KR20130013287A - 교각의 습식 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교각의 습식(濕式) 시공방법에 관한 것으로, 교각을 설치하고자 하는 위치에서 암반에 말뚝을 수직하게 관입 설치하고, 복수개의 시트파일을 그 하단이 지반에 관입되도록 수직하게 배치하여 폐합된 공간을 이루는 가물막이를 형성하고, 상기 가물막이 내부 공간에 물이 가두어져 있는 상태에서 가물막이 내부 공간의 바닥면에 수중 콘크리트를 타설하여, 두께를 가지는 슬래브 형태의 바닥기초를 형성하고, 상기 가물막이의 내부 공간에 채워져 있던 물을 가물막이 외부로 배수시킨 후, 물이 배수된 가물막이 내부 공간에서 교각 기초 및 교각 본체를 구축하고 시트파일을 인발하여 가물막이를 철거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교각의 습식 시공방법이다. 본 발명에 의하면, 시트파일의 근입장(根入長)이 줄어들게 되어 시트파일의 설치에 소요되는 비용 및 시간을 줄일 수 있으며, 추후 교각의 시공이 완료된 후에 시트파일을 종래기술보다 용이하게 인발하여 제거할 수 있고, 모래의 축도 및 제거작업이 필요하지 않으므로 그만큼의 공사비를 절감할 수 있고 공사기간도 줄어드는 효과가 발휘된다.

Description

교각의 습식 시공 방법{Wet-type Constructing Method of Pier Foundation}

본 발명은 교량의 교각을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 하부가 수중에서 잠긴 상태로 직립하는 교량 교각을 시공함에 있어서, 시트파일(sheet pile)을 이용하여 가물막이를 설치하여 교각 시공을 위한 공간을 구획한 상태에서, 가물막이 내부 공간의 물을 배수하지 않은 채 말뚝을 지중에 설치한 후, 수중 콘크리트를 이용하여 바닥기초를 형성한 다음 가물막이 내부 공간의 배수 및 교각 구축공사를 수행함으로써, 가물막이 내부 공간에 대한 모래 축도 작업을 생략하거나 또는 시트파일의 근입장(根入長)을 줄여서 공기를 단축하고 시공비를 절약할 수 있는 새로운 방식의 교각의 습식 시공 방법에 관한 것이다.

해상에 교량이 건설되는 사례가 늘어나고 있다. 해상에 시공되는 교량은 해저 지반에 교각기초가 위치한 상태로 교각이 시공되고, 교각에 교량의 상부구조가 시공되므로 해상교량의 건설에 있어서는 교각, 특히 수중에 위치되는 교각기초의 시공이 매우 중요하다.

종래에는 교각 기초가 수중에 위치하도록 교각을 시공할 때, 물을 배제한 상태에서 교각을 시공하는 건식(乾式) 시공방법이 주로 이용되어 왔다. 도 1 내지 도 5에는 각각 종래기술에 따라 건식상태에서 교각의 시공하는 각 단계가 단면도로 도시되어 있다.

종래의 건식(乾式) 교각 시공방법에서는 우선, 교각을 설치하고자 하는 위치에서, 교각 시공을 위한 공간을 확보하도록 도 1에 도시된 것처럼 복수개의 시트파일(1)을 지반(10)에 수직하게 설치하여 폐합된 공간을 구획하는 가물막이를 설치한다. 가물막이의 내부 공간에서 물을 제거하였을 때, 가물막이 내부 공간 바닥면(12)으로부터 물이 용출되는 것을 방지하고 말뚝 시공 장비 등의 작업 공간을 확보하기 위하여, 도 2에 도시된 것처럼 가물막이의 내부 공간에 모래(5)를 채워 넣는다. 그리고 말뚝(2)을 시공하기 위해, 도 3에 도시된 것과 같이 가물막이의 내부 공간에 채워진 모래(5)에 굴착장비 등을 진출시켜 오거 등을 이용해 모래(5)의 상면에서부터 수직하게 말뚝공을 굴착하고, 강관 또는 현장타설 콘크리트로 된 말뚝(2)을 암반(11)까지 관입하여 설치한다.

후속하여, 도 4에 도시된 것처럼, 시트파일(1)에 의해 만들어진 가물막이의 내부 공간에 채워져 있던 모래(5)를 굴착한 후에도 시트파일(1)이 수압을 견딜 수 있도록 시트파일(1) 내면에 띠장(7)을 설치하여 시트파일(1)을 보강한다. 모래(5)의 굴착 후에는 가물막이 내부 공간의 바닥면 위로 콘크리트를 타설하여 바닥기초(6)를 형성하여 가물막이 내부 공간의 바닥을 고르게 정리한다. 최종적으로는 도 5에 도시된 것처럼, 교각의 하부를 이루는 교각기초(3)를 바닥기초(6) 위에 시공하고 그 위로 교각 본체(4)를 수직하게 축조하여 교각을 완성하고, 교각이 완성되면 시트파일(1)은 인발하여 제거하게 된다.

