KR20090094971A - 지하구조물 역타설 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중 흙막이 벽체와 일체화되어 상향식으로 축조되는 합벽과 강기둥의 일부 수직철근을 현수재로 활용하여, 가설철골(띠장, 보)부재를 현수함으로서, 상기 가설철골을 지하구조물 전체 층에서 철근콘크리트 슬래브 축조용도로 전용(專用)하도록 개발된 역타설(Top-Down) 공법에 관한 것으로서, 철골빔을 영구빔과 가설빔으로 활용하는 방식의 지하구조물 역타설 시공방법을 제공한다.

장스팬빔, 역타설공법, 흙막이벽, 현수부재, 철골띠장, 무량판 슬래브

Description

지하구조물 역타설 시공방법{Under ground top-down method}

본 발명은 상기 철골빔을 이용한 지하구조물 역타설 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하층의 흙막이 벽체와 일체화되어 상향식으로 축조되는 합벽의 일부 수직철근으로 가설철골(띠장, 보)부재를 현수하여, 상기 가설철골을 지하구조물 전체 층에서 RC조 무량판 슬래브 축조용도와 영구철골 SRC골조로 전용하도록 개발된 역타설(Top-Down) 공법에 관한 것이다.

지하층의 옹벽 및 수평구조물을 시공하는 방법으로는 종래로부터 여러 가지의 시공법이 있을 수 있지만, 이들 지하구조물을 구축 시공하는 방향에 따라 분류하면 다음과 같이 크게 순타(順打)공법과 역타(逆打)공법으로 대별할 수 있다.

첫째, 상기 순타공법은 종래부터 가장 보편적으로 적용되고 있던 방식으로서, 이는 지상으로부터 흙막이 벽체를 지지하는 스트러트(strut; 버팀대), 레이커, 어스앵커, 락 볼트 등의 가설 지지수단을 설치하여 상기 흙막이 벽체가 수직으로 지지된 상태로 기초 저면 지반까지 지하 굴토공사를 완료한 다음 상기 가설 지지수단을 이용하여 기초 층부터 순차적으로 구조물을 시공하면서 가설 지지수단이 방해가 되면 구조물 축조 단계별로 해체해 나가면서 지하 최저 층부터 지상까지 구조물을 순차적으로 시공하는 방법이다.

둘째, 역타공법은 일명 탑다운(Top-Down) 공법이라고도 하는 것으로, 이는 지하 굴토공사를 수행해 나감과 동시에 본 구조물 공사를 거꾸로 병행하는 것이다.

본 발명과 관련된 종래의 역타공법을 더욱 구체적으로 살펴보면, 역타공법이 적용되는 구조물은 철근 콘크리트조 또는 철골 철근콘크리트구조이고, 흙막이 벽체로는 영구 구조물인 지중 연속벽(Slurry Wall) 또는 주열식 가설 토류구조물인 C.I.P, P.I.P, S.C.W, H-형강 엄지말뚝과 토류판 등에 의해 흙막이 가시설이 적용되어 왔다.

종래의 역타설 공법은 흙막이 벽체에 미치는 횡토압에 대한 버팀대를 설치해야 했으므로 단계별 버팀대의 설치/해체에 따른 불편함이 있었는데, 이러한 종래의 종래의 역타공법에 대한 대안으로는 선행 시공 지하층 구조물이 횡토압에 대한 버팀대의 역할을 하도록 하면서 지하구조물을 위에서 아래 방향으로 축조하여 내려가는 방법이 개발되었다. 이러한 내용은 건물의 영구 구조부재인 철골보를 흙막이 벽에 대한 스트러트로 활용하는 공법으로 특허 제0383268호(건물의 영구 구조부재를 흙막이용 버팀대로사용하는 지하구조물 구축방법)에서도 확인할 수 있다.

상기 특허 제0383268호 공법은 기본적으로 철골조를 근간으로 하여 적용되어 왔으며, 철골조의 기둥 및 보부재가 센터파일(center pile)과 스트러트의 역할을 할 수 있는 구조이다. 따라서 이 공법을 적용하기 위해서는 주열식 가설흙막이 벽체에 작용하는 횡토압을 철골조 보 부재로 전달하기 위한 띠장 역할을 하는 연결부재의 설치를 요한다. 따라서, 특허 제0383268호 공법을 비롯한 각종 스트러트 공법에서는 띠장 역할용의 연결부재로서 재래식 형틀(매층 형틀조립, 탈형, 이동, 재설치의 반복작업)로 축조되는 철근 콘크리트 테두리보(Perimeter Girder)를 시공하여 이 테두리보가 스트러트 역할을 하는 보 부재와 가설 흙막이 벽체를 연결하는 역할을 수행하도록 하고 있었다.

한편, 특허 제0722198호(발명의 명칭: 지하 합벽의 연속시공을 위한 역타 지지구조 및 이를 적용한 건축물 지하합벽 연속시공방법)는 건축물 지하의 층간 슬래브가 주열식 가설흙막이 벽을 지지하도록 시공하는 방법으로서, 주열식 가설흙막이 벽과 일체화되는 옹벽을 함께 시공하여 지하옹벽의 역타조인트의 발생을 억제하고 일체성을 강화한 지하 건축물 시공이 가능하게 되었다.

그러나, 상기한 선행 특허공법들은 다음과 같은 단점을 안고 있었다.

첫째, 지하옹벽과 평행으로 슬래브 시공용 철근일체화 데크를 포설할 때에는 철근일체화 데크를 받침하는 멍에 빔은 옹벽측 고정 장치가 필요하고, 철근일체화 데크를 지하옹벽과 직각으로 포설할 때에는 슬래브타설 콘크리트 하중에 대응할 수 있는 멍에 빔을 필요로 하는 취약점이 있다.

