KR100515971B1 - 버팀보 수직간격을 증대시키는 대단면 엄지말뚝을 이용한흙막이 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토목공사에서 지하터파기 또는 가물막이, 도로확장 등의 공사를 실시할 때 토사가 흘러내리거나 지반이 무너지는 것을 방지하기 위한 흙막이 공법에 관한 것으로, 대단면을 갖는 엄지말뚝을 사용하여 엄지말뚝의 강성을 크게 향상시키되, 엄지말뚝이 삽입되는 삽입천공을 전후 이중으로 형성하여 이에 대단면을 갖는 엄지말뚝을 삽입하고 이를 시멘트 양생시킴으로서,

대단면의 엄지말뚝에 의해 엄지말뚝의 강성 및 휨모우멘트가 크게 향상되어 버팀보의 상하 간격을 보다 넓게 형성할 수 있으므로 시공성이 크게 향상됨은 물론 공사기간의 현저한 단축 및 시공비 또한 크게 절약되는 효과가 있는 버팀보 수직간격을 증대시키는 대단면 엄지말뚝을 이용한 흙막이 공법에 대한 것이다.

Description

버팀보 수직간격을 증대시키는 대단면 엄지말뚝을 이용한 흙막이 공법 {Soil retaining method using H-pile having large section}

본 발명은 토목공사에서 지하터파기 또는 가물막이, 도로확장 등의 공사를 실시할 때 토사가 흘러내리거나 지반이 무너지는 것을 방지하기 위한 흙막이 공법에 관한 것으로, 특히 흙막이 공법에 사용되는 엄지말뚝을 대단면을 갖는 엄지말뚝으로 적용하고, 이들 대단면 엄지말뚝이 삽입되는 천공에는 동일한 직경의 전후 이중 천공을 실시하여 이를 시멘트 양생함으로서, 엄지말뚝의 강성이 극대화되어 버팀보의 수직간격을 크게 넓힘으로서 시공성이 매우 향상됨은 물론 공사비를 절약할 수 있는 대단면 엄지말뚝을 이용한 흙막이 공법이다.

기존의 흙막이 공사는 흙벽 또는 암벽에 일체로 타설 형성하는 콘크리트 영구 흙막이와, 굴착 공사시에만 흙벽 또는 암벽이 무너지는 것을 방지하기 위해 설치하였다가 공사완료 후 이를 해체하는 가설 흙막이 공사로 구분된다.

일반적으로 가설 흙막이 공사시에는 임의 간격으로 엄지말뚝을 수직으로 세우고, 이웃한 엄지말뚝의 플랜지 사이에 다수의 토류판을 적층 삽입하여 흙벽 또는 암벽이 받쳐지게 함과 동시에 그 엄지말뚝을 벽체에 고정시키기 위해 벽과 벽 사이에 엄지말뚝을 가로지르는 다수의 버팀보(Strut)를 설치하거나, 어스앵커를 지면에 고정 설치하고 이를 브라켓트에 의해 엄지말뚝에 견고하게 고정하여 그 토압으로부터 견디게 시공하였다.

즉, 굴착하고자 하는 지반 주변에 일정간격으로 다수의 엄지말뚝을 수직으로 입설하고, 그 내부공간을 굴착하며 마주하고 있는 수직의 엄지말뚝을 서로 연결 지지하는 다수의 버팀보를 굴착과 동시에 상측으로부터 순차적으로 설치하는 것이다.

상기한 버팀보는 엄지말뚝에 작용하는 토압을 효과적으로 지지하여 굴착된 흙벽이 융출되거나 붕괴되는 것을 방지하기 위한 것으로서,

이웃한 엄지말뚝간에 상하로 적층되어 있는 토류판에는 상당한 압력의 토압이 작용하므로 이러한 토압으로부터 안정된 지지가 가능케 하기 위해서는 대략 2~3m정도의 상하층 간격을 유지하는 버팀보가 형성되어 있어야 하는 것이다.

또한, 상기한 버팀보는 작업현장의 규모에 따라 그 개체수가 상이하기는 하지만 평면도시상 그물망 형태로 비교적 다수의 버팀보가 가로, 세로 방향으로 엇갈려 횡상으로 설치되는 것이 일반적이다.

