KR20240097634A - 3분할 공사구간 체계와 토지 이용률을 이용한 대단지 탑다운 역타공사의 지하 터파기 및 골조공사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아파트 6개동의 탑다운 지하 역타공사 공사에 있어서, 터파기 공구를 3분할 체계로 분할하고, step 체계로 공사계획을 수립하고, 토지 이용률을 이용하여, 터파기, 철골설치, 데크, 콘크리트 작업간의 공통분모를 산출한 뒤, 동일하고 균일한 공사방법으로 지하공사를 진행하여, 작업생산성을 높이고 공사기간을 단축하는 공사방법에 관한 것이다.

Description

3분할 공사구간 체계와 토지 이용률을 이용한 대단지 탑다운 역타공사의 지하 터파기 및 골조공사 방법{An Excavation and Top-down Slab Construction Method at Large-Scale Construction Site using the Three Division Construction Section System and Land Use Rate}

본 발명은 탑다운 역타공사의 지하 터파기 및 철골, 골조공사 시공방법에 관한 것으로, 6개 동의 아파트 공사에서 터파기 부지를 6개의 공구로 분할한 후, 각 공구를 다시 4개의 존으로 상세 분할한 후, 3분할 체계의 터파기 및 철골설치, 지하 슬라브 골조공사가 연속적으로 진행되도록 하여, 각 존에서의 토지 이용률을 높여 지하 공사기간을 단축하고 작업생산성을 높이는 방법에 관한 것이다.

건물을 시공할 경우 지하층을 구축하게 되는데, 이와 같은 지하층을 구축하기 위해서는 지하 터파기를 하면서 지하 구조물을 설치해야 한다.

이때, 고심도의 지하 터파기로 내려가기 위해서는 토압에 의한 토사의 붕괴방지를 위한 흙막이 벽을 설치해야 한다.

지하구조물을 시공하는 방법 중의 하나로 탑다운 공법이 있다. 이 공법은 부지 안쪽부분에는 1층 바닥에서 드릴로 구멍을 뚫고 지하 철골기둥(칼럼, PRD)을 미리 시공한다. 이후에는 지하1층의 토사를 파내고 앞서 시공한 지하칼럼에 1층 바닥 철골보를 연결하고 데크 플레이트, 철근, 콘크리트를 타설하여 1층 바닥(슬라브)을 만든다. 바닥이 형성되면 수평 지지력이 생기므로 다시 지하2층을 파고 내려가고 지하1층 바닥을 시공한다. 이와 같은 방법으로 지하 6층 내지 지하7층까지 지하 30~40m를 파내고 각 층 바닥을 형성한다.

탑다운 공법에서는 지하 시공중에 지상층도 같이 공사를 진행하며 터파기중에는 예로 지상 7층까지 시공하며 매트 기초 시공후부터 지하 수직재(코어월, 기둥)를 순타로 시공하는 기간 동안에는 14층, 지하 골조가 완료되면 15층부터 최상층(옥탑)까지 시공하는 조건으로 구조계산이 이루어진다.

이와 같이 지상골조는 지하 구조물의 진척에 따라 올라갈 수 있는 층수가 한정되어 있으며 이는 지하가 지상의 하중을 받기 때문에 지하가 완성되지 않은 상태에서는 많은 지상층수를 시공하여 많은 하중을 싣지 못하기 때문이다.

따라서 지상골조, 지상마감 및 공사준공에 이르는 전체 공사기간은 지하골조의 속도에 따라 결정된다. 지하골조는 지하 터파기의 속도에 따라 진행되므로 결국 지하 터파기를 어떻게 시공하는 가에 따라 전체 사업기간이 결정된다고 할 수 있다.

도심지에서 대규모 부지의 탑다운 터파기를 하는 공사의 예로는 백화점등의 상업시설과 주상복합 49층 여러 개동을 포함하는 프로젝트가 있다.

도 1은 터파기 사례 대상 부지의 평면도이다. 부지의 가로길이는 187m이고 세로길이는 153m이다. 가로의 기둥(칼럼)의 개수는 23개(X1~X23)이고 기둥간의 간격(스팬)은 8.5m이며 22개 스팬의 길이는 187m(8.5m×22=187)이다. 세로의 기둥의 개수는 15개(Y1~Y15)이고 기둥간의 간격(스팬)은 11.0m이며 14개 스팬의 길이는 153m(11.0m×14=154)이다.

부지면적은 가로 187m × 세로 154m = 28,798㎡이고, 지하 깊이는 평균 1개층 층고 5.5m에 지하 6개층으로 33m이다.

지하 1개층 평균 층고는 5.5m이므로 지하 1개층 터파기 수량은 부지면적 28,798㎡ × 층고 5.5m = 158,389㎥이다. 부지의 총 터파기 수량은 1개층 터파기량 158,389㎥ × 지하 6개층 = 950,268㎥으로서 약 백만㎥이다. 대규모 프로젝트의 일반적인 터파기 수량은 약 90만 ~ 120만㎥ 정도이다.

도 2는 도 1과 같은 부지에서의 종래부터 사용되어 오는 터파기 공사구간 분할방법 및 터파기 공사순서를 나타낸 예시이다. 부지를 A존과 B존인 2개의 공사구간(공구)으로 나누고, 다시 이를 세분화하여 바닥 콘크리트를 타설하는 존을 바탕으로 12개의 존(zone)으로 분할한다. 터파기 작업팀은 2개팀이며 장비도 2개팀이 A존과 B존에 각각 투입된다. A-1인 1개의 존을 터파기 하는 데는 약 15일이 소요되며 A-1부터 A-6까지의 6개존 터파기는 3개월이 소요된다. 1개층 터파기하는 데는 약 3개월이 걸린다. 각 층 각 존 터파기가 완료되면 바로 슬라브 골조공사가 착수되며 슬라브 시공은 철골설치 7일, 용접 8일, 데크 플레이트, 철근, 기계전기 배관, 콘크리트 타설에 7일이 소요되어 총 22일 약 3주에 걸쳐 시공된다. 따라서 지하 6층인 경우 터파기 6개층 18개월에 지하 5층 슬라브 1개월을 더하여 19개월 정도가 소요되고 있다.

지하 터파기 공사기간을 산정하는 방법으로서는 위와 같이 각 층 터파기 기간에 층수를 곱하고 마지막 슬라브 작업기간 22일을 더하여 산정하는 방법이 사용되고 있다.

또 다른 방법으로는 지하 전체 터파기 수량(가로×세로×187m×154m×33m = 950,268㎥)을 과거 다른 현장의 평균적인 실적자료인 1일 평균 토사 반출량(2,000㎥ ~ 2,500㎥)으로 나누어 산출한다. 1일 2,300㎥ 토사반출 기준인 경우, 기후, 공휴일 등을 고려한 공사 가동률 80%를 적용하면, 1일 반출량은 2,300㎥ × 80%=1,840㎥이고, 부지 전체 터파기 수량(950,268㎥)을 나누면, 516일(950,268㎥÷1,830㎥=516일)인 17개월이 소요된다. 이후 마지막 작업으로서 지하 5층 슬라브 시공기간과 지하 6층 흙막이 벽의 소단 터파기 기간 1개월을 더하면 18개월(1년 반)만에 지하 터파기와 역타 슬라브 골조가 완료된다.

상기와 같은 전체적인 공사진행에서 터파기 및 역타 골조공사 기간은 18개월로써 40%를 차지하는 중요한 공사이다. 반면 공사비 부분에서는 장비위주의 공사이고 터파기 작업자는 20~30명, 슬라브 골조 작업자(철골, 용접, 데크, 철근 콘크리트)는 수십 명 정도로써 전체공사비의 10%이내이다. 공사의 중반부, 후반부의 수백, 수천 명이 투입되는 골조, 마감공사에 비해 공사비 비율은 적다. 따라서 터파기 및 지하 역타 골조공사는 공사비 및 투입인력에 비해 공사기간이 많은 특징을 갖는다.

도 3은 터파기 수량을 나타낸 것이다. 부지를 A존과 B존으로 크게 분할하여 작업팀 2개팀을 배정한다. A존은 다시 슬라브 콘크리트를 타설하는 6개존으로 세분하여 X1부터 X22방향으로 터파기 한다. A-1존은 가로 4칸, 세로 7칸 28개의 span이며, 부지면적은 2,618㎡, 층고 5.5m로 터파기 수량은 14,399㎥이다.

지하 1층의 터파기량은 158,389㎥이며 이중 A존은 79,195㎥이며, A존 지하6층까지는 475,200㎥이며, B존과 합하면 전체 터파기 수량인 950,268㎥이 된다.

도 4는 도 1 프로젝트에서의 종래의 공사방법 적용시의 전체 사업기간(공사기간)을 나타낸 일반적인 전체 공정표이다. 첫 번째 칼럼인 ID번호 1을 보면 기존의 터파기 공사방법을 적용할 경우, 전체기간은 1369일로써 45개월이 소요됨을 나타낸다. 그 세부적인 내용을 보면, ID2의 현장개설과 흙막이(CIP, H-pile)와 지하 35m까지의 273개(가로 21개 × 세로 13개)의 철골 파일(철골칼럼, PRD, ACT)을 시공하는데 90일 약 3개월이 소요된다.

ID3의 지하 터파기 및 역타 슬라브 골조공사는 549일(18개월)이 소요되며 전체 공사기간의 40%(18개월 ÷ 45개월)를 차지한다. 지하 터파기가 완료되면 ID4의 지하 33m 지점의 기초 및 매트를 1개월만에 시공한다.

다음으로 ID5인 주상복합 49층 지하부분인 지하의 각층 코어월과 외주부 부분의 지하 기둥을 153일(5개월) 시공한다. 주상복합 49층 부분인 지하 코어월과 기둥은 층당 통상 30일이 소요되므로 지하 6층부터 지하 2층까지 5개층 시공기간은 150일(30일×5개층)인 5개월이 소요된다.

이와 같이 지하 역타(위에서 아래로 시공하는 슬라브)와 코어월이 순타(아래에서 위로 시공)로 완료되면 지하층 골조가 완료된다.

지하 골조 완료후에는 지상 15층부터 49층까지만 시공하면 된다. 7층까지는 터파기 기간동안, 8층부터 14층까지는 지하 수직재 시공기간동안 이미 시공이 되어 있다.

이후에는 지상층 골조와 마감공사로 진행되며 ID6 지상 잔여골조가 15층부터 49층까지 35개층을 242일(8개월, 층당 7일 소요)에 완성한다.

15층부터 49층까지는 35개층이며 층당 6일 내지 8일이 소요되므로 평균 7일을 적용하면 245일(35개층×7일=245일)인 8개월이 소요된다.

49층 골조완료 후에는 ID7인 마감공사를 304일(10개월)에 완성하여 총 45개월이 소요된다. 입주자 사전점검 2개월을 포함하는 마감공사 기간은 49층인 경우, 일반적으로 10개월 내지 12개월이 소요된다.

ID8 지하1층부터 지상7층까지 코어와 기둥 슬라브는 탑다운 구조 시공방법에 따라 지하 2층 슬라브 완성 후 시작하여 위로 올라가면서 지하 매트 시공시까지 시공된다. 매트 타설 후부터 지하층 순타 골조완료(ID5)시까지는 ID9인 지상 8층부터 14층까지 시공된다. 따라서 지하1층부터 지상 14층까지는 지하층 공사기간 동안 병행하여 투트랙으로 시공되어 전체 공사기간이 단축되며 이는 탑다운 공사의 특징이며 장점이다.

