;를 포함하여 구성되며, 상기 띠장설치단계와 수평보설치단계가 반복 실시되며, 내부 공간에 설계에 따라 벽체(500)와 바닥(600) 및 기초(700)를 시공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 중앙 기둥을 RCD나 PRD와 같은 방식으로 시공하지 않고 공장에서 제작되는 철골기둥을 설치함으로써 재료비가 절감되고 공정이 단순화되어 공기를 절감할 수 있게 된다.

Description

중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법{Top-down method using center post pile}

본 발명은 지하 구조물의 시공에 있어서 지표 측에서 지하로 순차적으로 구조물을 시공하는 탑다운 공법에 관한 것으로, 특히 중앙에 RCD나 PRD 방식의 대구경 파일을 설치하는 대신 철골기둥을 시공함으로써 공사비를 절감하고 절차를 단순화하여 공사 기간을 단축할 수 있도록 한, 중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법에 관한 것이다.

일반적으로 건물의 지하층을 시공하는 방법으로는 종래로부터 여러 가지의 시공법이 알려져 있으며 이를 분류하는 방식도 여러 가지가 있을 수 있지만, 이들을 지하구조물을 구축 시공하는 방향에 따라 분류하면 다음과 같이 크게 순타공법과 역타공법으로 대별할 수 있다.

상기 순타공법은 기존으로부터 가장 보편적으로 적용되고 있던 방식으로서, 이는 지상으로부터 흙막이벽과 함께스트러트(strut; 버팀대), 레이커, 어스앵커, 락 볼트 등과 같은 가설 지지수단을 설치하여 상기 흙막이벽이 붕괴되지 않게지지된 상태로 기초 저면 레벨까지 지하 토공사를 완료한 다음 상기 가설 지지수단을 아래에서부터 해체해 나가면서 최저층부터 지상까지 구조물을 순차적으로 시공하는 공법에 해당한다.

둘째, 역타공법은 일명 탑다운(Top-Down) 공법이라고도 하는 것으로, 이는 지하 토공사를 수행해 나감과 동시에 지하층 본 구조물 공사를 병행함으로써 상기 시공된 지하층 구조물이 토공사 중에는 횡토압에 대한 버팀대의 역할을 하도록 하면서 지하 구조물을 위에서 아래 방향으로, 즉, 전술한 통상적인 순타공법과는 반대 방향으로 시공하여 내려가는 공법이다.

이러한 탑다운 공법은 파일의 종류에 따라 PRD 공법, RCD 공법 등이 있다.

RCD공법은 "데크 현수식 지하 구조물 역타설공법"(한국 공개특허공보 제10-2006-0096706호, 특허문헌 1)에 소개되어 있는데, 지름 1,500 ~ 2,500까지 원형으로 굴착하여 대형 철골을 설치하는 공법으로 경암 굴착이 가능하다.

PRD 공법은 "탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조"(한국 등록특허공보 제10-1600531호, 특허문헌 2)에 소개되어 있는데, RCD 공법과 달리 공내에 벤토나이트나 청수를 사용하지 않고 RCD보다 구경이 작고 해머의 회전력과 충격에 의한 굴착이므로 설치기간이 짧고 경제적이다.

이때, PRD는 영구기초가 설치되기 전까지의 시공 하중을 부담하는 역할을 하게 된다.

그런데, 종래의 RCD나 PRD의 경우 현장에서의 공정이 복잡하여 공사비가 상승하고, 공기가 길어지는 단점이 있다.

KR 10-2006-0096706 (2006.09.13) KR 10-1600531 (2016.02.29)

본 발명은 중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법으로서, 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 중앙 기둥을 RCD나 PRD와 같은 방식으로 시공하지 않고 공장에서 제작되는 철골기둥을 설치함으로써 재료비가 절감되고 공정이 단순화되어 공기를 절감할 수 있게 하려는 것이다.

이때, 철골기둥의 선단에 선단확장판을 설치하고, 지하구조물의 기초 이하 부분에는 철골기둥 주변에 콘크리트를 타설하여 영구기초를 보강하여 구조적 안정성을 높일 수 있게 하려는 것이다.

