KR20020081531A - 교각의 기초 시공용 일체형 우물통과 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교각의 기초 시공용 우물통과 그 시공방법에 관한 것으로서, 종래에는 우물통 전체를 콘크리트로 미리 성형한 것을 들어옮겨서 시공하였기 때문에 수심이 깊고 초연약 점성토층이 두껍운 지반에서는 시공할 수 없었으며, 이를 대체한 가물막이 공법은 조립틀 제작 운반 및 거치에 따른 항로확보 등 제약이 많고 시공성이 복잡하여 공기가 지연됨에 따라 공사비가 상당히 증가되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 내/외 벽체(11)(12)의 속이 비어 자체 부력이 있는 우물통선(10)으로 만들어 해상에 띄워 운반한 후 우물통선(10)의 내/외 벽체(11)(12) 내부에 담수를 채워 소정깊이까지 1차 침하시킨 후 다시 수중콘크리트(17)를 채워 2차 침하시키고, 그 다음 암반층(50)을 굴착해 우물통선(10)을 지지시킨 상태에서 상기 우물통선(10)내에 수중콘크리트(70)와 채움재(71), 배근공사 및 콘크리트(72)를 차례로 채워 넣어 시공하는 것으로서, 이러한 본 발명은 기초에 작용하는 수평 및 연직하중의 규모가 매우 커 대규모의 수평지지력 및 연직 지지력이 요구되는 장대교량의 시공에 적합하며, 초연약층이 두껍게 분포하고 수심이 깊은 해상에서의 시공성이 좋아 공기단축과 공사비 절감의 효과가 있다.

Description

교각의 기초 시공용 우물통과 그 시공방법{Well form for the base operation of pier and it's operation method}

본 발명은 교각의 기초 시공용으로 사용되는 우물통과 그 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 수심이 깊은 해상에서 초연약 점성토층이 두껍게 분포하는 지반조건에 수평 및 연직 하중의 규모가 매우 큰 기초가 요구되는 조건에서 교각의 기초 시공용 우물통을 보다 손쉽고 신속 간편하게 설치할 수 있도록 하여 시공성 양호에 의한 공기단축과 공사의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 교각의 기초 시공용 우물통과 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

일반적으로 해상에서 교각 기초를 시공하기 위해 사용하는 방법으로는 말뚝기초공법과 우물통 기초공법 및 가물막이 공법이 있으며, 수심이 깊은 해상에서 초연약 점성토층(N값 1내외)(이하 "초연약층"이라 함)이 두껍게 분포하는 지반은 수평 및 연직하중의 규모가 매우 큰 기초가 요구되므로 이러한 조건의 경우에는 말뚝 기초공법이나 우물통 기초공법을 적용할 수 없어 그 대체공법인 가물막이 공법을 주로 적용하여 왔다. 그러나, 가물막이 공법은 아래에서와 같이 많은 문제점을 갖고 있어서 효율적이지 못한 문제점이 있다.

즉, 기존의 말뚝 기초공법은 수평 및 연직 하중이 크고 초연약층이 두껍게 분포할 경우 초연약층을 관통하여 양호한 암반층에 말뚝기초를 설치하면 연직 지지력은 확보할 수 있으나, 수평지지력을 확보하기 어렵고 지지층을 직접 확인할 수가 없으므로 수심이 깊고 초연약층이 두껍게 분포하는 지반에서는 적용할 수 없었다.

그리고, 우물통 기초의 시공방법은 기초가 설치될 위치에 수면 위로 상단부가 노출될 수 있을 정도의 높이를 갖도록 콘크리트로 제작된 우물통을 견인기로 들어서 우물통 설치위치에 놓으면 콘크리트 우물통이 자중에 의해 물속으로 가라앉으면서 침하되어 초연약층 및 토사층을 거쳐 암반층에 닿은 다음 우물통 내부의 흙을 크램쉘 등의 굴착장비를 이용하여 굴착해 내려가면서 소정의 암반 지지층 깊이까지 우물통 자중에 의하여 침하시키는 공법을 사용하였다.