위와 같이 전체 사업기간에서 지하 터파기 및 지하 슬라브 공사는 작업자와 장비를 연속적으로 100% 공사에 투입하고 가동하여도 전체 공사기간의 40%를 차지하며 약 1년 반의 시간을 차지하는 것은 프로젝트 운영면에서 시간과 사업비를 크게 소비하여 매우 큰 부담으로 작용하고 있는 실정이다.

도 5 내지 도 9는 통상의 탑다운 역타공사의 지하 지상의 역학 구조 관계 설명도이다.

도 5를 참조하면, 통상의 탑다운 역타공사의 첫번째 마일스톤을 나타낸다. Y축은 층수를 표시하며, 지하와 지상을 5개층 단위로 나타낸다. X축은 공사기간을 표시하며 눈금은 1개월 단위이다. 왼쪽부터 22년 5월 1일 착공하여 공사준비, 흙막이, 지하말뚝(PRD)를 시공한 후, 지하1층 터파기 및 지상1층 바닥 골조, 지하2층 터파기 및 지하1층 바닥골조를 시공한다. 이때 지하1층 바닥 콘크리트 타설 후 지상과 지상으로 공사가 2개 방향으로 동시에 진행된다. 지하로는 연속해서 지하 3층 터파기가 진행되고, 지상으로는 고층부 영역의 지하1층 코어벽체와 기둥, 벽체(벽식구조)가 착수된다. 따라서 지하1층 바닥 콘크리트가 지연되면, 지상 공사 착수도 지연되게 된다.

도 6은 동기초(매트, mat, 건물전체 하중을 받는 대규모 콘크리트) 타설 후에 지상7층 공사가 착수될 수 있다는 예시이다. 지상골조는 지하말뚝(PRD)의 의해 지지된다. 지하말뚝은 크기나 갯수, 구조내력이 다양하다. 공사초기 동기초 타설시점에 지상 몇 층까지 공사가 진행되는지를 판단하고 그에 해당하는 하중을 고려하여 지하말뚝을 설계 시공한다. 통상적으로 지하6층 동기초 타설시점에 지상6층까지 시공하므로 이에 해당하는 지하말뚝을 시공한다. 이에 따라 동기초 타설전까지는 지상6층까지만 시공할 수 있고, 이때 지하말뚝의 선단(끝)의 콘크리트가 하중을 지반으로 전달한다. 따라서 동기초 타설이 지연되는 경우, 또는 지상공사가 계획보다 빠르게 진행되는 경우, 지상6층까지 시공한 후 공사를 중지하고 지상7층 착수를 하지 못하고 대기하여야 한다.

도 7은 지하 수직부재(코어벽체, 기둥, 벽식구조의 벽체)를 시공하면서 지상층도 같이 올라가며 지하 수직골조 완료전까지 14층까지만 시공할 수 있는 예시이다.

지하 수직골조가 완성되면, 영구적으로 지상의 모든 하중을 받는다. 그전까지는 지하말뚝과 동기초가 임시로 지상14층까지의 하중을 받는다.

따라서 지상 수직골조가 지연되면, 지상14층까지만 시공한 후 15층을 착수하지 못하고 대기하여야 한다.

도 8은 탑다운 공사의 전체 공정표의 예시이다. 지하 골조완료(폐합) 후부터는 지상 15층부터 최상층(49층 아파트)까지 골조공사를 시공한 후, 약 10개월에 걸쳐 잔여 마감공사를 진행한 후 준공한다. 착공부터 준공까지 지하 6층, 지상 49층 아파트의 경우 통상적으로 43개월이 소요된다.

도 9는 탑다운 역타공사의 지하공사 진행과 지상공사의 진행 한계의 구조관계를 나타낸 상세도이다. 지하1층 바닥 완료(1)후 지상공사를 착수한다(2). 동기초 콘크리트 타설(3)후부터 지상7층을 착수(4)할 수 있다. 지하골조 완료(5)후부터 지상 15층을 착수(6)할 수 있다.

도 10 내지 도 14는 종래기술의 탑다운 역타공사의 지하 지상 전체공정표 및 공사기간의 예시 전산공정표이다.

도 10을 참조하면, 전산공정표는 공정표 작성 전문 프로그램이며, Microsoft사의 MS-Project이다. 공정표상의 기간은 비작업일 포함한 달력일수 작업기간(calendar day)이다.

달력일수 작업기간(calendar day) = 순작업기간(working day) + 비작업일(일요일, 공휴일, 명절, 우천, 날씨 등)

22년 5월 1일 착공 Start (첫번째 칼럼의 ID는 작업번호)(ID 2)

지하2층 터파기 및 지하1층 바닥(ID 9, 23-04-13) 후 양생기간을 거친 후 지상으로 공사를 위한 지하1층 코어 착수(ID 21, 23-04-14)한다.

종래공법에 따르면, 지하 터파기 및 역타 슬라브 공사(ID 9~12)는 층당 53일 통상적으로 소요되고 있다.

지하1층 터파기 착수부터 최하부의 동기초 터파기까지는 331일(약 11개월) 소요된다.

동기초(매트) 콘크리트 타설(ID 16, 23-12-22)전까지 도 11의 7F slab(ID 30)까지 시공할 수 있다.

지하골조 완료(지하 2층 코어월, 기둥, ID 21)후부터 도 11의 16F slab(ID 38)까지 착수할 수 있다.

이후 도 12에서 층당 7일 싸이클로 시공 후 49층 골조(50F slab, ID 72, 25-01-04) 완료 후 도 13의 11개월 후(마감 9개월(ID 74) + 시운전 및 입주자 사전점검(준공 45일전 시행, ID 75) 공사를 준공(ID 76, 25-11-30)한다.

종래의 지하 6층, 지상 49층 아파트의 전체공사기간은 착공(ID 2, 22-05-01)부터 공사준공(ID 76, 25-11-30)까지 통상적으로 43개월이다.

도 14는 어느 현장의 공사기간 실제 사례이다. 지하 6층, 지상 49층 탑다운 공사이며, 공사기간은 20년 7월 착공하여, 24년 2월 입주이며, 따라서 공사기간은 43개월이다.

이와 같은 종래의 공사방법의 문제점은 다음과 같다.

[지하말뚝 설치와 철거]

지하의 코어벽체와 벽식구조의 지하 벽체에 인접하여 설치되는 지하말뚝은 가설부재이며, 두꺼운 H자형 철골기둥이다. 지하말뚝은 코어벽체와 외벽 벽체 부분에 다수가 시공된다. 다수의 큰 지하말뚝(PRD) 부재를 시공시, 설치와 해체에 따른 공사기간 증가, 공사비 증가, 안전위험이 증가한다.

[터파기 회사와 철골회사가 핵심]

대규모 부지에 투입되는 터파기, 철골 전문회사는 1개 내지 2개이다. 이들이 동원할 수 있는 장비 및 작업자는 한계가 있다. 따라서 하도급 계약 후 터파기 시공계획 발표시, 자신회사의 규모나 역량을 기준으로 터파기나 철골설치 일정을 수립하게 된다. 또한 자신의 경험상 최소나 최적의 장비나 인력으로 공사를 수행하여 공사비를 최소화하려고 한다.

따라서 실제 공사를 수행하는 터파기나 철골회사의 의지에 따라 지하공사가 진행되게 되는 문제가 발생하게 된다.

[터파기 회사와 철골회사간의 서로 다른 이해관계]

터파기 작업은 철골작업에 선행하며, 땅을 판 이후에 그 공간에 철골보를 설치한다. 철골보가 설치되고 용접이 되면, 그 아래층을 터파기할 수 있다. 또한 바닥 콘크리트가 타설되어 폐합되지 않으면, 흙막이 부분의 소단(각층 slab 1.5m정도 흙을 쌓아두어 토압을 지지) 터파기를 할 수 없다.

따라서 터파기나 철골, 바닥 골조 중 어느 하나가 지연되거나 빨라지면 후속작업의 회사는 대기하여야 하며 시간, 장비와 작업자의 손실이 발생하게 된다.

[터파기 속도와 철골 설치 속도의 차이]

터파기 속도는 토질의 종류(토사, 풍화암, 연암)에 따라 다르지만, 통상적으로 철골설치에 비해 느리다. 같은 면적에서 1개층 터파기는 4m를 파야 하지만, 철골은 철골보만 설치하면 된다. 터파기 1개팀은 통상적으로 하루에 800~1,000㎥를 터파기하며, 철골설치 1개팀은 하루에 15개 정도의 부재를 설치한다. 따라서 이러한 다른 종류의 작업과 수량을 동일한 또는 균일한 속도로 진행할 수 있도록 하는 공사방법을 수립하기 어렵다.

[터파기 및 철골설치 작업의 효율성 평가 방법]

특정 현장에서 터파기 회사의 주장에 따라 또는 원청사인 건설사의 계획에 따라 공사구간을 분할한 후, 터파기 팀을 다수로 투입했을 경우, 이러한 터파기 방법과 후속하는 철골설치 작업간의 효율성을 평가할 수 있는 방법이 명확하지 않다.

예로 터파기 2개팀을 투입하고, 그 뒤를 2개의 철골설치팀이 뒤따라 갈 경우, 1개의 구역(존)을 터파기하는데 15일이 경과하였다면 철골설치 속도가 빠르므로 철골팀은 철골설치를 끝내고 다음 구역(존)의 터파기가 끝날때까지 기다리거나 다른 현장에서 일을 해야 한다.

이러한 불일치로 인한 생산성 또는 손실을 객관적으로 분석 또는 평가할 수 있는 적절한 방법이나 기법이 체계화되어 있지 않다.

따라서 비슷한 규모의 부지라고 할지라도, 건설회사(원청사), 터파기 회사에 따라 또는 각 현장에 따라 공사방법, 공사기간, 공구분할수, 투입 장비 및 작업팀수가 다양하게 된다.

그 결과 그러한 다양한 투입에 따라 작업 생산성이나 공사비, 작업기간에서 차이가 발생하게 된다.

[작은 공사비/인력투입 대비 오랜 공사기간에 따른 공사방법 개선의 여지]

지하공사는 전체 공기의 40%를 차지하지만, 공사비는 약 15%수준으로 상대적으로 적다. 전체 공사기간의 단축은 금융비용, 빠른 입주에 따른 입주자의 삶의 개선, 건설인력의 생산성 향상에 따른 국가 발전 효과가 있다. 그렇다면, 전체 공기와 핵심인 지하 터파기 및 역타골조 공사기간을 단축하기 위하여, 공사비를 증가하지 않고도 확정된 공사비로써 공사기간을 크게 단축하는 공사방법이 있을 수 있을 수 있다.

[터파기 회사와 철골회사의 갈등 및 분쟁]

어떠한 형태의 공사방법이 결정되고, 공사를 진행하면, 특히 지하 공사의 경우, 지질조사와는 (일부) 다른 토질에 따라 계획대로 공사가 진행되지 않을 수 있다. 이 경우, 특정 존이나 층에서 터파기가 지연되거나 작업기간이 길어지면, 철골설치팀과 설치장비는 대기하거나 다른 현장에 일시적으로 이동해야 한다. 철골팀의 다른 현장 이동은 일용직 성격이 아니므로 몇 일 정도의 규모로는 이동할 수 없고 대기해야 한다.

이에 따라 철골회사는 터파기 회사 또는 건설회사(원청사)에게 대기로 인한 공사비 증액을 요청하게 된다.

