KR101296857B1

KR101296857B1 - 토압 지지력이 강화된 바닥보를 구비하는 지하 구조물 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101296857B1
Application number: KR1020110084545A
Authority: KR
Inventors: 채흥석; 문영민; 박찬면
Original assignee: 주식회사 세진에스씨엠
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-08-20
Also published as: KR20130021952A

Abstract

본 발명은 지하 구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바닥보의 토압 지지력이 크기 때문에 한꺼번에 두 개 이상의 지하층을 굴토할 수 있고 건물의 지하 최하층까지 바닥보를 먼저 설치한 후 콘크리트 슬래브를 형성할 수 있기 때문에 시공이 편리하고 공사 기간을 단축할 수 있으며, 지하 구조물의 벽체 두께를 감소시키더라도 토압 지지구조를 강화할 수 있고 이에 따라 지하 구조물의 구축에 소요되는 콘크리트를 줄일 수 있고 지하 구조물의 공간 활용도를 향상시킬 수 있는, 지하 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

Description

토압 지지력이 강화된 바닥보를 구비하는 지하 구조물 및 그 시공방법{Underground structure having slab beam with enhanced bearing power against earth pressure and construction methods of the same}

본 발명은 지하 구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바닥보의 토압 지지력이 크기 때문에 한꺼번에 두 개 이상의 지하층을 굴토할 수 있고 건물의 지하 최하층까지 바닥보를 먼저 설치한 후 콘크리트 슬래브를 형성할 수 있기 때문에 시공이 편리하고 공사 기간을 단축할 수 있으며, 지하 구조물의 벽체 두께를 감소시키더라도 토압 지지구조를 강화할 수 있고 이에 따라 지하 구조물의 구축에 필요한 콘크리트를 줄일 수 있고 지하 구조물의 공간 활용도를 향상시킬 수 있는, 지하 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 건물을 시공할 경우 지하층을 구축하게 되는데, 이와 같은 지하층을 구축하기 위해 지반의 붕괴를 막는 흙막이벽을 설치하고 탑다운(Top-Down) 방식으로 지하층을 구축한다.

상기 탑다운 방식은 굴착공사 이전에 흙막이벽과 지하층 기둥을 미리 시공한 다음, 단계별로 지하층 슬래브와 토공사를 반복해 가면서 위에서 아래로 지하 구조물을 형성하는 공법으로서, 도심지의 대규모 구조물을 위한 굴착공사에도 안정적이며, 구조물의 1층 바닥 선시공으로 인한 작업장의 조기확보 및 지상과 지하의 동시 시공으로 인한 공기단축 등의 효과를 기대할 수 있는 공법이다.

한편, 상기 흙막이벽 시공의 예로서, 축조 현장에서 콘크리트로 흙막이벽을 타설하는 CIP 공법(Cast In Place Pile)과, 빔 형태의 파일(PILE)을 일정 간격으로 항타하고 터파기 굴착을 진행하면서 토류판을 파일 사이에 끼우는 파일 토류판 흙막이벽, 소일시멘트 월(SCW : Soil Cement Wall), 다이아프램 월(Diaphragm wall) 등이 있다. 이 중에서 CIP 공법은 파일 토류판 흙막이벽과 소일시멘트 윌 등에 비해 흙막이벽의 강성이 우수하여 지하층을 구축하기 위한 공법으로 주로 사용되고 있다.

상기 CIP 공법은 주열식으로 철근 콘크리트 기둥을 현장에서 타설하는 것으로서, 천공장비로 지반을 수직으로 천공하여 케이싱을 설치하고 케이싱 내부에 철근을 설치하고, H 형강을 소정간격으로 케이싱 내부에 삽입시킨 후 콘크리트를 충진시켜 기둥으로 고형화한 다음 케이싱을 제거하는 일련의 과정을 반복함으로써 흙막이벽을 형성하는 공법이다.

건축물의 경계선을 따라 상기 흙막이벽이 설치되면 1차 터파기 후, 흙막이벽을 지지하도록 띠장과 테두리보를 설치한 다음, 철골보를 기둥과 테두리보에 연결하고 그 위에 슬래브를 타설하는 방법을 반복함으로써 지하 구조물을 구축한다. 이때, 건물의 각 층고는 대략 3.6m 내지 4.5m이며, 이러한 슬래브의 하중 및 건축물의 하중을 지지하기 위하여 흙막이벽에 벽체가 시공된다.

