WO2011102595A2 - 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체 및 이를 이용한 지중굴착 시공방법 - Google Patents

아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체 및 이를 이용한 지중굴착 시공방법 Download PDF

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WO2011102595A2
WO2011102595A2 PCT/KR2010/008812 KR2010008812W WO2011102595A2 WO 2011102595 A2 WO2011102595 A2 WO 2011102595A2 KR 2010008812 W KR2010008812 W KR 2010008812W WO 2011102595 A2 WO2011102595 A2 WO 2011102595A2
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soil
panel
sheet
plate
thumb pile
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박강호
김준
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Park Gang Ho
Kim Jun
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/02—Sheet piles or sheet pile bulkheads
    • E02D5/03—Prefabricated parts, e.g. composite sheet piles
    • E02D5/04—Prefabricated parts, e.g. composite sheet piles made of steel
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/02—Foundation pits
    • E02D17/04—Bordering surfacing or stiffening the sides of foundation pits
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    • E02D5/02—Sheet piles or sheet pile bulkheads

Definitions

  • the present invention relates to a reinforced self-supporting earth retaining structure using an arching effect and a ground excavation construction method using the same. will be.
  • Reinforced self-supporting earth retaining structure using the arching effect is installed in the back of the excavation space, so it does not interfere with the excavation work, so the excavation work is efficient. Especially, the back ground pressure is not applied to the earth plate inserted into the thumb pile by the arching effect. Therefore, it is not only possible to form a self-supporting soil structure, but also a new concept for continuous sheet walls because the self-weight of the self-supporting structure supports the back soil pressure.
  • the present invention does not interfere with the excavation work because the reinforced self-supporting earth retaining structure is installed behind the excavation space, so the excavation space is wide, and the excavation work is easy and efficient in the small space in the downtown where the high-rise buildings are concentrated.
  • the upper and lower fasteners firmly fix the joints of the seat panel to form a composite cross section, which not only increases rigidity, but also makes the fastening and dismantling easy because of the simple structure of the upper and lower fasteners. It is easy.
  • Typical methods for this are the strut method and the sheet-pile method.
  • the strut method is a method of excavating the ground in a top-down manner while reinforcing the insufficient horizontal support force of the thumb pile 10 against the excavation back ground pressure by the strut 20 (FIG. 1). Reference)
  • Excavation back earth pressure is a horizontal force and the thumb pile 10 is a vertical member.
  • the strut 20 serves as a horizontal member with respect to the thumb pile 10 which is a vertical member.
  • the strut 20 is perpendicular to the thumb pile 10.
  • the strut 20 is supported by two support points.
  • Both support points of the strut 20 are usually the thumb piles 10 installed at positions opposite to each other.
  • the struts 20 are installed toward the thumb piles 10 facing each other, the struts in the horizontal direction and the struts in the vertical direction cross each other on the same plane.
  • the struts in the horizontal and vertical directions are the obstacles to narrowing the work space for excavating and entering the equipment for excavation work.
  • the struts are temporary facilities, after the excavation space is provided, the struts must be removed sequentially with the installation of the permanent structure.
  • the construction of the permanent structure is constructed step by step starting from the bottom and upwards in a bottom-up manner.
  • strut removal is also performed step by step.
  • the basement floor is called B1
  • the struts installed on the B1 floor must be removed first to construct the B1 floor of the permanent structure.
  • the struts removed from the B1 layer must be pulled out, and the struts in the horizontal and vertical directions will interfere with the excavation work.
  • the strut method has a problem that the work space for the excavation work and the excavation work becomes narrow since the strut should be installed in the excavation space toward the thumb pile. Since the construction must be performed while removing the struts, there is a problem in that the work efficiency is lowered due to the remaining struts, which interferes with the construction of the sequential permanent structures.
  • invention 2008-45182 is an invention for solving the problem of the interlock 446 (448) of US 6,715,964 B2 shown in FIG.
  • Soil Failure Plane is the T max -line under which the main earth pressure is applied.
  • the action force 450 is a tensile force applied to the small fracture surface. Soil anchor 444 resists this.
  • Patent Publication No. 2008-45182 is in the configuration of the structure capable of withstanding extremely high tension without the connection portion 16 is separated, the structure is the core configuration is entirely in the shape and structure of the connection portion 16 have.
  • Patent Publication No. 2008-45182 or US Pat. No. 6,715,964 B2 has the same basic concept of the equilibrium relationship between earth pressure and force.
  • FIG. 4 The basic concept of the Earth Retaining System by the seat pile is shown in FIG. 4 is shown in US Pat. No. 6,715,964 B2, which is also incorporated herein by reference.
  • Reference numeral 200 is a unit cell structure of a typical sheet file.
  • the unit cell structure 200 is U-shaped.
  • the curved portion of the U-shaped sheet pile is 210, and the straight portion of the sheet pile is 220. Curved portion 210 is closed and straight portion 220 is open.
  • the unit cell structure 200 is installed vertically.
  • the unit cell structure 200 is a structure in which the unit cell structure 200 supports the back ground pressure P transmitted through the soil filled therein.
  • a structure such as a road is constructed on the unit cell structure 200.
  • P is the back earth pressure using the U-shaped unit cell structure 200 as the boundary condition.
  • the back earth pressure P is located on the back surface.
  • this back soil pressure is acting on the curved portion 210 of the sheet pile.
  • N is a vertical force acting on the straight portion 220 of the sheet pile.
  • FIG. 4 The basic concept of the prior art according to FIG. 4 can be summarized as the earth pressure P acting on the curved portion 210 of the unit cell structure 200 to be balanced with the frictional force F.
  • the present invention uses the arching effect generated by the frictional force between the granules and the seat panel to form a self-supporting ingot of reinforcement soil method, and reinforces a new concept to resist the earth pressure acting as the excavation space by the weight of the independence ingot Its purpose is to provide a self-supporting earthquake structure.
  • Reinforced self-supporting soil structure using the arching effect is located on the back of the excavation space, so it is not obstructed to excavation work, so that the excavation space can be used widely.
  • the present invention relates to a reinforced self-supporting soil structure using the arching effect, first, a general outline of the arching effect will be described, and then the arching effect will be described in terms of soil mechanics.
  • the sand piled up without opening of diameter d is supported by the bottom plate, and when the hole of diameter d is opened, the accumulated sand is discharged to some extent by the weight of sand W, and then the sand discharge stops while forming an arc of arc shape. do.
  • the arching effect is caused by the balance between the force of sand to be discharged by the sand weight W and the force of sand to be discharged by the friction force in contact with the four vertical planes of the cube.
  • the arching effect is a state in which sand is in balance with the frictional force generated due to the force close to the four vertical planes of the cube with respect to the force that sand tries to discharge into the hole of diameter d.
  • the arching effect occurs only when the magnitude of the friction force and the size of the diameter d are appropriate. If the diameter d becomes too large for the magnitude of the frictional force, the arching effect does not occur because sand continues to be discharged through the holes of the diameter d.
  • Opening the hole of diameter d causes the magnetic weight W of sand to act toward the hole of diameter d, and sand is discharged through the hole of diameter d by the applied force W. This does not mean that sand is continuously discharged. As shown in Fig. 5 (b), the sand does not discharge any more and forms a circular arc shape.
  • Inter shear stress is generated between the sand to be discharged through the hole of diameter d and the sand particles to suppress the sand to be discharged.
  • the force W acting on the mutual shear stress generated is supporting the arc in the shape of an arc.
  • the arc shape of the arc is rearranged by the shear stress generated between the sand to be discharged and the sand particles to suppress the sand to be discharged.
  • the arch form is characterized in that an arc is formed in an upward direction with respect to the action direction of the sand weight W as shown in FIG.
  • the sand weights W are supported by the arcuate arch shape in Fig. 5B.
  • the stability problem of the earth structure is a three-dimensional problem, but it is usually interpreted in two dimensions. This is because ordinary earth structures with longer widths (B) and lengths (L) than excavation heights (H) have almost two-dimensional boundary conditions.
  • FIG. 8 is a two-dimensional plan view of the width B and the length L of FIG.
  • the earth pressure p represents the earth pressure at the same excavation height (H), so the magnitude is the same.
  • B is the width between the seat panel and the seat panel
  • L is the length of the seat panel provided continuously.
  • Friction force F ⁇ P 0 .
  • ⁇ is the coefficient of friction and P O is the static earth pressure.
  • the direction of action of P O is perpendicular to the seat panel.
  • the frictional force F is generated by the back soil pressure p, and the shear stress ⁇ is distributed as shown in Fig. 22 or 9 due to the frictional force F.
  • the shear stress ⁇ becomes smaller toward the center O.
  • Shear stress ⁇ always acts on the plane other than the main stress plane (i.e., planes I-I and III-III) in addition to the normal stress ⁇ as shown in FIG.
  • the vertical stress ⁇ and the shear stress ⁇ on the aa plane inclined counterclockwise by ⁇ in the I-I plane are represented by the ⁇ - ⁇ relationship to become point a in Fig. 23 (c), and angle ⁇ is from 0 to 180 °.
  • the trajectory of a can be drawn from Mohr's stress source C with the point I representing the maximum stress ⁇ 1 centered on one point A on the ⁇ axis and the point III representing the minimum principal stress ⁇ 3 , respectively. have.
