KR20120115704A

KR20120115704A - 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법

Info

Publication number: KR20120115704A
Application number: KR1020110033173A
Authority: KR
Inventors: 최정석
Original assignee: 원광건설(주); 최정석
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2012-10-19

Abstract

본 발명은 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법을 개시한다. 본 발명에 따른 지반굴착 흙막이 시공방법은, 서로 이격된 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 나란하게 형성하여 지반굴착을 시공하는 건축물 기초시공 토공사용 흙막이 시공방법에 있어서, 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 지반을 굴착하여 터파기 구덩이를 형성하는 단계와, 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 연결하도록 지지되는 연결 보강재를 설치하는 단계 및 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이에 형성된 터파기 구덩이를 되메우기하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 이러한 구성을 가지는 지반굴착 흙막이 시공방법에 따르면, 토압 저항용 버팀대의 설치를 최소화할 수 있으므로, 시공원가의 절감과 시공기간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 2열 자립식 흙막이 벽체의 형성과 터파기 굴착을 연계하여 단계적으로 시공하게 되므로, 토압에 효과적으로 저항할 수 있는 흙막이 구조에 의해 고심도 굴착시공을 보다 효율적으로 시공할 수 있는 효과를 얻을 수가 있다.

Description

지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법{SOIL RETAINING METHOD USING TWO ROWS PILE}

본 발명은 건축물의 기초시공을 위한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2열 자립식 흙막이 벽체를 이용하여 고심도의 지반굴착이 가능하도록 개량된 토공사용 흙막이 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 다양한 형태의 건축물 시공시 상부 구조의 안정성 확보나 지하 공간의 활용을 위해 건축물 시공부지에 터파기 기초공사로 지반굴착 토공사를 시공하게 된다. 이러한 지반굴착 터파기 공사는 최근에 이르러 지하 설계 깊이의 증가로 인하여 지반침하 등과 같은 안정성 확보에 대한 우려가 높아지고 있으므로, 철저한 지반조사를 통한 적정한 흙막이 시공방법을 채택하는 것이 토공사 계획의 관건이 될 수 있다.

그 동안 건축물의 기초시공을 위한 지반굴착 토공사시 흙막이 시공방법은 많은 연구개발로 꾸준한 발전을 이루어 오고 있으나, 최근 건축 구조물의 대형화와 도심지에서 이루어지는 근접시공에 있어서는 흙막이 구조 자체의 안정성뿐만 아니라 인접지반 및 구조물에 미치는 영향도 함께 고려해야 하는 실정이다.

더욱이, 지하구조물 시공시에는 지중매설물의 영향으로 굴착과 더불어 발생할 수 있는 문제점들이 규모나 내용면에서 나날이 복잡해지고 있으며, 심지어 법률적인 분쟁으로까지 이어지기도 한다.

따라서, 상술한 바와 같은 문제점들을 최소화하기 위해서는 주어진 여건 하에서 가장 안전하고 경제적이며, 합리적인 설계와 시공이 되도록 사전에 충분한 지반조사와 대책을 검토하여 최적의 공법을 적용하는 것이 필요하다.

상술한 바와 같은 측면에서 종래의 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 대략적으로 살펴보면, 예를 들어 가장 일반적으로 많이 사용하고 있는 버팀대 지지공법의 경우, 버팀대의 압축력으로 토압을 저항하도록 설계하기 때문에 종방향과 횡방향으로 촘촘하게 설치되는 버팀대의 개수가 증가하게 된다. 이에 따라 시공현장의 공간활용도가 떨어짐으로써, 시공효율이 저하될 뿐만 아니라 시공원가를 증가시키는 요인으로 작용하는 문제점이 있다.

