KR200308105Y1 - 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법용 파일 - Google Patents

Abstract

본 고안은 토목공사현장에서 지하층을 시공하기 위해 굴착된 흙벽으로부터 발생하는 토압을 효과적으로 지지하기 위한 흙막이 공법에 있어서, H-파일의 플랜지부에 프리스트레스 발생수단을 장착하여 토압에 대응하는 프리스트레스를 H-파일에 직접 적용함으로서,

H-파일에 작용하는 휨응력을 크게 감소시켜 동일한 규격의 H-파일을 사용하고도 토압 대응응력을 현저히 증대시켜 버팀보의 설치 간격을 넓게 확보하므로 일시에 1개층을 완전히 시공할 수 있어 그 공기를 현저히 단축시킬 수 있음은 물론, 시공이음이 감소하여 구조적인 안정 및 방수효과가 뛰어나며 버팀보의 사용 등 강재의 사용이 현저히 감소하므로 매우 경제적이면서도 그 시공성이 매우 개선되는 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법용 파일에 관한 것이다.

Description

프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법용 파일 {Pile for temporary soil sheathing method using prestress}

본 고안은 토목공사현장에서 지하층을 시공하기 위해 굴착된 흙벽으로부터 발생하는 토압을 효과적으로 지지하기 위한 흙막이 공법에 있어서, 특히 굴착부에 임의 간격으로 입설되는 H-파일(H-Pile)에 임의응력의 프리스트레스(Pre-stress)를 가하므로서 H-파일 및 토류판에 가중되는 토압의 분산 및 상쇄효과를 갖게 하므로 버팀보의 층간격을 높게 형성케 하므로 시공이음이 적으면서도 시공성이 향상되고 강제의 감소사용으로 매우 경제적이며, 시공속도가 매우 빨라 공기를 현저히 단축시킬 수 있는 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법용 파일에 관한 것이다.

기존의 흙막이 공사는 흙벽 또는 암벽에 일체로 타설 형성하는 콘크리트 영구 흙막이와, 굴착 공사시에만 흙벽 또는 암벽이 무너지는 것을 방지하기 위해 설치하였다가 공사완료 후 이를 해체하는 가설 흙막이 공사로 구분된다.

일반적으로 가설 흙막이 공사시에는 임의 간격으로 H-파일을 수직으로 세우고, 이웃한 H-파일의 플랜지 사이에 다수의 토류판을 적층 삽입하여 흙벽 또는 암벽이 받쳐지게 함과 동시에 그 H-파일을 벽체에 고정시키기 위해 벽과 벽 사이에 H-파일을 가로지르는 다수의 버팀보(Strut)를 설치하거나, 어스앵커를 지면에 고정 설치하고 이를 브라켓트에 의해 H-파일에 견고하게 고정하여 그 토압으로부터 견디게 시공하였다.

즉, 도 1의 도시와 같이 굴착하고자 하는 지반 주변에 일정간격으로 다수의 H-파일(100)을 수직으로 입설하고, 그 내부공간을 굴착하며 마주하고 있는 수직의 H-파일(100)을 서로 연결 지지하는 다수의 버팀보(101)를 굴착과 동시에 상측으로부터 순차적으로 설치하는 것이다.

상기한 버팀보(101)는 H-파일(100)에 작용하는 토압을 효과적으로 지지하여 굴착된 흙벽이 융출되거나 붕괴되는 것을 방지하기 위한 것으로서,

이웃한 H-파일(100)간에 상하로 적층되어 있는 토류판에는 상당한 압력의 토압이 작용하므로 이러한 토압으로부터 안정된 지지가 가능케 하기 위해서는 대략 2~3m정도의 상하층 간격을 유지하는 버팀보(101)가 형성되어 있어야 하는 것이다.

또한, 상기한 버팀보(101)는 작업현장의 규모에 따라 그 개체수가 상이하기는 하지만 평면도시상 그물망 형태로 비교적 다수의 버팀보가 가로, 세로 방향으로 엇갈려 횡상으로 설치되는 것이 일반적이다.

