KR102654389B1 - 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2열 흙막이 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 전열 엄지말뚝의 두부와 후열 엄지말뚝의 두부에 각각 횡방향으로 종방향 H빔을 설치하고, 종방향 H빔에 트러스트 구조로 강연선을 설치하여 프리스트레스를 도입함으로써 엄지말뚝에 가해지는 하중을 분산시켜 변위 발생을 줄이면서 배면 토압 지지력을 상대적으로 높이도록 하는 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법에 관한 것이다.

Description

종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법{SOIL RETANING STRUCTURE FOR TWO ROWS PILE USING LONGITUDINAL PRESTRESS}

본 발명은 2열 흙막이 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 전열 엄지말뚝의 두부와 후열 엄지말뚝의 두부에 각각 횡방향으로 종방향 H빔을 설치하고, 종방향 H빔에 트러스트 구조로 강연선을 설치하여 프리스트레스를 도입함으로써 엄지말뚝에 가해지는 하중을 분산시켜 변위 발생을 줄이면서 배면 토압 지지력을 상대적으로 높이도록 하는 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법에 관한 것이다.

엄지말뚝 흙막이 벽체 공법이란 개착식 흙막이 공법의 일종으로서, 일정간격으로 엄지말뚝(H-빔)을 항타하거나 천공 후 삽입하는 방식에 의해 근입하고, 터파기를 진행하면서 토류판 등의 흙막이 부재를 엄지말뚝 사이에 끼워넣어 벽체를 형성하는 공법을 말하며, 엄지말뚝 토류판 공법, 시트파일 공법, SCW, CIP 등이 이에 해당한다.

일반적인 엄지말뚝 토류판 공법은 상호 홈부가 마주 보도록 수직하게 설치된 복수개의 엄지말뚝(H빔)과, 상기 홈부에 삽입지지되어 후방의 흙더미 등이 전방을 향하여 무너지는 것을 방지하기 위한 토류판에 의해 구성된다.

토류판으로는 소정 규격의 목재판 또는 강재판이 사용되며, 이를 적층하여 벽체를 형성하고, 그 적층된 토류판을 고정하기 위하여 끼움목(쐐기)을 설치한 구조를 채용하는 것이 일반적이었다.

이와 같은 종래의 엄지말뚝 흙막이 벽체 공법은 다음과 같은 점에서 문제로 지적되어 왔다.

첫째, 고심도의 터파기 공사를 수행하는 경우, H빔만으로는 배후토사의 토압에 저항할 수 없으므로, 이를 보강하기 위하여 많은 수의 지보재(Strut, Earth Anchor, Raker 등)를 사용해야 하는데, 이러한 방식은 비경제적일뿐만 아니라, 작업공간의 확보를 어렵게 하고, 구조적으로 비효율적이므로 주변지반 침하의 우려가 있다는 점이다.

둘째, 종래의 공법에 의한 흙막이 구조물은 강성체로서 토류벽 역할을 할 수는 있으나, 상부두부 변위가 상대적으로 크게 발생하므로 배면부 지반의 이완이 크게 발생한다는 점이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 2열 흙막이 공법이 개발되었고, 일례로 국내 등록특허공보 제10-0776373호인 2열 파일을 이용한 흙막이 공법이 개시되어 있다.

상기 2열 파일을 이용한 흙막이 공법은 도 1에 도시된 바와 같이 지하구조물의 건설시 지반이 붕괴되는 것을 막기 위한 흙막이 공법에 있어서, 굴착부지의 굴착면을 따라서 소정의 간격으로 제1열 파일(10)을 설치하는 단계; 상기 제1열 파일과 소정의 간격을 띄우고 그 외측으로 제2열 파일(20)을 설치하는 단계; 상기 제1열 파일 설치단계와 제2열 파일 설치단계 완료 후, 제1열 파일들을 제1연결부재(30)로 연결하는 단계와, 상기 제2열 파일들을 제2연결부재(32)로 연결하는 단계와, 상기 제1열파일 및 제2열파일이 연결된 제1, 제2연결부재를 제3연결부재(34)로 연결하는 단계: 상기 제1열 파일이 설치된 굴착면을 따라서 굴착부지를 굴착하는 단계; 상기 굴착된 제1열 파일들 사이에 토류판(40)을 설치하는 단계;를 포함한다.

