KR102218604B1

KR102218604B1 - 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법

Info

Publication number: KR102218604B1
Application number: KR1020200119246A
Authority: KR
Inventors: 정선태
Original assignee: 정선태
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2021-02-22

Abstract

본 발명은 흙막이 벽체 시공 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 가시설 벽체를 이용하는 방식으로 주로 10m 미만의 터파기시 사용되는 자립식 흙막이 벽체 시공 공법으로, 콘크리트로 채워지거나 내부가 빈 말뚝 본체에 약 3~5° 정도의 변형을 가지도록 곡률을 준 케이싱을 설치하고, 케이싱을 따라 천공할 수 있는 굴절이 가능한 로드를 사용하여 앵커를 시공하는 데, 앵커 시공시 구조계산에서 얻어지는 최적의 위치인 고정점에 분력 발생용 고정 부재를 설치한 후 정착재의 잭킹(jacking)을 실시함으로써 수평방향의 분력을 주어 변위를 억제하는 효과가 있을 뿐만 아니라 근입장의 깊이를 짧게 할 수 있으며, 자립식 흙막이 벽체의 최대 문제점인 초기변위의 억제 효과가 있어 안전한 시공을 할 수 있도록 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법에 관한 것이다.

Description

말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법{EARTH RETAINING CONSTRUCTION METHOD FOR USING PILE AND INCLINED GROUND ANCHOR}

우리나라의 토지이용 실태는 주로 대도시에 집중되고, 가용 토지의 부족으로 인해 도심지의 고층화와 고밀도화는 가속되고 있는 실정이다.

고층화 및 고밀도화된 토지의 이용에 따라 건축 구조물, 토목 구조물, 관로 등과 같은 지하 구조물의 규모가 커지면서 인근 건축물과의 근접 시공이 불가피하므로, 지하 구조물의 터파기 공사시에 인접한 도로의 침하를 비롯하여 주변 건물의 기울어짐과 균열 및 붕괴가 빈번히 발생되고, 이로 인한 재산상의 손실을 비롯하여 민원의 다발과 민형사상의 분쟁으로 많은 사회적 문제가 발생되고 있다.

따라서, 지반보다 낮은 위치에 지하 구조물을 시공하기 위해 지반 터파기를 하게 되는 데, 크게 지반의 안정성이 확보되는 범위에서 일정 구배를 주며 터파기를 하는 오픈 컷 방식과 흙막이 벽체를 이용하여 직각으로 지반 터파기를 하는 방식으로 구분된다.

지하구조물 시공을 위하여 지반의 깊은 굴착시 흙막이 벽체를 유지하기 위하여 어스앵커 공법을 일반적으로 많이 사용하고 있다.

여기서, 상기한 어스앵커 공법은 인접부지를 10M 이상 근입하여 어스앵커를 정착하지만, 인접부지의 사용이 제한될 경우에는 스트러트(strut) 또는 레이커(raker) 방식을 적용하는데 경제성 및 공사조건상 크게 불리한 문제가 있다.

이러한 어스앵커 공법을 문제점을 해결하기 위해 프리스트레스를 이용하거나 지지빔을 이용한 방식이 개발되었다.

프리스트레스를 이용한 흙막이 시공방법으로는 국내 등록특허공보 제10-2082333호인 프리스트레스트 엄지말뚝을 이용한 1열 자립식 흙막이공법, 제10-1974110호인 프리스트레스 강관말뚝을 이용한 자립식 가설 흙막이 시공방법, 10-2003448호인 장지간 흙막이벽체 엄지말뚝보강장치 등이 개시되어 있다.

