KR20070108741A

KR20070108741A - Ｐｃ기둥을 이용한 탑다운 공법

Info

Publication number: KR20070108741A
Application number: KR1020060041146A
Authority: KR
Inventors: 최동섭
Original assignee: (주)씨.에스 구조 엔지니어링; 최동섭
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2007-11-13
Also published as: KR100788623B1

Abstract

본 발명은 PC기둥을 이용한 탑다운(Top-down) 공법에 관한 것으로서, 종전의 탑다운 공법에서 지중(地中)에 선매입되는 기둥으로 철골기둥 대신 PC(precast-concrete)기둥을 이용한 탑다운 공법에 관한 것이다.

본 발명은 지하구조물의 시공순서를 지상에서부터 시작하여 점차 깊은 지하로 진행하며 완성하는 탑다운 공법(top-down method)에서, 슬러리월(Slurry Wall)을 구축하는 제1공정; 지상에서 기둥 설치 부위를 수직굴착한 후 단위길이로 제작된 복수개의 PC기둥을 지반에 삽입하고 연결하여 연결PC기둥을 제작하는 제2공정; 상기 연결PC기둥을 지상의 강재에 묶어 고정시킨 후 상기 연결PC기둥의 하부에서 기초 형성부위를 수직굴착하고 콘크리트를 타설하여 기초를 형성하는 제3공정; 및 일정한 깊이로 지반을 굴착한 후 지하층 슬래브를 구축하는 작업을 반복하여 복수층의 지하구조물을 구축하되, 상기 슬러리월은 상기 지하구조물의 벽체로 이용되고, 상기 연결PC기둥은 상기 지하층 슬래브의 지지기둥으로 이용되도록 하는 제4공정; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법을 제공한다.

탑다운(Top-down) 공법, PC기둥

Description

ＰＣ기둥을 이용한 탑다운 공법{Top-down method using precast-concrete colum}

도1은 본 발명에 따른 PC기둥을 이용한 탑다운 공법을 도시한 순서도이다.

도2는 PC기둥 상호간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다.

도3은 PC기둥과 기초간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다.

도4는 철골보가 지하층 슬래브를 지지할 때의 PC기둥과 지하층 슬래브와의 연결부 실시예를 도시한 것이다.

도5는 RC보가 지하층 슬래브를 지지할 때의 PC기둥과 지하층 슬래브와의 연결부 실시예를 도시한 것이다.

도6은 지하층에 플랫 플레이트 슬래브를 적용할 때 PC기둥과 지하층 슬래브와의 연결부 실시예를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10a, 10b, 10c, 10d : 수직철근 20 : 매입홈

30 : 충진구 40 : 무수축 모르타르

50 : 강판 60a, 60b, 60c : 수직강재

70 : 수평강재 80 : 수평철근

90 : 플렛 플레이트

100 : 슬러리월

200 : 연결PC기둥

210 : 상층 PC기둥 220 : 하층 PC기둥

300 : 기초

400 : 지하층 슬래브 410 : 철골보

탑다운(Top-down) 공법은 슬러리월(Slurry Wall)을 먼저 구축하고 기둥과 기초를 시공한 후, 1층 바닥슬래브로부터 점차 지하층 구축을 위한 공사를 진행하면서 동시에 지상공사를 병행해 나갈 수 있도록 하는 공법이다. 상기 탑다운 공법은 지하터파기와 지상공사의 병행으로 공기단축이 가능하고 소음과 진동이 적으므로 주로 도심에서 공기단축을 목적으로 사용되고 있다.