그러나, 이렇게 2~3m의 간격을 갖고 설치된 다층의 버팀보가 상하 일정한 간격으로 형성된 굴착부에는 콘크리트 골조에 의해 기초바닥부 및 최하 지하층으로부터 순차적으로 상향 타설되어 건축물이 시공되는 것인데, 통상적으로 하나의 층은 대략 4~4.5m정도의 높이를 갖고 시공되는 바, 상기한 바와 같이 2~3m의 간격을 갖고 설치되어 있는 버팀보에 의해 4~4.5m의 높이를 갖는 한개의 층을 일시에 시공하지 못하는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 1개층을 시공하기 위해서는 2~3m 정도의 높이를 갖는 지층을 우선 시공한 다음 시공된 콘크리트가 완전히 양생되기를 기다렸다가 양생된 지층의 상부에 위치한 버팀보를 모두 해체한 상태에서 또다시 2~3m 정도의 높이를 갖는 지층을 시공하여야 하며, 이러한 지층이 완전히 양생되기를 기다렸다가 다시 그 상측의 버팀보를 완전히 해체하고 2~3m 정도의 지층을 다시 양생하여야 하는 번거로움이 있는 것이다.

그러므로, 상기한 종래의 가설 흙막이 공법은 한정된 버팀보의 상하 간격에 의해 1개층을 일시에 양생하지 못하고 2~3m 정도만을 계속하여 반복 시공하게 되므로 이러한 버팀보의 간격에 의해 2~3m의 간격으로 시공이음이 연속하여 발생하게 되므로, 이러한 다수의 시공이음에 의해 건물의 구조적 취약함 및 방수 등 시공상의 문제점이 다수 유발하고 있는 것이며, 공기가 지연되는 직접적인 원인이 되고 있는 실정이다.

이러한 번거로움을 탈피하고자 하는 경우 즉, 일시에 1개층을 한꺼번에 시공하고자 하는 경우에는 상기한 버팀보의 상하 간격이 5~6m정도 확보되어야 하므로 상기한 엄지말뚝의 규격을 현저히 크게 하여 증대된 규격의 엄지말뚝에 의해 토류압으로부터 지탱하는 응력을 증대시키고 있으나, 이러한 시공방법은 엄지말뚝을 입설하기 위한 천공을 대구경으로 형성하여야 하므로 이 또한 공사비의 증액에 따른 매우 비경제적인 시공이 되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 제거코자 안출된 것으로서, 대단면을 갖는 엄지말뚝을 사용하여 엄지말뚝의 강성을 크게 향상시키되, 엄지말뚝이 삽입되는 삽입천공을 전후 이중으로 형성하여 이에 대단면을 갖는 엄지말뚝을 삽입하고 이를 시멘트 양생시킴으로서,

대단면의 엄지말뚝에 의해 엄지말뚝의 강성 및 휨모우멘트가 크게 향상되어 버팀보의 상하 간격을 보다 넓게 형성할 수 있으므로 시공성이 크게 향상됨은 물론 공사기간의 현저한 단축 및 시공비 또한 크게 절약되는 효과가 있는 버팀보 수직간격을 증대시키는 대단면 엄지말뚝을 이용한 흙막이 공법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 의한 단계별 시공과정을 도시한 공정도이다.

본 발명에 따른 시공방법은,

흙막이가 설치될 목적지반에 연속된 삽입공을 천공하는 삽입공 천공공정과,

천공된 삽입공의 후측에 동일한 직경의 파일공을 일정간격으로 이격 천공하는 파일공 천공공정과,

삽입공과 파일공이 연속 형성된 천공부에, 대단면을 갖는 엄지말뚝을 삽입하는 엄지말뚝 삽입공정과,

엄지말뚝이 삽입된 삽입공 및 파일공에 시멘트를 충전하는 시멘트 그라우팅공정과,

상기 시멘트의 양생공정으로 되는 것으로서,

상기 시멘트가 완전히 양생되면 통상의 방법과 마찬가지로 토목공사를 할 목적지반의 지하터파기 작업을 수행하고, 지하터파기가 완료되면 이에 각종 건축물 및 구조물을 시공하면 되는 것이다.

