KR20110095980A

KR20110095980A - 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체 및 이를 이용한 지중굴착 시공방법

Info

Publication number: KR20110095980A
Application number: KR1020100015443A
Authority: KR
Inventors: 박강호; 김준
Original assignee: 박강호; 김준
Priority date: 2010-02-20
Filing date: 2010-02-20
Publication date: 2011-08-26
Also published as: WO2011102595A3; EP2537988A2; CN102713079A; WO2011102595A2; JP5501478B2; JP2013514472A; CN102713079B; US20120076594A1; EP2537988A4

Abstract

본 발명은 토립자와 시트패널사이의 아칭효과를 이용하여 보강토방식의 자립식 토괴를 형성하고, 굴착공간으로 작용되는 배면토압을 자립식 토괴의 자중(W)에 의하여 지지하도록 한 새로운 개념의 보강형 자립식 흙막이 구조체를 제공하고자함에 그 목적이 있고,
아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체가 굴착공간의 배면에 위치됨으로써 고층건물이 밀집된 지역의 작은 공간에서의 굴착작업이 용이할 뿐만 아니라 시공완료 후 시트파일의 회수가 용이하게 함에 다른 목적이 있다.
본 발명의 구성은 토류판(30)이 삽입되는 엄지말뚝(10)의 한쪽 플랜지(12)에 종방향으로 시트패널 연결ㆍ결합부가 일체로 형성된 엄지말뚝(10)을 간격 B로 지반에 수직되게 설치하고, 상기 시트패널 연결ㆍ결합부(14)에 시트패널 연결부(22)를 연결ㆍ결합하고 이에 연이어 시트패널(20)을 연결ㆍ결합하되 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 그리고 점착력 C=0.0~5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 관계가 되게 하여 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않도록 한 구성이다.
이와 같이 토립자와 시트패널사이의 아칭효과를 이용하여 토류판에 배면토압이 작용되지 않는 보강토방식의 자립식 토괴를 형성함으로써 굴착공간으로 작용되는 배면토압을 자립식 토괴의 자중(W)에 의하여 지지하도록 한 새로운 개념이므로 종래의 시트파일에 비하여 시공이 경제적이고, 상ㆍ하부 고정구에 의하여 강성이 증대되어 구조적으로 안정될 뿐만 아니라 시트패널의 회수가 용이한 유용한 발명이다.

Description

아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체 및 이를 이용한 지중굴착 시공방법{Reinforced massive soil body making use of arching effect and method constructing by it}

본 발명은 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체 및 이를 이용한 지중굴착 시공방법에 관한 것으로 이를 좀더 구체적으로 말하면 수직굴착으로 인한 배면토압을 아칭효과에 의하여 형성된 자립식 흙막이 구조체가 지지하도록 한 것에 관한 것이다.

아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체는 굴착공간의 배후에 설치되어있기 때문에 굴착작업에 방해가 되지 않아 굴착작업이 효율적이고, 특히 아칭효과에 의하여 엄지말뚝에 삽입된 토류판에는 배면토압이 작용되지 않으므로 자립식 흙막이 구조체의 형성이 가능할 뿐만 아니라 자립식 구조체의 자중이 배면토압을 지지하는 개념이므로 이는 연속 시트벽에 있어 새로운 개념이다.

본 발명은 보강형 자립식 흙막이 구조체가 굴착공간의 배후에 설치되기 때문에 굴착작업에 방해가 되지 않으므로 굴착공간이 넓게 되어 고층건물이 밀집된 도심지의 작은 공간에서의 굴착작업이 용이하고 효율적이다.

상ㆍ하부 고정구에 의하여 시트패널의 연결부를 견고하게 고정하여 합성단면이 되게 함으로써 강성이 증대될 뿐만 아니라 상ㆍ하부 고정구의 구조가 간단하여 결착 및 해체가 용이하고 시공이 완료된 후 시트패널의 회수가 용이하다.

지하구조물 공사를 위한 터파기 공사시 굴착배면 토사의 붕괴를 방지하기위한 기존의 가설 흙막이 공법은 굴착배면 토압에 대한 엄지말뚝의 부족한 지지력을 외부의 힘으로 보강하는 방법이다.

이에 대한 대표적인 공법으로는 스트러트(strut) 공법과 시트-파일 공법이 있다.

가) 스트러트(strut) 공법

스트러트(strut) 공법은 굴착배면 토압에 대한 엄지말뚝(10)의 부족한 수평지지력을 스트러트(20)에 의하여 보강하면서 탑-다운(Top-Down)식으로 지중을 굴착해나가는 공법이다.(도1 참조)

굴착배면 토압은 수평력이고 엄지말뚝(10)은 수직부재이다.

수평부재 없이 수직부재만으로 수평력을 지지하는 것은 구조 역학상 불가능하다. 수직부재인 엄지말뚝(10)에 대하여 수평부재로서 역할을 하는 것이 바로 스트러트(20)이다.

스트러트(20)는 엄지말뚝(10)과 서로 직교된다. 스트러트(20)는 2개의 지지점에 의하여 지지된다.

스트러트(20)의 양지지점은 통상 서로 대향된 위치에 설치된 엄지말뚝(10)이다.

이와 같이 스트러트(20)는 서로 대향된 엄지말뚝(10)을 향하여 설치되기 때문에 동일평면상에서 가로방향의 스트러트와 세로방향의 스트러트가 서로 교차되게 된다.

가로ㆍ세로방향의 스트러트는 굴착작업을 위한 장비 진입 및 배토를 밖으로 배출시키는 작업공간을 협소하게 하는 방해요인이다.

특히 도심지에서는 굴착공간의 주변을 둘러싸고 고층건물이 축조되어있기 때문에 구조적인 안전을 위해 스트러트를 좀더 촘촘하게 설치할 수밖에 없다.

한편 스트러트는 임시시설물이므로 굴착공간이 마련된 다음에는 영구구조물의 설치와 함께 순차적으로 스트러트를 제거해야한다. 영구구조물의 시공은 보텀-업(Bottom-Up)방식으로 바닥으로부터 시작하여 위를 향하여 단계적으로 시공된다.

이에 따라 스트러트 제거도 단계적으로 이루어진다.

예컨대 지하 맨 저층을 B1이라고 하면 영구구조물의 B1층을 시공하기위하여 B1층에 설치된 스트러트를 먼저 제거해야한다.

이때 B1층의 스트러트가 제거되긴 했어도 그 위층인 B2, B3, B4.....층의 스트러트는 설치된 그대로 토압을 지지하고 있다.

