KR102503888B1 - 계단식 변단면 구조의 프리텐션 psc벽체를 구비한 지하공간구조물 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중에 설치되어 홍수 시 발생하는 대량의 우수를 일시에 저장할 수 있게 하고, 토압이나 수압과 같은 수평외력을 지지하게 되는 측벽의 부재 강성을 높이에 따라 변화시킨 지하공간구조물 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지중에서 내부에 저장공간이 형성되도록 시공되는 지하공간구조물에 있어서, 굴착된 바닥면의 상부에 구성되는 바닥층; 상기 바닥층의 각 모서리 부위에 직립 설치되는 모서리기둥; 인접한 양 모서리기둥 간에 복수의 PSC벽체유닛이 상호 조립 및 고정되어 상기 바닥층에서 사면의 측벽을 형성하는 벽체부; 상기 벽체부에 의해 형성되는 측벽 상단에 횡방향 또는 종방향으로 안치 및 결합되는 하나 이상의 각형보; 및 상기 각형보에 지지되고 상기 저장공간의 상부를 밀폐하도록 설치되는 슬래브층;을 포함하며, 상기 PSC벽체유닛은, 복수의 단위구간으로 구획되며 상부에서 하부로 갈수록 단위구간의 단면 폭이 단계적으로 커지도록 구성되고, 길이방향으로 일정 간격을 따라 복수의 강연선이 매입되어 프리텐션 프리스트레스트가 도입되는 것이 특징이다.

Description

계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물 및 이의 시공방법{Underground space structure with pretension PSC wall of stepped variable section structure and its construction method}

본 발명은 지중에 설치되어 홍수 시 발생하는 대량의 우수를 일시에 저장할 수 있게 하고, 토압이나 수압과 같은 수평외력을 지지하게 되는 측벽의 부재 강성을 높이에 따라 변화시킨 지하공간구조물 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

최근, 도시발달에 따라 건축물 등 각종 구조물과 아스팔트, 콘크리트 포장, 주차장 시설 등이 급격히 증가하여 빗물(우수)이 우수관로를 통해 하천으로 직접 유출되어 하천이 범람하고, 토양의 보습력이 저하되고, 지하수가 고갈되는 등 자연적인 물의 순환체계가 변화됨으로써 기후변화로 인한 집중호우가 발생하거나 가뭄이 발생하는 경향이 현저히 증가하였다.

따라서 홍수 시에 도로나 가옥, 또는 건물 등이 침수되는 것을 방지하고, 가뭄에 대비한 용수를 확보할 목적으로, 우수를 저장할 수 있는 공간을 가지는 저류조를 지하에 매설하여 설치하는 것에 많은 관심이 집중되고 있다.

기존의 우수저류조는 지면을 굴착 후 거푸집을 설치하여 콘크리트 현장타설로 구축되는 방식과 공장에서 제작된 프리캐스트 부재를 현장으로 운반하여 조립하는 방식 등이 있다.

거푸집을 설치하여 현장 타설 콘크리트를 이용하여 저류조를 구축하는 경우에는 콘크리트의 타설, 양생 등에 필수적으로 소요되는 기간으로 인하여 저류조 구축을 위한 공기가 길어지게 되고, 공사비용이 비싸면서 품질관리에도 어려움이 발생하게 된다.

이러한 문제점에 대처하기 위해, 외벽, 기둥, 보, 슬래브 등을 PC(Precast Concrete) 부재로 제작하여 현장에서 조립하는 방식의 우수저류조가 등장하게 되었는데, 이에 따라 시공 편의성이 증진되고, 공기(工期)가 단축되며, 그 유지·관리 및 부분보수가 효율적으로 이루어질 수 있게 되었다.

다만, 현장에서는 PC부재 조립시공의 편의성 확보 문제, PC부재 조립에 의해 구축된 우수저류조의 구조적 안정성 확보 문제, PC부재 간의 틈새를 통한 누수문제 및 우수저류조 내부에 쌓이는 슬러지를 제거하는 문제 등이 지적되고 있으며, 이러한 문제점들을 함께 해결할 수 있는 방안이 요청되고 있다.

이에, 최근에는 프리캐스트 콘크리트로 이루어진 PC제품을 공장에서 제작한 뒤 현장에서 조립식으로 시공하는 공법이 도입되어 있으나, 이러한 PC제품들은 각각 PC 벽체, 보, PC 기둥을 별도로 하여 조립을 수행하였는 바, 다수의 구성품으로 인해 시공원가가 상승되는 원인이 되어 왔으며, 저류조 특성상 벽체구조를 감당하기에는 단순 PC벽체만으로 역부족인 문제가 지적되어온 실정이다.

또한 부재 간의 연결부에 대한 방수에 대한 신뢰성 문제가 대두되어 왔다. 이에 최근에는 더블피씨월(Double Precast Wall) 공법과 같이 2장의 내/외부 PC벽체를 조립·설치하고, 그 사이에 현장 콘크리트를 추가로 타설하여 구조체를 일체화하는 공법이 많아지고 있다.

대한민국 등록실용신안 제20-0414927호(2006.04.27.)