한편 철골회사는 자신의 피해를 입증하기 위하여, 당초 계획대비 실시한 실적 작업 자료를 정리하거나 규명하는 방법이 어렵다.

이외에도, 후속하는 철골용접(철골회사), 데크 플레이트 설치(데크 회사), 철근설치(RC회사), 전기배관(전기회사), 콘크리트 타설(RC회사)작업의 다양한 회사와 장비, 작업자들이 공사지연 또는 중단, 변경에 따라 피해를 입고, 갈등을 나타내게 된다.

[고정관념]

통상적으로 터파기 회사는 다수의 현장을 터파기 하는 전문적인 회사이므로 터파기 시공계획을 주도하여 작성하게 된다. 철골회사는 터파기 되는 존별로 철골을 설치하므로, 그림자처럼 후속하여 작업해야 한다.

따라서 전체적인 지하공사 진행은 터파기 공구분할과 투입팀수, 터파기 장비대수에 따라 결정된다.

종래의 지하공사의 핵심은 터파기 회사의 시각과 생각, 경험에 있다.

그러나 후속하는 철골설치, 용접, 데크 플레이트, 철근, 콘크리트 타설 작업이 모두 동일하고 균일하게 진행되어 손실이 없는 또는 적은 공사방법을 고안하거나 해결기술이 없는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 탑다운 공사에서 터파기와 철골설치 작업의 문제와 과제를 해결하기 위한 것이다.

[지하말뚝 설치와 철거]

지하의 코어벽체와 벽식구조의 지하 벽체에 인접하여 설치되는 지하말뚝 설치시 안전위험 증가, 공사비 증가, 공사기간이 증가한다.

지하골조 완료 후 철거시에는 대형 철골부재를 각층에서 천장위치 부터 용접(용단)으로 조각내어 해체 반출해야 하므로 시간과 비용이 증가하고, 안전위험이 높다.

지하 공사기간이 길어지는 경우, 지상공사를 진행할 수 밖에 없으므로 지상 층수가 높아지고 하중이 증가하며 그에 따라 다수의 큰 지하말뚝(PRD) 부재를 시공해야 한다.

지하 고층부 부분에 지하말뚝을 다수 설치하면, 터파기 장비(포크레인) 이동이나 회전이 어려워 터파기 작업기간이 증가한다. 특히 암 발파(화약)인 경우, 터파기 기간은 더욱 증가한다.

[터파기 회사의 경험, 기술, 공사비 최소화에 따라 주관적으로 공사진행]

터파기 회사가 첫번째 작업으로서 터파기 회사의 경험과 기술, 터파기 공사비를 최소화하려는 장비와 작업자의 투입규모, 배치, 운영에 따라 특정회사의 의해 주관적으로 공사가 진행된다. 이에 따라 터파기 공사가 지연되는 경우, 후속하는 철골설치 작업을 고려하지 않아 철골회사가 터파기가 끝나기를 기다리는 대기시간이 발생하는 경우, 동시에 여러곳(존)을 터파기를 완료하여 동시에 여러곳의 철골을 설치해야 하는 경우, 터파기 작업의 여견 변경(토사 → 암반 또는 화약 발파 준비)에 따라 터파기 순서의 변경과 그에 따라 후속하는 철골설치, 용접, 데크 플레이트, 철근, 콘크리트 타설 작업도 한꺼번에 변경되어야 한다.

[터파기와 철골설치, 바닥골조 작업간의 작업의 성질, 속도의 다름(차이)에 따른 대기손실 발생]

터파기(토목공학)는 자연의 지반을 파기 위하여 포크레인(백호), 덤프트럭, 크램샬(지상에서 박스를 지하로 내려 흙을 올리는 장비), 화약천공기(드릴), 화약을 이용한 작업이고 한개를 전체를 파야하므로 작업량이 많아 시간이 많이 소요된다. 철골설치(건축공학)는 공장에서 제작한 철골부재를 트레일러(철골운반)로 현장으로 운반한 뒤, 포크레인(백호), 크레인을 이용하여 설치하는 작업이고 한개층의 바닥 철골보만을 설치하므로 터파기에 비해 상대적으로 작업속도가 빠르다.

이와같이 상이한 작업성격, 장비, 작업자에 따라 터파기와 철골설치간에 작업속도, 순서, 장비와 작업자 동원에서 차이가 발생하는 경우, 터파기나 철골 어느 한쪽에 대기가 발생하게 된다. 터파기가 느린 경우 철골이 대기하고, 철골이 느린경우, 그 아래층 터파기를 착수할 수 없어 대기하게 된다.

[터파기, 철골설치 작업간의 효율성 평가방법이 미흡하여 다양한 공사방법이 난립]

건설회사(원청사)가 당초 전체적인 공사계획(공정표)를 수립한다. 공구를 분할한 뒤, 터파기 수량, 1일 터파기량에 따라 공사기간을 산출한다. 철골은 터파기 이후 착수하여 뒤따라 간다. 통상적으로 상기와 같은 방식으로 지하공사가 진행된다. 그러나 비슷한 부지 규모와 모양(형태), 토질인 경우에도, 현장마다, 터파기 회사마다 공사계획의 내용이 다르므로 다양한 공사방법이 난립한다. 이에 따라 효율적인 공사계획이 있는 반면 상대적으로 미흡한 공사계획을 수립하는 회사와 현장이 있다.

[지하공사는 전체공기의 40%를 차지하지만, 적은 공사비와 작업자수로 진행]

탑다운 지하공사는 전체공기의 약 40%를 차지하지만, 공사비는 약 15% 수준이다. 예로 지하6층, 지상 49층 아파트의 경우 전체 공사기간은 약 43개월 정도이다. 이중 지하터파기와 역타 슬라브 기간은 착공 후 20개월 정도이다.

터파기는 주로 장비(포크레인, 덤프트럭)에 의존하고, 철골설치는 장비(크레인, 백호)와 작업자(철골설치팀)에 의해 진행된다.

지하공사는 전체 공기에 직접적인 영향을 미치는 주공정선(크리티컬 패스, Critical path)이다. 현재 지상골조나 마감공사에 비행 상대적으로 적은 자원(장비, 인력)이 투입되는 상황에서, 자원을 추가로 투입하거나 동일한 자원을 사용하지만 작업방법을 개선하여 지하공사 기간을 단축하는 방법이 필요한 실정이다.

[터파기 회사가 주도하는 공사방법과 공사관리 방식을 따르는 고정관념]

가장 먼저 시작하는 작업인 터파기에 따라 후속하는 철골, 용접, 데크, 철근, 콘크리트는 순서대로 영향을 받는다. 마치 터파기는 기관차이고 나머지는 객차인 관계이다. 후속작업이 선행작업보다 먼저 할 수는 없는 관계이다.

터파기 회사가 주도하는 공사방식은 통상적으로 전통적으로 진행되고 있다. 그러나 모든 회사가 만족하는 후속하는 회사가 피해를 받는 경우가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 모든 회사가 만족하는 새로운 공사방법이 필요한 실정이다.

[장기간의 공사기간을 단축하는 방법 마련이 어려움]

전체 공사기간의 40%를 차지하는 탑다운 지하공사의 공사기간을 단축하는 것은 공사기간이나 장비투입량에서 개선의 여지가 많은 부분이다. 과거와 동일하거나 유사한 규모의 장비와 작업자를 투입하고도 생산성 향상 방안을 통해 공사기간을 단축하는 방법이 필요한 실정이다.

따라서 터파기 공사기간을 단축하는 새로운 개념이나 공사방법의 모색이 필요하다고 판단된다.

[지하말뚝 설치와 철거]

지하 공사기간을 단축하면, 지상공사가 낮은 층수로 진행되므로 하중이 감소하고, 그에 따라 필요한 지하말뚝(PRD)의 수량, 크기도 축소된다.

[터파기 회사의 경험, 기술, 공사비 최소화에 따라 주관적으로 공사진행]

현장의 규모, 특성에 따라 터파기 공사방법을 객관적으로 수립하는 방법을 고안하고, 터파기 공사단위(공구, 존)을 철골설치 단위에 맞추어 분할하고, 터파기와 철골설치 작업의 공통분모인 공구분할과 작업기간 산출한다.

[터파기와 철골설치, 바닥골조 작업간의 작업의 성질, 속도의 다름(차이)에 따른 대기손실 발생]

특정 공구(존)에 투입되는 각 작업(회사)의 작업속도를 동일 또는 균일하게 하는 맞춘다.

각 작업의 특성을 분석하여 공통된 속도 또는 기본작업 단위(규모, 시간)를 규명하여 적용한다.

[터파기, 철골설치 작업간의 효율성 평가방법이 미흡하여 다양한 공사방법이 난립]

터파기, 철골설치 작업간의 작업효율성을 평가하고 분석하는 방법을 고안한다. 터파기, 철골설치 전체과정을 논리적, 시각적, 직관적으로 분석, 판단하는 기법 고안한다.

이를 위해 터파기와 철골설치의 공통적인 단위인 기본적인 작업단위(step)와 단계체계를 고안하여 적용한다.

[지하공사는 전체공기의 40%를 차지하지만, 적은 공사비와 작업자수로 진행]

장비와 작업자를 크게 증가시키지 않고도 공사기간 단축, 생산성 향상 방법 고안한다.

대기시간, 지연시간 없이 각 작업이 연속적으로 균일하게 진행하는 공사방법 고안한다.

이를 위해 부지를 터파기와 철골설치 작업의 공통적인 기본적인 작업단위(單位, step, unit)의 체계를 고안하고, 일정한 작업단위의 묶음으로 공구분할(존)하고, 작업단위(step)를 공사를 진행한다. 작업량, 작업면적, 작업기간을 수치로 나타낼 때 기초가 되는 일정한 기준작업 단위를 설정한다. 작업면적은 공사참여자 모두가 이해하고 균일한 치수를 사용하기 위하여, 부지에 건설되는 아파트 동의 수대로 공구를 분할하는 방법, 부지 전체의 기둥의 개수로 부터 특정수량의 기둥으로 구성되는 면적을 사용한다.

작업기간은 작업단위의 면적과 작업생산성에 따라 산출하며, 1주일(7일)을 한 단위로 하는 것을 포함한다.

[터파기 회사가 주도하는 공사방법과 공사관리 방식을 따르는 고정관념]

터파기 및 골조(철골, 용접, 데크, 철근, 콘크리트)회사 모두를 만족하는 공사방법을 고안한다. 각 작업의 특성과 공통점을 분석하여 통일된 방식의 공사방법 고안한다.

이를 위해 터파기, 철골, 용접, 데크, 철근, 콘크리트 작업들의 최소 공통된 작업기간 단위를 산출한다. 1주일(7일) 한 단위로 하는 것을 포함한다. 이러한 통일된 작업단위를 이용하여 작업기간과 작업자, 장비투입 단위를 산출하고 공사방법을 수립한다.

[장기간의 공사기간을 단축하는 방법 마련이 어려움]

동일한 장비와 작업자를 이용하여 생산성을 향상시키는 방법을 고안한다.

특정지역(부분, 존)에서 작업이 연속적으로 동일하게 진행되도록 고안한다.

이를 위해 각 토지(부분, 존)에서 어떤 작업이 진행되는지 토지입장에서 공사를 분석하는 방법을 새롭게 만든다. 지하 공사기간을 단축하는 공사방법을 고안한다.

