KR20030027346A

KR20030027346A - 콘크리트 지하구조물의 시공방법

Info

Publication number: KR20030027346A
Application number: KR1020010060511A
Authority: KR
Inventors: 최춘식
Original assignee: 최춘식
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-07
Also published as: KR100476839B1

Abstract

본 발명에 따른 콘크리트 지하구조물의 시공방법은, 시공될 콘크리트 지하구조물의 양측 외곽부로부터 각각 소정 거리 이격된 위치에 SCW 또는 CIP 파일의 시공을 위한 소정 직경의 다수의 파일공을 상호 인접되게 나란히 굴착하는 단계; 굴착된 다수의 파일공에 콘크리트를 각각 타설하여 SCW 또는 CIP 파일을 시공하는 단계; 시공된 SCW 또는 CIP 파일들 사이의 틈새에 숏크리트를 충전하여 SCW 또는 CIP 파일에 의한 양측 흙막이벽 구조물을 시공하는 단계; 시공된 양측 흙막이벽 구조물 내에 있는 흙을 파내는 작업과 함께 양측 흙막이벽 구조물을 지지하기 위한 띠장과 버팀재를 설치하는 단계; 및 양측 흙막이벽 구조물 내에 마련된 공간에 미리 설계된 소정 형태의 콘크리트 지하구조물을 시공하는 단계를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 종래의 통상적인 절개 공법에 의한 버팀보식 시공방식과는 달리, 흙막이벽 구조물을 시공함에 있어서 SCW 또는 CIP 파일에 의한 흙막이벽 구조물을 시공하므로, 불필요하게 넓은 지역을 굴착하지 않아도 되고, 방수 효과가 탁월하며 주변 지반의 침하 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

콘크리트 지하구조물의 시공방법{Construction method for installing concrete underground structures}

본 발명은 콘크리트 지하구조물의 시공방법에 관한 것으로서, 특히 불필요하게 넓은 지역을 굴착하지 않아도 되고, 주변 지반의 침하 발생을 방지할 수 있는 콘크리트 지하구조물의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 흙막이벽 또는 토류벽은 흙막이 구조물을 구성하는데, 편의상 강성벽체와 연성벽체로 크게 구분된다. 강성벽체는 벽체가 토압에 의해 변형이 일어나지 않을 만큼 강성이 크다고 가정하여 한계 평형상태로 Rankine 또는 Coulomb 토압 이론을 적용하여 해석하며, 연성벽체는 벽체를 연성으로 가정하여 굴착에 따른 벽체의 변위와 토압의 변화를 고려하는 탄소성 해석방법을 적용하여 해석한다.

강성벽체에는 옹벽, 석축, 슬러리월(slurry wall), 주열식 말뚝벽체(예를 들면, CIP(cast in place pile), SCW(soil cement wall) 등이 해당되고, 연성벽체에는 토류판벽체, 널말뚝벽 등이 해당된다.

위에서 언급한, CIP는 일측으로 케이싱의 사용이 가능하고 저심도에 유리하며, 오거를 사용하므로 작업이 비교적 용이하다. SCW는 3축으로 지반을 천공하므로 큰 장비이며, 대심도에 유리하고 케이싱 사용은 불가능하다.

흙막이벽은 본래 기초 터파기 공사에서 토압, 수압 등의 측압에 대한 저항을 목적으로 사용되는 가설구조물이며, 최근 도심지에서 굴착공사가 빈번해짐에 따라 주변지반의 침하와 건물의 보호를 주목적으로 사용되는 등 그 사용목적이 다양해지고 있다. 이와 같이 흙막이벽은 지층상태, 부지 및 주변 여건을 고려하여 적합한 형식의 선정이 중요하다. 특히, 굴착진행 중 흙막이벽 주변지반 및 주변구조물의 안전을 위한 지지구조의 설치가 필요하며, 이와 같은 지지구조의 선정은 굴착지역 지반 및 주변 여건을 고려하여 적절하게 검토되어야 한다.

도 1은 일반적인 절개 공법에 의한 종래 버팀보식 지하구조물의 시공상태를 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 이는 개삭(開削) 공법으로서 지표면 아래부터 일정한 깊이까지 개삭하고 완성한 후에 다시 흙을 덮어 터널을 만드는 방법으로서, 산악 터널의 갱구 부근이나 흙 붕괴가 적은 터널, 또는 시가지에 있어서의 지하철 터널에 흔히 사용된다.

이와 같은 버팀보식 지지구조는 굴착하는 부지의 외곽에 설치한 흙막이벽을 벽체 내의 띠장(wale)(101) 및 버팀보(strut)(102) 등의 지보공으로 지지하면서 굴착하는 방식이다. 이 방식은 굴착면 폭이 좁고 깊을 때 유리하며, 연약지반에서도 시공이 가능하다. 최근 도심지 근접 시공에서는 굴착지역이 넓을 경우에도 주변지반의 지지구조 설치가 어려울 경우에는 버팀보 구조를 선택하게 되는데, 이 경우에는 지지구조의 특성을 고려한 분할굴착 등의 검토가 필요하다.