한편, 하나의 층고 깊이만큼 지반을 터파기하고 철골보를 설치한 후 슬래브를 타설하는데, 이것은 상기 철골보가 토압 지지력이 약하기 때문에 슬래브가 토압을 지지하도록 하기 위해서이다. 즉, 상기 철골보가 토압 지지력이 약하기 때문에 하나의 층고 깊이만큼 터파기, 철골보 설치, 슬래브 타설이 반복적으로 이루어져야 하고, 이에 따라 시공이 어려워지고 공사기간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

도 1은 지하 구조물을 시공한 단면을 보여준다. 전술한 CIP 공법을 이용하여 흙막이벽(w)을 시공 후, 탑다운 방식에 의해 지하 구조물의 외벽 즉, 흙막이벽의 내측으로 벽체(5)가 시공된다. 여기서, 각 층간 설치되는 철골보 및 철골보의 위에 타설된 슬래브는 도시되지 않았다.

상기 벽체(5)는 슬래브의 하중 및 건축물의 하중을 지지함과 더불어 토압에 의해 지반이 붕괴는 것을 방지하도록 이루어져야 한다. 따라서, 벽체(5)는 토압에 저항하며 슬래브의 하중 및 건축물의 하중을 지지하기 위하여 두께가 두꺼워져야 한다는 문제점이 있다.

또한, 벽체(5)가 두꺼워짐에 따라 벽체(5)를 형성하는 콘크리트 및 보강철근 등의 재료가 많이 소요됨은 물론, 지하 구조물 내부의 공간 활용도도 감소되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 바닥보의 토압 지지력이 커서 한꺼번에 두 개 층 이상의 지반을 굴토할 수 있기 때문에 시공이 편리하고 공사 기간을 단축할 수 있는 지하 구조물 및 그 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 건물의 지하 최하층까지 바닥보를 먼저 설치한 후 슬래브를 형성할 수 있기 때문에 시공이 편리하고 공사 기간을 단축할 수 있는 지하 구조물 및 그 시공방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 지하 구조물의 벽체의 두께를 감소시키더라도 토압에 대한 지지구조를 강화함과 더불어 슬래브의 하중에 견딜 수 있는 지하 구조물 및 그 시공방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 지하 구조물의 벽체의 두께를 감소시켜 벽체를 형성하는 재료의 비용을 감소시킬 수 있는 지하 구조물 및 그 시공방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지하 구조물은, 흙막이벽에 소정 간격으로 매립된 보강재; 보강재에 결합되는 연결부재; 연결부재를 서로 연결하도록 설치된 수평 보강재; 및, 수평 보강재와 연결부재 중 적어도 어느 하나에 설치된 바닥보;를 포함한다. 바닥보는 강관(170)을 포함하는데, 강관(170)은 각형 또는 원형의 단면형상을 갖고 그 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성되며 상기 중공에는 콘크리트(C3)가 채워진다. 연결부재와 수평 보강재는 지하 구조물의 벽체(160)에 매립되고, 이에 따라 벽체(160)의 강성이 커진다. 한편, 강관(170)의 중공에는 콘크리트(C3)가 없고 강관(170)만으로도 토압 지지력을 제공하도록 할 수도 있다.

상기 강관(170)에는 콘크리트(C3)를 주입하기 위한 주입홀(171)이 형성될 수 있다.

상기 보강재는 강관(4)을 포함할 수 있는데, 강관(4)은 각형 또는 원형의 단면형상을 갖고 그 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성되며 상기 중공에는 콘크리트(C1)가 채워진다.

상기 수평 보강재는 강관(120)을 포함할 수 있는데, 강관(120)은 각형 또는 원형의 단면형상을 갖고 그 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성되며 상기 중공에는 콘크리트(C2)가 채워진다.

상기 강관(120)에는 콘크리트를 주입하기 위한 주입공(123)이 형성될 수 있다.

상기 수평 보강재와 흙막이벽 사이에는 이격부재(128)가 설치될 수 있다. 이격부재에 의해서 수평 보강재와 흙막이 벽 사이에 확보되는 공간에는 수평철근(130)이 설치되는 것이 바람직하다. 수평철근(130)은 벽체(160)에 매립되고, 이에 따라 벽체(160)의 토압 지지력이 증가될 수 있다.