터파기는 토지를 장비를 이용하여 작업자가 흙을 파내는 것이다. 토지를 장비가 가서 일정 부분을 파내고 다음존으로 이동하여 작업한다. 따라서 터파기 장비와 토지는 서로 반대 입장에 있다. 지금까지는 터파기 공사계획시 주로 장비와 작업자의 관점에서 토지를 어떻게 공략할 것인가라는 시각에서 바라보았다. 그러나 효율적인 공사를 위해 당사자인 토지의 입장에서는 어떠한 내용인지 살펴보는 것도 의미가 있을 것이다.

본 발명에서는 이러한 관점에 착안하여 토지가 얼마나 공사에 이용되는지 토지의 관점에서 공사방법을 생각해 본다. 이를 정략적으로 파악하기 위하여 토지 사용의 시간개념으로서 토지 이용률이라는 공식을 작성해본다. 토지 이용율(%)은 토지에서의 전체시간 대비 공사가 진행된 시간으로 규정한다. 토지 이용율 = 해당토지에서의 작업시간 ÷ 전체시간이다.

토지 이용률 관점에서 터파기 공사방법을 고안하고 토지 이용률을 최대한 높이는 공사방법을 도출하고자 한다.

대면적의 지하 터파기시에 토지 이용률을 올리는 터파기 공사방법을 제시하고, 공사기간을 단축하는 터파기 공구분할 방법과 지하 역타 골조공사의 공사방법을 제공하는 데 있다. 이를 통해 토지 이용률을 높이므로써 터파기 공사기간을 단축하고자 한다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예 들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같이, 탑다운 지하공사 관련 본 발명의 기술적 과제와 해결기술은 도 15에 나타나 있다.

[지하말뚝 설치와 철거]

동일한 자원을 투입하지만, 공사방법과 토지이용율을 높이는 공사방법을 통해, 지하 공사기간을 단축하면, 지상공사가 낮은 층수로 진행되는 시점에 지하가 완성되므로, 그에 따라 필요한 지하말뚝(PRD)의 수량, 크기도 축소되고, 지하말뚝의 설치 해체 작업도 축소되고, 지하 코어 부분의 터파기가 용이하여, 공사기간 감소, 공사비 감소, 안전위험이 감소한다.

[터파기 회사의 경험, 기술, 공사비 최소화에 따라 주관적으로 공사진행]

현장의 규모, 특성에 따라 터파기 공사방법을 객관적으로 수립할 수 있다. 터파기 공사단위(공구, 존)와 철골설치 단위를 맞추어 공사구간(공구)와 존을 분할하고, 공통분모를 통해 동일하고 균일한 공사단위로 공사를 진행할 수 있다.

[터파기와 철골설치, 바닥골조 작업간의 작업의 성질, 속도의 다름(차이)에 따른 대기손실 발생]

각 공구(존)에서 동일 또는 균일한 속도 또는 기본작업 단위(규모, 시간)로 작업을 진행함에 따라 특정작업의 대기 손실이 발생하지 않게 된다.

[터파기, 철골설치 작업간의 효율성 평가방법이 미흡하여 다양한 공사방법이 난립]

터파기와 철골설치의 공통적인 단위인 기본적인 작업단위(step)와 단계체계를 사용함에 따라 작업의 효율성을 정확하게 평가할 수 있고, 통일되고 균일한 공사방법을 사용할 수 있다.

[지하공사는 전체공기의 40%를 차지하지만, 적은 공사비와 작업자수로 진행]

장비와 작업자를 크게 증가시키지 않고도 공사기간 단축, 생산성 향상 방법 고안한다.

대기시간, 지연시간 없이 각 작업이 연속적으로 균일하게 진행하는 공사방법 고안한다.

터파기와 철골설치 작업의 공통적인 기본적인 작업단위(單位, step, unit)로 진행됨에 따라 장비와 작업자를 크게 증가시키지 않고도 공사기간이 단축되고 생산성이 향상된다. 따라서 대기시간, 지연시간 없이 각 작업이 연속적으로 균일하게 진행된다.

[터파기 회사가 주도하는 공사방법과 공사관리 방식을 따르는 고정관념]

터파기 및 골조(철골, 용접, 데크, 철근, 콘크리트)회사 모두를 만족하는 공사방법을 고안한다. 각 작업의 특성과 공통점을 분석하여 통일된 방식의 공사방법 고안한다.

각 작업의 특성과 공통점을 분석 및 반영하여 터파기, 철골, 용접, 데크, 철근, 콘크리트 작업들의 최소 공통된 작업기간 단위로 계획되고 진행됨에 따라 각 작업이 체계적으로 동일하고 균일하게 진행된다. 이에 따라 작업의 생산성이 향상되고 관리가 용이하며, 공사기간이 단축되고 공사비가 낮아진다.

[장기간의 공사기간을 단축하는 방법 마련이 어려움]

특정지역(부분, 존)에서 작업이 연속적으로 동일하게 진행되도록 공사방법을 용이하고 정확하게 수립할 수 있고 관리할 수 있다. 따라서 각 토지(부분, 존)에서 어떤 작업이 진행되는지 토지입장에서 공사를 계획하고, 분석하고 문제를 해결할 수 있으므로, 작업생산성이 향상되고 관리가 용이하며, 공사기간이 단축되고 공사비가 낮아진다.

토지이용율을 숫자로 나타낼 수 있으므로, 여러가지 공사방법 중 어느 방법이 가장 토지 이용률이 높은 방법인지 정량적으로 알 수 있다. 따라서 공사방법의 다양한 시뮬레이션, 변경, 개선을 용이하고 신속하게 할 수 있고, 실제로 실시한 결과를 비교할 수 있으므로, 점진적으로 지하공사 방법이 개선되는 체계를 구축하여 운영할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 3분할 체계의 대규모 면적의 터파기 시공방법은, 토지의 이용률 관점에서 터파기와 지하 골조공사 방법을 제시하여 토지 이용율을 높여 터파기 공사기간을 단축하고 전체 사업기간도 단축된다.

각 토지 이용률을 정량적으로 산출하고 공구(존)의 개수와 자원(장비, 자원)을 추가로 조정하여 이용률을 재산정하는 방식을 체계화하므로써 신속하고 용이하게 토지 이용율을 높일 수 있는 공사방법과 공정표를 작성할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있다.

공사진행중 공사계획 대비 실적분석에 있어서 각 토지의 가동률을 분석하여 자원을 조정 투입할 수 있는 과학적인 공사관리 도구로 활용된다.

공사기간이 단축되면 다수 건설회사의 장비비용, 작업자 및 직원 급여, 복리후생비, 현장관리비가 감소한다. 발주처, 시행사, 입주자 측면에서는 사업이자( 금융비용), 이주비 이자 등 사업비가 감소하고 조기 오픈에 따른 입주자의 삶의 개선과 저층부 및 지하의 상가 부분의 임대수입이 증가하는 경제적 효과를 갖는다. 공사에 참여하는 모든 관련자가 짧은 시간에 건물을 생산하므로, 탑다운 공사의 생산성이 향상된다.

도 1 내지 도 4는 종래기술의 터파기 공구분할도와 공사순서 및 전체공사기간
도 5 내지 도 9는 통상의 탑다운 역타공사의 지하 지상의 역학 구조 관계 설명도
도 10 내지 도 14는 종래기술의 탑다운 역타공사의 지하 지상 전체 전산공정표 및 공사기간
도 15는 본 발명의 기술적 과제와 해결기술
도 16 내지 도 21은 본 발명에 따른 3분할 공사구간 체계와 토지 이용율을 이용한 탑다운 역타공사 방법 및 전체공사의 흐름도
도 22 내지 도 28은 본 발명에 따른 실시예의 공사현장의 공사개요
도 29 내지 도 38은 본 발명에 따른 실시예의 터파기 및 역타 골조공사 방법의 흐름도
도 39 내지 도 63은 본 발명의 특징에 따른 실시예의 터파기 공구분할과 존별 터파기 수량 및 작업기간 산출에 따른 터파기 순서
도 64 내지 도 76은 본 발명의 특징에 따른 실시예의 철골설치 공구분할과 존별 철골수량 및 작업기간 산출에 따른 철골설치 순서
도 77 내지 도 80은 본 발명에 특징에 따른 터파기 분할체계, 철골 및 골조공사 분할체계와 공통분모 분석 결과
도 81 내지 도 96은 본 발명에 따른 실시예의 터파기 및 철골, 골조공사의 공사방법의 3차원 예시
도 97 내지 도 117는 본 발명에 특징에 따른 step 체계를 고안 적용한 지하공사 순서도
도 118 내지 도 134는 본 발명에 특징에 따른 step과 토지 이용율 체계를 결합한 지하공사 순서도
도 135 내지 도 141은 본 발명에 따른 지하 3층 공사 전산공정표
도 142은 본 발명에 따른 토지 이용율 산출결과
도 143 내지 도 146은 본 발명에 따른 3분할 체계와 토지 이용율을 적용한 전체공사 기간의 전산공정표
도 147 내지 도 148는 종래공법과 본 발명간의 지하 역타공사의 공사기간 차이 산출결과
도 149 내지 도 153은 종래공법과 본 발명간의 전체 공사기간의 차이 산출결과

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 탑다운 공사에서 4분할 체계의 터파기 시공방법과 토지이용율을 이용한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 16 내지 도 21은 본 발명에 따른 4분할 체계의 터파기 공사방법의 흐름도이다.

도 16을 참조하면, 아파트 또는 주상복합 6개동이 있는 공사이다. 아파트 6개동으로 구성된 공사의 부지도면을 통상의 방법으로 준비한다(S10).

부지의 시공되는 지하말뚝 또는 지하기둥의 구조를 표시하는 구조도를 통상의 방법으로 준비한다(S20).

부지를 아파트 1개동의 면적으로 6개로 동일한 수준의 규모로 공구를 분할한다(S30).

상기 (S30)단계에서 분할된 1개동의 면적을 2개, 4개, 6개의 존(zone)으로 작게 다시 분할한다(S40). 예로 101동의 면적을 4개로 분할한다.

상기 (S40)단계에서 분할된 1개동의 존 수에 따른 작업별 수량과 작업기간을 산출한다(S50).

부지 전체(6개동)를 4분할한 경우, 기준층(지하주차장(지하3층 내지 지하7층)의 층고 (3.6m~4.4m)에 따른 1개층에서의 존별 터파기 수량, 철골수량과 1일 시공량에 따른 순수작업기간(비작업일 미포함)을 산출한다(S60).

각 존의 터파기 순수작업기간(working day) = 각 존의 터파기 수량 ÷ 1일 터파기 수량

각 존의 철골설치 순수작업기간(working day) = 각 존의 철골보 수량 ÷ 1일 철골설치 수량

부지 전체(6개동)를 6분할한 경우, 각 존의 수량과 작업기간을 (S60)단계와 같은 방법으로 산출한다(S70).

부지 전체(6개동)를 8분할한 경우, 각 존의 수량과 작업기간을 (S60)단계와 같은 방법으로 산출한다(S80).

존분할과 수량에 따른 작업기간이 산출되면, 다음으로 4분할의 1개층 전체 공정표를 작성한다. 그리고 장비와 작업팀수를 산출한다(S90).

1개층의 표준 공정표가 작성되면, 공정표를 복사하여 다음 아래층의 공정표를 작성하며, 같은 방식으로 지하6층까지의 역타공사 공정표를 작성하여 공사기간을 산출한다. 또한, 각 존에서의 어떠한 작업이 진행되는지, 또는 비작업 기간이 있는지를 산출하여 토지이용율을 산출한다(S100).