더하여, 흙막이벽체 시공을 위한 말뚝 시공시 중간에 H형강이 내장된 말뚝 없이 전체적으로 철근만 내장된 말뚝을 형성하되, 철근조립체를 구성함에 있어서 박리부재를 이용하여 콘크리트에 일체화되지 않고 상부가 밴딩 가능한 지지철근을 설치한 후 말뚝 시공 후 지지철근 상부를 밴딩하도록 구성하고, 별도의 브라켓 없이 그 위에 바로 띠장을 안착시켜 고정함으로써 띠장과 말뚝 사이의 거리를 최소화시키고, 물과 접촉하면 팽창하는 간극채움재를 말뚝과 띠장 사이에 설치한 후 간극채움재를 팽창시켜 전체적으로 띠장과 말뚝이 밀착되어 구조적 안정성을 높일 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 지하 구조물의 구축시 구조물을 하향식으로 축조해 나가는 탑다운 공법에 있어서, 지중에 흙막이벽체(100)를 구축하는 흙막이벽시공단계와; 흙막이벽체(100)에 의해 둘러싸인 내부 공간에 철골기둥(200)을 지상으로부터 수직으로 박아 설치하는 기둥시공단계와; 흙막이벽체(100)의 내측을 소정 깊일 굴토하여 터파기 작업을 수행하고, 터파기 작업에 의해 노출된 흙막이벽체(100)의 측면에 수평으로 띠장(4)을 설치하는 띠장설치단계와; 서로 마주보는 띠장(4)과 그 사이의 철골기둥(200)을 연결하는 수평보(300)를 설치하는 수평보설치단계;를 포함하여 구성되며, 상기 띠장설치단계와 수평보설치단계가 반복 실시되며, 내부 공간에 설계에 따라 벽체(500)와 바닥(600) 및 기초(700)를 시공하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 있어서, 상기 철골기둥(200)의 하부에 사각 강관(201)이 설치되고, 사각 강관(201)의 하부에는 사각 강관(200)보다 외측으로 돌출된 선단확장판(210)이 설치되어 있으며, 상기 사각 강관(201)의 외주면에는 스터드볼트(202)가 용접 고정되어 있고, 상기 기둥시공단계에서 기초(700) 레벨 이하의 철골기둥(200) 둘레에 콘크리트를 타설하여 기초보강부(220)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 흙막이벽시공단계는, 굴착장비를 이용하여 천공홀(1)을 형성하고 천공홀(1) 내부에 케이싱(2)을 설치하는 천공단계와; 다수 개의 수직철근(11)과, 상기 수직철근(11)을 감싸 연결되는 띠철근(12)으로 구성된 철근조립체(10)를 제조하되, 상기 철근조립체(10)의 외측에 철근조립체(10) 길이 방향으로 연장되며 일정 길이를 갖는 지지철근(13)을 설치하되, 지지철근(13)의 하부는 띠철근(12)에 용접 고정하여 결합부(13b)를 형성하고, 상기 결합부(13b)의 상부는 띠철근(12)에 분리 가능하도록 결속철선(13d)으로 결속하는 철근조립단계와; 일측에 수직 방향의 끼움홈(14a)이 형성된 박리부재(14)를 준비한 후, 상기 끼움홈(14a)에 상기 지지철근(13)이 끼워지도록 하면서 박리부재(14)를 철근조립체의 외측에 설치하는 박리부재설치단계와; 박리부재(14)가 흙막이벽체를 형성하는 방향이 되도록 상기 철근조립체(10)를 케이싱(2) 내부에 삽입한 후 케이싱(2) 내부에 콘크리트를 타설하고 케이싱(2)을 인발하여 타설말뚝(3)을 시공하는 타설단계;로 구성되고, 상기 띠장설치단계는, 타설말뚝(3)과 접한 지중을 굴착하여 박리부재(14)가 위치한 타설말뚝(3) 표면이 노출면이 되도록 한 다음 상기 지지철근(13)의 상부측에 대응되는 위치의 박리부재 외측의 콘크리트 피복을 박리하여 박리부재(14)를 노출시키는 제1박리단계와; 상기 콘크리트 피복이 박리되고 노출된 박리부재(14)를 내측의 콘크리트로부터 박리하여 지지철근(13)의 상부를 외부로 노출시키는 제2박리단계와; 상기 제2박리단계에 의해 노출된 지지철근(13)을 결속철선(13d)으로부터 분리한 후 밴딩하여 결합부(13b)의 상부가 결합부(13b)으로부터 꺾인 밴딩부(13a)를 형성하는 밴딩단계와; 내부에 수 팽창성 시멘트(52)와 충진재(54)가 충진되어 물과 접촉하여 부피가 팽창하도록 이루어져 있으며, 유연성 시트 재질로 이루어진 관상의 관통부재(55)가 일측과 타측 벽면을 관통하여 설치되어 있는 간극채움재(50)를 준비하여 상기 관통부재(55)에 밴딩부(13a)를 관통시키는 채움재설치단계와; 상기 밴딩된 지지철근(13) 상부에 띠장(4)을 안착시켜 연결하는 띠장연결단계와; 상기 간극채움재(50)에 물을 뿌려 간극채움재(50)를 팽창시켜 외부유닛(53)의 양측 벽면이 띠장(4)과 타설말뚝(3)의 표면에 밀착되고, 제1박리단계 및 제2박리단계를 거쳐 형성된 타설말뚝(3) 표면의 홈이 메워지도록 하는 밀착단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 간극채움재는, 내부에 내부충진공간(51a)이 형성되어 있고, 연질 시트로 이루어져 있는 내부유닛(51)과, 상기 내부충진공간(51a)에 충진되며, 수분과 접촉하면 부피가 팽창하는 소재로 이루어진 분말상의 수 팽창성 시멘트(52)와, 상기 내부유닛(51)의 외부를 감싸 설치되어 있고, 연질 시트로 이루어져 있되, 내주면이 내부유닛(51)의 외주면과 이격된 외부충진공간(53a)을 형성하는 외부유닛(53)과, 상기 외부충진공간(53a)에 충진되어 있는 충진재(54)와, 상기 외부유닛(53)과 내부유닛(51)을 관통하며 유연성을 갖는 시트 재질로 이루어진 관상의 관통부재(55)로 구성되고, 상기 외부유닛(53)은 상기 충진재가 내외로 통과되지 않고 수분은 통과할 수 있는 다공성을 가지며, 상기 내부유닛(51)은 상기 분말상의 수 팽창성 시멘트(52)가 내외로 통과되지 않고 수분은 통과할 수 있는 다공성을 가지고, 상기 관통부재(55)는 내부충진공간(51a) 및 외부충진공간(53a) 내부에서 길이 방향으로 신장 가능하게 주름진 형태로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 박리부재(14)의 일측에는 외광내협 형태의 식별재설치홈(14b)이 형성되어 있고, 몸체가 상기 식별재설치홈(14b) 형상에 대응되는 형상의 탄성 재질의 식별재(20)가 상기 식별재설치홈(14b)에 끼움 결합되되, 식별재(20)의 내측 단부에는 걸림돌기(21)가 외측으로 돌출된 채 형성되어 상기 식별재설치홈(14b)을 강제로 관통한 후 몸체의 채 이탈이 방지되도록 구성되며, 식별재(20)의 외측 단부는 특정 색상 또는 마크가 인쇄 처리된 인쇄부(22)가 형성되어 있고, 상기 식별재(20)는 수분과 접촉하여 부피가 팽창하는 재질로 이루어져 콘크리트 타설에 따른 수분 접촉시 외측이 상기 박리부재(14)의 외측으로 팽창하여 천공홀(1)의 내주면에 닿도록 돌출하여 인쇄부(22)가 타설말뚝(3)의 외주면으로 노출되도록 하며, 상기 제1박리단계에서 인쇄부(22)를 통해 박리 위치를 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 중앙 기둥을 RCD나 PRD와 같은 방식으로 시공하지 않고 공장에서 제작되는 철골기둥을 설치함으로써 재료비가 절감되고 공정이 단순화되어 공기를 절감할 수 있게 된다.