상기 프리스트레스트 엄지말뚝을 이용한 1열 자립식 흙막이공법은 굴착면측 수평부재 및 배면측 수평부재와 수직부재가 H자 형상 단면이 연장되어 형성되어 있는 엄지말뚝과, 상기 엄지말뚝의 수평부재 및 수직부재와 대응하는 위치에 형성하되 수평부재 및 수직부재의 두께보다 두꺼운 치수의 홈 형태로 이루어져 있는 결합홈을 형성하고, 내측으로는 웨지 결합홀을 형성한 엄지말뚝의 상, 하단부에 대칭되게 배치되는 한쌍의 정착구와 상기 정착구의 웨지 결합홀에 결합하는 웨지와 상기 엄지말뚝의 상, 하단부에 형성된 한쌍의 정착구에 결합한 웨지에 양단이 결합하는 강연선으로 이루어진 프리스트레싱 수단으로 이루어진 프리스트레스트 엄지말뚝을 조립하기 위해 프리스트레싱 수단을 구성하는 정착구의 결합홈을 엄지말뚝의 수평부재와 수직부재에 맞게 결합하되, 2개소의 정착구를 엄지말뚝의 양단에 배치한 후, 정착구에 결합된 웨지에 강연선의 연결 및 강연선의 일부를 인장시켜 엄지말뚝의 양단에 정착구가 고정된 상태를 유지하도록 하여 프리스트레스트 엄지말뚝의 조립을 완료하는 프리스트레스트 엄지말뚝 조립단계와, 지반에 프리스트레스트 엄지말뚝을 근입하기 위한 천공홀을 형성하는 천공홀 형성단계와, 상기 천공홀 형성단계에서 형성한 천공홀에 프리스트레스트 엄지말뚝을 근입하는 프리스트레스트 엄지말뚝 근입단계와, 상기 프리스트레스트 엄지말뚝이 근입된 천공홀을 채움하는 천공홀 채움단계와, 상기 천공홀에 근입된 프리스트레스트 엄지말뚝을 구성하는 프리스트레싱 수단의 강연선을 인장시켜 엄지말뚝을 긴장시켜 프리스트레싱을 형성하는 프리스트레스트 엄지말뚝 긴장단계와, 프리스트레스트 엄지말뚝을 통해 형성된 공간을 계획된 굴착심도까지 굴착하는 굴착단계와, 상기 굴착단계에서 계획된 공간에 구조물을 시공하는 구조물 시공단계와, 상기 구조물 시공단계를 통해 구조물의 시공이 완료되면 프리스트레스트 엄지말뚝의 상단에 형성되어 있는 프리스트레싱 수단을 구성하는 정착구에서 강연선을 절단한 후 엄지말뚝 상단에 결합한 프리스트레싱 수단의 정착구를 제거함과 동시에 엄지말뚝을 인발시켜 엄지말뚝의 하단에 결합되어 있던 정착구로부터 엄지말뚝을 분리함과 동시에 엄지말뚝을 인발시키는 프리스트레스트 엄지말뚝 인발단계와, 상기 프리스트레스트 엄지말뚝 인발단계 이후 프리스트레싱 수단을 구성하고 있는 강연선은 타격하여 엄지말뚝의 하단에 결합되어 있던 정착구에 연결된 강연선을 제거하여 시공을 완료하는 시공완료단계를 포함하여 이루어지게 된다.

그리고, 상기 프리스트레스 강관말뚝을 이용한 자립식 가설 흙막이 시공방법은 프리스트레스 강관말뚝을 조립하는 단계(상기 프리스트레스 강관말뚝을 설치할 대상 지반에 일정한 간격을 두고, 소정의 직경 및 깊이로 천공하여 천공홀을 형성하는 단계); 상기 천공홀에 프리스트레스강관말뚝을 근입시키는 단계; 상기 천공홀에 근입된 프리스트레스 강관말뚝을 추가 긴장하는 단계; 상기 프리스트레스 강관말뚝의 전면부를 굴착함과 동시에 토류판을 설치하는 단계로 이루어진다.

또한, 상기 장지간 흙막이벽체 엄지말뚝보강장치는 지반을 천공 및 보강하여 흙막이벽체를 형성하고, 1층부터 콘크리트 슬래브 형성하되, 터파기 후 지하층의 콘크리트 슬래브를 형성하는 과정을 추가적으로 반복하여 지하 기초층까지 콘크리트 슬래브를 형성하는 탑-다운 방식에 적용되는 장지간 흙막이벽체 엄지말뚝보강장치에 있어서, 제 1 플랜지와 제 2 플랜지 및 상기 제 1 플랜지와 제 2 플랜지 간에 수직 연결된 웹으로 구성된 H빔; 상기 H빔의 길이방향을 따라 상기 웹에 설치된 보강부; 상기 H빔에 설치되어 상기 보강부의 일측 단부를 고정하는 고정부; 및 상기 H빔에 설치되어 상기 보강부를 인장하고, 상기 보강부의 타측단부를 고정하는 인장부를 포함하고, 상기 보강부에는 상기 고정부를 기준하여 상기 H빔의 길이방향을 따라 제 1 원호가 형성되고, 상기 제 1 원호의 단부인 변곡점으로부터 변곡되어 제 2 원호가 형성되며, 상기 보강부는 관 및 상기 관의 내부에 삽입된 복수 개의 강선을 더 포함하고, 상기 H빔의 내부에는 상기 관을 둘러싸는 콘크리트가 구비되며, 상기 관이 상기 콘크리트에 둘러싸여 위치가 고정된 상태에서 상기 강선을 인장하는 방식으로 상기 H빔을 보강하는 것을 특징으로 한다.