종래 흙막이 시공방법의 다른 예로서, 스트럿(Strut)이나 레이커(Raker) 등의 추가 버팀을 배제하고, 억지말뚝에 의해 1차적으로 토압을 감소시키는 한편, 나머지 토압을 자립식 흙막이 벽체가 분담하도록 시공하는 2열 자립식 흙막이 공법이 알려져 있으나, 이 흙막이 공법의 경우 통상 굴착심도가 약 8m 이내의 저심도 굴착으로 터파기 토공사를 시공하게 되는 것으로서, 최종 굴착고에 따른 현장적용에 한계를 가짐에 따라 예를 들어 10m 전후(9 내지 14m 범위)의 비교적 고심도 굴착시공이 필요한 경우에는 시공하기가 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법이 지니는 문제점을 감안하여 이를 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 10m 전후(바람직하게는 9 내지 14m)의 비교적 고심도의 지반굴착이 가능하도록 개량된 지반굴착 토공사용 2열 자립식 흙막이 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 시공기간의 단축과 시공원가의 절감을 도모할 수 있도록 개량된 지반굴착 토공사용 2열 자립식 흙막이 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법은, 서로 이격된 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 나란하게 형성하여 지반굴착을 시공하는 건축물 기초시공 토공사용 흙막이 시공방법에 있어서, 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 지반을 굴착하여 터파기 구덩이를 형성하는 단계; 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 연결하도록 지지되는 연결 보강재를 설치하는 단계; 및 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이에 형성된 터파기 구덩이를 되메우기하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법에 있어서, 상기 터파기 구덩이를 형성하는 단계와 연결 보강재를 설치하는 단계 및 터파기 구덩이를 되메우기하는 단계의 사이에 각각 지반굴착 부지를 단계적으로 굴착하여 터파기하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 연결 보강재는 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 상단부와 하단부를 각각 연결하여 지지하도록 복수개소에 설치되는 것이 바람직하며, 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 하단부를 연결하여 지지하도록 설치된 연결 보강재는 터파기 구덩이의 되메우기 단계에서 지중에 매립되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 연결 보강재는 토압 상태에 따라 각각의 설치개소에 복수개가 선택적으로 설치될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 상단부에는 적어도 하나의 연결 보강재가 설치되고, 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 하단부에는 토압 상태에 따라 상단부보다 더 많은 복수의 연결 보강재를 설치하여 토압 저항력을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법은, 서로 이격된 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 나란하게 형성하여 지반굴착을 시공하는 건축물 기초시공 토공사용 흙막이 시공방법에 있어서, 상기 제1열 흙막이 벽체 형성을 위해 다수의 버팀 말뚝을 설치하는 단계; 상기 버팀 말뚝의 내측 지반을 소정 깊이 굴착하는 제1단 터파기 단계; 상기 제1열 흙막이 벽체를 형성하도록 상기 버팀 말뚝에 토류판을 설치하는 제1단 토류판 설치단계; 상기 제2열 흙막이 벽체를 형성하도록 시트 파일을 설치하는 단계; 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 지반을 굴착하여 터파기 구덩이를 형성하는 단계; 상기 제1열 흙막이 벽체가 하방 연장되도록 상기 터파기 구덩이 내부의 버팀 말뚝에 토류판을 설치하는 제2단 토류판 설치단계; 상기 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제2단 터파기 단계; 상기 터파기 구덩이를 되메우고 다지기를 하는 단계; 및 상기 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제3단 터파기 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제1단 토류판 설치단계에서 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 각각 제1단 띠장을 보강재로 설치하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2단 토류판 설치단계에서는, 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 각각 설치된 제1단 띠장을 서로 연결하여 지지하도록 제1 연결 보강재를 설치하는 단계와, 상기 제1열 흙막이 벽체에 제2단 띠장을 보강재로 설치하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2단 터파기 단계에서는, 상기 제2열 흙막이 벽체에 제2단 띠장을 보강재로 설치하는 단계, 상기 제1열 흙막이 벽체와 상기 제2열 흙막이 벽체에 각각 설치된 제2단 띠장을 서로 연결하여 지지하도록 제2 연결 보강재를 설치하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제3단 터파기 단계에서는, 상기 제2열 흙막이 벽체에 제3단 띠장을 보강재로 설치하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2 연결 보강재는 토압상태에 따라 각 설치개소에 적어도 둘 이상의 복수개를 선택적으로 설치할 수 있다. 또한, 상기 제2열 흙막이 벽체와 굴착바닥 사이에 경사 보강재를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 또 다른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법은, 건축물 기초시공 토공사를 위한 지반굴착 부지의 외곽에 일정한 폭으로 이격되도록 나란하게 설치되는 제1열 흙막이 구조체와 제2열 흙막이 구조체를 형성하여 시공하는 2열식 지반굴착 흙막이 시공방법에 있어서, 상기 제1열 흙막이 구조체를 형성하기 위한 다수의 버팀 말뚝을 일정한 간격으로 매설하는 버팀 말뚝 설치단계; 상기 제1열 흙막이 구조체 내측의 지반굴착 부지를 소정 깊이 굴착하여 단차진 굴착면을 형성하는 제1단 터파기 단계; 상기 단차진 굴착면을 막도록 상기 버팀 말뚝의 사이에 토류판을 설치하여 흙막이 벽체를 형성하는 제1단 토류판 설치단계; 상기 제2열 흙막이 구조체를 형성하기 위한 시트 파일을 일정한 간격으로 매설하는 시트 파일 설치단계; 상기 제1단 토류판의 하단부 레벨에 위치하도록 상기 버팀 말뚝과 상기 시트 파일에 각각 띠장 프레임을 설치하는 제1단 띠장 프레임 설치단계; 상기 제1열 흙막이 구조체와 제2열 흙막이 구조체 사이의 지반을 소정 깊이 굴착하는 터파기 구덩이를 형성하는 단계; 상기 버팀 말뚝과 시트 파일의 제1단 띠장 프레임을 연결하여 지지하도록 연결 보강재를 설치하는 제1단 연결 보강재 설치단계; 상기 구덩이의 제1단 토류판의 하방에 노출된 흙벽을 막도록 상기 버팀 말뚝의 사이에 흙막이 토류판을 추가적으로 설치하여 흙막이 벽체를 연장시키는 제2단 토류판 설치단계; 상기 제2단 토류판의 하단부 레벨에 위치하도록 상기 버팀 말뚝에 띠장 프레임을 설치하는 제2단 띠장 프레임 설치단계; 상기 제2열 흙막이 구조체 내측의 지반굴착 부지를 소정 깊이 더 굴착하는 제2단 터파기 단계; 상기 버팀 말뚝에 설치된 제2단 띠장 프레임과 나란하게 배치되도록 상기 시트 프레임에 띠장 프레임을 설치하는 제2단 띠장 프레임 설치단계; 상기 버팀 말뚝과 시트 파일의 제2단 띠장 프레임을 서로 연결하여 지지하도록 연결 보강재를 설치하는 제2단 연결 보강재 설치단계; 상기 터파기 구덩이를 되메우고 다지기를 하는 단계; 및 상기 제2열 흙막이 구조체 내측의 지반굴착 부지를 소정 깊이 더 굴착하는 제3단 터파기 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 따르면, 토압 저항용 버팀대의 설치를 최소화할 수 있도록 설계 가능하므로, 시공원가의 증가요인을 용이하게 배제할 수 있어서 시공원가의 절감을 도모할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 토압 저항용 버팀대 설치의 최소화로 인하여 공간활용도가 높아짐에 따라 굴착현장의 시공효율을 보다 향상시켜 시공기간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 따르면, 2열 자립식 흙막이 벽체의 형성과 터파기 굴착을 연계시킨 단계적인 시공에 의해 토압에 효과적으로 저항할 수 있는 흙막이 구조를 형성할 수 있으므로, 예컨대, 10m 전후(바람직하게는 9 내지 14m 범위)의 고심도 굴착시공을 효율적으로 시공할 수 있어서 건축물 기초시공을 위한 토공사의 효율성을 높일 수가 있다.

