KR20200029080A - 보강부재와 phc파일을 이용한 자립식 흙막이 공법 - Google Patents

보강부재와 phc파일을 이용한 자립식 흙막이 공법 Download PDF

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KR20200029080A
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Abstract

본 발명은 도심지의 대지경계선이 좁은 구간에서 근입장이 짧더라도 깊은 깊이로 터파기를 실시할 수 있는 보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법에 관한 것으로, 일정 간격으로 지반을 천공하여 천공홀을 형성한 후 더블 아이 빔 근입시키는 더블 아이 빔 근입단계와, PHC 파일 근입 및 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일 제작단계와 부분 굴착단계 및 자립식 흙막이용 파일 제작단계를 포함하여 이루어져 있어, 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일의 근입장 길이를 짧게 형성하더라도 깊은 깊이로 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일을 근입시키 않더라도 깊은 깊이의 터파기 실시 및 시공성을 향상시킬 수 있으며, 현장타설콘크리트와 결합한 수평보강부재를 연결하는 작은 크기의 경사보강부재 및 수직 저항 보강말뚝을 형성하여 주동토압에 대응하는 추가 지지력이 형성됨으로써 수동토압 형성을 위한 근입장 길이를 짧게 형성하더라도 충분히 흙막이 시공을 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 연약지반일 경우에도 깊은 깊이로 터파기를 실시할 수 있는 보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법을 제공한다.

Description

보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법{Construction method for earth self-retaining wall using reinforcing member and PHC pile}
본 발명은 도심지의 대지경계선이 좁은 구간에서 근입장이 짧더라도 깊은 깊이로 터파기를 실시할 수 있는 보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법에 관한 것이다.
흙막이 가설공법은 직접기초, 말뚝기초, 지하구조물 등을 설치할 때 주변의 토사나 지하수가 굴착지반 내에 침입하지 않도록 하기 위한 가설구조물이다.
가시설은 공사중에 사용되며 공사완료 후는 철거되는 것으로 본체 구조물을 축조하기 위하여 일시적으로 사용되는 것으로 종래에는 경시되었으나 최근에는 공사가 대형화되고 복잡하게 되어 그 비용이나 공사량, 공기가 전체 공사에서 차지하는 비율이 커졌기 때문에 매우 중요시되고 있다.
흙막이 가설공법은 주변의 토사를 지지하는 흙막이 벽체와 이 흙막이 벽체를 지지하는 지보재로 구성되며 흙막이 벽체 및 지보재의 종류에 따라 다양하게 분류할 수 있다
대표적인 흙막이 가설공법으로는 H빔 및 토류판공법, 시트파일공법, 주열식 흙막이공법, 슬러리월공법 등이 있다.
H빔 및 토류판공법은 H빔을 일정한 간격으로 박고 굴착과 동시에 토류판을 H빔 사이에 끼워 흙막이 벽체를 설치하는 공법으로 스트러트 버팀대나 앵커를 설치하여 흙막이 벽체를 지지하는 것으로 시공이 비교적 간단하고 경제적이며 공기도 짧으나 차수성이 떨어져 그라우팅 보강이 필요하고, 히빙현상에 대한 대책이 요구된다는 단점이 있다.
시트파일공법은 강재널말뚝을 연속으로 연결하여 흙막이 벽체를 형성하는 공법으로 차수성이 높아 연약지반에 적합한 공법이다.
주열식 흙막이공법은 현장타설 콘크리트말뚝을 연속적으로 박아 주열식으로 흙막이 벽체를 형성하는 공법으로 말뚝 내에는 철근 및 H빔을 박아 흙막이 벽체를 보강하는 저소음공법으로 차수성이 우수하고 벽체의 강성이 높으며 주변침하가 적으나 공기가 비교적 길어지고 공사비가 증대된다는 단점이 있다.
한편, 주열식 흙막이공법에는 굴착된 지반 내에 기조립된 철근 및 조골재를 채우고 몰탈을 주입하여 현장에서 파일을 시공하는 CIP공법, 굴착공 내의 흙을 시멘트풀과 혼합하고 H빔이나 철근을 압입하여 시공하는 소일시멘트공법이 있다.