  • the arcuate arch shape of FIG. 5 (b) formed by rearrangement of sand particles is a state in which the shear stress ⁇ is zero, that is, only the main stress is received.
  • the ingot on the same arc acts as a beam supporting the earth pressure in an arc shape.
  • No. 2, No. 3, No. 4, ............ No. n is an arc-shaped arch with a certain interval.
  • the back soil pressure p is most supported, and the degree of support gradually decreases.
  • No. No n is subjected to back soil pressure.
  • the back ground pressure p 0 in the area A of n. Since the earth plate is located in the area A, the earth pressure plate does not have a back ground pressure p.
  • the earth pressure plate does not have a back soil pressure p in the area A of the earth plate, so the earth plate has no role as a structural material supporting the earth pressure, and is merely a protective material to protect the soil from flowing down.
  • the curved portion 210 of the unit cell structure 200 which is a conventional technology corresponding to the earth plate, is a structural material that must support the back ground pressure p unlike the present invention, the curved portion 210 of the earth plate and the unit cell structure 200 of the present invention. ) Has completely different structural and mechanical characteristics.
  • the back soil pressure p is arch arc no. 1, No. 2, No. 3, ............ No.
  • the back soil pressure p decreases gradually toward n, the back soil pressure p becomes 0 in the area A in front of the earth plate 30, so that the soil in the parallelly arranged sheet panels forms a lump, and the lump is a self-supporting structure with respect to the back soil pressure p. Function as.
  • the balance of force between the self-supporting structure and the back soil pressure p is similar to that of the reinforced soil.
  • the back ground pressure p is a concept that is supported by the self-weight W of the ingot of the self-supporting structure.
  • the concept of the self-supporting structure by the arching effect is a new concept completely different from that of the U-shaped unit cell structure 200 of FIG.
  • the present invention is installed vertically on the ground at a distance B to the thumb pile 10 formed integrally with the thumb pile insertion portion 14a in the longitudinal direction on one flange 12 of the thumb pile 10 is inserted into the earth plate 30 And inserting and connecting the sheet panel projection part 22a to the thumb pile insertion part 14a, and subsequently inserting the sheet panel projection part 22a into the sheet panel insertion part 22a 'and then inserting the sheet panel projection part 22a'.
  • L / B exceeds 3.0 at 0.5 ⁇ L / B ⁇ 3.0, the length becomes longer, resulting in uneconomical installation, and there is a risk of borderline disputes in urban areas, and the recovery of the seat panel 20 becomes difficult.
  • the construction becomes more economical as the size of L / B is reduced in the range of 0.5? L / B? 3.0.
  • the internal friction angle ⁇ of the soil is in the range of 14 to 22 °
  • the adhesion force C is in the range of 0.0 to 5.0 (ton / m 2).
  • the internal friction angle ⁇ of soil is in the range of 10 to 14 °
  • the adhesion force C is in the range of 0.0 to 5.0 (ton / m 2).
  • the sheet panel insertion part 22a ' is formed in one side of the sheet panel 20, and the sheet panel protrusion part 22a is formed in the other side.
  • the S-shaped bent portion 22b is formed on one side of the sheet panel 20, and the S-shaped inverted portion 22b 'is formed on the other.
  • the shape of the connection portion of the thumb pile 10 and the compression support plate 40 depends on the shape of the connection portion of the seat panel 20.
  • the shape of the connection portion of the thumb pile 10 is that the thumb pile insertion portion 14a is formed.
  • the shape of the connecting portion of the compression support plate 40 should be the compression support plate projection (46a).
  • the shape of the connection portion of the thumb pile 10 should be the shape of the thumb pile protrusion 14a 'and the connection portion of the compression support plate 40 should be the compression support plate insertion portion 46a'.
  • thumb pile protrusion 14a 'and the compression support plate insert 46a' vary depending on the form of the connection portion of the seat panel 20, the thumb pile protrusion 14a 'and the compression support plate insert 46a' are shown in the drawing. It will be omitted and replaced by the thumb pile insertion portion 14a and the compression support plate projection 46a at the same position instead.
  • connection portion 10 should be an S-shaped reverse bent portion 14b '
  • shape of the connection portion of the compression support plate 40 should be an S-shaped bent portion 46b.
  • connection portion of the thumb pile 10 should be an S-shaped bent portion 14b
  • shape of the connection portion of the compression support plate 40 should be an S-shaped reverse bent portion 46b '.
  • connection form of the thumb pile 10 and the compression support plate 40 changes according to the left and right connection forms of the seat panel 20.
  • connection form of the thumb pile 10 is a thumb pile insertion portion 14a or a thumb pile protrusion 14a 'or an S-shaped bent portion 14b or an S-shaped inverted portion 14b'.
  • connection form of the compression support plate 40 is a compression support plate projection 46a, or a compression support plate insertion portion 46a ', or an S-shaped bent portion 46b or an S-shaped reverse bent portion 46b'. Since the S-shaped bent portion 46b and the S-shaped reverse bent portion 46b 'are selected according to the left and right connection form of the seat panel 20, the illustration of the S-shaped reverse bent portion 46b' is omitted in the drawings and instead. The S-shaped bent portion 14b in the same position will be replaced.
  • the seat panel connection portion 22 is firmly fixed by the upper and lower fasteners 50a and 50b.
  • connection part of the seat panel 20 is firmly fixed by the upper and lower fasteners 50a and 50b, but the upper fastener 50a is attached to both sides of the seat panel 20 by the attachment pad 52a and the fastening plate 54a. It is fixed by the fastening bolt 56a penetrating the seat panel 20, the attachment pad 52a and the fastening plate 54a in the order of, and the lower fastener 50b is the first cutout 52b. And a second cutout 56b, an upwardly inclined surface 524b and a locking jaw 526b on the first cutout 52b, and a rotating plate 54b and a spring 59b on the second cutout 56b.
  • the spring 59b which is formed and is inserted into the spring insertion groove 548b, is connected to and fixed to the spring hanger 562b.
  • the rotating plate 54b formed on the second cutout 56b is rotated about the hinge shaft 58b provided at the pivot point 582b by the elastic force of the spring 59b, so that the top inclined surface 542b of the rotating plate 54b is rotated.
  • the locking jaw 526b of the first cutout 52b is caught.
  • the lower rotating groove 546b of the rotating plate 54b is formed so deep that the rotating plate 54b is smoothly rotated without being caught by the lower end of the seat panel 20.
  • the lower fixture 50b is installed at the connection portion of the two seat panels 20 and is configured to be fastened to each other by the first cutout 52b and the second cutout 56b.
  • the first cutout 52b is formed in one seat panel 20
  • the second cutout 56b is formed in the other seat panel 20, and is fixed and coupled to each other by the action of the rotating plate 54b. do.
  • the two seat panels 20 become one composite section to increase the cross-sectional secondary moment. With stiffness increases.
  • the earth pressure P of the formula (1) is the earth pressure acting on the collapse between the continuous sheet panels 20. If the weight of the lump is W, W is resisting P.
  • the back soil pressure p per unit area can be obtained by Rankine pressure equation (2).
  • the earth pressure p in the equation (2) has a functional relationship with the adhesive force (C) and the internal friction angle ( ⁇ ).
  • Ka Rankine dynamic pressure coefficient
  • Ka tan2 (45 ° - ⁇ / 2)
  • ⁇ the internal friction angle
  • r the unit weight of soil
  • H the depth of excavation
  • C the adhesion.
  • the frictional force F is as follows.
  • L is the length of the continuous sheet panel 20
  • Po is the static earth pressure
  • ⁇ is the coefficient of friction
  • C ' is the friction adhesion.
  • Equation (7) is a variable of the internal friction angle ⁇ and the adhesion force C.
  • L / B was limited to 0.5 ⁇ L / B ⁇ 3.0.
  • the L / B range satisfies the range of 0.5 ⁇ L / B ⁇ 3.0
  • the length of continuous sheet panels There is a construction limitation that cannot be installed to meet the above range.
  • the root depth (Hb) should be at least 1.0m to increase wall stability and maintain freezing depth.
  • the present invention uses the arching effect between the granules and the seat panel to form a self-supporting soil in the earth plate which does not apply the back soil pressure to the earth plate so that the ground soil pressure acting as the excavation space can be resisted by the self-weight of the self-supporting soil.
  • the concept is more efficient and economical than conventional sheet piles.
  • Reinforced self-supporting soil structure using the arching effect is located on the back of the excavation space, so the excavation work is not hindered and the excavation space can be used widely. Therefore, the excavation work in the small space in the downtown area with high-rise buildings is easy and efficient.
  • the upper and lower fasteners make the connection part of the seat panel a composite section, not only the rigidity is increased but also the structure of the upper and lower fasteners is simple, so it is easy to attach and dismantle the seat panel connection part and the sheet which is embedded after completion of construction It is a useful invention that the panel is easy to recover and its construction and recovery are efficient and economical.
  • 1 is a front view showing the underground excavation of the top-down method by the conventional strut method
  • Figure 2 is a state diagram showing the connection state of the sheet pile joint by the conventional sheet pile method
  • 3 is a plan view showing a connection state of the sheet pile joint by the conventional sheet pile method
  • FIGS. 4 is a basic conceptual view showing the relationship between the back soil pressure and the frictional force by the sheet pile method of FIGS.