탑다운 공법은 지하층이 많아질수록 상기한 공법상 이점이 커지므로, 지하에 매입되는 기둥이 지상에서부터 기초에까지 연장되려면 상당한 길이를 갖는 장주(長柱)일 것이 요구되는 경우가 많았다. 따라서, 지하에 매입되는 기둥을 운반, 양중에 적합한 길이로 제작한 후 현장에서 상호간 연결이음하는 방법으로 상기 기둥을 제작하였고 이에 종래에는 철골기둥만이 사용되었다. 그러나, 철골기둥은 자재비가 고가(高價)이면서 자재수급이 안정적이지 못하다는 점에서 공사비 상승요인이 되며, 나아가 지하굴토작업 이전에 선매입되어 토사와 직접 맞닿게 되므로 철골표면의 부식으로 인한 내구성 저하 문제를 내재하고 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 지하구조물을 지지하는 기둥으로 PC기둥을 이용하여 공사비 절감 및 구조물의 내구성 증진시키도록 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적달성을 위해 본 발명은 지하구조물의 시공순서를 지상에서부터 시작하여 점차 깊은 지하로 진행하며 완성하는 탑다운 공법(top-down method)에서, 슬러리월(Slurry Wall)을 구축하는 제1공정; 지상에서 기둥 설치 부위를 수직굴착한 후 단위길이로 제작된 복수개의 PC기둥을 지반에 삽입하고 연결하여 연결PC기둥 을 제작하는 제2공정; 상기 연결PC기둥을 지상의 강재에 묶어 고정시킨 후 상기 연결PC기둥의 하부에서 기초 형성부위를 수직굴착하고 콘크리트를 타설하여 기초를 형성하는 제3공정; 및 일정한 깊이로 지반을 굴착한 후 지하층 슬래브를 구축하는 작업을 반복하여 복수층의 지하구조물을 구축하되, 상기 슬러리월은 상기 지하구조물의 벽체로 이용되고, 상기 연결PC기둥은 상기 지하층 슬래브의 지지기둥으로 이용되도록 하는 제4공정; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면에 따라 본 발명을 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 PC기둥을 이용한 탑다운 공법을 도시한 순서도이다. 도2는 PC기둥 상호간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다. 도3은 PC기둥과 기초간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다. 도4는 철골보가 지하층 슬래브를 지지할 때의 PC기둥과 지하층 슬래브와의 연결부 실시예를 도시한 것이다. 도5는 RC보가 지하층 슬래브를 지지할 때의 PC기둥과 지하층 슬래브와의 연결부 실시예를 도시한 것이다. 도6은 지하층에 플랫 플레이트 슬래브를 적용할 때 PC기둥과 지하층 슬래브와의 연결부 실시예를 도시한 것이다.

1. 제1공정 - 슬러리월 구축 단계( 도1의 (a) 참조)

슬러리월(100)은 본구조체로 이용이 가능하도록 제작한 흙막이벽으로서, 상기 제1공정에서는 건축물이 설치될 곳의 경계선에서 지하로 트렌치를 굴착한 후 안 내벽을 설치하고 안정액으로 공벽의 붕괴를 막으며, 연속적으로 콘크리트 벽체를 구축한다.

2. 제2공정 - 연결 PC 기둥 제작단계( 도1의 (b) 참조)

상기 제2공정에서는, 지상에서 기둥 설치 부위를 수직굴착한 후 단위길이로 제작된 복수개의 PC(Precast Concrete)기둥을 지반에 삽입하고 연결하여 연결PC기둥(200)을 제작한다.

도2는 PC기둥 상호간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다. 이하 각 실시예를 구체적으로 설명한다.

(a)는 하층 PC기둥(220) 상단에서 돌출되도록 매입된 수직철근(10a)을 상층 PC기둥(210)의 하단에 형성된 매입홈(20)에 삽입시키고, 상기 매입홈(20)이 형성된 PC기둥의 몸체에 형성된 충진구(30)를 통해 상기 매입홈에 무수축 모르타르(40)를 충진, 경화시키는 공정으로 연결된 PC기둥간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다. 상기 매입홈에는 슬리브 또는 커플러를 삽입함으로서 상, 하층 PC기둥에 매입된 수직철근을 연결하여 더 높은 전단강도를 얻을 수 있다. 물론 수직철근을 상층 PC기둥(210) 하단에서 돌출되도록 매입시키고, 매입홈은 하층 PC기둥(220)에 형성하여 상기와 같은 방식과 동일하게 상, 하층 PC기둥을 연결시킬 수 있다.

(b)는 하층 PC기둥(220) 상단에서 돌출되도록 매입된 수직철근(10b)이 상층 PC기둥(210) 하단에 부착된 강판(50)을 관통하며 상기 상층 PC기둥 하단 가장자리에 형성된 고정홈(45)에서 고정된 후, 상기 고정홈(45)에 무수축 모르타르(40)를 충진, 경화시키는 공정으로 연결된 PC기둥간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다. 상, 하층 PC기둥 사이에는 심플레이트(55)를 끼워 넣어 상, 하층 PC기둥(210, 220)간의 간격을 조정할 수 있는데, 상기 심플레이트(55)는 연결PC기둥의 총연장 길이에 미세한 오차를 조절하는 기능을 수행한다. 상기 심플레이트(55)에 의해 형성된 상, 하층 PC기둥간의 간격은 무수축 모르타르를 충진하여 메울 수 있다.

