KR20190047862A - 매립 아치구조물의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매립 아치구조물의 시공방법에 관한 것으로서, 아치구조물(10)을 시공할 부지 위에 설치하는 단계(S1), 아치구조물(10)에 선행재하를 가하는 단계(S2), 아치구조물(10)의 양측의 성토고(h1,h2)의 차이(Δh)를 소정범위 내로 유지하면서 아치구조물(10)의 양측을 동시에 또는 교호로 단계적으로 성토하는 단계(S3),아치구조물(10)의 상부를 성토하고 다지면서 목표 성토고(H)까지 성토하는 단계(S4)를 포함한다.

Description

매립 아치구조물의 시공방법 {A construction method of buried arch structure}

본 발명은 매립 아치구조물의 시공방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 매립 아치구조물의 시공시에 선행재하를 부여하여 시공중인 아치구조물의 편토압에 의한 구조적 불안정을 최소화하여 시공이 안전하고 용이하며 시공비와 공기를 단축할 수 있는 새로운 매립 아치구조물의 시공방법에 관한 것이다.

도로나 철도 등의 선형 공공시설은 기존에 존재하는 소도로나 작업로, 수로 등을 통과해야 한다. 이 경우에 강성구조물인 콘크리트박스 또는 연성구조물인 얇은 콘크리트나 강판으로 만들어지는 암거나 터널을 도로나 철도 노반의 하부의 설치하고 흙으로 매립하여 지하통로나 수로 등으로 사용하게 된다.

강성구조물인 콘크리트박스는 통로가 설치되도록 예정된 곳에 기초공사, 철근조립, 거푸집설치, 콘크리트의 타설과 양생, 및 박스 주변의 성토과정을 거쳐서 시공된다. 이러한 강성구조물은 구조물의 변위를 허용하지 않으며, 성토를 통해 발생되는 토압을 모두 하중으로 설계하므로, 콘크리트의 양생이 끝나면 성토 중에 발생하는 토압에 대하여 변위가 발생되지 않아서 안전하다. 다만, 공사 기간이 많이 소요되고, 통로 공간 위에 흙이 쌓이는 토피의 두께 즉, 토피고가 높은 경우에는 하중이 커서 구조물의 두께가 급격히 두꺼워져서, 공사비가 많이 드는 단점이 있다.

이와 같이 토피고가 높은 경우에 발생되는 단점을 극복하기 위해 개발된 것이 연성 아치구조물이다. 이러한 아치구조물은 흙의 성토에 의한 수직방향의 토압을 아치구조물의 축방향을 따라 압축하중으로 전달함으로써 상대적으로 슬림한 구조로써 넓은 통로를 확보하면서도 큰 하중을 효과적으로 지지할 수 있으며, 성토로 인한 토압이 발생할 경우에 약간의 변위를 허용하여 정지토압을 주동토압으로 변화시켜서 하중을 경감하도록 되어 있다. 이러한 아치구조물은 기초 공사, 강판 또는 콘크리트 패널의 조립, 구조물 주변 성토과정을 거쳐 시공된다.

그런데 이러한 매립형 아치구조물은 구조물 주변의 흙이 전부 성토되어 하중이 폐합되어야 전체가 안정되는 구조이기 때문에, 초기에 성토 없이 아치구조물만 조립되어 있는 동안에는 강풍 등의 하중에 취약하다는 단점이 있고, 특히 연성 아치구조물은 토압에 의해 일정 변위를 허용이므로 공사 중에 아치구조물 양쪽의 성토의 차이에 의해 발생하는 편토압(양쪽 토압의 차이)에 상당히 취약하여, 이로 인해 붕괴사고의 원인이 되기도 한다. 이는 연성 아치구조에서 수직하중이 존재하지 않는 상태에서는 작은 편토압에도 구조물 전체가 유동될 수 있기 때문이다. 현재 표준 방에서는 성토고의 차이를 20cm 이내로 제한하도록 규정하고 있으나, 성토작업 중에서 아치구조물의 양쪽을 동시에 육안으로 확인하기가 어렵기 때문에 공사 중에 아치구조물의 양쪽의 성토고 차이를 시방서의 허용범위 내로 유지하도록 관리하는 것은 번거롭고 까다로운 실정이다.