그러나, 이렇게 2~3m의 간격을 갖고 설치된 다층의 버팀보가 상하 일정한 간격으로 형성된 굴착부에는 콘크리트 골조에 의해 기초바닥부 및 최하 지하층으로부터 순차적으로 상향 타설되어 건축물이 시공되는 것인데, 통상적으로 하나의 층은 대략 4~4.5m정도의 높이를 갖고 시공되는 바, 상기한 바와 같이 2~3m의 간격을 갖고 설치되어 있는 버팀보에 의해 4~4.5m의 높이를 갖는 한개의 층을 일시에 시공하지 못하는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 1개층을 시공하기 위해서는 2~3m 정도의 높이를 갖는 지층을 우선 시공한 다음 시공된 콘크리트가 완전히 양생되기를 기다렸다가 양생된 지층의 상부에 위치한 버팀보를 모두 해체한 상태에서 또다시 2~3m 정도의 높이를 갖는 지층을 시공하여야 하며, 이러한 지층이 완전히 양생되기를 기다렸다가 다시 그 상측의 버팀보를 완전히 해체하고 2~3m 정도의 지층을 다시 양생하여야 하는 번거로움이 있는 것이다.

그러므로, 상기한 종래의 가설 흙막이 공법은 한정된 버팀보의 상하 간격에 의해 1개층을 일시에 양생하지 못하고 2~3m 정도만을 계속하여 반복 시공하게 되므로 이러한 버팀보의 간격에 의해 2~3m의 간격으로 시공이음이 연속하여 발생하게 되므로, 이러한 다수의 시공이음에 의해 건물의 구조적 취약함 및 방수 등 시공상의 문제점이 다수 유발하고 있는 것이며, 공기가 지연되는 직접적인 원인이 되고 있는 실정이다.

이러한 번거로움을 탈피하고자 하는 경우 즉, 일시에 1개층을 한꺼번에 시공하고자 하는 경우에는 상기한 버팀보의 상하 간격이 5~6m정도 확보되어야 하므로 상기한 H-파일의 규격을 현저히 크게 하여 증대된 규격의 H-파일에 의해 토류압으로부터 지탱하는 응력을 증대시키고 있으나, 이러한 시공방법은 H-파일을 입설하기위한 천공을 대구경으로 형성하여야 하므로 이 또한 공사비의 증액에 따른 매우 비경제적인 시공이 되는 문제점이 있는 것이다.

본 고안은 전기한 바와 같은 문제점을 제거코자 안출된 것으로서, 종래의 시공방법에 사용되는 H-파일의 플랜지부에 프리스트레스 발생수단을 장착하여 토압에 대응하는 프리스트레스를 H-파일에 직접 적용함으로서,

H-파일에 작용하는 휨응력을 크게 감소시켜 동일한 규격의 H-파일을 사용하고도 토압 대응응력을 현저히 증대시켜 버팀보의 설치 간격을 넓게 확보하므로 일시에 1개층을 완전히 시공할 수 있어 그 공기를 현저히 단축시킬 수 있음은 물론, 시공이음이 감소하여 구조적인 안정 및 방수효과가 뛰어나며 버팀보의 사용 등 강재의 사용이 현저히 감소하므로 매우 경제적이면서도 그 시공성이 매우 개선되는 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법용 파일을 제공함에 본 고안의 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래 가설 흙막이 공법에 의한 시공측단면도

도 2는 본 고안에 따른 프리스트레스 파일의 사시도

도 3은 본 고안에 따른 프리스트레스 파일의 단면도

도 4는 본 고안에 따른 프리스트레스 파일의 모우멘트 발생선도

도 5는 본 고안 프리스트레스 파일에 의한 시공평면도

도 6은 본 고안 프리스트레스 파일에 의한 모우멘트 발생부를 보인 시공측단면도

도 7은 본 고안 프리스트레스 파일에 의한 시공이음을 보인 측단면도

도 8은 본 고안 파일과 종래 파일에 의한 굴착 단계별 토압 및 모우멘트 발생상태를 도시한 비교도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 플랜지연결부 2,2' : 플랜지

10,10' : 프리스트레스 발생수단 11,11' : 앵커고정판

12,12' : 케이블 13,13' : 쐐기호울

14,14' : 쐐기앵커 15 : 앵글

20 : H-파일 21 : 버팀보

22 : 토류판

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2는 본 고안 시공방법에 적용되는 프리스트레스를 이용한 H-파일의 사시도이고, 도 2는 상기한 프리스트레스를 이용한 H-파일의 단면도이다.