둘째, 특허 제0531385호는 슬래브 콘크리트를 선 타설함에 따라 슬래브 강막작용(Diaphragm Effect)에 의해 보 부재의 축력을 전이시키는 지하외벽에 매립되는 매립형 철골띠장을 사용하고 하향 시공시 슬래브 콘크리트 지하 외벽선 까지만 타설하여 가설 흙막이 벽체와 본 구조체의 슬래브를 분리시킨 상태로 추후 기초타설 후 상향 시공시 지하 벽체의 일체 시공(순타시공)이 가능하도록 하였으나, 이는 고가의 강재를 지하외벽에 매립되는 매립형 철골띠장으로 사용하여 가설 흙막이 벽체를 본 구조체의 슬래브로 지지토록 하는 소요 철골량이 증가하는 비경제성에 대한 개선이 절실히 요구되고 있다.

셋째, 특허 제0383268호, 제0722198호, 제0531385호 공법은 보편적으로 H-형강 보 부재 상부에 슬래브가 위치하므로 H-형강에 의한 보 부재 높이에 의한 굴토 깊이 증가로 공사기간이 증가되며, 또한, 강 기둥에 브라켓을 취부하여 그 브라켓 상부에 멍에 철골과 장선용도의 짚 데크를 활용하므로 현수 장치의 철근포설 및 콘크리트 타설 장해를 해소한 역타설 축조공법(BRD)은 주로 일 방향 슬래브 구조이므로 무량판 슬래브 및 양방향의 큰 보와 작은 보의 콘크리트 구조물은 일 방향으로 설계변경과 그에 따르는 건축허가 변경을 수반하므로 소요 설계변경과 허가변경에 따르는 공기가 증가하며 또 한 공사비가 증가에 대한 개선이 요구되고 있는 실정이었다.

본 발명에서 제공하고자 하는 역타공법은 흙막이 벽체와 합벽식으로 축조되는 지하옹벽과 철골기둥 보강의 일부 수직철근으로 가설철골부재(철골띠장 거푸집 및 철골보)를 현수하강하고, 이러한 가설철골부재를 전용하여, 연계 시공되는 무량판 슬래브의 강성지지력을 이용하여 굴토 시공중에 발생하는 횡토압을 지지하고, 지하옹벽의 가테두리보 부분만을 단계별 하향 선 시공 후에 기초부터 순타공법에 의해 지하옹벽은 가테두리보 부분을 매몰 연속 병합시공이 가능할 수 있도록 구현한 것이다.

본 발명은 기존의 영구 구조물을 이용한 흙막이 지지 공법의 경우 철근콘크리트 가테두리보를 지하외벽이 접하는 테두리부분에 설치하고 영구 보(철골빔) 부재가 가테두리보를 지지함으로써, 기존에 철근콘크리트 보 부재 제작시 재래식 거푸집의 이동, 조립, 해체를 반복함으로써 발생하는 공기지연과 비경제성이 있었던 점에 대하여 현수 철골띠장 거푸집으로 가테두리보 축조와 함께 철골빔상부의 슬래브 콘크리트를 선 타설함에 따라 슬래브콘크리트 강막작용에 의해 보 부재의 축력 을 전이시킴으로써 가테두리보 부재는 흙막이 주열식수직부재의 수평연결 역할과 지지를 물량을 절감할 수 있도록 함과 동시에 수용하고, 가테두리보를 매몰하는 지하옹벽의 일체 시공(순타시공)이 가능하도록 하여 기존 공법에 비해 소요공기 및 공사비를 대폭 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 특히 가설흙막이 벽과 일체화로 기초부터 지상층까지 순타 시공되는 합벽옹벽은 가테두리보를 매몰 병합구조로 신구 콘크리트 접합부의 누수 하자 및 신구 콘크리트 접합죠인트 미관손상 우려를 낮출 수 있으며 시공성 및 메탈라스의 결합품질은 획기적으로 향상시킬 수 있는 지하구조물구축 공법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 지중에 선시공된 흙막이 벽체를 굴착단계별로 제작하는 철근콘크리트 슬래브로 지지하기에 앞서, 상기 슬래브가 제작되기 전에는 상기 흙막이 벽체 안쪽에 횡토압에 안전하게 대항할 수 있도록 형성된 소단과 상기 소단위에 설치되는 철골띠장 거푸집으로 횡토합에 안전하게 대항할 수 있도록 시공되는 지하구조물 역타설 시공방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 상기 현수식의 철골띠장 거푸집은 철골띠장과 가테두리보 거푸집 병합구조로 지하구조물 전층에 전용한 후 해체하도록 구성하고, 철골빔을 영구빔으로 설치하는 실시예는 물론, 가설빔으로 설치하는 실시예를 함께 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 철골띠장 거푸집, 철골빔 및 굴착소단은 지하층 수평구조물축조에서 효율적으로 조합하여 지하 흙막이벽에 작용하는 토압을 지지할 수 있다.

둘째, 철골띠장 거푸집은 흙막이 벽체와 합벽시공되는 옹벽의 일부 수직철근에 현수된 채로 하강하면서 지하구조물 전층에서 가테두리보 축조 현수거푸집으로 병용한 후 해체할 수 있으므로 철골자재의 소요물량을 절감시킬 수 있다. 흙막이 벽체와 합벽시공되는 옹벽의 일부 수직철근을 이용하는 유사 현수방법은 선취득 "특허제10-0775767호 SRC골조의 기둥용 수직철근을 이용한 역타설 축조공법"에서 상세하게 확인 할 수 있어서 본 발명에서는 생략한다.

셋째, 철골빔은 상향포물선형으로 제작되고, 인장력 작용부위를 선택보강한 철골빔으로 구성된 것을 사용함으로서 전단력을 높일 수 있고, 이 경우 장스팬 구축에 유리하다.

넷째, 철골빔은 필요에 따라 영구빔으로 활용하거나 가설빔으로 활용할 수 있다.

다섯째, 지하구조물의 옹벽은 순타방식으로 한번에 흙막이 벽체와 합벽시공할 수 있어 공사효율성이 높아지며, 이로 인해 누수문제가 해결된다.