따라서 본 발명은 상술한 현장 타설 콘크리트 방식의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 보, 기둥, 측면 벽체 및 상부 슬래브 등의 부재를 공장에서 생산되는 프리캐스트 콘크리트 부재로 제작하고 이를 현장에서 조립하여 지하공간의 구축작업이 신속하고 용이하게 수행되게 함으로써 경제성을 향상시킬 수 있는 지하공간구조물 및 이의 시공방법을 제공함에 목적이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물(이하 "본 발명의 구조물"이라 칭함)은, 지중에서 내부에 저장공간이 형성되도록 시공되는 지하공간구조물에 있어서, 굴착된 바닥면의 상부에 구성되는 바닥층; 상기 바닥층의 각 모서리 부위에 직립 설치되는 모서리기둥; 인접한 양 모서리기둥 간에 복수의 PSC벽체유닛이 상호 조립 및 고정되어 상기 바닥층에서 사면의 측벽을 형성하는 벽체부; 상기 벽체부에 의해 형성되는 측벽 상단에 횡방향 또는 종방향으로 안치 및 결합되는 하나 이상의 각형보; 및 상기 각형보에 지지되고 상기 저장공간의 상부를 밀폐하도록 설치되는 슬래브층;을 포함하며, 상기 PSC벽체유닛은, 복수의 단위구간으로 구획되며 상부에서 하부로 갈수록 단위구간의 단면 폭이 단계적으로 커지도록 구성되고, 길이방향으로 일정 간격을 따라 복수의 강연선이 매입되어 프리텐션 프리스트레스트가 도입되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 PSC벽체유닛은, 단위구간별로 선택된 강연선이 피복되어 비부착구간이 형성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 벽체부에서 선택된 PSC벽체유닛은, 길이방향을 따라 중심부의 단면 폭이 확장된 보강기둥부가 일체로 구성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 벽체부에서 선택된 PSC벽체유닛은, 최상부 단위구간의 중심부가 하부측으로 함몰되는 안치홈이 형성되고 상기 안치홈에 상기 각형보의 단부가 안치되게 하는 강재받침이 장착되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 PSC벽체유닛은, 최하부 단위구간의 내측면이 상기 저장공간을 향하는 방향으로 돌출되어 단면 폭이 확장되며, 복수의 이음철근이 내부에 매립되면서 이음철근의 일부가 상기 저장공간을 향하는 방향으로 노출되는 기초부가 일체로 구성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 PSC벽체유닛은, 인접하는 타 PSC벽체유닛과 대면하는 일 측면에 제 1전단키가 형성되고 타 측면에 상기 제 1전단키를 수용하는 제 1전단홈이 형성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 PSC벽체유닛은, 인접하는 타 PSC벽체유닛과 대면하는 양 측면에 각각 길이방향을 따라 절개되는 제 1충진홈이 형성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 모서리기둥은, 직각 단면을 가지고 복수의 단위구간으로 구획되며 상부에서 하부로 갈수록 단위구간의 단면 폭이 단계적으로 커지도록 구성되고, 최하부 단위구간의 내측면이 상기 저장공간을 향하는 방향으로 돌출되어 단면 폭이 확장되며, 상기 PSC벽체유닛과 대면하는 일 측면에 상기 제 1전단홈에 수용되는 제 2전단키가 형성되고 타 측면에 상기 제 1전단키를 수용하는 제 2전단홈이 형성되며, 상기 PSC벽체유닛과 대면하는 양 측면에 각각 길이방향을 따라 절개되는 제 2충진홈이 형성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 PSC벽체유닛은 선택된 단위구간에 내부를 횡방향으로 관통하여 피복강연선이 통과하는 하나 이상의 제 1통공이 형성되고, 상기 모서리기둥은 양측에서 각각 대면하는 PSC벽체유닛의 제 1통공과 각각 횡방향으로 연통되어 제 1통공을 통과한 피복강연선이 유입 및 통과하는 하나 이상의 제 2통공이 형성되며, 각 제 2통공의 끝단에는 제 2통공을 통과한 피복강연선이 외측으로 노출되게 하면서 긴장력의 도입과 정착이 이루어지도록 공간을 제공하는 정착홈이 형성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 바닥층의 상부에서 상호 이격을 형성하면서 직립 설치되고 상기 각형보의 저면을 지지하도록 결합되는 복수의 내부기둥부;를 더 포함하는 것이 특징이다.

한편 본 발명의 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물의 시공방법(이하 "본 발명의 시공방법"이라 칭함)은, a) 지반을 굴착하여 시공 대상 바닥면을 형성하고 상기 바닥면에 방수층을 형성하는 단계; b) 상기 바닥면의 각 모서리부위에 모서리기둥을 직립 설치하는 단계; c) 공장에서 기제작되어 현장으로 이송된 PSC벽체유닛을 인접한 양 모서리기둥 간에 상호 조립 및 고정시켜 상기 바닥면의 테두리를 따라 사면의 측벽으로 이루어진 벽체부를 시공하는 단계; d) 방수층이 형성된 상기 바닥면에 철근을 배근하고 콘크리트의 타설과 양생을 통해 바닥층을 시공하는 단계; e) 상기 벽체부에 의해 형성되는 측벽 상단에 횡방향 또는 종방향으로 하나 이상의 각형보를 안치 및 결합하는 단계; 및 f) 상기 측벽과 각형보에 하프슬래브를 거치하고 상기 하프슬래브에 콘크리트를 타설 및 양생하여 슬래브층을 시공하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 PSC벽체유닛은, 복수의 단위구간을 설정하고 일측 단위구간에서 타측 단위구간으로 갈수록 단면 폭이 단계적으로 큰 받침부재를 반력대의 바닥면에 안치시킨 후 거푸집을 조립하는 단계; 일측 단위구간에 기초부의 형성을 위한 이음철근을 배근하는 단계; 상기 거푸집 내부에 길이방향으로 일정 간격을 따라 복수의 강연선을 배치하되, 단위구간별로 선택된 강연선을 피복시켜 비부착구간이 형성되게 하는 단계; 상기 강연선의 일단을 고정시키고 강연선에 긴장력을 도입한 후 거푸집 내부로 콘크리트를 타설하는 단계; 콘크리트의 양생이 완료되면 상기 강연선에 가해진 인장력을 해제시켜 상기 강연선에 프리스트레스를 도입시키고 강연선을 절단하여 단부를 정리하는 단계; 및 상기 거푸집의 분리하고 받침부재로부터 유닛을 박리시키는 단계;를 포함하는 방법에 의해 제작되어, 복수의 단위구간으로 구획되며 상부에서 하부로 갈수록 단위구간의 단면 폭이 단계적으로 커지도록 구성되고, 길이방향으로 일정 간격을 따라 복수의 강연선이 매입되어 프리텐션 프리스트레스트가 도입되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 받침부재는 탄성 재질로 구성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 c) 단계에서 상기 PSC벽체유닛은, 인접하는 타 PSC벽체유닛과 대면하는 일 측면에 제 1전단키가 형성되고 타 측면에 상기 제 1전단키를 수용하는 제 1전단홈이 형성되며, 선택된 단위구간에 내부를 횡방향으로 관통하여 피복강연선이 통과하는 하나 이상의 제 1통공이 형성되어 피복강연선의 긴장력 도입과 정착을 통해 상호 결합 및 밀착되게 하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 c) 단계에서 상기 PSC벽체유닛은, 인접하는 타 PSC벽체유닛과 대면하는 양 측면에 각각 길이방향을 따라 절개되는 제 1충진홈이 형성되어 PSC벽체유닛 간 밀착 시 충진홀이 마련되고, 상기 충진홀에 방수콘크리트를 충진시켜 PSC벽체유닛 간 접합부에 차수층이 형성되게 하는 것이 특징이다.