그러나, 이러한 종래의 2열 파일을 이용한 흙막이 공법은 H빔인 제3연결부재를 제1, 2연결부재에 종방향으로 연결하는 데, 제1열 파일은 단순히 종방향으로 연결된 제3연결부재로 연결된 제2열 파일만을 종방향으로 지지하고 있으며, 이러한 구조에서는 횡방향으로 이웃하는 파일, 즉 엄지말뚝 간에 발생하는 상대변위를 횡방향으로 연장된 띠장이 휨저항력으로만 구속하게 된다. 따라서 하중분산의 효과가 미미하며, 그에 따라 국부적으로 취약한 부위에서 큰 변위가 발생할 수 있다. 특히, 위와 같은 종래 기술에서는 횡방향으로 이웃한 엄지말뚝 사이에 매우 큰 상대변위가 발생할 수 있고, 전체적인 흙막이 구조물의 배면 토압 지지능력이 저하되는 단점이 있으며, 결국 흙막이 구조물에 큰 변위 발생할 수 있다는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 국내 등록특허공보 제10-2312008호, 공개특허공보 제10-2023-0057054호 등과 같이 프리스트레스를 도입한 흙막이 공법이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 프리스트레스를 도입한 흙막이 공법은 파일 자체에 수직 방향으로 프리스트레스를 도입하기 때문에 엄지말뚝에 프리스트레스의 도입을 위한 고정장치가 형성되어 있어 엄지말뚝의 근입 후 프리스트레스를 도입하게 되는데, 시공이 완료된 후 엄지말뚝을 재활용하기 위해 인발하는 과정에서 지반 내에 매립되어 있는 고정장치가 지반과의 마찰로 인하여 엄지말뚝의 인발이 어렵게 되어 엄지말뚝을 인발하지 못하거나 또는 인발하더라도 변형이 발생하게 되어 재사용이 불가한 문제점이 있다.

국내 등록특허공보 제10-0776373호 국내 등록특허공보 제10-2312008호 국내 공개특허공보 제10-2023-0057054호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전열 엄지말뚝의 두부와 후열 엄지말뚝의 두부에 각각 횡방향으로 종방향 H빔을 설치하고, 종방향 H빔에 트러스트 구조로 강연선을 설치하여 프리스트레스를 도입함으로써 엄지말뚝에 가해지는 하중을 분산시켜 변위 발생을 줄이면서 배면 토압 지지력을 상대적으로 높이도록 하는 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

지반에 복수의 후열 천공홀을 형성한 후 후열 엄지말뚝을 근입하는 후열 엄지말뚝 근입 공정과; 상기 후열 천공홀에서 전방으로 이격시켜 다수의 전열 천공홀을 형성한 후 전열 엄지말뚝을 근입하는 전열 엄지말뚝 근입 공정과; 상기 후열 천공홀과 전열 천공홀에 채움재를 채워 넣는 천공홀 채움 공정과; 상기 후열 엄지말뚝의 두부에 후열 띠장과 상기 전열 엄지말뚝의 두부에 전열 띠장을 각각 결합하는 띠장 결합 공정과; 상기 전열 띠장과 후열 띠장에 삼각 트러스트 구조 형태로 프리스트레스 부재를 설치한 후 상기 프리스트레스 부재를 긴장시켜 종방향으로 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입 공정과; 상기 전열 엄지말뚝 전면으로 흙막이를 위한 토류판을 설치하면서 계획된 굴착심도까지 굴착하는 굴착 공정과; 굴착된 공간에 구조물을 시공하는 구조물 시공 공정; 및 상기 구조물 시공 이후 상기 프리스트레스 부재를 제거하고, 상기 전열 띠장 및 후열 띠장을 해체한 상태에서 상기 전열 엄지말뚝 및 후열 엄지말뚝을 인발하는 인발 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 프리스트레스 부재는 상기 전열 띠장의 측면 상단과 후열 띠장의 상단에 설치되는 제 1강연선과; 상기 전열 띠장의 측면 하단과 후열 띠장의 하단에 설치되되, 상기 제 1강연선과 교차되도록 설치되는 제 2강연선으로 이루어진다.

여기에서 또한, 상기 전열 띠장은 상기 후열 띠장과 대향되는 측면에 상기 제 1, 2강연선이 걸쳐지도록 등간격으로 지지축이 구비된다.

여기에서 또, 상기 지지축은 상기 제 1, 2강연선이 안착되도록 상단 또는 하단에 U자 형태의 안착홈이 구비된다.

여기에서 또, 상기 후열 띠장은 수직면 배면에 상기 제 1, 강연선이 관통되는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 통과한 상기 제 1, 2강연선의 단부가 정착되도록 상기 전열 띠장의 지지축을 기준으로 양측에 경사 정착 브라켓이 설치된다.

여기에서 또, 상기 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법은 상기 제 1, 2강연선을 통해 전달되는 하중을 분산하도록 헤드에 상기 제 1, 2강연선이 교차되는 부분에 X자 형태로 인입홈이 형성된 스크류 앵커 파일을 지반에 설치하는 스크류 앵커 파일 설치 공정을 더 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법에 따르면, 전열 엄지말뚝의 두부와 후열 엄지말뚝의 두부에 각각 횡방향으로 종방향 H빔을 설치하고, 종방향 H빔에 트러스트 구조로 강연선을 설치하여 프리스트레스를 도입함으로써 엄지말뚝에 가해지는 하중을 분산시켜 변위 발생을 줄이면서 배면 토압 지지력을 상대적으로 높일 수 있다.