도 1 내지 도 9B는 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법의 각 단계별 공정을 개략적으로 도시해 보인 도면으로서,
도 1은 지반굴착 부지에 제1열 흙막이 벽체를 형성하기 위해 버팀 말뚝을 설치하는 단계를 도시해 보인 단면도,
도 2A 및 도 2B는 각각 제1단 터파기 굴착과 버팀 말뚝에 제1단 토류판을 설치하는 단계를 도시해 보인 요부 사시도 및 단면도,
도 3A 및 도 3B는 각각 제2열 흙막이 벽체를 형성하기 위해 시트 파일을 설치하고 띠장으로 보강하는 단계를 도시해 보인 요부 사시도 및 단면도,
도 4는 제1열 및 제2열 흙막이 벽체 사이의 지반을 구덩이 터파기하는 단계를 도시해 보인 단면도,
도 5A 및 도 5B는 각각 띠장과 연결재를 보강하는 단계를 도시해 보인 요부 사시도 및 단면도,
도 6A 및 도 6B는 각각 지반굴착 부지를 굴착하는 제2단 터파기 굴착 및 띠장과 연결재를 보강하는 단계를 도시해 보인 요부 사시도 및 단면도,
도 7은 제1열 및 제2열 흙막이 벽체 사이의 터파기 구덩이를 되메우고 다지기하는 단계를 도시해 보인 요부 사시도,
도 8은 지반굴착 부지를 굴착하는 제3단 터파기 굴착 및 띠장을 보강하는 단계를 도시해 보인 요부 사시도,
도 9A 및 도 9B는 각각 지반굴착 부지를 굴착고까지 굴착하는 제4단 터파기 굴착 단계를 도시해 보인 요부 사시도 및 단면도,
도 10A 및 도 10B는 각각 굴착고 바닥에 사보강재의 추가 설치에 대한 실시예를 개략적으로 도시해 보인 요부 사시도 및 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 의해 지반굴착 터파기가 완료된 상태를 개략적으로 도시해 보인 일부 절제 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에서 보강재로 설치된 띠장과 연결재의 결합상태를 설명하기 위해 요부를 확대하여 도시해 보인 개략적 사시도,
도 13 및 도 14는 각각 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법의 구조 안정성 검토를 위해 얻어낸 수평변위 콘터 및 연직침하 콘터를 나타내 보인 도면,
도 15은 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법의 구조 안정성 검토결과에 의해 얻어진 상대전단응력 콘터를 나타내 보인 도면,
도 16 및 도 17은 각각 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법의 구조 안정성 검토결과에 의해 얻어진 시트 파일 및 H-파일 벽체변위 상태를 나타내 보인 도면,
도 18은 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법의 구조 안정성 검토결과에 의해 얻어진 배면침하 상태를 나타내 보인 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법은, 도 11에 도시된 바와 같이 토공사용 지반굴착 부지(10)에 제1열 흙막이 벽체(100)와 제2열 흙막이 벽체(200)를 서로 이격된 상태로 나란하게 형성해 나가는 각 공정 단계별 시공과정에서 터파기 지반 굴착과 흙막이 벽체 시공을 서로 연계하여 단계적으로 수행하는 점에 특징이 있는 것으로서, 각 공정 단계별 시공과정을 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법의 첫 단계로서, 지반굴착 부지(10)의 경계선(미도시) 외곽에 울타리를 형성하듯 다수의 버팀 말뚝(101)을 일정한 간격으로 배열되도록 지중에 설치한다.