그러나, 이러한 종래의 프리스트레스트를 이용한 흙막이공법은 H빔에 미리 프리스트레스를 주어 휨 변형이 발생할 때 변위를 억제시켜 휨모멘트에 저항을 하는 방식이나, H빔에 프리스트레싱을 주는 방식으로 토압에 대응하고자 할때는 중립점 하부에서의 수동토압을 이용하게 됨으로써 근입장이 깊게 되어야만 변위에 억지가 가능하기 때문에 10미터 미만의 흙막이 벽체에 시공이 불가능한 문제점이 있다.

한편, 지지빔을 이용한 흙막이 시공방법으로는 국내 등록특허공보 제10-2060743호인 흙막이 가시설 구조물의 지지빔 어셈블리 등이 개시되어 있다.

그리고, 상기 흙막이 가시설 구조물의 지지빔 어셈블리는 굴착하고자 하는 지반의 영역을 따라 복수로 근입되며, 굴착되는 영역과 토압이 발생하는 영역 사이에 공간이 형성된 지지빔; 상기 지지빔의 높이 방향으로 공간 상에 고정된 복수의 고정단; 상기 지지빔의 공간상에서 복수의 고정단 사이에 위치되며, 지지빔의 공간을 따라 이동되는 가동단; 상기 고정단에 설치되며, 상기 가동단을 밀어내는 동력을 발생하는 구동부; 상기 가동단과 고정단 사이의 지지빔 공간에 설치되며, 구동부의 동력에 의한 가동단의 움직임을 통해 휨모멘트를 발생하여 토압이 발생하는 영역을 향해 지지빔에 프리스트레스를 제공하는 휨부재:를 포함하며, 상기 지지빔은 웹과 한 쌍의 플랜지로 구성된 H빔으로 제공되고, 상기 고정단, 가동단, 구동부, 휨부재는 한 쌍의 플랜지 사이에 위치되고, 상기 가동단과 고정단은, 상기 H빔의 플랜지와 웹사이의 공간에 대응되는 형태로 구성되고, 상기 휨부재의 양단부는 가동단과 고정단의 일측 모서리에 지지되고, 상기 휨부재는 가동단과 고정단의 타측 방향을 향해 휘면서 H빔의 플랜지에 모멘텀을 발생시키며, 상기 지지빔 중, 굴착되는 영역에 대응되는 부위에는 보강빔이 더 설치되어 토압에 대한 지지빔의 저항 모멘텀을 높이되, 상기 보강빔에는 보강빔을 인장하면서 지지빔에 프리스트레스를 강화시키는 인장봉이 더 설치되며, 상기 보강빔은 지지빔의 플랜지 중, 휨부재의 모멘텀이 발생되는 플랜지에 설치된 일체형의 H빔으로 제공되고, 상기 보강빔의 양측에는 각각, 고정공이 형성된 고정부재가 한 쌍으로 설치되며, 상기 지지빔에는 인장봉을 고정부재의 고정공으로 가이드시키기 위한 가이드공이 상기 고정공과 일직선상에 형성된 가이드빔이 설치되되, 상기 가이드빔은, 상기 보강빔의 일측으로 이격되되 보강빔에 대응된 휨부재로부터 벗어난 위치에 결합된 결합부재와, 상기 결합부재의 단부에서 보강부재의 고정부재를 향해 설치되며 상기 고정공과 동일선상에 가이드공이 형성된 수평부재로 구성된다.

그러나, 이러한 종래의 지지빔을 이용한 흙막이공법 역시 휨 모멘트가 큰 부위에 휨부재를 설치하여 토압에 대응하는 방식으로 토압에 대응하고자 할때는 중립점 하부에서의 수동토압을 이용하게 됨으로써 근입장이 깊게 되어야만 변위에 억지가 가능하기 때문에 10미터 미만의 흙막이 벽체에 시공이 불가능한 문제점이 있고, 또한 자립식 흙막이 벽체의 경우 벽체의 전도를 막기 위해 변위 중립점 하부의 수동부의 길이가 중요하여 통상 터파기 깊이(H)와 동일한 정도의 깊이가 필요로 하는 문제점이 있다.

