KR102625776B1 - 차수 강화 및 지반침하 방지기능이 향상된 cip 흙막이벽체의 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 토압에 대응하여 충분한 강도를 확보하면서도 높은 차수 효과를 가질 수 있으며, 시공 중 천공홀 내부로의 지하수 유입과 천공홀 공벽 붕괴 및 배면지반 침하를 방지할 수 있는 개량된 주열식 현장타설 콘크리트(C.I.P) 흙막이벽체의 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 a) 흙막이 대상 지반의 지중에 원지반 토사와 고화제를 교반 및 혼합시켜 복수의 주열식강화벽체를 시공하는 단계; b) 상기 주열식강화벽체가 형성된 영역을 따라 일정 간격으로 천공홀을 형성하고, 선택된 천공홀에 철근망 또는 H빔을 포함하는 보강재를 삽입하는 단계; 및 c) 상기 보강재가 삽입된 천공홀에 콘크리트를 타설 후, 양생하여 상기 주열식강화벽체가 시공된 지반 상에 지지벽체를 시공하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.
Description
본 발명은 토압에 대응하여 충분한 강도를 확보하면서도 높은 차수 효과를 가질 수 있으며, 시공 중 천공홀 내부로의 지하수 유입과 천공홀 공벽 붕괴 및 배면지반 침하를 방지할 수 있는 개량된 주열식 현장타설 콘크리트(C.I.P) 흙막이벽체의 시공방법에 관한 것이다.
국내 흙막이벽체 조성공법으로는 H-Pile 토류벽체, 쏘일시멘트벽체(S.C.W), 고강도 흙막이벽체(H.S.W), 현장타설 콘크리트벽체(C.I.P), 콘크리트 지하연속벽체(Slurry Wall) 조성공법 등이 있으며, 각각의 특징이 있어서 설계과정에서 현장조건에 가장 유리한 흙막이벽체 조성공법을 선정하여 적용한다.
도심지 및 연약한 지층조건에서 지하층 굴착깊이가 비교적 깊은 흙막이 가시설 벽체 조성시 주로 적용되는 공법은 주열식 현장타설 콘크리트 벽체(C.I.P)인데, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 이 공법은 천공 후 철근이나 H형강 등의 보강재를 넣은 후 콘크리트를 채워 넣은 콘크리트 말뚝을 연속적으로 시공하여 주열식 흙막이 벽체를 형성하는 공법이다.
이러한 주열식 현장타설 흙막이벽체(C.I.P) 조성공법은 가설 흙막이 벽체로서 도심지의 협소한 지역 및 연약지반 조건에 주로 적용되나, 지하층 굴착시 현장타설 콘크리트 흙막이벽체(C.I.P)만으로 배면지반으로부터 유입되는 지하수에 대한 차수효과를 100% 기대할 수 없기 때문에 가설 흙막이벽체 배면에 별도의 차수그라우팅을 해야 하며, 차수그라우팅의 품질에 문제가 발생될 경우에는 지하층 굴착 중 흙막이 벽체 배면지반의 침하 및 공동 발생 등이 흙막이 가시설 붕괴의 주요 원인이 될 수 있다.
한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0059298호의 스크래치 구조물을 이용한 CIP공법의 차수벽 제작방법에서는 CIP공법에서 별도의 차수그라우팅 없이 차수성을 확보하는 방법을 제시하였지만 작업공정이 복잡하고, 시공 중 품질관리에 대한 어려움이 단점으로 나타나고 있다.