상기 버팀 말뚝(101)은 제1열 흙막이 벽체(100; 도 11 참조)의 프레임 파일(Frame Pile)을 형성하기 위한 것으로서, 예컨대 통상의 강재 H-빔 또는 H-파일(Pile)을 항타하여 굴착고(h)를 지나도록 지중에 입설하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 버팀 말뚝(101)은 굴착고(h)로부터 대략 4m 전후의 근입 깊이로 매설되는 것이 바람직하다. 상기한 버팀 말뚝(101)의 근입 깊이는 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 굴착심도와 굴착지반의 토압 등 시공현장의 상황이나 구조 안정성 검토 결과에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 또한, 상기 버팀 말뚝(101)은 굴착심도와 굴착지반의 토압 등 시공현장의 상황에 따라 그 규격이나 재질 등을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

다음 시공단계로, 도 2A 및 도 2B에 도시한 바와 같이 상기 버팀 말뚝(101)의 내측 지반굴착 부지(10)를 소정 깊이 굴착하여 제1단 터파기(11)를 수행한다. 이로써, 상기 버팀 말뚝(101)을 경계로 지반굴착 부지(10)의 내외측이 단차진 형태의 계단형으로 형성된다. 그리고, 단차진 계단형 굴착 벽면을 따라 상기 각 버팀 말뚝(101)의 사이에 토류판(102)을 설치하여 제1단 흙막이 벽체(110)를 형성함으로써, 굴착벽면으로부터의 흙 유입을 차단시킨다.

본 발명에 따르면, 상기 토류판(102)은 널말뚝 형태의 목재 패널이 주로 사용될 수 있으며, 굴착심도와 굴착지반의 토압 등 시공현장의 상황에 따라 두께 등의 규격이나 재질 등을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

다음 시공단계로, 도 3A 및 도 3B를 참조하면 제2열 흙막이 벽체(200; 도 11참조)를 형성하기 위하여 상기 버팀 말뚝(101)의 내측으로 일정한 간격을 형성하도록 시트 파일(201)을 이격되게 설치한다.

