KR20090002344A - 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법 - Google Patents

지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법 Download PDF

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    • E02D17/08Bordering or stiffening the sides of ditches trenches or narrow shafts for foundations

Abstract

본 발명은 지상에서 지하구조물을 축조하는 1단계; 상기 지하구조물의 하부를 굴착하는 2단계; 상기 굴착면에 상기 지하구조물을 지지하고, 상기 지하구조물의 높이를 조절할 수 있도록 잭 서포트를 설치하는 3단계; 상기 잭 서포트로 상기 지하구조물을 하강시켜 굴착면에 안착시키는 4단계; 상기 1~4단계를 순차적으로 반복 시공하여 지하구조물을 필요한 위치까지 하강시킨 후 잭 서포트를 제거하는 5단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 지하 터파기 공사 및 지하구조물공사를 동시에 진행하여 지하층의 건설공사를 단순화하고 공사기간의 단축에 따른 공사비를 줄일 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 지하구조물을 흙막이벽으로 사용함으로서 가설 흙막이벽의 시공이 불필요하고 주변토사의 변위를 최소화하는 효과를 제공한다.
터파기 공사, 흙막이벽, 지하구조물, 잭 서포트

Description

지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법{Land-side protection wall that use ground structure}

도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 지하구조물을 이용한 지하 흙막이 공법을 겸한 영구지하구조물 축조공법의 공정도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하구조물의 외벽을 확대 도시한 사시도이다.

도 8은 도 7에 도시된 요철과 주위지반과의 결합상태를 도시한 도면이다.

도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 지하구조물의 외벽을 확대 도시한 사시도이다.

도 10은 도 9에 도시된 키와 주위지반과의 결합상태를 도시한 도면이다.

*도면중 주요부분에 관한 부호의 설명*

100 - 지하구조물 101 - 프레임

102 - 브라켓 103 - 가새

104 - 잭 서포트 105 - 요철

106 - 키 107 - 공간부

본 발명은 건축물 등의 지하구조물를 지상에서 건조하고, 지하층을 건설하기 위한 터파기 공사 중 굴착된 지반의 토사과 붕괴되는 것을 방지하기 위한 흙막이 공사를 지하구조물로 대체하는 지하 흙막이 공법을 겸한 영구지하구조물 축조공법에 관한 것으로, 구체적으로는 지하 터파기 공사 및 지하구조물공사를 동시에 진행하여 지하층의 건설공사를 단순화하고 보다 빠르고 보다 경제적으로 수행할 수 지하 흙막이 공법을 겸한 영구지하구조물 축조공법에 관한 것이다.

일반적으로 지하구조물을 구축하는 공법 중 대표적인 방법으로 세 가지가 있다. 지하구조물이 축조되는 지반에 흙막이벽을 형성하고 그 흙막이벽의 토압에 저항하는 가설 수평버팀대를 설치하고, 터파기 및 수평버팀대를 순차적으로 작업하여 지하 흙막이 가설 공사를 완료한 후, 지하의 가장 깊은 부분부터 지상까지 가설 구조물을 해체하면서 본구조물을 설치하는 순타설공법과; 지하구조물이 축조되는 지반에 흙막이벽을 형성하고 영구 수직부재를 설치한 후, 터파기 및 수평 뼈대구조의 설치를 순차적으로 작업하여 지하의 가장 깊은 곳까지 굴착이 되면 뼈대로 형성된 수직부재와 수평 뼈대구조를 제외한 슬래브, 기둥의 콘크리트 부분 및 벽체 등을 완료하면서 지상 부분까지 설치하는 방법인 SPS(Strut as a Permanent System) 공법과; 지하구조물이 축조되는 지반에 흙막이벽이면서 영구 구조벽체인 슬러리월을 설치하고 영구수직부재를 설치한 후, 지상 1층의 수평 뼈대구조 및 슬래브가 완성 되면 터파기 및 본 구조를 순차적으로 설치함과 동시에 지상으로는 그 다음 지상 층을 형성하는 방법인 역타설공법(Top-down 공법)이 그것이다.