이때, 철골기둥의 선단에 선단확장판을 설치하고, 지하구조물의 기초 이하 부분에는 철골기둥 주변에 콘크리트를 타설하여 영구기초를 보강하여 구조적 안정성을 높일 수 있게 된다.

더하여, 흙막이벽체 시공을 위한 말뚝 시공시 중간에 H형강이 내장된 말뚝 없이 전체적으로 철근만 내장된 말뚝을 형성하되, 철근조립체를 구성함에 있어서 박리부재를 이용하여 콘크리트에 일체화되지 않고 상부가 밴딩 가능한 지지철근을 설치한 후 말뚝 시공 후 지지철근 상부를 밴딩하도록 구성하고, 별도의 브라켓 없이 그 위에 바로 띠장을 안착시켜 고정함으로써 띠장과 말뚝 사이의 거리를 최소화시키고, 물과 접촉하면 팽창하는 간극채움재를 말뚝과 띠장 사이에 설치한 후 간극채움재를 팽창시켜 전체적으로 띠장과 말뚝이 밀착되어 구조적 안정성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법을 순차적으로 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에서 흙막이벽시공단계를 순차적으로 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에서 본 발명에서 철근조립체의 조립 상태를 나타낸 분해 사시도.
도 4는 본 발명에서 철근조립체의 조립 상태를 순서대로 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에서 타설말뚝의 형성 상태 및 1차박리단계를 거친 상태를 나타낸 사시도.
도 6은 2차박리단계 및 밴당단계를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명에서 띠장이 지지철근에 안착된 상태를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명에서 박리부재의 일 예를 나타낸 부분절단 사시도.
도 9는 본 발명에서 박리부재에 식별재가 설치되는 상태를 나타낸 분해 사시도.
도 10은 식별재의 작동 상태를 나타낸 단면 개략도.
도 11은 본 발명에서 철골기둥의 하부 상세를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

1. 흙막이벽시공단계

먼저, 설계에 따라 지하 구조물이 형성될 외곽 경계선을 감안하여 지중에 흙막이벽체(100)를 구축한다.

상기 흙막이벽체(100)는 주지하는 바와 같이 지하 터파기 시 주위 토사가 붕괴하는 것을 방지하기 위하여 지하층의 외부 경계측에설치되는 구조물을 말하는 것으로, 본 발명에 있어서 이와 같은 흙막이벽체는 CIP, SCW, 슬러리 월, 토류판 등과 같이 기존에 알려진 일반적인 가설 흙막이 공법 중에서 현장 상황에 맞추어 적절한 공법을 선정하여 실시할 수 있다. 도 1에는 상기와 같이 흙막이 공사를 수행하여 흙막이벽체(100)가 설치된 상태가 도시되어 있다.

다만, 본 발명에 따른 공법에서 흙막이벽체(100)를 구성하는 말뚝과 띠장이 견고하게 밀착될 경우 탑다운 시공시 구조적 안정성을 높일 수 있기 때문에 흙막이벽시공단계는 하기와 같은 CIP 공법으로 진행됨이 바람직하다.

보다 구체적으로 도 2 등에 도시되어 있는 바와 같이 천공단계, 철근조립단계, 박리부재설치단계 및 타설단계로 구성될 수 있다.

천공단계는 오거 등의 굴착장비를 이용하여 도 2와 같이 천공홀(1)을 형성하고 천공홀(1) 내부에 케이싱(2)을 설치하는 공정이다.

철근조립단계는 도 2의 두번째 도면에 나타난 바와 같이 다수 개의 수직철근(11)과, 상기 수직철근(11)을 감싸 연결되는 띠철근(12)으로 구성된 철근조립체(10)를 제조한다.

이때, 상기 철근조립체(10)의 외측에 철근조립체(10) 길이 방향으로 연장되며 일정 길이를 갖는 지지철근(13)을 설치하는 것을 특징으로 한다.

지지철근(13)은 하부는 타설말뚝(3)과 일체화되어야 함과 더불어, 상부는 밴딩된 채 띠장(4)의 하중을 충분히 지지할 수 있어야 한다.

이를 위해 지지철근(13)의 하부 즉, 밴딩이 이루어지는 구간의 하부에 위치하는 부분은 띠철근(12)에 용접 고정하여 결합부(13b)를 형성하는 것이 바람직하다.