여섯째, 기존 공법에서 문제되었던 매몰 철골띠장 거치용 쁘라켓 설치 공정의 복잡성 및 비경제성 문제가 해소된다.

일곱째, 선취득 "특허 제10-02617775-000호 무지보역타설거푸집(NSTD)공법"은 다수개의 현수봉이 축조 슬래브를 관통하여 현수되므로 축조슬래브는 제물마감시공이 불가능하나, 본 발명은 슬래브에 매몰되는 전단주두에서 현수되므로 축조슬래브의 상부 면은 일체의 돌출물이 없어 제물마감 시공이 용이하고, 철골띠장 거푸집 및 철골빔의 현수하강작업은 축조슬래브 상부에서 이루어지나, 현수재의 승하강 공간은 H-형 철골기둥의 양측 후랜지 결속판 취부 안쪽공간을 활용하여 현수하강하면서 지하구조물 전층에 전용(專用)한 후 해체할 수 있으며 철골기둥의 결속판 안쪽공간은 향후 철골기둥보강 콘크리트 순타설 시공에 활용한다.

1. 철골빔을 영구빔으로 활용하는 방식

본 발명은 (a) 통상의 방법으로 지중에 주열식 흙막이 벽체를 구축하는 단계; (b) 통상의 방법으로 건축물의 본 기둥이 설치될 위치에 철골기둥을 설치하는 단계; (c) 상기 주열식 흙막이 벽체의 안쪽에는 엄지말뚝에 전단주두를 취부하며 역타설 시공지반 및 소단을 형성시키는 단계; (d) 상기 역타설 시공지반 위에 기준선을 설치하는 단계; (e) 상기 소단 위에는 상기 엄지말뚝에 취부된 전단주두의 하단부에 체결된 현수부재와 결합된 철골띠장 거푸집을 설치하여 상기 주열식 흙막이 벽체를 안쪽에서 지지하도록 하고, 상기 기준선 위에는 철골빔을 배치하여, 상기 철골빔의 양단은 상기 주열식 흙막이 벽체와 철골기둥에 각각 체결하는 단계; (f) 상기 철골띠장 거푸집과 철골빔 상부에 슬래브거푸집과 슬래브철근을 설치하거나 철근일체형 데크를 설치하고, 상기 주열식 흙막이 벽체 안쪽에 임시 벽체 테두리보 철근을 설치한 후, 슬래브 콘크리트를 타설, 양생하여 상기 흙막이 벽체와 이어지는 임시 벽체 테두리보 가장자리에 콘크리트 경사스리브홀이 다수개가 형성된 슬래브를 제작하는 단계; (g) 상기 슬래브 하부를 굴토하고, 상기 현수부재로 상기 철골띠장 거푸집을 하강시키며 소정의 지하층이 형성될 때까지 상기 (c)단계 내지 (f)단계를 반복실시하는 단계; 및 (h) 상기 흙막이 벽 안쪽에는 상기 임시 벽체 테두리보를 포함하는 옹벽체 거푸집을 설치하고, 상기 콘크리트 경사스리브홀을 통해 콘크리트를 타설하여 상기 주열식 흙막이 벽체와 합벽되고 상기 가테두리보와 병합되며 지상까지 이어지는 옹벽체를 제작함과 아울러, 상기 철골기둥 둘레에 추가 수직철근을 배근하고, 상기 철골기둥 및 추가 수직철근을 감싸는 기둥거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하여 지상까지 이어지는 기둥을 제작하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지하구조물 역타설 시공방법을 제공한다.

이하에서는 상기 SRC골조 지하구조물 역타설 시공방법을 단계별로 설명하기로 한다.

① (a)단계 - 흙막이 공사

본 단계는 통상의 방법으로 지중에 흙막이 벽체(10)를 구축하는 단계이다.

먼저, 설계에 따라 지하구조물이 형성될 외곽 경계선을 감안하여 지중에 흙막이 벽체(10)를 구축한다. 상기 흙막이 벽체는 지하 터파기 시 주위 토사가 붕괴하는 것을 방지하기 위하여 지하층의 외부 경계측에 설치되는 구조물을 말하는 것으로, 이러한 흙막이 벽체는 PIP, CIP, SCW, 슬러리월, 토류판 등과 같이 기존에 알려진 일반적인 가설 흙막이 공법 중에서 현장 상황에 맞추어 적절한 공법을 선정하여 실시할 수 있다.

② (b)단계 - 지하 본 기둥 설치

본 단계는 통상의 방법으로 건축물의 본 기둥이 설치될 위치를 천공하고 철골기둥(20)을 설치하는 단계이다.

건축물의 평면 설계상 본 구조체로서의 기둥이 설치되어야 할 위치의 천공 홀에 철골기둥(20)을 지상으로부터 수직으로 건입한 다음, 상기 철골기둥(20)의 하단에 기초부를 형성시킨다. 본 발명에 있어서 상기 철골기둥(20)은 지하층 시공 중에는 흙막이 벽체(10)를 지지하는 내부 수평보(전술한 철골빔)가 연결되어 토압을 저항하는 센터파일로서의 역할을 할 뿐 아니라, 지하 공사가 완료된 후에는 상부로 부터의 축력을 기초로 전달하는 건물 본 구조체인 기둥으로서의 역할을 하게 된다.

상기와 같이 설치된 철골기둥(10)의 하단에는 상부 구조물로부터의 하중을 지반으로 전달할 수 있도록 기초부를 형성시키며, 이 때, 상기 기초부의 형성 방법으로는 탑다운 공법에 있어 가설 또는 영구 기둥에 대한 파일 기초 공법으로서 널리 적용되고 있는 R.C.D(Reverse Circulation Drill) 공법이나 P.R.D(Percusion Rotary Drill) 공법 등이 적용될 수 있다.