(c)는 상층 PC기둥(210)의 하단에서 돌출되도록 매입된 수직강재(60a)와 하층 PC기둥(220)의 상단에서 돌출되도록 매입된 수직강재(60b)가 결합되는 공정으로 연결된 PC기둥간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다. 상기 수직강재간의 결합은 용접과 고장력볼트 접합을 병용할 수 있으며, 상기 수직강재가 접합되는 부위에는 콘크리트를 타설하여 마무리하거나 지하층 슬래브(400) 구축시 철골보(410)와 결합되는 부위로 활용할 수 있다. 상기 수직강재로는 H형강, I형강 등을 이용할 수 있으며, 상기 상, 하층 PC기둥에 매입된 수직강재에는 다수개의 전단스터드(65)를 결합시켜 전단강도를 높일 수 있다.

3. 제3공정 - 기초형성단계( 도1의 (c) 참조)

상기 제3공정에서는, 상기 연결PC기둥(200)을 지상의 고정물에 묶어 고정시킨 후 상기 연결PC기둥(200)의 하부에서 기초 형성부위를 수직굴착하고 콘크리트를 타설하여 기초(300)를 형성한다. 연결PC기둥(200)을 지상의 고정물에 묶어 고정시키는 이유는 연결PC기둥(200)의 총연장 길이가 설계된 수치와 약간의 차이가 있을 때, 상기 기초 콘크리트 타설 과정에서 콘크리트의 타설량을 조절하여 기초의 높이를 조절하기 위한 것이다. 이렇게 함으로서 설계된 기둥의 수치와 시공현장에서 제작된 PC기둥의 길이에 대한 오차를 극복할 수 있다. 상기 연결PC기둥(200)을 지상의 고정물에 매단 후 기초 형성부위를 굴착하는 작업을 완료하면 상기 굴착부위에는 트레미관을 통해 기초 콘크리트를 계획 높이만큼 타설하고 양생시킨 후 상기 연결PC기둥을 지상에 설치된 구조물부터 해체시킨다.

도3은 PC기둥과 기초간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다. 이하 각 실시예를 구체적으로 설명한다.

(a)는 연결PC기둥(200) 하단으로 돌출하도록 매립된 수직철근(10c)이 상기 기초 형성부위까지 연장되어, 상기 수직철근(10c)을 기초 형성부위에 배근된 수평철근 또는 수직철근과 결합시킨 후, 상기 수직철근(10c)이 기초에 매립되도록 콘크리트가 타설되어 제작되는 것을 특징으로 하는 PC기둥과 기초간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다. 상기 수직철근(10c)이 연결PC기둥에 매립되는 부위는 도2의 (a)에서 도시된 PC콘크리트간의 연결부위에 대응하는 구성을 취한 것이다. 한편, (b)에서 도시된 실시예는 연결PC기둥(200) 하단으로 돌출하도록 매립된 수직철근(10d)이 기초 형성부위까지 연장되는 구성은 상기 도3의 (a)에서 도시된 실시예와 같이 하되, 상기 수직철근(10d)이 연결PC기둥(200)에 매립되는 부위는 도2의 (b)에서 도 시된 PC콘크리트간의 연결부위에 대응하는 구성을 취하고, 상기 수직철근(10d)이 상기 기초에 매립되는 부위는 하단을 절곡하여 인발응력이 커지게 구성한 것이다.

(c)는 연결PC기둥(200) 하단으로 돌출되도록 매립된 수직강재(60c)가 기초 형성부위까지 연장되어, 상기 수직강재(60c)가 기초에 매립되도록 콘크리트가 타설되어 제작되는 것을 특징으로 하는 PC기둥과 기초간 연결부위의 실시예를 도시한 것이다. 이 때 상기 수직강재(60c)로는 H형강, I형강 등을 이용할 수 있으며, 상기 연결PC기둥에 매입된 수직강재에는 다수개의 전단스터드(65)를 결합시켜 전단강도를 높일 수 있다.