본 발명의 다른 측면인 지하 구조물의 시공방법은, (a) 시공되는 구조물의 경계선을 따라 흙막이벽(1)을 구축하는 단계; (b) 흙막이벽(1)의 안쪽으로 지반을 소정 깊이로 굴토하여 터파기 작업을 수행하고, 흙막이벽(1)에 소정 간격으로 매립된 보강재에 연결부재(110)를 설치하는 단계; (c) 연결부재를 서로 연결하도록 수평 보강재를 설치하는 단계; (d) 수평 보강재와 연결부재(110) 중 적어도 어느 하나에 바닥보를 설치하는 단계; (e) 바닥보의 상부에 슬래브(150)를 형성하는 단계; 및 (f) 흙막이벽의 내측으로 벽체(160)를 시공하는 단계;를 포함한다. 연결부재(110) 및 수평 보강재는 벽체(160)에 매립된다. 그리고, 바닥보는 강관(170)을 포함하는데, 강관(170)은 각형 또는 원형의 단면형상을 갖고 그 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성되며 상기 중공에는 콘크리트(C3)가 채워진다. 한편, 강관(170)의 중공에는 콘크리트(C3)가 없고 강관(170)만으로도 토압 지지력을 제공하도록 할 수도 있다.

상기 보강재는 강관(4)을 포함하는데, 강관(4)은 각형 또는 원형의 단면형상을 갖고 그 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성되며 상기 중공에는 콘크리트(C1)가 채워진다.

상기 수평 보강재는 강관(120)을 포함하는데, 강관(120)은 각형 또는 원형의 단면형상을 갖고 그 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성되며 상기 중공에는 콘크리트(C2)가 채워진다.

상기 연결부재에는 수평철근(130)이 삽입되어 연결되도록 관통공(113)이 형성되고, 수평철근(130)은 벽체(160)에 매립되는 것이 바람직하다.

상기 시공방법은 (d) 단계에서 바닥보를 설치한 후, 흙막이벽의 안쪽 지반을 굴토하는 단계;를 포함하는데, 상기 굴토는 한꺼번에 두 개 지하층 또는 그 이상의 깊이를 굴토할 수 있다. 상기 굴토는 (d) 단계에서 설치된 바닥보에 슬래브(150)를 형성하기 전에 이루어질 수 있다.

상기 (e) 단계는 지하 최하층까지 바닥보를 먼저 설치한 후에 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 지하 구조물 및 그 시공방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 바닥보의 토압 지지력이 커서 한꺼번에 두 개 층 이상의 지반을 굴토할 수 있기 때문에 시공이 편리하고 공사 기간을 단축할 수 있다.

둘째, 지하 최하층까지 바닥보를 먼저 설치한 후 슬래브를 형성할 수 있기 때문에 시공이 편리하고 공사 기간을 단축할 수 있다.

셋째, 지하 구조물의 벽체의 두께를 감소시키더라도 토압에 대한 지지구조를 강화함과 더불어 슬래브의 하중에 견딜 수 있다.

넷째, 지하 구조물의 벽체의 두께를 감소시켜 벽체를 형성하는 재료의 비용을 감소시킬 수 있고, 지하 구조물의 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 흙막이벽에 벽체가 시공된 지하 구조물을 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하 구조물을 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 지하 구조물을 나타낸 평면도.
도 4는 도 2의 지하 구조물에 구비된 보강재 및 연결부재를 나타낸 사시도.
도 5a는 도 3의 A 부분 확대도.
도 5b는 도 5a의 B-B선에 따른 단면도.
도 6은 도 3의 C-C'선에 따른 단면도.
도 7a 내지 7h는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하 구조물을 시공하는 각 단계를 나타내는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

한편, 본 발명은 콘크리트 슬래브를 지지하기 위한 바닥보가 각형 또는 원형의 강관으로 이루어지고 상기 강관의 내부에 콘크리트가 채워진 것을 특징으로 한다. 이러한 바닥보는 수평 보강재와 연결부재 중의 적어도 어느 하나에 설치될 수 있는데, 아래에서는 설명의 편의를 위해 바닥보가 연결부재에 설치된 것만을 설명하기로 한다. 바닥보가 수평 보강재에 설치된 것 또는 바닥보가 연결부재와 수평 보강재에 모두 설치된 것은 아래의 설명을 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하 구조물을 나타낸 사시도이고, 도 3은 상기 지하 구조물을 나타낸 평면도이다.

도면을 참조하면, 지하 구조물은 흙막이벽(1)에 소정간격으로 매립된 보강재와, 보강재에 설치된 연결부재(110)와, 연결부재(110)를 연결하도록 설치된 수평 보강재 및, 수평 보강재와 연결부재(110) 중 적어도 어느 하나에 설치된 바닥보를 구비한다.