본 발명에 따르면, 상기 버팀 말뚝(101)과 시트 파일(201)은 지반굴착 부지의 현장상황이나 토압상태 등에 따라 대략 2 내지 5m의 간격으로 이격되게 설치할 수 있으며, 특히 굴착고(h)의 0.2 내지 0.3배의 간격을 이루도록 설치되는 것이 바람직하다.

이어서, 도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이 상기 버팀 말뚝(101)과 시트 파일(201)에 각각 벽체 보강용 제1단 띠장(111)(211)을 설치한다. 상기 제1단 띠장(111)(211)은 각각 H-빔(또는 H-Pile) 등과 같은 강재 프레임이 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 굴착심도와 굴착지반의 토압 등 시공현장의 상황에 따라 공지공용의 띠장에서 그 규격이나 재질 등을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

다음 시공단계로, 도 4를 참조하면 상기 버팀 말뚝(101)과 시트 파일(201)의 사이에 위치하는 지반(10a)을 굴착하여 터파기 구덩이(10b)를 형성한다. 이때, 상기 터파기 구덩이(10b)의 내부에는 상기 제1단 흙막이 벽체(110)의 하방으로 굴착벽면이 노출되며, 그 굴착벽면을 막도록 터파기를 병행하면서 도 5A 및 도 5B에 도시한 바와 같이 제1단 흙막이 벽체(110)가 하방으로 연장 형성되도록 각 버팀 말뚝(101)의 사이에 별개의 토류판(102)을 추가적으로 설치하여 제2단 흙막이 벽체(120)를 형성한다. 이로써, 상기 제2단 흙막이 벽체(120)가 터파기 구덩이(10b)의 내부로 노출된 굴착벽면으로부터의 흙 유입을 차단한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 터파기 구덩이(10b)는 전체적인 지반 굴착고(h)를 고려하여 적절한 굴착 깊이를 설정할 수 있으며, 예컨대 최종 굴착고가 9 내지 14m 범위일 경우 2 내지 4M 정도의 깊이를 형성하도록 굴착될 수 있다.

이어서, 상기 제2단 흙막이 벽체(120)의 형성이 완료되면, 그 하단부에 위치하도록 도 5A 및 도 5B에 도시한 바와 같이 상기 버팀 말뚝(101)에 벽체 보강용 제2단 띠장(112)을 횡방향으로 설치한다. 상기 제2단 띠장(112)은 제1단 띠장(111)과 마찬가지로 바람직하게는 H-파일(Pile) 등과 같은 강재 프레임이 설치될 수 있다.

또한, 상기 제2단 띠장(112)의 설치와 병행하여 상기 버팀 말뚝(101)과 시트 파일(201)에 각각 횡방향으로 설치된 제1단 띠장 프레임(111)(211)이 서로 연결되어 지지되도록 제 1 연결 프레임(301)을 설치한다.

본 발명에 따르면, 상기 제 1 연결 프레임(301)은 제1열 흙막이 벽체(100)와 제2열 흙막이 벽체(200)의 상단부에 작용하는 토압에 대응하기 위한 보강재로서, 예컨대 라이너 스크류가 설치되는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예로 한정되는 것은 아니고 공지된 다양한 형태의 연결재가 보강재로 채용될 수 있다.

다음 시공단계로서, 도 6A 및 도 6B를 참조하면 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 내측 지반을 굴착하는 제2단 터파기(12)를 수행한다. 이때, 상기 제2열 흙막이 벽체(200)에서부터 상기 터파기 구덩이(10b; 도 5A 및 도 5B 참조)의 깊이까지 굴착하여 내측으로 경사지게 터파기를 시공한 다음, 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 노출된 하단부에 벽체 보강용 제2단 띠장(212)을 설치한다. 이어서, 상기 버팀 말뚝(101)과 시트 파일(201)에 각각 횡방향으로 설치된 제2단 띠장(112)(212)이 서로 연결되어 지지되도록 제 2 연결 프레임(302)을 설치한다.