이와 같이 본 발명의 구조물 및 이의 시공방법에 의하면, 지하 공간의 구축을 위한 구성 부재인 보, 기둥, 측면 벽체 및 상부슬래브 등을 공장에서 생산되는 프리캐스트 콘크리트 부재로 제작하고 이를 현장에서 조립하여 구조물을 시공함으로써, 구조물의 품질이 우수하고 인력 및 가설재의 투입이 최소화되어 재해 발생의 저감과 공사 기간을 단축시킬 수 있게 되므로 시공성과 경제성이 향상되는 효과가 있다.

또한 벽체를 구성하는 단위 부재가 PSC 구조로 구성되어 내구성이 우수할 뿐 아니라, 저형고 및 장지간이 가능하여 저류조 내에 건축한계 확보가 용이하고, 연결부 강재가 모두 콘크리트에 매입됨에 따라 도장이 불필요하여 부식으로 인한 위험성을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

특히 벽체에 대한 지수성능 확보와 바닥층의 현장 타설로 인한 저류공간의 수밀성을 확보하게 되고, 최적화된 슬림 벽체 구조를 제공함으로써 우수 저류조의 저장공간 확보에 유리하며, 부재의 표준화 및 모듈화를 통하여 필요한 지하 공간의 규모에 맞추어 빠른시간 내에 구조물을 구축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 구조물의 구성을 나타내는 부분 절개 사시도.
도 2a 및 도 2b는 토압이 작용하는 벽체의 외력과 내력의 변화를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 PSC벽체유닛의 변단면 및 강연선의 배치 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 PSC벽체유닛을 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 PSC벽체유닛을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 PSC벽체유닛을 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모서리기둥을 나타내는 사시도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 PSC벽체유닛과 모서리기둥 간 연결 구조를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 PSC벽체유닛과 모서리기둥 간 피복강연선의 정착 구조를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 충진홈에 의한 PSC벽체유닛 간 방수 구조를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 PSC벽체유닛의 제작방법을 나타내는 도면.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 시공방법을 각 공정별로 나타내는 도면.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

본 발명의 구조물은 지중에서 내부에 저장공간이 형성되도록 시공되는 것으로, 평상시에는 지하주차장 등과 같은 저장이나 보관 공간으로 활용되다가 하절기 홍수 발생시 대량의 우수를 저장할 수 있는 우수저류조로서 활용될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 구조물은 공장에서 제작되는 프리캐스트 부재 즉 벽체, 기둥, 보 등의 조립을 통해서 시공되어 시공성과 경제성이 우수하며, 특히 토압이나 수압과 같은 수평외력을 지지하는 벽체를 형성함에 있어 높이에 따라 부재의 강성을 변화시킬 수 있도록 제작됨에 특징이 있다.

구체적으로 본 발명의 구조물은 도 1에 도시된 바와 같이 굴착된 바닥면의 상부에 구성되는 바닥층(10)과, 상기 바닥층(10)의 각 모서리 부위에 직립 설치되는 모서리기둥(20)과, 인접한 양 모서리기둥(20) 간에 복수의 PSC벽체유닛(300)이 상호 조립 및 고정되어 상기 바닥층(10)에서 사면의 측벽을 형성하는 벽체부(30)와, 상기 벽체부(30)에 의해 형성되는 측벽 상단에 횡방향 또는 종방향으로 안치 및 결합되는 하나 이상의 각형보(40) 및 상기 각형보(40)에 지지되고 상기 저장공간의 상부를 밀폐하도록 설치되는 슬래브층(50)을 포함하여 구성된다.

상기 바닥면은 지반을 굴착한 후 버림콘크리트의 타설 및 양생에 의해 형성되는 것일 수 있으며, 우수저류조로서의 활용을 위하여 바닥면 상부에는 방수시트나 방수재 또는 방수콘크리트를 사용하여 방수층이 형성된 것일 수 있다.