상기 흙막이벽(1)은 지반이 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 건축물이 세워지는 경계선을 따라 설치되는 것으로서, 본 명세서에서는 이러한 흙막이벽(1)이 CIP 공법에 의하여 형성된 것으로 설명하기로 한다. 그러나, 흙막이벽(1)이 종래의 파일 토류판, 소일시멘트 월(SCW), 다이아프램 월(Diaphragm wall) 등에 의해서도 형성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 상기 CIP 공법에 대해서는 전술한 바 있으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 보강재는 흙막이벽(1)에 소정 간격으로 매립된다. 이하에서는 흙막이벽(1)을 이루는 기둥 중 보강재가 매립된 기둥을 철골기둥(2)이라 한다.

보강재는 흙막이벽(1)의 토압 지지력을 강화하는데, 본 발명에서는 그 내부에 콘크리트(C1)가 채워진 각형 또는 원형의 강관(4)이 보강재로서 사용되는 것이 바람직하다. 강관(4)의 내부에는 그 길이방향으로 중공이 형성되어 있는데, 상기 중공에는 콘크리트(C1)가 채워진다. 그 내부에 콘크리트(C1)가 채워진 강관(4)은 H 형강 등에 비하여 토압에 대한 지지력이 크다는 장점이 있다.

상기 '각형 강관'은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 단면을 가진 강관을 의미하고, '원형 강관'은 수학적인 의미의 원형 단면을 가진 강관 뿐만 아니라 원형에 근접한 단면 형상을 가진 강관도 의미한다.

상기 콘크리트(C1)는 지반 천공 후 케이싱을 설치하고 강관을 케이싱의 내부에 설치한 후 케이싱 내부에 콘크리트를 타설할 때 한꺼번에 타설될 수도 있고, 공장에서 강관(4) 내부에 미리 타설되어 양생될 수도 있다.

상기 연결부재(110)는 흙막이벽(1)에 소정 간격으로 설치되는데, 도 4에 나타난 바와 같이 소정 길이를 갖는 T 형강인 것이 바람직하다. 구체적으로, 연결부재(110)는 강관(4)에 결합된다. 이 때, 연결부재(110)를 설치시 강관(4)을 둘러싼 철골기둥(2)의 콘크리트를 일부 파취(破取)하여 강관(4)을 부분 노출시킨 후, 이 노출된 부분에 연결부재(110)를 결합한다. 상기 연결부재(110)는 용접 또는 볼트 및 너트에 의하여 강관(4)에 고정된다. 한편, 연결부재(110)로는 T 형강 이외에 H 형강도 사용될 수 있다.

연결부재(110)는 지하 구조물의 지하층 전체 구간의 길이와 동일한 길이를 갖도록 제작되어 설치될 수 있지만, 선택적으로 필요한 구간에만 설치될 수도 있다. 상기 필요한 구간은 슬래브를 타설하기 위하여 설치되는 바닥보의 설치 구간 및 벽체(도 7h의 '160'참조)의 강성을 증가시킬 수 있는 최소의 구간을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

이러한 연결부재(110)는 벽체(160)를 타설시 벽체 콘크리트에 매립되어 벽체(160)의 강성을 증대시키는 역할을 한다.

한편, 연결부재(110)에는 연결부재(110)의 길이방향을 따라 복수의 관통공(113)이 형성된다. 관통공(113)은 후술할 수평 보강재(120)의 아래에 위치하도록 형성된다.

관통공(113)에는 수평철근(130)이 삽입되어 설치된다. 도 5a 및 도 5b에 나타난 바와 같이, 수평철근(130)은 이웃하는 수평철근(130)과 결합되어 연결된다. 수평철근(130)이 삽입되어 설치됨에 따라 벽체(160)의 강성을 증가시킴은 물론, 횡토압에 대한 저항력을 향상시키게 된다. 아울러, 연결부재(110)에 형성된 관통공(113) 사이로 벽체 콘크리트가 타설됨으로써 연결부재(110)와 벽체 콘크리트와의 결합력이 높아진다. 한편, 수평철근(130)은 수학적인 의미의 수평으로 설치될 수도 있지만, 수직보다는 수평에 상대적으로 가깝게 기울어지도록 설치될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 수평 보강재는 연결부재(110)를 서로 연결하도록 설치된다. 수평 보강재는 흙막이벽(1)을 지지하는 역할을 한다.

이러한 수평 보강재는 각형 또는 원형의 강관(120)으로 이루어질 수 있다. 강관(120)의 내부에는 그 길이방향을 따라 중공이 형성되어 있는데, 상기 중공에는 콘크리트(C2)가 타설되어 채워진다. 상기 콘크리트(C2)의 타설은 강관(120)에 형성된 주입공(123)을 통해 이루어진다. 콘크리트(C2)가 채워진 강관(120)은 H 형강 등에 비하여 토압에 대한 지지력이 크다는 장점이 있다.