먼저, 본 고안 파일을 이용한 가설 흙막이 시공방법은,

굴착할 목적지반의 주변에 H-파일을 일정간격으로 수직 삽입하고, 수직 삽입된 H-파일의 내측 굴착지를 점차 굴착하여 굴착된 지반에는 마주한 H-파일을 횡상으로 서로 연결하는 버팀보를 설치하며, 굴착공정의 진행에 따라 굴착된 내부공간에는 상하 일정간격의 버팀보가 다수 설치되게 하되,

상기한 버팀보와 버팀보가 설치된 각각의 이격공간의 H-파일 일측에는 프리스트레스 발생수단을 장착하여, 그 프리스트레스 발생수단에 의해 해당 위치의 H-파일에 프리스트레스를 직접 가하므로서,

H-파일에 작용하는 프리스트레스 모우멘트에 의해 토압 저항력을 증대시켜 버팀보의 상하 간격을 보다 넓게 확보하므로 공기 단축은 물론 시공성이 향상되게 한 것이다.

또한, 상기한 각각의 프리스트레스 발생수단은, 다수의 케이블 양단을 H-파일의 해당위치에 각각 고정하되, 전기한 케이블에는 총 80~100ton의 인장하중을 가하여 이루어진 것이다.

이러한 시공방법에 적용되는 본 고안 H-파일은,

플랜지연결부(1)와 양측 플랜지(2)(2')로 된 H-파일(20)에 있어서,

플랜지연결부(1)와 일측 플랜지(2)의 교차부 양측에 프리스트레스 발생수단(10)(10')을 다수 형성하되,

프리스트레스 발생수단(10)(10')은, 이격된 앵커고정판(11)(11')에 다수의 케이블(12)(12') 양단을 고정하고, 이격된 앵커고정판(11)(11') 및 케이블(12)(12')의 주연부에는 함체상의 앵글(15)를 결합하며,

상기한 앵커고정판(11)(11')과 케이블(12)(12')은, 다수의 쐐기호울(13)(13')이 형성된 앵커고정판(11)(11')에 케이블(12)(12')에 고정된 쐐기앵커(14)(14')가 삽입되어 고정된 것이다.

또한, 상기한 프리스트레스 발생수단(10)(10')은 그 이격거리가 5~6m가 되게 하는 것이 가장 이상적이다.

도면중 미설명 부호 21은 버팀보, 22는 토류판이다.

이상과 같은 프리스트레스 발생수단을 이용한 시공공정 및 파일에 대한 상세한 작용을 첨부도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

H-파일(20)은 도 2의 도시와 같이 전,후측의 플랜지(2)(2')와 이들 플랜지(2)(2')를 이격되게 연결하고 있는 직각의 플랜지연결부(1)에 의해 형성된 것으로서, 강재를 사용하여 굴착지 주변에 수직으로 삽입되며 굴착지에 삽입된 H-파일(20)은 목적지반의 굴착과 동시에 일측으로부터 극심한 토압이 가해지게 되는 것이다.

따라서, 이웃하는 H-파일(20)간에 목재 또는 금속재 등의 토류판을 삽입하여 굴착벽면 전체의 토압을 지탱케 함은 물론 횡방향으로 상기한 H-파일(20)에 결합되는 다수의 버팀보에 의해 토류판 및 H-파일(20)에 작용하는 토압으로부터 지지되게 하는 것이다.

또한, 굴착지반의 깊이가 깊어짐에 따라 상기한 버팀보의 간격을 일정하게 유지하면서 다층으로 버팀보를 형성하여야 하는 것이다.