도면기호 "13c"는 띠철근(12)과 용접된 용접부를 의미한다.

더하여, 밴딩이 이루어지는 구간의 상부는 타설말뚝(3)에 일체로 연결되면 않되며 손쉽게 분리될 수 있어야 한다.

이를 위해 밴딩이 이루어지는 부분을 기준으로 상측 즉, 결합부(13b)의 상측은 도면에 도시된 바와 같이 띠철근(12)에 결속철선(13d)에 의해 결속되어 추후 손쉽게 분리되도록 이루어짐이 바람직하다.

아울러, 밴딩이 이루어지는 부분을 기준으로 상측은 전술한 것처럼 타설된 콘크리트와 일체화 않되는 것이 바람직한 바, 도 4에 나타난 것처럼 비닐 등과 같은 연질 소재의 커버(30)가 끼워질 수도 있다.

박리부재설치단계는 도 2의 세번째 도면에 나타난 바와 같이 일측에 수직 방향의 끼움홈(14a)이 형성된 박리부재(14)를 준비한 후, 상기 끼움홈(14a)에 상기 지지철근(13)이 끼워지도록 하면서 박리부재(14)를 철근조립체의 외측에 설치하는 것으로 구성된다.

끼움홈(14a)은 박리부재(14)의 내주면을 상하 단부까지 가로지르는 방향으로 형성될 수도 있고, 박리부재(14)의 상단과 하단으로부터 이격된 형태가 되도록 설치할 수도 있다.

더하여, 도면에서 박리부재(14)는 지지철근(13)의 길이만큼 형성된 예가 도시되어 있는데, 이는 이해의 편의를 위해 도시한 것이며, 지지철근(13)이 밴딩되는 지점을 기준으로 상측만을 커버링할 정도의 크기로 형성될 수도 있다.

이러한 박리부재(14)는 도시된 것처럼 철근조립체(10)의 외측에 설치되는데,박리부재(14)의 일측에 홀 타공이 이루어지고, 철사 등을 이용하여 철근조립체(10)의 수직철근(11)이나 띠철근(12)에 결속되어 조립될 수 있다.

한편, 박리부재(14)의 재질은 금속판이나 목재판 등 다양한 재질로 구성될 수도 있다.

그 중에서 콘크리트와 접한 면에서 손쉽게 분리가 가능하고 가볍고, 저렴한 소재가 적합하며, 대표적으로는 스티로폼을 예로 들 수 있다.

스티로폼은 가볍고 저렴하면서 콘크리트와 접한 면을 손쉽게 분리할 수 있다.

타설단계는 도 2의 네번째 도면에 나타나 있는 바와 같이 박리부재(14)가 흙막이벽체를 형성하는 방향이 되도록 상기 철근조립체(10)를 케이싱(2) 내부에 삽입한 후 케이싱(2) 내부에 콘크리트를 타설하고 케이싱(2)을 인발하여 타설말뚝(3)을 시공한다.

이때, 철근조립체(10)를 삽입할 때 원할한 삽입이 가능하도록 케이싱(2) 내주면과 이격된 상태로 삽입하게 되고, 타설 후 케이싱(2)을 외부로 인발함에 따라 박리부재(14)는 그 자체로 타설말뚝(3)의 노출면이 되지 못하고, 박리부재(14)와 타설말뚝(3) 외주면 사이에 피복층(3a)이 형성된다.

상기한 단계는 기존에 알려진 CIP공법과 마찬가지로 반복되어 계속 진행되어 다수 개의 타설말뚝(3)이 연속적으로 연결 형성되도록 시공된다.

2. 기둥시공단계

흙막이벽체(100)에 의해 둘러싸인 내부 공간에 철골기둥(200)을 지상으로부터 수직으로 박아 설치한다.

이때, 철골기둥(200)은 지하층 시공 중에 흙막이벽체(100)를 지지하는 수평보(300)가 연결되어 토압을 저항하는 센터파일로써의 역할을 하게 된다.

이때, 철골기둥(200)의 위치를 평면 설계상 구조체로써 기둥이 설치되어야 할 위치에 설치되도록 하여 공사 완료 후 상부로부터의 축력을 기초로 전달하는 건물 본 구조체인 기둥으로서의 역할을 하도록 할 수도 있다.

이 경우 도시된 바와 같이 상기 철골기둥(200)의 하부 선단에 철골기둥(200)보다 외측으로 돌출된 선단확장판(210)이 설치되어 있으며, 상기 기둥시공단계에서 기초(700) 레벨 이하의 철골기둥(200) 둘레에 콘크리트를 타설하여 기초보강부(220)를 형성하도록 할 수 있다.

기초보강부(220)를 형성하게 되면 기초보강부(220)가 기초(700)를 보강하는 역할을 하여 구조적 안정성을 높여줄 수 있게 된다.

이러한 철골기둥(200)의 시공은 철골기둥(200)의 하부 선단부에 선단확장판(210)을 먼저 설치한 후 공지의 회전 및 타격식 근입장비에 철골기둥(200)을 연결하여 지중에 근입시킬 수 있다.

선단확장판(210)은 도시된 바와 같이 그 둘레가 철골기둥(200)의 외측으로 돌출되어 있으며, 하부에 굴착비트와 같이 돌출된 돌기가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우 근입시 철골기둥(200) 주변의 토사를 교반시켜 굴착하게 되어 콘크리트 타설시 타설된 콘크리트가 주변의 토사와 교반되는 효과를 갖게 된다.