한편, 이상과 같은 버팀보식 지지구조에 의한 흙막이벽 구조물의 시공에 있어서, 지하구조물(100)의 외곽부로부터 보통 80cm 정도 이격된 위치에 흙막이벽을 시공하게 되는데, 따라서 이를 위해 넓은 영역을 굴착해야 한다. 또한, LW 그라우팅 공사 후, 완벽하지 못하면 지하로 굴착시 물이 새는 문제가 있다. 그리고, 지하구조물과 흙막이벽 사이의 공간에 되메우기 다짐이 잘 안되고, 지하수 탈수량이 많아 굴착부 연변 건물이 침하되거나 지하 매설물이 파손될 우려가 있다. 또한, 굴착부 연변 건물에 대한 보수비가 추가로 소요되어 경제적인 손실이 수반되는 문제가 있다.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 불필요하게 넓은지역을 굴착하지 않아도 되고, 주변 지반의 침하 발생을 방지할 수 있는 콘크리트 지하구조물의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 절개 공법에 의한 종래 버팀보식 지하구조물의 시공상태를 보여주는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 따른 콘크리트 지하구조물의 시공방법에 따라 콘크리트 지하구조물을 시공한 상태를 보여주는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 따른 콘크리트 지하구조물의 시공방법에 따라 다수의 파일공을 굴착할 시, 이웃하는 파일공끼리 일정 영역 서로 겹치게 굴착하는 것을 설명하기 위한 도면.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 따른 콘크리트 지하구조물의 시공방법에 채용되는 WGS-CIP 차수 그라우팅 공법의 차수 시공과정을 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100,200...콘크리트 지하구조물 101,202...띠장

102,203...버팀보 201...CIP 파일

210...주입구

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 콘크리트 지하구조물의 시공방법은,

시공될 콘크리트 지하구조물의 양측 외곽부로부터 각각 소정 거리 이격된 위치에 SCW 또는 CIP 파일의 시공을 위한 소정 직경의 다수의 파일공을 상호 인접되게 나란히 굴착하는 단계;

상기 굴착된 다수의 파일공에 콘크리트를 각각 타설하여 SCW 또는 CIP 파일을 시공하는 단계;

상기 시공된 SCW 또는 CIP 파일들 사이의 틈새에 숏크리트(shotcrete)를 충전하여 SCW 또는 CIP 파일에 의한 양측 흙막이벽 구조물을 시공하는 단계;

상기 시공된 양측 흙막이벽 구조물 내에 있는 흙을 파내는 작업과 함께 양측 흙막이벽 구조물을 지지하기 위한 띠장과 버팀재를 설치하는 단계; 및

상기 양측 흙막이벽 구조물 내에 마련된 공간에 미리 설계된 소정 형태의 콘크리트 지하구조물을 시공하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 따른 콘크리트 지하구조물의 시공방법에 따라 콘크리트 지하구조물을 시공한 상태를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 따른 콘크리트 지하구조물의 시공방법에 따라, 먼저 시공될 콘크리트 지하구조물(200)의 양측 외곽부로부터 각각 소정 거리 (예컨대, 10cm) 이격된 위치에 SCW 또는 CIP 파일의 시공을 위한 소정 직경의 다수의 파일공을 상호 인접되게 나란히 굴착하게 된다. 여기서, 이와 같이 이격 거리를 두는 것은 SCW 또는 CIP 파일 시공시 오와 열이 맞지 않음으로 인한 오차 여유분을 가지기 위함이다. 또한, 파일공의 굴착시 바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이, 파일공 A와 파일공 B의 각 원이 서로 일정 영역 겹치도록(예를 들면, 반경 20cm의 파일공을 굴착할 경우, 두 파일공의 각 원의 중심점 간의 거리가 35cm가 되도록) 파일공을 굴착한다. 이는 SCW 또는 CIP 파일들에 의한 흙막이벽 구조물을 구축할 시 가능한 한 파일과 파일 간의 틈새가 없는 밀한 상태의 구조물을 구축하기 위한 것이다.

이렇게 하여 다수의 파일공이 나란히 굴착되면, 그 굴착된 다수의 파일공에 콘크리트를 각각 타설하여 SCW 또는 CIP 파일(201)을 시공한다. 이때, 파일공들 중의 몇 개의 파일공 내에는 후술되는 띠장의 설치를 위해 H빔을 삽입한 상태에서 콘크리트를 타설한다.