특히 종래 기술에 따른 CIP공법에서는 사질토층(모래층)으로 구성된 동해안 지역이나 연약지반(점토층)으로 구성된 서해안과 같은 지층조건의 시공 대상 지반에 대한 공학적 토질특성을 고려하지 않은 상태에서 지반에 대한 천공을 실시하게 되므로 지반 천공 중 천공 홀 내부로 지하수의 유입 및 콘크리트 타설 후 케이싱 인발과정에서 공벽 붕괴가 유발될 수 있으며, 더 나아가 흙막이 벽체의 시공 후에도 흙막이 벽체사이로 유입되는 누수로 인하여 배면지반에 침하가 발생됨으로 인하여 흙막이 가시설의 붕괴와 같은 대형 사고로 이어질 수 있다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 안출된 것으로, 토압에 대응하여 충분한 강도를 확보하면서도 높은 차수 효과를 가질 수 있으며, 공벽 붕괴 및 흙막이 가시설 배면지반의 침하를 방지할 수 있는 개량된 주열식 현장타설 콘크리트(C.I.P) 흙막이벽체의 시공방법을 제공하는 것이 목적이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 차수 강화 및 지반침하 방지기능이 향상된 CIP 흙막이벽체의 시공방법(이하 "본 발명의 시공방법"이라 칭함)은, a) 흙막이 대상 지반의 지중에 원지반 토사와 고화제를 교반 및 혼합시켜 복수의 주열식강화벽체를 시공하는 단계; b) 상기 주열식강화벽체가 형성된 영역을 따라 일정 간격으로 천공홀을 형성하고, 선택된 천공홀에 철근망 또는 H빔을 포함하는 보강재를 삽입하는 단계; 및 c) 상기 보강재가 삽입된 천공홀에 콘크리트를 타설 및 양생한 후, 상기 주열식강화벽체가 시공된 지반 상에 지지벽체를 시공하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 b)단계 내지 c)단계는, 상기 주열식강화벽체가 형성된 지반을 따라 상호 일정한 이격을 갖도록 복수의 제 1천공홀을 형성하는 단계; 상기 제 1천공홀에 철근망 또는 H빔을 포함하는 보강재를 삽입하는 단계; 상기 보강재가 삽입된 제 1천공홀에 콘크리트를 타설, 양생하여 제 1지지벽체를 시공하는 단계; 인접하는 양 제 1지지벽체 사이에서 배면 토압이 작용하는 방향으로부터 상기 제 1지지벽체가 시공되는 열보다 상대적으로 먼 거리에 위치하면서 주면이 양 제 1지지벽체의 주면과 접하도록 복수의 제 2천공홀을 형성하는 단계; 및 상기 제 2천공홀에 콘크리트를 타설, 양생하여 상기 제 1지지벽체와 이어지는 제 2지지벽체를 시공하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 인접하는 양 제 2지지벽체 간의 이격된 공간에 차수그라우팅을 시공하는 단계;를 더 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, a) 단계에서, 상기 주열식강화벽체는 상호 중첩 시공되는 것이 특징이다.
이와 같이 본 발명의 시공방법에 의하면, 고강도 심층혼합처리공법(High strength D.C.M ; H.D.C.M) 등을 통해 흙막이 벽체가 시공될 대상 지반을 선행적으로 보강한 후, 해당 지반에 구조체로서 기능을 하는 지지벽체를 후시공하게 됨으로써, 토압에 대응하여 충분한 강도를 확보하면서도 높은 차수 효과를 가질 수 있게 되며, 특히 흙막이 벽체 형성을 위한 천공 과정에서 발생할 수 있는 공벽 붕괴 및 배면지반의 침하를 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한 연약지반 상에서 흙막이 벽체를 시공함에 있어 요구되는 케이싱 관입 공정이 불필요하므로 시공 시간은 물론 시공 비용이 절감되어 시공성이 우수할 뿐 아니라 경제성이 향상되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 시공방법을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 흙막이 벽체의 기본 예를 나타내는 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 시공되는 안정성이 보강된 흙막이 벽체를 나타내는 평면도.
도 4a는 일반적인 주열식 흙막이 벽체의 차수그라우팅 시공 포인트를 나타내는 평면도.
도 4b는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 시공되는 흙막이 벽체의 차수그라우팅 시공 포인트를 나타내는 평면도.
도 2는 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 흙막이 벽체의 기본 예를 나타내는 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 시공되는 안정성이 보강된 흙막이 벽체를 나타내는 평면도.
도 4a는 일반적인 주열식 흙막이 벽체의 차수그라우팅 시공 포인트를 나타내는 평면도.
도 4b는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 시공되는 흙막이 벽체의 차수그라우팅 시공 포인트를 나타내는 평면도.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 시공방법은 같이 흙막이 대상 지반의 지중에 원지반 토사와 고화제를 교반 및 혼합시켜 복수의 주열식강화벽체(10)를 시공하는 단계(S100)와, 상기 주열식강화벽체(10)가 형성된 영역을 따라 일정 간격으로 천공홀을 형성하고, 선택된 천공홀에 철근망 또는 H빔을 포함하는 보강재(200)를 삽입하는 단계(S200) 및 상기 보강재(200)가 삽입된 천공홀에 콘크리트를 타설 및 양생한 후, 상기 주열식강화벽체(10)의 시공으로 강화된 지반 상에 복수의 지지벽체(20)를 시공하는 단계(S300)를 포함한다.