상기 제 2 연결 프레임(302)은 제1열 흙막이 벽체(100)와 제2열 흙막이 벽체(200)의 하단부에 작용하는 토압에 대응하기 위한 보강재로서, 예컨대 라이너 스크류가 설치되는 것이 바람직하나, 본 발명의 실시예로 한정되는 것은 아니며 공지된 다양한 형태의 연결 보강재가 채용될 수 있다

한편, 본 발명의 일특징에 따르면, 상기 제2 연결 프레임(302)은 도 12에 예시한 바와 같이 토압상태에 따라 설치개수를 선택적으로 조정하여 설치함으로써, 토압에 대한 흙막이 벽체의 저항 강도가 대응하는 상태로 조절되도록 시공할 수 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제 1 연결 프레임(301)은 적어도 하나 또는 그 이상을 설치하는 한편, 상기 제2 연결 프레임(302)은 상기 제 1 연결 프레임(301)의 설치개수보다 증가시켜 설치하는 것이 바람직하다.

다음 시공단계로서, 도 7을 참조하면 상기 터파기 구덩이(10b)를 되메우기(10c)하는 과정과 다지기하는 작업과정을 수행한다. 이러한 되메우기(10c) 및 다지기의 과정은 제1열 흙막이 벽체(100)와 제2열 흙막이 벽체(200) 및 그들 사이에 되메우기 및 다지기된 토류(S)가 일체적 구조체로 형성되도록 기능하여 토압에 대한 저항 강도를 보다 높여 주기 위한 것이다.

다음 시공단계는 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 내측 지반을 소정 깊이 더 굴착하는 제3단 터파기(13)를 시공한다. 이어서, 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 노출된 하단부에 벽체 보강용 제3단 띠장(213)을 설치한다. 상기 제3단 띠장(213)은 상술한 바와 같은 제 1 및 제 2단 띠장과 같이 H-빔과 같은 강재 프레임이 설치될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

다음 시공단계는 도 9A 및 도 9B에 도시한 바와 같이 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 내측 지반을 최종 굴착고(h)까지 굴착하여 제4단 터파기(14)를 수행하여 도 11에 도시한 바와 같이 터파기 시공을 완료한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 굴착심도와 굴착지반의 토압 등 시공현장의 상황에 따라 도 10A 및 도 10B에 도시한 바와 같이 상기 제2열 흙막이 벽체(200)와 최종 굴착고(h)의 굴착바닥 사이에 경사 보강재(204)를 더 설치할 수도 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제2열 흙막이 벽체(200)의 꺽여진 사각 모서리부에는 도 11에 예시된 바와 같이 보조 보강재(205)를 더 설치할 수도 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 따르면, 상기 제1열 흙막이 벽체(100)와 제2열 흙막이 벽체(200) 및 그들에 각각 설치된 보강용 띠장(111)(112)(211)(212)에 서로 대응하여 연결되도록 지지된 연결 보강재(301)(302)와, 상기 제1열 흙막이 벽체(100)와 제2열 흙막이 벽체(200) 사이의 지반을 소정 깊이 굴착하여 터파기하고 되메우기하여 다지기한 토류 구조체(S)를 포함하여 일체적으로 구성되는 흙막이 구조체가 각 단계별 시공과정에 걸쳐서 형성된다.

도 13 내지 도 18은 각각 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 적용할 경우의 구조 안정성 검토 결과에 대하여 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.

여기서, 상기한 구조 안전성 검토 결과는 지반변형거동을 수치해석으로 검토하기 위해 지반 공학적 해석에 널리 사용되고 있는 상용프로그램인 PLAXIS 7.1을 사용하여 수득한 것으로서, 풍화잔류토로 구성된 지반에서 본 발명에 의한 흙막이 공법을 굴착고 12m에 적용하는 경우의 구조 안정성을 검토한 것이다.

본 구조 안정성 검토에 있어서, 지층 및 기초조건에 따른 구조물 전면기초의 허용 침하량 기준은 각변위 1/300 이하, 최대 부등침하량 3.2cm 이하, 최대 침하량 5.1 cm 이하로 설정된 것이다(국토해양부, Skempton 및 Bowles의 기준에 근거함).

참고적으로, 도 13 및 도 14는 각각 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 통한 최종 굴착시 최대수평변위와 최대연직침하를 검토한 결과로서, 최대수평변위는 벽체 상단에서 1.634cm로 나타나고, 최대연직침하는 굴착저면에서 3.056cm 융기하는 것으로 나타났다. 이 검토결과를 기초로 하여 도 15 내지 도 18에 각각 나타낸 상대전단응력(=전단유발응력/전단저항응력)과 최대벽체변위 및 배면침하를 도출하는데 활용하였다.