  • FIG. 6 is a perspective view of the present invention showing a state in which the soil is filled inside the seat panel is connected to the thumb pile
  • FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the soil is removed in Figure 6
  • FIG. 8 is a unit plan view showing the state of action of the force balanced against the back earth pressure of FIG.
  • FIG. 9 is a state diagram showing the shear stress distribution shown in the unit plan view of FIG. 8 with respect to the back soil pressure, the arching effect and the back soil pressure not acting on the A region.
  • 10 is a perspective view showing the relationship between the ingot (W) formed by the arching effect and the back soil pressure
  • FIG. 11 A balance of forces showing the relationship of FIG. 10 in a two-dimensional plane
  • FIG. 13 is a perspective view showing the form of the connection portion of the thumb pile and the seat panel of the present invention
  • FIG. 14 is a state diagram showing a state in which the upper fixture is installed in the connection portion of the seat panel of the present invention
  • connection portion of the thumb pile and the seat panel of the present invention is another embodiment showing the form of the connection portion of the thumb pile and the seat panel of the present invention
  • 16 is a state diagram showing a state in which the upper fixture is installed in the connecting portion of FIG.
  • 17 is another embodiment showing the form of the connection portion of the thumb pile and the seat panel of the present invention.
  • 19, 20 is a state diagram showing the process and the installed state of the lower fixture of the present invention installed
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state in which the thumb pile 10 and the seat panel 20 of the present invention are installed deeper by the indentation portion Hb than the design ground to receive manual earth pressure.
  • the relationship between the intervals B) is 0.5? L / B? 1.5.
  • the relationship between the intervals B) is 1.5? L / B? 3.0.
  • the seat panel 20, the attachment pad 52a, and the fastening plate (with the mounting pad 52a and the fastening plate 54a positioned on both sides in the upper end of the connection portion of the seat panel 20)
  • the upper fastener 50a fastened and fixed by the fastening bolt 56a penetrating through 54a, and a rotary plate 54b formed at the second cutout 56b at the lower end thereof are provided by the elastic force of the spring 59b.
  • the upper inclined surface 542b of the rotating plate 54b is rotated about the hinge axis 58b so that the upper inclined surface 542b of the rotating plate 54b is caught by the locking jaw 526b of the first cutout 52b.
  • the lower fixture 50b should first install the seat panel 20 in which the first cutout 52b is formed, and then install the seat panel 20 in which the second cutout 56b is formed.
  • the hinge shaft 58b is inserted at the axial point 582b.
  • the rotating plate 54b As soon as the rotating plate 54b, which has been maintained in the vertical state, is in contact with the first cutout 52b, as shown in Fig. 16, the rotating plate 54b is formed by the springing force of the spring 59b fixed to the spring hook 562b. The upper inclined surface 542b of the rotating plate 54b is caught by the locking jaw 526b of the first cutout 52b while being rotated toward the first cutout 52b.
  • the lower rotary groove 546b of the rotary plate 54b is not hindered by the rotation by the second cutout 56b of the seat panel 20. It is formed to the depth that is not.
  • the spring 59b is fixed to the spring hook 562b while being inserted into the spring insertion groove 548b of the rotary plate 54b.
  • the seat panel 20 having the first cutout 52b is first placed upward.
  • the rotating plate 54b is vertically guided by the vertical sheet panel inserting portion 22a 'to be in a vertical state.
  • the vertical insertion groove 544b and the lower rotary groove 546b of the rotating plate 54b are again maintained while keeping the rotating plate 54b vertical. It is inserted into the second cutout 56b of 20).
  • the sheet panel 20 having the first cutout 52b is easily dismantled. .
  • the structure of the lower fixture 50b is simple and easy to bind and dismantle, the binding and dismantling work and the rigidity increase are efficient.

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Abstract

본 발명은 토립자와 시트패널사이의 아칭효과를 이용하여 보강토방식의 자립식 토괴를 형성하고, 굴착공간으로 작용되는 배면토압을 자립식 토괴의 자중(W)에 의하여 지지하도록 한 새로운 개념의 보강형 자립식 흙막이 구조체를 제공하고자함에 그 목적이 있고, 그 구성은 토류판(30)이 삽입되는 엄지말뚝(10)의 한쪽 플랜지(12)에 종방향으로 시트패널 연결ㆍ결합부가 일체로 형성된 엄지말뚝(10)을 간격 B로 지반에 수직되게 설치하고, 상기 시트패널 연결ㆍ결합부(14)에 시트패널 연결부(22)를 연결ㆍ결합하고 이에 연이어 시트패널(20)을 연결ㆍ결합하되 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 그리고 점착력 C=0.0~5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 관계가 되게 하여 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않도록 한 것이다.

Description

아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체 및 이를 이용한 지중굴착 시공방법
본 발명은 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체 및 이를 이용한 지중굴착 시공방법에 관한 것으로 이를 좀더 구체적으로 말하면 수직굴착으로 인한 배면토압을 아칭효과에 의하여 형성된 자립식 흙막이 구조체가 지지하도록 한 것에 관한 것이다.
아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체는 굴착공간의 배후에 설치되어있기 때문에 굴착작업에 방해가 되지 않아 굴착작업이 효율적이고, 특히 아칭효과에 의하여 엄지말뚝에 삽입된 토류판에는 배면토압이 작용되지 않으므로 자립식 흙막이 구조체의 형성이 가능할 뿐만 아니라 자립식 구조체의 자중이 배면토압을 지지하는 개념이므로 이는 연속 시트벽에 있어 새로운 개념이다.
본 발명은 보강형 자립식 흙막이 구조체가 굴착공간의 배후에 설치되기 때문에 굴착작업에 방해가 되지 않으므로 굴착공간이 넓게 되어 고층건물이 밀집된 도심지의 작은 공간에서의 굴착작업이 용이하고 효율적이다.
상ㆍ하부 고정구에 의하여 시트패널의 연결부를 견고하게 고정하여 합성단면이 되게 함으로써 강성이 증대될 뿐만 아니라 상ㆍ하부 고정구의 구조가 간단하여 결착 및 해체가 용이하고 시공이 완료된 후 시트패널의 회수가 용이하다.
지하구조물 공사를 위한 터파기 공사시 굴착배면 토사의 붕괴를 방지하기위한 기존의 가설 흙막이 공법은 굴착배면 토압에 대한 엄지말뚝의 부족한 지지력을 외부의 힘으로 보강하는 방법이다.
이에 대한 대표적인 공법으로는 스트러트(strut) 공법과 시트-파일 공법이 있다.
가) 스트러트(strut) 공법
스트러트(strut) 공법은 굴착배면 토압에 대한 엄지말뚝(10)의 부족한 수평지지력을 스트러트(20)에 의하여 보강하면서 탑-다운(Top-Down)식으로 지중을 굴착해나가는 공법이다.(도1 참조)
굴착배면 토압은 수평력이고 엄지말뚝(10)은 수직부재이다.
수평부재 없이 수직부재만으로 수평력을 지지하는 것은 구조 역학상 불가능하다. 수직부재인 엄지말뚝(10)에 대하여 수평부재로서 역할을 하는 것이 바로 스트러트(20)이다.
스트러트(20)는 엄지말뚝(10)과 서로 직교된다. 스트러트(20)는 2개의 지지점에 의하여 지지된다.
스트러트(20)의 양지지점은 통상 서로 대향된 위치에 설치된 엄지말뚝(10)이다.
이와 같이 스트러트(20)는 서로 대향된 엄지말뚝(10)을 향하여 설치되기 때문에 동일평면상에서 가로방향의 스트러트와 세로방향의 스트러트가 서로 교차되게 된다.
가로ㆍ세로방향의 스트러트는 굴착작업을 위한 장비 진입 및 배토를 밖으로 배출시키는 작업공간을 협소하게 하는 방해요인이다.
특히 도심지에서는 굴착공간의 주변을 둘러싸고 고층건물이 축조되어있기 때문에 구조적인 안전을 위해 스트러트를 좀더 촘촘하게 설치할 수밖에 없다.
한편 스트러트는 임시시설물이므로 굴착공간이 마련된 다음에는 영구구조물의 설치와 함께 순차적으로 스트러트를 제거해야한다. 영구구조물의 시공은 보텀-업(Bottom-Up)방식으로 바닥으로부터 시작하여 위를 향하여 단계적으로 시공된다.
이에 따라 스트러트 제거도 단계적으로 이루어진다.
예컨대 지하 맨 저층을 B1이라고 하면 영구구조물의 B1층을 시공하기위하여 B1층에 설치된 스트러트를 먼저 제거해야한다.
이때 B1층의 스트러트가 제거되긴 했어도 그 위층인 B2, B3, B4.....층의 스트러트는 설치된 그대로 토압을 지지하고 있다.
B1층으로부터 제거된 스트러트는 밖으로 빼내야하는데 가로ㆍ세로방향의 스트러트로 인해 굴착작업에 방해를 받게 된다.