B1층으로부터 제거된 스트러트는 밖으로 빼내야하는데 가로ㆍ세로방향의 스트러트로 인해 굴착작업에 방해를 받게 된다.

또한 B1층의 시공을 위해 콘크리트 몰탈과 철근 등의 자재가 B2, B3, B4.....층의 스트러트를 거쳐 B1층까지 내려와야 한다. 상층부에 설치된 스트러트는 자재공급을 방해하게 되고, 이는 작업효율을 저하시키는 문제점이다.

B2, B3, B4.....층의 시공에서도 이러한 문제점은 그대로 남아있게 된다.

따라서 스트러트(strut) 공법은 엄지말뚝을 향하여 스트러트가 굴착 공간 내에 설치되어야하므로 굴착작업 및 배토작업을 위한 작업공간이 협소하게 되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 스트러트는 임시시설물이므로 영구구조물의 시공과 함께 순차적으로 스트러트를 제거하면서 시공해야하기 때문에 그 위에 남아있는 스트러트로 인하여 순차적인 영구구조물의 시공에 방해가 되어 작업효율이 저하되는 문제점이 있다.

나) 시트-파일 공법

종래기술인 공개특허 제 2008-45182호인 "시트-파일 벽 구성체의 구조체"에 대하여 살펴보기로 한다.

공개특허 제 2008-45182호의 도3은 도2에 도시된 US 6,715,964 B2의 인터록크(446)(448)의 문제점을 해결하기위한 발명이다.

도2에 도시된 바와 같이 소일 앵커(444)는 제1시트(440)의 제1 인터록크(446)와 제2시트(442)의 제2 인터록크(448)에 의하여 결합되어있다. 소일 파괴면(Soil Failure Plane)은 주동토압이 작용하는 최대인장력선(T_max-line)이다.

작용력 450은 소일 파괴면에 작용되는 인장력이다. 소일 앵커(444)가 이를 저항하고 있다.

공개특허 제 2008-45182호는 US 6,715,964 B2의 문제점으로 시트-파일 벽 구획부를 앵커리지에 결합시키는 연결부가, 특히 에워싸는 영역으로부터 다시 유지되는 그라운드의 흙의 압력(토압)으로 인해 지극히 높은 장력 하에 있다는 점을 그 문제점으로 들고서 연결부, 즉 제1 인터록크(446)와 제2 인터록크(448)가 맞물리는 연결부가 이탈됨이 없이, 지극히 높은 장력을 견딜 수 있는 구성체를 개발하는데 그 목적이 있음을 그 명세서로부터 확인할 수 있다.

공개특허 제 2008-45182호의 목적은 연결부(16)가 이탈됨이 없이, 지극히 높은 장력을 견딜 수 있는 구성체의 구성에 있는 것인바 그 구성체는 전적으로 연결부(16)의 형상 및 구조에 그 핵심구성이 있다.

도3의 부호 12; 시트-파일 벽 구획부, 14; 제1 앵커리지, 16; 연결부, 18은 개방 셀, 22; 평판형 결합체, 24;지지 벽, 26; 용접부, 28; 이중-T 캐리어이다.

한편 공개특허 제 2008-45182호나 US 6,715,964 B2는 토압과 이에 대항하는 힘의 균형관계에 대한 기본개념은 모두 동일하다.

시트파일에 의한 어스 리테인닝 시스템(Earth Retaining System)의 기본개념은 도4에 도시되어있다. 도4는 US 6,715,964 B2에 도시되어있고, 본 발명에서도 이를 인용한 것이다.

도4에 의해 어스리테인닝 시스템(Earth Retaining System)의 기본개념을 살펴보면 다음과 같다.

부호200은 전형적인 시트파일의 단위 셀(cell)구조이다. 단위 셀 구조(200)는 U자형상이다. U자형상의 시트파일의 곡선부가 210이고, 시트파일의 직선부는 220이다. 곡선부(210)는 닫혀있고, 직선부(220)는 열려있다. 단위 셀 구조(200)는 수직으로 설치된다.

도4는 단위 셀 구조(200)의 평면도이다. 단위 셀 구조(200)는 그 내부에 채워진 흙을 통해 전달된 배면토압P를 단위 셀 구조(200)가 지지하고 있는 구조이다.

단위 셀 구조(200)상부에는 도로 등과 같은 구조물이 축조된다.

P는 U자형상의 단위 셀 구조(200)를 경계조건으로 한 배면토압이다.

도7을 참조하면 배면토압P는 배면에 위치되어있다. 도4에서는 바로 이 배면토압이 시트파일의 곡선부(210)에 작용되고 있는 것이다.

도4에서 힘의 균형은 배면토압P에 대하여 마찰력 F = μN이 이에 대응하는 개념이다.

그 작용방향이 서로 반대인 P와 F에 의하여 서로 균형을 이루고 있다.

N은 시트파일의 직선부(220)에 작용하는 수직력이다.

도4에 의한 종래기술의 기본개념은 단위 셀 구조(200)의 곡선부(210)에 작용하는 토압P를 마찰력 F와 균형을 이루도록 한 것이라고 요약할 수 있다.

본 발명은 토립자와 시트패널사이의 마찰력에 의하여 발생되는 아칭효과를 이용하여 보강토방식의 자립식 토괴를 형성하고, 굴착공간으로 작용되는 토압을 자립식 토괴의 자중에 의하여 저항하도록 한 새로운 개념의 보강형 자립식 흙막이 구조체를 제공하고자함에 그 목적이 있고,

아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체가 굴착공간의 배면에 위치됨으로써 굴착작업에 방해가 되지 않아 굴착공간을 넓게 사용할 수 있어 고층건물이 밀집된 도심지의 작은 공간에서의 굴착작업이 용이하고 효율적이 되게 함에 다른 목적이 있으며,

상ㆍ하부 고정구에 의해 시트패널의 연결부를 합성단면이 되게 하여 강성이 증대되도록 함과 동시에 상ㆍ하부 고정구의 간단한 구조에 의해 시트패널 연결부의 결착 및 해체가 용이하도록 하면서 시공이 완료된 후 매설된 시트패널의 회수가 용이하도록 함에 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체에 관한 것이므로 먼저 아칭효과의 일반적인 개요에 대하여 설명한 다음 토질역학적인 관점에서 아칭효과에 대하여 설명하기로 한다.

가) 아칭효과의 일반적 개요

아칭효과에 대한 일반적인 개요를 도5를 중심으로 설명하면 다음과 같다.