도 15를 참조하면, 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 통한 최종 굴착시 상대전단응력(=전단유발응력/전단저항응력)은 0.63으로 해석되어 기준값 1(파괴 시작값) 이하를 만족하는 결과를 얻어 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 구조체를 통한 최종 굴착시 최대벽체변위는 시트 파일이 1.540cm, 버팀 말뚝(H-파일)이 1.634cm로 나타나 경사각은 각각 1.540/1500=0.307/300, 1.634/1500=0.306/300으로 산출되므로, 시트 파일과 버팀 말뚝(H-파일)의 최대벽체변위가 기준경사각 1/300을 만족하는 것으로 검토되어 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.

도 18을 참조하면, 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법을 통한 최종 굴착시 배면침하는 최대 0.221cm로 나타나 최대침하 기준(5.1cm 이하) 및 최대 부등침하 기준 (3.2cm 이하)을 만족하며, 경사각은 0.022/300으로 나타나 기준경사각 1/300을 만족하는 것으로 검토되어 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 지반굴착 토공사용 흙막이 시공방법에 따르면, 2열 자립식 흙막이 벽체의 형성과 터파기 굴착을 연계시킨 단계적인 시공에 의해 구조 안정성을 충분하게 확보하면서 토압에 효과적으로 저항할 수 있는 흙막이 구조체를 형성할 수 있게 됨에 따라 예컨대, 10m 전후(바람직하게는 9 내지 14m 범위)의 고심도 굴착시공을 효율적으로 시공할 수 있어서 건축물 기초시공을 위한 토공사의 효율성을 높일 수가 있다.

100 : 제1 흙막이 벽체 101 : 버팀 말뚝
102 : 토류판 110 : 제1단 흙막이 벽체
111 : 제1단 띠장 112 : 제2단 띠장
120 : 제2단 흙막이 벽체 200 : 제2 흙막이 벽체
201 : 시트 파일 211 : 제1단 띠장
212 : 제2단 띠장 213 : 제3단 띠장
301 : 제1 연결 보강재 302 : 제2 연결 보강재