국내 등록특허공보 제10-2082333호 국내 등록특허공보 제10-1974110호 국내 등록특허공보 10-2003448호 국내 등록특허공보 제10-2060743호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가시설 벽체를 이용하는 방식으로 주로 10m 미만의 터파기시 사용되는 자립식 흙막이 벽체 시공 공법으로, 콘크리트로 채워지거나 내부가 빈 말뚝 본체에 약 3~5° 정도의 변형을 가지도록 곡률을 준 케이싱을 설치하고, 케이싱을 따라 천공할 수 있는 굴절이 가능한 로드를 사용하여 앵커를 시공하는 데, 앵커 시공시 구조계산에서 얻어지는 최적의 위치인 고정점에 분력 발생용 고정 부재를 설치한 후 정착재의 잭킹(jacking)을 실시함으로써 수평방향의 분력을 주어 변위를 억제하는 효과가 있을 뿐만 아니라 근입장의 깊이를 짧게 할 수 있으며, 자립식 흙막이 벽체의 최대 문제점인 초기변위의 억제 효과가 있어 안전한 시공을 할 수 있도록 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 대지경계선이 흙막이 벽체와 1m 정도 이격된 상태에서 인접대지경계를 침범하지 않고 시공을 할 수 있도록 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또, 본 발명은 부재의 강성을 키우거나 프리스트레스를 주는 공법들과는 차별되게 지반의 마찰력을 이용하여 적극적으로 변위를 제어하게 되며, 구조 검토상 유리한 위치에 고정점을 만들 수 있도록 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

강재 재질로 중공 형태의 각관 또는 원형관 또는 H빔으로 형성된 말뚝 본체의 내부에 곡률을 가지며 강재 재질로 원형으로 형성되는 케이싱을 삽입 고정하되, 상기 케이싱의 상단을 상기 말뚝 본체의 상부에 고정시키고, 하단을 상기 말뚝 본체의 하부에 고정시켜 상기 케이싱의 양단부가 노출되도록 말뚝 본체를 제작하는 말뚝 제작 공정과; 흙막이 벽체의 구조 검토를 통해 상기 말뚝 본체의 케이싱 내에서 수평 변위에 대응되는 분력을 발생하도록 그라운드 앵커의 고정점 위치를 선정하는 고정점 위치 선정 공정과; 정착재, 패커, 그라우트 주입관 및 에어 배출관이 구비되고, 상기 케이싱의 고정점 위치와 대응되는 위치에 분력 발생용 고정 부재가 설치된 그라운드 앵커를 제작하는 앵커 제작 공정과; 지반에 상기 말뚝 본체를 삽입하기 위해 말뚝 삽입용 천공홀을 형성하는 지반 천공 공정과; 상기 말뚝 본체를 상기 말뚝 삽입용 천공홀에 삽입한 후 상기 말뚝 삽입용 천공홀과 말뚝 본체 사이의 공간에 채움재를 투입하는 말뚝 삽입 공정과; 상기 말뚝 본체의 케이싱 내부로 천공 장비의 로드를 삽입하여 앵커 삽입용 천공홀을 형성하는 앵커 삽입용 천공홀 천공 공정과; 상기 그라운드 앵커를 상기 케이싱 내부를 통해 삽입하여 상기 정착재의 정착장을 상기 앵커 삽입용 천공홀에 삽입하는 앵커 삽입 공정과; 상기 케이싱 내부로 그라우트재가 유입되는 것을 차단하도록 상기 패커에 그라우트재를 주입하여 팽창시켜 상기 케이싱의 하단을 밀폐시키는 패커 설치 공정; 및 상기 패커의 양생이 완료되면, 상기 정착재의 정착장에 그라우트재를 주입하여 양생한 다음 상기 그라운드 앵커의 정착재를 잭킹(jacking)하여 긴장시키는 긴장 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법은 10m 미만의 터파기시 사용되는 자립식 흙막이 벽체 공법에 적용된다.

여기에서 또한, 상기 말뚝 본체는 중공 형태로 제작되거나 내부에 콘크리트를 타설하여 중실 형태로 제작된다.

여기에서 또, 상기 말뚝 본체는 이웃하는 말뚝 본체 사이에 토류판이 고정 설치되도록 양측에 길이 방향으로 플레이트가 설치된다.

여기에서 또, 상기 케이싱은 토압 방향으로 반대 방향으로 곡률을 가지는 형태로 형성되거나 또는 토압 방향과 동일 방향으로 곡률을 가지되, 상단이 상기 말뚝 본체의 상부에 고정되고, 하단이 상기 말뚝 본체의 중앙부에 고정된다.