SCW 또는 CIP 파일(201)의 시공이 완료되면, 시공된 SCW 또는 CIP 파일들(201) 사이의 틈새에 숏크리트를 충전하여 SCW 또는 CIP 파일에 의한 양측 흙막이벽 구조물을 시공한다. 여기서, 이와 같이 SCW 또는 CIP 파일들(201) 사이의 틈새에 숏크리트를 충전하는 것은, SCW 또는 CIP 파일의 시공을 위한 파일공 굴착단계에서부터 콘크리트를 타설하여 파일을 시공하기까지 각 파일공 간의 상호 겹치기식 시공을 균일하게 하기 어렵고, 또한 파일공에 타설된 콘크리트의 경화과정 등에서의 수축 등으로 인해 파일과 파일 사이에 틈새가 생길 수 있으며, 따라서 이러한 틈새를 숏크리트 충전에 의해 마무리 작업함으로써 완전한 방수의 흙막이벽면을 이루기 위한 것이다. 또한, SCW 또는 CIP 파일이 수직을 유지하지 못하고 좌우로 경사지게 시공되어 파일과 파일 사이가 완전히 겹쳐지지 못하고 이격되거나, 토질이 양호하지 못하여 파일 구근이 정상적으로 시공되지 못함에 따른 파일 높이의 불균일로 다음 파일과의 이격이 발생하여 파일과 파일의 틈새로 누수가 될 수 있는 바, 이때 CIP-전면 방수그라우팅 방법을 적용하여 누수 문제를 해결하게 된다. 여기서, 이 CIP-전면 방수그라우팅 방법은 본 출원인이 1993년 2월 3일자로 특허로 출원하여 1995년 12월 21일자로 특1995-14993호로 특허등록된 시공방법에 따라 시공하는 것으로서 이에 대해서 간략히 설명해 보기로 한다.

먼저, SCW 또는 CIP 파일 사이의 이격으로 누수되는 부위를 확인 및 설정하고, 누수량과 구체상태, 누수면적, 토질의 종류 등을 조사하여 수행할 작업방법과 각종 투입 장비 및 재료에 대한 계획을 수립하게 된다. 그런 후, 도 4에 도시된 바와 같이 파일(201) 사이의 누수부위의 이물질을 위에서부터 신속히 제거하고, 도 5에 도시된 바와 같이, 파일의 콘크리트가 나온 부위에 실링한 다음, "V"자로 주입구(210)를 설치하여 미리 결정된 배합비의 주입재(시멘트+그라우트재(방수재)+혼화제)의 주입량과 주입압력, 주입시간, 주입순서 등을 분석하여 "V"자 주입구(210)의 하부측 주입구를 통해 도 6에 도시된 바와 같이, 일정 압력(0 ~ 15kg/㎠)으로 주입을 시행하며, 누수상태를 파악하여 최종 주입 마감을 결정하게 된다. 이때, 바람직하게는 계획굴착면 0.5m 이하까지 CIP-전면 방수그라우팅 방법을 시행한 후, 도 7에 도시된 바와 같이, 되메우기를 시행한다. 이는 지하 콘크리트 구조물의 본 공사중의 히빙(heaving)을 방지하기 위한 것이다.

또한, CIP-전면 방수그라우팅 방법을 사용하는 경우는 지중의 홀(hole) 붕괴로 인하여 콘크리트 타설시 수밀한 콘크리트가 되지 못할 때에 적용하며, 콘크리트 타설시 지하수의 유속이 빠르거나 과다한 지하수의 유입으로 인하여 수밀한 콘크리트가 되지 못할 때에도 사용고 누수량이 극히 소량일 때에는 아래에서 설명하고 있는 "V"자 주입구를 설치하여 전면 방수 그라우팅 방법을 적용한다.

SCW 또는 CIP 파일의 배면측에서 지하수로 인하여 이토 또는 세립자등이 배면에서 파일사이의 이격된 틈으로 배출되면 토층과 파일사이의 큰 동공 또는 공극상태가 발생하게되어 그곳에 채움용으로 배면방수 그라우팅을 실시하여 누수를 방지하며 배면 토층의 지반침하를 방지할 수도 있게 된다.

SCW 또는 CIP 파일 사이의 이격된 틈이 과다하거나 여러개가 동시에 있을 때에는 그라우팅을 할 주입구를 여러개 설치하고 이격된 틈의 주변에 있는 파일과 파일에 앙카를 박고 망과 선을 서로 연결시켜 그것을 지지체로 하여 급결성 모르타르를 바르면 효과적으로 단면의 복구가 이뤄지게 된다. 이것을 일명 떡바르기라고도 한다.

이때에 여러개의 주입구를 설치된 상태에서 한 곳의 주입구를 이용하여 배면에 충전을 계속하면 잉여분의 충전액이 타측의 주입구에서 흘러나오게 된다 이러한 작업을 반복적으로 시행하여 배면의 충전을 완벽하게 할 수 있도록 한다. 이렇게 충전을 실시하면서 발생되는 지하수는 아직 시행이 되지 않은 측의 주입구를 통하여 지하수를 빼내도록 한다.