③ (c)단계 - 터파기

본 단계는 상기 흙막이 벽체(10) 안쪽에 소단(1)이 형성되도록 소정 깊이로 굴토하여 역타설 시공지반을 형성시키는 단계이다.

상기한 바와 같이 지중에 흙막이 벽체(10)와 철골기둥(20)을 설치한 다음에는 상기 흙막이 벽체(10)의 내측 토사를 굴토하여 1차적인 역타설 시공지반을 형성시킨다. 이 때, 상기 1차 터파기 깊이는 2차 터파기 중장비의 진입 및 굴착작업이 용이한 굴착깊이를 고려한 소단(1)형성으로 지상1층 바닥 수평보로 활용하는 철골빔(40)을 설치하기 적당한 깊이로 굴착하며, 흙막이 벽체(10) 안쪽에는 소단(1)이 형성되도록 하여, 상기 소단(1)으로 토류압에 대항하도록 하는 한편, 상기 소단(1)은 철골띠장(30)을 흙막이 벽체(10)에 설치, 고정하기 전에 흙막이 벽체(10) 지지역활과 작업통로로 활용할 수 있다.

④ (d)단계 - 기준선 설치

본 단계는 상기 역타설 시공지반 위에 버림콘크리트를 타설, 양생하고, 상기 버림콘크리트 위에 기준먹선을 긋거나, 기준선을 설치하는 단계이다. 본 단계는 철골빔(40)을 설계상 요구되는 위치에 배치시키기 위한 준비단계이다.

도1a∼도1h는 상기 흙막이 벽체(10) 안쪽에, 현수부재(50)와 결합된 철골띠장 거푸집(30)과 철골빔(40)을 설치하고, 상기 철골띠장 거푸집(30)과 철골빔(40)의 상부에서 역타설 슬래브(60)를 시공하는 상기 흙막이 벽체(10)와 접하는 가장자리 테두리보의 경사스리브홀(100)을 통해 벽체 철근 추가 배근 및 콘크리트를 타설, 양생하여 상기 흙막이 벽체(10)와 합벽(70) 시공되고 지상까지 이어지는 옹벽(70)및 철골기둥(20)을 콘크리트로 피복타설로 구성되는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 역타설 시공방법을 단계적으로 도시한 일실시예이다.

⑤ (e)단계 - 철골띠장 거푸집 및 철골빔 조립

본 단계는 상기 소단(1) 위에는 현수부재(50)와 결합된 철골띠장 거푸집(40)을 설치하여 상기 흙막이 벽체(10)를 안쪽에서 지지하도록 하고, 상기 기준선에 철골빔(40)이 일치토록, 상기 철골빔(40) 일부의 끝 부분의 상단에 일치하는 상기 흙막이 벽체(10) 엄지말뚝 일부에 전단주두(80)를 취부하고, 상기 전단주두(80)의 하단부에서 현수결합 및 해체(분리)하강 등을 반복작업에 전용되는 현수 철골띠장 거푸집(30)을 현수거치하는 전단주두(80)를 취부하는 단계이다.(도1a 내지 도1c 참조)

H-형 철골기둥(20)에는 철골빔(40)과 슬래브(60) 콘크리트의 높이보다도 더 긴 결합판(90)을 H-형 철골기둥(20)의 후랜지 끝단에 취부하여서 상기 결합판(90)에 전단주두(80) 또는 전단연결재등 취부에 활용하고, 향후 현수부재(50)와 결합된 철골띠장 거푸집(30)과 철골빔(40) 등을 현수, 하강작업에서 현수부재(50)의 이동공간으로 활용되고, 또 한 상기 철골기둥(20)을 콘크리트로 피복 타설 순타작업이 용이하다.

상기 철골빔(40)이 철골철근콘크리트(SRC) 슬래브(60)에 영구부재로 잔존토록 시공하는 경우에는 철골빔(40)의 상단에 전단연결재를 취부하여서 통상적으로 전단력을 보강한다.

도 2는 흙막이 벽체(10)와 철골띠장 거푸집(30) 및 철골빔(40)의 결합부를 도시한 것이고, 도 3은 철골기둥(20)과 철골빔(40)의 결합부를 도시한 것이다.

상기 철골띠장(30)은 H형강 C형강 등을 적용할 수 있다. 상기 철골띠장 거푸집(30)은 일반적인 띠장과는 달리 횡토압과 상부에 설치되는 슬래브(60)에 의한 고정하중과 적재하중에 의해 양방향 모멘트를 동시에 받게 되는 부재이며 슬래브(60)축조 후에는 현수, 하강이 용이한 경사결합(탈형)구조가 바람직하므로 일반 가설 부재와는 달리 비교적 정밀한 시공이 요구된다. 따라서, 상기 철골띠장 거푸집(30)은 하나의 라인으로 설치할 수도 있지만 토압 조건에 따라 구조적 취약부위를 부분적으로 보강하는 상하 2개 이상의 복수나 합성형강으로 설치할 수도 있다.

상기 철골빔(40)은 흙막이 벽체쪽(10) 단부는 상기 흙막이 벽체(10)에 설치된 스터드 볼트에 취부 결합시킬 수 있고, 철골기둥(20)쪽 단부는 철골기둥(20)과 강접합, 핀접합 등으로 결합시킬 수 있다. 이에 따라 지하 구조물의 영구 부재인 수평보 부재가 설치되는 것이다. 상기 철골빔(40)이 적용되는 수평보 부재는 지하층의 시공 중에는 흙막이 벽체(10)로부터 가해지는 토압을 지지하는 스트러트와 같은 역할을 하며 지하 공사의 완료 후에는 본 구조물로서 영구히 존치된다는 점에서 전술한 철골기둥(20)과 유사한 성질을 갖는다.