그리고 상기 바닥면의 상부에 구성되는 바닥층(10)은 상기 벽체부(30)와 모서리기둥(20) 등이 조립된 후, 현장 타설 콘크리트에 의해 전체 면적이 일체로 형성되게 함으로써, 벽체부(30) 및 모서리기둥(20) 등과 수밀한 상태가 유지될 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 벽체부(30)는 앞서 언급한 바와 같이 상기 저장공간의 테두리를 따라 복수의 PSC벽체유닛(300) 간이 상호 조립되는 것으로 형성된다.

여기서 상기 PSC벽체유닛(300)은 도 3에 도시된 바와 같이 길이방향을 따라 복수의 단위구간으로 구획되며 상부에서 하부로 갈수록 단위구간의 단면 폭이 단계적으로 커지도록 구성되고, 길이방향으로 일정 간격을 따라 복수의 강연선(301, 302)이 매입되어 프리텐션 프리스트레스트가 도입된다.

일반적으로 지하에서 공간을 확보하기 위해서는 지면을 굴착 후 굴착면을 따라 벽체를 세워 공간을 분리하게 되는데, 이러한 지하 공간에 설치되는 벽체면의 경우, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 측면에서 토압과 같은 횡방향 하중을 받게 되어 높이에 따라 변화하는 부재력이 발생하게 되는 바, 위치별로 요구되는 벽체의 강성이 다르게 된다.

이에 본 발명에서는 벽체부(30)를 구성하는 각 PSC벽체유닛(300)의 단면을 작용외력에 의한 부재력 분포에 따라 변화시켜 상부에서 하부로 갈수록 단면폭이 커지는 변단면으로 구성함으로써 높이별 변화하는 부재력에 대응하는 저항력을 가질 수 있게 하는 것이다.

그리고 상기 PSC벽체유닛(300)은 공장 제작에 의해 구성되는 프리캐스트 콘크리트 유닛으로, 고강도 콘크리트와 콘크리트 내에 복수의 강연선(301, 302)을 배치하여 프리텐션 프리스트레스트가 도입되되, 복수의 강연선(301, 302) 중 단위구간별로 선택된 강연선(302)이 피복되어 비부착구간이 형성되게 할 수 있다.

즉 도 3에 도시된 바와 같이 강연선(301, 302)에 도입되는 프리스트레스력에 비부착구간(점선부)을 형성하여 해당 구간에서 과도하게 부여되는 압축력을 제어함으로써, 외력에 의한 단면의 휨 강성을 합리적으로 대응할 수 있게 하는 것이다.

일 예로 상기 PSC벽체유닛(300)은 하부에서 상부 단위구간으로 갈수록 비부착구간이 단계적으로 많아지게 피복 강연선(302)을 배치하는 것이 바람직하다.

또한 상기 PSC벽체유닛(300)은 최하부 단위구간의 내측면이 상기 저장공간을 향하는 방향으로 돌출되어 단면 폭이 확장되며, 복수의 이음철근(310)이 내부에 매립되면서 이음철근(310)의 일부가 상기 저장공간을 향하는 방향으로 노출되는 기초부(320)가 일체로 구성된다.

이와 같은 기초부(320)는 상기 PSC벽체유닛(300)의 가설 조립 시 자립이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하며, 노출된 이음철근(310)이 향후 바닥층(10)의 바닥 슬래브(110) 구축 시 바닥 슬래브(110)의 철근과 연결되게 하고 현장에서 콘크리트 타설을 통해 벽체부(30)와 바닥 슬래브(110)가 일체화되게 함으로써 수밀성을 확보할 수 있게 한다.

한편 본 발명에서 PSC벽체유닛(300)은 배치 위치 및 사용 목적에 따라 3가지로 변형된 구조를 가질 수 있다.

일 예로 벽체부(30)에서 선택된 PSC벽체유닛(300-1)은 측벽의 일반 구간을 형성하게 되는 대부분의 PSC벽체유닛(300-1)으로, 도 4에 도시된 저장공간의 외측을 향하는 외측면이 변단면 형상을 가지며, 반대로 저장공간의 내측을 향하는 내측면이 일자형의 평면을 갖도록 구성된다.

다른 예로 벽체부(30)에서 선택된 PSC벽체유닛(300-2)은 앞서 실시 예의 일반 구간 PSC벽체유닛(300-1) 구조에 더하여 길이방향을 따라 중심부의 단면 폭이 확장된 보강기둥부(340)가 일체로 구성되는 구조를 갖는다.

이때 상기 보강기둥부(340)의 형성 방향은 변단면 형상을 갖는 외측면에 형성되는 것이 바람직하다.

지하 공간을 형성하기 위한 벽체는 대형공간을 확보하기 위하여 상부 구조의 장경간에 따라 상부보 즉 각형보(40)를 직접 지지하게 되는데, 이러한 상부보와 직접 연결되는 벽체의 일부 구간은 장경간 구조에 따른 상부에서 전달되는 축력이 상대적으로 커지게 된다.

이에 본 실시 예의 PSC벽체유닛(300-2)는 도 5에 도시된 바와 같이 상부로부터 전달되는 축방향 압축에 대해 강성을 갖도록 단면이 확대된 보강기둥부(340)를 더 구비한 것으로, 상부보가 직접 연결되는 위치뿐 아니라 그 주변부에도 일정 간격으로 배치될 수 있음은 당연하다.

또 다른 예로 벽체부(30)에서 선택된 PSC벽체유닛(300-3)은 도 6에 도시된 바와 같이 앞서 실시 예의 PSC벽체유닛(300-2)와 마찬가지로 중심부의 단면 폭이 확장된 보강기둥부(340)가 일체로 구성되는 것에 더하여, 최상부 단위구간의 중심부가 하부측으로 함몰되는 안치홈(350)이 형성되고 상기 안치홈(350)에 상기 각형보(40)의 단부가 안치되게 하는 강재받침(351)이 장착될 수 있다.