토지이용률(%) = 해당 존에서 작업중인 시간 ÷ 전체 공사기간

다음으로 6분할인 경우의 1개층 전체 공정표를 작성한다. 그리고 장비와 작업팀수를 산출한다(S110).

각 층 공정표를 작성하여 맨하부층인 지하6층까지의 역타공사 공정표를 작성하여 공사기간을 산출한다. 또한, 각 존에서의 어떠한 작업이 진행되는지, 또는 비작업 기간이 있는지를 산출하여 토지이용율을 산출한다(S120).

다음으로 8분할인 경우의 1개층 전체 공정표를 작성한다. 그리고 장비와 작업팀수를 산출한다(S130).

각 층 공정표를 작성하여 맨하부층인 지하6층까지의 역타공사 공정표를 작성하여 공사기간을 산출한다. 또한, 각 존에서의 어떠한 작업이 진행되는지, 또는 비작업 기간이 있는지를 산출하여 토지이용율을 산출한다(S140).

이상과 같이, 부지전체를 4분할, 6분할, 8분할한 경우의 공정표와 토지이용률이 산출되면, 어떠한 방법이 가장 효율적인지 평가한다(S150).

먼저, 어떤 분할이 공통분모를 갖는가? 를 분석한다. 각 작업(터파기, 철골설치 등)의 작업일수나 작업팀수, 작업의 수량(물량)에 있어 공통분모로써 정수, 배수, 0.5배수 등의 관계를 찾는다(S160).

다음으로 어떤 분할이 작업생산서이 높은가? 를 분석한다. 4분할, 6분할, 8분할로 공사를 진행할 경우, 각각의 동일한 시간에서 얼마나 많은 작업을 수행하는지, 작업대기 등 비작업 시간이 얼마인지를 분석한다(S170).

다음으로 어떤 분할이 토지이용률 높은가?를 분석한다. 4분할, 6분할, 8분할로 공사를 진행할 경우, 층별, 전체 토지이용율을 분석한다(S180).

이상과 같이, 어떤 공사방법이 가장 효율적인지, 또는 공사기간이 짧은지, 공사비가 낮은지를 판단하여, 특정분할수를 공사방법으로 결정한다. 예를들어, 8분할이 가장 공사기간이 짧고 토지이용률도 높다면, 8분할을 공사방법으로 결정한다(S190).

그리고 공사초기 흙막이, 지하말뚝(PRD) 시공단계에서 다음 작업이 터파기나 철골설치 업체를 선정시, 앞서 결정된 분할수에 따른 공정표, 작업팀수, 장비대수, 공사기간과 공사방법에 따라 공사를 하는 조건으로 현장설명을 실시하여, 입찰할 수 있도록 한다. 건설회사는 본 발명의 특징을 이용하여, 업체선정전에 가장 효율적인 공사방법을 산출하였고 이를 그대로 공사하는 업체를 선정해야 하기 때문이다. 그렇지 않으면 종래와 같은 방법으로 터파기 회사가 주도하는 형태의 공사방법으로 진행되기 때문이다(S200).

그리고 터파기, 철골업체 하도급을 선정한다(S210).

이제 통상의 방법으로 터파기 및 철골공사를 할 준비를 한다. 터파기 장비, 철골 상세도면 작성, 철골 공장생산, 현장에 철골반입, 철골설치팀 및 장비 현장반입, 용접팀 준비 등이다(S220).

현장에서는 통상의 방법으로 흙막이 시공 및 지하말뚝(PRD)이 시공되고 완료된다(S230).

이제 지하 터파기 공사가 시작되며, 본 발명의 특징에 따라 산출된 분할수에 따라 1개동(101동)의 지하1층 1차존 터파기가 착수되면(S240), 특정 분할수대로 터파기 팀을 투입하여 터파기한다. 예로 8분할인 경우, 부지 전체에 터파기 8개팀을 투입한다(S250).

터파기가 완료되면(S260), 터파기팀은 다음존으로 이동하고, 철골설치팀은 터파기가 완료된 존에서 지상1층 바닥 철골설치를 착수하여 완료한다(S270).

터파기팀은 101동 지하1층 2존에서 3존으로 터파기를 착수하며(S280), 이를 위해 특정 분할수 대로 터파기팀을 투입하여 터파기를 해나간다(S290).

지하1층 2존~3존의 터파기가 완료되면(S300), 그 상부인 지상1층 바닥 철골설치가 착수되고(S310), 후속으로 철골 용접, 데크 플레이트 설치, 데크위에 철근설치, 콘크리트를 타설하여 1개층 바닥을 완성해 나간다(S320).

터파기 작업기간이 당초 계획보다 길게 걸리는 경우에는(S330), 터파기 장비를 추가로 투입한다. 예를들어 포크레인을 1대 내지 2대를 추가로 투입한다(S340). 또는 주중에 하루 이틀 정도 새벽에 나오거나 야간에 작업을 하여 작업시간을 증가시켜 당초 작업기간내에 완료할 수 있도록 한다.

철골설치 작업의 작업기간이 걸게 걸리는 경우에는(S350), 철골팀수를 추가로 투입하는 것은 터파기와의 전체적인 구성이 흐트러지고 혼란이 발생할 수 있으므로, 터파기 작업기간과 철골작업기간을 동일하게 수정한다(S360).

철골용접 작업의 작업기간이 길게 걸리는 경우에는(S370), 용접공을 추가로 투입하거나 용접 작업시간을 일부 증가시켜 당초 계획된 작업기간내에 완료할 수 있도록 한다(S380).

이상과 같이, 각 작업의 기간의 조정, 장비나 작업자의 추가 투입, 작업시간의 증가를 통해(S390), 보정된 대로 잔여 작업을 계속 진행한다(S400).

본 발명의 특징에 따라 지하1층의 공사기간 중 각 작업의 보정을 통해 전체 터파기를 완료한다(S410). 그리고 통상의 방법으로 후속으로 그 위의 지상1층 바닥 철골, 역타 슬라브 골조를 완성하여 수평지지력을 갖고 지하3층 터파기로 내려간다(S420).

본 발명의 특징에 따라 지하2층 터파기를 하고(S430), 그 위의 지하1층 바닥 철골, 역타 슬라브 골조를 완성하여 수평지지력을 갖고 지하 3층 터파기로 내려간다(S440).

같은 방식으로, 지하3층부터 최하층(지하 6층)까지 터파기를 하면서(S450), 각층 철골설치 및 역타 골조를 완성해 나간다(S460).

마지막으로 기초, 엘리베이터 PIT, 매트(동기초) 터파기를 한 후(S470), 기초, PIT, 매트(동기초)의 철근을 설치한 후 콘크리트를 타설한다(S480).

이로서 매트(동기초)가 완료되면(S490), 통상의 방법으로 지상층의 공사를 추가로 할 수 있으므로 고층으로 추가 골조공사를 진행한다(S500).

그리고 지하 수직부재 (코어벽체, 기둥, 외부벽체)를 지하 6층부터 지하2층까지 통상의 방법으로 시공한다(S510).

지하 골조공사가 완료되어 폐합이 되면(S520), 이제 지상층은 최상층(옥상)까지 제한없이 통상의 방법으로 골조공사를 진행한다(S530).

지상 골조공사가 완료된 후에는(S540), 잔여 마감공사를 약 9개월 정도 진행하여 전체 공사를 완료하고 입주 준비하여 프로젝트가 종료된다(S550).

다음은 본 발명에 따른 실시예이다.

도 22 내지 도 28은 본 발명에 따른 실시예의 공사현장의 공사개요이다.

도 22는 제1 실시예의 공사부지의 평면도이다.

실시예의 공사는 탑상형(타워형) 아파트 6개동으로 구성된 탑다운 방식의 공사이며, 지하 6층, 지상 49층이다. 부지규모는 가로 204m, 세로 119m로서 24,276㎡(7,343평)고, 기둥 간격(경간)은 가로 세로 각각 8.5m이다. 가로 기둥 갯수(간격)은 24개이고, 세로 기둥의 갯수(간격)은 14이다. 부지규모는 지방의 실제 아파트 공사 현장의 부지크기를 참조하여 설정하였으며, 평균적으로 6개동의 탑상형 아파트 부지는 가로 200~220m, 세로 110~130m 규모 범위이다.

도 23은 탑상형 아파트 6개동의 배치도이다. CAD도면으로 작성되었으며, 지방의 아파트 공사에서의 실제 아파트 크기이다.

도 24는 탑상형 아파트 1개동의 평면도와 크기를 나타낸 것이다. 가로 세로 각각 42.2m이다. 탑상형은 중앙에 구조를 담당하는 코어부(엘리베이터, 계단실)가 있고 외부쪽에 세대가 있는 형태의 아파트이다.

도 25는 탑상형 아파트 1개동의 배치도이다. 기둥간격은 가로 세로 각각 8.5m (8,500mm)로 나타나 있고, 흙막이 경계부근에 아파트가 배치된다.

도 26은 본 발명의 특징에 따라 지하 역타 공사방법을 4개의 기둥으로 이루어진 면적을 한개의 단위(unit, module, span, grid, cell)를 설정하는 과정을 나타낸 것이다. 부지는 기둥간격은 8.5m이고 가로 24개의 모듈과 세로 14개의 모듈로 분할된다. 통상적으로 기둥간격은 약 8.5m이고 한쪽이 11m인 경우도 있다.

한개의 단위 모듈을 공사방법에 적용하는 것은 본 발명의 특징이며, 이는 터파기와 철골 설치에서 공통분모를 찾기 위한 기본적인 공통된 단위를 찾는 과정이다.

한개의 단위 모듈의 면적은 72.3㎡이다.

모듈의 면적 = 가로 8.5m × 세로 8.5m = 72.25㎡

도 27은 아파트 6개동으로 구성된 부지에서 아파트 1개동의 면적을 평균적으로 구분한 것이다. 1개동은 가로 8개의 모듈, 세로 7개의 모듈로 총 56개의 모듈이며 면적은 4,046㎡이다.

도 28은 판상형 벽식구조 아파트의 배치도이다. 판상형은 탑상형에 비해 크기가 커서 부지면적이 더 넓으며 가로 221m, 세로 128m이다. 1개동 판상형에는 4개 세대가 배치되고 2개의 코어가 있으며, 지하말뚝(PRD)는 코어와 내부 및 외부벽체를 따라 다수가 설치된다.

도 29 내지 도 38은 본 발명에 따른 실시예의 터파기 및 역타 골조공사 방법의 흐름도이다.

도 29는 공사부지의 단면도이다. 지하1층은 상가시설로서 상대적으로 층고가 높아 층고가 7.5m이고, 지하2층 부터 지하 6층까지는 주차장과 기계실, 전기실로서 층고가 3.6m이다. 따라서 지하 깊이는 25.5m이다. 일반적으로 탑다운 지하깊이는 26m ~ 40m (지하 7층) 정도이다.

도 30은 탑다운 지하 공사의 순서도이다. 지상1층 바닥에서 흙막이를 한 다음 지하말뚝(PRD)를 설치한다. 이후 지하1층을 지면(지상 1층 바닥)으로 부터 -5.0m를 터파기한다. 지하 5m 높이로 파는 이유는 포크레인(백호)로 지상1층 바닥 철골을 설치하기에 적절한 높이이기 때문이다. 포크레인 팔의 끝에 철골설치 장치를 달고 지상1층 철골보를 설치한다. 이후 철골의 볼트, 용접을 하고, 그 위에 형틀재로서 데크 플레이트를 설치한다. 이후 데크 위에 슬라브 철근과 전기 배관을 한 후 콘크리트를 타설하여 지상 1층 바닥을 존별로 형성한다. 1층 바닥의 어느 부분에 연결되어 토압을 지지할 수 있게 되면 흙막이를 지지하는 소단을 낮출 수 있다. 한편 지상 1층 바닥에 데크 플레이트 설치가 완료되면, 지하1층 2차 터파기가 시작된다.