또한 B1층의 시공을 위해 콘크리트 몰탈과 철근 등의 자재가 B2, B3, B4.....층의 스트러트를 거쳐 B1층까지 내려와야 한다. 상층부에 설치된 스트러트는 자재공급을 방해하게 되고, 이는 작업효율을 저하시키는 문제점이다.
B2, B3, B4.....층의 시공에서도 이러한 문제점은 그대로 남아있게 된다.
따라서 스트러트(strut) 공법은 엄지말뚝을 향하여 스트러트가 굴착 공간 내에 설치되어야하므로 굴착작업 및 배토작업을 위한 작업공간이 협소하게 되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 스트러트는 임시시설물이므로 영구구조물의 시공과 함께 순차적으로 스트러트를 제거하면서 시공해야하기 때문에 그 위에 남아있는 스트러트로 인하여 순차적인 영구구조물의 시공에 방해가 되어 작업효율이 저하되는 문제점이 있다.
나) 시트-파일 공법
종래기술인 공개특허 제 2008-45182호인 "시트-파일 벽 구성체의 구조체"에 대하여 살펴보기로 한다.
공개특허 제 2008-45182호의 도3은 도2에 도시된 US 6,715,964 B2의 인터록크(446)(448)의 문제점을 해결하기위한 발명이다.
도2에 도시된 바와 같이 소일 앵커(444)는 제1시트(440)의 제1 인터록크(446)와 제2시트(442)의 제2 인터록크(448)에 의하여 결합되어있다. 소일 파괴면(Soil Failure Plane)은 주동토압이 작용하는 최대인장력선(Tmax-line)이다.
작용력 450은 소일 파괴면에 작용되는 인장력이다. 소일 앵커(444)가 이를 저항하고 있다.
공개특허 제 2008-45182호는 US 6,715,964 B2의 문제점으로 시트-파일 벽 구획부를 앵커리지에 결합시키는 연결부가, 특히 에워싸는 영역으로부터 다시 유지되는 그라운드의 흙의 압력(토압)으로 인해 지극히 높은 장력 하에 있다는 점을 그 문제점으로 들고서 연결부, 즉 제1 인터록크(446)와 제2 인터록크(448)가 맞물리는 연결부가 이탈됨이 없이, 지극히 높은 장력을 견딜 수 있는 구성체를 개발하는데 그 목적이 있음을 그 명세서로부터 확인할 수 있다.
공개특허 제 2008-45182호의 목적은 연결부(16)가 이탈됨이 없이, 지극히 높은 장력을 견딜 수 있는 구성체의 구성에 있는 것인바 그 구성체는 전적으로 연결부(16)의 형상 및 구조에 그 핵심구성이 있다.
도3의 부호 12; 시트-파일 벽 구획부, 14; 제1 앵커리지, 16; 연결부, 18은 개방 셀, 22; 평판형 결합체, 24;지지 벽, 26; 용접부, 28; 이중-T 캐리어이다.
한편 공개특허 제 2008-45182호나 US 6,715,964 B2는 토압과 이에 대항하는 힘의 균형관계에 대한 기본개념은 모두 동일하다.
시트파일에 의한 어스 리테인닝 시스템(Earth Retaining System)의 기본개념은 도4에 도시되어있다. 도4는 US 6,715,964 B2에 도시되어있고, 본 발명에서도 이를 인용한 것이다.
도4에 의해 어스리테인닝 시스템(Earth Retaining System)의 기본개념을 살펴보면 다음과 같다.
부호200은 전형적인 시트파일의 단위 셀(cell)구조이다. 단위 셀 구조(200)는 U자형상이다. U자형상의 시트파일의 곡선부가 210이고, 시트파일의 직선부는 220이다. 곡선부(210)는 닫혀있고, 직선부(220)는 열려있다. 단위 셀 구조(200)는 수직으로 설치된다.
도4는 단위 셀 구조(200)의 평면도이다. 단위 셀 구조(200)는 그 내부에 채워진 흙을 통해 전달된 배면토압P를 단위 셀 구조(200)가 지지하고 있는 구조이다.
단위 셀 구조(200)상부에는 도로 등과 같은 구조물이 축조된다.
P는 U자형상의 단위 셀 구조(200)를 경계조건으로 한 배면토압이다.
도8을 참조하면 배면토압P는 배면에 위치되어있다. 도4에서는 바로 이 배면토압이 시트파일의 곡선부(210)에 작용되고 있는 것이다.
도4에서 힘의 균형은 배면토압P에 대하여 마찰력 F = μN이 이에 대응하는 개념이다.
그 작용방향이 서로 반대인 P와 F에 의하여 서로 균형을 이루고 있다.
N은 시트파일의 직선부(220)에 작용하는 수직력이다.
도4에 의한 종래기술의 기본개념은 단위 셀 구조(200)의 곡선부(210)에 작용하는 토압P를 마찰력 F와 균형을 이루도록 한 것이라고 요약할 수 있다.
본 발명은 토립자와 시트패널사이의 마찰력에 의하여 발생되는 아칭효과를 이용하여 보강토방식의 자립식 토괴를 형성하고, 굴착공간으로 작용되는 토압을 자립식 토괴의 자중에 의하여 저항하도록 한 새로운 개념의 보강형 자립식 흙막이 구조체를 제공하고자함에 그 목적이 있고,
아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체가 굴착공간의 배면에 위치됨으로써 굴착작업에 방해가 되지 않아 굴착공간을 넓게 사용할 수 있어 고층건물이 밀집된 도심지의 작은 공간에서의 굴착작업이 용이하고 효율적이 되게 함에 다른 목적이 있으며,
상ㆍ하부 고정구에 의해 시트패널의 연결부를 합성단면이 되게 하여 강성이 증대되도록 함과 동시에 상ㆍ하부 고정구의 간단한 구조에 의해 시트패널 연결부의 결착 및 해체가 용이하도록 하면서 시공이 완료된 후 매설된 시트패널의 회수가 용이하도록 함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체에 관한 것이므로 먼저 아칭효과의 일반적인 개요에 대하여 설명한 다음 토질역학적인 관점에서 아칭효과에 대하여 설명하기로 한다.
가) 아칭효과의 일반적 개요
아칭효과에 대한 일반적인 개요를 도5를 중심으로 설명하면 다음과 같다.
상부 덮개판이 열려있는 육면체 내에 모래가 쌓여있는 상태에서 하부바닥판에 형성된 직경 d의 구멍을 열게 되면 모래가 직경 d의 구멍을 통해 아래로 배출된다.[도5(a)참조]
그런데 직경 d의 구멍이 열려져있는데도 불구하고 모래는 계속 배출되지 않고 그 배출이 멈추게 된다. 모래의 배출이 멈춰진 상태에서 모래의 형태를 보면 원호상의 아치형태를 형성하고 있음을 알 수 있다.
직경 d의 구멍이 열리지 않은 상태에서 쌓인 모래는 하부바닥판에 의하여 지지되다가 직경 d의 구멍이 열리게 되면 쌓인 모래는 모래의 자중W에 의하여 어느 정도 배출된 다음 원호상의 아치형태를 이루면서 모래배출이 멈추게 된다.
이와 같이 모래자중W가 존재하더라도 더 이상 배출되지 않고 직경 d의 구멍위에 형성된 원호상의 아치형태에 의하여 지지되고 있는 현상을 소위 아칭효과(arching effect)라고 한다.
모래자중W에 의하여 직경 d의 구멍으로 모래가 배출되려는 힘과 육면체의 4개의 수직면에 접한 마찰력에 의하여 모래배출을 억제되게 힘과의 균형에 의하여 아칭효과가 발생된다.
아칭효과는 모래가 직경 d의 구멍으로 배출되려고 하는 힘에 대하여 모래가 육면체의 4개의 수직면에 밀접되어 발생된 마찰력과 서로 균형을 이루고 있는 상태라 할 수 있다.
따라서 마찰력의 크기와 직경 d의 크기가 적절한 상태에서만 아칭효과가 발생된다. 만약 마찰력의 크기에 비하여 직경 d가 너무 크게 되면 모래가 직경 d의 구멍을 통해 계속 배출되기 때문에 아칭효과는 발생되지 않는다.
직경 d의 구멍이 열림으로써 모래의 자중W가 직경 d의 구멍을 향하여 작용하게 되고, 작용된 힘W에 의하여 모래가 직경 d의 구멍을 통하여 배출되게 된다. 그렇다고 모래가 계속해서 배출되는 것은 아니다. 도5(b)와 같이 원호상의 아치형태를 이루면서 모래는 더 이상 배출되지 않고 정지하게 된다.
직경 d의 구멍으로 배출되려는 모래와 배출되려는 모래를 억제하려는 모래입자 간에는 상호전단응력이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 상호전단응력이 작용하는 힘W를 원호상의 아치형태로 지지하고 있는 것이다.
원호상의 아치형태는 배출되려는 모래와 배출되려는 모래를 억제하려는 모래입자 간에 발생된 전단응력에 의하여 모래입자가 재배열된 상태이다.
아치형태는 도5(b)에서와 같이 모래자중W의 작용방향에 대하여 상 방향으로 원호를 형성하고 있는 것이 특징이다.
도5(b)의 원호상 아치형태에 의하여 모래자중W가 지지되고 있다.