그러나, 상기한 다층의 버팀보는 굴착작업 및 시공공정에서 많은 장애요소가 되는 것이 사실이므로 상기한 H-파일(20)의 일측 양면에 프리스트레스 발생수단(10)(10')을 각각 장착하여 토압에 의해 H-파일(20)에 작용하는 휨 모우멘트를 감소시키므로 상대적으로 토압으로부터의 지지력이 증대되어 상기한 버팀보의 설치간격을 보다 넓게 형성할 수 있는 것이다.

즉, 도 3의 단면 도시와 같이, 상기한 H-파일(20)의 플랜지연결부(1)와 일측 플랜지(2)의 연결모서리부 양측에 프리스트레스 발생수단(10)(10')을 장착하되, 상기한 프리스트레스 발생수단(10)(10')은 이격된 앵커고정판(11)(11')에 다수의 케이블(12)(12') 양단이 고정된 것으로서, 상기한 다수의 케이블(12)(12')에는 대략 80~100t 정도의 인장하중이 걸려져 있는 상태가 되는 것이다.

이러한 케이블(12)(12')의 인장하중은 H-파일(20)이 케이블의 인장하중에 휘는 정도는 아니고 다만 토압에 의해 H-파일(20)에 작용하는 휨 모우멘트를 감소시키는 힘으로 작용하는 것이다.

또한, 상기한 케이블(12)(12')의 양단은 쐐기호울(13)(13')이 형성된 앵커고정판(11)(11')에 쐐기앵커(14)(14')가 결합된 케이블(12)(12')이 삽입되어 결합되는 것으로서, 그 케이블(12)(12')에 인장하중을 가하기 위해서는 먼저 일측의 앵커고정판(11)에 쐐기앵커(14)를 삽입하여 고정한 상태에서 별도의 유압 인장기(도면에는 미도시함)를 이용하여 쐐기앵커(14')가 삽입되지 않은 케이블(12)(12')의 타단을 필요인장력 이상으로 잡아당긴 후, 앵커고정판(11')의 근접위치에서 그 케이블(12)(12')의 타단에 쐐기앵커(14')를 압축결합하고, 그 쐐기앵커(14')가케이블(12)(12')에 완전히 고정된 상태에서 상기한 케이블(12)(12') 단부를 잡아당기고 있던 유압인장기를 놓게 되면 인장력에 의해 케이블(12)(12')이 신축되면서 타측의 쐐기앵커(14')가 앵커고정판(11')의 쐐기호울(13')로 삽입되는 것이다.

이때, 상기한 쐐기앵커(14)(14')가 쐐기호울(13)(13')에 완전히 삽입된 상태에서 상기한 케이블(12)(12')에 약 80~100t의 인장하중이 걸린 상태가 되게 하여야 하는 것이다.

이렇게 프리스트레스 발생수단(10)(10')의 케이블(12)(12')에 가해진 인장하중은 도 4의 도시와 같이 H-파일(20)의 타측으로 휨 모우멘트를 적용하게 되므로 H-파일(20)측으로 발생하는 토압의 상쇄효과를 갖게 되는 것이며, 그 시공도는 도 5의 도시와 같이 H-파일(20)의 플랜지(2)(2') 양측에 각각 길이방향으로 프리스트레스 발생수단(10)(10')을 각각 장착하고, 각각의 H-파일(20)간에 다수의 토류판(22)을 서로 상하 적층하여 삽입하면 되는 것이다.

따라서, 도 6의 도시와 같이 버팀보(21)와 버팀보(21)의 사이에 위치한 프리스트레스 발생수단(10)(10')이 장착된 H-파일(20) 지점에서 그 휨 모우멘트가 상쇄된 것을 알 수 있으므로, 상기한 버팀보(21)의 간격을 종래보다 넓게 형성하여도 그 토압으로부터 보다 안정되게 지지할 수 있는 것이다.

즉, 종래에는 상기한 모우멘트 선도와 같이 프리스트레스 발생수단(10)(10')이 없는 구간 즉, 버팀보(21)와 버팀보(21)의 사이 공간에는 비약적인 휨 모우멘트가 발생하므로 안전설계에 의해 상기한 버팀보의 간격을 2~3m 정도로 일정하게 유지하였으나, 본 고안 프리스트레스 발생수단에 의해 그 버팀보의 간격을 5~6m정도로 넓게 벌려도 안전한 것이다.