슬러리월공법은 지반굴착시 안정액을 사용하여 지반의 붕괴를 방지하면서 굴착하여 그 속에 철근망을 넣고 콘크리트를 타설하여 연속적으로 콘크리트 흙막이 벽체를 설치해가는 공법이다. 이 공법은 공사의 안전성, 공해문제, 인접건물의 영향성을 고려하여 도심지 공사에 적합하다.
한편, 위와 같은 흙막이 가설공법은 도심지 굴착시 근접한 구조물(도로, 건물 등)로 인해 제한적인 공법을 적용할 수밖에 없고 대표적인 도심지 굴착공법으로는 H빔을 주요자재로 사용하여 계획된 위치에 타입하고 내부를 굴착하여 내려가는 공법이 일반적으로 사용되고 있다.
이때 H빔 사이에 벽체를 형성하는 방법으로는 위에서 살펴본 바와 같이 목재판(H빔 및 토류판공법)이나 현장타설 말뚝 즉, 소일시멘트와 현장타설 콘크리트 말뚝공법을 시공하여 가시설 벽체로 사용한다.
현장타설 말뚝을 사용하는 경우에는 그 상단에 콘크리트를 타설하여 H빔과 현장타설말뚝 상부를 일체화하여 상부를 고정시켜 주는데 이를 캡빔이라고 한다.
종래의 경우 캡빔은 H빔의 수평라인 정돈과 현장타설 콘크리트말뚝 상부변위를 억제하는 역할로만 활용하였다.
즉, 굴착시 벽체를 지지하는 띠장으로서의 역할로는 활용하지 못했다.
따라서, 굴착을 위해서는 그 하부에 근접하여 제1단 띠장을 별도로 설치하는 것이 필요하여 비경제적인 시공이 되는 문제가 있다.
특히, 상기한 바와 같은 모든 공법은 도심지의 대지경계선이 좁은 구간에서는 토압에 의하여 실제로 시공할 수 없는 문제가 있다.
더욱이 말뚝에서 발생하는 주동토압에 대응하기 위해서는 지면에 근입는 근입장이 노출된 말뚝보다 약 1.5 ∼ 2.5배 가량 더 근입되어야 하는데 대지경계선이 좁은 구간에서 깊은 깊이로 말뚝의 근입이 어려워 깊은 터파기를 실시해야할 상황 발생시에는 협소한 공간 내에서 작업이 매우 어려웠다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 종래에는 다양한 형태의 흙막이 공법이 제안되었다.
일 예로서, 대한민국 등록특허 제10-1692541호(이하, '특허문헌 1'이라 함)와 같은 2열 자립식 흙막이 공법이 있다.
상기 특허문헌 1과 같은 2열 자립식 흙막이 공법은 전, 후열 말뚝을 근입한 후 이를 연결함으로서 말뚝의 지지력을 높일 수 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0964995호(이하, '특허문헌 2'라 함)와 같이 2열 자립식 말뚝공법에 레이커를 설치하는 공법도 있다.
상기 특허문헌 2와 같은 공법은 앞서 설명한 특허문헌 1의 공법시 터파기한 공간 내에 레이커를 경사지게 배치하여 흙막이벽의 지지력을 높일 수 있도록 이루어져 있다.
(특허문헌 1) KR10-1692541 B1 2열 자립식 흙막이 시공에서의 전열, 후열 말뚝 연결구조
(특허문헌 2) KR10-0964995 B1 레이커를 이용한 2열 엄지말뚝 흙막이 공법
하지만, 상기 특허문헌 1과 같은 2열 자립식 흙막이 공법은 전열말뚝 및 후열말뚝을 근입한 후 이를 연결함으로써 대지경계선이 좁은 구간에서 매우 유용하게 이용될 수 있으나 이중으로 말뚝을 근입시킴으로써 시공 효율성이 저하되는 문제가 있었다.