나) 토질 역학적인 관점에서의 아칭효과
도8을 중심으로 연속 시트벽에 의한 아칭효과를 토질 역학적 관점에서 설명하면 다음과 같다.
토류구조물의 안정문제는 3차원 문제이지만 통상적으로 2차원으로 해석한다. 굴착높이(H)에 비하여 폭(B)과 길이(L)가 긴 보통의 토류구조물은 거의 2차원적인 경계조건을 갖고 있다고 할 수 있기 때문이다.
3차원으로 해석해도 소위 아칭효과(arching effect) 때문에 2차원 상태에 비하여 주동토압이 현저히 감소되고 수동토압은 반대로 커져 오히려 2차원적 해석보다 안전측의 결과가 구해진다.
도8은 도6의 폭(B)과 길이(L)에 대한 2차원 평면도이다.
토압 p는 동일 굴착높이(H)에서의 토압을 나타내기 때문에 그 크기는 동일하다.
B는 시트패널과 시트패널사이의 폭이고, L은 연속설치된 시트패널의 길이이다.
마찰력 F = μPO이다. μ는 마찰계수이고, PO는 정지토압이다. PO의 작용방향은 시트패널에 수직방향이다.
배면토압p에 의하여 마찰력F가 발생되고 마찰력F로 인하여 전단응력(τ)이 도22 또는 도9와같이 분포된다. 전단응력(τ)은 중심부(O)로 갈수록 작아지게 된다.
도5(b)에 형성된 원호상 아치형태는 모래입자가 재배열된 상태이므로 이를 토질역학적 관점에서 살펴보기로 한다.
흙의 응력-변형문제를 2차원 문제로 취급할 경우 도23(a)와 같이 흙의 한 요소에 응력이 작용하게 되면 그 요소에는 법선응력(σ1, σ3)만 작용되고, 전단응력이 0인 2개의 직교하는 평면, 즉 Ⅰ-Ⅰ면과 Ⅲ-Ⅲ면이 존재한다. 직교하는 평면(Ⅰ-Ⅰ면과 Ⅲ-Ⅲ면)에 작용하는 법선응력(σ1, σ3)을 주응력이라 부른다. σ1을 최대주응력, σ3을 최소주응력이라 한다.
주응력면(즉, Ⅰ-Ⅰ면과 Ⅲ-Ⅲ면)이외의 면에는 도23(b)에서와 같이 수직응력 σ이외에 반드시 전단응력 τ가 작용한다.
Ⅰ-Ⅰ면에서 반시계방향으로 각 α만큼 기울어진 a-a면상의 수직응력 σ와 전단응력 τ를 τ-α관계로 표시하면 도23(c)의 a점이 되고, 각 α를 0에서부터 180°까지 회전하면 a의 궤적은 σ축상의 1점 A를 중심으로 하여 최대응력 σ1을 표시하는 점 Ⅰ와 최소주응력 σ3을 표시하는 점 Ⅲ을 각각 직경의 양단으로 하는 Mohr의 응력원 C를 그릴 수 있다.
Mohr의 응력원 C로부터 a점의 수직응력 σ와 전단응력 τ를 구한 결과 식은 다음과 같다.
σ = 1/2(σ1 + σ3) + 1/2(σ1 - σ3)cos2α --------①
τ = 1/2(σ1 - σ3)sin2α --------------------②
α = 90°에서 τ = 0, σ = σ1 이 된다.
이와 같이 토립자가 회전하게 되면 a점의 전단응력 τ는 0이 되고, 주응력만 받게 되는 상태가 된다.
모래입자의 재배열에 의하여 이루어진 도5(b)의 원호상 아치형태는 전단응력 τ가 0인 상태, 즉 주응력만 받는 상태이다.
이제 배면토압p의 작용에 의하여 나타난 원호상 아치형태에 대하여 도시된 도9를 중심으로 설명하기로 한다.
배면토압p가 작용하게 되면 시트패널과의 마찰력 F의 영향으로 주응력방향이 회전되면서 토입자가 재배열되게 된다.
도5(b)에서와 같이 모래입자의 재배열에 의하여 전단응력 τ = 0인 상태, 즉 주응력만 받는 상태에서 주응력방향이 서로 연속되는 선을 연결하게 되면 원호상 아치형태를 이루게 된다.
동일 원호상에 있는 토괴는 아치형상으로 토압을 지탱하는 보와 같은 역할을 하게 된다.
도5(b)에서 원호상 아치형태가 상부의 모래하중(W)을 지탱하고 있는 것도 아치형태의 이러한 역할에 기인한 것이다.
도9에서 No. 1, No. 2, No. 3, No. 4, ............No. n은 일정간격으로 나타낸 원호상 아치형태이다. No. 1에서 배면토압p를 가장 많이 지지하게 되고, 점차로 그 지지하는 정도가 작아진다. No. n에서 배면토압을 받지 않게 된다. No. n의 A영역에서 배면토압p = 0이다. A영역에는 토류판이 위치된 곳이므로 토류판에도 배면토압p가 미치지 않는다.
토류판의 A영역에는 배면토압p가 미치지 않으므로 토류판은 토압을 지지하는 구조재로서의 역할은 없고, 단순히 흙이 흘러내리는 것을 보호하는 보호재일 뿐이다.
이에 반하여 토류판에 대응되는 종래기술인 단위 셀 구조(200)의 곡선부(210)는 본 발명과는 달리 배면토압p를 지지해야하는 구조재이므로 본 발명의 토류판과 단위 셀 구조(200)의 곡선부(210)는 구조 역학적 성격이 전혀 다르다.
아칭효과로 인하여 배면토압p가 아치원호 No. 1, No. 2, No. 3, ............No. n으로 가면서 점점 배면토압p가 감소하다가 토류판(30)앞의 A영역에서는 배면토압p가 0이 되기 때문에 평행하게 배치된 시트패널내의 흙은 토괴를 형성하고, 토괴는 배면토압p에 대하여 자립구조체로서 기능하게 된다.
아칭효과에 의한 자립 구조체는 도10과 같다.
자립 구조체와 배면토압p와의 힘의 균형관계는 보강토와 흡사하다. 즉 배면토압p는 자립구조체의 토괴의 자중W에 의하여 지지되게 되는 개념이다.
아칭효과에 의한 자립 구조체의 개념은 도4의 U자형상의 단위 셀 구조(200)의 개념과는 전혀 다른 새로운 개념이다.
이제 아칭효과를 이용한 새로운 개념의 본 발명 보강형 자립식 흙막이 구조체의 구성은 다음과 같다.
본 발명은 토류판(30)이 삽입되는 엄지말뚝(10)의 한쪽 플랜지(12)에 종방향으로 엄지말뚝삽입부(14a)가 일체로 형성된 엄지말뚝(10)을 간격 B로 지반에 수직되게 설치하고, 상기 엄지말뚝삽입부(14a)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입ㆍ연결하고 연이어 시트패널 삽입부(22a′)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입해가면서 시트패널 삽입부(22a′)에 압축지지판돌출부(46a)를 삽입ㆍ결합하되 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 그리고 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 관계가 되게 하여 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않도록 함을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체 구성이다.
여기서 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위는 흙의 내부마찰각 Φ와, 점착력 C를 변수로 하여 랭킨 토압식으로 계산된 결과가 도24의 그래프에 의해 나타나있다.
0.5 ≤ L/B ≤ 3.0에서 L/B 이 3.0을 초과하게 되면 길이가 길게 되어 비경제적인 설치가 되고 도심지인 경우 경계선 분쟁의 우려가 있고, 시트패널(20)의 회수도 어려워진다.
L/B가 0.5에 미치지 못하게 되면 시트패널(20)과 같은 부재의 강성이 적어지기 때문에 부재력이 부족하게 되는 단점이 있게 된다.
도24에 의하면 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위에서 L/B의 크기를 줄일수록 시공이 경제적이다. 이를 위하여 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위를 0.5 ≤ L/B ≤ 1.5의 범위와 1.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위로 나누는 것이 바람직하다.
0.5 ≤ L/B ≤ 1.5의 범위인 경우에는 흙의 내부마찰각 Φ = 14~22°의 범위이고, 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위이다.
1.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위인 경우에는 흙의 내부마찰각 Φ = 10~14°의 범위이고, 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위이다.
한편 시트패널(20)의 한쪽에는 시트패널 삽입부(22a′)가, 다른 한쪽에는 시트패널돌출부(22a)가 형성되어있다. 다른 실시예로서 시트패널(20)의 한쪽에는 S자형 절곡부(22b)가, 다른 한쪽에는 S자형 역절곡부(22b′)가 형성되어있다.
시트패널(20)은 엄지말뚝(10)과 압축지지판(40)사이에 연결되므로 엄지말뚝(10)과 압축지지판(40)의 연결부의 형태는 시트패널(20)의 연결부형태에 따라 달라진다.
예컨대 시트패널돌출부(22a)와 엄지말뚝(10)이, 시트패널 삽입부(22a′)와 압축지지판(40)가 연결되는 경우 엄지말뚝(10)의 연결부형태는 엄지말뚝삽입부(14a)가 되어야하고, 압축지지판(40)의 연결부의 형태는 압축지지판돌출부(46a)가 되어야한다. 이와 반대가 되면 엄지말뚝(10)의 연결부형태는 엄지말뚝돌출부(14a′), 압축지지판(40)의 연결부의 형태는 압축지지판삽입부(46a′)가 되어야한다.