콘크리트를 타설하기 위한 방안은 철골기둥(200)에 주입을 위한 주입관을 연결한 채 근입시킨 상태에서 콘크리트를 주입관을 통해 콘크리트를 공급함으로써 이루어질 수 있게 된다.

도 11에서 도면기호 '211'은 선단확장판(210) 하부에 형성되는 각뿔을 의미한다.

도면을 살펴보면 철골기둥(200)과 선단확장판(210) 사이에 사각 강관(201)이 설치되고, 사각 강관(201)의 외주면에는 스터드볼트(202)들이 용접 고정되어 구성되어 있다.

이러한 구성은 선단부에 설치된 사각 강관(201)과 서트드볼트(202)들이 선단지지력을 보다 증가시켜줄 수 있게 된다.

3. 띠장설치단계

흙막이벽체(100)의 내측을 소정 깊일 굴토하여 터파기 작업을 수행하고, 터파기 작업에 의해 노출된 흙막이벽체(100)의 측면에 수평으로 띠장(4)을 설치한다.

터파기가 완료되면, 흙막이벽체(100)의 노출된 측면에 통상의 철골좌대를 부착 설치하고, 그 위에 띠장(4)을 설치할 수 있다.

하지만 통상적인 CIP 방식의 흙막이벽체 형성시 띠장(4)과 흙막이벽체(100)가 밀착되지 못해 구조적 안정성에 문제를 일으키는 바, 도 2에 도시된 흙막이벽시공단계에 이어 하기와 같은 방식으로 띠장(4)을 설치하는 것이 보다 바람직하다.

이를 위한 띠장설치단계는 제1박리단계, 제2박리단계, 밴딩단계, 채움재설치단계, 띠장연결단계 및 밀착단계로 구성된다.

제1박리단계는 타설말뚝(3)과 접한 지중을 굴착하여 박리부재(14)가 위치한 타설말뚝(3) 표면이 노출면이 되도록 한 다음 상기 지지철근(13)의 상부측에 대응되는 위치의 박리부재(14) 외측의 콘크리트 피복 즉, 상기 피복층(3a)을 망치 등의 각종 공구(a)를 이용하여 박리한다.

이때, 박리부재(14)과 전술한 스티로폼과 같이 자체적으로 탄성을 갖는 부재로 이루어진 경우 공구로 타격할 때 충격을 흡수하게 되어 타설말뚝(3)의 손상은 방지된다.

이러한 과정에 의해 박리부재(14)의 외주면은 외부로 노출되도록 한다.

박리할 부분의 확인은 타설말뚝(3)의 표면을 공구로 쳐 봤을 때, 내부의 박리부재(14)로 인해 소리가 다른 부분을 확인하여 시공할 수 있다.

하지만 이러한 방식의 경우 경험이 적은 작업자의 경우 잘못된 지점을 박리하는 등 작업 정확도가 떨어질 수 있다.

한번 타설된 타설말뚝(3)은 시공된 후에는 재시공이 어렵기 때문에 타설말뚝(3)을 손상시키는 것은 최소화되어야 한다.

이를 위해 도시되어 있는 바와같이 상기 박리부재(14)의 일측에는 외광내협 형태의 식별재설치홈(14b)이 형성되어 있고, 식별재설치홈(14b)에 식별재(20)를 설치할 수 있다.

식별재(20)는 몸체가 상기 식별재설치홈(14b) 형상에 대응되는 형상의 탄성재질을 가져 상기 식별재설치홈(14b)에 끼움 결합되도록 구성된다.

이를 위한 식별재(20)의 재질은 고무가 가능하다.

이때, 식별재(20)의 내측 단부에는 걸림돌기(21)가 외측으로 돌출된 채 형성되어 상기 식별재설치홈(14b)을 강제로 관통한 후 몸체의 채 이탈이 방지되도록 구성된다.

더하여, 식별재(20)의 외측 단부는 특정 색상 또는 마크가 인쇄 처리된 인쇄부(22)가 형성되어 작업자가 손쉽게 위치를 확인하도록 구성된다.

아울러, 상기 식별재(20)는 수분과 접촉하여 부피가 팽창하는 재질로 이루어져 콘크리트 타설에 따른 수분 접촉시 외측이 상기 박리부재(14)의 외측으로 팽창하여 천공홀(1)의 내주면에 닿도록 돌출하여 인쇄부(22)가 타설말뚝(3)의 외주면으로 노출되도록 구성된다.

즉, 상기 제1박리단계에서 인쇄부(22)를 통해 박리 위치를 육안으로 확인할수 있게 된다.

이를 위한 식별재(20)의 소재는 수분에 접촉할 경우 팽창하는 성질을 갖는 고무 재질로 구성됨이 바람직하다.그 예로는 고무 주재 100 중량부와, 가황 조제 13 중량부, 물팽창제 15 중량부를 포함하여 구성될 수 있다.

고무 주재와 가황 조제는 통상의 고무 제품 제조에 사용되는 원료를 사용할수 있으며, 물 팽창제로는 소듐 벤토나이트나 카르복시메틸셀룰로오스 등으로 구성될 수 있다.

상기한 조성의 식별재(20)의 작용은 도 11에 도시되어 있는 바와 같이 콘크리트 타설 전에는 식별재(20)의 일측 표면이 식별재설치홈(14b)에 끼워진 상태에서미돌출 상태로 있다가 콘크리트 타설시 수분과 접촉하게 되면 도면과 같이 팽창하여 돌출되어 천공홀의 벽면에 닿게 되어 인쇄부(22)가 외부로 노출된 상태를 이를수 있게 된다.