상부 덮개판이 열려있는 육면체 내에 모래가 쌓여있는 상태에서 하부바닥판에 형성된 직경 d의 구멍을 열게 되면 모래가 직경 d의 구멍을 통해 아래로 배출된다.[도5(a)참조]

그런데 직경 d의 구멍이 열려져있는데도 불구하고 모래는 계속 배출되지 않고 그 배출이 멈추게 된다. 모래의 배출이 멈춰진 상태에서 모래의 형태를 보면 원호상의 아치형태를 형성하고 있음을 알 수 있다.

직경 d의 구멍이 열리지 않은 상태에서 쌓인 모래는 하부바닥판에 의하여 지지되다가 직경 d의 구멍이 열리게 되면 쌓인 모래는 모래의 자중W에 의하여 어느 정도 배출된 다음 원호상의 아치형태를 이루면서 모래배출이 멈추게 된다.

이와 같이 모래자중W가 존재하더라도 더 이상 배출되지 않고 직경 d의 구멍위에 형성된 원호상의 아치형태에 의하여 지지되고 있는 현상을 소위 아칭효과(arching effect)라고 한다.

모래자중W에 의하여 직경 d의 구멍으로 모래가 배출되려는 힘과 육면체의 4개의 수직면에 접한 마찰력에 의하여 모래배출을 억제되게 힘과의 균형에 의하여 아칭효과가 발생된다.

아칭효과는 모래가 직경 d의 구멍으로 배출되려고 하는 힘에 대하여 모래가 육면체의 4개의 수직면에 밀접되어 발생된 마찰력과 서로 균형을 이루고 있는 상태라 할 수 있다.

따라서 마찰력의 크기와 직경 d의 크기가 적절한 상태에서만 아칭효과가 발생된다. 만약 마찰력의 크기에 비하여 직경 d가 너무 크게 되면 모래가 직경 d의 구멍을 통해 계속 배출되기 때문에 아칭효과는 발생되지 않는다.

직경 d의 구멍이 열림으로써 모래의 자중W가 직경 d의 구멍을 향하여 작용하게 되고, 작용된 힘W에 의하여 모래가 직경 d의 구멍을 통하여 배출되게 된다. 그렇다고 모래가 계속해서 배출되는 것은 아니다. 도5(b)와 같이 원호상의 아치형태를 이루면서 모래는 더 이상 배출되지 않고 정지하게 된다.

직경 d의 구멍으로 배출되려는 모래와 배출되려는 모래를 억제하려는 모래입자 간에는 상호전단응력이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 상호전단응력이 작용하는 힘W를 원호상의 아치형태로 지지하고 있는 것이다.

원호상의 아치형태는 배출되려는 모래와 배출되려는 모래를 억제하려는 모래입자 간에 발생된 전단응력에 의하여 모래입자가 재배열된 상태이다.

아치형태는 도5(b)에서와 같이 모래자중W의 작용방향에 대하여 상 방향으로 원호를 형성하고 있는 것이 특징이다.

도5(b)의 원호상 아치형태에 의하여 모래자중W가 지지되고 있다.

나) 토질 역학적인 관점에서의 아칭효과

도7를 중심으로 연속 시트벽에 의한 아칭효과를 토질 역학적 관점에서 설명하면 다음과 같다.

토류구조물의 안정문제는 3차원 문제이지만 통상적으로 2차원으로 해석한다. 굴착높이(H)에 비하여 폭(B)과 길이(L)가 긴 보통의 토류구조물은 거의 2차원적인 경계조건을 갖고 있다고 할 수 있기 때문이다.

3차원으로 해석해도 소위 아칭효과(arching effect) 때문에 2차원 상태에 비하여 주동토압이 현저히 감소되고 수동토압은 반대로 커져 오히려 2차원적 해석보다 안전측의 결과가 구해진다.

도7은 도6a의 폭(B)과 길이(L)에 대한 2차원 평면도이다.

토압 p는 동일 굴착높이(H)에서의 토압을 나타내기 때문에 그 크기는 동일하다.

B는 시트패널과 시트패널사이의 폭이고, L은 연속설치된 시트패널의 길이이다.

마찰력 F = μP_O이다. μ는 마찰계수이고, P_O는 정지토압이다. P_O의 작용방향은 시트패널에 수직방향이다.

배면토압p에 의하여 마찰력F가 발생되고 마찰력F로 인하여 전단응력(τ)이 그림-1 또는 도8과같이 분포된다. 전단응력(τ)은 중심부(O)로 갈수록 작아지게 된다.

그림-1

도5(b)에 형성된 원호상 아치형태는 모래입자가 재배열된 상태이므로 이를 토질역학적 관점에서 살펴보기로 한다.

흙의 응력-변형문제를 2차원 문제로 취급할 경우 그림-2(a)와 같이 흙의 한 요소에 응력이 작용하게 되면 그 요소에는 법선응력(σ₁, σ₃)만 작용되고, 전단응력이 0인 2개의 직교하는 평면, 즉 Ⅰ-Ⅰ면과 Ⅲ-Ⅲ면이 존재한다. 직교하는 평면(Ⅰ-Ⅰ면과 Ⅲ-Ⅲ면)에 작용하는 법선응력(σ₁, σ₃)을 주응력이라 부른다. σ₁을 최대주응력, σ₃을 최소주응력이라 한다.

주응력면(즉, Ⅰ-Ⅰ면과 Ⅲ-Ⅲ면)이외의 면에는 그림-2(b)에서와 같이 수직응력 σ이외에 반드시 전단응력 τ가 작용한다.

Ⅰ-Ⅰ면에서 반시계방향으로 각 α만큼 기울어진 a-a면상의 수직응력 σ와 전단응력 τ를 τ-α관계로 표시하면 그림-2(c)의 a점이 되고, 각 α를 0에서부터 180°까지 회전하면 a의 궤적은 σ축상의 1점 A를 중심으로 하여 최대응력 σ₁을 표시하는 점 Ⅰ와 최소주응력 σ₃을 표시하는 점 Ⅲ을 각각 직경의 양단으로 하는 Mohr의 응력원 C를 그릴 수 있다.

Mohr의 응력원 C로부터 a점의 수직응력 σ와 전단응력 τ를 구한 결과 식은 다음과 같다.

σ = 1/2(σ₁ + σ₃) + 1/2(σ₁ - σ₃)cos2α --------①

τ = 1/2(σ₁ - σ₃)sin2α --------------------②

α = 90°에서 τ = 0, σ = σ₁ 이 된다.

이와 같이 토립자가 회전하게 되면 a점의 전단응력 τ는 0이 되고, 주응력만 받게 되는 상태가 된다.

