KR101134780B1 - 수중 기초에 의해 지지되는 교각 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강바닥 또는 해저면이 연약지반으로 이루어진 경우에도 충분한 지지력을 가질 수 있고, 용이하게 시공할 수 있으며, 시공에 사용된 강재를 최소화함으로써 재료비를 절감하여 시공비를 줄일 수 있는 새로운 형식의 수중 기초를 이용하여 교각을 시공하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 희생 강관(111)과 그 내부에 콘크리트가 채워지는 구조를 가진 복수개의 말뚝(110)을 해저면에 관입 설치하는 단계; 말뚝(110) 상부의 희생 강관(111)을 절단하여 제거하는 단계; 통형상으로 이루어져 있고 상부로 갈수로 테이퍼진 벽체(11)로 이루어진 프리캐스트 콘크리트 코퍼댐(10)을 수중에서 해저면 위에 거치하는 단계; 통형상으로 이루어진 가물막이 케이슨(20)을 상기 코퍼댐(10) 위에 거치하는 단계; 케이슨(20)과 코퍼댐(10) 내부의 물을 외부로 퍼내고 코퍼댐(10)의 내부에 기초 콘크리트(14)를 타설하는 단계; 기초 콘크리트(14)의 위로 교각(100)을 시공하는 단계; 및 교각(100)이 시공된 후 케이슨(20)을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수중 기초에 의해 지지되는 교각 시공방법이 제공된다.

Description

수중 기초에 의해 지지되는 교각 시공방법{Underwater Base for Seawater Bridge Column}

본 발명은 수중 기초에 의해 지지되는 교각 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 강이나 바다를 가로지르도록 교량을 건설함에 있어서, 강바닥 또는 해저면이 연약지반으로 이루어진 경우에도 충분한 지지력을 가질 수 있고, 용이하게 시공할 수 있으며, 시공에 사용된 강재를 최소화함으로써 재료비를 절감하여 시공비를 줄일 수 있는 새로운 형식의 수중 기초를 이용하여 교각을 시공하는 방법에 관한 것이다.

강이나 바다를 가로질러 시공되는 교량의 교각을 설치할 때, 교각을 지지하는 기초를 수중에 시공할 필요가 있다. 도 1에는 종래 기술에 의해 수중에 기초를 시공하고 그 상부에 교각을 설치한 구조를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 종래에는 강관 파일을 이용한 RCD(Reverse Circulation Drill) 말뚝(110)을 강바닥 또는 해저면(이하, "해저면"이라고 통칭한다)의 지반 내에 관입 설치한 후, 수면 위치에 있는 RCD 말뚝(110)의 상단부에 콘 크리트 기초부(120)를 일체로 시공하고, 기초부(120)의 상부에 교각(100)을 시공하였다.

그런데 이와 같이 RCD 말뚝(110)을 이용한 기초부(120) 시공 및 교각(100) 시공에서는, 수심이 깊을 경우 공사비가 크게 증가하는 단점이 있다. 즉, 수심이 깊을 경우, 그 만큼 RCD 말뚝(110)의 길이가 길어지게 되고, 그에 따라 RCD 말뚝(110)을 위해 사용되는 희생 강관의 사용량이 늘어나게 되어 비용이 커지게 되는 것이다.

또한 종래 기술에서는 RCD 말뚝(110)의 강관이 계속하여 수중에 노출된 상태로 존재하기 때문에 희생 강관의 부식 우려가 높고, 이를 방지하기 위해서는 철저한 방식 대책이 필요하므로, 그에 따른 추가 비용이 소요된다는 단점이 있다.