한편, 숏크리트 충전작업이 완료되면, 상기 시공된 양측 흙막이벽 구조물 내에 있는 흙을 파내는 작업과 함께 양측 흙막이벽 구조물을 지지하기 위한 띠장 (202)과 버팀보(203)를 설치하게 된다. 즉, 띠장(202)과 버팀보(203)로 양측 구조물을 지지해 가면서 흙을 파내는 작업을 하는 것이다.

이렇게 하여 흙파내기 작업이 완료되면, 양측 흙막이벽 구조물 내에 마련된 공간에 미리 설계된 소정 형태의 콘크리트 지하구조물을 시공한다. 이때, 물론 일반적인 콘크리트 구조물의 시공때처럼 거푸집을 설치하고, 레미콘 및 펌프카 등의 콘크리트 타설 장비가 동원되어 작업이 진행됨은 당연하다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 콘크리트 지하구조물의 시공방법은 종래의 통상적인 절개 공법에 의한 버팀보식 시공방식과는 달리, 흙막이벽 구조물을 시공함에 있어서 SCW 또는 CIP 파일에 의한 흙막이벽 구조물을 시공하므로, 불필요하게 넓은 지역을 굴착하지 않아도 되고, 방수 효과가 탁월하며 주변 지반의 침하 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 방법은 지하굴착 개착공법의 가설 토류벽 설치위치를 본 구조물 외곽선에 설치함으로써 방수 시트를 가설 토류벽에 바른 합벽구조물이 되어 구조물의 두께를 경감시킬 수 있고, 도심지에서의 굴착폭 축소에 따른 교통 소통 저해를 최소화할 수 있으며, 토지 보상비 절감과 건물 근접시공에 따른 민원 감소와 보행 공간 확보로 안전사고 예방 및 공기단축에 따른 공사비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

Claims

시공될 콘크리트 지하구조물의 양측 외곽부로부터 각각 소정 거리 이격된 위치에 SCW 또는 CIP 파일의 시공을 위한 소정 직경의 다수의 파일공을 상호 인접되게 나란히 굴착하는 단계;

상기 굴착된 다수의 파일공에 콘크리트를 각각 타설하여 SCW 또는 CIP 파일을 시공하는 단계;

상기 시공된 SCW 또는 CIP 파일들 사이의 틈새에 숏크리트를 충전하여 SCW 또는 CIP 파일에 의한 양측 흙막이벽 구조물을 시공하는 단계;

상기 시공된 양측 흙막이벽 구조물 내에 있는 흙을 파내는 작업과 함께 양측 흙막이벽 구조물을 지지하기 위한 띠장과 버팀재를 설치하는 단계; 및

상기 양측 흙막이벽 구조물 내에 마련된 공간에 미리 설계된 소정 형태의 콘크리트 지하구조물을 시공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 지하구조물의 시공방법.
제 1항에 있어서,

상기 파일공의 굴착시, 파일공과 파일공의 각 원이 서로 일정 영역 겹치도록파일공을 굴착하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 지하구조물의 시공방법.
제 1항에 있어서,

상기 파일들 사이의 틈새에 "V"자로 주입구(210)를 설치하여 일정압력으로 주입재를 주입하여 양생, 경화시켜 소량의 누수를 막는 것을 특징으로 하는 콘크리트 지하 구조물의 시공방법.
제 1항에 있어서,

상기 파일 사이 이격된 틈이 넓거나 또는 동시에 여러개가 있을 경우에는 이격된 틈 주변의 파일과 파일에 앙카를 박아 철사나 망사로 서로 앙카에 연결한 후철사나 망사의 표면에 급결성 모르트르를 바른 후에 배면의 공극에는 여러개의 주입구를 설치하고 차례로 주입구를 통하여 일정압력으로 주입재를 주입하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 지하 구조물의 시공방법.
제 1항에 있어서,

상기 파일과 파일사이의 이격된 틈으로 과다한 지하수나 지하수와 토사가 서로 혼합되어 이토상태로 흘러나올 경우에는 이격된 틈새사이로 여러개의 주입구를 설치하고 최하부 부터 그라우팅 주입재를 일정압력으로 충전시켜나가는 것을 특징으로 하는 콘크리트 지하 구조물의 시공방법.
제 3항 내지 제 5항에 있어서,

상기 주입재는 시멘트와 그라우트재(방수재)와 혼화재를 일정 비율로 배합한 것을 특징으로 하는 콘크리트 지하구조물의 시공방법.
제 3항 내지 제 5항에 있어서,

상기 일정압력은 0 ~ 15kg/㎠ 범위의 압력을 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트 지하구조물의 시공방법.