모래입자의 재배열에 의하여 이루어진 도5(b)의 원호상 아치형태는 전단응력 τ가 0인 상태, 즉 주응력만 받는 상태이다.

그림-2

이제 배면토압p의 작용에 의하여 나타난 원호상 아치형태에 대하여 도시된 도8을 중심으로 설명하기로 한다.

배면토압p가 작용하게 되면 시트패널과의 마찰력 F의 영향으로 주응력방향이 회전되면서 토입자가 재배열되게 된다.

도5(b)에서와 같이 모래입자의 재배열에 의하여 전단응력 τ = 0인 상태, 즉 주응력만 받는 상태에서 주응력방향이 서로 연속되는 선을 연결하게 되면 원호상 아치형태를 이루게 된다.

동일 원호상에 있는 토괴는 아치형상으로 토압을 지탱하는 보와 같은 역할을 하게 된다.

도5(b)에서 원호상 아치형태가 상부의 모래하중(W)을 지탱하고 있는 것도 아치형태의 이러한 역할에 기인한 것이다.

도8에서 No. 1, No. 2, No. 3, No. 4, ............No. n은 일정간격으로 나타낸 원호상 아치형태이다. No. 1에서 배면토압p를 가장 많이 지지하게 되고, 점차로 그 지지하는 정도가 작아진다. No. n에서 배면토압을 받지 않게 된다. No. n의 A영역에서 배면토압p = 0이다. A영역에는 토류판이 위치된 곳이므로 토류판에도 배면토압p가 미치지 않는다.

토류판의 A영역에는 배면토압p가 미치지 않으므로 토류판은 토압을 지지하는 구조재로서의 역할은 없고, 단순히 흙이 흘러내리는 것을 보호하는 보호재일 뿐이다.

이에 반하여 토류판에 대응되는 종래기술인 단위 셀 구조(200)의 곡선부(210)는 본 발명과는 달리 배면토압p를 지지해야하는 구조재이므로 본 발명의 토류판과 단위 셀 구조(200)의 곡선부(210)는 구조 역학적 성격이 전혀 다르다.

아칭효과로 인하여 배면토압p가 아치원호 No. 1, No. 2, No. 3, ............No. n으로 가면서 점점 배면토압p가 감소하다가 토류판(30)앞의 A영역에서는 배면토압p가 0이 되기 때문에 평행하게 배치된 시트패널내의 흙은 토괴를 형성하고, 토괴는 배면토압p에 대하여 자립구조체로서 기능하게 된다.

아칭효과에 의한 자립 구조체는 도9a와 같다.

자립 구조체와 배면토압p와의 힘의 균형관계는 보강토와 흡사하다. 즉 배면토압p는 자립구조체의 토괴의 자중W에 의하여 지지되게 되는 개념이다.

아칭효과에 의한 자립 구조체의 개념은 도4의 U자형상의 단위 셀 구조(200)의 개념과는 전혀 다른 새로운 개념이다.

이제 아칭효과를 이용한 새로운 개념의 본 발명 보강형 자립식 흙막이 구조체의 구성은 다음과 같다.

본 발명은 토류판(30)이 삽입되는 엄지말뚝(10)의 한쪽 플랜지(12)에 종방향으로 엄지말뚝삽입부(14a)가 일체로 형성된 엄지말뚝(10)을 간격 B로 지반에 수직되게 설치하고, 상기 엄지말뚝삽입부(14a)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입ㆍ연결하고 연이어 시트패널 삽입부(22a′)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입해가면서 시트패널 삽입부(22a′)에 압축지지판돌출부(46a)를 삽입ㆍ결합하되 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 그리고 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 관계가 되게 하여 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않도록 함을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체 구성이다.

여기서 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위는 흙의 내부마찰각 Φ와, 점착력 C를 변수로 하여 랭킨 토압식으로 계산된 결과가 그림-3의 그래프에 의해 나타나있다.

0.5 ≤ L/B ≤ 3.0에서 L/B 이 3.0을 초과하게 되면 길이가 길게 되어 비경제적인 설치가 되고 도심지인 경우 경계선 분쟁의 우려가 있고, 시트패널(20)의 회수도 어려워진다.

L/B가 0.5에 미치지 못하게 되면 시트패널(20)과 같은 부재의 강성이 적어지기 때문에 부재력이 부족하게 되는 단점이 있게 된다.

그림-3에 의하면 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위에서 L/B의 크기를 줄일수록 시공이 경제적이다. 이를 위하여 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위를 0.5 ≤ L/B ≤ 1.5의 범위와 1.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위로 나누는 것이 바람직하다.

0.5 ≤ L/B ≤ 1.5의 범위인 경우에는 흙의 내부마찰각 Φ = 14~22°의 범위이고, 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위이다.

1.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위인 경우에는 흙의 내부마찰각 Φ = 10~14°의 범위이고, 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위이다.

한편 시트패널(20)의 한쪽에는 시트패널 삽입부(22a′)가, 다른 한쪽에는 시트패널돌출부(22a)가 형성되어있다. 다른 실시예로서 시트패널(20)의 한쪽에는 S자형 절곡부(22b)가, 다른 한쪽에는 S자형 역절곡부(22b′)가 형성되어있다.

시트패널(20)은 엄지말뚝(10)과 압축지지판(40)사이에 연결되므로 엄지말뚝(10)과 압축지지판(40)의 연결부의 형태는 시트패널(20)의 연결부형태에 따라 달라진다.

예컨대 시트패널돌출부(22a)와 엄지말뚝(10)이, 시트패널 삽입부(22a′)와 압축지지판(40)가 연결되는 경우 엄지말뚝(10)의 연결부형태는 엄지말뚝삽입부(14a)가 되어야하고, 압축지지판(40)의 연결부의 형태는 압축지지판돌출부(46a)가 되어야한다. 이와 반대가 되면 엄지말뚝(10)의 연결부형태는 엄지말뚝돌출부(14a′), 압축지지판(40)의 연결부의 형태는 압축지지판삽입부(46a′)가 되어야한다.

엄지말뚝돌출부(14a′) 및 압축지지판삽입부(46a′)는 시트패널(20)의 연결부형태에 따라 달라지므로 도면에 엄지말뚝돌출부(14a′) 및 압축지지판삽입부(46a′)의 도시는 생략하고 그 대신 이와 동일한 위치에 있는 엄지말뚝삽입부(14a) 및 압축지지판돌출부(46a)로 이를 대신하기로 한다.