여기에서 또, 상기 분력 발생용 고정 부재는 상기 케이싱 내부에 삽입 고정되도록 강재 또는 합성수지 재질로 원형 막대 형태로 형성되고, 상기 그라운드 앵커의 강연선과, 상기 패커 및 정착재에 각각 그라우트액을 주입하는 그라우트 주입관 및 정착장의 에어를 토출시키는 에어 배출관이 관통되는 복수의 관통홀이 형성된다.

여기에서 또, 상기 말뚝 삽입용 천공홀은 경사 방향으로 천공시 지반 수평선을 기준으로 10°미만으로 경사를 가지며 형성된다.

여기에서 또, 상기 천공 장비의 로드는 상기 케이싱의 곡률에 대응되어 휨이 발생하도록 로드와 로드 사이의 연결 부위에 조인트가 설치된다.

여기에서 또, 상기 말뚝 본체는 공사 완료후 인발되어 재사용된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법에 따르면, 가시설 벽체를 이용하는 방식으로 주로 10m 미만의 터파기시 사용되는 자립식 흙막이 벽체 공법으로, 콘크리트로 채워지거나 내부가 빈 말뚝 본체에 약 3~5° 정도의 변형가지도록 곡률을 준 케이싱을 설치하고, 케이싱을 따라 천공할 수 있는 굴절이 가능한 로드를 사용하여 앵커를 시공하는 데, 앵커 시공시 구조계산에서 얻어지는 최적의 위치인 고정점에 분력 발생용 고정 부재를 설치한 후 정착재의 잭킹(jacking)을 실시함으로써 수평방향의 분력을 주어 변위를 억제하는 효과가 있을 뿐만 아니라 근입장의 깊이를 짧게 할 수 있으며, 자립식 흙막이 벽체의 최대 문제점인 초기변위의 억제 효과가 있어 안전한 시공을 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 대지경계선이 흙막이 벽체와 1m 정도 이격된 상태에서 인접대지경계를 침범하지 않고 시공을 할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 부재의 강성을 키우거나 프리스트레스를 주는 공법들과는 차별되게 지반의 마찰력을 이용하여 적극적으로 변위를 제어하게 되며, 구조 검토상 유리한 위치에 고정점을 만들 수 있다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1~4실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법에 적용된 말뚝 본체의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 5는 도 1의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법에 적용된 앵커의 분력 발생용 고정 부재의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제 4실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법의 작용 토압을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법에 적용된 말뚝 본체의 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 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1~4실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법에 적용된 말뚝 본체의 구성을 나타낸 측단면도이고, 도 5는 도 1의 평면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법에 적용된 앵커의 분력 발생용 고정 부재의 구성을 나타낸 사시도이다.

먼저, 말뚝 본체(10)는 도 5에 도시된 바와 같이 강재 재질로 중공 형태의 각관(도 5의 (a)) 또는 원형관(도 5의 (b)) 또는 H빔(도 5의 (c))으로 형성되고, 내부가 빈 중공 형태로 제작되거나 내부에 콘크리트를 타설하여 중실 형태로 제작된다. 도 1 내지 도 5에서는 내부에 콘크리트가 타설된 형태를 도시하였다.

그리고, 말뚝 본체(10)는 이웃하는 말뚝 본체(10) 사이에 토류판(P)이 고정 설치되도록 양측에 길이 방향으로 플레이트(11)가 설치되고, H빔으로 형성되는 경우 별도의 플레이트가 미설치되고, 양측 날개에 토류판(P)을 고정 설치한다.

또한, 케이싱(20)은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 가팅 토압 방향으로 반대 방향으로 곡률을 가지는 형태로 형성되거나 또는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 토압 방향과 동일 방향으로 곡률을 가지되, 상단이 말뚝 본체(10)의 상부에 고정되고, 하단이 말뚝 본체(10)의 중앙부에 고정된다.

또, 앵커(30)는 쉬스관(31) 내에 P.C 강연선인 복수의 정착재(32), 그라우트 주입관(33) 및 에어 배출관(34)이 설치되고, 정착재(32)의 끝단에 패커(35)가 설치되며, 케이싱(20)의 고정점 위치와 대응되는 위치에 분력 발생용 고정 부재(40)가 고정 설치된다.