이때, 상기 철골빔(40)으로서는, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 상향포물선형으로 휘어진 H형강(41), 또는 통상의 H형강(41); 상기 H형강(41)의 상,하부플랜지와 웨브에 융착취부 결합된 다수개의 스태프너; 상기 H형강(41)의 길이방향을 따라 가변형의 하강포물선형이 형성되도록 아이볼트, 너트(42)로 설치되어, 상기 아이볼트 두부의 링을 관통하는 고장력 강선(43): 상기 H형강의 양 단부에 인장고정되는 고장력 강선(43); 및 상기 H형강(41) 양 측부 상단에 각각 결합된 보강형강; 을 포함하여 구성된 것과 또한 도 4에 도시된 바와 같이 상향포물선형으로 휘어진 H형강(41) 상기 H형강(41)의 단면을 보강하기 위하여 단부, 혹은 중앙부에 결합된 보강형강, 또는 철판 등을 포함하여 구성된 것을 사용할 수 있다.

위와 같은 상향포물선형으로 휘어진 철골빔(40)에 관한 구체적인 내용은 2007년 3월 8일자로 출원된 "상향포물선형 장스팬빔(출원번호 : 10-2007-00229970)"에서 확인할 수 있으며, 선취득 "특허 제10-0775767호 등록된 SRC골조의 기둥용 수직철근을 이용한 역타설 축조공법"에서 철근에의한 현수정착방법을 상세하게 확인할 수 있다.

도 4에 도시된 철골빔(40)의 실시예들은 철골빔(40) 자체 단면적을 크게 하지 않고도 장스팬에 적용할 수 있다는 이점이 있다. 도 4는 철골빔(40)의 절반을 도시한 것으로서, 나머지 절반은 도시된 절반 부분과 대칭을 이루게 된다. 이러한 철골빔(40)은 H형강(41)의 휘어진 상태이나, 이러한 H형강(41)은 받침대위에 중심부를 올려놓고 양단을 유압실린더 등으로 눌러 휘어지도록 제작한 것으로서, 휘어짐의 정도는 구조계산에 따라 조절할 수 있으며, 구조 계산에 따르면 상기 H형강(41)의 중심부는 수평선으로부터 3cm 올라가도록 함이 바람직하다. 수평선으로부터 3cm 올라가도록 상향포물선형으로 휘어진 철골빔(40) 큰 보의 중앙부에서 연결되는 작은 보가 또 다시 수평선으로부터 3cm 올라가도록 상향포물선형으로 휘어지는 경우 슬래브(60)의 중심부위 수평선으로부터 6cm 올라가는 둠형상의 상향포물선형으로 휘어지므로 축조하는 슬래브(60)의 상부면은 수평상태를 유지하고 하부면은 중심부위가 둠형상에 의하여 얇게 축조 될 것으로 우려를 할 수도 있으나, 축조 슬래브(60) 콘크리트 하중 및 작업하중 등에 의하여 상향포물선형으로 휘어진 철골빔(40)에 처짐현상이 발생되어 수평선으로부터 6cm 올라가는 둠형상은 하중제하로 인하여 상승부위가 소멸되므로 6cm상승 둠형상 슬래브구조물이 축조 될 수 없다.

⑥ (f)단계 - 슬래브 제작

본 단계는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 철골띠장 거푸집(30)과 철골빔(40) 상부에 슬래브거푸집 및 슬래브 보강철근을 설치하고, 상기 흙막이 벽체(10) 안쪽에 벽체지지 보강철근(가테두리보)및 메탈라스를 설치하고, 슬래브(60) 콘크리트를 타설, 양생하여 상기 흙막이 벽체(10)와 이어지고 가장자리에 콘크리트 경사스리브홀(100)이 형성된 슬래브(60)를 제작하는 단계이다. 이 때 상기 흙막이 벽체(10) 안쪽에 배근되는 벽체 보강철근 중 수직철근은 상기 철골띠장 거푸집(30)과 메탈라스를 관통하여 상기 철골띠장 거푸집(30)을 매다는 현수봉으로 병용(倂用)하도록 조립할 수 있다. 한편, 수직철근의 이음개소를 절감하고 후속 철근배근이 용이한 콘크리트 경사스리브홀(100)은 지하층의 옹벽(70)을 순타설방식으로 축조할 때 이용된다.

한편, 본 단계에서는 지하층의 옹벽(70)이 축조될 부위의 상기 철골띠장 거푸집(30)위에 메탈라스를 미리 설치해 두어 가테두리보와 합벽(70)축조되는 옹벽(70)에 매몰 축조될 가테두리보 부분의 누수방지 및 신구콘크리트 조인트접합부 옹벽(70)의 일체성 확보 등 시공품질 향상에 기여토록 할 수 있다.

⑦ (g)단계 - 반복 역타 시공

본 단계는 상기 슬래브(60) 하부를 굴토하고, 상기 현수부재(50)로 상기 철골띠장 거푸집(30)을 하강시키며(도 6 참조) 소정의 지하층이 형성될 때가지 상기 (도1c)단계 내지 (도1f)단계를 반복실시하는 단계이다.

⑧ (h)단계 - 옹벽 순타시공

본 단계는 상기 흙막이 벽체(10) 안쪽에 벽체거푸집을 설치하고, 상기 콘크리트 경사스리홀(100)을 통해 벽체 콘크리트를 타설, 양생하여 상기 흙막이 벽체(10)와 합벽(70)되고 지상까지 이어지는 옹벽(70)을 제작하는 단계이다.

전술한 바와 같은 지하구조물 역타설 시공방법을 실시하면 각 층 슬래브 마다 영구빔이 설치된 지하구조물이 축조되는 것이다. 도 1a 내지 도 1h는 철골빔(40)을 영구빔으로 활용하며 SRC골조 지하구조물을 역타설 반복시공하는 과정을 순차적으로 도시한 것이다.