도 31은 지하 터파기와 철골, 골조공사의 흐름도이다. 예를들어 지하4층 1-1존(T10)과 2-1존 터파기(T20)가 진행되면, 정확한 철골부재 치수를 확인하기 위해 지하말뚝의 간격을 측량(실측)한다(T30). 이에 따라 공장에서 측량치수대로 볼트구멍을 내어 현장으로 운송한다.

터파기가 완료되면 지하 3층 바닥 철골을 설치한다(T40). 이후 볼팅, 용접(T50), 데크플레이트를 설치한다(T60). 그 아래층 지하 5층 터파기를 하려면(T80, T90) 지하 3층 바닥에서 자재 낙하나 불꽃 작업이 없어야 하므로, 데크 플레이트 설치(불꽃 발생)가 완료되어야 한다(T70).

지하 3층 바닥에서는 계속해서 철근, 콘크리트 작업이 진행되고(T100) 이후 소단 터파기가 시작된다(T110). 지하 5층 터파기 후에는 지하 4층 바닥 철골설치가 반복된다(T120).

도 32는 본 발명의 특징에 따라 step 체계를 고안하여 터파기와 철골, 골조공사의 흐름도를 나타낸 것이다.

상부에 step 1부터 step 8까지 나타나 있으며, step은 7일이다.

step 1 : 터파기 1팀은 지하 4층 1-1존 터파기를 7일간 한다. 터파기 2팀은 지하 4층 2-1존 터파기를 7일간 한다.

지하말뚝이 노출되면 철골기둥 간격을 실측한다.

도 33에서 본 발명의 특징에 따라 step 2에서 터파기 1팀은 지하 4층 1-2존으로 이동하여 터파기를 7일간 한다. 터파기 2팀은 지하 4층 2-2존으로 이동하여 터파기를 7일간 한다.

한편, 철골설치 1팀은 step 1에서 터파기된 1-1존, 1-2존의 지하 3층 바닥 철골을 설치한다.

도 34의 step 3에서 터파기 1팀은 지하 4층 1-3존에서 터파기를 7일간 한다. 터파기 2팀은 지하 4층 2-3존에서 터파기를 7일간 한다.

한편, 철골설치 1팀은 step 2에서 터파기된 1-2존, 2-2존의 지하 3층 바닥 철골을 설치한다.

용접, 데크팀은 철골이 설치된 1-1존, 2-1존에서 후속으로 작업한다.

도 35의 step 4에서 지하 3층 바닥만을 보면, 철골설치 1팀은 step 3에서 터파기된 1-3존, 2-3존의 지하 3층 바닥 철골을 설치한다.

용접, 데크팀은 철골이 설치된 1-2존, 2-2존에서 후속으로 작업한다.

철근, 콘크리트팀은 데크가 설치된 1-1존, 2-1존에서 후속으로 작업하여 콘크리트를 타설한다.

도 36의 step 5에서 지하 3층 바닥만을 보면, 용접, 데크팀은 철골이 설치된 1-3존, 2-3존에서 후속으로 작업한다.

철근, 콘크리트팀은 데크가 설치된 1-2존, 2-2존에서 후속으로 작업하여 콘크리트를 타설한다. step 6에서 마지막 콘크리트가 타설되어 한 개층의 공사가 완료된다.

도 37은 본 발명에 따라 (지하 4층 터파기) 지하 3층 바닥 작업 후 (지하 5층 터파기) 지하 4 바닥 작업을 연속적으로 진행되는 과정을 나타낸 것이다.

터파기부터 콘크리트 타설까지 step별로 존을 이동하면서 순차적으로 연속적으로 진행되는 것을 나타낸다.

도 38은 터파기 1팀과 터파기 2팀이 지하 4층, 지하 5층, 지하 6층을 연속적으로 터파기하며, 3분할 체계에 따라 3개의 존을 3개의 step을 이용하여 작업한다.

도 39 내지 도 63은 본 발명의 특징에 따른 실시예의 터파기 공구분할과 존별 터파기 수량 및 작업기간 산출에 따른 터파기 순서이다.

도 39는 아파트 6개동의 배치도이다. 지하 6층이다.

도 40은 아파트 6개동의 지상층 형태를 나타낸 것이다.

도 41은 아파트 6개동에 있어서 각 동의 면적을 4분할한 것이다.

도 42는 지하말뚝(PRD) 간격의 각 면적에서 지하주차장 구간인 3.6m 층고에서의 터파기 수량을 나타낸 것이며 260㎥이다.

1개 모듈의 터파기 수량 = 가로 × 세로 × 층고 = 8.5m × 8.5m × 3.6m = 260.1㎥이다.

도 43은 아파트 1개동을 4분할한 경우의 존별 터파기 수량이다. 아파트 6개동이고 각 동은 4개로 분할되므로 총 24개의 터파기 존이다.

도 44은 터파기 순서의 단면도이다. 1차로 5.0m 터파기하며, 2차로 4.0m, 3차로 3.5m, 4차로 3.6m, 5차로 3.6m, 6차로 3.6m, 7차로 2.2m를 파서 지하 6층 바닥을 드러낸다.

도 45부터 52는 차수별 터파기 단면도이다.

도 45의 1차 터파기는 지면(지상 1층 바닥)으로 부터 -5.0m를 판 후 지상 1층 바닥 철골을 설치한다.

도 46의 2차 터파기는 추가로 -4.0m를 판다. 이후 지하 1층 바닥의 철골보 설치를 위한 가셋 플레이트(Gusset Plate)를 지하말뚝 기둥에 부착한다. 2차 터파기 후에는 철골설치가 없으며, 지하 1층의 층고가 높아 2회에 나누어 터파기하는 경우이다.

도 47의 3차 터파기는 지하 1층 바닥으로 부터 아래로 -5.0m 레벨까지 추가로 3.5m를 판다. 지하 1층 바닥 철골을 설치하기 위해서 포크레인에게 5.0m를 높이를 제공해야 하기 때문에 각 층 바닥으로부터 -5.0m 아래까지 터파기 하는 체계로 진행하며 이는 통상의 종래 방법이다. 3차 터파기 후에는 지하 1층 바닥 철골보를 설치한다.

도 48의 4차 터파기는 지하 2층 바닥으로 부터 아래로 -5.0m 레벨까지 추가로 3.5m를 판다. 이후 지하 2층 바닥 철골보를 설치한다.

도 49의 5차 터파기는 지하 3층 바닥으로 부터 아래로 -5.0m 레벨까지 추가로 3.6m를 판다. 이후 지하 3층 바닥 철골보를 설치한다.

도 50의 6차 터파기는 지하 4층 바닥으로 부터 아래로 -5.0m 레벨까지 추가로 3.6m를 판다. 이후 지하 4층 바닥 철골보를 설치한다.

도 51의 7차 터파기는 지하 6층 바닥으로 남은 2.2m 잔여 토사를 터파기 한다. 이후 지하 5층 바닥 철골보를 설치한다.

도 52의 8차 터파기는 지하 6층 바닥으로 PIT(엘리베이터 샤프트 통로 최하부), 동기초 (매트) 콘크리트 높이인 4.5m 내지 5.0m를 판다. 이로써 모든 터파기가 완료된다. 이후 동기초(매트) 철근을 설치하고 동기초(매트) 콘크리트를 2회, 3회에 나누어 타설한다.

도 53 내지 도 55는 본 발명의 특징에 따라 층별 존별 터파기 수량과 터파기 작업기간 산출결과이다.

도 53은 본 발명의 특징에 따라 3분할 체계로 터파기 공구를 분할한 것이다. 터파기 수량표에서 왼쪽 첫번째 칼럼은 차수를 표시하며 두번째는 터파기 깊이이며, 터파기 1존은 다시 3분할 되어 1-1, 1-2, 1-3존으로 나뉜다.

1-1존의 면적은 1,012㎡이고 부지전체는 24,276㎡ (7,343평)이다. 터파기 수량은 약 62만㎥이다.

다른 대형 현장 (판매시설과 아파트의 복합시설)의 실제 사례를 보면, 부지규모 약 1만평, 터파기 수량 약 100만㎥ 정도이다.

도 51은 통상적인 터파기 1개팀의 1일 수량이다. 터파기 1개팀은 지하에서 땅을 파는 포크레인 2~3대와 지상 1층 바닥의 1대의 크램샬 장비(지하에서 박스에 흙을 담아 줄로 올리는 장비)로 구성된다.

1-1존의 지하1층 1차 터파기는 덤프가 경사로를 따라 내려가고 토사이므로 하루에 1개팀이 1,000㎥이다.

1-1존의 2차 터파기는 크램샬을 이용해야 하므로 터파기 1개팀이 하루에 토사 800㎥를 반출한다.

1-1존의 3차부터 7차 터파기 중에는 1개팀이 하루에 풍화암 500㎥를 반출한다.

도 55는 본 발명의 특징에 따른 3분할 체계의 존별 터파기 작업일수이다. 작업일수는 터파기 수량을 1일 터파기 반출량으로 나눈 것이다.

터파기 작업일수 = 터파기 수량 ÷ 1일 반출량

1-1존의 5차 터파기 수량은 3,641㎥이고 1일 반출량은 500㎥이므로 터파기 작업기간은 7.3일이 소요(working day)된다. 여기에 일요일과 비작업일은 포함되지 않았다.

주차장 구간인 3.6m 층고의 구간에서의 작업기간은 3분할 체계에서 존별 기간은 7.3일이고 3분할 체계에서는 21.8일 (3개존의 합)이 소요된다.

따라서 부지전체에 터파기 8개팀이 투입되는 경우, 한 개층을 터파기 하는데 32일이 소요되는 것을 의미한다.

본 발명의 특징에 따른 부지전체를 4분할, 6분할, 8분할 경우에서, 터파기 면적, 층당 터파기 및 철골 작업기간, 터파기 이후의 철골부재 하역 및 철골설치 공간의 규모를 종합적으로 판단시, 6개 아파트 동의 부지를 8개의 공구로 분할하고 다시 공구를 3개로 분할하는 것이 가장 효율적인 공사방법중의 하나로 분석되었다. 따라서 이하에서는 8개 공구와 3개존으로 분할된 체계에 대해서 시공방법을 기술한다.

도 56 내지 도 63은 본 발명에 특징에 따른 실시예의 터파기 공구분할과 터파기 수량 및 작업기간에 따른 터파기 순서이다.

도 56에서 아파트 6개동에 8개팀이 배정된다. 각 터파기팀의 작업구간은 ㄴ자, ㄱ자 형태이다.

도 57의 터파기 순서는 상하의 골조를 신속하게 설치하여 토압을 지지할 수 있도록 하기 위하여 좌우와 중앙부를 먼저 터파기하여 골조를 형성한다.

도 58은 터파기 팀별 초기 작업진행 방향을 나타낸 것이다.

도 59는 터파기팀별 작업구간을 3분할 체계로 나타낸 것이다.

도 60은 터파기팀별 작업구간을 존별로 구분한 것이다.

도 61은 step 1에서의 터파기팀별 작업구간이다. 각 모서리와 중앙부의 흙막이에서 터파기한다.