순타설공법은 건축물이 축조되는 지반의 주위에 엄지말뚝을 설치한 후, 굴착과 동시에 널말뚝 사이에 토류판을 거치한 후띠장을 설치하며 수평면의 가로와 세로에 가설 수평버팀대를 대어 토압을 지지하는 공법이다. 이러한 수평버팀대공법은 가설 수평버팀대는 보통 H-BEAM이 사용되며 토압에 의해 H-BEAM이 좌굴되지 않도록 H-BEAM과 연결될 수 있도록 센터파일이라고 하는 가설 수직부재를 터파기 전에 설치한다. 굴착이 진행됨에 따라 2,3단으로 수평버팀대를 설치하고 매층마다 센터파일과 연결한다.

SPS공법은 영구스트러트공법이라고도 하고, 먼저 흙막이벽을 시공한 후 터파기 공사 전 영구 수직부재이면서 지하공사 작업기간 동안의 하중을 견디어 줄 수 있도록 설계된 기초 파일이 연결된 철골 부재(PRD 기초)를 설치한다. 그 다음 각층 마다 수평 뼈대구조를 H-BEAM을 이용하여 설치하며 이는 토압을 견디는 수평버팀대 역활 및 영구 수평 뼈대구조가 된다. 이때 영구 수평 뼈대구조는 흙막이 토압을 견딜 수 있도록 부재의 크기가 정해져야 하며 기 설치된 영구 수직부재에 연결되어야 하고 지하의 가장 깊은 곳까지 굴착이 되면 뼈대로 형성된 수직부재와 수평 뼈대구조를 제외한 슬래브, 기둥의 콘크리트 부분 및 벽체 등을 완료하면서 지상 부분까지 설치한다. 이때 지하 매트슬래브가 완성되면 지상으로 철골 구조를 축조할 수 있다.

역타설공법은 슬러리월 공사와 함께 기초가 형성되는데 기초는 대형 천공을 한 후 지하 수직부재(RCD 기초)용으로 HBEAM을 삽입하고, 기초부분에 기초용 콘크리트를 타설한 다음 1층의 수평 뼈대구조를 포함한 구조를 형성하며, 그 상부와 하부는 각각 순타와 역타로 각 층을 형성하는 공법이다.

그러나, 상기와 같은 순타설공법과 SPS공법, 그리고 역타설공법은 다음과 같은 문제점이 있다.

순타설공법의 경우, 흙막이벽은 가설물로서 건축물의 지하구조물 공사 단계에서 해체되어야 하는데, 해체과정에서 흙막이벽의 갑작스런 응력 불균형을 일으키게 된다. 또한, 해체하는 과정에서 위험이 발생할 수 있으며, 상기 구조물와의 상호간섭에 의해 시공이 용이하지 않고, 이로 인한 자재의 손실이 발생될 뿐만 아니라 해체공사에 소정의 기간이 소요되는 등의 단점이 있다. 뿐만 아니라, 주변 지반의 변형이 발생할 수 있어 주변 구조물의 하자 영향이 많고, 수평버팀대의 좌굴을 방지하는 센터파일의 간격이 좁아 장비에 의해 이루어지는 지하 터파기 작업이 지장이 많으며, 골조작업 중 가설재의 간섭으로 인해 공사기간이 길어진다.

SPS공법의 경우, 영구 수직부재인 기둥(PRD 기초)을 지하를 굴착하기 전에 먼저 시공하기 때문에 기둥의 간격이 좁아 지하 터파기 작업에 어렵고, 영구 수평 뼈대구조로서 H-BEAM을 기둥에 연결하여 수평버팀대 역할을 하게 되는데 이때 기둥의 시공 오차가 있으므로 H-BEAM을 실측한 후 제작하여야 하므로 공사기간이 길어지며, 기둥 철골과의 연결을 현장 용접해야 하므로 품질관리에 어려움이 있다. 또한, 수평버팀대로서의 H-BEAM은 강한 토압에 견딜 수 있어야 하는데 상기 H-BEAM은 강축과 약축을 갖고 있어 약축방향 좌굴에 의해 부재의 크기가 결정되어 폭이 넓은 형상의 H-빔을 별도로 제작해야 하는 등 부재가 비경제적으로 커지며, 수평 뼈대구조로서의 H-BEAM이 폭이 넓어지기 때문에 철골철근콘크리트조로 형성되는 기둥의 철근의 설치 및 거푸집 설치가 용이하지 않다.