또한, 상기한 대단면 엄지말뚝은 평단면상 종횡비가 2:1 또는 3:1인 H-파일을 사용하거나, 평단면상 종횡비가 1:1 또는 3:2인 두개의 H-파일을 겹쳐 사용하되, 상기 H-파일의 플랜지부는 외주면에 분리관이 삽입된 고정볼트를 관통 삽입하여 그 고정볼트 단부를 너트에 의해 견고하게 고정하면 되는 것이다.

이상과 같은 흙막이 공법의 공정별 설명을 첨부도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1a의 도시와 같이 토목공사를 수행할 지반의 테두리에 흙막이 공사를 시행하기 위한 파일 삽입공(1)(1')을 연속하여 천공하고, 이렇게 천공된 파일 삽입공(1)(1')에는 도 1b의 도시와 같이 일정간격으로 이격된 동일직경의 파일공(2)(2')을 천공하게 된다.

여기서, 상기한 삽입공(1)(1')은 이웃하는 삽입공(1)(1')이 개방되게 하는 것으로서, 그 내부에서 양생되는 시멘트가 하나의 벽체를 이루도록 하는 것이다.

또한, 상기한 파일공(2)(2')은 통상의 파일을 이용하는 것이 아니라 대단면을 갖는 파일을 삽입키 위한 보조공으로서 연속된 삽입공(1)(1')의 후측에 동일한 직경의 파일공(2)(2')을 일정간격으로 이격 형성함으로서 전후의 삽입공(1)(1') 및 파일공(2)(2')에 의해 충분한 삽입공간이 확보되므로 대단면을 갖는 파일을 삽입할 수 있게 되는 것이다.

이렇게 삽입공(1)(1')과 파일공(2)(2')이 각각 연속하여 천공된 상태에서, 도 1c의 도시와 같이 파일공(2)(2')이 형성된 위치의 삽입공(1)(1')에 대단면을 갖는 엄지말뚝(3)(3')을 삽입하게 되는 것인데, 상기한 엄지말뚝(3)(3')은 평면도시상 종횡비가 2:1 또는 3:1정도의 직사각형태를 취하는 것으로서, 종래의 1:1 종횡비를 갖는 엄지말뚝에 비해 최소 8배 내지 최대 27배 정도의 단면2차모우멘트가 상승되므로 토압을 보다 효과적으로 지지하게 되는 것이다.

즉, 종래에는 토압에 따른 벽체의 지지력을 향상시키기 위해서는 상기한 통상의 삽입공에 일반적인 엄지말뚝을 삽입하여 시멘트 양생 고정시킨 후 지하터파기 공사가 완료후에 상하로 소폭의 이격간격을 갖는 버팀보를 연속하여 고정 결합함으로서 상기 엄지말뚝으로부터 미비한 지지력을 보상케 하거나, 평단면상 종횡비가 1:1인 대형의 엄지말뚝을 사용하여 단면2차모우멘트가 증대된 대형의 엄지말뚝에 의해 토압지지력을 향상시켰으나,

상기 버팀보에 의한 토압지지는 버팀보를 소폭의 간격으로 연속하여 설치하여야 하므로 차수 시공시 하나의 층을 일시에 시공치 못하고 각 층간에 시공이음이 발생하므로 방수 및 방음에 대한 문제점이 심각하며, 대형의 엄지말뚝을 이용하는 경우에는 그 엄지말뚝 삽입공을 대형으로 천공하여야 하므로, 이러한 대형의 삽입공은 천공장비를 보다 대형으로 요구함은 물론 천공시간 또한 상당이 지체되므로 공사비용의 상승 및 공사기간의 지연으로 나타나는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 상기한 바와 같은 문제점을 제거키 위해 동일한 직경 즉, 소직경을 갖는 삽입공(1)(1')과 파일공(2)(2')을 전후 연통되게 천공함으로서, 평단면상 종횡비가 2:1 또는 3:1인 엄지말뚝을 적용하여 종래와 동일한 토압지지력을 확보함과 동시에 그 공사비용 절감 및 공사기간을 현저히 단축시킬 수 있는 것이다.

이렇게 엄지말뚝(3)(3')이 삽입된 상태에서 상기한 삽입공(1)(1') 및 파일공(2)(2')에 시멘트(4)를 타설하여 양생되게 하면 견고하면서도 안정된 흙막이벽이 완성되는 것이다.