도 62는 step 2에서의 터파기팀별 작업구간이다. 중앙부로 이동하여 터파기한다. 토압을 지지하기 위한 부지 중앙을 세로로 연결하는 골조가 먼저 형성된다.

도 63은 step 3에서의 터파기팀별 작업구간이다. 잔여구간 2곳을 세로로 터파기하여 1개의 터파기를 step 1 ~ step 3의 3개의 step 기간 중 완료한다.

본 발명의 특징에 따라 3분할 체계로 분할된 작업구간을 3개의 step으로 완성한다.

도 64 내지 도 76은 본 발명의 특징에 따른 실시예의 철골설치 공구분할과 존별 철골수량 및 작업기간 산출에 따른 철골설치 순서이다.

도 64는 통상적인 지하 특정층 바닥의 철골보의 구조도면의 예시이다. 지하말뚝간의 모듈상에 큰보(거더, girder)가 8.5m길이로 설치되고, 중간에 작은보(빔, beam) 1개가 설치되어 4.25의 폭을 가진다. 이는 데크 플레이트 길이가 통상적으로 최대 4.5m인 규격을 맞추기 위함이다. 실제 아파트 탑상형(타워형) 6개동 고층부 코어부분에는 보이드(빈 공간)이고 가설 철골보들이 설치된다. 또한 각 동별로 토사 반출구, 자재인양구로 인한 오픈구(모듈)이 있다(미표시).

도 65는 지하말뚝간의 철골보 설치의 상세도이다. 흙막이 코어부에 있는 기둥을 보면, 흙막이로 부터 큰보가 각각 세로(1), 가로(2)로 설치되고 중앙에 작은보(3)가 설치된다.

도 66은 모듈별 철골부재수이다. 각 모듈(지하말뚝간)에는 3개의 철골보가 설치되며, 하단과 오른쪽 마지막 줄에는 흙막이가 있어 2개로 줄어든다.

도 67은 동별, 터파기 존별 철골수량이다.

도 68의 상단의 철골 수량표에서, 터파기 3분할 체계에 따른 존별 수량은 42개이다.

하단의 1일 철골설치 수량 (생산성)은 통상의 일반적으로 철골설치 1개팀이 하루에 설치하는 철골 부재 수량을 나타낸 것이다. 철골설치 1개팀은 철골설치 4명 (설치 2명, 하부 자재준비 및 양중 2명), 설치장비인 포크레인 1대로 구성된다.

통상적으로 철골은 철골 1개팀이 하루에 15 내지 20개를 설치하고 있다.

한편, 지상 1층 바닥은 장비 등 무거운 하중을 지탱해야 하므로 철골 부재가 크다. 따라서 하루에 11개 설치로 축소하였다.

도 69의 상단의 존별 철골설치 기간은 2.8일이다. 하단의 설치 차수별 설치일수은 5.6일이다.

도 70의 상단의 차수별 설치일수는 5.6일이다. 이외에 철골 자재를 지하로 내리는 작업 (자재 양중)과 흙막이의 CIP 철골에 받침보(철골보를 지지하기 위한 브라켓) 설치 등을 포함하면 약 7일(1주, step 1개)가 소요된다.

하단의 철골수량표는 1차 설치시 설치하는 철골수량이다. step 1개(7일, 1주)중 84개를 설치한다.

도 71은 철골설치 조닝도이다. step 1개당 84개를 설치한다. 따라서 철골설치1팀은 step 1 ~ step 3 기간 중 101동과 103동의 절반인 노란색 구간을 설치한다.

도 72는 철골설치팀의 작업구간을 나타낸 것이다. 각 팀은 철골 1개층을 step 1 ~ step 3 기간 중 설치한다. 따라서 한 개층 철골설치에 3주가 소요된다.

도 73은 철골설치 순서이다. 철골은 터파기 순서대로 뒤따라 간다.

도 74의 step 1에서 철골설치 4개팀이 좌우를 설치한다.

도 75의 step 2에서 철골설치 4개팀은 중앙부 설치한다.

도 76의 step 3에서 철골설치 4개팀은 잔여부를 설치하여 1개층을 완료한다.

도 77 내지 도 80은 본 발명에 특징에 따른 터파기 분할체계, 철골 및 골조공사 분할체계와 공통분모 분석 결과이다.

도 77은 터파기 3분할 체계를 나타낸 것이다. 터파기 1개팀은 3개존을 터파기한다.

도 78은 철골설치팀의 3분할 체계를 나타낸 것이며, 각 팀은 3개의 존을 시공한다.

도 79는 용접, 데크, 철근, 콘크리트팀의 공구분할도를 나타낸 것이다.

도 80은 본 발명의 특징에 따른 각 작업간의 공통분모를 분석하는 것이다.

본 발명에서는 step 체계를 고안하여, 각 step 동안 할 수 있는 작업의 량을 분석 산출하였다. step의 기간은 동일하며, 예를들어 7일(1주일)일 수 있다. 또는 8일, 9일, 6일 일 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 7일이 step의 기간으로 산정되었다.

도 80에서 터파기(1팀) 작업은 1 step동안 1-1존 규모의 터파기를 할 수 있다. 3개의 존을 터파기 하려면, 3개의 step이 필요하다. 따라서 본 발명의 특징에 따른 3분할 체계에 있어서, 1step, 2step, 3step 동안 터파기(1팀) 할 수 있는 부분은 1-1존부터 1-3존까지 터파기 3개 존이다. 터파기 3팀은 3-1부터 3-3존까지 3ㄱ의 step동안 터파기 한다.

철골설치(1팀) 작업은 1개의 step동안 1-1존과 1-2존 규모의 철골을 설치할 수 있다. 터파기 1팀과 터파기 2팀의 구간을 설치하는데 3개의 step이 필요하다.

용접, 데크, 철근/콘크리트 작업은 철골을 뒤따라가면서 시행하는데, 철골이 설치된 철골존을 시공하는데 0.5 step이 필요하다. 따라서 터파기 1팀과 터파기 2팀의 면적을 시공하는데 1.5개의 step이 필요하다.

오른쪽 마지막 두번째 칼럼의 1개팀 필요팀수(공통분모)를 보면, 터파기 2팀이 작업하는 면적을 기준으로, 철골은 1개팀이 필요하고, 이후 작업은 0.5개팀 필요하다.

따라서 이들의 작업생산성은 1 : 2 : 4의 비율을 갖는다는 사실을 분석하였다. 철골설치 면적은 터파기 면적에 비해 2배 속도로 진행된다. 용접, 데크, 철근/콘크리트는 철골설치 면적에 비해 2배 속도로 진행되고, 터파기에 비해서는 4배 속도로 진행된다.

본 발명의 특징에 따른 공통분모를 찾는 방법으로서, 동일한 step 기간 동안 각 공종별로 시공할 수 있는 부분 분석을 통해, 1 : 2 : 4 비율이 존재함을 발견하였고, 3분할 체계에 따른 공구분할을 기준으로 각각의 분할면적을 시공하는데 필요한 각 공종별 소요 step 소요량을 분석 산출하였다.

가장 핵심 작업인 터파기와 철골설치간에는 2배수의 법칙이 존재한다. 따라서 터파기 2개팀이 2개존을 동시에 내주면, 철골설치 1개팀은 다음 step에서 터파기된 면적의 철골을 주어진 기간내에 설치할 수 있게 된다.

도 81 내지 도 96은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 터파기 및 철골, 골조공사의 공사방법의 3차원 예시이다.

도 81은 아파트 6개동의 배치도이다.

도 82는 아파트 지상의 모양을 나타낸 것이다.

도 83은 아파트 1개동을 4분할 것이다.

도 84는 터파기팀의 공구분할도이다. 터파기 8개팀을 투입하려면 2개의 터파기 전문회사를 선정하는 것이 바람직하다.

도 85는 터파기 진행방향이다. 터파기를 가로로 진행하는 예시이다.

도 86은 터파기 존 분할도와 존의 명칭이다.

도 87은 철골설치 공구분할도이다. 철골설치 1팀은 4명으로 구성되므로, 4개팀은 16명 이상이다. 일반적으로 철골회사는 4개팀은 투입할 수 있는 수준이므로 철골은 1개 회사를 선정한다.

또는 철골설치외에 철골 공장생산의 능력을 검토하여 2개의 철골회사를 선정할 수 있다.

도 88은 철골설치 진행방향이다.

도 89는 용접, 데크, 철근, 콘크리트팀의 공구분할도이다.

도 90은 step 1이며 터파기 8개팀이 부지의 좌우에서 터파기를 한다.

도 91은 step 2에서 터파기를 나타낸 것이며, 8개팀이 부지의 끝에서 중앙쪽으로 터파기를 한다.

도 92는 step 2에서 철골설치를 나타낸 것이며, step 1에서 터파기된 부분에서 철골설치 4개팀이 각각 철골을 설치한다.

도 93은 step 3에서 터파기를 나타낸 것이며, 8개팀이 부지의 중앙에서 마지막 터파기를 한다.

도 94는 step 3에서 철골설치를 나타낸 것이며, step 2에서 터파기된 부분에서 철골설치 4개팀이 각각 철골을 설치한다.

도 95는 step 3에서 용접, 데크 플레이트 설치를 나타낸 것이며, step 2에서 철골이 설치된 부분에서 용접과 데크 플레이트를 설치한다.

도 96은 step 3에서 진행되는 터파기, 철골, 데크 플레이트 작업을 모두 나태낸 것이다.

이와 같은 동일한 공사방법과 순서, 장비, 자재, 작업자를 이용하여 계속해서 동일하게 반복하면서 아래로 공사를 역타공사를 진행한다.

이렇게 하면, 터파기나 철골 작업자들은 계속해서 작업을 균일하게 연속적으로 작업할 수 있다. 따라서 다른 현장으로 가서 일시적으로 작업하거나 일정기간 대기할 필요가 없다. 꾸준히 반복적으로 동일한 위치에서 작업하므로, 마치 공장에서 부품을 조립하는 것처럼 생산성이 향상(학습효과)되고 안전위험이 현저히 감소하게 된다.

도 97 내지 도 117는 본 발명에 특징에 따른 step 체계를 고안 적용한 지하공사 순서도이다.

도 97은 본 발명의 특징에 따라 토지 이용률을 분석하는 범위이다. 101동과 103동의 절반이며, 터파기 1팀과 터파기 3팀의 작업구간에 해당한다.

도 98은 터파기 시작부터 완료까지의 전체 토지 이용률 step 분석표이다.

도 99 내지 도 102는 도 98의 상세도이다.

도 99에서 step 1 (1일~7일, 1주일)에서 터파기 1팀은 101동 1-1존을 터파기한다. 터파기 2팀은 0.5 step 늦게 출발한다.

step 2에서 터파기 1팀은 101동 1-2존을 터파기한다. 터파기 2팀은 2-1존과 2-2존을 터파기한다.

step 3과 step 4 초반에 지하1층 터파기가 완료된다.

철골설치팀은 step 2에서 터파기된 1-1존과 2-1존의 철골을 설치한다.

용접, 데크, 철근, 콘크리트는 0.5 step 동안 각 존을 시공한다.

터파기 또는 철골의 공백(대기) 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 터파기 2팀의 착수를 반 step 늦게 출발하는 방법을 고안하였다. 이에 따라 공백없이 연속적인 작업이 가능해지며, 토지 이용률이 높아지게 된다.