그리고, 분력 발생용 고정 부재(40)는 도 6에 도시된 바와 같이 케이싱(20) 내부에 삽입 고정되도록 강재 또는 합성수지 재질로 원형 막대 형태로 형성되고, 그라운드 앵커(30)의 강연선(31)과, 패커(35) 및 정착재(32)에 각각 그라우트액을 주입하는 그라우트 주입관(33) 및 정착장의 에어를 토출시키는 에어 배출관(35)이 관통되는 복수의 관통홀(41)이 형성된다. 이때, 분력 발생용 고정 부재(40)는 외측면에 파손 방지를 위해 실리콘이나 고무와 같은 탄성재를 부착할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 설명하기 위한 설명도이며, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 설명하기 위한 설명도이고, 도 10a 및 도 01b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 설명하기 위한 설명도이며, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제 4실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

도 7 내지 도 11b를 참조하면, 본 발명의 제 1~4실시예에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법은 하는 말뚝 제작 공정(S10)과, 고정점 위치 선정 공정(S20)과, 앵커 제작 공정(S30)과, 지반 천공 공정(S40)과, 말뚝 삽입 공정(S50)과, 앵커 삽입용 천공홀 천공 공정(S60)과, 앵커 삽입 공정(S70)과, 패커 설치 공정(S80) 및 긴장 공정(S90)으로 이루어진다.

《말뚝 제작 공정-S10》

먼저, 도 8a, 도 9a, 도 10a 및 도 11a에 도시된 바와 같이 강재 재질로 중공 형태의 각관 또는 원형관 또는 H빔으로 형성되고, 내부에 곡률을 가지며 강재 재질로 원형으로 형성되는 케이싱(20)의 양단부가 노출되도록 고정시켜 말뚝 본체(10)를 제작한다.

《고정점 위치 선정 공정-S20》

말뚝 본체(10)의 제작이 완료되면, 흙막이 벽체의 구조 검토를 통해 말뚝 본체(10)의 케이싱(20) 내에서 수평 변위에 대응되는 분력을 발생하도록 그라운드 앵커(30)의 고정점 위치를 선정한다. 도 1 내지 도 4에서는 케이싱(20) 내에서 상단, 중단, 하단에 각각 고정점이 위치되고, 이에 분력 발생용 고정 부재(40)가 설치된 모습을 도시되어 있다.

《앵커 제작 공정-S30》

고정점 위치 선정이 완료되면, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 쉬스관(31) 내에 P.C 강연선인 복수의 정착재(32), 그라우트 주입관(33) 및 에어 배출관(34)이 설치되고, 정착재(32)의 끝단에 패커(35)가 설치되며, 케이싱(20)의 고정점 위치와 대응되는 위치에 분력 발생용 고정 부재(40)가 고정된 그라운드 앵커(30)를 제작한다.

《지반 천공-S40》

그라운드 앵커(30)의 제작이 완료되면, 지반에 말뚝 본체를 삽입하기 위해 말뚝 삽입용 천공홀(H1)을 형성한다. 이때, 말뚝 삽입용 천공홀(H1)은 도 8a 및 도 9a에 도시된 바와 같이 천공 장비에 의해 지반에서 수직으로 천공되거나 도 10a 및 도 11a에 도시된 바와 같이 지반 수평선을 기준으로 10°미만으로 경사를 가지며 천공된다.

《말뚝 삽입 공정-S50》

지반 천공이 완료되면, 도 8a, 도 9a, 도 10a 및 도 11a에 도시된 바와 같이 말뚝 본체(10)를 인양 장비로 인양하여 말뚝 삽입용 천공홀(H1)에 삽입한 후 말뚝 삽입용 천공홀(H1)과 말뚝 본체(10) 사이의 공간에 채움재(모래 등)를 투입한다.

《앵커 삽입용 천공홀 천공 공정 삽입-S60》

말뚝 본체(10)의 삽입이 완료되면, 도 8a, 도 9a, 도 10a 및 도 11b에 도시된 바와 같이 말뚝 본체(10)의 케이싱(20) 내부로 천공 장비의 로드(R)를 삽입하여 앵커 삽입용 천공홀(H2)을 형성한 후 로드(R)를 제거한다. 이때, 천공 장비의 로드(R)에는 케이싱(20)의 곡률에 대응되어 휨이 발생하도록 로드(R)와 로드(R) 사이의 연결 부위에 조인트(J)가 설치된다.

《앵커 삽입 공정-S70》

앵커 삽입용 천공홀(H2)이 형성이 완료되면, 도 8b, 도 9b, 도 10b, 도 11b에 도시된 바와 같이 그라운드 앵커(30)를 케이싱(20) 내부를 통해 삽입한다. 이때, 정착재(31)의 정착장이 앵커 삽입용 천공홀(H2)에 삽입된다.