이러한 흙막이 공사가 완료되면 통상의 방법과 마찬가지로 흙막이벽 내측의 토목공사 지점을 굴착하여 지하터파기 공사를 수행하게 되는 것이며, 지하터파기 공사를 진행하면서 상기 엄지말뚝(3)(3')에 종래보다 훨씬 넓어진 상하간격을 갖는 버팀보(4)(4')를 고정하면서 굴착공정을 수행하게 되는 것이다.

즉, 본 발명에 의한 흙막이 공법은 상대적으로 대단면을 갖는 엄지말뚝(3)(3')을 사용하여 흙막이 벽을 형성시켰으므로 그 토압지지력이 월등히 향상된 상태이므로 지하터파기 공사중 설치되는 버팀보(4)(4')의 상하 간격을 충분히 확보할 수 있게 되어 지층 1개층을 충분히 시공할 수 있을 정도의 간격으로 상기 버팀보(4)(4')를 설치하여도 무방한 것이다.

따라서, 시공이음에 의한 방수 및 방음 등의 문제점이 없이 보다 견고하고 안정된 토목공사를 수행할 수 있게 되는 것이다.

즉, 도 2a 및 도 2b의 도시와 같이 종래에는 횡방향으로만 연속하여 형성된 삽입공과 그 삽입공에 삽입된 엄지말뚝이 시멘트 양생되어 흙막이 벽이 완성되었으나, 본 발명에서는 상하 이중의 삽입공 및 파일공이 형성되어 있으므로 종횡비가 2:1인 대단면 엄지말뚝을 사용할 수 있게 되는 것이다.

이러한 대단면 엄지말뚝은 도 3a의 종래도 및 도 3b의 본 발명도와 같이, 소폭의 이격높이를 갖는 종래의 버팀보 간격과는 달리 하나의 층을 충분히 시공할 수 있을 정도의 이격높이를 갖는 버팀보 간격을 확보할 수 있게 되어 차수이음에 의한 문제점이 전혀 없으면서도 보다 안정적인 구조물을 시공할 수 있게 되는 것이다.

또한, 시공속도 또한 매우 향상되어 공사기간을 단축시킬 수 있는 것이다.

여기서, 상기한 대단면을 갖는 엄지말뚝(3)(3')은 평단면상 종횡비가 2:1 또는 3:1인 파일을 사용하면 어떠한 형태던지 가능하지만, 통상적으로 종횡치수가 600mmx200mm 또는 600mmx300mm정도의 H-파일을 사용하는 것이 가장 바람직하며,

도 4a 및 도 4b의 도시와 같이 평단면상 종횡비가 1:1 또는 3:2인 가장 보편적인 H-파일을 두개 결합하여 사용하여도 무방하며, 상기 파일의 치수는 300mmx300mm 또는 300mmx200mm 이다.

이러한 두개의 파일을 결합 사용하고자 하는 경우에는 상기한 각각의 파일의 플랜지부를 별도의 고정볼트(5) 및 너트(6)에 의해 결합하되, 상기 고정볼트(5)에는 별도의 분리관(7)이 삽입되게 한 상태에서 결합하여야 하는 것인데,

상기한 분리관(7)은 상기한 바와 같은 형태의 엄지말뚝(3)(3')이 시멘트 양생된 상태에서 지하공사를 완료한 후 상기한 엄지말뚝(3)(3')을 제거하는 공정에서 상기 고정볼트(5)가 시멘트에 의해 고정되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 지하공사를 순차적으로 진행하면서 상기 고정볼트(5)를 회전시켜 제거하면 차후 엄지말뚝이 제거공정시 아무런 장애없이 상기한 엄지말뚝(3)(3')이 인출되는 것이다.

즉, 너트(6) 및 분리관(7)은 양생된 시멘트속에 잔류하면서 그 엄지말뚝만이 인출 제거되는 것이다.

따라서, 평단면상 종횡비가 2:1 또는 3:1인 엄지말뚝을 사용하되, 상기한 엄지말뚝은 하나의 본체가 일체로 성형된 파일을 사용하거나, 작은 치수의 파일을 결합사용하여도 무방한 것이다.