2. 철골빔을 가설빔으로 활용하는 방식

(a) 통상의 방법으로 지중에 흙막이 벽체(10)를 구축하는 단계;

(b) 통상의 방법으로 건축물의 본 기둥이 설치될 위치 천공 홀에 철골기둥(20)을 설치하는 단계;

(c) 상기 흙막이 벽체(10)의 엄지말뚝 안쪽에는 전단주두(80)를 취부하며 아래쪽에는 중장비 진입이 용이한 굴착깊이의 소단(10을 형성하는 역타설 시공지반 및 소단(1)을 형성시키는 단계;

(d) 상기 역타설 시공지반 위에 버림콘크리트를 타설, 양생하고, 상기 버림 콘크리트 위에 기준먹선을 긋거나, 기준선을 설치하는 단계;

(e) 상기 굴착 소단(1) 위 전단주두(80)의 하단부에서 현수체결되는 현수부재와 결합된 철골띠장 거푸집(30) 및 철골빔(40)을 상기 기준선 위에 설치하고, 상기 흙막이 벽체(10)를 안쪽에서 지지하도록 하고 상기 철골기둥(20) 중 슬래브(60)에 매립될 부위에는 전단주두(80)를 각각의 철골기둥방향으로 취부시키고, 상기 철골빔(40)의 단부는 상기 흙막이 벽체(10)의 엄지말뚝 또는 철골기둥(20)에 체결된 전단주두(80)의 하단에 체결 현수하는 단계;

(f) 상기 철골띠장 거푸집(30)과 철골빔(40) 상부에 슬래브거푸집 및 슬래브철근 또는 철근데크를 설치하고, 상기 흙막이 벽체(10) 안쪽에 벽체의 가테두리보 철근을 설치하고, 슬래브(60) 콘크리트를 타설, 양생하여 상기 흙막이 벽체(10)와 이어지는 가테두리보 가장자리에 콘크리트 경사스리브홀(100)이 다수개가 형성된 무량판 슬래브를 제작하는 단계;

(g) 상기 무량판 슬래브 하부를 굴토하고, 상기 흙막이 벽체(10)의 엄지말뚝 또는 철골기둥(20)에 결합된 전단주두(80)의 하단부 현수체결부위를 해체하고, 상기 현수부재로 상기 철골띠장 거푸집(30) 및 철골빔을 하강시키며 소정의 지하층이 형성될 때가지 상기 (도7 c)단계 내지 (도7 f)단계를 반복실시하는 단계; 및

(h) 상기 흙막이 벽체(10) 안쪽에는 가테두리보를 병합하는 벽체거푸집을 설치하고, 상기 콘크리트 경사스리브홀(100) 다수개를 통해 벽체 추가 수직철근설치 및 콘크리트를 타설, 양생하여 상기 흙막이 벽체(100와 합벽(70)되고 지상까지 이어지는 옹벽(70)의 가테두리보를 매몰 제작하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RC무량판 슬래브 지하구조물 역타설 시공방법을 제공한다.

이상의 방식은 철골빔(40)을 가설빔으로 활용하는 방식으로서 각 단계별 상세 내용은 전술한 철골빔(40)을 영구빔으로 활용하는 방식과 대체로 동일하다. 다만, 본 방식에 따르면 무량판구조의 판상슬래브가 제작되는 것으로서, 상기 철골빔(40)을 현수하강시키는 과정이 추가될 뿐이며, 구체적으로는 (도7 e)단계 내지 (도7 g)단계에서 차이가 있다. 이하에서는 (도7 e)단계 내지 (도7 g)단계를 구체적으로 살펴보기로 한다.

① (e)단계 - 철골띠장 거푸집 및 철골빔 조립

본 단계는 상기 소단(1) 위에는 현수부재(50)와 결합된 철골띠장 거푸집(30)을 설치하여 상기 흙막이 벽체(10)를 안쪽에서 지지하도록 하고, 상기 기준선 위에 현수부재(50)와 결합된 철골빔(40)을 설치하고, 상기 철골빔(40)의 단부는 상기 흙막이 벽체(10) 또는 철골기둥(20)에 각각 가체결하는 단계이다.

본 단계에서는 상기 철골기둥(20)과 철골빔(40)의 일단을 가체결하기 전에 상기 철골기둥(20) 중 슬래브(60)에 매립될 부위에 대향의 철골기둥(20) 방향으로 현수부재(50)와 결합된 전단주두(80)를 체결, 고정시키는 과정을 더 포함시킬 수 있다. 본 발명에 의해 시공되는 지하구조물의 슬래브(60)는 무량판 슬래브이므로, 기둥과 슬래브가 만나는 지점에서의 펀칭파괴가 문제될 수 있다. 일반적으로 이러한 무량판 슬래브의 펀칭파괴를 방지하는 방법으로는 슬래브(60) 두께를 두껍게 하거나, 기둥 상부에 단을 형성하여 압축력을 분산시키는 방법 등이 활용될 수 있으나, 본 발명에서는 상기 철골기둥(20)과 연결되고, 슬래브(60)에 매립되는 전단주두(80)를 설치하는 실시예를 제공한다.

상기 전단주두(80)는 상기한 바와 같은 무량판 슬래브의 펀칭파괴 방지 기능은 물론, 철골빔(40)을 현수 하강시키기 위한 현수부재(50)가 설치되는 구성요소로 활용된다. 이 점에 대해서는 뒤에 다시 설명하기로 한다.

또한, 상기 철골빔(40)으로는 상향포물선형으로 휘어진 H형강(41); 상기 H형강(41)의 상,하부플랜지와 웨브에 융착취부 결합된 다수개의 스태프너(42); 및 상기 H형강(41)의 길이방향을 따라 하강포물선형으로 설치되어, 상기 H형강(41)의 양 단부에 인장고정되는 고장력 강선(43); 을 포함하여 구성된 것을 사용할 수 있다. 상기 철골빔(40)을 영구빔으로 사용하는 경우에는 상향포물선형으로 휘어진 H형강(41)의 양 단부측 상부에 CT형강(44)을 결합시켜 전단응력을 극대화시킬 수 있었으나, 이렇게 구성하면 상기 CT형강(44)은 슬래브 내에 매립되므로, 이러한 구조를 가설빔에 적용할 수는 없게 되므로 위와 같은 구성을 취하게 된 것이다.