강관(120)은 연결부재(110)와 용접 등에 의해 연결된다. 즉, 도시된 바와 같이 강관(120)을 연결부재(110)의 플랜지(111) 및 웨브(112)에 각각 용접하여 결합시킬 수 있다. 또한, 비록 도면에는 나타나지 않았지만, 강관(120)을 플랜지(111) 및/또는 웨브(112)에 볼트 및 너트를 이용하여 결합시킬 수도 있다.

전술한 바와 마찬가지로, 상기 '각형 강관'은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 단면을 가진 강관을 의미하고, '원형 강관'은 수학적인 의미의 원형 단면을 가진 강관 뿐만 아니라 원형에 근접한 형상의 단면을 가진 강관도 의미한다. 아울러, '수평 보강재'의 '수평'은 수학적 의미의 수평만을 의미하는 것이 아니라 수직에 비하여 수평에 상대적으로 가까운 것도 포함하는 의미로 사용된다. 따라서, 본 발명에서 수평 보강재가 반드시 수학적 의미의 수평을 이루도록 설치되어야 하는 것은 아니다.

상기와 같은 수평 보강재는 벽체(160) 시공시 연결부재(110)와 함께 벽체 콘크리트에 매립되어 영구 구조체가 된다.

강관(120)에는 길이방향을 따라 소정 간격으로 주입공(123)이 형성된다. 주입공(123)을 통해서 콘크리트(C2)가 주입된다. 또한, 주입공(123)은 강관(120) 내부의 콘크리트(C2)와 벽체 콘크리트 사이의 결합력을 높인다.

아울러, 수평 보강재와 흙막이벽(1) 사이에는 이격부재(128)가 설치될 수 있다. 이격부재(128)는 블록 형상 예를 들어, 직육면체 형상으로 형성될 수 있는데, 수평 보강재(120)와 흙막이벽(1) 사이에 공간을 형성함으로써 수평철근(130)이 지나갈 수 있는 공간을 형성한다. 수평철근(130)에 대해서는 전술한 바 있다.

이와 같이, 기존 흙막이벽(도 1의 w)의 외곽면으로부터 형성되는 벽체(도 1의 5)에 비하여, 본 발명에서는 연결부재(110)의 일부가 흙막이벽(1)에 매립되어 설치됨에 따라 효율적으로 벽체의 두께를 감소시킬 수 있고 연결부재(110) 및 수평 보강재가 벽체(160)에 매립됨에 따라 벽체(160)의 강성을 증가시켜 벽체(160)의 두께를 감소시킬 수 있다.

또한, 수평 보강재와 보강재로서 강관(4)(120)을 사용함으로써, 기존의 흙막이벽(w) 및 벽체(5)에 비하여, 흙막이벽(1) 및 벽체(160)의 강성을 증가시킬 수 있다.

한편, 바닥보는 연결부재(110)에 설치되어 콘크리트 슬래브(도면에 미도시)를 지지한다. 바닥보는 연결부재(110)를 서로 연결하도록 설치되거나 연결부재(110)와 지하구조물의 기둥(7)을 서로 연결하도록 설치된다. 한편, 도면은 바닥보가 연결부재(110)에 설치된 것을 도시하고 있지만, 바닥보는 수평 보강재에 설치되거나, 수평 보강재 및 연결부재(110) 모두에 설치될 수 있다. 즉, 바닥보는 연결부재(110)와 수평 보강재 중 적어도 어느 하나에 설치될 수 있다. 다만, 아래에서는 설명의 편의를 위해서 바닥보가 연결부재(110)에 설치된 것만을 설명하기로 한다.

도 5a 내지 도 6에 나타난 바와 같이, 바닥보는 각형 또는 원형의 단면 형상을 갖는 강관(170)으로 이루어질 수 있다. 강관(170)의 내부에는 그 길이방향을 따라 중공이 형성되어 있는데, 상기 중공에는 콘크리트(C3)가 타설되어 채워진다. 상기 콘크리트(C3)의 타설은 주입홀(171)을 통해서 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 바닥보는 상기 중공에 콘크리트(C3)가 타설되지 않고 강관(170)만으로 이루어질 수도 있다.