또한, 그 후 우물통내 물과 연약층을 펌핑하여 퍼내고 우물통 바닥을 정리하는 공정을 행한 다음 우물통내에 물담기와 수중콘크리트,채움재,콘크리트 타설공정을 행하는 과정을 거쳐 완료되는 공법으로서, 상기 종래의 우물통 공법은 그동안 우물통을 쉽게 침하시키는 방향으로만 개선되어 왔다.

이러한 우물통 기초 시공방법은 연직 지지력뿐만 아니라 수평지지력이 매우 크므로 안정성 측면이 유리하고 지지층의 육안 확인이 가능하지만 콘크리트 구조물의 우물통은 중량이 상당히 많아나가 꽤 무겁기 때문에 견인하여 들어 옮기려면 용량이 상당히 큰 기중기선이 필요하며, 또한 그 높이를 높게 만드는데 한계가 있어서 수심이 깊은 곳에서는 적용할 수가 없었다.

즉, 초연약층 위에 거치시키게 되면 콘크리트 구조물의 우물통이 자중에 의하여 초연약성 점성토층 속으로 상당부분이 가라앉게 되므로 초연약층이 두꺼운 곳에서 사용하려면 우물통을 아주 높게 만들어야 하는데 이는 제작하기도 힘들지만 제작후 견인기구로 견인 운반하기도 힘들고 들어 올리기도 힘들어서 수심이 깊고 초연약층이 두껍게 분포하는 지반에서는 적용할 수가 없다.

따라서, 수심이 깊고 초연약층이 두껍게 분포하는 지반에서는 상기와 같은 우물통 기초공법의 한계성으로 가물막이 공법이 대체공법으로 사용되고 있으나, 이중 조립틀을 이용하는 일반 가물막이 공법은 조립틀의 제작(SHEET PILE조립) 운반 및 거치에 따라 가물막이할 범위가 넓어 항로확보 등 제약이 많으며, 시공수가 많고 시공성이 복잡하여 공기가 길어짐에 따라 공사비 증가 및 해양오염이 심해 이에 대한 대책이 요구되는 등의 문제점이 있다.

그리고, 벽강관 우물통을 이용하는 가물막이 공법은 "공사용 가교설치→가이드파일 및 강관파일 설치→굴토 및 강지보공 설치→물담기 및 수중콘크리트 타설→물푸기 및 기초콘크리트 타설"의 공정의 거쳐 시공을 완료하게 되는데, 이 역시 시공성이 복잡하고 공기가 오래 걸려 공사비가 증가하게 되고 안전사고 등의 위험성이 큰 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 수심이 깊고 초연약층이 두껍게 분포하는 지반조건에서 교각 기초용 우물통을 신속 간편하면서도 안정성있게 시공할 수 있도록 하여 공기단축과 공사의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 교각의 기초 시공용 우물통과 그 시공방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 우물통 전체를 철판의 강재 재질로 형성하되 내/외 벽체의 내부가 비어있는 상태로 교각의 기초 시공용 우물통을 구성함을 특징으로 하는 것으로써, 이러한 본 발명의 우물통은 내/외 벽체가 비어있어 무게가 가볍기 때문에 제작 후 기중기선 등으로 견인 운반 및 들어올리기가 용이하여 시공성이 좋으므로 상기 목적을 효과적으로 달성할 수가 있다.

이러한 본 발명의 다른 목적은 상기와 같이 제작되는 우물통을 자체 부력을 이용하여 먼저 시공하고자 하는 위치에 부양시켜 놓은 상태에서 그 내/외 벽체 속에 담수를 속채움하여 1차 침하시킨 다음 다시 내/외 벽체 속에 수중 콘크리트를 타설하여 2차 침하를 시키는 과정을 반복하여 우물통을 소정 깊이까지 침하시키는 기초 시공용 우물통 시공방법으로 구성함으로써 달성되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 우물통을 부양식으로 띄운 상태에서 담수를 채워 1차 침하를 시키므로 수평성이 매우 양호하게 유지되면서 침하되며, 수중콘크리트를 채워 2차 침하를 시킨 다음 굴착작업 등을 행하는 것이므로 암반층에 지지되는 것을 확인하기가 좋고, 기초에 작용하는 수평 및 연직하중의 규모가 매우 커 대규모의 수평지지력 및 연직 지지력이 요구되는 장대교량의 시공에 적합하며, 초연약층이 두껍게 분포하고 수심이 깊은 해상에서의 우물통 시공이 신속 간편한 등 시공성이 좋아 공기단축의 효과가 상당하므로 상기 목적을 효과적으로 달성할 수가 있다.