이러한 건식(乾式)으로 교각을 시공하는 종래 기술의 일예로는 아래에서 선행기술문헌으로 기재된 국내 등록특허 제 10-0609732호(2006. 08. 09. 공고) 등이 있다. 그런데 위와 같은 종래기술에서는 가물막이 내부 공간의 바닥면으로부터 물이 용출되거나 그로 인해 바닥면이 돌출하는 히빙(Heaving)현상을 방지하기 위하여 시트파일(1)을 지반(10)에 관입 설치하여 가물막이를 형성한 후에는 가물막이의 내부 공간을 배수하기 전에, 가물막이의 내부 공간을 모래(5)를 채워야 하며, 교각을 세우기 위해 다시 모래(5)를 굴착하여 제거하는 과정을 포함하고 있어 많은 시공비가 소요되고 공사기간도 지연되는 문제점이 있다.

만일 위와 같은 종래기술에서 가물막이의 내부 공간을 모래(5)로 채웠다가 다시 제거하는 과정을 생략하려면, 히빙(Heaving) 현상을 방지하기 위해서 시트파일(1)을 지반(10) 아래의 불투수층으로 이루어진 암반(11)까지 깊게 관입 설치해야 한다. 즉, 시트파일(1)의 근입장(根入長)이 길어져서 그만큼 시트파일(1)의 관입을 위한 시공비용의 증가와 공사기간의 지연을 피할 수 없으며, 더 나아가 시트파일(1)을 인발하여 제거하는 데에도 많은 비용과 시간이 소요되는 문제가 발생하게 된다.

대한민국 등록특허 제 10-0609732호(2006. 08. 09. 공고) 참고.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는, 교량의 교각을 시공함에 있어서, 시트파일을 이용해 가물막이를 설치하여 교각 시공을 위한 공간을 확보하되, 가물막이 공간 내부에 대한 모래 축도 작업을 생략하거나 또는 시트파일의 근입장(根入長)을 줄여서 공기를 단축하고 시공비를 절약할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 시트파일(sheet pile)을 이용하여 가물막이를 설치하여 교각 시공을 위한 공간을 구획한 상태에서, 가물막이 내부 공간의 물을 배수하지 않은 채 말뚝을 지중에 설치하는 습식 시공방법이 제공된다.

본 발명의 습식 시공방법은, 교각을 설치하고자 하는 위치에서 암반에 하단이 고정되도록 말뚝을 수직하게 관입 설치하고, 복수개의 시트파일을 그 하단이 지반에 관입되도록 수직하게 배치하여 폐합된 공간을 이루는 가물막이를 형성하는 단계와 상기 가물막이 내부 공간에 물이 가두어져 있는 상태에서 가물막이 내부 공간의 바닥면에 수중 콘크리트를 타설하여, 두께를 가지며 시트파일의 하단부를 가로질러 지지하는 바닥기초를 형성하는 단계와 상기 가물막이의 내부 공간에 채워져 있던 물을 가물막이 외부로 배수시키는 단계와 물이 배수된 가물막이 내부 공간에서 교각 기초 및 교각 본체를 구축하는 단계 및 상기 시트파일을 인발하여 가물막이를 철거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 시트파일(sheet pile)을 이용하여 가물막이를 설치하여 교각 시공을 위한 공간을 구획한 상태에서, 가물막이 내부 공간의 물을 배수하지 않은 채 말뚝을 지중에 설치한 후, 가물막이 내부 공간의 바닥면에 수중 콘크리트를 이용하여 바닥기초를 형성하여 가물막이의 내부 공간에서 바닥면으로부터의 히빙(Heaving) 현상을 억제하게 되므로, 시트파일의 근입장(根入長)이 줄어들게 된다.