4. 제4공정 - 지하 구조물 반복 시공, 완성단계( 도1의 (d), (e) 참조)

상기 제4공정에서는 일정한 깊이로 지반을 굴착한 후 지하층 슬래브(400)를 구축하는 작업을 반복하여 복수층의 지하구조물을 구축하되, 상기 슬러리월(100)은 상기 지하구조물의 벽체로 이용되고, 상기 연결PC기둥(200)은 상기 지하층 슬래브(400)의 지지기둥으로 이용되도록 한다.

상기 제4공정의 지하층 슬래브(400)는 철골보(410)가 지지하도록 하되, 상기 연결PC기둥(200)이 상기 지하층 슬래브(400)를 지지하는 부위에서, 상기 연결PC기 둥(200)을 관통하도록 매설된 수평강재(70)를 상기 철골보(410)와 일체로 연결시킨 후 지하층 슬래브 콘크리트를 타설, 양생하는 공정으로 제작된 실시예를 도시한 것이다. 상기한 수평강재(70)와 철골보(410)의 연결은 (a)에서 도시된 바와 같은 용접이나 (b)에서 도시된 바와 같은 고장력볼트 접합 등을 이용할 수 있다.

(a)는 상기 제4공정의 지하층 슬래브(400)는 수평철근(80)이 매설된 RC보(420)가 지지하도록 하되, 상기 연결PC기둥이 상기 지하층 슬래브를 지지하는 부위에서, 상기 연결PC기둥을 관통하도록 매설된 수평철근(80)을 상기 RC보(420)의 수평철근과 일체로 연결시킨 후 보-슬래브 콘크리트를 타설, 양생하는 공정으로 제작된 실시예를 도시한 것이다. (b)는 상기 제4공정의 지하층 슬래브는 수평철근 및 수평강재가 매설된 RC보가 지지하도록 하되, 상기 연결PC기둥이 상기 지하층 슬래브를 지지하는 부위에서, 연결PC기둥을 관통하도록 매설된 수평강재를 상기 RC보에 매설된 수평강재와 일체로 연결시킨 후 지하층 보-슬래브 콘크리트를 타설, 양생하는 공정으로 제작된 실시예를 도시한 것이다.

도6은 지하층에 플랫 플레이트 슬래브를 적용할 때 PC기둥과 지하층 슬래브와의 연결부를 도시한 것으로서, 상기 제4공정의 지하층 슬래브는 플랫 플레이트 슬래브로 구성하되, 상기 연결PC기둥(200)이 상기 지하층 슬래브(400)를 지지하는 부위의 플렛 플레이트(90)는 연결PC기둥을 관통하도록 매설된 수평강재(70)로 보강한 후 상기 플렛 플레이트 및 지하층 슬래브 콘크리트를 타설, 양생하는 공정으로 제작된 예를 도시한 것이다.

한편, 도시되지는 않았으나 PC기둥과 슬래브가 연결되는 부위에는 메탈라스를 설치하면 거친면이 형성되어 상기 연결부위에서의 전단강도를 크게 할 수 있다.

상기 도5 내지 도6에 도시된 예에 따라 지하층 슬래브를 반복적으로 제작하여 설계상 요구된 최하층 바닥까지 시공하면 발명에 따른 PC기둥을 이용한 톱다운 공법이 완료되어 도1의 (e)에 도시된 바와 같이 지하 구조물이 축조된다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 간편한 방법으로 PC기둥을 탑다운 공법에 활용할 수 있게 되어, 그 결과 용이한 자재수급을 통해 공사비를 절감하면서 경제적으로 지하 구조물 공사를 수행할 수 있게 되며, 나아가 지반 토사와 직접 맞닿더라도 부식우려가 없어 지하구조물의 내구성이 향상될 것으로 기대된다.

Claims

지하구조물의 시공순서를 지상에서부터 시작하여 점차 깊은 지하로 진행하며 완성하는 탑다운 공법(top-down method)에서,

슬러리월(Slurry Wall)을 구축하는 제1공정;

지상에서 기둥 설치 부위를 수직굴착한 후 단위길이로 제작된 복수개의 PC기둥을 지반에 삽입하고 연결하여 연결PC기둥을 제작하는 제2공정;

상기 연결PC기둥을 지상의 고정물에 묶어 고정시킨 후 상기 연결PC기둥의 하부에서 기초 형성부위를 수직굴착하고 콘크리트를 타설하여 기초를 형성하는 제3공정; 및