종래 기술에서는 RCD 말뚝(110) 위에 기초부(120)를 시공하기 위해서 브라켓을 설치하여야 하므로, 그에 따른 추가적인 작업 및 비용이 소요되는 단점도 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 단점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 것을 해저면에 말뚝을 설치하고 그 단부에서 수중 기초를 형성하여 교각을 시공함에 있어서, 말뚝을 위한 강관의 사용량을 최소화하여 재료비를 줄임으로써 시공비용을 절감함과 동시에 부식 방지 대책에 소요되는 비용을 줄여 경제적인 시공이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 연약지반으로 이루어진 해저면에 대해서도 안정적으로 수중 기초를 시공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 복수개의 말뚝을 해저면에 관입 설치하는 단계; 해저면의 위쪽으로 코퍼댐의 내부로 관입될 정도의 돌출 높이만 남겨두고, 말뚝 상부의 강관을 절단하여 제거하는 단계; 해저면의 위쪽으로 말뚝의 상단부가 돌출된 상태에서, 통형상으로 이루어져 있고 상부로 갈수로 단면이 축소되도록 테이퍼진 벽체로 이루어진 프리캐스트 콘크리트 코퍼댐을, 상기 돌출된 말뚝의 상단부가 코퍼댐의 내부에 위치한 상태로, 수중에서 해저면 위에 거치하는 단계; 통형상으로 이루어진 부재로서 하단의 단면 형상이 코퍼댐의 상단 단면 형상과 일치하게 구성된 가물막이 케이슨을 상기 코퍼댐 위에 거치하는 단계; 케이슨이 설치되면 양수기 등을 이용하여 케이슨과 코퍼댐 내부의 물을 외부로 퍼내고, 코퍼댐의 내부에 기초 콘크리트를 타설하는 단계; 기초 콘크리트의 위로 교각을 시공하는 단계; 및 교각이 시공 후 케이슨을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수중 기초에 의해 지지되는 교각 시공방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 수면에 놓여있는 기초의 위치를 수중으로 이동시켜 교각을 시공하게 되므로, 우선 기초의 지지를 위하여 설치되는 RCD 말뚝에 사용되는 희 생 강관 및 철근 콘크리트의 물량을 최소화시킬 수 있게 되며, 따라서 고가의 재료 절감(강관)을 통한 시공비의 획기적인 절감을 달성할 수 있게 된다.

또한, RCD 말뚝의 길이가 짧아지기 때문에, 말뚝의 장주효과 및 수평변위를 감소시킬 수 있게 되고, 그에 따라 말뚝 설치 본수를 줄일 수 있게 된다. 따라서 기초 규모를 최소화시킬 수 있게 되고 경제적인 코퍼댐 설계 및 시공이 가능하게 된다.

이와 같이 경제적인 코퍼댐 설계 및 시공이 가능하게 되므로, 종래의 경우보다 작은 규모의 제작장과 물양장으로도 교량 시공이 가능하게 되며, 시공 경제성이 크게 향상된다.

본 발명에서는 코퍼댐에 바닥판이 형성되어 있기 때문에 지지력이 크며, 그에 따라 연약지반에서도 침하 발생 없이 안전하고 안정적으로 기초를 시공할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

또한 종래 기술에서는 RCD 말뚝 위에 기초부를 시공하기 위해서 브라켓을 설치하여야 했으나, 본 발명에서는 기초가 수중에 존재하게 되므로 종래와 같은 브라켓 설치가 필요 없으며, 따라서 추가적인 작업 및 비용이 소요되지 않게 되는 효과도 발휘된다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 2에는 본 발명에 따른 시공방법에서 사용된 프리캐스트 콘크리트 코퍼댐(precast concrete cofferdam)(10)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 3 내지 도 9에는 각각 본 발명에 따른 시공방법의 각 단계를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 시공방법에서는 기초부의 시공을 위하여, 도 2에 예시된 것과 같이 통형상으로 이루어져 있고 상부로 갈수로 단면이 축소되는 벽체(11)로 이루어진 프리캐스트 콘크리트 코퍼댐(10)(이하, "코퍼댐"이라고 약칭함)을 이용한다. 도면에 도시된 것처럼, 말뚝(110)의 상단부가 관통 삽입되는 삽입공(121)이 형성되어 있으며 상기 벽체(11)와 일체화되어 있는 바닥판(12)이 필요에 따라 코퍼댐(10)의 하부에 더 구비될 수도 있다.

위와 같이 본 발명에서는 코퍼댐(10)의 벽체(11)가 위쪽으로 갈수록 단면이 축소되는 테이퍼 형태로 구성되어 있으므로, 후술하는 것처럼 케이슨이 위에 놓이고 코퍼댐(10) 내부에 콘크리트가 타설되면, 부력에 의한 쐐기작용이 생기게 되어 코퍼댐(10)과 그 내부의 콘크리트간의 일체화 시공이 가능하게 되는 효과가 발휘된다.