엄지말뚝돌출부(14a′) 및 압축지지판삽입부(46a′)는 시트패널(20)의 연결부형태에 따라 달라지므로 도면에 엄지말뚝돌출부(14a′) 및 압축지지판삽입부(46a′)의 도시는 생략하고 그 대신 이와 동일한 위치에 있는 엄지말뚝삽입부(14a) 및 압축지지판돌출부(46a)로 이를 대신하기로 한다.
또한 시트패널(20)의 S자형 절곡부(22b)와 엄지말뚝(10)이, 시트패널(20)의 S자형 역절곡부(22b′)이 압축지지판(40)와 연결되는 경우 엄지말뚝(10)의 연결부형태는 S자형 역절곡부(14b′)가 되어야하고, 압축지지판(40)의 연결부의 형태는 S자형 절곡부(46b)가 되어야한다.
이와 반대가 되면 엄지말뚝(10)의 연결부형태는 S자형 절곡부(14b), 압축지지판(40)의 연결부의 형태는 S자형 역절곡부(46b′)가 되어야한다.
S자형 역절곡부(14b′)는 시트패널(20)의 연결부형태에 따라 달라지므로 도면에 S자형 역절곡부(14b′)의 도시는 생략하고 그 대신 이와 동일한 위치에 있는 S자형 절곡부(14b)로 이를 대신하기로 한다.
이와 같이 시트패널(20)의 좌우연결형태에 따라 엄지말뚝(10)과 압축지지판(40)의 연결형태가 변하기 때문에 여기서는 설명의 편의상 시트패널돌출부(22a)와 시트패널 삽입부(22a′)를 연결형태의 대표로 삼아 설명하는 것으로 하겠다.
엄지말뚝(10)의 연결형태는 엄지말뚝삽입부(14a) 또는 엄지말뚝돌출부(14a′)이거나 S자형 절곡부(14b) 또는 S자형 역절곡부(14b′)형태이다.
압축지지판(40)의 연결형태는 압축지지판돌출부(46a), 또는 압축지지판삽입부(46a′)이거나 S자형 절곡부(46b) 또는 S자형 역절곡부(46b′)형태이다. S자형 절곡부(46b)와 S자형 역절곡부(46b′)는 시트패널(20)의 좌우연결형태에 따라 선택되는 것이므로 도면에 S자형 역절곡부(46b′)의 도시는 생략하고 그 대신 이와 동일한 위치에 있는 S자형 절곡부(14b)로 이를 대신하기로 한다.
시트패널(20)의 단면 2차 모멘트(I)와 강성을 증대시키기 위하여 시트패널 연결부(22)는 상ㆍ하부 고정구(50a)(50b)에 의하여 견고하게 고정된 구성이다.
시트패널(20)의 연결부를 상ㆍ하부 고정구(50a)(50b)에 의하여 견고하게 고정하되 상부 고정구(50a)는 시트패널(20)의 연결부양측에 부착패드(52a)와 체결판(54a)의 순으로 위치시킨 상태에서 시트패널(20)과 부착패드(52a)와 체결판(54a)을 관통한 체결볼트(56a)에 의하여 고정되고, 하부 고정구(50b)는 제1 절개부(52b)와 제2 절개부(56b)로 형성되어있으며 제1 절개부(52b)에는 상향경사면(524b)과 걸림턱(526b)이, 그리고 제2 절개부(56b)에는 회전판(54b)과 스프링(59b)이 형성되어있으면서 힌지축(58b)을 중심으로 회전되는 회전판(54b)의 상단에는 상단경사면(542b)이, 그 하단에는 하단 회전홈(546b)이, 그 수직면에는 수직 삽입홈(544b)이 형성되어있고 스프링 삽입홈(548b)에 삽입되어있는 스프링(59b)은 스프링 걸이구(562b)에 연결ㆍ고정되어있는 구성이다.
제2 절개부(56b)에 형성된 회전판(54b)은 스프링(59b)의 탄발력에 의하여 축점(582b)에 설치된 힌지축(58b)을 중심으로 회전되어 회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 제1 절개부(52b)의 걸림턱(526b)에 걸리게 된다.
회전판(54b)의 하단 회전홈(546b)은 회전판(54b)이 시트패널(20)의 하단부에 걸리지 않고 원활하게 회전될 정도로 깊게 형성되어있다.
하부 고정구(50b)는 2개의 시트패널(20)의 연결부에 설치되면서 제1 절개부(52b)와 제2 절개부(56b)에 의하여 서로 체결되는 구성으로 이루어졌다. 하나의 시트패널(20)에는 제1 절개부(52b)가, 다른 하나의 시트패널(20)에는 제2 절개부(56b)가 형성되어있고 회전판(54b)의 작용에 의하여 서로 고정ㆍ결합되게 된다.
이와 같이 상ㆍ하부 고정구(50a)(50b)에 의하여 시트패널(20) 연결부의 상ㆍ하부를 견고하게 고정하게 되면 2개의 시트패널(20)이 하나의 합성단면이 되어 단면 2차 모멘트의 증대와 함께 강성이 증대되게 된다.
다음으로 아칭효과를 일으키는 2개의 시트패널(20)간의 간격 B와 연속된 시트패널(20)의 길이 L과의 관계에 대하여 설명하면 다음과 같다.
시트 패널(20)사이의 간격 B에 작용하는 단위면적당 배면토압을 p라 하면 그 토압의 합력 P는 P = p * B가 된다.
P = p * B ---------------(1)
즉 (1)식의 토압 P는 연속된 시트 패널(20)사이의 토괴에 작용하는 토압이다. 토괴의 자중을 W라 하면 W가 P를 저항하고 있는 관계이다.
단위면적당 배면토압 p은 랭킨토압 식 (2)에 의하여 구할 수 있다.
Figure PCTKR2010008812-appb-I000001
또는
Figure PCTKR2010008812-appb-I000002
(2)식의 토압p는 점착력(C)과 내부마찰각(Φ)과 함수관계를 이루고 있다.
여기서 Ka는 랭킨주동토압계수 Ka = tan²(45°-Φ/2), Φ는 내부마찰각, r은 흙의 단위 중량, H는 굴착깊이, C는 점착력이다.
연속된 시트 패널(20)과 이에 접면된 토괴와의 마찰력을 F라 하면, 마찰력 F는 다음과 같다.
F = 2*L(Po*μ+C') = 2* L (r*H*Ko*μ +C') ------- (3)이다.
L은 연속된 시트 패널(20)의 길이, Po는 정지토압, μ는 마찰계수, C'는 마찰점착력이다.
토류벽에 작용하는 토압을 Pt라 하면 배면토압 P와 마찰력 F의 관계는 다음과 같다.
Pt = P - F------------(4)
식(4)에서 아칭효과에 도24의 A영역에는 토압이 작용하지 않기 때문에 의하여 Pt = 0이 된다. 즉 P - F = 0--------(5)
가 된다. 식(5)에서 F가 P보다 같거나 더 크게(F ≥ P) 되면 아칭효과에 의하여 폭B와 연속된 시트 패널(20)의 길이 L내의 토괴는 자중 W를 유지하면서 자립하게 된다.
즉 F ≥ P--------(6)
식(6)에 식(3)과 (2′)를 대입하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2010008812-appb-I000003
Figure PCTKR2010008812-appb-I000004
_______(7)
(7)식은 내부마찰각Φ와 점착력C의 변수임을 알 수 있다.
다음으로 굴착 깊이 H = 10m일 때 내부마찰각Φ와 점착력C의 변화에 따른 L/B에 대한 하한치를 (7)식에 의하여 구해보기로 한다.
[조건]
굴착 깊이 H = 10m, 토괴의 단위중량; r = 1.7(t/㎥), 마찰계수; μ = [tan(⅔Φ)],
랭킨주동토압계수; Ka = tan²(45°-Φ/2), 랭킨주동토압계수; Kp = tan²(45° + Φ/2)Ka,
점착력; C(ton/㎡), 마찰점착력; C' = [ ⅔C ] (ton/㎡),
정지토압계수; Ko
위의 조건과, 그리고 변수인 내부마찰각 Φ= 10 ~ 34°의 범위와 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위 내에서 식(7)에 의한 L/B의 계산결과를 그래프로 나타내면 도24와 같다.
도24에 의하여 아래와 같은 결과를 얻을 수 있다.
① 점착력 C= 0과 C= 5.0(ton/㎡)을 경계선으로 하여 최대치 및 최소치를 나타내고 있다.
② 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 L/B가 3을 넘게 되면 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않음을 알 수 있다.
③ 그러나 L/B가 3을 넘게 되면 연속된 시트패널의 길이가 길어져야하기 때문에 비경제적이고, 또한 L/B가 0.5보다 작게 되면 시트패널의 강성이 작아져 부재력이 부족하게 되는 문제점이 있으므로 본 발명에서는 L/B의 범위를 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0 로 한정하였다.
④ 즉 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위이고, 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0일 때 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않음을 알 수 있다.