그러므로, 상기한 바와 같은 흙막이 공법에 의해 보다 신속하면서도 안정된 구조물을 완성할 수 있는 것이며, 공사비용의 절감은 물론 공사기간 또한 상당히 단축시킬 수 있게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명 버팀보 수직간격을 증대시키는 대단면 엄지말뚝을 이용한 흙막이 공법은, 대단면의 엄지말뚝에 의해 엄지말뚝의 강성 및 휨모우멘트가 크게 향상되어 버팀보의 상하 간격을 보다 넓게 형성할 수 있으므로 시공성이 크게 향상됨은 물론 공사기간의 현저한 단축 및 시공비 또한 크게 절약되는 효과가 있는 것이다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명 흙막이 공법의 시공과정도로서,

도 1a는 목적지반을 천공한 상태의 단면도

도 1b는 대단면 엄지말뚝을 삽입키 위한 파일공을 천공한 상태의 단면도

도 1c는 천공된 목적지반에 대단면 엄지말뚝을 삽입한 상태의 단면도

도 1d는 대단면 엄지말뚝이 삽입된 파일공에 시멘트 그라우팅 양생시킨 상태의 단면도

도 2a 및 도 2b는 흙막이 공법의 비교 평면도로서,

도 2a는 종래 흙막이 공법의 일부 평면도

도 2b는 본 발명에 의한 흙막이 공법의 일부 평면도

도 3a 및 도 3b는 흙막이 공법에 의한 버팀보 설치상태를 보인 측단면도로서,

도 3a는 종래 흙막이 공법에 의한 버팀보 설치 단면도

도 3b는 본 발명 흙막이 공법에 의한 버팀보 설치 단면도

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 대단면 엄지말뚝의 타실시예도로서,

도 4a는 대단면 엄지말뚝의 분리사시도

도 4b는 대단면 엄지말뚝이 양생된 상태의 흙막이 평단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1,1' : 삽입공 2,2' : 파일공

3,3' : 엄지말뚝 4,4' : 버팀보

5 : 고정볼트 6 : 너트

7 : 분리관

Claims (5)

1. 흙막이가 설치될 목적지반에 연속된 삽입공을 천공하는 삽입공 천공공정과,

   천공된 삽입공의 후측에 동일한 직경의 파일공을 일정간격으로 이격 천공하는 파일공 천공공정과,

   삽입공과 파일공이 연속 형성된 천공부에, 대단면을 갖는 엄지말뚝을 삽입하는 엄지말뚝 삽입공정과,

   엄지말뚝이 삽입된 삽입공 및 파일공에 시멘트를 충전하는 시멘트 그라우팅공정과,

   상기 시멘트의 양생공정으로 되는 것으로서,

   상기 시멘트가 완전히 양생되면 통상의 방법과 마찬가지로 토목공사를 할 목적지반의 지하터파기 작업을 수행함을 특징으로 하는 버팀보 수직간격을 증대시키는 대단면 엄지말뚝을 이용한 흙막이 공법.
2. 제 1항에 있어서,

   대단면 엄지말뚝을, 평단면상 종횡비가 2:1인 H-파일을 사용함을 특징으로 하는 버팀보 수직간격을 증대시키는 대단면 엄지말뚝을 이용한 흙막이 공법.
3. 제 1항에 있어서,

   대단면 엄지말뚝을, 평단면상 종횡비가 3:1인 H-파일을 사용함을 특징으로 하는 버팀보 수직간격을 증대시키는 대단면 엄지말뚝을 이용한 흙막이 공법.
4. 제 1항에 있어서,

   대단면 엄지말뚝을, 평단면상 종횡비가 1:1인 두개의 H-파일을 겹쳐 사용하되, 상기 H-파일의 플랜지부는 외주면에 분리관이 삽입된 고정볼트를 관통 삽입하여 그 고정볼트 단부를 너트에 의해 견고하게 고정하여 사용함을 특징으로 하는 버팀보 수직간격을 증대시키는 대단면 엄지말뚝을 이용한 흙막이 공법.
5. 제 1항에 있어서,

   대단면 엄지말뚝을, 평단면상 종횡비가 3:2인 두개의 H-파일을 겹쳐 사용하되, 상기 H-파일의 플랜지부는 외주면에 분리관이 삽입된 고정볼트를 관통 삽입하여 그 고정볼트 단부를 너트에 의해 견고하게 고정하여 사용함을 특징으로 하는 버팀보 수직간격을 증대시키는 대단면 엄지말뚝을 이용한 흙막이 공법.