《패커 설치 공정-S80》

그라운드 앵커(30)의 삽입이 완료되면, 케이싱(20) 내부로 그라우트재가 유입되는 것을 차단하도록 패커(35)에 그라우트재를 주입하여 팽창시켜 케이싱(20)의 하단을 밀폐시킨다.

《긴장 공정-S90》

패커(35)의 양생이 완료되면, 정착재(31)의 정착장에 그라우트재를 주입하여 양생한 다음 그라운드 앵커(30)의 정착재를 잭킹(jacking)하여 긴장시킨다. 이때, 케이싱(30)의 상단에는 정착재(31)의 고정을 위한 플레이트와 정착콘이 설치된다.

한편, 본 발명에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법의 이론적 효과를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 12 내지 도 14는 본 발명에 따른 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법의 작용 토압을 설명하기 위한 도면이다.

일반적인 흙막이 벽체 공법의 작용 토압은 도 11과 같다.

도 12에서 Pa=주동토압(t/㎡), Ka=주동토압 계수, γ=흙의 단위중량, H=굴착깊이이다.

일반적으로 수직으로 흙막이 벽체를 형성시키는 이유는 천공 장비의 시공 효율을 극대화시키기 위하여 수직 천공을 하게 되며, 흙막이 벽체 배면부의 흙은 굴착을 수행한 방향으로 변형을 발생시키게 된다. 중력 방향으로 작용하는 토괴의 무게(γㅧH)에서 수평방향으로 어느 정도의 힘이 발생하는지를 규정하는 인자가 주동토압계수(Ka)이며, 주동토압 계수는 흙의 성질에 따라 각기 다른 값을 갖는다.

이러한 주동 토압에 의해 흙막이 벽체에 수평력이 발생하게 되며, 이러한 토괴의 움직임에 따른 수평력에 대응을 하기 위한 버팀공법(버팀대(strut), 앵커(Anchor) 등)이 굴착과 동시에 설치되어야 안전한 굴착을 수행할 수 있다.

그리고, 본 발명과 같이 흙막이 벽체를 경사로 시공하는 경우의 작용 토압은 도 13에 도시된 바와 같다.

도 13에 도시된 바와 같이 도해법으로 풀었을 때 Pa의 길이가 토압의 크기가 되며, 경사로 벽체를 조성하는 경우가 토압이 수직벽체에 비하여 작게 된다. 이때, 토압이 작다는 의미는 전술한 바와 같이 주동토압계수 Ka가 작아졌다는 의미로 Ka 값은 아래의 수학식 1과 같이 산출된다.

수학식 1로 계산해보면, 흙막이 벽체의 경사가 배면측으로 10°가 경사지게 조성이 되면, 주동토압계수가 약 20% 정도 작아지는 것을 확인할 수 있다.

국내에서 아직 흙막이 벽체를 경사로 시공을 하지 않고 있으나, 경사로 시공을 하는 경우 토압이 작아지게 되므로 버팀 공사가 줄어들게 되며, 벽체의 변형에 따른 주변지반의 침하문제가 많이 해소되어 흙막이 벽체 공사의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명와 같이 경사 흙막이 벽체 시공 및 수평분력을 작용시키는 분력 발생용 고정 부재(40)를 이용한 경우 흙막이 벽체의 안정성을 설명하면 다음과 같다.

도 14는 흙막이 벽체 배면으로 대지경계선이 인접하여 앵커시공이 안되는 경우를 도시하였다.

여기서, Ma는 지반 굴착에 따른 흙막이 벽체의 회전을 일으키는 힘이고, Pa는 주동 토압, H는 굴착 깊이이다.

여기서, Ma는 지반 굴착에 따른 흙막이 벽체의 회전에 저항하는 힘이고, Ph는 앵커력의 수평 분력, Pv는 앵커력의 수직 분력이다.

흙막이 벽체에 경사를 주는 경우 토압이 작아지게 되며, 상기와 같이 앵커를 시공하는 경우 앵커력에 따른 수직 분력과 수평 분력으로 인하여 안전성이 증대되어 수직 벽체에 비해 작은 힘으로 안정성을 확보할 수 있다.