도 3 내지 도 9에 도시된 단면도를 참조하여 본 발명에 따른 교각 시공방법을 설명하면, 우선 도 3에 도시된 것처럼, 복수개의 말뚝(110)을 해저면에 관입 설치한다. 상기 말뚝(110)은 희생 강관(111)을 이용하는 통상적인 RCD 말뚝으로 시 공될 수 있다. 즉, 희생 강관(111)을 해저면에 관입하고, 희생 강관(111)의 내부에 콘크리트(112)를 타설하여 말뚝을 이루는 RCD 말뚝의 형태로 상기 복수개의 말뚝(110)을 시공할 수 있는 것이다.

이와 같이 말뚝(110)이 시공되면, 도 4에 도시된 것처럼 해저면의 위쪽으로 후술하는 코퍼댐(10)의 내부로 관입될 정도의 돌출 높이만 남겨두고, 말뚝(110) 상부의 강관(111)을 절단하여 제거한다. 즉, 종래에는 도 3에 도시된 것처럼 희생 강관(111)이 수면 높이까지 존재하였고, 이를 위하여 희생 강관으로서 많은 양의 강재가 사용되어 재료비가 많이 소요되었으나, 본 발명에서는 위와 같이 희생 강관(111)을 절단하여 제거하므로, 절단된 강관 부분을 재활용할 수 있게 되어 재료비를 크게 절감할 수 있는 효과가 발휘된다. 또한 종래에는 해저면부터 수면까지 희생 강관(111)이 계속 존치하였으므로 방식을 위한 코팅 등의 특별한 조치가 필요하였고 그에 따라 추가적인 비용이 소요되었으나, 본 발명에서는 위와 같이 수중에 존치되던 희생 강관(111)을 절단하여 제거하므로, 방식 등에 소요되던 비용을 절감할 수 있게 되어 경제적인 시공이 가능하게 된다.

도 4에 도시된 상태 즉, 해저면의 위쪽으로 말뚝(110)의 상단부가 돌출된 상태에서, 크레인 등의 작업 장비(500)를 이용하여 도 2에 도시된 형태의 코퍼댐(10)을 이송하여, 도 5에 도시된 것처럼 코퍼댐(10)을 수중으로 가라앉혀 해저면 위에 거치한다. 이 때, 코퍼댐(10)의 하부가 바닥판(12)으로 막혀 있는 경우에는, 도 5에 도시된 것처럼 코퍼댐(10)의 바닥판(12)에 형성된 삽입공(121)에 말뚝(110)의 상단부가 끼워지도록 코퍼댐(10)을 설치한다. 코퍼댐(10)에 바닥판(12)이 형성되 어 있는 경우에는 해저면이 연약지반으로 이루어졌을 때 매우 유리하다. 코퍼댐(10)의 하부가 바닥판(12)으로 막혀 있으므로, 코퍼댐(10)과, 그 내부에 타설되는 기초 콘크리트(15), 그리고 상부의 교각(100)으로부터의 하중이 넓은 면적을 통해서 해저면에 전달되므로, 연약지반에 가해지는 단위면적당 하중이 줄어들게 되며, 따라서 지반 강도가 약한 연약지반으로 해저면이 이루어진 경우에도 안전하고 안정적으로 기초를 시공할 수 있게 되는 장점이 있다.

도 5에 도시된 상태에 후속하여 도 6에 도시된 것처럼 가물막이 케이슨(20)을 상기 코퍼댐(10) 위에 거치한다. 상기 케이슨(20)은 통형상으로 이루어진 부재로서 하단의 단면 형상이 코퍼댐(10)의 상단 단면 형상과 일치하게 되어 있다. 케이슨(20)이 코퍼댐(10) 위에 놓인 상태에서 케이슨(20)의 상단부는 수면 위로 올라오게 된다.