⑤ 흙의 내부마찰각 Φ = 14~22°의 범위이고, 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 1.5일 때 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않음을 알 수 있다.
⑥ 흙의 내부마찰각 Φ = 10~14°의 범위이고, 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 1.5 ≤ L/B ≤ 3.0일 때 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않음을 알 수 있다.
한편 L/B의 범위가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 범위를 만족한다하더라도 도심지의 경우에는 인접대지 경계선과의 여유 공간이 부족하거나 인접하여 축조물이 존재하는 것이 보통이어서 연속된 시트패널의 길이를 상기의 범위에 맞도록 설치할 수 없는 시공상의 제한을 받게 된다. 이러한 시공상의 제한을 해결하기위한 방안으로 연속된 시트패널의 부족한 길이를 보충하기위하여 도21에서와 같이 근입깊이(Hb)에 의하여 수동토압으로 보충하는 것이 바람직하다. 근입깊이(Hb)는 벽체의 안정성 증대와 동결깊이를 유지하기위하여 최소 1.0m는 되어야한다.
본 발명은 토립자와 시트패널사이의 아칭효과를 이용하여 토류판에 배면토압이 작용되지 않는 보강토방식의 자립식 토괴를 형성함으로써 굴착공간으로 작용되는 배면토압을 자립식 토괴의 자중에 의하여 저항하도록 한 새로운 개념이므로 종래의 시트파일에 비하여 시공이 효율적이고 경제적이다.
아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체가 굴착공간의 배면에 위치되므로 굴착작업에 방해가 되지 않아 굴착공간을 넓게 사용할 수 있어 고층건물이 밀집된 도심지의 작은 공간에서의 굴착작업이 용이하고 효율적이다.
상ㆍ하부 고정구에 의하여 시트패널의 연결부가 합성단면이 되게 한 구성이므로 강성이 증대될 뿐 아니라 상ㆍ하부 고정구의 구조가 간단하므로 시트패널 연결부의 결착 및 해체가 용이하고 시공이 완료된 후 매설된 시트패널의 회수가 용이하여 시공 및 회수가 효율적이고 경제적인 유용한 발명이다.
[도 1] 종래의 스트러트 공법에 의한 탑-다운 방식의 지중굴착을 보인 정면도
[도 2] 종래의 시트파일방식에 의한 시트파일 접합부의 연결 상태를 보인 상태도
[도 3] 종래의 시트파일방식에 의한 시트파일 접합부의 연결 상태를 보인 평면도
[도 4] 도2 및 도3의 시트파일방식에 의한 배면토압과 마찰력과의 관계를 나타낸 기본개념도
[도 5] 모래가 가득히 채워진 육면체의 하부판에 뚫어놓은 작은 구멍을 통해서 일정량 빠져나온 후 아칭효과에 의하여 정지된 아치상태를 보인 상태도
[도 6] 엄지말뚝에 연이어 시트패널이 연결되어있는 내부에 흙이 채워진 상태를 보인 본 발명의 사시도
[도 7] 도6에서 흙이 제거된 상태을 보인 사시도
[도 8] 도6의 배면토압에 대하여 이에 균형을 이루고 있는 힘의 작용상태를 보인 단위평면도
[도 9] 배면토압에 대하여 도8의 단위평면도에 나타난 전단응력분포와 이로 인한 아칭효과 및 A영역에 배면토압이 작용되지 않는 상태를 보인 상태도
[도 10] 아칭효과에 의하여 형성된 토괴(W)와 배면토압과의 관계를 나타낸 사시도
[도 11] 도 10의 관계를 2차원적 평면에 나타낸 힘의 균형도
[도 12] 토괴가 형성되지 못하는 경우의 전단응력분포를 보인 단면도
[도 13] 본 발명의 엄지말뚝과 시트패널의 연결부의 형태를 보인 사시도
[도 14] 본 발명의 시트패널의 연결부에 상부 고정구를 설치한 상태를 보인 상태도
[도 15] 본 발명의 엄지말뚝과 시트패널의 연결부의 형태를 보인 다른 실시예
[도 16] 도 15의 연결부에 상부 고정구를 설치한 상태를 보인 상태도
[도 17] 본 발명의 엄지말뚝과 시트패널의 연결부의 형태를 보인 또 다른 실시예
[도 18] 본 발명의 시트패널의 연결부에 설치된 하부 고정구의 분해사시도
[도 19, 도 20] 본 발명의 하부 고정구가 설치되는 과정 및 설치된 상태를 보인 상태도
[도 21] 본 발명의 엄지말뚝(10) 및 시트패널(20)이 설계지반보다 근입부(Hb)만큼 더 깊게 설치하여 수동토압을 받도록 한 상태를 보인 단면도
[도 22] 마찰력F로 인한 전단응력(τ)의 분포도
[도 23] 흙의 응력-변형관계를 나타낸 관계도
[도 24] 내부마찰각(Φ)과 점착력(C)을 변수로하여 얻은 L/B의 결과 그래프
※ 도면부호의 간단한 설명
10; 엄지말뚝
12; 플랜지
14a; 엄지말뚝삽입부
14b; S자형 절곡부,
20; 시트패널
22a; 시트패널돌출부, 22a′; 시트패널 삽입부
22b; S자형 절곡부, 22b′; S자형 역절곡부
30; 토류판
40; 압축지지판
42; 수직부
44; 수평부
46a; 압축지지판돌출부
46b; S자형 절곡부
50a; 상부 고정구
52a; 부착패드
54a; 체결판
56a; 체결볼트
50b; 하부 고정구
52b; 제1 절개부, 524b; 상향경사면, 526b; 걸림턱
54b; 회전판, 542b; 상단경사면, 544b; 수직 삽입홈, 546b; 하단 회전홈,
548b; 스프링 삽입홈
56b; 제2 절개부, 562b; 스프링 걸이구
58b; 힌지축, 582b; 축점
59b; 스프링
B; 시트패널과 시트패널간의 폭
L; 시트패널의 설치길이
본 발명의 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착 시공방법을 도면에 의거 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(a) 굴착하고자하는 경계면의 지반에 엄지말뚝(10)을 간격B가 되도록 설계지반인 수직 깊이(H)까지 타설하는 단계;
(b) 엄지말뚝(10)의 플랜지(12)에 형성된 엄지말뚝삽입부(14a)와 시트패널돌출부(22a)를 삽입ㆍ연결하고 연이어 시트패널 삽입부(22a′)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입해가면서 시트패널 삽입부(22a′)에 압축지지판돌출부(46a)를 삽입ㆍ결합하되 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 그리고 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 관계가 되도록 연결하는 단계;
(c) 지상으로부터 점차로 지중굴착을 진행해가면서 일정깊이(h1)까지 굴착한 다음 토류판(30)을 엄지말뚝(10)의 상단으로부터 삽입하는 단계;
(d) 일정깊이(h1)의 굴착이 이루어진 상태에서 다시 일정깊이(h2)의 굴착을 진행하고 토류판(30)을 엄지말뚝(10)에 상단으로부터 삽입하는 단계;
(e) (c)단계와 (d)단계를 반복하면서 지중굴착을 완성하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착 시공방법이다.
또한 (b)단계에서 흙의 내부마찰각 Φ = 14~22°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 1.5가 되게 함을 포함하는 구성이다. 또 (b)단계에서 흙의 내부마찰각 Φ = 10~14°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 1.5 ≤ L/B ≤ 3.0이 되게 함을 포함하는 구성이다.
도심지의 경우에는 인접대지 경계선과의 여유 공간이 부족하거나 인접하여 축조물이 존재하는 것이 보통이어서 연속된 시트패널의 길이를 상기의 범위에 맞도록 설치할 수 없는 시공상의 제한을 받게 된다. 이런 경우 도21에서와 같이 설계지반인 수직 깊이(H)보다 깊게 엄지말뚝(10) 및 시트패널(20)의 근입부(Hb)를 설치하여 수동토압을 받도록 하는 것이 바람직하다. 이는 보강형 자립식 흙막이 구조체의 활동 및 전도에 대한 안정성을 증대시키기 위해서다. 이때 적정 L/B를 만족하지 못하게 되는 경우 전면토류판(30)에 토압이 작용하므로 구조계산을 하여 두께를 결정하여야 한다.
한편 (b)단계에서 시트패널(20)의 연결부상단에는 양측에 부착패드(52a)와 체결판(54a)의 순으로 위치시킨 상태에서 시트패널(20)과 부착패드(52a)와 체결판(54a)을 관통한 체결볼트(56a)에 의하여 체결ㆍ고정되는 상부 고정구(50a)와, 그리고 그 하단에는 제2 절개부(56b)에 형성된 회전판(54b)이 스프링(59b)의 탄발력에 의하여 힌지축(58b)을 중심으로 회전되어 회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 제1 절개부(52b)의 걸림턱(526b)에 걸리게 되는 구조이면서 회전판(54b)의 상단에는 상단경사면(542b)이, 그 하단에는 하단 회전홈(546b)이, 그 수직면에는 수직 삽입홈(544b)이 형성된 하부 고정구(50b)를 포함하는 구성이다.