강관(170)은 연결부재(110)의 플랜지(111)에 용접되어 설치될 수 있다. 상기 용접에 대한 대안으로써, 강관(170)은 볼트와 너트에 의해 플랜지(111)에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 강관(170)의 끝단에 소정 폭과 높이를 가진 평판(도면에 미도시)을 용접하여 결합시키고, 상기 평판과 플랜지(111)를 관통하는 볼트(도면에 미도시)와 너트를 이용하여 상기 평판과 플랜지(111)를 서로 결합시킬 수도 있다. 이러한 결합은 본 명세서를 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

콘크리트(C3)가 채워진 강관(170)은, H 형강 등에 비하여, 토압에 대한 지지력이 크다. 따라서, 본 발명에 따르면, 바닥보를 이용하여 토압을 지지함으로써 한꺼번에 두 층 이상의 지반을 굴토할 수 있다. 다시 말해서, 기존에는 바닥보를 설치한 후, 상기 바닥보에 콘크리트 슬래브를 형성함으로써 콘크리트 슬래브가 토압을 지지하도록 하였지만, 본 발명은 바닥보가 토압을 지지할 수 있기 때문에 바닥보를 설치한 후에 곧바로 콘크리트 슬래브를 반드시 형성할 필요가 없고 바닥보를 설치한 후에 두 층 이상의 지반을 한꺼번에 굴토할 수 있다. 또한, 지하 최하층까지 바닥보를 먼저 설치한 후 각 층의 바닥보에 콘크리트 슬래브를 형성할 수도 있기 때문에 공사가 편리해지고 신속해진다는 장점을 가진다. 이 점에 대해서는 아래에서 추가로 설명된다.

이와 같이, 본 발명은 흙막이벽(1) 및 벽체(160)의 강성을 증가시킴으로써 종래의 흙막이벽(w) 및 벽체(5)에 비해 두께를 얇게 할 수 있고, 이에 따라 콘크리트, 철근 등의 재료 사용을 절감할 수 있어 경제적이고 벽체(160)의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에 지하 구조물의 공간 활용성을 높일 수 있다.

그러면, 도 7a 내지 도 7h를 참조하여, 상기와 같은 지하 구조물의 시공방법을 설명하기로 한다.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 지하 구조물이 건축될 외곽 경계선을 따라 흙막이벽(1)을 구축한다. 흙막이벽(1)은, 주지하는 바와 같이, 지하 터파기 시 주위 토사가 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 지하 구조물의 외부 경계측에 설치되는 구조물을 말하는 것으로, 이와 같은 흙막이벽(1)은 예컨대 CIP 공법에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 종래의 토류판 흙막이벽이나 소일시멘트 월(Soil Cement Wall), 다이아프램 월(Diaphragm wall) 등에 의하여 흙막이벽을 구축할 수도 있다.

흙막이벽(1)에는 소정 간격으로 보강재 즉 강관(4)이 매립된다. 보강재는 그 내부에 콘크리트(C1)가 채워진 강관(4)이므로 기존의 H 형강 등에 비해서 토압 지지력이 크다.

한편, 도 7a 내지 도 7h에 도시된 흙막이벽(1)은 설명의 편의상 강관(4)이 보여지도록 도시한 것이다.

부가적으로, 흙막이벽(1)의 구축시, 건축물을 지지하는 기둥(도 3의 7, 도 7a 내지 도 7h에는 미도시)을 선택적으로 설치할 수 있다.

다음으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 흙막이벽(1)의 내측 토사에 대하여 1차 터파기를 수행한 후, 흙막이벽(1)에 연결부재(110)를 설치한다. 이때, 1차 터파기의 깊이는 지상 1층 바닥보 및 연결부재(110)를 설치하기에 적당한 깊이로 굴착한다.

구체적으로, 연결부재(110)는 흙막이벽(1)에 매립된 강관(4)에 설치된다. 여기서, 연결부재(110)는 T 형강이 사용될 수 있지만, H 형강도 사용될 수 있다. 연결부재(110)는 강관(4)에 용접 또는 볼트 등에 의하여 고정된다.

한편, 흙막이벽(1)을 이루는 각각의 기둥은 그 단면이 원형으로 이루어지는데, 강관(4)의 일면이 노출되도록 강관(4)을 덮는 콘크리트의 일부를 제거한 후 연결부재(110)를 설치한다.

연결부재(110)는 이후의 공정에서 연결부재(110) 사이에 설치되는 수평 보강재(120) 및 연결부재(110)에 설치되는 바닥보를 지지한다.

이어서, 도 7c에 나타난 바와 같이, 이격부재(128) 및 수평 보강재를 연결부재(110) 사이에 설치한다. 전술한 바와 같이, 수평 보강재는 콘크리트(C2)가 내부에 채워진 강관(120)이기 때문에 기존의 H 형강 등에 비해서 토압에 대한 지지력이 크다. 강관(120)은 연결부재(110)의 웨브(111) 및/또는 플랜지(112)에 용접 등에 의해 결합될 수 있다.