본 발명은 전술한 바와 같이 종래의 매립 아치구조물의 시공상의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 매립 아치구조물의 시공시에 선행재하를 부여하여 시공중인 아치구조물의 편토압에 의한 구조적 불안정을 최소화하여 시공이 안전하고 용이하며 시공비와 공기를 단축할 수 있는 새로운 매립 아치구조물의 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 도로나 철도 등의 노반 하부에 설치되어 소도로나 작업로, 수로 등으로 사용되는 매립 아치구조물의 시공방법에 있어서,

아치구조물(10)을 시공할 부지 위에 설치하는 단계(S1),

선행하중(20)을 미리 상기 아치구조물(10)의 상면에 탑재하거나 하부에 매달아서 아치구조물(10)에 선행재하하는 단계(S2),

상기 아치구조물(10)의 양측의 성토고(h1,h2)의 차이(Δh)를 소정범위 내로 유지하면서 아치구조물(10)의 양측을 동시에 또는 교호로 단계적으로 성토하는 단계(S3),

상기 아치구조물(10)의 상부를 성토하고 다지면서 목표 성토고(H)까지 성토하는 단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 매립 아치구조물의 시공방법이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 선행하중(20)을 선행재하하기 전에 아치구조물(10)의 양측에 사전성토를 하는 단계(S1-1)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매립 아치구조물의 시공방법이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 아치구조물(10)의 상부를 성토 및 다짐하여 목표 성토고(H)까지 성토하기 전이나 성토하는 도중 또는 성토를 완료 후에 상기 아치구조물(10)로부터 선행하중(20)을 단계적으로 또는 일시에 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매립 아치구조물의 시공방법이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 선행하중(20)은 성토용 흙, 포대나 용기에 충전된 흙, 용기나 튜브에 충전된 물, 프리캐스트 콘크리트블록, 철제 형강, 철괴, 철근다발, 포대나 철망에 충전된 암석이나 골재 중에서 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 매립 아치구조물의 시공방법이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 아치구조물(10)의 상면에는 선행하중(20)을 탑재하는 수용부(12)나 거치대(13)가 일체로 또는 착탈가능하게 형성되거나, 아치구조물(10)의 저면에는 선행하중(20)을 매달 수 있는 행거(14)가 형성된 것을 특징으로 하는 매립 아치구조물의 시공방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 아치구조물(10)의 상부 또는 하부에 선행하중(20)을 재하한 후에 아치구조물(10)에 대한 성토를 진행하므로, 성토 이전에 풍압이나 기타 외력에 의한 연성 아치구조물의 유동이나 전도 등을 방지하여 구조적 안정화를 도모할 수 있고, 특히 편토압에 의한 아치구조물(10)의 유동이나 붕괴를 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 선행하중(20)으로 성토재료인 흙을 사용하는 경우에는 아치구조물(10)의 양측에 대한 성토를 시행한 후에 아치구조물(10)의 상부에 성토를 행할 때, 선행하중으로 성토한 흙의 분량만큼은 성토작업량이 생략되므로, 구조물의 안전을 증대시키면서도 전체적인 성토량이 증가되지 않아서 시공의 효율성이 증대된다. 아울러, 아치구조물(10)의 상부 또는 하부에 선행하중(20)을 정위치에 유지할 수 있도록 아치구조물(10)의 상부에 수용부(12)나 거치대(13)가 일체로 또는 착탈가능하게 형성되거나, 아치구조물(10)의 저면에는 선행하중(20)을 매달 수 있는 행거(14)를 구비함으로써, 아치구조물에 선행하중을 안전하게 탑재할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 시공순서도
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 시공순서도
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예의 시공순서도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예의 시공순서도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 시공순서도

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예의 시공순서도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 먼저 바람직하게는 미리 제작된 아치구조물(10)을 도로나 철도 건설현장의 노반 하부의 소도로나 작업로 또는 수로 등으로 사용할 부지 위로 이동하여 설치한다(S1). 이 때 아치구조물(10)은 대체로 일정한 변위를 허용하는 연성 구조물로서, 강판이나 얇은 콘크리트판 또는 강화플라스틱 등 소요의 하중을 지지할 수 있는 적절한 재료로 제작되며, 단면이 단순하게 반원형 형태이거나 주름진 아치일 수 있고, 단일체로 이루어지거나 몇 개의 세그먼트가 결합되어 아치구조를 형성하는 등, 그 구체적인 형태는 제한되지 않는다. 조립식 아치구조물인 경우 대체로 현장에서 조립되는 것이 바람직하다. 또한, 아치구조물(10)을 현장에 설치하기 위에, 미리 부지 위에 터파기나 부지정리를 위한 약간의 성토나 다짐, 노면공사, 아치구조용 기초시공 등 필요한 선행작업이 있다면 이를 미리 시공해 두는 것은 물론이다.