제2박리단계는 상기 콘크리트 피복이 박리되고 노출된 박리부재(14)를 내측의 콘크리트로부터 박리하여 지지철근(13)의 상부를 외부로 노출시키는 것으로 구성된다.

이때, 외부로 노출된 지지철근(13)은 전술한 바와 같이 상기 박리부재(14)의 끼움홈(14a)에 끼워져 있던 상태이므로 표면에 콘크리트가 결합되어 있지 않거나 미량 부착된 상태를 이룬다.

더하여, 전술한 바와 같이 커버(30)가 끼워져 있던 상태일 경우에는 콘크리트가 결합되어 있지 않은 상태로 손쉽게 밴딩을 할 수 있게 된다.

밴딩단계는 상기 제2박리단계에 의해 노출된 지지철근(13)을 결속철선(13d)으로부터 분리한 후 밴딩 공구를 이용하여 밴딩하여 결합부(13b)의 상부가 결합부(13b)으로부터 꺾인 밴딩부(13a)를 형성하도록 구성된다.

밴딩 단계를 거침에 따라 지지철근(13)은 타설말뚝(3)의 내부에 삽입되어 콘크리트에 완전히 일체화된 결합부(13b)와, 콘크리트와 연결되지 않은 상태로 외측으로 밴딩되어 돌출된 밴딩부(13a)를 이루게 된다.

밴딩 위치는 도면에 의해 한정되지 않고 홈(3b)을 기준으로 하부측에서 밴딩 처리될 수도 있다.

채움재설치단계는 내부에 수 팽창성 시멘트(52)와 충진재(54)가 충진되어 물과 접촉하여 부피가 팽창하도록 이루어져 있으며, 유연성 시트 재질로 이루어진 관상의 관통부재(55)가 일측과 타측 벽면을 관통하여 설치되어 있는 간극채움재(50)를 준비하여 상기 관통부재(55)에 밴딩부(13a)를 관통시켜 설치하는 구성으로 이루어진다.

이때, 상기 간극채움재(50)는 내부에 내부충진공간(51a)이 형성되어 있고, 연질 시트로 이루어져 있는 내부유닛(51)과, 상기 내부충진공간(51a)에 충진되며, 수분과 접촉하면 부피가 팽창하는 소재로 이루어진 분말상의 수 팽창성 시멘트(52)와, 상기 내부유닛(51)의 외부를 감싸 설치되어 있고, 연질 시트로 이루어져 있되, 내주면이 내부유닛(51)의 외주면과 이격된 외부충진공간(53a)을 형성하는 외부유닛(53)과, 상기 외부충진공간(53a)에 충진되어 있는 충진재(54)와, 상기 외부유닛(53)과 내부유닛(51)을 관통하며 유연성을 갖는 시트 재질로 이루어진 관상의 관통부재(55)로 구성되고, 상기 외부유닛(53)은 상기 충진재가 내외로 통과되지 않고 수분은 통과할 수 있는 다공성을 가지며, 상기 내부유닛(51)은 상기 분말상의 수 팽창성 시멘트(52)가 내외로 통과되지 않고 수분은 통과할 수 있는 다공성을 가지고, 상기 관통부재(55)는 내부충진공간(51a) 및 외부충진공간(53a) 내부에서 길이 방향으로 신장 가능하게 주름진 형태로 설치되어 있는 것이 바람직하다.

수 팽창성 시멘트(52)는 산화칼슘(CaO) 22 중량%, 이산화규소 33 중량%, 아황산 12 중량%, 알루미나 15 중량%, 산화철 18 중량%로 이루어진 혼화재가 시멘트 100 중량부 대비 1 ~ 3 중량부 첨가된 구성으로 이루어질 수 있다.

상기한 조성은 아황산 성분이 팽창성을 주도하고, 산화칼슘 성분이 초기팽창량과 복염 생성 반응의 진행 속도를 촉진시키는 구성이다.

상기한 구성을 만족시키는 내부유닛(51)으로는 융점이 250℃ 이상인 고융점 폴리에스터와 융점이 220℃ 이하인 저융점 폴리에스터가 3 : 7의 중량비로 웹이 형성되도록 니들 펀칭되어 형성된 것으로 구성될 수 있다.

이러한 중량비는 형태 안정성이 높아 내부유닛(51)이 안정적으로 분말상의 수 팽창성 시멘트(52)를 수용한 상태를 이루게 됨은 물론, 물과 시멘트의 혼합액은 손쉽게 외부로 빠져나올 수 있게 해준다.

또, 외부유닛은 내부유닛(51)보다는 더 유연하여 내용물이 팽창할 때 충분한 부피 팽창이 가능할 수 있도록 이를 수용할 수 있도록 유연해야 한다.

이를 위해 융점이 250℃ 이상인 고융점 폴리에스터와 융점이 220℃ 이하인 저융점 폴리에스터가 5 : 5의 중량비로 웹이 형성되도록 니들 펀칭함으로써 제조될 수 있다.

이러한 중량비는 형태 안정성은 전술한 내부유닛(51)보다는 낮아 보다 유연성이 높다.

이러한 구성의 외부유닛(53)은 연질 시트를 이루게 되며, 상기 충진재가 내외로 통과되지 않고 수분은 통과할 수 있게 된다.

충진재(54)로는 모래나 자갈 등의 공지의 무기질 재료로 구성될 수 있다.

관통부재(55)는 양단을 당겨 늘여놓은 길이가 외부유닛(53)의 양단 사이의 길이보다 긴 상태에서 외부유닛(53)의 양단과 연결하여 자연스럽게 관통부재(55)의 외주면에는 외력이 작용하지 않은 상태에서는 주름진 형태를 취하게 된다.