다음으로, 수평철근(130)을 관통공(113)에 삽입하여 설치한다. 이격부재(128)는 강관(120)과 흙막이벽(1) 사이에 공간을 형성한다. 수평철근(130)은 이러한 공간에 설치되되, 관통공(113)을 관통하도록 설치되어 이웃하는 수평철근(130)과 서로 연결된다.

수평 보강재는 흙막이벽(1)을 지지하는 역할을 한다. 또한, 수평 보강재는 벽체(160)에 매립됨으로써 벽체(160)의 강성을 증대시키는 역할을 한다.

이어서, 도 7d에 나타난 바와 같이, 바닥보인 강관(170)을 연결부재(110)에 설치한다. 도 7d는 강관(170)의 양쪽 끝단이 연결부재(110)에 설치된 것을 도시하고 있으나, 강관(170)은 연결부재(110)와 기둥(7)을 연결하도록 설치될 수도 있다.

바닥보는 흙막이벽(1)으로부터 가해지는 토압을 지지하는 스트러트(strut)와 같은 역할을 하며, 지하 공사의 완료 후에는 콘크리트 슬래브를 지지하는 영구 구조물로서 존치된다.

지상 1층의 바닥보 설치가 완료되면, 지반을 추가적으로 굴토한다. 그런데, 본 발명에서는 강관(170)으로 이루어진 바닥보가 토압에 대한 지지력이 매우 크기 때문에 한꺼번에 두 개 층 이상의 지반을 굴토할 수 있다. 즉, 기존에는 바닥보를 설치하고 슬래브를 타설하여 토압에 대한 지지력을 확보한 다음에 1개 층의 깊이에 상응하는 지반을 굴토하였지만, 본 발명에서는 바닥보의 토압 지지력이 크기 때문에 바닥보를 설치한 후 콘크리트 슬래브를 타설할 필요성이 없고 한꺼번에 두 개 층 이상의 깊이를 굴토할 수 있다. 도 7e는 지상 1층의 바닥보를 설치한 후 바닥보에 슬래브를 형성하지 않은 상태에서 두 개 층의 깊이에 해당하는 지반을 한꺼번에 굴토한 것을 예시적으로 보여준다. 따라서, 본 발명은 공사가 편리해지고 공사기간을 단축시킬 수 있다는 효과를 가진다.

이어서, 도 7f에 나타난 바와 같이, 지하 1층 및 지하 2층에 해당하는 높이에서 연결부재(110)를 보강재에 설치하고 연결부재(110)에 수평 보강재와 바닥보 및 수평철근(130)을 설치한다. 연결부재(110)에 수평 보강재와 바닥보 및 수평철근(130)을 설치하는 것은 전술한 방법과 동일하게 이루어질 수 있다.

상기와 같은 공정을 거쳐 지하 최하층까지 바닥보를 설치하고, 이어서 기초바닥 콘크리트(도 7g의 190)를 타설한다. 한편, 벽체(160)를 시공하기 전에 철근망으로 형성된 보강철근(180)을 설치할 수도 있다.

다음으로, 도 7h에 나타난 바와 같이, 콘크리트를 타설하여 슬래브(150)를 형성하고 벽체(160)를 형성한다. 본 발명에서는 각 층의 바닥보를 설치한 후 곧바로 해당 층의 슬래브(150)를 형성할 수도 있지만, 지하 최하층까지 바닥보를 설치한 후 각 층의 슬래브(150)를 형성할 수도 있는데, 이렇게 바닥보를 모두 설치한 후 한꺼번에 슬래브(150)를 형성하면 공사가 편리해지고 공사기간이 단축될 수 있다.

한편, 슬라브(150)는 당해 층의 전체 면적에 대해 타설 시공되는 것이 아니라, 외곽 가장자리 부분은 남겨두고 타설하여 슬라브(150)의 외곽 경계선이 흙막이벽(1)으로부터 소정거리 이격된 상태로 형성되도록 한다. 예컨대, 슬라브(150)의 외곽 경계부가 이후 시공될 지하 벽체(160)의 내측 경계선과 일치하거나 더 안쪽으로 위치할 수 있도록 타설 시공되도록 한다. 이와 같이 구성한 이유는 이후의 지하 벽체(160) 시공시에 벽체(160)의 연속시공이 가능할 수 있도록 하기 위한 것이다. 즉, 슬래브(150)와 연결부재(110) 사이 및 슬래브(150)와 수평 보강재 사이에 일정한 이격 공간이 형성되어 있음으로써, 종래 공법에서와 같이 지하 외벽이 테두리보 등에 의해 단절됨이 없이, 순타공법에 의해 연속적으로 시공이 가능된다.