본 실시 예에 따른 PSC벽체유닛(300-2)는 상부보 즉 상기 각형보(40)가 직접적으로 연결되는 위치에만 배치될 수 있다.

그리고 상기 강재받침(351)은 합성보 또는 강재보 형태를 갖는 각형보(40)와 연결이 용이하도록 하는 것으로, 예를 들면 형강일 수 있으며 장경간 상부 구조에서 전달되는 하중을 안정적으로 지지할 수 있게 한다.

한편 본 발명에서는 PSC벽체유닛(300) 간이 키와 홈에 의해 상호 연결되고, 적어도 하나 이상의 피복강연선(11)을 관통 배치하여 벽체 세그먼트에 압축력을 도입하여 밀착시킴으로써 보다 견고하게 벽체부(30)를 구축할 수 있게 한다.

먼저 PSC벽체유닛(300)은 인접하는 타 PSC벽체유닛(300)과 대면하는 일 측면에 제 1전단키(331)가 형성되고, 타 측면에 상기 제 1전단키(331)를 수용하는 제 1전단홈(332)이 형성되어 상호 간이 끼움 결합되게 할 수 있다.

상기 모서리기둥(20)은 도 7에 도시된 바와 같이 상기 PSC벽체유닛(300)의 구조에 대응하도록 직각 단면을 가지고 복수의 단위구간으로 구획되며 상부에서 하부로 갈수록 단위구간의 단면 폭이 단계적으로 커지도록 구성되고, 최하부 단위구간의 내측면이 상기 저장공간을 향하는 방향으로 돌출되어 단면 폭이 확장되는 돌출부(220)를 구비할 수 있다.

이때 상기 모서리기둥(20)의 단위구간 역시 상기 PSC벽체유닛(300)의 단위구간과 동일한 높이로 구성되어야 하며, 상기 돌출부(220)의 경우 상기 PSC벽체유닛(300)의 기초부(320)와 이어질 정도의 단면 폭으로 돌출되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 모서리기둥(20)은 상기 PSC벽체유닛(300)과 대면하는 일 측면에 상기 제 1전단홈(332)에 수용되는 제 2전단키(231)가 형성되고, 타 측면에 상기 제 1전단키(331)를 수용하는 제 2전단홈(232)이 형성됨에 따라 상기 PSC벽체유닛(300)이 코너부위에서도 연속적으로 끼움 결합될 수 있게 한다.

이에 더하여 상기 PSC벽체유닛(300)은 선택된 단위구간에 내부를 횡방향으로 관통하여 피복강연선(11)이 통과하는 하나 이상의 제 1통공(361, 362, 363)이 형성된다.

그리고 상기 모서리기둥(20)은 양측에서 각각 대면하는 PSC벽체유닛(300)의 제 1통공(361, 362, 363)과 각각 횡방향으로 연통되어 제 1통공(361, 362, 363)을 통과한 피복강연선(11)이 유입 및 통과하는 하나 이상의 제 2통공(261, 262, 263)이 형성되며, 각 제 2통공(261, 262, 263)의 끝단에는 제 2통공(261, 262, 263)을 통과한 피복강연선(11)이 외측으로 노출되게 하면서 긴장력의 도입과 정착이 이루어지도록 공간을 제공하는 정착홈(270)이 형성된다.

본 발명에서는 상기 제 1통공(361, 362, 363)과 제 2통공(261, 262, 263)이 PSC벽체유닛(300)과 모서리기둥(20)의 상부, 중간, 하부에 각각 형성되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 벽체의 높이와 시공 환경 등을 고려하여 그 개수가 선택적으로 변경될 수 있음은 당연하다.

이처럼 본 발명에서는 PSC벽체유닛(300) 간은 물론 모서리기둥(20)과 PSC벽체유닛(300) 간이 도 9에 도시된 바와 같이 전단키(231, 331)과 전단홈(232, 332)을 통해서 연결된 상태에서 3개소의 통공을 통해 피복강연선(11)이 관통 및 배치되고 모서리기둥(20)에서 긴장력을 도입 및 정착시켜 부재 간에 압축력을 받게 함으로써, 견고한 고정과 밀착이 이루어질 수 있게 하는 것이다.

뿐만 아니라 도 10에 도시된 바에 의하면, 상기 PSC벽체유닛(300)은 인접하는 타 PSC벽체유닛(300)과 대면하는 양 측면에 각각 길이방향을 따라 절개되는 제 1충진홈(333)이 형성될 수 있으며, 상기 모서리기둥(20)은 상기 PSC벽체유닛(300)과 대면하는 양 측면에 각각 길이방향을 따라 절개되는 제 2충진홈(233)이 형성될 수 있다.

상기 제 1충진홈(333) 및 제 2충진홈(233)은 'U'자 형으로 가질 수 있으며, 상기 PSC벽체유닛(300) 간 또는 모서리기둥(20)과 PSC벽체유닛(300) 간이 상호 연결되어 밀착될 경우 하나의 충진홀(334)을 형성하게 되고, 피복강연선(11)의 긴장력 도입과 정착이 완료된 이후 방수콘크리트(a)가 충진됨에 따라 상대적으로 취약할 수 있는 접합부의 수밀성을 확보하여 누수 등을 방지할 수 있게 된다.

한편 상기 슬래브층(50)은 상기 각형보(40)의 상부에 지지되도록 시공되어 본 발명의 구조물의 천장 슬래브를 구축한다. 일 예로 상기 슬래브층(50)은 상기 각형보(40)의 상부에서 길이방향을 안착 및 결합되는 복수의 하프슬래브(500)와 상기 하프슬래브(500)의 상부에 토핑콘크리트 타설 및 양생을 통해 형성되는 상부슬래브(510)로 구성될 수 있다.