그러므로 시트파일의 설치에 소요되는 비용 및 시간을 줄일 수 있으며, 가물막이 내부 공간에 대한 모래 축도 작업 및 모래의 굴착 제거 작업이 필요 없게 되어, 공사비를 절감할 수 있고 공사기간도 단축시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1 내지 도 5는 각각 종래기술에 따른 가물막이를 이용한 교각의 건식시공방법의 순서를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 6 내지 도 11은 각각 본 발명에 따른 교각의 습식 시공방법의 순서를 보여주는 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 6 내지 도 11에는 각각 본 발명에 따른 교각의 습식(濕式) 시공방법의 순서를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 구체적으로 도 6은 교각을 설치하게 될 위치에서 지반(10) 아래에 위치하는 불투수층으로 이루어진 암반(11)에 말뚝(2)이 관입 설치되어있는 상태를 보여주고 있고, 도 7은 시트파일(1)의 하단이 토사층으로 이루어진 지반(10)에 관입되도록 연직하게 설치된 것을 보여주고 있다. 도 8은 지반(10)의 상부에 수중 콘크리트를 타설하여 바닥기초(8)를 형성한 상태를 보여주고 있으며, 도 9는 시트파일(1) 내부 공간의 물을 배수하고 난 뒤의 상태를 보여주고 있다. 도 10은, 도 9에 도시된 상태에 후속하여 시트파일(1)에 의해 만들어진 가물막이의 내부 공간에 교각을 설치한 상태를 보여주고 있고, 도 11은 교각의 구축이 완료된 후 시트파일(1)을 인발하여 제거한 상태를 보여주고 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 습식(濕式) 시공방법은, 종래기술과 달리 불투수층으로 이루어진 암반(11)에 말뚝(2)을 먼저 관입하여 설치하고, 시트파일(1)을 토사층으로 이루어진 지반(10)에 관입하여 가물막이를 설치한 후에, 가물막이의 내부 공간에서 지반(10)의 상면 즉, 가물막이 내부 공간의 바닥면(12)에 수중 콘크리트를 타설하여 바닥기초(8)를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 습식 시공방법의 각 단계를 더 상세히 살펴보면, 도 6에 도시된 것처럼 교각을 설치하고자 하는 위치에서 하단이 암반(11)에 고정되도록 말뚝(2)을 먼저 수직하게 관입 설치한다. 상기 말뚝(2)은 강관 말뚝이나 콘크리트 말뚝 또는 기타 합성말뚝 등으로 이루어져, 해상에 바지선 등을 띄우고, 바지선 등에 구비된 장비를 이용하여 항타 또는 오거에 의한 관입공 설치 등의 방법에 의해 불투수층으로 이루어진 암반(11)까지 그 하단이 관입되어 고정되는 상태로 설치된다. 복수개의 말뚝(2)을 암반(11)에 설치한 후에 상기 말뚝(2)이 설치된 영역을 둘러싸도록 복수개의 시트파일(1)을 그 측면이 서로 연결되고 하단이 토사층으로 이루어진 지반(10)에 관입되도록 설치하여, 수직방향에서 바라볼 때 폐합된 도형의 영역을 가지도록 가물막이를 구축한다. 즉, 가물막이를 이루는 시트파일(1)은 이웃하는 시트파일(1)과 그 측면이 수밀한 상태로 결합되므로, 가물막이의 내부 공간에 채워진 물과 가물막이의 외부에 존재하는 물은 서로 소통할 수 없게 된다.

위에서는 말뚝(2)을 설치한 후 시트파일(1)에 의해 가물막이를 설치하는 것으로 설명하였으나, 시트파일(1)에 의해 가물막이를 설치한 후에, 가물막이 내부 공간의 물을 배수하지 아니한 상태에서 말뚝(2)을 설치할 수도 있다. 즉, 본 발명에서 말뚝(2)의 관입 설치 작업과 시트파일(1)에 의한 가물막이의 시공 작업은 그 수행하는 선, 후가 뀔 수 있는 것이다.

시트파일(1)에 의해 가물막이가 설치되면, 도 8에 도시된 것처럼 가물막이의 내부 공간에 가두어진 물을 배수하지 않은 상태에서, 가물막이의 내부 공간의 바닥면에 수중 콘크리트를 타설하여, 두께를 가지는 슬래브 형태의 바닥기초(8)를 형성한다. 참고로 본 발명에 따른 시공방법을 수행하면서 형성되는 바닥기초(8)는 종래기술의 바닥기초(6)와 달리 수중 콘크리트에 의해 형성되는 것이므로, 본 명세서에서는 종래기술의 바닥기초(6)와 구분하기 위하여, 도면부호 8을 이용하여 "바닥기초(8)"라고 표기하였다.

도 8에 도시된 상태에 후속하여 도 9에 도시된 것처럼, 가물막이의 내부 공간에 채워져 있던 물을 가물막이 외부로 배수시킨다. 이 때, 본 발명에서는 수중 콘크리트의 타설에 의해 가물막이 내부 공간의 바닥면에 바닥기초(8)가 형성되어 있으므로, 시트파일(1)의 하단부 외측의 지반(10)으로부터 지하수가 유입되어 가물막이 내부 공간의 바닥면으로 용출되는 소위 "히빙(Heaving) 현상"이 발생하는 것이 방지된다. 즉, 수중 콘크리트에 의한 바닥기초(8)가 차수재로서 기능하여, 가물막이 내부 공간의 바닥면에서 히빙(Heaving) 현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지하게 되는 것이다.