Claims

서로 이격된 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 나란하게 형성하여 지반굴착을 시공하는 건축물 기초시공 토공사용 흙막이 시공방법에 있어서,
상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 지반을 굴착하여 터파기 구덩이를 형성하는 단계;
상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 연결하도록 지지되는 연결 보강재를 설치하는 단계; 및
상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이에 형성된 터파기 구덩이를 되메우기하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 터파기 구덩이를 형성하는 단계와 연결 보강재를 설치하는 단계 및 터파기 구덩이를 되메우기하는 단계의 사이에 각각 지반굴착 부지를 단계적으로 굴착하여 터파기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 연결 보강재는 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 상단부와 하단부를 각각 연결하여 지지하도록 복수개소에 설치되는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체의 하단부를 연결하여 지지하도록 설치된 연결 보강재는 터파기 구덩이의 되메우기 단계에서 지중에 매립되는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 3 항에 있어서,
상기 연결 보강재는 토압 상태에 따라 각각의 설치개소에 복수개가 선택적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
서로 이격된 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체를 나란하게 형성하여 지반굴착을 시공하는 건축물 기초시공 토공사용 흙막이 시공방법에 있어서,
상기 제1열 흙막이 벽체의 형성을 위해 다수의 버팀 말뚝을 설치하는 단계;
상기 버팀 말뚝의 내측 지반을 소정 깊이 굴착하는 제1단 터파기 단계;
상기 제1열 흙막이 벽체를 형성하도록 상기 버팀 말뚝에 토류판을 설치하는 제1단 토류판 설치단계;
상기 제2열 흙막이 벽체를 형성하도록 시트 파일을 설치하는 단계;
상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체 사이의 지반을 굴착하여 터파기 구덩이를 형성하는 단계;
상기 제1열 흙막이 벽체가 하방 연장되도록 상기 터파기 구덩이 내부의 버팀 말뚝에 토류판을 설치하는 제2단 토류판 설치단계;
상기 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제2단 터파기 단계;
상기 터파기 구덩이를 되메우고 다지기를 하는 단계; 및
상기 제2열 흙막이 벽체 내측 지반을 굴착하는 제3단 터파기 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 6 항에 있어서,
상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 보강재를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 6 항에 있어서,
상기 제1단 토류판 설치단계에서 상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 각각 제1단 띠장을 보강재로 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 6 항에 있어서, 상기 제2단 토류판 설치단계에서는,
상기 제1열 흙막이 벽체와 제2열 흙막이 벽체에 각각 설치된 제1단 띠장을 서로 연결하여 지지하도록 제1 연결 보강재를 설치하는 단계와;
상기 제1열 흙막이 벽체에 제2단 띠장을 보강재로 설치하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 6 항에 있어서,
상기 제1 연결 보강재는 토압상태에 따라 적어도 하나 이상을 선택적으로 설치하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 6 항에 있어서, 상기 제2단 터파기 단계에서는,
상기 제2열 흙막이 벽체에 제2단 띠장을 보강재로 설치하는 단계와;
상기 제1열 흙막이 벽체와 상기 제2열 흙막이 벽체에 각각 설치된 제2단 띠장을 서로 연결하여 지지하도록 제2 연결 보강재를 설치하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제2 연결 보강재는 토압상태에 따라 각각의 설치개소에 적어도 둘 이상의 복수개가 선택적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 6 항에 있어서, 상기 제3단 터파기 단계에서는,
상기 제2열 흙막이 벽체에 제3단 띠장을 보강재로 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
제 6 항 또는 제 13항에 있어서,
상기 제2열 흙막이 벽체와 굴착바닥 사이에 경사 보강재를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.
건축물 기초시공 토공사를 위한 지반굴착 부지의 외곽에 일정한 폭으로 이격되도록 나란하게 설치되는 제1열 흙막이 구조체와 제2열 흙막이 구조체를 형성하여 시공하는 2열식 지반굴착 흙막이 시공방법에 있어서,
상기 제1열 흙막이 구조체를 형성하기 위한 다수의 버팀 말뚝을 일정한 간격으로 매설하는 버팀 말뚝 설치단계;
상기 제1열 흙막이 구조체 내측의 지반굴착 부지를 소정 깊이 굴착하여 단차진 굴착면을 형성하는 제1단 터파기 단계;
상기 단차진 굴착면을 막도록 상기 버팀 말뚝의 사이에 토류판을 설치하여 흙막이 벽체를 형성하는 제1단 토류판 설치단계;
상기 제2열 흙막이 구조체를 형성하기 위한 시트 파일을 상기 버팀 말뚝과 이격되게 매설하는 시트 파일 설치단계;
상기 제1단 토류판의 하단부 레벨에 위치하도록 상기 버팀 말뚝과 상기 시트 파일에 각각 띠장 프레임을 설치하는 제1단 띠장 프레임 설치단계;
상기 제1열 흙막이 구조체와 제2열 흙막이 구조체 사이의 지반을 소정 깊이 굴착하는 터파기 구덩이를 형성하는 단계;
상기 버팀 말뚝과 시트 파일의 제1단 띠장 프레임을 연결하여 지지하도록 연결 보강재를 설치하는 제1단 연결 보강재 설치단계;
상기 터파기 구덩이의 제1단 토류판의 하방에 노출된 흙벽을 막도록 상기 버팀 말뚝의 사이에 흙막이 토류판을 추가적으로 설치하여 흙막이 벽체를 연장시키는 제2단 토류판 설치단계;
상기 제2단 토류판의 하단부 레벨에 위치하도록 상기 버팀 말뚝에 띠장 프레임을 설치하는 제2단 띠장 프레임 설치단계;
상기 제2열 흙막이 구조체 내측의 지반굴착 부지를 소정 깊이 더 굴착하는 제2단 터파기 단계;
상기 버팀 말뚝에 설치된 제2단 띠장 프레임과 나란하게 배치되도록 상기 시트 프레임에 띠장 프레임을 설치하는 제2단 띠장 프레임 설치단계;
상기 버팀 말뚝과 시트 파일의 제2단 띠장 프레임을 서로 연결하여 지지하도록 연결 보강재를 설치하는 제2단 연결 보강재 설치단계;
상기 터파기 구덩이를 되메우고 다지기를 하는 단계; 및
상기 제2열 흙막이 구조체 내측의 지반굴착 부지를 소정 깊이 더 굴착하는 제3단 터파기 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 기초시공 토공사용 지반굴착 흙막이 시공방법.