또한, 상술한 특허문헌 2는 특허문헌 1의 구성에 레이커를 추가로 설치함으로써 흙막이벽의 지지력을 높일 수 있었으나, 상술한 레이커는 충분한 지지력을 형성할 수 있을 정도의 크기로 구성하여야 하기 때문에, 작업자가 건축벽체나 기초 공사시 작업공간이 매우 협소하여 작업성을 저하시키는 문제가 발생하였다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 보강부재와 PHC 파일을 이용한 자립식 흙막이 공법은 대지경계선이 부족할 경우에도 기존 H빔보다 높은 단면계수로 인해 비틀림 강도 및 좌굴강도가 뛰어나 토압에 의한 변형이 발생하지 않는 더블 아이 빔 타입의 자립식 흙막이용 파일을 이용함으로써 깊은 깊이로 터파기를 실시할 수 있는 보강부재와 PHC 파일을 이용한 자립식 흙막이 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 터파기 공간이 형성된 수평방향으로 연장된 수평보강부재를 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일에 결합하여 제작된 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일에 의해 주동토압에 대응하는 수동토압을 형성하기 위한 비노출구간인 근입장 길이가 짧더라도 주동토압에 대응할 수 있는 충분한 지지력이 형성되어 깊은 깊이의 터파기를 실시할 수 있으며, 특히, 터파기 지면과 맞닿는 위치의 더블 아이 빔에 수평보강부재의 결합시 더욱 더블 아이 빔의 지지력을 더욱 향상시켜 시공성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 더블 아이 빔 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 더블 아이 빔에 수평보강부재 결합 후 더블 아이 빔과 수평보강부재를 연결하는 작은 크기의 경사보강부재를 결합하여 터파기에 의해 노출되어 있는 더블 아이 빔의 노출구간에서 발생하는 주동토압에 대응하는 추가 지지력이 형성됨으로써 수동토압 형성을 위한 더블 아이 빔의 비노출구간인 근입장 길이를 짧게 형성하더라도 충분히 흙막이 시공을 실시할 수 있음은 물론, 더블 아이 빔의 구조적 변형 방지 및 작업공간을 충분히 확보할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 더블 아이 빔 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 터파기 지면에 근입되는 수직 저항 보강말뚝을 수평보강부재에 결합하여 수동토압 형성을 위한 더블 아이 빔의 비노출구간인 근입장 길이를 짧게 형성하더라도 충분히 흙막이 시공을 실시할 수 있음은 물론, 연약지반일 경우에도 깊은 깊이로 터파기를 실시할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 대지경계선이 부족할 경우에도 기존 H빔보다 높은 단면계수로 인해 비틀림 강도 및 좌굴강도가 뛰어나 토압에 의한 변형이 발생하지 않는 더블 아이 빔 타입의 자립식 흙막이용 파일을 이용함으로써 깊은 깊이로 터파기를 실시할 수 있다.
또한, 터파기 공간이 형성된 수평방향으로 연장된 수평보강부재를 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일에 결합하여 제작된 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일에 의해 주동토압에 대응하는 수동토압을 형성하기 위한 비노출구간인 근입장 길이가 짧더라도 주동토압에 대응할 수 있는 충분한 지지력이 형성되어 깊은 깊이의 터파기를 실시할 수 있으며, 특히, 터파기 지면과 맞닿는 위치의 더블 아이 빔에 수평보강부재의 결합시 더욱 더블 아이 빔의 지지력을 더욱 향상시켜 시공성을 향상시킬 수 있다.
그리고 더블 아이 빔 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 더블 아이 빔에 수평보강부재 결합 후 더블 아이 빔과 수평보강부재를 연결하는 작은 크기의 경사보강부재를 결합하여 터파기에 의해 노출되어 있는 더블 아이 빔의 노출구간에서 발생하는 주동토압에 대응하는 추가 지지력이 형성됨으로써 수동토압 형성을 위한 더블 아이 빔의 비노출구간인 근입장 길이를 짧게 형성하더라도 충분히 흙막이 시공을 실시할 수 있음은 물론, 더블 아이 빔의 구조적 변형 방지 및 작업공간을 충분히 확보할 수 있다.