그리고 본 발명의 구조물은, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 바닥층(10)의 상부에서 상호 이격을 형성하면서 직립 설치되고 상기 각형보(40)의 저면을 지지하도록 결합되는 복수의 내부기둥부(60)를 더 포함할 수 있다.

상기 내부기둥부(60)는 상기 저장공간의 면적을 크게 시공할 경우 각형보(40) 및 슬래브층(50)의 안정적인 지지를 위하여 상기 저장공간 내부의 중간부에 추가로 설치되는 것으로, 현장 타설 방식 또는 공장 제작되어 바닥층(10)의 상부에 설치되는 PC 조립 방식 중 어느 하나일 수 있다.

이하에서는 도 12a 내지 도 12e를 참조하여 본 발명의 시공방법을 설명한다.

본 발명의 시공방법은 먼저 도 12a에 도시된 바와 같이 지반을 굴착하여 시공 대상 바닥면(100)을 형성하고 상기 바닥면(100)에 방수층을 형성하는 단계와, 상기 바닥면(100)의 각 모서리부위에 모서리기둥(20)을 직립 설치하는 단계를 수행한다.

이후 도 12b에 도시된 바와 같이 공장에서 기제작되어 현장으로 이송된 PSC벽체유닛(300)을 인접한 양 모서리기둥(20) 간에 상호 조립 및 고정시켜 상기 바닥면(100)의 테두리를 따라 사면의 측벽으로 이루어진 벽체부(30)를 시공하는 단계를 수행한다.

기존 대부분의 프리캐스트 구조를 갖는 우수저류조의 경우, 벽체와 상부구조인 가로보 또는 세로보, 벽체와 상부슬래브 간 보 연결용 다웰바 또는 연결요소들이 노출되어 있고, 이렇게 노출된 구성품(예: 다웰바, 연결요소)들을 저류조 축조시에 서로 연결시키는 과정이 복잡하고 수작업으로 진행되어 시공 기간이 길다.

본 발명에서는 이와 같은 습식연결방식을 최소화하고, 앞서 설명한 바와 같이 벽체부(30)를 시공함에 있어 공장 제작된 복수의 PSC벽체유닛(300)을 현장에서 조립하되, 전단키(331)와 전단홈(332)의 끼움 결합을 통해 PSC벽체유닛(300)를 조립하면서 최종적으로 피복강연선(11)을 복수 개소에 관통 및 배치하고 모서리기둥(20)에서 긴장력을 도입 및 정착시켜 벽체 간에 압축력을 받게하여 견고한 밀착과 고정이 이루어질 수 있게 함으로써 시공성은 물론 벽체부(30)의 시공에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있게 되는 것이다.

뿐만 아니라 본 발명에서는 부재 간의 간격을 최대한 밀착시킬 뿐만 아니라, PSC벽체유닛(300)을 제작함에 있어 양측면에 U형의 정착홈(333)을 구성하고, PSC벽체유닛(300) 간의 조립이 완료되면 대면하는 정착홈(333)에 의해 형성되는 충진홀(334)에 최종적으로 하부에서부터 상부까지 방수콘크리트를 투입시켜 PSC벽체유닛(300) 간 접합부에 차수층이 형성되게 함으로써 벽체 간의 고정 및 차수 성능을 배가시킬 수 있게 한다.

여기서 상기 PSC벽체유닛(300)은 프리텐션 제작대위에서 Long Line 제작방식을 적용하여, 공기를 단축하고 생산성을 높일 수 있도록 한다.

이를 보다 상세히 설명하면 도 11에 도시된 바와 같이 복수의 단위구간을 설정하고 일측 단위구간에서 타측 단위구간으로 갈수록 단면 폭이 단계적으로 큰 받침부재(3)를 반력대(1)의 바닥면에 안치시킨 후 거푸집(2)을 조립한 후, 일측 단위구간에 기초부(320)의 형성을 위한 이음철근(310)을 배근하는 단계를 수행한다.

이때 상기 받침부재(3)는 탄성 재질로 구성되고, 상기 반력대(1)의 바닥면으로부터 고정되지 않게 설치하는 것이 바람직한 바, 이는 프리스트레스트 도입을 위한 릴리즈 시에 받침부재(3)가 함께 이동하도록 하여 경화된 PSC벽체유닛(300)가 깨지는 것을 방지하기 위해서다.

그리고 도 11의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 거푸집(2) 내부에 길이방향으로 일정 간격을 따라 복수의 강연선(301, 302)을 배치하되, PE관 등을 이용하여 단위구간별로 선택된 강연선(302)을 피복시켜 비부착구간이 형성되게 한다.

이후 상기 강연선(301, 302)의 일단을 반력대(1)에 고정시키고, 타단은 유압실린더(4)에 결속시킨 다음 유압실린더(4)를 이용하여 강연선(301, 302)을 인장시켜 긴장력을 도입한 후 거푸집(2) 내부로 콘크리트를 타설하는 단계를 수행한다.

이후 도 11의 (e)에 도시된 바와 같이 콘크리트의 자연 양생 또는 증기 양생을 실시하여 양생이 완료되면, 상기 유압실린더(4)의 유압을 서서히 해제하여 상기 강연선(301, 302)에 가해진 인장력을 릴리즈시킴으로써 상기 강연선(301, 302)에 프리스트레스를 도입시키고 노출된 강연선(301, 302)을 절단하여 단부를 정리하는 단계를 수행한다.