따라서, 종래에는 4~4.5m의 높이를 갖는 지하1개층을 시공하기 위해서는 통상적으로 2~3m의 상하 간격을 갖는 버팀보에 의해 두지점의 시공이음(Joint)이 발생하였으나, 본 고안에 의해 상기한 버팀보의 간격을 5~6m까지 벌릴 수 있으므로 일시에 하나의 지하층을 시공이음없이 완전히 양생 및 시공할 수 있으므로 그 공사기간이 현저히 단축되는 것이다.

이러한 시공이음의 감소는 구조물의 방수는 물론 구조적인 안정감을 보다 향상시키는 것으로서, 공기의 단축과 더불어 구조물의 견고함을 동시에 이룰수 있는 것이다.

이러한 모우멘트의 상쇄효과는 도 8의 비교도와 같이, 1차 굴착시 동일한 모우멘트가 H-파일(20)에 작용하고 난 이후, 2차 굴착후 종래에는 굴착 2~3m 지점에 버팀보를 설치하였으나, 본 고안에 의해 프리스트레스 발생수단(10)(10')을 H-파일(20)에 장착하게 되면 모우멘트가 감소하므로 그 버팀보의 설치위치를 굴착 5~6m 지점에 설치하여도 무방한 것이다.

또한, 상기한 2차 굴착이 종료된 후 다시 3차 굴착을 하게 되면 종래에는 상기한 버팀보로부터 2~3m의 간격을 갖도록 또다른 버팀보를 설치하였으나, 본 고안에서는 상쇄된 모우멘트에 의해 보다 그 버팀보의 설치간격을 넓게 형성하게 되는 것이다.

따라서, 1개층이 대략 4~4.5m 정도라면 종래에는 1개층을 시공하기 위해서는 2~3m를 우선 시공하여 양생한 상태에서 그 상부의 버팀보를 해체하고 또다시 2~3m의 지층을 시공하였으나, 본 고안에 의해 일시에 1개층 즉 4~4.5m를 시공 및 양생할 수 있으므로 구조물의 시공속도가 보다 빠르게 되는 것이다.

그러므로, 시공이음의 감소로 인한 방수문제점의 개선 및 구조물의 강도가 증대되는 것이다.

이상과 같은 본 고안 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법용 파일은, H-파일에 작용하는 휨응력을 크게 감소시켜 동일한 규격의 H-파일을 사용하고도 토압 대응력을 현저히 증대시켜 버팀보의 설치 간격을 넓게 확보하므로 일시에 1개층을 완전히 시공할 수 있어 그 공기를 현저히 단축시킬 수 있음은 물론, 시공이음이 감소하여 구조적인 안정 및 방수효과가 뛰어나며 버팀보의 사용 등 강재의 사용이 현저히 감소하므로 매우 경제적이면서도 그 시공성이 매우 개선되는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 플랜지연결부(1)와 양측 플랜지(2)(2')로 된 H-파일(20)에 있어서,

   플랜지연결부(1)와 일측 플랜지(2)의 교차부 양측에 프리스트레스 발생수단(10)(10')을 다수 형성하되,

   프리스트레스 발생수단(10)(10')은, 이격된 앵커고정판(11)(11')에 다수의 케이블(12)(12') 양단을 고정하고, 이격된 앵커고정판(11)(11') 및 케이블(12)(12')의 주연부에는 함체상의 앵글(15)를 결합하여 됨을 특징으로 하는 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법용 파일.
2. 제 1항에 있어서, 앵커고정판(11)(11')과 케이블(12)(12')은, 다수의 쐐기호울(13)(13')이 형성된 앵커고정판(11)(11')에 케이블(12)(12')에 고정된 쐐기앵커(14)(14')가 삽입되어 고정됨을 특징으로 하는 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법용 파일.
3. 제 1항에 있어서, H-파일에 장착된 프리스트레스 발생수단(10)(10')은, 그 이격거리가 5~6m가 되게 함을 특징으로 하는 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법용 파일.