아울러, 더블 아이 빔 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 터파기 지면에 근입되는 수직 저항 보강말뚝을 수평보강부재에 결합하여 수동토압 형성을 위한 더블 아이 빔의 비노출구간인 근입장 길이를 짧게 형성하더라도 충분히 흙막이 시공을 실시할 수 있음은 물론, 연약지반일 경우에도 깊은 깊이로 터파기를 실시할 수 있는 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 보강부재와 PHC 파일을 이용한 자립식 흙막이 공법의 순서를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 현장타설콘크리트 파일 및 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일 제작단계를 도시한 상태도.
도 4는 본 발명에 따른 부분 굴착단계를 도시한 상태도.
도 5는 자립식 흙막이용 파일 제작단계를 도시한 상태도.
도 6은 도 5에서 경사보강부재를 결합한 상태를 도시한 상태도.
도 7은 도 6에서 수직 저항 보강말뚝을 결합한 상태를 도시한 상태도.
도 8은 도 7에서 수직 저항 보강말뚝을 결합하는 다른 실시 예를 도시한 상태도.
도 9는 본 발명에 따른 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일의 작용상태를 도시한 상태도.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 대해 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 도 1에서와 같이 일정 간격으로 지반을 천공하여 천공홀을 형성한 후 더블 아이 빔 근입시키는 더블 아이 빔 근입단계와, 상기 상기 더블 아이 빔 근입단계에서 형성한 천공홀 사이 공간을 천공하여 형성된 천공홀에 PHC 파일을 근입하고, 더블 아이 빔이 근입된 천공홀에 콘크리트를 타설 및 양생하는 PHC 파일 근입 및 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일 제작단계와, 상기 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일 제작단계에서의 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일이 형성된 위치만 계획된 터파기 지면까지 부분 굴착하는 부분 굴착단계와, 상기 부분 굴착단계를 통해 노출된 각각의 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일에서 내부의 더블 아이 빔이 외부에 노출되도록 제1 절개면을 형성한 후 노출된 더블 아이 빔에 주동토압에 의한 저항이 발생하도록 터파기 공간이 형성된 수평방향으로 연장된 수평보강부재를 결합하여 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일을 제작하는 자립식 흙막이용 파일 제작단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 현장타설콘크리트 파일 및 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일 제작단계에서의 더블 아이 빔은 서로 마주보는 제1, 2판 사이에 제3, 4판이 결합하여 ㅍ자 형상의 단면으로 이루어지되 수직방향으로 연장되어 구성될 수 있다.
또한, 상기 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일의 제1 절개면은 수평보강부재의 하측면이 터파기 지면과 맞닿을 수 있는 위치에 형성될 수 있다.
그리고 상기 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일에 형성된 제1 절개면의 상측으로 더블 아이 빔이 노출되도록 제2 절개면을 더 형성한 후, 제2 절개면에 의해 노출된 더블 아이 빔과 수평보강부재에 경사지게 결합하는 경사보강부재를 더 결합할 수 있다.
또한, 상기 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 수평보강부재에는 터파기 지면에 근입되는 수직 저항 보강말뚝이 더 결합할 수 있다.
특히, 상기 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 수직 저항 보강말뚝은 수평보강부재를 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트에 결합하기 전에 터파기 지면에 근입한 후 수평보강부재를 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일과 수직 저항 보강말뚝에 결합할 수도 있으며, 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일에 수평보강부재를 결합한 후 수직 저항 보강말뚝을 수평보강부재의 단부에 결합할 수 있는 위치의 터파기 지면에 근입한 후 수직 저항 보강말뚝을 결합할 수도 있다.
1. 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일
더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일(100)에 대해 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에서의 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일(100)은 크게 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)과 수평보강부재(20)로 이루어져 있다.
상기 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)은 현장에서 굴착한 굴찬공간 내에 더블 아이 빔(11)을 삽입한 후 콘크리트(12)를 타설 및 양생하여 형성되는 구성이다.
이러한, 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)은 도 2에서와 같이 일부 터파기를 실시한 후에 외부로 노출되는 노출구간(A1)의 콘크리트(12) 일부를 절개한 제1 절개면(13)에 의해 내측의 더블 아이 빔(11)의 일부가 노출되어 있다.