상ㆍ하부 고정구의 설치 및 제거방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
지반에 설치된 엄지말뚝삽입부(14a)에 시트패널돌출부(22a)[또는 엄지말뚝의 S자형 절곡부(14b)에 시트패널의 S자형 역절곡부(22b′)]를 위에서부터 삽입하여 조립하면서 연이어 시트패널(20)을 삽입ㆍ조립한 다음 시트패널 삽입부(22a′)에 압축지지판돌출부(46a)를 삽입ㆍ조립하여 설치한다.
하부 고정구(50b)는 그 구조상 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)을 먼저 설치한 다음 제2 절개부(56b)가 형성된 시트패널(20)을 설치해야한다.
설치된 시트패널(20)의 제거의 순서도 이와 마찬가지다. 즉 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)을 먼저 제거한 다음 제2 절개부(56b)에 형성된 시트패널(20)을 제거해야한다. 순서를 달리하면 설치도 제거도 되지 않는 구조이다.
하부 고정구(50b)의 결착 및 해체작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 하부 고정구(50b)의 결착작용에 대하여 설명한다.
지중에 매설된 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)의 시트패널 삽입부(22a′)에 제2 절개부(56b)가 형성된 시트패널(20)의 시트패널돌출부(22a)가 삽입되게 되면 힌지축(58b)을 중심으로 회전되는 회전판(54b)이 수직상의 시트패널 삽입부(22a′)에 의해 수직으로 가이드되어 수직상태가 유지되게 된다. (도15참조)
힌지축(58b)은 축점(582b)에 삽입되어있다.
수직상태를 유지하고 있던 회전판(54b)이 제1 절개부(52b)와 접면되는 순간 도16에서와 같이 스프링 걸이구(562b)에 고정된 스프링(59b)의 탄발에 의하여 회전판(54b)이 제1 절개부(52b)쪽으로 회전되면서 회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 제1 절개부(52b)의 걸림턱(526b)에 걸리게 된다.
이때 시트패널(20)의 제2 절개부(56b)에 삽입된 회전판(54b)의 수직 삽입홈(544b)과 제2 절개부(56b)의 하단부에 삽입된 하단 회전홈(546b)도 회전판(54b)의 회전과 함께 빠져나오게 된다.
특히 회전판(54b)은 힌지축(58b)을 중심으로 회전되어야하기 때문에 회전판(54b)의 하단 회전홈(546b)은 시트패널(20)의 제2 절개부(56b)에 의하여 회전에 방해를 받지 않을 정도의 깊이로 형성되어있다.
이와 같이 회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 걸린 상태에서 견고하게 고정되게 된다.
스프링(59b)은 회전판(54b)의 스프링 삽입홈(548b)에 삽입되어있으면서 스프링 걸이구(562b)에 고정되어있다.
다음으로 하부 고정구(50b)의 해체작용에 대하여 설명한다.
회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 제1 절개부(52b)의 걸림턱(526b)에 걸려있는 상태에서 이를 해체하기위하여 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)을 먼저 위로 들어올리게 되면 회전판(54b)이 수직상의 시트패널 삽입부(22a′)에 의해 수직으로 가이드되어 수직상태가 된다. 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)을 빼내는 동안 회전판(54b)이 수직상태를 유지하면서 회전판(54b)의 수직 삽입홈(544b)과 하단 회전홈(546b)이 다시 시트패널(20)의 제2 절개부(56b)에 삽입되게 된다. 이와 같이 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)을 위로 빼내는 동안 회전판(54b)의 방해를 전혀 받지 않으므로 제1 절개부(52b)가 형성된 시트패널(20)의 해체가 용이하게 된다.
하부 고정구(50b)의 구조가 간단하고 결착과 해체가 용이한 구조이므로 결착 및 해체작업과 강성증대가 효율적이다.

Claims (10)

  1. 토류판(30)이 삽입되는 엄지말뚝(10)의 한쪽 플랜지(12)에 종방향으로 엄지말뚝삽입부(14a)가 일체로 형성된 엄지말뚝(10)을 간격 B로 지반에 수직되게 설치하고, 상기 엄지말뚝삽입부(14a)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입ㆍ연결하고 연이어 시트패널 삽입부(22a′)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입해가면서 시트패널 삽입부(22a′)에 압축지지판돌출부(46a)를 삽입ㆍ결합하되 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 그리고 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 관계가 되게 하여 아칭효과에 의해 배면토압이 전면 토류판에 작용되지 않도록 함을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
  2. 제1항에 있어서
    흙의 내부마찰각 Φ = 14~22°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 1.5가 되게 함을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
  3. 제1항에 있어서
    흙의 내부마찰각 Φ = 10~14°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 1.5 ≤ L/B ≤ 3.0이 되게 함을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서
    엄지말뚝(10)의 연결부는 엄지말뚝삽입부(14a) 또는 엄지말뚝돌출부(14a′)로 형성되어있고, 이에 결합되는 시트패널(20) 연결부는 시트패널돌출부(22a) 또는 시트패널 삽입부(22a′)로 형성되어있음을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서
    압축지지판(40)는 수직부(42)와 수평부(44)로 형성되어있으면서 압축지지판(40)의 연결부는 압축지지판돌출부(46a) 또는 압축지지판삽입부(46a′)가 수직부(42)에 일체로 형성됨을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서
    시트패널(20)의 연결부를 상ㆍ하부 고정구(50a)(50b)에 의하여 견고하게 고정하되 상부 고정구(50a)는 시트패널(20)의 연결부양측에 부착패드(52a)와 체결판(54a)의 순으로 위치시킨 상태에서 시트패널(20)과 부착패드(52a)와 체결판(54a)을 관통한 체결볼트(56a)에 의하여 고정되고, 하부 고정구(50b)는 제1 절개부(52b)와 제2 절개부(56b)로 형성되어있으며 제1 절개부(52b)에는 상향경사면(524b)과 걸림턱(526b)이, 그리고 제2 절개부(56b)에는 회전판(54b)과 스프링(59b)이 형성되어있으면서 힌지축(58b)을 중심으로 회전되는 회전판(54b)의 상단에는 상단경사면(542b)이, 그 하단에는 하단 회전홈(546b)이, 그 수직면에는 수직 삽입홈(544b)이 형성되어있고 스프링 삽입홈(548b)에 삽입되어있는 스프링(59b)은 스프링 걸이구(562b)에 연결ㆍ고정되어있음을 특징으로 하는 아칭효과를 이용한 보강형 자립식 흙막이 구조체
  7. (a) 굴착하고자하는 경계면의 지반에 엄지말뚝(10)을 간격B가 되도록 설계지반인 수직 깊이(H)까지 타설하는 단계;
    (b) 엄지말뚝(10)의 플랜지(12)에 형성된 엄지말뚝삽입부(14a)와 시트패널돌출부(22a)를 삽입ㆍ연결하고 연이어 시트패널 삽입부(22a′)에 시트패널돌출부(22a)를 삽입해가면서 시트패널 삽입부(22a′)에 압축지지판돌출부(46a)를 삽입ㆍ결합하되 흙의 내부마찰각 Φ=10~34°의 범위와, 그리고 점착력 C=0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 3.0의 관계가 되도록 연결하는 단계;
    (c) 지상으로부터 점차로 지중굴착을 진행해가면서 일정깊이(h1)까지 굴착한 다음 토류판(30)을 엄지말뚝(10)의 상단으로부터 삽입하는 단계;
    (d) 일정깊이(h1)의 굴착이 이루어진 상태에서 다시 일정깊이(h2)의 굴착을 진행하고 토류판(30)을 엄지말뚝(10)에 상단으로부터 삽입하는 단계;
    (e) (c)단계와 (d)단계를 반복하면서 지중굴착을 완성하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착 시공방법
  8. 제7항에 있어서
    (b)단계에서 흙의 내부마찰각 Φ = 14~22°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 0.5 ≤ L/B ≤ 1.5가 되게 함을 특징으로 하는 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착시공방법
  9. 제7항에 있어서
    (b)단계에서 흙의 내부마찰각 Φ = 10~14°의 범위와, 그리고 점착력 C= 0.0 ~ 5.0(ton/㎡)의 범위에서 연속된 시트패널(20)의 길이 L과 시트패널(20)간의 간격B의 관계가 1.5 ≤ L/B ≤ 3.0이 되게 함을 특징으로 하는 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착시공방법
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서
    (b)단계에서 시트패널(20)의 연결부상단에는 양측에 부착패드(52a)와 체결판(54a)의 순으로 위치시킨 상태에서 시트패널(20)과 부착패드(52a)와 체결판(54a)을 관통한 체결볼트(56a)에 의하여 체결ㆍ고정되는 상부 고정구(50a)와, 그리고 그 하단에는 제2 절개부(56b)에 형성된 회전판(54b)이 스프링(59b)의 탄발력에 의하여 힌지축(58b)을 중심으로 회전되어 회전판(54b)의 상단경사면(542b)이 제1 절개부(52b)의 걸림턱(526b)에 걸리게 되는 구조이면서 회전판(54b)의 상단에는 상단경사면(542b)이, 그 하단에는 하단 회전홈(546b)이, 그 수직면에는 수직 삽입홈(544b)이 형성된 하부 고정구(50b)를 포함함을 특징으로 하는 보강형 자립식 흙막이 구조체를 이용한 지중굴착시공방법
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