또한 시트패널(20)의 S자형 절곡부(22b)와 엄지말뚝(10)이, 시트패널(20)의 S자형 역절곡부(22b′)이 압축지지판(40)와 연결되는 경우 엄지말뚝(10)의 연결부형태는 S자형 역절곡부(14b′)가 되어야하고, 압축지지판(40)의 연결부의 형태는 S자형 절곡부(46b)가 되어야한다.

이와 반대가 되면 엄지말뚝(10)의 연결부형태는 S자형 절곡부(14b), 압축지지판(40)의 연결부의 형태는 S자형 역절곡부(46b′)가 되어야한다.

S자형 역절곡부(14b′)는 시트패널(20)의 연결부형태에 따라 달라지므로 도면에 S자형 역절곡부(14b′)의 도시는 생략하고 그 대신 이와 동일한 위치에 있는 S자형 절곡부(14b)로 이를 대신하기로 한다.

이와 같이 시트패널(20)의 좌우연결형태에 따라 엄지말뚝(10)과 압축지지판(40)의 연결형태가 변하기 때문에 여기서는 설명의 편의상 시트패널돌출부(22a)와 시트패널 삽입부(22a′)를 연결형태의 대표로 삼아 설명하는 것으로 하겠다.

엄지말뚝(10)의 연결형태는 엄지말뚝삽입부(14a) 또는 엄지말뚝돌출부(14a′)이거나 S자형 절곡부(14b) 또는 S자형 역절곡부(14b′)형태이다.

압축지지판(40)의 연결형태는 압축지지판돌출부(46a), 또는 압축지지판삽입부(46a′)이거나 S자형 절곡부(46b) 또는 S자형 역절곡부(46b′)형태이다. S자형 절곡부(46b)와 S자형 역절곡부(46b′)는 시트패널(20)의 좌우연결형태에 따라 선택되는 것이므로 도면에 S자형 역절곡부(46b′)의 도시는 생략하고 그 대신 이와 동일한 위치에 있는 S자형 절곡부(14b)로 이를 대신하기로 한다.

시트패널(20)의 단면 2차 모멘트(I)와 강성을 증대시키기 위하여 시트패널 연결부(22)는 상ㆍ하부 고정구(50a)(50b)에 의하여 견고하게 고정된 구성이다.

시트패널(20)의 연결부를 상ㆍ하부 고정구(50a)(50b)에 의하여 견고하게 고정하되 상부 고정구(50a)는 시트패널(20)의 연결부양측에 부착패드(52a)와 체결판(54a)의 순으로 위치시킨 상태에서 시트패널(20)과 부착패드(52a)와 체결판(54a)을 관통한 체결볼트(56a)에 의하여 고정되고, 하부 고정구(50b)는 제1 절개부(52b)와 제2 절개부(56b)로 형성되어있으며 제1 절개부(52b)에는 상향경사면(524b)과 걸림턱(526b)이, 그리고 제2 절개부(56b)에는 회전판(54b)과 스프링(59b)이 형성되어있으면서 힌지축(58b)을 중심으로 회전되는 회전판(54b)의 상단에는 상단경사면(542b)이, 그 하단에는 하단 회전홈(546b)이, 그 수직면에는 수직 삽입홈(544b)이 형성되어있고 스프링 삽입홈(548b)에 삽입되어있는 스프링(59b)은 스프링 걸이구(562b)에 연결ㆍ고정되어있는 구성이다.

제2 절개부(56b)에 형성된 회전판(54b)은 스프링(59b)의 탄발력에 의하여 축점(582b)에 설치된 힌지축(58b)을 중심으로 회전되어 회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 제1 절개부(52b)의 걸림턱(526b)에 걸리게 된다.

회전판(54b)의 하단 회전홈(546b)은 회전판(54b)이 시트패널(20)의 하단부에 걸리지 않고 원활하게 회전될 정도로 깊게 형성되어있다.

하부 고정구(50b)는 2개의 시트패널(20)의 연결부에 설치되면서 제1 절개부(52b)와 제2 절개부(56b)에 의하여 서로 체결되는 구성으로 이루어졌다. 하나의 시트패널(20)에는 제1 절개부(52b)가, 다른 하나의 시트패널(20)에는 제2 절개부(56b)가 형성되어있고 회전판(54b)의 작용에 의하여 서로 고정ㆍ결합되게 된다.

이와 같이 상ㆍ하부 고정구(50a)(50b)에 의하여 시트패널(20) 연결부의 상ㆍ하부를 견고하게 고정하게 되면 2개의 시트패널(20)이 하나의 합성단면이 되어 단면 2차 모멘트의 증대와 함께 강성이 증대되게 된다.

다음으로 아칭효과를 일으키는 2개의 시트패널(20)간의 간격 B와 연속된 시트패널(20)의 길이 L과의 관계에 대하여 설명하면 다음과 같다.

시트 패널(20)사이의 간격 B에 작용하는 단위면적당 배면토압을 p라 하면 그 토압의 합력 P는 P = p * B가 된다.

P = p * B ---------------(1)

즉 (1)식의 토압 P는 연속된 시트 패널(20)사이의 토괴에 작용하는 토압이다. 토괴의 자중을 W라 하면 W가 P를 저항하고 있는 관계이다.

단위면적당 배면토압 p은 랭킨토압 식 (2)에 의하여 구할 수 있다.

또는

(2)식의 토압p는 점착력(C)과 내부마찰각(Φ)과 함수관계를 이루고 있다.

여기서 Ka는 랭킨주동토압계수 Ka = tan²(45°-Φ/2), Φ는 내부마찰각, r은 흙의 단위 중량, H는 굴착깊이, C는 점착력이다.

연속된 시트 패널(20)과 이에 접면된 토괴와의 마찰력을 F라 하면, 마찰력 F는 다음과 같다.

F = 2*L(Po*μ+C') = 2* L (r*H*Ko*μ +C') ------- (3)이다.

L은 연속된 시트 패널(20)의 길이, Po는 정지토압, μ는 마찰계수, C'는 마찰점착력이다.

토류벽에 작용하는 토압을 Pt라 하면 배면토압 P와 마찰력 F의 관계는 다음과 같다.

Pt = P - F------------(4)

식(4)에서 아칭효과에 그림 3의 A영역에는 토압이 작용하지 않기 때문에 의하여 Pt = 0이 된다. 즉 P - F = 0--------(5)

가 된다. 식(5)에서 F가 P보다 같거나 더 크게(F ≥ P) 되면 아칭효과에 의하여 폭B와 연속된 시트 패널(20)의 길이 L내의 토괴는 자중 W를 유지하면서 자립하게 된다.