여기서, 상기 더블 아이 빔(11)은 제1, 2판(11a, 11b) 사이에 제3, 4판(11c, 11d)이 결합하여 단면형상이 ㅍ자로 이루어진 것으로 수직방향으로 연장되어 흙막이 시공시 지면(G1)에 근입되는 구성으로 고강도 스틸 재질로 이루어질 수 있다.
다음으로, 수평보강부재(20)는 흙막이 시공시 지면(G1) 밑으로 근입되어 주동토압을 받는 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)의 제1 절개면(13)에 의해 노출된 더블 아이 빔(11)에 결합하여 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에 지지력을 형성하기 위한 구성이다.
여기서, 상기 수평보강부재(20)는 터파기 공간(O)이 형성된 수평방향으로 연장되되 수평방향 연장길이는 터파기의 깊이 및 터파기 지면(G2) 밑으로 근입된 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)의 근입 깊이에 따라 달라지게 된다.
특히, 수평보강부재(20)의 재질은 스틸 재질로 구성하는 것이 좋다.
한편, 본 발명에서는 경사보강부재(30)가 더 포함되어 구성될 수 있다.
상기 경사보강부재(30)는 수직방향으로 연장된 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)과 수직방향으로 연장된 수평보강부재(20) 사이에 경사지게 형성되어 이들을 연결하기 위한 구성이다.
더욱 구체적으로는, 수직방향으로 연장된 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10) 중 터파기 지면(G2)으로 근입되지 않고 노출된 노출구간(A1)과 수평방향으로 연장된 수평보강부재(20)를 연결하여 지지하기 위한 구성이다.
본 발명에서는 상술한 경사보강부재(30)를 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에 결합하기 위해 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에 형성되어 있는 제1 절개면(13)의 상측으로 제1 절개면(13)와 동일한 제2 절개면(14)을 형성하여 제2 절개면(14)에 의해 노출된 더블 아이 빔(11)과 수평보강부재(20)에 경사보강부재(30)를 고정 결합할 수 있도록 구성된다.
여기서, 상기 경사보강부재(30)의 경사 각도는 터파기 깊이 및 터파기 지면(G2)에 근입된 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)의 근입 깊이(이하, '근입장'이라 함)에 따라 달라지게 된다.
또한, 본 발명에서는 수직 저항 보강말뚝(40)을 더 포함하여 구성할 수 있다.
더욱 구체적으로는 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)이 결합된 위치의 반대편에 결합하여 수평보강부재(20)에 반력을 형성하기 위한 구성이다.
이러한 수직 저항 보강말뚝(40)은 수평보강부재(20)의 하측에 결합할 수도 있고, 수평보강부재(20)의 측면에 결합할 수도 있다.
여기서, 상술한 수평보강부재(20), 경사보강부재(30) 및 수직 저항 보강말뚝(40)은 도면에서는 더블 아이 빔 형태로 이루어져 있으나 이에 한정되지 않고 다양한 형상의 단면을 가질 수 있으며, 수평보강부재(20), 경사보강부재(30) 및 수직 저항 보강말뚝(40)의 결합은 용접이나 볼트/너트와 같은 체결수단을 이용하여 결합할 수 있다.
2. 자립식 흙막이 공법
본 발명에 따른 보강부재와 PHC 파일을 이용한 자립식 흙막이 공법은 더블 아이 빔 근입단계, PHC 파일 근입 및 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일 제작단계와 부분 굴착단계 및 자립식 흙막이용 파일 제작단계를 포함하여 이루어지며 세부 과정은 하기와 같다.
가. 더블 아이 빔 근입단계
본 단계는 더블 아이 빔이 포함된 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일(100)을 구성하는 더블 아이 빔(11)을 지면(G1)에 근입하는 단계로서, 도 3의 (a)와 같이 지면(G1)을 일정 간격으로 천공 및 배토하여 천공홀(H)을 형성한 후 다수의 천공홀(H)에 더블 아이 빔(10)을 근입하여 본 단계를 완료할 수 있다.