띠장연결단계는 상기 밴딩된 지지철근(13) 상부에 띠장(4)을 안착시켜 연결하는 것으로 구성된다.

띠장과의 결합은 용접, 클램핑 등 다양한 수단으로 연결될 수 있다.

이때, 띠장(4)은 최대한 밀어넣어 지지철근(13)을 관통한 간극채움재(50)를 타설말뚝(3) 측으로 밀착시킨다.

밀착단계는 상기 간극채움재(50)에 물을 뿌려 간극채움재(50)를 팽창시켜 외부유닛(53)의 양측 벽면이 띠장(4)과 타설말뚝(3)의 표면에 밀착되고, 제1박리단계 및 제2박리단계를 거쳐 형성된 타설말뚝(3) 표면의 홈이 메워지도록 한다.

구체적으로, 제1박리단계 및 제2박리단계를 거침에 따라 타설말뚝(3)의 표면에는 홈(3b)이 형성되며, 이 홈(3b)이 형성된 부분에서 띠장(4)은 타설말뚝(3)과 미접촉 상태를 갖게 되며, 다른 부분에 비해 그 거리가 더 커진 상태를 이룬다.

간극채움재(50)에 물을 공급하게 되면 모래(54)는 부직포로 이루어진 외부유닛(53) 외부로 빠져나오지 못한 상태를 이루면서 물은 내부충진공간(51a)으로 스며들어 수 팽창성 시멘트(52)와 접촉하게 되고, 물과 접촉한 수 팽창성 시멘트(52)는 부피가 팽창하면서 내부유닛(51)을 통과하면서 모래와 결합된 채 굳어 경화되게 된다.

더 나아가 간근채움재(50)가 팽창할 때 팽창하면서 홈(3b)도 채워주게 되어 띠장(4)에 연결되는 가설재의 구조적 안정성을 제공해주게 된다.

4. 수평보설치단계

서로 마주보는 띠장(4)과 그 사이의 철골기둥(200)을 연결하는 수평보(300)를 평면 설계에 맞추어 해당 위치에 조립 설치한다.

이때, 수평보(300)는 지하층 시공 중에는 흙막이벽체로부터 가해지는 토압을 지지하는 스트러트와 같은 역할을 하며, 공사 완료 후에는 본 구조물로 영구히 존치되게 된다.

상기한 구성에서 상기 띠장설치단계와 수평보설치단계가 반복 실시되며, 도 1에 도시된 것처럼 내부 공간에 설계에 따라 벽체(500)와 바닥(600) 및 기초(700)를 시공한다.

바닥(600), 벽체(500) 및 기초(700)의 형성은 최하층까지 띠장설치단계 및 수평보설치단계가 완료된 후에 진행될 수도 있고, 순차적으로 진행될 수도 있다.

1 : 천공홀 2 : 케이싱
3 : 타설말뚝 3a : 피복층
3b : 홈 4 : 띠장
10 : 철근조립체 11 : 수직철근
12 : 띠철근 13 : 지지철근
13a : 밴딩부 13b : 결합부
13c : 용접부 13d : 결속철선
14 : 박리부재 14a : 끼움홈
14b : 식별재설치홈 20 : 식별재
21 : 걸림돌기 22 : 인쇄부
30 : 커버 50 : 간극채움재
51 : 내부유닛 51a : 내부충진공간
52 : 수 팽창성 시멘트 53 : 외부유닛
53a : 외부충진공간 54 : 모래
55 : 관통부재 55a : 주름
57 : 체결끈 100 : 흙막이벽체
200 : 철골기둥 210 : 선단확장판
220 : 기초보강부 300 : 수평보
500 : 벽체 600 : 바닥
700 : 기초 a : 공구

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 지하 구조물의 구축시 구조물을 하향식으로 축조해 나가는 탑다운 공법에 있어서,
   지중에 흙막이벽체(100)를 구축하는 흙막이벽시공단계와;
   흙막이벽체(100)에 의해 둘러싸인 내부 공간에 철골기둥(200)을 지상으로부터 수직으로 박아 설치하는 기둥시공단계와;
   흙막이벽체(100)의 내측을 소정 깊일 굴토하여 터파기 작업을 수행하고, 터파기 작업에 의해 노출된 흙막이벽체(100)의 측면에 수평으로 띠장(4)을 설치하는 띠장설치단계와;
   서로 마주보는 띠장(4)과 그 사이의 철골기둥(200)을 연결하는 수평보(300)를 설치하는 수평보설치단계;를 포함하여 구성되며,
   상기 띠장설치단계와 수평보설치단계가 반복 실시되며, 내부 공간에 설계에 따라 벽체(500)와 바닥(600) 및 기초(700)를 시공하고,
   
   상기 철골기둥(200)의 하부에 사각 강관(201)이 설치되고, 사각 강관(201)의 하부에는 사각 강관(200)보다 외측으로 돌출된 선단확장판(210)이 설치되어 있으며,
   상기 사각 강관(201)의 외주면에는 스터드볼트(202)가 용접 고정되어 있고,
   상기 기둥시공단계에서 기초(700) 레벨 이하의 철골기둥(200) 둘레에 콘크리트를 타설하여 기초보강부(220)를 형성하며,
   