일정한 깊이로 지반을 굴착한 후 지하층 슬래브를 구축하는 작업을 반복하여 복수층의 지하구조물을 구축하되, 상기 슬러리월은 상기 지하구조물의 벽체로 이용되고, 상기 연결PC기둥은 상기 지하층 슬래브의 지지기둥으로 이용되도록 하는 제4공정; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제1항에서,

제2공정의 연결PC기둥은,

상층 PC기둥 하단 또는 하층 PC기둥 상단에서 돌출되도록 매입된 수직철근을 상기 수직철근이 매입된 PC기둥과 인접하는 PC기둥의 하단 또는 상단에 형성된 매 입홈에 삽입시키고, 상기 매입홈이 형성된 PC기둥의 몸체에 형성된 충진구를 통해 상기 매입홈에 무수축 모르타르를 충진, 경화시키는 공정으로 복수개의 PC기둥을 연결시켜 제작하는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제2항에서,

상기 매입홈에는 슬리브 또는 커플러가 매입되어 있어,

상기 수직철근을 상기 슬리브 또는 커플러에 결속시키는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제1항에서,

상기 제2공정의 연결PC기둥은,

하층 PC기둥 상단에서 돌출되도록 매입된 수직철근이 상층 PC기둥 하단에 부착된 강판을 관통하며 상기 상층 PC기둥 하단 가장자리에 형성된 고정홈에서 고정된 후, 상기 고정홈에 무수축 모르타르를 충진, 경화시키는 공정으로 복수개의 PC기둥을 연결시켜 제작하는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제1항에서,

상기 제2공정의 연결PC기둥은,

상층 PC기둥의 하단에서 돌출되도록 매입된 수직강재와 하층 PC기둥의 상단에서 돌출되도록 매입된 수직강재가 결합되는 공정으로 복수개의 PC기둥을 연결시켜 제작하는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제5항에서,

상기 상, 하층 PC기둥에 매입된 수직강재는 다수개의 전단스터드가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,

상기 제3공정에 의해 형성되는 기초는,

상기 연결PC기둥 하단으로 돌출하도록 매립된 수직철근이 상기 기초 형성부위까지 연장되어, 상기 수직철근을 기초 형성부위에 배근된 수평철근 또는 수직철근과 결합시킨 후, 상기 수직철근이 기초에 매립되도록 콘크리트가 타설되어 제작되는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,

상기 제3공정에 의해 형성되는 기초는,

상기 연결PC기둥 하단으로 돌출되도록 매립된 수직강재가 상기 기초 형성부위까지 연장되어, 상기 수직강재가 기초에 매립되도록 콘크리트가 타설되어 제작되는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,

상기 제4공정의 지하층 슬래브는 철골보가 지지하도록 하되,

상기 연결PC기둥이 상기 지하층 슬래브를 지지하는 부위에서, 연결PC기둥을 관통하도록 매설된 수평강재를 상기 철골보와 일체로 연결시킨 후 지하층 슬래브 콘크리트를 타설, 양생하는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,

상기 제4공정의 지하층 슬래브는 수평철근이 매설된 RC보가 지지하도록 하되,

상기 연결PC기둥이 상기 지하층 슬래브를 지지하는 부위에서, 연결PC기둥을 관통하도록 매설된 수평철근을 상기 RC보의 수평철근과 일체로 연결시킨 후 지하층 보-슬래브 콘크리트를 타설, 양생하는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,

상기 제4공정의 지하층 슬래브는 수평철근 및 수평강재가 매설된 RC보가 지지하도록 하되,

상기 연결PC기둥이 상기 지하층 슬래브를 지지하는 부위에서, 연결PC기둥을 관통하도록 매설된 수평강재를 상기 RC보에 매설된 수평강재와 일체로 연결시킨 후 지하층 보-슬래브 콘크리트를 타설, 양생하는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,

상기 제4공정의 지하층 슬래브는 플랫 플레이트 슬래브로 구성하되,

상기 연결PC기둥이 상기 지하층 슬래브를 지지하는 부위의 플렛 플레이트는 연결PC기둥을 관통하도록 매설된 수평강재로 보강한 후 상기 플렛 플레이트 및 지하층 슬래브 콘크리트를 타설, 양생하는 것을 특징으로 하는 PC기둥을 이용한 탑다운 공법.