여기서, 상기 천공홀(H)의 형성은 통상의 오거를 이용하여 실시할 수 있으며, 지반의 상태에 따라 케이싱을 사용하거나 사용하지 않을 수도 있다.
특히, 본 과정에서의 천공홀(H)은 터파기 공간(O)을 위한 깊이 및 더블 아이 빔(10)의 근입장인 비노출구간(A2)을 감안하여 천공 작업을 실시하여야 한다.
나. PHC 파일 근입 및 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일 제작단계
본 단계는 PHC 파일 근입 및 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)을 제작하기 위한 단계이다.
이에, 본 단계는 더블 아이 빔 근입단계시 천공한 천공홀(H) 사이에 다수의 천공홀(H)을 천공 및 배토하여 그 내부에 고강도 프리스트레스 파일인 PHC 파일(P)을 삽입한 후에 더블 아이 빔(11) 근입된 천공홀(H)에 콘크리트를 타설 및 양생하여 본 단계를 완료할 수 있다.
다. 부분 굴착단계
본 단계는 도 4에서 제작한 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)이 제작된 위치만 굴착을 진행하여 부분 굴착부(E)를 형성하는 단계이다.
즉, 본 단계는 본 단계는 앞서 설명한 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일(100) 제작을 위한 단계로써 최초 작업자가 계획한 터파기 깊이 만큼의 굴착 깊이로 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)이 제작된 위치만 부분 굴착함으로써 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일(100) 제작을 위한 공간확보 및 굴착공간이 무너지는 현상을 방지할 수 있는 단계이다.
라. 자립식 흙막이용 파일 제작단계
본 단계는 앞서 진행한 부분 굴착단계에서 형성한 부분 굴착부(E)를 통해 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에 수평보강부재(20)를 결합하여 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일(100)을 제작하는 단계이다.
여기서, 본 발명에서의 수평보강부재(20)는 도 5에서와 같이 터파기 지면(G2)과 맞닿는 위치의 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에 체결수단(도면에 미도시) 또는 용접 등의 방법으로 결합한다.
특히, 본 단계에서는 도 6에서와 같이 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)과 수평보강부재(20) 사이에 경사지게 결합하는 경사보강부재(30)를 더 결합하여 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일(100)을 제작할 수도 있다.
이를 위해 본 발명에서는 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에 형성된 제1 절개면(13)의 상측으로 제1 절개면(13)과 동일한 제2 절개면(14)을 형성하여 내측의 더블 아이 빔(11)이 노출되도록 한 상태에서 경사보강부재(30)를 결합할 수 있다.
또한, 도 7에서와 같이 수평보강부재(20)에는 터파기 지면(G2)에 근입되는 수직 저항 보강말뚝(40)을 더 결합하여 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일(100)을 제작할 수도 있다.
여기서, 상술한 수직 저항 보강말뚝(40)은 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에 수평보강부재(20)를 결합하기 전에 수직 저항 보강말뚝(40)을 터파기 지면(G2)에 근입시킨 상태에서 결합할 수도 있고, 도 8과 같이 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에 수평보강부재(20)를 결합한 후 수평보강부재(20)와 인접한 위치에 수직 저항 보강말뚝(40)을 근입한 후 수평보강부재(20)와 체결수단(도면에 미도시) 또는 용접 등의 방법으로 연결하여 결합할 수도 있다.
본 발명은 상술한 자립식 흙막이용 파일 제작단계 이후 터파기 작업을 실시하여 시공을 완료할 수 있다.
한편, 본 발명의 작용에 대해 살펴보면,
본 발명은 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일(100)을 이용한 흙막이 시공법으로서 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일(100)을 구성하는 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)은 흙막이 시공을 위해 지면(G1)의 천공 및 더블 아이 빔(11)의 근입 후 콘크리트(12)의 타설 및 양생하여 제작된다.
이때에, 본 발명에 따른 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일을 이용한 자립식 흙막이용 파일(100)은 제1, 2판(11a, 11b) 사이에 제3, 4판(11c, 11d)이 결합되어 단면이 ㅍ자 형상으로 이루어진 더블 아이 빔(11)을 이용하여 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)을 형성하게 된다.