상기 S100단계는 흙막이 벽체를 시공하기에 앞서 선행적으로 시공 대상 지반을 고화 및 개량시켜 보강하는 공정이다.
본 단계(S100)는 고강도 심층혼합처리공법(High strength D.C.M ; H.D.C.M)을 이용하여 지반 영역을 고화 및 개량할 수 있다.
일 예로 본 단계(S100)는 도면에 도시된 바 없으나 지반영역으로 오거장치를 관입하여 천공벽을 형성하는 단계와, 상기 오거장치를 이용하여 천공벽이 형성된 지중으로 고화제를 공급하는 단계와, 상기 오거장치를 이용하여 원지반 토사와 고화제를 교반 및 혼합하고 천공벽을 다지는 단계 및 상기 오거장치를 상기 지반영역으로부터 인발시켜 분리하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
본 단계(S100)는 상술한 세부 과정을 반복하여 흙막이 대상 지반을 주열식으로 연속 시공함으로써 복수의 주열식강화벽체(10)를 형성하게 된다.
이때 연속 시공되는 상기 주열식강화벽체(10)는 상호 중첩 시공되게 하여 흙막이 벽체가 시공될 지반 상에서 보강 구간의 단절이 발생되지 않게 함이 바람직하다.
이에 따라 더욱 효과적인 차수 성능을 가질 수 있게 하며, 후공정의 지지벽체(20)를 시공하는 과정에서 공벽 붕괴 및 천공홀 내부로 지하수 유입에 따른 배면지반의 침하 등을 방지할 수 있게 된다.
그리고 상기 고화제는 지반에 대한 오염을 최소화할 수 있도록 친환경 고화제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 오거장치는 고강도 흙막이 연속벽체 또는 심층혼합처리공법을 위한 천공 장치로 연약지반에 관입되는 과정에서 토사가 분산 및 교란되는 것을 제어함으로써 슬라임 배출을 억제시킬 수 있으며, 일 장치를 통해 고화제를 분사한 후 고화제와 토사 간의 기계적 교반을 수행하도록 구성될 수 있다.
여기서 상기 오거장치는 원지반의 토질과 작업 환경 등을 고려하여 공지의 다양한 장치들 중 적합한 하나를 선택하여 사용할 수 있는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편 상기 S200단계는 상기 주열식강화벽체(10)가 형성된 영역을 따라 일정 간격으로 천공홀을 형성하고, 선택된 천공홀에 철근망 또는 H빔을 포함하는 보강재(200)를 삽입하는 과정이다.
상기 S200단계에서는 상기 오거장치의 관입을 가이드하여 천공홀의 연직도를 확보할 수 있도록 사전에 안내벽 시설을 설치할 수 있다.
안내벽 시설이 시공에 적용될 경우, 상기 안내벽 시설의 안치 및 설치를 위한 지반의 줄파기와, 안내벽 시설의 측면부 지반의 되메움 및 다짐과 같은 추가적인 과정이 더 포함될 수 있다.
상기 S300단계는 상기 S200단계에 의해 형성되는 천공홀에 콘크리트를 타설 후, 양생하여 선시공된 주열식강화벽체(10) 영역 내에 흙막이 지지벽체(20)를 시공하는 과정이다.
즉 본 발명의 시공방법은, 고강도 심층혼합처리공법(High strength D.C.M ; H.D.C.M) 등을 통해 흙막이 벽체가 시공될 대상 지반을 선행적으로 보강한 후, 해당 지반에 구조체로서 기능을 하는 지지벽체(20)를 후시공하게 되는 것이다.
이처럼 본 발명에서는 주열식강화벽체(10)와 지지벽체(20)가 동일 지반 영역에서 중첩 시공됨으로써, 토압에 대응하여 충분한 강도를 확보하면서도 높은 차수 효과를 가질 수 있게 되며, 특히 지지벽체(20)를 형성하는 과정에서 발생할 수 있는 천공홀 내부로의 지하수 유입, 공벽 붕괴 및 배면지반의 침하 등을 방지할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 연약 지반 상에서 흙막이 벽체의 시공 시 요구되는 케이싱 관입 공정이 불필요하므로 시공 시간은 물론 시공 비용을 절감할 수 있게 된다.