역타설공법의 경우, 슬러리월 및 RCD 기초의 작업이 대형 장비로만 가능하기 때문에 부지가 좁거나 진입이 곤란한 곳에서는 사용이 어렵고, 영구 수직부재인 기둥(RCD 기초)을 지하를 굴착하기 전에 먼저 시공하기 때문에 기둥의 간격이 좁아 지하 터파기 작업에 어려우며, 역타설이기 때문에 기 타설된 상부의 콘크리트와 그 하부에 타설되는 콘크리트의 연결이 어렵다. 또한, 철근콘크리트로 구성되는 수평 뼈대구조의 철근이 기 설치된 수직구조의 H-BEAM에 간섭이 되므로 이의 연결 또는 처리가 어렵고 품질관리가 어렵고, 터파기 전에 설치되는 수직부재의 시공오차가 있어 이를 보정하는 작업이 어렵다.

또한, 상기한 문제점 외에 흙막이 공사에 설치되는 흙막이 구조물들은 임시 구조물 공법으로서, 각종 건설자재를 옮기거나 내릴 때, 콘크리트를 타설할 때 또는 터파기할 때 장해요인이 될 뿐만 아니라 본 공사와는 별도의 공정으로 설치, 해체, 이설(移說)되어야 하므로 그만큼 공사비가 많아지고 공사기간이 길어지는 요인으로 작용한다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 지하 터파기 공사 및 지하구조물공사를 동시에 진행하여 지하층의 건설공사를 단순화하고 공사기간의 단축에 따른 공사비를 줄일 수 있는 지하 흙막이 공법을 겸한 영구지하구조물 축조공법을 제공함에 있다.

또한, 지하구조물을 흙막이벽으로 사용함으로서 가설 흙막이벽의 시공이 불필요하고 주변토사의 변위를 최소화하는 것을 목적으로 한다.

또한, 대형 토공 장비 없이 공사가 가능하며, 소규모 공사장이라도 영구 구조물 벽체를 시공할 수 있어 주변 변위를 최소화하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지상에서 지하구조물을 축조하는 1단계; 상기 지하구조물의 하부를 굴착하는 2단계; 상기 굴착면에 상기 지하구조물을 지지하고, 상기 지하구조물의 높이를 조절할 수 있도록 잭 서포트를 설치하는 3단계; 상기 잭 서포트로 상기 지하구조물을 하강시켜 굴착면에 안착시키는 4단계; 상기 1~4단계를 순차적으로 반복 시공하여 지하구조물을 필요한 위치까지 하강시킨 후 잭 서포트를 제거하는 5단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지하구조물에는 상기 지하 구조물의 하중을 상기 잭 서포트로 조절하기 위한 받침역할을 하는 별도의 브라켓을 추가로 설치한다.

또한, 상기 잭 서포트의 하강 속도 및 지하 구조물의 기울기 조정을 위하여 상기 잭 서포트의 높낮이를 조정한다.

또한, 상기 지하구조물의 측벽에 연결되는 수평뼈대구조를 설치한다.

또한, 상기 수평뼈대구조를 철골형강으로 형성된다.

또한, 상기 수평뼈대구조에는 가설 가새가 추가로 설치된다.

또한, 상기 1단계의 지하구조물 축조시, 상기 지하구조물의 지면과 접하는 부위에 수직방향으로 요철이 형성되는 단계를 추가적으로 포함한다.

또한, 상기 요철과 지면 사이의 공간에 윤활재를 채워넣는다.

또한, 상기 1단계의 지하구조물 축조 시, 상기 지하구조물의 외벽 하부에 지면방향으로 돌출되도록 키(key)를 추가적으로 형성한다.

