KR20040051182A - 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법 및 그 파일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 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 공법 및 그 파일에 관한 것이다.

Description

프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법 및 그 파일 {Temporary soil sheathing using prestress and pile thereof}

본 발명은 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 공법 및 그 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 층은대략 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 입설하기 위한 천공을 대구경으로 형성하여야 하므로 이 또한 공사비의 증액에 따른 매우 비경제적인 시공이 되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 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 공법 및 그 파일을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래 가설 흙막이 공법에 의한 시공측단면도

도 2는 본 발명에 따른 프리스트레스 파일의 사시도

도 3은 본 발명에 따른 프리스트레스 파일의 단면도

도 4는 본 발명에 따른 프리스트레스 파일의 모우멘트 발생선도

도 5는 본 발명 흙막이 공법에 의한 시공평면도

도 6은 본 발명 흙막이 공법에 의한 모우멘트 발생부를 보인 시공측단면도

도 7은 본 발명 흙막이 공법에 의한 시공이음을 보인 측단면도

도 8은 본 발명 흙막이 공법과 종래 흙막이 공법의 굴착 단계별 토압 및 모우멘트 발생상태를 도시한 비교도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 플랜지연결부2,2' : 플랜지

10,10' : 프리스트레스 발생수단11,11' : 앵커고정판

12,12' : 케이블13,13' : 쐐기호울

14,14' : 쐐기앵커15 : 앵글

20 : H-파일21 : 버팀보

22 : 토류판

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

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

먼저, 본 발명 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 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, 다수의쐐기호울(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 장애요소가되는 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')가 케이블(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 발명 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 발명에 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 발명에 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 발명에서는 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 발명에 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 발명 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법 및 그 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 (5)

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

   상기한 버팀보와 버팀보가 설치된 이격공간의 H-파일 일측에는 다수의 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 확보하여 시공성을 향상시킴을 특징으로 하는 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법.
2. 제 1항에 있어서, 각각의 프리스트레스 발생수단은, 다수의 케이블 양단을 H-파일에 고정된 상,하 버팀보의 이격 중간부에 각각 장착하되, 전기한 케이블에는 총 80~100ton의 인장하중을 가하여 고정됨을 특징으로 하는 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법.
3. 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.
4. 제 3항에 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
5. 제 3항에 있어서, H-파일에 장착된 프리스트레스 발생수단(10)(10')은, 그 이격거리가 5~6m가 되게 함을 특징으로 하는 프리스트레스를 이용한 가설 흙막이 공법용 파일.