도 1은 종래의 2열 파일을 이용한 흙막이 공법의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 3은 본 발명이 적용된 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 벽체의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 도 3의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예가 적용된 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 벽체의 구성을 나타낸 측면도이다.

이하, 본 발명에 따른 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법을 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 2는 본 발명에 따른 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 3은 본 발명이 적용된 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 벽체의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 3의 평면도이고, 도 5는 도 3의 측단면도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예가 적용된 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 벽체의 구성을 나타낸 측면도이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법은 후열 엄지말뚝 근입 공정(S10)과, 전열 엄지말뚝 근입 공정(S20)과, 천공홀 채움 공정(S30)과, 띠장 결합 공정(S40)과, 프리스트레스 도입 공정(S50)과, 굴착 공정(S60)과, 구조물 시공 공정(S70) 및 인발 공정(S80)으로 이루어진다.

《후열 엄지말뚝 근입 공정-S10》

먼저, 지반에 오거와 같은 천공장비를 이용하여 등간격으로 후열 천공홀(H1)을 형성한 후 크레인과 같은 인양장비를 이용하여 후열 엄지말뚝(10)을 근입하며, 이러한 과정을 수차례 반복하여 복수의 후열 엄지말뚝(10)을 근입한다. 이때, 후열 엄지말뚝(10)은 후열 띠장(30)을 결합하기 위해 지면에서 더 돌출될 수 있도록 시공하는 것이 바람직하고, 통상의 H빔으로 이루어진다.

《전열 엄지말뚝 근입 공정-S20》

그리고, 후열 천공홀(H1)에서 일정 거리 이격된 위치에 후열 천공홀(H1)과 대응되는 위치에 지반에 오거와 같은 천공장비를 이용하여 등간격으로 전열 천공홀(H2)을 형성한 후 크레인과 같은 인양장비를 이용하여 전열 엄지말뚝(20)을 근입하며, 이러한 과정을 수차례 반복하여 복수의 전열 엄지말뚝(20)을 근입한다. 이때, 전열 엄지말뚝(20)은 전열 띠장(30)을 결합하기 위해 지면에서 더 돌출될 수 있도록 시공하는 것이 바람직하고, 통상의 H빔으로 이루어진다.

《천공홀 채움 공정-S30》

근입이 완료되면, 후열 천공홀(H1)과 전열 천공홀(H2)에 각각 채움재(S)를 채운다. 이때, 채움재(S)는 천공시 배토된 토사 및 모래, 자갈 등을 이용할 수 있다.

《띠장 결합 공정-S40》

후열 엄지말뚝(10)과 전열 엄지말뚝(20)의 두부, 즉 지면으로 돌출된 상면에 후열 띠장(30)과 전열 띠장(40)을 각각 결합하는 데, 후열 띠장(30)과 전열 띠장(40)은 수평면이 상면에 위치하도록 하고, 후열 엄지말뚝(10) 및 전열 엄지말뚝(20)과의 결합은 해체가 용이하도록 결합 플레이트(미도시)를 이용한 볼트 결합 방식이 적용되는 것이 바람직하다.

전열 띠장(40)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 후열 띠장과 대향되는 측면에 프리스트레스 부재(50)인 제 1, 2강연선(51, 53)이 걸쳐지도록 등간격으로 지지축(41)이 구비된다. 이때, 지지축(41)은 제 1, 2강연선(51, 53)이 안착되도록 상단 또는 하단에 U자 형태의 안착홈(43)이 구비된다.

후열 띠장(30)은 수직면 배면에 제 1, 강연선(51, 53)이 관통되는 관통홀(31)이 형성되고, 관통홀(31)을 통과한 제 1, 2강연선(51, 53)의 단부가 정착되도록 전열 띠장(40)의 지지축(41)을 기준으로 양측에 경사 정착 브라켓(33)이 설치된다.