또한, 상기 키가 형성된 지하구조물을 균등하강시킬 시, 상기 키의 상부와 지반 사이에는 공간부가 형성되고, 상기 공간부에는 비중이 높은 용액을 채워 주위지반의 변위발생을 억제하는 단계를 추가적으로 포함한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 지하구조물을 이용한 지하 흙막이 공법의 공정도로, 도면을 참조하여 자세히 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 지하구조물(100)을 지상에서 축조하며, 지반은 상기 지하구조물(100)의 하부부터 굴착을 진행한다.

이러한, 지하구조물(100)의 축조방법은 콘크리트의 인장응력의 약점을 철근으로 보완하는 철근콘크리트 구조와, 중량에 대해서 강도가 높은 철골을 주체구조 재로서 사용하고 화재시의 철골의 강도저하를 보완하도록 그 주위를 철근콘크리트로 감싸는 형식의 구조로 하는 철골철근콘크리트구조 및 이외에 다양한 방법으로 축조가능하다.

그리고, 도 2와 같이 지하구조물(100)의 측벽을 지지하는 영구 수평뼈대구조를 가 설치되는데, 영구 수평뼈대구조는 지하구조물(100) 내측 상하로 프레임이 설치되며, 상기 수평뼈대구조는 상기 지하구조물(100)이 흙막이 용도로 사용시, 상기 지하구조물(100)의 수평저항력을 크게 하여 측벽으로 작용하는 토압에 의한 측면 버팀을 지지하기 위한 구성이다. 그리고, 지하구조물(100)의 내측으로 후술될 잭 서포트(104)의 받침점이 되는 브라켓(102)이 설치된다.

또한, 프레임(101)은 토압에 의한 수평방향의 힘을 버티기 위해 강성이 확보된 철골형강으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 지하구조물(100) 내측 상하로 설치되는 프레임(101) 사이에는 지하구조물(100)의 수평 및 수직저항력을 크게 하는 가새(brace;103)가 추가될 수 있다.

그리고, 도 3과 같이 지하구조물(100)의 전체하중과 높이를 조절하도록 브라켓(102)과 굴착면에 잭 서포트(104)를 설치하고, 상기 지하구조물(100)의 하부를 굴착하여 잭 서포트(104) 만으로 상기 지하구조물(100)을 지지하도록 한다.

한편, 잭 서포트(jack support;104)는 주로 구조물 처짐 방지용 지주에 사용되는 것으로, 제한적인 면적 등에 주로 사용되며 설치시공이 간편하며, 높낮이 조절이 수월하여 신속하게 작업이 가능하다.

이러한, 건축구조물(100)에 사용되는 잭 서포트(104)는 이미 종래에 많이 사 용되고 있는 것이므로, 이에 대한 내부 구조 및 동작에 관한 상세한 설명은 생략한다.

그리고, 잭 서포트(104) 설치 후, 도 4와 같이 지하구조물(100) 하부를 완전히 굴착 후, 잭 서포트(104)를 이용하여 상기 지하구조물(100)을 균등하강시키는 동시에 상기 지하구조물(100) 하부를 다시 굴착한다.

그리고, 도 5와 같이 굴착면까지 지하구조물(100)을 완전히 안착시킨 후 상부구조물(100')을 시공하며, 동시에 지하구조물(100)의 하부는 계속 굴착을 진행한다.

한편, 본 발명에서는 지하구조물(100)을 균등하강시키기 위해서 잭 서포트(104)를 사용하였지만 이에 한정하는 것은 아니고 크레인 및 다양한 장치에 의해서도 균등하강시킬 수 있음은 물론이다.

따라서, 도 1 에서 도 5의 공정을 반복 시공하여 도 6의 도시와 같이 지하구조물(100)을 완성하고, 브라켓(102), 잭 서포트(104) 및 가새(103)를 제거하여 본 발명의 지하 흙막이 공법을 겸한 영구지하구조물 축조공법이 완성된다.

이와 같은 본 발명의 지하구조물을 이용한 지하 흙막이 공법은 지하구조물(100)을 지상에서 건조함으로서 지하공사의 제약조건을 해결하여 지하구조물의 방수처리가 용이하며, 지하구조물(100)을 흙막이벽으로 사용함으로써 가설 흙막이벽의 시공이 불필요하고 주변토사의 변위를 최소화할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하구조물의 외벽을 확대 도시한 사시도이며, 도 8은 도 7에 도시된 요철과 주위지반과의 결합상태를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 지하구조물의 외벽을 확대 도시한 사시도이며, 도 10은 도 9에 도시된 키와 주위지반과의 결합상태를 도시한 도면이다.