즉 F ≥ P--------(6)

식(6)에 식(3)과 (2′)를 대입하면 다음과 같다.

(7)식은 내부마찰각Φ와 점착력C의 변수임을 알 수 있다.

다음으로 굴착 깊이 H = 10m일 때 내부마찰각Φ와 점착력C의 변화에 따른 L/B에 대한 하한치를 (7)식에 의하여 구해보기로 한다.

[조건]

굴착 깊이 H = 10m, 토괴의 단위중량; r = 1.7(t/㎥), 마찰계수; μ = [tan(⅔Φ)],

랭킨주동토압계수; Ka = tan²(45°-Φ/2), 랭킨주동토압계수; Kp = tan²(45° + Φ/2)Ka,

점착력; C(ton/㎡), 마찰점착력; C' = [ ⅔C ] (ton/㎡),

정지토압계수; Ko

위의 조건과, 그리고 변수인 내부마찰각 Φ= 10 ~ 34°의 범위와 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위 내에서 식(7)에 의한 L/B의 계산결과를 그래프로 나타내면 그림-3과 같다.

그림-3

그림-3에 의하여 아래와 같은 결과를 얻을 수 있다.

① 점착력 C= 0과 C= 5.0(ton/㎡)을 경계선으로 하여 최대치 및 최소치를 나타내고 있다.

② 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 L/B가 3을 넘게 되면 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않음을 알 수 있다.

③ 그러나 L/B가 3을 넘게 되면 연속된 시트패널의 길이가 길어져야하기 때문에 비경제적이고, 또한 L/B가 0.5보다 작게 되면 시트패널의 강성이 작아져 부재력이 부족하게 되는 문제점이 있으므로 본 발명에서는 L/B의 범위를 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0 로 한정하였다.

④ 즉 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위이고, 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0일 때 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않음을 알 수 있다.

⑤ 흙의 내부마찰각 Φ = 14~22°의 범위이고, 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 1.5일 때 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않음을 알 수 있다.

⑥ 흙의 내부마찰각 Φ = 10~14°의 범위이고, 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 1.5 ≤ L/B ≤ 3.0일 때 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않음을 알 수 있다.

한편 L/B의 범위가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위를 만족한다하더라도 도심지의 경우에는 인접대지 경계선과의 여유 공간이 부족하거나 인접하여 축조물이 존재하는 것이 보통이어서 연속된 시트패널의 길이를 상기의 범위에 맞도록 설치할 수 없는 시공상의 제한을 받게 된다. 이러한 시공상의 제한을 해결하기위한 방안으로 연속된 시트패널의 부족한 길이를 보충하기위하여 도14에서와 같이 근입깊이(Hb)에 의하여 수동토압으로 보충하는 것이 바람직하다. 근입깊이(Hb)는 벽체의 안정성 증대와 동결깊이를 유지하기위하여 최소 1.0m는 되어야한다.

본 발명은 토립자와 시트패널사이의 아칭효과를 이용하여 토류판에 배면토압이 작용되지 않는 보강토방식의 자립식 토괴를 형성함으로써 굴착공간으로 작용되는 배면토압을 자립식 토괴의 자중에 의하여 저항하도록 한 새로운 개념이므로 종래의 시트파일에 비하여 시공이 효율적이고 경제적이다.

아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체가 굴착공간의 배면에 위치되므로 굴착작업에 방해가 되지 않아 굴착공간을 넓게 사용할 수 있어 고층건물이 밀집된 도심지의 작은 공간에서의 굴착작업이 용이하고 효율적이다.

상ㆍ하부 고정구에 의하여 시트패널의 연결부가 합성단면이 되게 한 구성이므로 강성이 증대될 뿐 아니라 상ㆍ하부 고정구의 구조가 간단하므로 시트패널 연결부의 결착 및 해체가 용이하고 시공이 완료된 후 매설된 시트패널의 회수가 용이하여 시공 및 회수가 효율적이고 경제적인 유용한 발명이다.

[도 1] 종래의 스트러트 공법에 의한 탑-다운 방식의 지중굴착을 보인 정면도
[도 2] 종래의 시트파일방식에 의한 시트파일 접합부의 연결 상태를 보인 상태도
[도 3] 종래의 시트파일방식에 의한 시트파일 접합부의 연결 상태를 보인 평면도
[도 4] 도2 및 도3의 시트파일방식에 의한 배면토압과 마찰력과의 관계를 나타낸 기본개념도
[도 5] 모래가 가득히 채워진 육면체의 하부판에 뚫어놓은 작은 구멍을 통해서 일정량 빠져나온 후 아칭효과에 의하여 정지된 아치상태를 보인 상태도
[도 6a] 엄지말뚝에 연이어 시트패널이 연결되어있는 내부에 흙이 채워진 상태를 보인 본 발명의 사시도
[도 6b] 도 6a에서 흙이 제거된 상태을 보인 사시도
[도 7] 도6a의 배면토압에 대하여 이에 균형을 이루고 있는 힘의 작용상태를 보인 단위평면도
[도 8] 배면토압에 대하여 도7의 단위평면도에 나타난 전단응력분포와 이로 인한 아칭효과 및 A영역에 배면토압이 작용되지 않는 상태를 보인 상태도
[도 9a] 아칭효과에 의하여 형성된 토괴(W)와 배면토압과의 관계를 나타낸 사시도
[도 9b] 도 9a의 관계를 2차원적 평면에 나타낸 힘의 균형도
[도 10] 토괴가 형성되지 못하는 경우의 전단응력분포를 보인 단면도
[도 11a] 본 발명의 엄지말뚝과 시트패널의 연결부의 형태를 보인 사시도
[도 11b] 본 발명의 시트패널의 연결부에 상부 고정구를 설치한 상태를 보인 상태도
[도 12a] 본 발명의 엄지말뚝과 시트패널의 연결부의 형태를 보인 다른 실시예
[도 12b] 도 12a의 연결부에 상부 고정구를 설치한 상태를 보인 상태도
[도 12c] 본 발명의 엄지말뚝과 시트패널의 연결부의 형태를 보인 또 다른 실시예
[도 13a] 본 발명의 시트패널의 연결부에 설치된 하부 고정구의 분해사시도
[도 13b, 도 13c] 본 발명의 하부 고정구가 설치되는 과정 및 설치된 상태를 보인 상태도
[도 14] 본 발명의 엄지말뚝(10) 및 시트패널(20)이 설계지반보다 근입부(Hb)만큼 더 깊게 설치하여 수동토압을 받도록 한 상태를 보인 단면도