한편 본 발명의 일 실시 예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 주열식강화벽체(10)가 형성된 지반 상에서 상기 지지벽체(20)가 상호 이격을 형성하면서 2열 배치되는 구조를 가질 수 있다.
구체적으로 본 실시 예에 따른 상기 S200단계 내지 S300단계는, 상기 주열식강화벽체(10)가 형성된 지반을 따라 상호 일정한 이격을 갖도록 복수의 제 1천공홀을 형성하는 단계와, 상기 제 1천공홀에 철근망 또는 H빔을 포함하는 보강재(200)를 삽입하는 단계 및 상기 보강재(200)가 삽입된 제 1천공홀에 콘크리트를 타설 후, 양생하여 제 1지지벽체(21)를 시공하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 인접하는 양 제 1지지벽체(21) 사이에서 배면 토압이 작용하는 방향으로부터 상기 제 1지지벽체(21)가 시공되는 열보다 상대적으로 먼 거리에 위치하면서 주면이 양 제 1지지벽체(21)의 주면과 접하도록 복수의 제 2천공홀을 형성하는 단계 및 상기 제 2천공홀에 콘크리트를 타설 후, 양생하여 상기 제 1지지벽체(21)와 이어지는 제 2지지벽체(22)를 시공하는 단계를 포함할 수 있다.
이때 도 3에 따르면 상기 제 2지지벽체(22)는 보강재(200)가 배재된 상태의 무근 벽체로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제 1지지벽체(21)와 마찬가지로 제 2천공홀에 철근망 또는 H빔을 포함하는 보강재(200)를 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
즉 본 실시 예에서는 주열식강화벽체(10)가 형성된 지반 상에서 토압을 직접적으로 받게 되는 전방에 일정 간격을 따라 복수의 제 1지지벽체(21)를 상호 이격 배치하고, 그 후방으로 상기 제 1지지벽체(21)의 사이마다 제 2지지벽체(22)의 주면이 접하도록 지지벽체를 시공하게 되는 것이다.
일반적으로 천공홀을 형성하기 위한 오거장치는 전단에 과도한 하중이 부여되므로 지지벽체(20)의 시공을 위해 천공홀을 형성하는 과정에서 오거장치의 관입 수직도를 보정하면서 작업을 실시한다.
그러나 이러한 보정 작업은 관입 초기에 효과적으로 유효할 뿐 오거장치가 지중의 하부로 내려갈수록 오차가 발생하기 때문에 오거장치의 관입 수직도가 점차 틀어져 연속 시공되는 천공홀 간 경계면에 이격이 발생하게 된다. 이는 지지벽체(20)의 일렬 시공시 지지벽체(20) 간 틈새를 형성하여 지반굴착 중 지하수의 유입 포인트로서 작용할 수 있게 된다.
이에 본 실시 예에서는 복수의 제 1지지벽체(21)를 선 시공한 후, 제 1지지벽체(21)의 후단에서 제 1지지벽체(21) 간 사이마다 제 2지지벽체(22)를 시공하게 되는 바, 선시공된 제 1지지벽체(21) 간에 형성된 이격 공간으로 오거장치의 관입이 가이드될 뿐 아니라 제 2천공홀이 형성되는 과정에서 오거장치는 양 제 1지지벽체(21)의 주면에 지지된 상태를 유지한체 천공이 실시될 수 있다.
따라서 선시공된 제 1지지벽체(21)와 신규로 형성되는 제 2천공홀 간에 균일한 경계면이 형성되게 하여, 결과적으로 제 2천공홀에 콘크리트의 타설 및 양생으로 시공되는 제 2지지벽체(22)와의 틈새 발생을 방지할 수 있게 되는 것이다.
뿐만 아니라, 구조적으로 제 1지지벽체(21)는 흙막이 벽체의 구조체로서 토압의 작용 시 토압을 인접한 제 2지지벽체(22)로 전달하여 효과적으로 배면 토압에 저항할 수 있게 되며, 제 1지지벽체(21) 간 사이에서 확보되는 공간부에는 제 2지지벽체(22)가 접하도록 배치됨으로써, 배면토압 작용 시 제 1지지벽체(21)에 누름 효과가 작용하여 벽체 간 구속력과 차수 성능을 더욱 강화하는 효과를 제공할 수 있다.