도 1a 는 본 발명의 우물통을 일례로 보인 사시도

도 1b 는 본 발명의 우물통 구조를 보이기 위한 횡단면도

도 2a 는 본 발명의 우물통을 해상에서 운반하는 상태도

도 2b 는 본 발명의 우물통을 닷으로 고정시키는 상태도

도 2c 는 본 발명의 우물통 내/외 벽체속에 담수를 채워 침하시키는 상태도

도 2d 는 본 발명의 침하된 우물통 주변에 작업용 가설파일을 박는 상태도

도 2e 는 본 발명의 우물통 내/외 벽체속에 수중콘크리트를 타설하는 상태도

도 3 은 본 발명의 우물통이 2차 침하된 상태도

도 4 는 본 발명의 침하된 우물통 속에서 물,초연약층 등을 퍼내는 상태도

도 5 는 본 발명의 침하된 우물통 바닥 암반층을 굴착하여 우물통을 암반층에 안착시키는 상태도

도 6 은 암반층에 안착된 본 발명의 우물통속에 담수를 채우고 수중콘크리트를 타설한 상태도

도 7 은 도 6 공정후 본 발명의 우물통 속에 채움재와 배근 및 콘크리트를채운 상태도

도 8 은 본 발명의 우물통에 의해 교각 기초의 시공이 완성된 상태도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 우물통선 11,12 : 내,외 벽체

13 : 닷 17,70 : 수중콘크리트

20 : 가설파일 30 : 초연약층

40 : 토사층 50 : 암반층

71 : 채움재 72 : 배근 및 콘크리트

100 : 교각용 기초

이하, 본 발명의 목적을 효과적으로 달성할 수 있는 바람직한 교량의 교각 시공용 우물통 시공방법을 실시예로 첨부한 도면에 의해 공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1a 및 도 1b 에서와 같이 교각의 기초 시공용 우물통을 구성할 때 철판의 강재 재질로 자체 부력이 있는 우물통선(10)으로 형성하되 내/외 벽체(11)(12)를 속이 비어있는 2중벽 구조로 상단은 개구되고 하단은 막혀있는 형태로 형성하고, 상기 우물통선(10)의 상단 테두리면에는 다수의 닷(13)을 윈치(14)의 견인줄(15)로 승강시킬 수 있도록 설치한 것을 특징으로 한다.

이하에서는 상기한 본 발명의 우물통 본체로 시공하는 과정을 공정별로 상세히 설명하기로 한다.

제1공정(우물통선 제작과 운반 공정)

제작장에서는 도 1a 및 도 1b 와 같이 철판의 강재 재질로 우물통선(10)을 제작하되 내/외 벽체(11)(12)를 속이 비어있는 2중벽 구조로 만들어 자체 부력이있게 하되 그 상단은 개구되고 하단은 막혀있는 상태로 제작하며, 상기 우물통선 (10)의 상단 테두리면에는 다수의 닷(13)을 윈치(14)의 견인줄(15)로 승강시킬 수 있도록 설치하여 제작한다.

그 후 상기 제작된 우물통선(10)을 도 2a 와 같이 자체 부력으로 해상에 띄운 상태에서 시공위치까지 견인선으로 운반한 다음 도 2b 와 같이 우물통선(10)의 상단 테두리에 매달려 있는 닷(13)을 내려서 우물통선(10)의 위치를 고정시킨다.

제2공정(우물통선의 1차 침하)

상기 1공정 완료 후 우물통선(10)의 내/외 벽체(11)(12)의 상단 개구부를 통해 내부에 담수를 펌핑하여 채운다. 그러면 우물통선(10)은 채워지는 담수의 무게에 의해 서서히 가라앉게 되는데, 이때 채워지는 담수는 벽체 내부에 고르게 퍼져 저절로 평형성을 맞추기 때문에 우물통선(10)의 자중과 부력만을 검토하면 될 뿐 수평을 맞추지 않아도 됨에 따라 작업성이 좋다.