본 발명의 특징에 따라 고안된 토지 이용율표를 이용하면 공백문제를 쉽게 찾아낼 수 있고, 문제를 신속하고 용이하게 해결하여 토지이용률 높여 공사 생산성과 공사기간을 단축하는 현저한 효과를 갖는다.

토지 이용율표는 공사계획의 수립, 공사진행시, 실적을 기록 입력하여, 공사대기, 팀의 한 step에 몰리는 문제 등을 찾아내고 해결하는데 사용되는 프로젝트 관리 도구이다.

2차 터파기에서 101동 터파기 1팀은 step 4 ~ step 6에서 3개의 step동안 3분할의 존을 터파기한다. 지하 1층 층고가 높아 2차 터파기 이후에 철골설치는 없다.

도 100의 3차 터파기에서 터파기 1팀은 step 7 ~ step 9에서 3개의 step동안 터파기를 하며, 터파기 2팀은 반 step 늦게 진행한다.

도 102의 7차 터파기와 8차의 동기초(매트)터파기 후 동기초 콘크리트를 타설한다. 시작부터 매트타설까지 지하 역타공사는 총 28 step 이고 step당 7일(1주일)을 배정시, 28주, 200일, 약 7개월 소요된다. 여기에는 비작업일(일요일, 공휴일, 날씨, 명절, 휴가 기간 등)은 미포함이다.

도 103 내지 107은 터파기만을 나타낸 것이며, 도 103은 전체 터파기이고, 도 104 ~ 107은 상세도이다.

도 108 내지 112는 철골설치만을 나타낸 것이며, 도 108은 전체 철골설치이고, 도 109 ~ 112는 상세도이다.

도 113 내지 117은 용접, 데크, 철근, 콘크리트만을 나타낸 것이며, 도 113은 전체이고, 도 114 ~ 117은 상세도이다.

도 114에서 101동 1-1존은 데크가 step 3에서 완료된 후, 0.5 step 대기 후 step 4에서 2-1존과 같이 콘크리트를 같이 타설한다. 물론, 먼저 타설할 수 도 있으나, 콘크리트를 존별로 작은 면적을 타설하는 것은 생산성이 낮아지고 공사비가 증가하게 때문에 2개존을 합한 면적을 함께 타설하는 것이 타당하다.

도 118 내지 도 134는 본 발명에 특징에 따른 step과 토지 이용률 체계를 결합한 지하공사 순서도이다.

도 118은 본 발명의 특징에 따라 토지 이용률을 분석하는 범위이다. 101동과 102동, 103동의 절반, 104동의 절반이며, 터파기 1팀부터 터파기 4팀의 작업구간에 해당한다.

도 119는 지하 역타공사의 전체 과정을 시계열상에서 횡선식으로 나타낸 토지 이용율표이다.

도 120 내지 도 122는 도 119의 확대도이다.

도 120에서 터파기 4개팀과 철골 2개팀이 연속적으로 반복적으로 작업을 진행한다.

터파기팀은 자신의 공사구간에서 3개의 step동안 한 개층씩 터파기한다.

도 123 내지 도 126은 터파기만을 나타낸 것이며, 도 123은 전체이고, 도 124 ~ 도 126은 상세도이다.

도 127 내지 도 130은 철골과 용접만을 나타낸 것이며, 도 127은 전체이고, 도 128 ~ 도 130은 상세도이다.

도 131 내지 도 134는 데크, 철근, 콘크리트만을 나타낸 것이며, 도 131은 전체이고, 도 132 ~ 도 134는 상세도이다.

본 발명의 특징에 따른 토지 이용율표를 통해, 토지이용률 집적하여 한장으로 표시할 수 있다. 공백(대기)이나 중첩이 발생하는지 신속하고 용이하게 분석할 수 있다. 터파기 회사, 철골 전문회사는 자신의 작업만을 구분하여 볼 수 있고, 이에 필요한 자재, 장비, 작업자의 생산, 투입을 계획하고 관리할 수 있다.

도 135 내지 도 141은 본 발명에 따른 지하 3층 공사 전산공정표(MS-Project S/W)이다.

전산공정표는 작업간의 선후관계 표시줄(연결줄, relationship line)을 통해 작업순서, 작업기간, 착수일, 완료일이 산출된다. 터파기 1팀 ~ 터파기 4팀의 작업구간의 전체 작업을 나타낸 것이다.

도 138은 터파기 1팀과 터파기 2팀의 작업구간을 전산공정표를 네트워크 다이어그램으로 나타낸 것이다.

도 139는 터파기 3팀과 터파기 4팀의 작업구간을 전산공정표를 네트워크 다이어그램으로 나타낸 것이다.

도 140 내지 도 141은 터파기 1팀의 전체층의 작업과정을 나타낸 것이다.

도 142는 본 발명에 따른 토지 이용률 산출결과이다.

본 발명에서는 작업생산성을 높이고 지하 공사기간을 단축하기 위하여 토지 이용률이라는 공사계획 방법을 고안하였다. 본 발명의 실시에 따라 산출된 토지이용률은 각 층 각존에서 100%를 나타낸다.

이는 터파기 등의 작업자의 관점이 아닌, 토지의 입장에서 계속해서 이어서 작업이 진행되는 것을 나타낸다. 같은 공간에서 안전상 터파기와 철골 설치를 동시에 할 수는 없으므로 토지 이용률은 최대 100%이다.

도 143 내지 도 146은 본 발명에 따른 3분할 체계와 토지이용률 적용한 전체공사 기간의 전산공정표이다.

도 143에서 본 발명의 대상(범위)인 지하 터파기는 첫번째 칼럼인 ID 7부터 ID 16까지 나타나 있다.

ID 11의 지하 3층 바닥 철골보를 설치하기 위한 5차 터파기 (지하 4층 터파기) 작업을 보면, 작업기간은 28일이다.

터파기 총 작업기간(calendar day) = 순수 터파기 작업기간(working day) + 비작업일 (일요일, 공휴일, 날씨 등)

28일 = 21일 (3개의 step, 4주) + 7일 (일요일 3개, 기타 4일)

터파기 1개팀이 한 개층을 터파기하는데 3개의 step이 소요됨을 분석하였다. 여기에 일요일에는 작업을 하지 않으므로 일요일 3일이 추가되고, 날씨 등 기타 비작업일 4일 추가되었다.

따라서 3 step의 터파기 기간과 1 step의 비작업일이 합산되어 실질적으로 한개층 역타골조 시공은 4 step이 소요되는 28일 (4개 step × 7일)이 소요된다.

건설현장의 연간 비작업일은 일반적으로 85일 내지 96일이다. 365일 중 약 3개월이 휴무이다. 매주 일요일 53주, 연간 공휴일 18일, 날씨, 여름 장마, 하계휴가 등 25일이다. 연간 실제 작업일은 269일이며, 가동률은 74%이다. 따라서 평균적으로 한달에 8일 휴무이다.

전산공정표의 비작업일을 포함한 지하역타 공사기간(ID 6)은 201일, 7개월(동기초 콘크리트 제외)이다.

나머지 지하 순타, 지상골조 및 마감은 종래와 같이 동일하게 적용하였다. 지하 역타 터파기 및 바닥 골조만을 단축(수정)하였다.

22년 5월 1일 착공하여 도 115에서 25년 8월 6일 공사준공(ID 76)되고, 전체 공사기간은 39.2개월이다.

도 7의 종래의 지하 역타 기간은 331일 (11개월)이고, 본 발명의 지하 역타 기간은 201일 (6.8개월)이다.

따라서 본 발명에 따르면, 4.2개월의 지하 역타 기간이 단축되는 효과를 가진다. 지하 역타공사는 주공정선 (크리티컬 패스, critical path)이므로 전체 공사기간을 결정하며, 그에 따라 전체 공사기간도 4.2개월 단축된다.

도 147 내지 도 148은 종래공법과 본 발명간의 지하 역타공사의 공사기간 차이 산출결과이다.

도 147에서 종래공법은 주차장 구간 공사에 층당 53일이 소요된다. 이는 통상적이고 일반적인 탑다운 현장의 실적 결과에 해당한다.

본 발명에 따르면 지하 주차장 구간은 층당 28일이 소요된다.

따라서 층당 25일이 단축된다.

시작과 마지막 단계를 포함하여 지하 역타 전체 공사기간은 130일 (4.3개월)이 단축된다.

도 148은 종래공법과 본 발명의 지하 역타 공정표간의 차이 (도 147)를 그래프로 비교한 것이다. Y축은 지하층수이고 X축은 날짜(공사기간)이다.

지상공사를 위한 지하 1층 코어착수에서 차이가 발생하며, 각 층의 작업기간이 단축되어 전체 130일이 단축된다.

도 149 내지 도 153은 종래공법과 본 발명간의 전체 공사기간의 차이 산출결과이다.

도 149는 종래공법의 탑다운 전체공정표이다. 붉은색의 지하 역타 공사기간이 나타나 있다. 전체공정표는 전산공정표의 각 층별 일자를 엑셀(excel)에 입력하여 자동 생성한 그래프이다.

도 150에 본 발명에 따른 지하 역타 공사기간과 전체공정이 나타나 있다.

도 151은 종래공법과 본 발명에 따른 전체 공정표를 상하로 배치하여 비교한 것이다.

도 152는 탑다운 공사의 특징인 동기초, 지하골조 완료(폐합), 골조완료, 준공시점 (마일스톤)을 화살표로 비교한 것이다. 각 마일스톤에서 4개의 눈금(가로 눈금은 1개월)이 차이가 나며 약 4개월의 차이가 있음을 나타낸다.

도 153은 탑다운 공사의 마일스톤의 완료시점을 비교한 것이다.

이상으로 지하 6층, 지상 49층 탑상형 아파트 6개동의 공사에 있어서, 3분할 체계, step, 토지이용률 고안하여 작업의 생산성을 높이고 지하 및 전체 공사기간을 단축하는 공사방법을 기술하였다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

본 발명에 따른 3분할 체계를 이용한 터파기 공사구간 분할 공사방법과 step 체계를 이용한 공사방법의 수립 토지이용률 이용한 공사기간 단축방법은 지하 굴토 공사 설계사에 의해 구조 설계되고 시공사에 의해 공사방법이 수립되면 현재 공사중인 현장 또는 향후 착수할 현장에 바로 적용이 가능하다.

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Claims (1)

1. 총 6개동으로 구성된 아파트 또는 주상복합 공사의 탑다운 공사 방법, 상기 방법은 다음을 포함한다:
   각 동의 부지를 동일한 수준의 6개 구역으로 분할하는 단계(S30).
   각 구역을 2개, 4개, 또는 6개의 존으로 작게 다시 분할하는 단계(S40).
   각 존별 작업량과 작업기간을 산출하는 단계(S50).
   전체 부지를 4분할, 6분할, 또는 8분할한 경우의 작업량과 작업기간을 산출하는 단계(S60, S70, S80).
   각 분할 방법에 따른 토지이용율을 산출하는 단계(S100, S120, S140).
   각 분할 방법의 효율성을 평가하여 가장 효율적인 분할 방법을 결정하는 단계(S150, S190).
   각 층의 공정표를 작성하고 작업팀 및 장비를 할당하는 단계(S90, S110, S130).
   각 분할 방법에 따라 지하 및 지상 층의 터파기, 철골설치 등의 공정을 진행하는 단계(S240-S540).
   공사 기간의 조정을 위해 추가 장비나 작업자를 투입하거나 작업 시간을 조정하는 단계(S330-S380).
   전체 공사를 완료하고 프로젝트를 종료하는 단계(S550)