② (f)단계

본 단계는 상기 철골띠장(30)과 철골빔(40) 상부에 슬래브거푸집과 철근 또 는 철근데크를 설치하고, 상기 흙막이 벽체(10) 안쪽에 벽체 보강철근을 설치하고, 슬래브(60) 콘크리트를 타설, 양생하여 상기 흙막이 벽체(10)와 이어지고 가장자리에 콘크리트 경사스리브홀(100)이 형성된 무량판 슬래브(60)를 제작하는 단계이다. 도 8은 철골기둥(20), 전단주두(80) 및 철골보(40)의 결합부를 도시한 것이다.

③ (g)단계

본 단계는 상기 무량판 슬래브(60) 하부를 굴토하고, 상기 철골빔(40)의 가체결 부위를 해체하고, 상기 현수부재(50)로 상기 철골띠장(30) 및 철골빔(40)을 하강시키며 소정의 지하층이 형성될 때가지 상기 (도7 c)단계 내지 (도7 f)단계를 반복실시하는 단계이다.

도 9는 철골띠장(30) 및 철골보(40)가 흙막이 벽체(10) 엄지말뚝취부 무량판 슬래브(60)에 매몰되는 전단주두(80)에서 해체되어 현수 하강되는 상태를 도시한 것이고, 도 10은 철골보(40)가 철골기둥(20)취부 무량판 슬래브(60)에 매몰되는 전단주두(80)에서 해체되어 현수 하강되는 상태를 도시한 것이다.

전술한 바와 같은 지하구조물 역타설 시공방법을 실시하면 철근콘크리(RC)조 무량판 슬래브(60)가 설치된 지하구조물이 축조된다. 도 7 a 내지 도 7 f는 철골빔을 가설빔으로 활용하며 지하구조물을 역타설 반복시공하는 과정을 순차적으로 도시한 것이다.

도 1a 내지 도 1h는 철골빔을 영구빔으로 활용하며 지하구조물(SRC슬래브)을 역타설 반복시공하는 과정을 순차적으로 도시한 것이다.

도 2는 흙막이 벽체와 철골띠장 거푸집 및 철골빔의 결합부를 도시한 것이다.

도 3은 철골기둥과 철골빔 슬래브의 결합부를 도시한 평면과 단면도이다.

도 4는 영구빔으로 활용되는 철골빔의 실시예를 도시한 측면과 단면도이다.

도 5는 철골띠장 거푸집과 철골빔 상부에 슬래브 및 가테두리 보에 매몰되는 전단주두가 흙막이 벽체(엄지말뚝)에 취부되고, 상기 전단주두하단에 철골띠장 거푸집의 결합상태를 도시한 단면도이다.

도 6은 철골띠장 거푸집이 흙막이 벽체(엄지말뚝)취부 전단주두 하부에서 해체 현수 하강되는 상태를 도시한 단면도이다.

도 7a 내지 도 7i는 철골빔을 가설빔으로 활용하며 지하구조물(RC무량판 슬래브)을 역타설 반복시공하는 과정을 순차적으로 도시한 것이다.

도 8은 무량판 슬래브결합 철골기둥에 전단주두취부 및 전단주두 하부에 철골보의 결합부를 도시한 평면과 단면도이다.

도 9는 철골빔 및 철골띠장 거푸집이 흙막이 벽체(엄지말뚝)취부 전단주두 하부(가테두리보)에서 해체되어 현수 하강되는 상태를 도시한 단면도이다.

도 10은 철골보가 철골기둥취부 전단주두 하부에서 해체되어 현수 하강되는 상태를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 소단 10 : 흙막이 벽체

20 : 철골기동 30 : 철골띠장 거푸집

40 : 철골 빔(보) 41 : H형강

42 : 아이볼트, 너트 43 : 고장력 강선

44 : CT형강 50 : 현수부재

60 : 슬래브 70 : 옹벽(합벽)

80 : 전단주두 90 : 결합판

100: 경사스리브홀

Claims (8)

1. (a) 통상의 방법으로 지중에 주열식 흙막이 벽체를 구축하는 단계;

   (b) 통상의 방법으로 건축물의 본 기둥이 설치될 위치에 철골기둥을 설치하는 단계;

   (c) 상기 주열식 흙막이 벽체의 안쪽에는 엄지말뚝에 전단주두를 취부하며 역타설 시공지반 및 소단을 형성시키는 단계;

   (d) 상기 역타설 시공지반 위에 기준선을 설치하는 단계;

   (e) 상기 소단 위에는 상기 엄지말뚝에 취부된 전단주두의 하단부에 체결된 현수부재와 결합된 철골띠장 거푸집을 설치하여 상기 주열식 흙막이 벽체를 안쪽에서 지지하도록 하고, 상기 기준선 위에는 철골빔을 배치하여, 상기 철골빔의 양단은 상기 주열식 흙막이 벽체와 철골기둥에 각각 체결하는 단계;

   (f) 상기 철골띠장 거푸집과 철골빔 상부에 슬래브거푸집과 슬래브철근을 설치하거나 철근일체형 데크를 설치하고, 상기 주열식 흙막이 벽체 안쪽에 임시 벽체 테두리보 철근을 설치한 후, 슬래브 콘크리트를 타설, 양생하여 상기 흙막이 벽체와 이어지는 임시 벽체 테두리보 가장자리에 콘크리트 경사스리브홀이 다수개가 형성된 슬래브를 제작하는 단계;

   (g) 상기 슬래브 하부를 굴토하고, 상기 현수부재로 상기 철골띠장 거푸집을 하강시키며 소정의 지하층이 형성될 때까지 상기 (c)단계 내지 (f)단계를 반복실시하는 단계; 및