한편, 수중 콘크리트의 타설에 의해 형성되는 바닥기초(8)는 시트파일(1) 사이를 지지하는 기능도 수행하게 되어, 시트파일(1)의 외측에서 작용하는 수압에 대해 시트파일(1)이 견고하게 연직상태를 유지하게 되지만, 필요에 따라서는 시트파일(1)의 연직방향 높이에 걸쳐 띠장(도시되지 않음)을 시트파일(1) 내측에 설치하여 시트파일(1)이 수압에 대해 충분한 강성을 가지도록 할 수도 있다.

상기 수중 콘크리트의 타설에 의한 바닥기초(8)의 시공 및 가물막이 내부의 물 배수가 완료되면, 가물막이의 내부 공간은 물이 존재하지 않은 상태가 되고, 이러한 상태에서 도 10에 도시된 것처럼 가물막이 내부 공간에 교각의 하부를 이루는 교각기초(3)를 바닥기초(8) 위에 시공하고 그 위로 교각 본체(4)를 수직하게 축조하여 교각 본체(4)를 완성한다. 교각 본체(4)가 완성되면 도 11에 도시된 것처럼 시트파일(1)을 인발하여 제거함으로써 가물막이를 철거하게 된다.

본 발명에 따른 교각의 습식(濕式) 시공방법에서는, 종래기술과 달리, 가물막이 내부 공간의 물을 배수하지 아니한 상태에서, 먼저 강관 말뚝이나 콘크리트 말뚝 또는 기타 합성말뚝 등의 말뚝(2)을 불투수층으로 이루어진 암반(11)까지 관입하여 설치하고, 복수개의 시트파일(1)을 서로 측면이 연결된 상태로 지반(10)에 연직하게 설치하여 가물막이를 구축하고, 가물막이의 내부 공간에 물을 가둔 상태에서, 가물막이의 내부 공간에서 바닥면(12)에 수중 콘크리트를 이용하여 바닥기초(8)를 형성함으로써 가물막이의 내부 공간에서 바닥면으로부터의 히빙(Heaving) 현상을 억제하게 된다. 따라서 시트파일(1)을 설치하여 가물막이를 형성함에 있어서, 복수개의 시트파일(1)은 그 하단이 암반(11)까지 깊게 관입되어 고정될 필요가 없으며, 토사층으로 이루어진 지반(10)에서의 근입 깊이 즉, 근입장(根入長)도 종래 기술보다 줄어들게 된다.

따라서 본 발명에 의하면 시트파일(1)의 설치에 소요되는 비용 및 시간을 줄일 수 있으며, 추후 교각의 시공이 완료된 후에 시트파일(1)을 종래기술보다 용이하게 인발하여 제거할 수 있어, 그만큼 비용 및 공기를 줄일 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

또한, 수중 콘크리트에 의해 형성되는 바닥기초(8)는 차수재로서 기능하는 것에 더하여, 시트파일(1)의 하단에서 시트파일(1)의 하단 사이를 지탱하는 기능도 수행하게 되므로, 가물막이 내부 공간의 배수 후에도 시트파일(1)이 외측에서 작용하는 수압에 견고하게 저항하게 된다.

특히, 본 발명에서는 종래 기술에서 수행하는 가물막이 내부 공간에 대한 모래 축도 작업 및 모래의 굴착 제거 작업이 필요 없게 되며, 그만큼 공사비를 절감할 수 있고 공사기간도 단축시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

1: 시트파일
2: 말뚝
8: 바닥기초

Claims (1)

1. 교각을 설치하고자 하는 위치에서 암반(11)에 하단이 고정되도록 말뚝(2)을 수직하게 관입 설치하고, 복수개의 시트파일(1)을 그 하단이 지반(10)에 관입되도록 수직하게 배치하여 폐합된 공간을 이루는 가물막이를 형성하는 단계;
   상기 가물막이 내부 공간에 물이 가두어져 있는 상태에서 가물막이 내부 공간의 바닥면(12)에 수중 콘크리트를 타설하여, 두께를 가지며 시트파일(1)의 하단부를 가로질러 지지하는 바닥기초(8)를 형성하는 단계;
   상기 가물막이의 내부 공간에 채워져 있던 물을 가물막이 외부로 배수시키는 단계;
   물이 배수된 가물막이 내부 공간에서 교각 기초(3) 및 교각 본체(4)를 구축하는 단계; 및
   상기 시트파일(1)을 인발하여 가물막이를 철거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교각의 습식 시공방법.
   

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