본 발명의 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착 시공방법을 도면에 의거 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

⒜ 굴착하고자하는 경계면의 지반에 엄지말뚝(10)을 간격B가 되도록 설계지반인 수직 깊이(H)까지 타설하는 단계;

⒝ 엄지말뚝(10)의 플랜지(12)에 형성된 엄지말뚝삽입부(14a)와 시트패널돌출부(22a)를 삽입ㆍ연결하고 연이어 시트패널 삽입부(22a′)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입해가면서 시트패널 삽입부(22a′)에 압축지지판돌출부(46a)를 삽입ㆍ결합하되 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 그리고 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 관계가 되도록 연결하는 단계;

⒞ 지상으로부터 점차로 지중굴착을 진행해가면서 일정깊이(h₁)까지 굴착한 다음 토류판(30)을 엄지말뚝(10)의 상단으로부터 삽입하는 단계;

⒟ 일정깊이(h₁)의 굴착이 이루어진 상태에서 다시 일정깊이(h₂)의 굴착을 진행하고 토류판(30)을 엄지말뚝(10)에 상단으로부터 삽입하는 단계;

⒠ ⒞단계와 ⒟단계를 반복하면서 지중굴착을 완성하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착 시공방법이다.

또한 ⒝단계에서 흙의 내부마찰각 Φ = 14~22°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 1.5가 되게 함을 포함하는 구성이다. 또 ⒝단계에서 흙의 내부마찰각 Φ = 10~14°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 1.5 ≤ L/B ≤ 3.0이 되게 함을 포함하는 구성이다.

도심지의 경우에는 인접대지 경계선과의 여유 공간이 부족하거나 인접하여 축조물이 존재하는 것이 보통이어서 연속된 시트패널의 길이를 상기의 범위에 맞도록 설치할 수 없는 시공상의 제한을 받게 된다. 이런 경우 도14에서와 같이 설계지반인 수직 깊이(H)보다 깊게 엄지말뚝(10) 및 시트패널(20)의 근입부(Hb)를 설치하여 수동토압을 받도록 하는 것이 바람직하다. 이는 보강형 자립식 흙막이 구조체의 활동 및 전도에 대한 안정성을 증대시키기 위해서다. 이때 적정 L/B를 만족하지 못하게 되는 경우 전면토류판(30)에 토압이 작용하므로 구조계산을 하여 두께를 결정하여야 한다.

한편 ⒝단계에서 시트패널(20)의 연결부상단에는 양측에 부착패드(52a)와 체결판(54a)의 순으로 위치시킨 상태에서 시트패널(20)과 부착패드(52a)와 체결판(54a)을 관통한 체결볼트(56a)에 의하여 체결ㆍ고정되는 상부 고정구(50a)와, 그리고 그 하단에는 제2 절개부(56b)에 형성된 회전판(54b)이 스프링(59b)의 탄발력에 의하여 힌지축(58b)을 중심으로 회전되어 회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 제1 절개부(52b)의 걸림턱(526b)에 걸리게 되는 구조이면서 회전판(54b)의 상단에는 상단경사면(542b)이, 그 하단에는 하단 회전홈(546b)이, 그 수직면에는 수직 삽입홈(544b)이 형성된 하부 고정구(50b)를 포함하는 구성이다.

상ㆍ하부 고정구의 설치 및 제거방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

지반에 설치된 엄지말뚝삽입부(14a)에 시트패널돌출부(22a)[또는 엄지말뚝의 S자형 절곡부(14b)에 시트패널의 S자형 역절곡부(22b′)]를 위에서부터 삽입하여 조립하면서 연이어 시트패널(20)을 삽입ㆍ조립한 다음 시트패널 삽입부(22a′)에 압축지지판돌출부(46a)를 삽입ㆍ조립하여 설치한다.

하부 고정구(50b)는 그 구조상 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)을 먼저 설치한 다음 제2 절개부(56b)가 형성된 시트패널(20)을 설치해야한다.

설치된 시트패널(20)의 제거의 순서도 이와 마찬가지다. 즉 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)을 먼저 제거한 다음 제2 절개부(56b)에 형성된 시트패널(20)을 제거해야한다. 순서를 달리하면 설치도 제거도 되지 않는 구조이다.

하부 고정구(50b)의 결착 및 해체작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 하부 고정구(50b)의 결착작용에 대하여 설명한다.

지중에 매설된 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)의 시트패널 삽입부(22a′)에 제2 절개부(56b)가 형성된 시트패널(20)의 시트패널돌출부(22a)가 삽입되게 되면 힌지축(58b)을 중심으로 회전되는 회전판(54b)이 수직상의 시트패널 삽입부(22a′)에 의해 수직으로 가이드되어 수직상태가 유지되게 된다. (도12a참조)

힌지축(58b)은 축점(582b)에 삽입되어있다.

수직상태를 유지하고 있던 회전판(54b)이 제1 절개부(52b)와 접면되는 순간 도12b에서와 같이 스프링 걸이구(562b)에 고정된 스프링(59b)의 탄발에 의하여 회전판(54b)이 제1 절개부(52b)쪽으로 회전되면서 회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 제1 절개부(52b)의 걸림턱(526b)에 걸리게 된다.

이때 시트패널(20)의 제2 절개부(56b)에 삽입된 회전판(54b)의 수직 삽입홈(544b)과 제2 절개부(56b)의 하단부에 삽입된 하단 회전홈(546b)도 회전판(54b)의 회전과 함께 빠져나오게 된다.

특히 회전판(54b)은 힌지축(58b)을 중심으로 회전되어야하기 때문에 회전판(54b)의 하단 회전홈(546b)은 시트패널(20)의 제2 절개부(56b)에 의하여 회전에 방해를 받지 않을 정도의 깊이로 형성되어있다.

이와 같이 회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 걸린 상태에서 견고하게 고정되게 된다.

스프링(59b)은 회전판(54b)의 스프링 삽입홈(548b)에 삽입되어있으면서 스프링 걸이구(562b)에 고정되어있다.

다음으로 하부 고정구(50b)의 해체작용에 대하여 설명한다.

회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 제1 절개부(52b)의 걸림턱(526b)에 걸려있는 상태에서 이를 해체하기위하여 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)을 먼저 위로 들어올리게 되면 회전판(54b)이 수직상의 시트패널 삽입부(22a′)에 의해 수직으로 가이드되어 수직상태가 된다. 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)을 빼내는 동안 회전판(54b)이 수직상태를 유지하면서 회전판(54b)의 수직 삽입홈(544b)과 하단 회전홈(546b)이 다시 시트패널(20)의 제2 절개부(56b)에 삽입되게 된다. 이와 같이 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)을 위로 빼내는 동안 회전판(54b)의 방해를 전혀 받지 않으므로 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)의 해체가 용이하게 된다.