따라서, 상기 더블 아이 빔(11)은 대지경계선이 부족할 경우에도 기존 H빔보다 단면계수가 높아 비틀림 강도 및 좌굴강도가 뛰어나기 때문에 깊은 깊이로 타파기가 가능한 효과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 상기 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)은 도 9에서와 같이 지면(G1)에서 터파기 지면(G2)까지의 외부에 노출되는 노출구간(A1)과, 터파기 지면(G2)에서 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)의 하측 단부가 형성된 위치까지의 근입장인 비노출구간(A2)으로 이루어지게 되며, 노출구간(A1)의 경우 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)은 뒤채움 내의 토사의 체적변화로 인해 팽창하여 터파기 지면(G2)을 기준으로 주동토압(主動土壓, Acive earth preussure) 발생하게 되고, 비노출구간(A2)은 수동토압(受動土壓, Passive earth pressure)이 발생하게 된다.
본 발명에서는 터파기 공간(O)를 위한 시공 후 노출되는 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에 수평보강부재(20)를 결합함으로써 상기와 같은 주동토압에 대응하는 수동토압 형성을 위한 근입장인 비노출구간(A2)의 길이를 짧게 형성하더라도 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)의 노출구간(A1)이 주동토압에 충분히 대응할 수 있는 지지력을 형성할 수 있으면서 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)의 변형을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.
즉, 도 9에서와 같이 발생하는 주동토압의 발생시 그 힘은 오로지 근입장인 비노출구간(A2)에서 발생하는 수동토압이 대응하게 되는데, 통상의 경우 노출구간(A1) 대비 근입장인 비노출구간(A2)의 비율은 1 : 1.5 ∼ 2.5의 길이로 형성하여야 하며, 따라서 터파기의 깊이를 깊게 형성해야 할 경우 비노출구간(A2)도 상대적으로 더 깊게 근입되어야 하는데 대지경계선이 부족한 경우에는 현실적으로 근입장인 비노출구간(A2)을 더 깊게 형성하기가 어려워 터파기의 깊이를 깊게 형성하기가 어렵다.
이에, 본 발명은 터파기 지면(G2)에 맞닿도록 배치되는 수평보강부재(20)가 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에서 발생하는 주동토압에 저항할 수 있는 방향으로 연장된 형태로 결합되어 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)에 주동토압 발생시 도 9에서와 같이 수평보강부재(20)에서의 반력(①)이 발생하여 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)을 지지하기 때문에 수동토압의 크기, 다시 말해 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)의 노출구간(A1) 대비 근입장인 비노출구간(A2)의 길이를 짧게 형성하더라도 수평보강부재(20)의 지지력에 의해 깊은 깊이로의 터파기 공사가 가능하게 되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
특히, 수평보강부재(20)의 작용에 의해 기존 레이커나 어스앵커 등의 구성이 없더라도 충분한 지지력이 형성되어 깊은 깊이로의 터파기 공사가 가능하게 되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상술한 지지력은 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)이 주동토압에 변형되는 것을 방지할 수 있도록 작용하게 된다.
한편, 본 발명에서는 더블 아이 빔(10)과 수평보강부재(20)를 연결하기 위한 경사보강부재(30)가 더 포함된다.
상기 경사보강부재(30)는 수평보강부재(20)에 의한 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)을 지지하는 힘과 더불어 추가 지지력이 발생하게 되며, 더욱이 도 9에서와 같이 수평보강부재(20)와는 다른 위치에서의 반력(②)이 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)을 지지하기 때문에 지지력은 물론 주동토압에 의한 더블 아이 빔(10)의 구조적 변형도 방지할 수 있는 효과도 얻을 수 있게 된다.
특히, 상기와 같은 경사보강부재(30)는 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일(10)과 수평보강부재(20)를 연결하는 구조로 이루어져 있어 종전의 레이커의 크기보다 작게 형성하더라도 충분한 추가 지지력을 형성하기 때문에 건축벽체나 바닥 기초 공사시 작업공간을 충분히 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 수평보강부재(20) 중 더블 아이 빔(10)과 결합한 반대편의 하측면에 수직 저항 보강말뚝(40)이 더 결합될 수 있다.