마지막으로 도 11의 (f)에 도시된 바와 같이 상기 거푸집(2)의 분리하고 받침부재(3)로부터 유닛을 박리시킴으로써 상술한 PSC벽체유닛(300)의 제작이 완료된다.

또한 상기 과정을 수행한 PSC벽체유닛(300)은 이적 후 노출된 이음철근(310)을 연장시켜 기초부거푸집을 설치하고 콘크리트의 타설 및 양생을 하는 추가적인 작업을 통해 기초부(320)를 RC 구조로 제작하는 과정을 가질 수 있다.

다시 본 발명의 시공방법은, 도 12c에 도시된 바와 같이 방수층이 형성된 상기 바닥면(100)에 기초철근(120)을 배근하고 콘크리트의 타설과 양생을 통해 바닥층(10)을 시공하게 된다.

이때 상기 PSC벽체유닛(300)은 저장공간 방향을 향하여 노출되는 복수의 이음철근(310)이 구비된 기초부(320)를 포함하고 있는 바, 상기 PSC벽체유닛(300)이 바닥층(10)의 형성 전까지 자립이 안정적으로 이루어질 수 있게 할 뿐만 아니라, 노출된 이음철근(310)이 바닥층(10)의 시공을 위한 기초철근(120)과 함께 결속되어 콘크리트의 타설 및 양생을 통해 바닥층(10)과 일체화됨으로써 수밀성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

이후, 상기 벽체부(30)에 의해 형성되는 측벽 상단에 횡방향 또는 종방향으로 하나 이상의 각형보(40)를 안치 및 결합하는 단계를 수행한다.

여기서 상기 각형보(40)는 원심성형에 의해 공장 제작되는 각형보이거나 일반적인 PC 거더 중 어느 하나로, 공장 제작 PC 부재를 최대한 활용하여 현장에서의 작업을 최소화할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이후 상기 측벽과 각형보(40)에 하프슬래브(500)를 거치 및 장착하고 상기 하프슬래브(500)의 상부로 토핑콘크리트를 타설 및 양생하여 상부 슬래브(510)를 형성함으로써 슬래브층(50)을 시공하는 단계를 수행하는 것으로, 본 발명의 구조물에 대한 시공이 완료된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10 : 바닥층 20 : 모서리기둥
30 : 벽체부 40 : 각형보
50 : 슬래브층 60 : 내부기둥부
100 : 바닥면 110 : 바닥 슬래브
220 : 돌출부 231 : 제 2전단키
232 : 제 2전단홈 233 : 제 2충진홈
270 : 정착홈 300 : PSC벽체유닛
310 : 이음철근 320 : 기초부
331 : 제 1전단키 332 : 제 1전단홈
340 : 보강기둥부 350 : 안착홈
351 : 강재받침 500 : 하프슬래브
510 : 상부 슬래브

Claims (15)

1. 지중에서 내부에 저장공간이 형성되도록 시공되는 지하공간구조물에 있어서,
   굴착된 바닥면의 상부에 구성되는 바닥층;
   상기 바닥층의 각 모서리 부위에 직립 설치되는 모서리기둥;
   인접한 양 모서리기둥 간에 복수의 PSC벽체유닛이 상호 조립 및 고정되어 상기 바닥층에서 사면의 측벽을 형성하는 벽체부;
   상기 벽체부에 의해 형성되는 측벽 상단에 횡방향 또는 종방향으로 안치 및 결합되는 하나 이상의 각형보; 및
   상기 각형보에 지지되고 상기 저장공간의 상부를 밀폐하도록 설치되는 슬래브층;을 포함하고,
   상기 PSC벽체유닛은,
   복수의 단위구간을 설정하고 일측 단위구간에서 타측 단위구간으로 갈수록 단면 폭이 단계적으로 큰 받침부재를 반력대의 바닥면에 안치시킨 후 거푸집을 조립하는 단계와, 일측 단위구간에 기초부의 형성을 위한 이음철근을 배근하는 단계와, 상기 거푸집 내부에 길이방향으로 일정 간격을 따라 복수의 강연선을 배치하되 단위구간별로 선택된 강연선을 피복시켜 비부착구간이 형성되게 하는 단계와, 상기 강연선의 일단을 고정시키고 강연선에 긴장력을 도입한 후 거푸집 내부로 콘크리트를 타설하는 단계와, 콘크리트의 양생이 완료되면 상기 강연선에 가해진 인장력을 해제시켜 상기 강연선에 프리스트레스를 도입시키고 강연선을 절단하여 단부를 정리하는 단계 및 상기 거푸집의 분리하고 받침부재로부터 유닛을 박리시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제작되어,
   복수의 단위구간으로 구획되면서 상부에서 하부로 갈수록 단위구간의 단면 폭이 단계적으로 커지도록 구성되며, 길이방향으로 일정 간격을 따라 복수의 강연선이 매입되어 프리텐션 프리스트레스트가 도입되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 PSC벽체유닛은,
   단위구간별로 선택된 강연선이 피복되어 비부착구간이 형성되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 벽체부에서 선택된 PSC벽체유닛은,
   길이방향을 따라 중심부의 단면 폭이 확장된 보강기둥부가 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 벽체부에서 선택된 PSC벽체유닛은,
   최상부 단위구간의 중심부가 하부측으로 함몰되는 안치홈이 형성되고 상기 안치홈에 상기 각형보의 단부가 안치되게 하는 강재받침이 장착되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 PSC벽체유닛은,
   최하부 단위구간의 내측면이 상기 저장공간을 향하는 방향으로 돌출되어 단면 폭이 확장되며, 복수의 이음철근이 내부에 매립되면서 이음철근의 일부가 상기 저장공간을 향하는 방향으로 노출되는 기초부가 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 PSC벽체유닛은,
   인접하는 타 PSC벽체유닛과 대면하는 일 측면에 제 1전단키가 형성되고 타 측면에 상기 제 1전단키를 수용하는 제 1전단홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 PSC벽체유닛은,
   인접하는 타 PSC벽체유닛과 대면하는 양 측면에 각각 길이방향을 따라 절개되는 제 1충진홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 모서리기둥은,
   직각 단면을 가지고 복수의 단위구간으로 구획되며 상부에서 하부로 갈수록 단위구간의 단면 폭이 단계적으로 커지도록 구성되고, 최하부 단위구간의 내측면이 상기 저장공간을 향하는 방향으로 돌출되어 단면 폭이 확장되며, 상기 PSC벽체유닛과 대면하는 일 측면에 상기 제 1전단홈에 수용되는 제 2전단키가 형성되고 타 측면에 상기 제 1전단키를 수용하는 제 2전단홈이 형성되며, 상기 PSC벽체유닛과 대면하는 양 측면에 각각 길이방향을 따라 절개되는 제 2충진홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 PSC벽체유닛은 선택된 단위구간에 내부를 횡방향으로 관통하여 피복강연선이 통과하는 하나 이상의 제 1통공이 형성되고, 상기 모서리기둥은 양측에서 각각 대면하는 PSC벽체유닛의 제 1통공과 각각 횡방향으로 연통되어 제 1통공을 통과한 피복강연선이 유입 및 통과하는 하나 이상의 제 2통공이 형성되며,
   각 제 2통공의 끝단에는 제 2통공을 통과한 피복강연선이 외측으로 노출되게 하면서 긴장력의 도입과 정착이 이루어지도록 공간을 제공하는 정착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 바닥층의 상부에서 상호 이격을 형성하면서 직립 설치되고 상기 각형보의 저면을 지지하도록 결합되는 복수의 내부기둥부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물.
    