이어서, 상기 아치구조물(10)의 정상부의 상면에 선행하중(20)을 탑재하여 선행재하를 가한다(S2). 본 실시예에서는 선행하중(20)으로서, 성토용 흙과 동일한 흙(20a)을 사용한다. 그리고 아치구조물(10)의 상면에는 이러한 선행재하용 흙(20a)을 담아서 수용할 수 있는 수용부(12)가 형성된다. 이 수용부(12)는 바람직하게는 아치구조물(10)의 상면에 돌출형성되어 일정한 면적을 둘러싸는 측벽으로 이루어지며, 아치구조물(10)과 일체로 성형되거나, 별체로 제작되어 아치구조물(10)에 장착될 수 있다. 이와 같이 측벽에 둘러싸인 용기형태의 수용부(12)에 성토할 흙(20a)을 미리 채워서 적절히 다짐으로써 소요의 선행하중을 아치구조물(10)에 부여할 수 있다. 이와 같이 아치구조물(10)에 미리 하중을 가하면 아치구조물의 구조적 안정화를 도모할 수 있고, 특히 후술하는 바와 같이 편토압에 의한 아치구조물(10)의 유동이나 붕괴를 효과적으로 억제하게 된다.

본 실시예에서는 성토용 흙(20a)을 선행하중으로 사용하였으나, 그 외에도 다양한 종류의 중량체를 선행하중(20)으로 사용할 수 있을 것이다. 예를 들어 성토용 흙이라고 하더라도 포대나 용기에 충전한 흙을 사용할 수 있고, 용기나 튜브에 충전된 물, 또는 프리캐스트 콘크리트블록을 사용할 수 있다. 또한 H빔과 같은 철제 형강이나 잉고트와 같은 철괴, 또는 건설현장에서 입수 용이한 철근다발, 포대나 철망에 충전된 암석이나 골재도 선행하중용 중량체로 사용될 수 있다. 선택되는 중량체의 형태나 특성에 따라, 이들 중량체를 아치구조물(10)의 상부에 탑재하거나 위치고정하는 수용부(12)나 거치대의 종류나 구조도 적절하게 선택될 것이다.

다음에, 상기 아치구조물(10)의 양측을 동시에 또는 교호로 단계적으로 성토한다(S3). 이 때, 아치구조물(10)의 양측의 성토고(h1,h2)의 차이(Δh)를 소정범위 내로 유지하면서 아치구조물의 양측에 성토하면서 다지게 된다. 본 발명에 따르면 선행재하를 가한 상태에서 아치구조물의 양측에 성토하기 때문에, 선행재하를 가하지 않은 경우에 비해, 성토고의 차이에 대한 허용범위가 더 넓다는 점에서 시공이 상대적으로 용이하게 안전하다.

다음에, 상기 아치구조물(10)의 상부를 성토하고 다지면서 목표 성토고(H)까지 성토하여 아치구조물을 매립한다(S4). 이 때 이미 아치구조물(10)의 상부에 선행하중(20)을 이루는 흙(20a)이 성토되어 있으므로, 이미 선행재하되었던 흙을 다지면서 추가적으로 흙을 포설하거나, 흙을 추가적으로 포설한 후에 다짐을 수행할 수 있다. 이와 같은 과정을 거쳐서 도로나 철도의 하부를 횡단하는 소도로나 작업로, 또는 수로로 기능하는 매립 아치구조물을 일차로 완료하게 된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예의 시공상태도로서, 상기 실시예에서 아치구조물(10)을 시공할 부지 위에 설치하는 단계(S1)와 선행하중(20)을 아치구조물(10)에 선행재하하는 단계(S2) 사이에 아치구조물(10)의 양측에 사전성토를 하는 단계(S1-1)를 더 포함한다. 이와 같이 선행하중(20)을 가하기 전에 사전 성토를 하는 것은 공사현장의 작업조건에 따라 아치구조물(10)이 선행하중(20)에 대하여 안정적으로 지지되도록 하거나, 강풍이나 지진 등의 하중에 대한 아치구조물(10)의 안정성을 확보를 위한 것으로서, 바람직하게는 선행하중(20)을 탑재하기 전에 아치 양측에 하는 사전 성토의 높이(hp)는 아치 높이의 1/3 이내이나, 공사현장의 작업조건이나 기타 설계조건에 따라 달라질 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예로서, 선행하중으로서 물이 충전된 튜브(20b)를 사용하는 경우를 보여준다. 도시된 바와 같이, 아치구조물(10)을 시공할 부지 위에 설치한다(S11). 다음에 물이 충전된 튜브(20b)를 선행하중으로서, 아치구조물(10)의 상부에 탑재하여 아치구조물(10)에 선행재하를 가한다(S12). 도시된 실시예에서는 물이 충전된 튜브(20b)를 아치구조물(10)의 상부에 위치고정하기 위해 용기나 거치대와 같은 별도의 수단을 사용하지 않는 것으로 도시되었으나, 필요하다면 이러한 물이 충전된 튜브(20b)를 아치구조물(10)의 상부에 위치고정하기 위한 적절한 수단이 마련될 수도 있을 것이다. 튜브에 충전된 물은 증발산에 의한 하중의 감소를 방지할 수 있는 장점이 있다. 그러나 증발산에 의한 하중의 감소가 문제되지 않는 경우에는 아치구조물(10)의 상부에 상기 도 1과 같은 상면이 개방된 용기형태의 수용부(12)에 물을 채워서 선행하중으로 사용해도 좋다.