   (h) 상기 흙막이 벽 안쪽에는 상기 임시 벽체 테두리보를 포함하는 옹벽체 거푸집을 설치하고, 상기 콘크리트 경사스리브홀을 통해 콘크리트를 타설하여 상기 주열식 흙막이 벽체와 합벽되고 상기 가테두리보와 병합되며 지상까지 이어지는 옹벽체를 제작함과 아울러, 상기 철골기둥 둘레에 추가 수직철근을 배근하고, 상기 철골기둥 및 추가 수직철근을 감싸는 기둥거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하여 지상까지 이어지는 기둥을 제작하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지하구조물 역타설 시공방법.
2. 제1항에서, 상기 (e)단계는,

   상기 주열식 흙막이 벽체의 엄지말뚝 및 철골기둥 중 슬래브에 매립될 부위에는 전단주두를 각각의 기둥방향으로 취부, 고정시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물 역타설 시공방법.
3. 제1항에서, 상기 흙막이 벽체는 슬러리월로 시공되는 것을 특징으로 하는 지하구조물 역타설 시공방법.
4. 제1항에서, 상기 철골빔으로서는,

   상향포물선형으로 휘어진 H형강, 또는 통상의 H형강;

   상기 H형강의 상,하부플랜지와 웨브에 융착취부 결합된 다수개의 스태프너;

   상기 H형강의 단면을 보강은 H형강의 길이방향을 따라 하강포물선형의 가변형으로 고장력강선이 설치되도록 아이볼트 두부의 링을 관통하여, 너트의 조임과 풀림에 의한 가변성을 갖은체로 상기 H형강의 양 단부에 인장고정되는 가변하강포물선형 고장력 강선; 및

   상기 H형강의 양 측부 상단에 각각 결합된 CT형강 또는 보강판; 등을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 지하구조물 역타설 시공방법.
5. 제1항에서, 상기 철골빔으로서는,

   상향포물선형으로 휘어진 H형강, 또는 통상의 H형강;

   상기 H형강의 중앙부 하단에 결합된 CT형강, C형강 또는 보강판; 및

   상기 H형강의 양 측부 상단에 각각 결합된 CT형강, C형강 또는 보강판; 등을 더 포함하여 구성된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 지하구조물 역타설 시공방법.
6. (a) 통상의 방법으로 지중에 흙막이 벽체를 구축하는 단계;

   (b) 통상의 방법으로 건축물의 본 기둥이 설치될 위치 천공 홀에 철골기둥을 설치하는 단계;

   (c) 상기 흙막이 벽체의 엄지말뚝 안쪽에는 전단주두를 취부하며 아래쪽에는 중장비 진입이 용이한 굴착깊이의 소단을 형성하는 역타설 시공지반 및 소단을 형성시키는 단계;

   (d) 상기 역타설 시공지반 위에 기준선을 설치하는 단계;

   (e) 상기 굴착 소단 위 전단주두의 하단부에서 현수체결되는 현수부재와 결합된 철골띠장 거푸집 및 철골빔을 상기 기준선 위에 설치하고, 상기 흙막이 벽체를 안쪽에서 지지하도록 하고 상기 철골기둥 중 슬래브에 매립될 부위에는 전단주두를 각각의 기둥방향으로 취부시키고, 상기 철골빔의 단부는 상기 흙막이 벽체의 엄지말뚝 또는 철골기둥에 체결된 전단주두의 하단에 체결 현수하는 단계;

   (f) 상기 철골띠장 거푸집과 철골빔 상부에 슬래브거푸집 및 슬래브철근 또는 철근데크를 설치하고, 상기 흙막이 벽체 안쪽에 벽체의 가테두리보 철근을 설치하고, 슬래브 콘크리트를 타설, 양생하여 상기 흙막이 벽체와 이어지는 가테두리보 가장자리에 콘크리트 경사스리브홀이 다수개가 형성된 무량판 슬래브를 제작하는 단계;

   (g) 상기 무량판 슬래브 하부를 굴토하고, 상기 흙막이 벽체의 엄지말뚝 또는 철골기둥에 결합된 전단주두의 하단부 현수체결부위를 해체하고, 상기 현수부재로 상기 철골띠장 거푸집 및 철골빔을 하강시키며 소정의 지하층이 형성될 때가지 상기 (c)단계 내지 (f)단계를 반복실시하는 단계; 및

   (h) 상기 흙막이 벽체 안쪽에는 가테두리보를 병합하는 벽체거푸집을 설치하고, 상기 콘크리트 경사스리브홀 다수개를 통해 벽체 추가 수직철근설치 및 콘크리 트를 타설, 양생하여 상기 흙막이 벽체와 합벽되고 지상까지 이어지는 옹벽의 가테두리보를 매몰 제작하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지하구조물 역타설 시공방법.
7. 제6항에서, 상기 철골빔으로는,

   상향포물선형으로 휘어진 H형강, 또는 통상의 H형강;

   상기 H형강의 상,하부플랜지와 웨브에 융착취부 결합된 다수개의 스태프너;

   상기 H형강의 단면을 보강은 H형강의 길이방향을 따라 하강포물선형의 가변형으로 고장력강선이 설치되도록 아이볼트 두부의 링을 관통하는 고장력강선은 너트의 조임과 풀림으로 상기 하강포물선형의 고장력강선의 가변성 구성하고, 상기 H형강의 양 단부에 인장고정되는 가변하강포물선형 고장력 강선; 을 더 포함하여 구성된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 지하구조물 역타설 시공방법.
8. 제6항에서, 상기 철골빔으로서는,

   상향포물선형으로 휘어진 H형강, 또는 통상의 H형강;

   상기 H형강의 중앙부 하단에 결합된 CT형강, C형강 또는 보강판; 및

   상기 H형강의 양 측부 상단에 각각 결합된 CT형강, C형강 또는 보강판; 등을 더 포함하여 구성된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 지하구조물 역타설 시공방 법.

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