슬래브(150) 시공이 완료된 후, 벽체(160)가 아래에서부터 지상까지 상향 시공(순타시공)된다. 이 때, 슬래브(150)의 외곽 경계부가 벽체 예정면까지만 선시공된 상태이므로, 전술한 바와 같이 각 층 슬라브(150)에 의해 단절됨이 없이 벽체(160)를 한 번에 연속 시공할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

C1, C2, C3 : 콘크리트 1: 흙막이벽
110 : 연결부재 113 : 관통공
4, 120, 170 : 강관 130 : 수평철근
150 : 슬래브 160 : 벽체
180 : 보강철근

Claims

흙막이벽에 소정 간격으로 매립된 보강재;
플랜지 및 웨브를 가지는 T 형강 또는 H 형강으로 이루어지며, 상기 보강재에 결합되는 연결부재;
그 양단부가 상기 플랜지와 상기 웨브가 만나는 모서리부에 각각 결합되어, 서로 인접하는 연결부재를 서로 연결하도록 설치된 수평 보강재; 및
상기 플랜지의 외측면에 설치된 바닥보;를 포함하고,
바닥보는,
각형 또는 원형의 단면형상을 갖고 그 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성된 강관(170)을 포함하고,
연결부재와 수평 보강재는 지하 구조물의 벽체(160)에 매립되는 것을 특징으로 하는 지하 구조물.
제1항에 있어서,
강관(170)의 상기 중공에는 콘크리트(C3)가 채워진 것을 특징으로 하는 지하 구조물.
제2항에 있어서,
강관(170)에는 콘크리트(C3)를 주입하기 위한 주입홀(171)이 형성된 것을 특징으로 하는 지하 구조물.
제2항에 있어서,
수평 보강재는,
각형 또는 원형의 단면형상을 갖고 그 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성되며 상기 중공에는 콘크리트(C2)가 채워진 강관(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물.
제4항에 있어서,
강관(120)에는 콘크리트를 주입하기 위한 주입공(123)이 형성된 것을 특징으로 하는 지하 구조물.
(a) 시공되는 구조물의 경계선을 따라 흙막이벽(1)을 구축하는 단계;
(b) 흙막이벽(1)의 안쪽으로 지반을 소정 깊이로 굴토하여 터파기 작업을 수행하고, 흙막이벽(1)에 소정 간격으로 매립된 보강재에 웨브 및 플랜지를 가지는 T 형강 또는 H 형강으로 이루어지는 연결부재(110)를 설치하는 단계;
(c) 그 양단부를 상기 플랜지와 상기 웨브가 만나는 모서리부에 각각 결합하여, 서로 인접하는 상기 연결부재를 연결하도록 수평 보강재를 설치하는 단계;
(d) 상기 플랜지의 외측면에 바닥보를 설치하는 단계;
(e) 바닥보의 상부에 슬래브(150)를 형성하는 단계; 및
(f) 흙막이벽의 내측으로 벽체(160)를 시공하는 단계;를 포함하고,
연결부재(110) 및 수평 보강재가 벽체(160)에 매립되며,
바닥보는,
각형 또는 원형의 단면형상을 갖고 그 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성된 강관(170)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물의 시공방법.
제6항에 있어서,
강관(170)의 상기 중공에는 콘크리트(C3)가 채워진 것을 특징으로 하는 지하 구조물의 시공방법.
제7항에 있어서,
수평 보강재는,
각형 또는 원형의 단면형상을 갖고 그 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성되며 상기 중공에는 콘크리트(C2)가 채워진 강관(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물의 시공방법.
제7항에 있어서,
연결부재에는 수평철근(130)이 삽입되어 연결되도록 관통공(113)이 형성되고,
수평철근(130)은 벽체(160)에 매립되는 것을 특징으로 하는 지하 구조물의 시공방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
(d1) 상기 (d) 단계에서 바닥보를 설치한 후, 흙막이벽의 안쪽 지반을 굴토하는 단계;를 포함하고,
상기 굴토는 한꺼번에 두 개 지하층 또는 그 이상의 깊이를 굴토하는 것을 특징으로 하는 지하 구조물의 시공방법.
제10항에 있어서,
상기 (d1) 단계의 굴토는 (d) 단계에서 설치된 바닥보에 슬래브(150)를 형성하기 전에 이루어지는 것을 특징으로 하는 지하 구조물의 시공방법.
제11항에 있어서,
상기 (e) 단계는 지하 최하층까지 바닥보를 먼저 설치한 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 지하 구조물의 시공방법.