상기 수직 저항 보강말뚝(40)은 터파기 지면(G2)에서 하측 방향으로 근입되는 구성으로서 도 9에서와 같이 수직 저항 보강말뚝(40)에서의 반력(③)이 수평보강부재(20)를 지지하기 때문에 이중 말뚝의 효과를 얻을 수 있음은 물론, 지반이 연약할 때에도 지지력을 높여주어 흙막이 시공시 깊은 깊이로 터파기를 실시할 수 있게 된다.
특히, 상술한 수직 저항 보강말뚝(40)은 수평보강부재(20)의 하측면 또는 측면에 결합할 수 있는데, 하측면에 결합할 경우 더 큰 반력을 얻을 수 있으며, 측면에 결합할 경우 시공의 편의성을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자들에게 있어 명백한 것이다.
P : PHC 파일 H : 천공홀
G1 : 지면 G2 : 터파기 지면 O : 터파기 공간
100 : 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일
10 : 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일
11 : 더블 아이 빔
11a : 제1판 11b : 제2판 11c : 제3판 11d : 제4판
12 : 콘크리트 13 : 제1 절개면 14 : 제2 절개면
A1 : 노출구간 A2 : 비노출구간
20 : 수평보강부재
30 : 경사보강부재
40 : 수직 저항 보강말뚝

Claims (7)

  1. 일정 간격으로 지반을 천공하여 천공홀을 형성한 후 더블 아이 빔 근입시키는 더블 아이 빔 근입단계;
    상기 상기 더블 아이 빔 근입단계에서 형성한 천공홀 사이 공간을 천공하여 형성된 천공홀에 PHC 파일을 근입하고, 더블 아이 빔이 근입된 천공홀에 콘크리트를 타설 및 양생하는 PHC 파일 근입 및 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일 제작단계;
    상기 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일 제작단계에서의 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일이 형성된 위치만 계획된 터파기 지면까지 부분 굴착하는 부분 굴착단계;
    상기 부분 굴착단계를 통해 노출된 각각의 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일에서 내부의 더블 아이 빔이 외부에 노출되도록 제1 절개면을 형성한 후 노출된 더블 아이 빔에 주동토압에 의한 저항이 발생하도록 터파기 공간이 형성된 수평방향으로 연장된 수평보강부재를 결합하여 더블 아이 빔이 포함된 현장타설 타입 흙막이용 파일을 제작하는 자립식 흙막이용 파일 제작단계;를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있는 보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 현장타설콘크리트 파일 및 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일 제작단계에서의 더블 아이 빔은 서로 마주보는 제1, 2판 사이에 제3, 4판이 결합하여 ㅍ자 형상의 단면으로 이루어지되 수직방향으로 연장되어 구성된 것에 특징이 있는 보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일의 제1 절개면은 수평보강부재의 하측면이 터파기 지면과 맞닿을 수 있는 위치에 형성되는 것에 특징이 있는 보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일에 형성된 제1 절개면의 상측으로 더블 아이 빔이 노출되도록 제2 절개면을 더 형성한 후, 제2 절개면에 의해 노출된 더블 아이 빔과 수평보강부재에 경사지게 결합하는 경사보강부재를 더 결합하는 것에 특징이 있는 보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 수평보강부재에는 터파기 지면에 근입되는 수직 저항 보강말뚝이 더 결합되는 것에 특징이 있는 보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 수직 저항 보강말뚝은 수평보강부재를 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트에 결합하기 전에 터파기 지면에 근입한 후 수평보강부재를 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일과 수직 저항 보강말뚝에 결합하는 것에 특징이 있는 보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 자립식 흙막이용 파일 제작단계에서 수직 저항 보강말뚝은 더블 아이 빔이 포함된 현장타설콘크리트 파일에 수평보강부재를 결합한 후 수직 저항 보강말뚝을 수평보강부재의 단부에 결합할 수 있는 위치의 터파기 지면에 근입한 후 수직 저항 보강말뚝을 결합하는 것에 특징이 있는 보강부재와 PHC파일을 이용한 자립식 흙막이 공법.
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