도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이 지하구조물(100)의 외벽은 하강 방향으로 요철(105)이 형성되어 있으며, 상기 요철(105)에 의해 상기 지하구조물(100) 하강시 측면 토압에 의한 마찰을 줄여주어 주변 지반의 변위를 막아주게 된다. 또한, 요철(105)은 지하구조물(100)의 균등하강시 방향성을 제시하여 안정적으로 하강이 가능하게 함은 물론이다.

또한, 상기 요철(105) 사이의 공간에는 윤활재를 채워넣을 수 있는데, 이는 지하구조물(100)의 하강시 주변 지반과의 마찰을 윤활재를 통해 더욱 줄여주게 되어 주변 지반의 변위를 최소화하는 역할을 하게 된다.

또한, 도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이 지하구조물(100)의 외벼 하단으로 돌출되도록 키(106)가 형성되어 있어 지하구조물(100)의 균등하강시 측면 지반과의 마찰되는 면적을 최소화하여 주변 지반의 변위를 막아주게 되며, 이때 키(106)의 상부와 지반 사이에는 공간부(107)가 형성되고, 상기 공간부(107)에는 비중이 큰 물질로 채워 주위지반의 변위발생을 억제하게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 지하 흙막이 공법을 겸한 영구지하구조물 축조공법은, 지하 터파기 공사 및 지하구조물공사를 동시에 진행하여 지하층의 건설공사를 단순화하고 공사기간의 단축에 따른 공사비를 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 지하구조물을 흙막이벽으로 사용함으로서 가설 흙막이벽의 시공이 불필요하고 주변토사의 변위를 최소화하는 효과를 제공한다.

또한, 대형 토공 장비 없이 공사가 가능하며, 소규모 공사장이라도 영구 구조물 벽체를 시공할 수 있어 주변 변위를 최소화하는 효과를 제공한다.

Claims (10)

  1. 지상에서 지하구조물을 축조하는 1단계;
    상기 지하구조물의 하부를 굴착하는 2단계;
    상기 굴착면에 상기 지하구조물을 지지하고, 상기 지하구조물의 높이를 조절할 수 있도록 잭 서포트를 설치하는 3단계;
    상기 잭 서포트로 상기 지하구조물을 하강시켜 굴착면에 안착시키는 4단계;
    상기 1~4단계를 순차적으로 반복 시공하여 지하구조물을 필요한 위치까지 하강시킨 후 잭 서포트를 제거하는 5단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 지하구조물에는
    상기 지하 구조물의 하중을 상기 잭 서포트로 조절하기 위한 받침역할을 하는 별도의 브라켓을 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법.
  3. 제 1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잭 서포트의 하강 속도 및 지하 구조물의 기울기 조정을 위하여 상기 잭 서포트의 높낮이를 조정하는 것을 특징으로 하는 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지하구조물의 측벽에 연결되는 수평뼈대구조를 설치하는 것을 특징으로 하는 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수평뼈대구조를 철골형강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법.
  6. 제 4항 또는 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평뼈대구조에는 가설 가새가 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법
  7. 제 1항에 있어서, 상기 1단계의 지하구조물 축조시,
    상기 지하구조물의 지면과 접하는 부위에 수직방향으로 요철이 형성되는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 요철과 지면 사이의 공간에 윤활재를 채워넣는 것을 특징으로 하는 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 1단계의 지하구조물 축조 시,
    상기 지하구조물의 외벽 하부에 지면방향으로 돌출되도록 키(key)를 추가적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 키가 형성된 지하구조물을 균등하강시킬 시, 상기 키의 상부와 지반 사이에는 공간부가 형성되고, 상기 공간부에는 비중이 높은 용액을 채워 주위지반의 변위발생을 억제하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 흙막이 공법을 겸한 지하구조물 축조공법.
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