그리고 본 실시 예에서는 도 4b에 도시된 바와 같이 인접하는 양 제 2지지벽체(22) 간의 이격된 공간에 차수그라우팅(30)을 시공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
흙막이 벽체를 시공함에 있어 상대적으로 취약할 수 있는 벽체 간 경계부위에는 지하수의 유입을 방지하여 수밀성을 확보하기 위한 목적으로 차수그라우팅(30)을 실시하게 된다.
일반적으로 도 4a에서와 같이 지지벽체(20)를 일렬 시공할 경우, 각각의 지지벽체(20) 간 경계부위마다 그라우팅 시공을 해야한다.
이에 반하여 본 실시 예에 따른 시공방법에 의하면, 도 4b에 도시된 바와 같이 양 제 2지지벽체(22) 간의 이격된 공간에 1개소의 차수그라우팅(30) 시공만으로 두 벽체 간의 경계부위 모두를 커버할 수 있게 된다.
따라서 지하수 유입 포인트가 최소화될 뿐 아니라, 벽체의 일렬 배치 구조와 대비하여 상대적으로 차수그라우팅(30)의 시공 개소가 줄어들기 때문에 차수그라우팅(30)에 소요되는 시공 시간은 물론 시공 비용을 모두 절감할 수 있는 효과가 있다.
이때 상기 차수그라우팅에 사용되는 차수재의 경우 상술한 바와 같이 충분한 누름 효과를 도모하기 위해서 상기 제 1지지벽체(21) 및 제 2지지벽체(22)의 구축 시 타설되는 콘크리트보다 상대적으로 소프트한 수밀성 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 원지반의 공학적 토질특성을 고려하여 무수축 차수 혼화재 등이 첨가될 수도 있음은 당연하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 주열식강화벽체 20 : 지지벽체
21 : 제 1지지벽체 22 : 제 2지지벽체
30 : 차수그라우팅 200 : 보강재
21 : 제 1지지벽체 22 : 제 2지지벽체
30 : 차수그라우팅 200 : 보강재
Claims (4)
- 흙막이 대상 지반의 지중에 원지반 토사와 고화제를 교반 및 혼합시켜 복수의 주열식강화벽체를 시공하되, 연속된 주열식강화벽체 간이 상호 중첩되게 시공하는 단계(S100);
상기 복수의 주열식강화벽체가 형성된 영역을 따라 상호 일정한 이격을 갖도록 지반에 복수의 제 1천공홀을 형성하는 단계(S200);
상기 제 1천공홀에 철근망 또는 H빔을 포함하는 보강재를 삽입하는 단계(S300);
상기 보강재가 삽입된 제 1천공홀에 콘크리트를 타설 및 양생하여 선시공된 상기 주열식강화벽체 영역 내에서 제 1지지벽체를 나란히 시공하는 단계(S400);
인접하는 양 제 1지지벽체 사이에서 배면 토압이 작용하는 방향으로부터 상기 제 1지지벽체가 시공되는 열보다 상대적으로 먼 거리에 위치하면서 주면이 양 제 1지지벽체의 주면과 접하도록 복수의 제 2천공홀을 형성하는 단계(S500);
상기 제 2천공홀에 콘크리트를 타설 및 양생하여 선시공된 상기 주열식강화벽체 영역 내에서 상기 제 1지지벽체와 이어지는 제 2지지벽체를 시공하는 단계(S600); 및
인접하는 양 제 2지지벽체 간의 이격된 공간에 차수그라우팅을 시공하는 단계(S700);를 포함하되,
상기 S100단계는,
지반영역으로 오거장치를 관입하여 천공벽을 형성하는 단계와, 상기 오거장치를 이용하여 천공벽이 형성된 지중으로 고화제를 공급하는 단계와, 상기 오거장치를 이용하여 원지반 토사와 고화제를 교반 및 혼합하고 천공벽을 다지는 단계 및 상기 오거장치를 상기 지반영역으로부터 인발시켜 분리하는 단계를 반복하여 시공되는 것을 특징으로 하는 차수 강화 및 지반침하 방지기능이 향상된 CIP 흙막이벽체의 시공방법. - 삭제
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH06220841A (ja) * | 1993-01-28 | 1994-08-09 | Kawasaki Steel Corp | 鋼管杭を用いた連続地中壁の造成方法 |
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| KR20170059298A (ko) | 2015-11-20 | 2017-05-30 | 김종성 | 스크래치 구조물을 이용한 ｃｉｐ 공법의 차수벽 제작 방법 |
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2022
- 2022-10-25 KR KR1020220138112A patent/KR102625776B1/ko active IP Right Grant
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