   상기 흙막이벽시공단계는,
   굴착장비를 이용하여 천공홀(1)을 형성하고 천공홀(1) 내부에 케이싱(2)을 설치하는 천공단계와;
   다수 개의 수직철근(11)과, 상기 수직철근(11)을 감싸 연결되는 띠철근(12)으로 구성된 철근조립체(10)를 제조하되, 상기 철근조립체(10)의 외측에 철근조립체(10) 길이 방향으로 연장되며 일정 길이를 갖는 지지철근(13)을 설치하되, 지지철근(13)의 하부는 띠철근(12)에 용접 고정하여 결합부(13b)를 형성하고, 상기 결합부(13b)의 상부는 띠철근(12)에 분리 가능하도록 결속철선(13d)으로 결속하는 철근조립단계와;
   일측에 수직 방향의 끼움홈(14a)이 형성된 박리부재(14)를 준비한 후, 상기 끼움홈(14a)에 상기 지지철근(13)이 끼워지도록 하면서 박리부재(14)를 철근조립체의 외측에 설치하는 박리부재설치단계와;
   박리부재(14)가 흙막이벽체를 형성하는 방향이 되도록 상기 철근조립체(10)를 케이싱(2) 내부에 삽입한 후 케이싱(2) 내부에 콘크리트를 타설하고 케이싱(2)을 인발하여 타설말뚝(3)을 시공하는 타설단계;로 구성되고,
   상기 띠장설치단계는,
   타설말뚝(3)과 접한 지중을 굴착하여 박리부재(14)가 위치한 타설말뚝(3) 표면이 노출면이 되도록 한 다음 상기 지지철근(13)의 상부측에 대응되는 위치의 박리부재 외측의 콘크리트 피복을 박리하여 박리부재(14)를 노출시키는 제1박리단계와;
   상기 콘크리트 피복이 박리되고 노출된 박리부재(14)를 내측의 콘크리트로부터 박리하여 지지철근(13)의 상부를 외부로 노출시키는 제2박리단계와;
   상기 제2박리단계에 의해 노출된 지지철근(13)을 결속철선(13d)으로부터 분리한 후 밴딩하여 결합부(13b)의 상부가 결합부(13b)으로부터 꺾인 밴딩부(13a)를 형성하는 밴딩단계와;
   내부에 수 팽창성 시멘트(52)와 충진재(54)가 충진되어 물과 접촉하여 부피가 팽창하도록 이루어져 있으며, 유연성 시트 재질로 이루어진 관상의 관통부재(55)가 일측과 타측 벽면을 관통하여 설치되어 있는 간극채움재(50)를 준비하여 상기 관통부재(55)에 밴딩부(13a)를 관통시키는 채움재설치단계와;
   상기 밴딩된 지지철근(13) 상부에 띠장(4)을 안착시켜 연결하는 띠장연결단계와;
   상기 간극채움재(50)에 물을 뿌려 간극채움재(50)를 팽창시켜 외부유닛(53)의 양측 벽면이 띠장(4)과 타설말뚝(3)의 표면에 밀착되고, 제1박리단계 및 제2박리단계를 거쳐 형성된 타설말뚝(3) 표면의 홈이 메워지도록 하는 밀착단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는,
   중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 간극채움재(50)는,
   내부에 내부충진공간(51a)이 형성되어 있고, 연질 시트로 이루어져 있는 내부유닛(51)과, 상기 내부충진공간(51a)에 충진되며, 수분과 접촉하면 부피가 팽창하는 소재로 이루어진 분말상의 수 팽창성 시멘트(52)와, 상기 내부유닛(51)의 외부를 감싸 설치되어 있고, 연질 시트로 이루어져 있되, 내주면이 내부유닛(51)의 외주면과 이격된 외부충진공간(53a)을 형성하는 외부유닛(53)과, 상기 외부충진공간(53a)에 충진되어 있는 충진재(54)와, 상기 외부유닛(53)과 내부유닛(51)을 관통하며 유연성을 갖는 시트 재질로 이루어진 관상의 관통부재(55)로 구성되고, 상기 외부유닛(53)은 상기 충진재가 내외로 통과되지 않고 수분은 통과할 수 있는 다공성을 가지며, 상기 내부유닛(51)은 상기 분말상의 수 팽창성 시멘트(52)가 내외로 통과되지 않고 수분은 통과할 수 있는 다공성을 가지고, 상기 관통부재(55)는 내부충진공간(51a) 및 외부충진공간(53a) 내부에서 길이 방향으로 신장 가능하게 주름진 형태로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는,
   중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 박리부재(14)의 일측에는 외광내협 형태의 식별재설치홈(14b)이 형성되어 있고,
   몸체가 상기 식별재설치홈(14b) 형상에 대응되는 형상의 탄성 재질의 식별재(20)가 상기 식별재설치홈(14b)에 끼움 결합되되, 식별재(20)의 내측 단부에는 걸림돌기(21)가 외측으로 돌출된 채 형성되어 상기 식별재설치홈(14b)을 강제로 관통한 후 몸체의 채 이탈이 방지되도록 구성되며,
   식별재(20)의 외측 단부는 특정 색상 또는 마크가 인쇄 처리된 인쇄부(22)가 형성되어 있고,
   상기 식별재(20)는 수분과 접촉하여 부피가 팽창하는 재질로 이루어져 콘크리트 타설에 따른 수분 접촉시 외측이 상기 박리부재(14)의 외측으로 팽창하여 천공홀(1)의 내주면에 닿도록 돌출하여 인쇄부(22)가 타설말뚝(3)의 외주면으로 노출되도록 하며,
   상기 제1박리단계에서 인쇄부(22)를 통해 박리 위치를 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는,
   중앙 철골기둥을 이용한 탑다운 공법.

Images