하부 고정구(50b)의 구조가 간단하고 결착과 해체가 용이한 구조이므로 결착 및 해체작업과 강성증대가 효율적이다.

10; 엄지말뚝
12; 플랜지
14a; 엄지말뚝삽입부
14b; S자형 절곡부,
20; 시트패널
22a; 시트패널돌출부, 22a′; 시트패널 삽입부
22b; S자형 절곡부, 22b′; S자형 역절곡부
30; 토류판
40; 압축지지판
42; 수직부
44; 수평부
46a; 압축지지판돌출부
46b; S자형 절곡부
50a; 상부 고정구
52a; 부착패드
54a; 체결판
56a; 체결볼트
50b; 하부 고정구
52b; 제1 절개부, 524b; 상향경사면, 526b; 걸림턱
54b; 회전판, 542b; 상단경사면, 544b; 수직 삽입홈, 546b; 하단 회전홈,
548b; 스프링 삽입홈
56b; 제2 절개부, 562b; 스프링 걸이구
58b; 힌지축, 582b; 축점
59b; 스프링
B; 시트패널과 시트패널간의 폭
L; 시트패널의 설치길이

Claims

토류판(30)이 삽입되는 엄지말뚝(10)의 한쪽 플랜지(12)에 종방향으로 엄지말뚝삽입부(14a)가 일체로 형성된 엄지말뚝(10)을 간격 B로 지반에 수직되게 설치하고, 상기 엄지말뚝삽입부(14a)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입ㆍ연결하고 연이어 시트패널 삽입부(22a′)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입해가면서 시트패널 삽입부(22a′)에 압축지지판돌출부(46a)를 삽입ㆍ결합하되 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 그리고 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 관계가 되게 하여 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않도록 함을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
제1항에 있어서
흙의 내부마찰각 Φ = 14~22°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 1.5가 되게 함을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
제1항에 있어서
흙의 내부마찰각 Φ = 10~14°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 1.5 ≤ L/B ≤ 3.0이 되게 함을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
제1항 또는 제2항에 있어서
엄지말뚝(10)의 연결부는 엄지말뚝삽입부(14a) 또는 엄지말뚝돌출부(14a′)로 형성되어있고, 이에 결합되는 시트패널(20) 연결부는 시트패널돌출부(22a) 또는 시트패널 삽입부(22a′)로 형성되어있음을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
제1항 또는 제2항에 있어서
압축지지판(40)는 수직부(42)와 수평부(44)로 형성되어있으면서 압축지지판(40)의 연결부는 압축지지판돌출부(46a) 또는 압축지지판삽입부(46a′)가 수직부(42)에 일체로 형성됨을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
제1항 또는 제2항에 있어서
시트패널(20)의 연결부를 상ㆍ하부 고정구(50a)(50b)에 의하여 견고하게 고정하되 상부 고정구(50a)는 시트패널(20)의 연결부양측에 부착패드(52a)와 체결판(54a)의 순으로 위치시킨 상태에서 시트패널(20)과 부착패드(52a)와 체결판(54a)을 관통한 체결볼트(56a)에 의하여 고정되고, 하부 고정구(50b)는 제1 절개부(52b)와 제2 절개부(56b)로 형성되어있으며 제1 절개부(52b)에는 상향경사면(524b)과 걸림턱(526b)이, 그리고 제2 절개부(56b)에는 회전판(54b)과 스프링(59b)이 형성되어있으면서 힌지축(58b)을 중심으로 회전되는 회전판(54b)의 상단에는 상단경사면(542b)이, 그 하단에는 하단 회전홈(546b)이, 그 수직면에는 수직 삽입홈(544b)이 형성되어있고 스프링 삽입홈(548b)에 삽입되어있는 스프링(59b)은 스프링 걸이구(562b)에 연결ㆍ고정되어있음을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
⒜ 굴착하고자하는 경계면의 지반에 엄지말뚝(10)을 간격B가 되도록 설계지반인 수직 깊이(H)까지 타설하는 단계;
⒝ 엄지말뚝(10)의 플랜지(12)에 형성된 엄지말뚝삽입부(14a)와 시트패널돌출부(22a)를 삽입ㆍ연결하고 연이어 시트패널 삽입부(22a′)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입해가면서 시트패널 삽입부(22a′)에 압축지지판돌출부(46a)를 삽입ㆍ결합하되 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 그리고 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 관계가 되도록 연결하는 단계;
⒞ 지상으로부터 점차로 지중굴착을 진행해가면서 일정깊이(h₁)까지 굴착한 다음 토류판(30)을 엄지말뚝(10)의 상단으로부터 삽입하는 단계;
⒟ 일정깊이(h₁)의 굴착이 이루어진 상태에서 다시 일정깊이(h₂)의 굴착을 진행하고 토류판(30)을 엄지말뚝(10)에 상단으로부터 삽입하는 단계;
⒠ ⒞단계와 ⒟단계를 반복하면서 지중굴착을 완성하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착 시공방법
제7항에 있어서
⒝단계에서 흙의 내부마찰각 Φ = 14~22°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 1.5가 되게 함을 특징으로 하는 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착시공방법
제7항에 있어서
⒝단계에서 흙의 내부마찰각 Φ = 10~14°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 1.5 ≤ L/B ≤ 3.0이 되게 함을 특징으로 하는 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착시공방법
제7항 또는 제8항에 있어서
⒝단계에서 시트패널(20)의 연결부상단에는 양측에 부착패드(52a)와 체결판(54a)의 순으로 위치시킨 상태에서 시트패널(20)과 부착패드(52a)와 체결판(54a)을 관통한 체결볼트(56a)에 의하여 체결ㆍ고정되는 상부 고정구(50a)와, 그리고 그 하단에는 제2 절개부(56b)에 형성된 회전판(54b)이 스프링(59b)의 탄발력에 의하여 힌지축(58b)을 중심으로 회전되어 회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 제1 절개부(52b)의 걸림턱(526b)에 걸리게 되는 구조이면서 회전판(54b)의 상단에는 상단경사면(542b)이, 그 하단에는 하단 회전홈(546b)이, 그 수직면에는 수직 삽입홈(544b)이 형성된 하부 고정구(50b)를 포함함을 특징으로 하는 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착시공방법