11. a) 지반을 굴착하여 시공 대상 바닥면을 형성하고 상기 바닥면에 방수층을 형성하는 단계;
    b) 상기 바닥면의 각 모서리부위에 모서리기둥을 직립 설치하는 단계;
    c) 공장에서 기제작되어 현장으로 이송된 PSC벽체유닛을 인접한 양 모서리기둥 간에 상호 조립 및 고정시켜 상기 바닥면의 테두리를 따라 사면의 측벽으로 이루어진 벽체부를 시공하는 단계;
    d) 방수층이 형성된 상기 바닥면에 철근을 배근하고 콘크리트의 타설과 양생을 통해 바닥층을 시공하는 단계;
    e) 상기 벽체부에 의해 형성되는 측벽 상단에 횡방향 또는 종방향으로 하나 이상의 각형보를 안치 및 결합하는 단계; 및
    f) 상기 측벽과 각형보에 하프슬래브를 거치하고 상기 하프슬래브에 콘크리트를 타설 및 양생하여 슬래브층을 시공하는 단계;를 포함하고,
    상기 PSC벽체유닛은,
    복수의 단위구간을 설정하고 일측 단위구간에서 타측 단위구간으로 갈수록 단면 폭이 단계적으로 큰 받침부재를 반력대의 바닥면에 안치시킨 후 거푸집을 조립하는 단계와, 일측 단위구간에 기초부의 형성을 위한 이음철근을 배근하는 단계와, 상기 거푸집 내부에 길이방향으로 일정 간격을 따라 복수의 강연선을 배치하되 단위구간별로 선택된 강연선을 피복시켜 비부착구간이 형성되게 하는 단계와, 상기 강연선의 일단을 고정시키고 강연선에 긴장력을 도입한 후 거푸집 내부로 콘크리트를 타설하는 단계와, 콘크리트의 양생이 완료되면 상기 강연선에 가해진 인장력을 해제시켜 상기 강연선에 프리스트레스를 도입시키고 강연선을 절단하여 단부를 정리하는 단계 및 상기 거푸집의 분리하고 받침부재로부터 유닛을 박리시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제작되어,
    복수의 단위구간으로 구획되면서 상부에서 하부로 갈수록 단위구간의 단면 폭이 단계적으로 커지도록 구성되며, 길이방향으로 일정 간격을 따라 복수의 강연선이 매입되어 프리텐션 프리스트레스트가 도입되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물의 시공방법.
    
12. 삭제
13. 제 11항에 있어서,
    상기 받침부재는 탄성 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물의 시공방법.
    
14. 제 11항에 있어서,
    c) 단계에서 상기 PSC벽체유닛은,
    인접하는 타 PSC벽체유닛과 대면하는 일 측면에 제 1전단키가 형성되고 타 측면에 상기 제 1전단키를 수용하는 제 1전단홈이 형성되며, 선택된 단위구간에 내부를 횡방향으로 관통하여 피복강연선이 통과하는 하나 이상의 제 1통공이 형성되어 피복강연선의 긴장력 도입과 정착을 통해 상호 결합 및 밀착되게 하는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물의 시공방법.
    
15. 제 14항에 있어서,
    c) 단계에서 상기 PSC벽체유닛은,
    인접하는 타 PSC벽체유닛과 대면하는 양 측면에 각각 길이방향을 따라 절개되는 제 1충진홈이 형성되어 PSC벽체유닛 간 밀착 시 충진홀이 마련되고, 상기 충진홀에 방수콘크리트를 충진시켜 PSC벽체유닛 간 접합부에 차수층이 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 계단식 변단면 구조의 프리텐션 PSC벽체를 구비한 지하공간구조물의 시공방법.

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