《프리스트레스 도입 공정-S50》

이어서, 전열 띠장(40)과 후열 띠장(30)에 삼각 트러스트 구조 형태로 프리스트레스 부재(50)를 설치한 후 프리스트레스 부재(50)를 긴장시켜 종방향으로 프리스트레스를 도입한다. 이때, 프리스트레스 부재(50)는 전열 띠장(40)의 지지축(41) 상단과 후열 띠장(30)의 수평면 상단에 설치된 경사 정착 브라켓(33)에 설치되는 제 1강연선(51)과, 전열 띠장(40)의 지지축(41) 하단과 후열 띠장(30)의 수평면 하단에 설치된 경사 정착 브라켓(33)에 설치되되, 제 1강연선(51)과 교차되도록 설치되는 제 2강연선(53)으로 구성된다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 제 1, 2강연선(51, 53)을 통해 전달되는 하중을 분산하도록 헤드(61)에 제 1, 2강연선(51, 53)이 교차되는 부분에 X자 형태로 인입홈(63)이 형성된 스크류 앵커 파일(60)을 지반에 설치할 수도 있다. 이때, 헤드(61)는 스크류 앵커 파일(60)이 후열 엄지말뚝(10)과 전열 엄지말뚝(20) 사이의 지반에 수직으로 먼저 설치된 상태에서 순차적으로 설치되는 제 1강연선(51)과 제 2강연선(53)이 결합되도록 헤드(61) 부분이 각각의 인입홈(63)을 기준으로 3개로 분할 형성되는 것이 바람직하다.

《굴착 공정-S60》

계속해서, 전열 엄지말뚝(40) 전면으로 흙막이를 위한 토류판(P)을 설치하면서 계획된 굴착심도까지 굴착한다. 이때, 선택에 따라 전열 엄지말뚝(40)에 횡방향으로 다단의 띠장(미도시)을 설치할 수도 있다.

《구조물 공정-S70》

굴착이 완료되면, 굴착된 공간에 구조물(미도시)을 시공한다.

《인발 공정-S80》

마지막으로 구조물 시공 이후 프리스트레스 부재(50)를 제거하고, 전열 띠장(40) 및 후열 띠장(30)을 해체한 상태에서 전열 엄지말뚝(20) 및 후열 엄지말뚝(10)을 인발하여 시공을 완료한다.

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 : 후열 엄지말뚝 20 : 전열 엄지말뚝
30 : 후열 띠장 31 : 관통홀
33 : 경사 정착 브라켓 40 : 전열 띠장
41 : 지지축 43 : 안착홈
50 : 프리스트레스 부재 51, 53 : 제 1, 2강연선
60 : 스크류 앵커 파일 61 : 헤드
63 : 인입홈 H1 : 후열 천공홀
H2 : 전열 천공홀 S : 채움재

Claims (6)

1. 지반에 복수의 후열 천공홀을 형성한 후 후열 엄지말뚝을 근입하는 후열 엄지말뚝 근입 공정과;
   상기 후열 천공홀에서 전방으로 이격시켜 다수의 전열 천공홀을 형성한 후 전열 엄지말뚝을 근입하는 전열 엄지말뚝 근입 공정과;
   상기 후열 천공홀과 전열 천공홀에 채움재를 채워 넣는 천공홀 채움 공정과;
   상기 후열 엄지말뚝의 두부에 후열 띠장과 상기 전열 엄지말뚝의 두부에 전열 띠장을 각각 결합하는 띠장 결합 공정과;
   상기 전열 띠장과 후열 띠장에 삼각 트러스트 구조 형태로 프리스트레스 부재를 설치한 후 상기 프리스트레스 부재를 긴장시켜 종방향으로 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입 공정과;
   상기 전열 엄지말뚝 전면으로 흙막이를 위한 토류판을 설치하면서 계획된 굴착심도까지 굴착하는 굴착 공정과;
   굴착된 공간에 구조물을 시공하는 구조물 시공 공정; 및
   상기 구조물 시공 이후 상기 프리스트레스 부재를 제거하고, 상기 전열 띠장 및 후열 띠장을 해체한 상태에서 상기 전열 엄지말뚝 및 후열 엄지말뚝을 인발하는 인발 공정으로 이루어지며,
   상기 프리스트레스 부재는,
   상기 전열 띠장의 측면 상단과 후열 띠장의 상단에 설치되는 제 1강연선과;
   상기 전열 띠장의 측면 하단과 후열 띠장의 하단에 설치되되, 상기 제 1강연선과 교차되도록 설치되는 제 2강연선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전열 띠장은,
   상기 후열 띠장과 대향되는 측면에 상기 제 1, 2강연선이 걸쳐지도록 등간격으로 지지축이 구비되는 것을 특징으로 하는 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 지지축은,
   상기 제 1, 2강연선이 안착되도록 상단 또는 하단에 U자 형태의 안착홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 후열 띠장은,
   수직면 배면에 상기 제 1, 강연선이 관통되는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 통과한 상기 제 1, 2강연선의 단부가 정착되도록 상기 전열 띠장의 지지축을 기준으로 양측에 경사 정착 브라켓이 설치되는 것을 특징으로 하는 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법은,
   상기 제 1, 2강연선을 통해 전달되는 하중을 분산하도록 헤드에 상기 제 1, 2강연선이 교차되는 부분에 X자 형태로 인입홈이 형성된 스크류 앵커 파일을 지반에 설치하는 스크류 앵커 파일 설치 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 종방향 프리스트레스를 도입한 2열 흙막이 공법.

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