이와 같이 코퍼댐(10) 위에 케이슨(20)을 거치한 상태에서, 코퍼댐(10)과 말뚝(110) 상단부의 1차적인 결합을 위하여 코퍼댐(10)의 저면에 내부결합 콘크리트(13)를 타설하게 된다. 이 때 수중 콘크리트(13)의 타설 높이는 말뚝(110)의 상단부가 돌출된 높이 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 코퍼댐(10)이 위쪽으로 갈수록 단면이 축소되는 테이퍼진 형상을 가지고 있고, 코퍼댐(10) 위에 케이슨(20)이 거치되어 있으므로, 케이슨(20)의 자중에 의해 코퍼댐(10)이 눌려진 상태에서 내부결합 콘크리트(13)가 타설되므로, 부력과 테이퍼 형상에 의한 쐐기 효과가 발휘되어 코퍼댐(10)과 내부결합 콘크리트(13) 간의 일체화 시공이 가능하게 된다. 또한 후술하는 것처럼 기초 콘크리 트(14)에 대해서도 쐐기 효과가 발휘되어 일체화 시공이 가능하게 된다.

케이슨(20)이 설치되면 양수기 등을 이용하여 케이슨(20)과 코퍼댐(10) 내부의 물을 외부로 퍼내고, 도 7에 도시된 것처럼, 코퍼댐(10)의 내부에 기초 콘크리트(14)를 타설한다. 코퍼댐(10)은 기초 콘크리트(14)의 타설을 위한 거푸집으로서도 기능하게 되는데, 코퍼댐(10)의 내부에 기초 콘크리트(14)를 타설하게 되면, 해저면 위로 돌출되어 있던 말뚝(110)의 상단부는 기초 콘크리트(14) 내에 매립되어 기초부와 일체화된다.

기초 콘크리트(14)가 양생되면, 도 8에 도시된 것처럼 교각(100)을 시공하고, 교각(100)이 완성되면 도 9에 도시된 것처럼 코퍼댐(10) 위쪽의 케이슨(20)을 제거함으로써 교각(100)의 시공을 완료한다. 기초 콘크리트(14) 위에 교각(100)을 시공하는 방법은 종래의 다양한 방법을 이용할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의해 수중에 기초를 시공하고 그 상부에 교각을 설치한 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 시공방법에서 사용된 프리캐스트 콘크리트 코퍼댐의 개략적인 사시도이다.

도 3 내지 도 9는 각각 본 발명에 따른 시공방법의 각 단계를 보여주는 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 교각

10 : 코퍼댐

20 : 케이슨

Claims (3)

1. 희생 강관(111)과 그 내부에 콘크리트가 채워지는 구조를 가진 복수개의 말뚝(110)을 해저면에 관입 설치하는 단계;

   해저면의 위쪽으로 코퍼댐(10)의 내부로 관입될 정도의 돌출 높이만 남겨두고, 말뚝(110) 상부의 희생 강관(111)을 절단하여 제거하는 단계;

   해저면의 위쪽으로 말뚝(110)의 상단부가 돌출된 상태에서, 통형상으로 이루어져 있고, 내부에 타설되는 콘크리트가 부력을 받을 때 쐐기작용이 이루어질 수 있도록 상부로 갈수로 단면이 축소되는 테이퍼진 형태의 벽체(11)로 이루어지며, 하부에는 상기 말뚝(110)의 상단부가 관통 삽입되는 삽입공(121)이 형성되어 있으며 상기 벽체(11)와 일체화되어 있는 바닥판(12)이 형성되어 있는 프리캐스트 콘크리트 코퍼댐(10)을, 상기 돌출된 말뚝(110)의 상단부가 코퍼댐(10)의 바닥판(12)에 형성된 삽입공(121)에 끼워져서 코퍼댐(10)의 내부에 위치한 상태가 되도록, 수중에서 해저면 위에 거치하는 단계;

   통형상으로 이루어진 부재로서 하단의 단면 형상이 코퍼댐(10)의 상단 단면 형상과 일치하게 구성된 가물막이 케이슨(20)을 상기 코퍼댐(10) 위에 거치하는 단계;

   케이슨(20)이 설치되면 케이슨(20)과 코퍼댐(10) 내부의 물을 외부로 퍼내고, 코퍼댐(10)과 말뚝(110) 상단부의 1차적인 결합을 위하여 코퍼댐(10)의 저면에, 말뚝(110)의 상단부 돌출 높이 이하로 내부결합 콘크리트(13)를 타설하는 단계;

   코퍼댐(10)의 내부에 기초 콘크리트(14)를 타설하는 단계;

   기초 콘크리트(14)의 위로 교각(100)을 시공하는 단계; 및

   교각(100)이 시공된 후 케이슨(20)을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수중 기초에 의해 지지되는 교각 시공방법.
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