다음에, 아치구조물(10)의 양측의 성토고(h1,h2)의 차이(Δh)를 소정범위 내로 유지하면서 아치구조물(10)의 양측을 동시에 또는 교호로 단계적으로 성토한다(S13). 이어서 선행하중인 물이 충전된 튜브(20b)를 아치구조물(10)로부터 제거한다(S14). 이를 위해서는 튜브(20b)로부터 물을 배출한 후에 튜브를 들어내어 선행하중을 제거한다. 튜브(20b) 대신 개방된 용기형태의 수용부에 물을 담은 경우에는 물을 배출하기만 하면 선행재하(20)를 제거할 수 있다.

이어서, 아치구조물(10)의 상부를 성토하고 다지면서, 목표 성토고(H)까지 성토하여 아치구조물(10)의 매립을 일단 완료한다(S15).

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예의 시공순서도로서, 선행하중으로서 프리캐스트 콘크리트블록(20c)을 사용하는 것을 보여준다. 도시된 바와 같이, 아치구조물(10)을 시공할 부지 위에 설치한다(S21). 이 아치구조물(10)의 상면에는 선행하중인 프리캐스트 콘크리트블록(20c)을 아치구조물(10) 상부에 거치하여 위치고정할 수 있는 거치대(13)가 형성된다. 도시된 실시예에서 거치대는 아치구조물(10)의 볼록하게 만곡된 상면에 정합되도록 저면이 오목하게 만곡되고 상면은 탑재된 물건을 안정적으로 받칠 수 있도록 평탄하게 형성된다. 그러나 이러한 거치대(13)는 선행하중인 중량체의 형태가 구조에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 이어서, 상기 아치구조물(10)의 상부 거치대(13)의 상면에는 본 실시예의 선행하중 프리캐스트 콘크리트블록(20c)을 다수 적층 탑재하여 선행재하를 가한다(S22). 본 실시예에는 프리캐스트 콘크리트블록이 강성중량체인 선행하중(20)으로 사용되었으나, 다른 종류의 강성중량체가 선행하중(20)으로 사용될 수 있고, 사용되는 강성중량체의 형태나 구 등의 특성에 따라 이들 강성중량체를 이치구조물(10)의 상면에 수용하여 위치고정하는 수용부(12)나 거치대(13)의 형태나 구조도 변경될 수 있다.

이어서, 아치구조물(10)의 양측을 동시에 또는 교호로 단계적으로 성토하되, 아치구조물(10) 양측의 성토고(h1,h2)의 차이(Δh)를 소정범위 내로 유지하면서 아치구조물의 양측에 성토하면서 다진다(S23).

다음에, 아치구조물(10)의 상부를 성토하고 다지면서 목표 성토고(H)까지 성토하여 아치구조물을 매립한다(S24). 이 때, 아치구조물(10)의 상부를 성토 및 다짐하여 목표 성토고(H)까지 성토하기 전에 상기 아치구조물(10)로부터 선행하중(20)인 프리캐스트 콘크리트블록(20c)을 단계적으로 제거한다(S24a). 이를 위해 선행하중인 프리캐스트 콘크리트블록(20c)을 도시안된 인양기구로 들어 올리거나 아치구조물(10)의 통로진행방향을 따라 측방으로 인출하여 제거한다. 이와 같이 선행하중(20)을 이 단계에서 제거하더라도 이미 아치구조물(10)의 양측에 성토가 되어 있으므로, 아치구조물이 유동되거나 붕괴될 우려는 없다.