따라서, 본 발명과 같이 경사 흙막이 벽체의 시공시 토을 줄일 수 있어 보강재의 사용을 최소화시킬 수 있고, 띠장, 버팀재, 앵커 시공을 일정 부분 생략할 수 있으며, 안전율이 상승하여 흙막이 벽체의 변형을 줄여 주변 지반의 침하나 주변 구조물에 대한 악영향을 줄일 수 있고, 내부의 버팀구조물(버팀대, 띠장 등)이 없는 관계로 후속 본 공사시 시공성이 개선되며, 이로 인해 공사 기간 및 공사비를 절감할 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.

10 : 말뚝 본체 20 : 케이싱
30 : 그라우드 앵커 40 : 분력 발생용 고정 부재

Claims

강재 재질로 중공 형태의 각관 또는 원형관 또는 H빔으로 형성된 말뚝 본체의 내부에 곡률을 가지며 강재 재질로 원형으로 형성되는 케이싱을 삽입 고정하되, 상기 케이싱의 상단을 상기 말뚝 본체의 상부에 고정시키고, 하단을 상기 말뚝 본체의 하부에 고정시켜 상기 케이싱의 양단부가 노출되도록 말뚝 본체를 제작하는 말뚝 제작 공정과;
흙막이 벽체의 구조 검토를 통해 상기 말뚝 본체의 케이싱 내에서 수평 변위에 대응되는 분력을 발생하도록 그라운드 앵커의 고정점 위치를 선정하는 고정점 위치 선정 공정과;
정착재, 패커, 그라우트 주입관 및 에어 배출관이 구비되고, 상기 케이싱의 고정점 위치와 대응되는 위치에 분력 발생용 고정 부재가 설치된 그라운드 앵커를 제작하는 앵커 제작 공정과;
지반에 상기 말뚝 본체를 삽입하기 위해 말뚝 삽입용 천공홀을 형성하는 지반 천공 공정과;
상기 말뚝 본체를 상기 말뚝 삽입용 천공홀에 삽입한 후 상기 말뚝 삽입용 천공홀과 말뚝 본체 사이의 공간에 채움재를 투입하는 말뚝 삽입 공정과;
상기 말뚝 본체의 케이싱 내부로 천공 장비의 로드를 삽입하여 앵커 삽입용 천공홀을 형성하는 앵커 삽입용 천공홀 천공 공정과;
상기 그라운드 앵커를 상기 케이싱 내부를 통해 삽입하여 상기 정착재의 정착장을 상기 앵커 삽입용 천공홀에 삽입하는 앵커 삽입 공정과;
상기 케이싱 내부로 그라우트재가 유입되는 것을 차단하도록 상기 패커에 그라우트재를 주입하여 팽창시켜 상기 케이싱의 하단을 밀폐시키는 패커 설치 공정; 및
상기 패커의 양생이 완료되면, 상기 정착재의 정착장에 그라우트재를 주입하여 양생한 다음 상기 그라운드 앵커의 정착재를 잭킹(jacking)하여 긴장시키는 긴장 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법은,
10m 미만의 터파기시 사용되는 자립식 흙막이 벽체 공법에 적용되는 것을 특징으로 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 말뚝 본체는,
중공 형태로 제작되거나 내부에 콘크리트를 타설하여 중실 형태로 제작하는 것을 특징으로 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 말뚝 본체는,
이웃하는 말뚝 본체 사이에 토류판이 고정 설치되도록 양측에 길이 방향으로 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 케이싱은,
토압 방향으로 반대 방향으로 곡률을 가지는 형태로 형성되거나 또는 토압 방향과 동일 방향으로 곡률을 가지되, 상단이 상기 말뚝 본체의 상부에 고정되고, 하단이 상기 말뚝 본체의 중앙부에 고정되는 것을 특징으로 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 분력 발생용 고정 부재는,
상기 케이싱 내부에 삽입 고정되도록 강재 또는 합성수지 재질로 원형 막대 형태로 형성되고, 상기 그라운드 앵커의 강연선과, 상기 패커 및 정착재에 각각 그라우트액을 주입하는 그라우트 주입관 및 정착장의 에어를 토출시키는 에어 배출관이 관통되는 복수의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 말뚝 삽입용 천공홀은,
경사 방향으로 천공시 지반 수평선을 기준으로 10°미만으로 경사를 가지며 형성되는 것을 특징으로 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 천공 장비의 로드는,
상기 케이싱의 곡률에 대응되어 휨이 발생하도록 로드와 로드 사이의 연결 부위에 조인트가 설치되는 것을 특징으로 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 말뚝 본체는,
공사 완료후 인발되어 재사용되는 것을 특징으로 하는 말뚝 본체와 경사 그라운드 앵커를 이용한 흙막이 벽체 시공 방법.