도시된 실시예에서는, 선행하중인 프리캐스트 콘크리트블록(20c)을 제거한 후에 아치구조물(10)의 상부를 성토하는 것으로 설명하였으나, 현장여건이나 선행하중의 형태나 구조 또는 크기에 따라서는 아치구조물(10)의 상부에 성토를 하는 도중에 또는 성토가 거의 완료되고 다짐만을 남겨 놓은 상태에서 선행하중을 제거할 수도 있다. 또는 선행하중(20)의 특성상 선행하중(20)을 지중에 매립한 상태로 존치시켜도 좋은 경우에는 이러한 선행하중(20)을 제거하지 않을 수도 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 선행하중으로서, 강재빔을 다수 결속한 강재빔다발(20c)을 아치구조물(10)의 정상부의 하부에 매달아서 선행재하를 가하는 것이다. 이를 설명하면, 먼저 아치구조물(10)을 시공할 부지 위에 설치한다(S31). 이 아치구조물(10)의 하부, 즉 저면에는 아이링과 같은 행거(14)가 매입되어 장착되어 있다. 이어서, 이 아치구조물(10)의 하부 행거(14)에 본 실시예의 선행하중인 강재빔다발(20c)을 매달아서 아치구조물(10)에 선행재하를 가한다(S32). 그러면 이러한 선행하중(20)의 중량이 아치구조물(10)의 만곡된 축방향을 따라 전달되면서 아치구조물(10)에 압축하중으로 전달되어 아치구조물(10)이 더욱 견고하게 조립되거나 지반에 강하게 지지되어 구조물의 안정성이 증대된다. 선행하중(20)을 매다는 행거(14)의 종류나 형태는 선행하중(20)의 형태가 구조에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

다음에, 아치구조물(10)의 양측의 성토고(h1,h2)의 차이(Δh)를 소정범위 내로 유지하면서 아치구조물(10)의 양측을 동시에 또는 교호로 단계적으로 성토한다(S33). 이어서 아치구조물(10)의 상부를 성토하고 다지면서 목표 성토고(H)까지 성토한다(S34). 다음에 상기 아치구조물(10)의 하부에 매달린 선행하중인 강재빔다발(20c)을 제거한다(S35). 여기서 선행하중인 강재빔다발(20c)을 제거하는 단계는 아치구조물(10)의 상부에 대한 성토를 완료한 후에 하는 것으로 설명하였으나, 아치구조물의 안정성에 지장을 주지 않는다면, 아치구조물(10)의 양측에 대한 성토가 이루어져서 구조물의 안정성이 담보된 상태에서는 아치구조물(10)의 상부에 성토를 완료하기 전이라도 적절한 시기에 선행하중인 강재빔다발(20c)을 제거하여도 무당하다.

Claims (4)

1. 도로나 철도 등의 노반 하부에 설치되어 소도로나 작업로, 수로 등으로 사용되는 매립 아치구조물의 시공방법에 있어서,
   아치구조물(10)을 시공할 부지 위에 설치하는 단계(S1),
   선행하중(20)을 미리 상기 아치구조물(10)의 상면에 탑재하거나 하부에 매달아서 아치구조물(10)에 선행재하를 가하는 단계(S2),
   상기 아치구조물(10)의 양측의 성토고(h1,h2)의 차이(Δh)를 소정범위 내로 유지하면서 아치구조물(10)의 양측을 동시에 또는 교호로 단계적으로 성토하는 단계(S3),
   상기 아치구조물(10)의 상부를 성토하고 다지면서 목표 성토고(H)까지 성토하는 단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 매립 아치구조물의 시공방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 선행하중(20)을 선행재하하기 전에 아치구조물(10)의 양측에 사전성토를 하는 단계(S1-2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매립 아치구조물의 시공방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 아치구조물(10)의 상부를 성토 및 다짐하여 목표 성토고(H)까지 성토하기 전이나 성토하는 도중 또는 성토를 완료 후에 상기 아치구조물(10)로부터 선행하중(20)을 단계적으로 또는 일시에 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매립 아치구조물의 시공방법.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 선행하중(20)은 성토용 흙, 포대나 용기에 충전된 흙, 용기나 튜브에 충전된 물, 프리캐스트 콘크리트블록, 철제 형강, 철괴, 철근다발, 포대나 철망에 충전된 암석이나 골재 중에서 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 매립 아치구조물의 시공방법.

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