제3공정(작업용 가설파일 시공)

우물통선(10)의 1차 침하가 되면 우물통선(10) 테두리를 따라 소정간격을 두고 작업용 가설파일(20)을 도 2d 와 같이 초연약층(30)과 토사층(40)을 거쳐 암반층(50)에 꽂힐 때까지 박아서 시공한다. 그러면 우물통선(10)은 사방을 가설파일 (20)이 막아주고 있으므로 그 위치가 그대로 유지된다.

제4공정(수중콘크리트 속채움에 의한 2차 침하)

도 2e 와 같이 우물통선(10)의 내/외 벽체(11)(12) 내부에 수중 콘크리트 (17)를 타설하여 속채움한다. 그러면 우물통선(10)은 벽체속에 채워지는 수중 콘크리트(17)의 무게에 의하여 더 가라앉아 2차 침하된다. 이때 수중 콘크리트(17)에 의해 증가되는 우물통선(10)의 자중과 부력을 검토하여 우물통선(10)은 한쪽이 기울지 않도록 균형되게 수중 콘크리트를 타설함이 바람직하며, 우물통선(10) 하단은 이때 대부분 초연약층(30)을 지나 토사층(40)속에 머물거나 암반층(50)까지 닿게 된다.

제5공정(우물통선 내부의 물, 연약층 펌핑 및 굴착 공정)

상기 제4공정 후 도 4 와 같이 우물통선(10) 내에 채워진 물과 초연약층(30)을 펌프로 펌핑하여 퍼내는 작업을 행한다. 그리고, 우물통선(10) 내부의 물과 초연약층(30)을 퍼내는 작업이 완료되어 우물통선(10) 바닥에 암반층(50)이 나타나면 도 5 와 같이 크램쉘 등의 굴착장비를 이용하여 암반을 굴착해 내려가면서 소정의 암반층(50) 깊이까지 우물통선(10)이 침하되어 지지될 때까지 우물통선(10)을 인위적으로 침하시키는 공정과 우물통선(10) 바닥을 깨끗하게 정리하는 공정을 행한다.

제6공정(수중콘크리트,채움재,콘크리트 타설공정)

상기 제5공정에 의해 암반층(50)에 안정적으로 안착되면 우물통선(10) 내부에 물을 소정 높이까지 담은 다음 도 6 과 같이 수중콘크리트(70)를 부력 저항위치까지 타설하는 공정과 우물통선(10) 내부의 물을 완전히 퍼내는 공정을 거쳐 도 7 과 같이 채움재(71)와 배근공사 및 콘크리트(72) 타설공사를 차례로 하여 양생시키는 공정을 행한 다음 최종 정리를 하면 도 8 과 같이 상단이 수면위로 노출되는 교각용 기초(100)의 시공이 완료되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 교각의 기초시공용 우물통을 자체 부력이 있는 우물통선으로 제작한 후 이를 자체 부력으로 해상에 띄워 견인 운반하는 것이므로 이송과정이 신속 간편하고, 깊은 수심과 초연약층이 두껍게 분포하는 지반조건의 해상에서 우물통선을 2차에 걸쳐 침하시키면서 암반층에 지지되는 것을 확인하기가 쉬워 시공성이 양호한 효과가 있다.

또한, 기초에 작용하는 수평 및 연직하중의 규모가 커서 대규모의 수평지지력 및 연직 지지력이 요구되는 장대교량의 시공에 적합한 효과가 있으며, 교각의 기초시공용 우물통을 설치하는데 따른 공기단축에 의해 공사비의 절감효과가 높고, 공사의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있어 매우 획기적인 발명이라고 할 수 있다.

Claims (2)

1. 교각의 기초 시공용 우물통을 구성함에 있어서,

   강재 재질이면서 내/외 벽체(11)(12)가 속이 비어있는 2중벽 구조로 형성되어 자체 부력이 있는 우물통선(10)으로 형성하고, 상기 우물통선(10)의 상단 테두리면에는 다수의 닷(13)을 윈치(14)의 견인줄(15)로 승강시킬 수 있도록 설치한 것을 특징으로 교각의 기초 시공용 우물통.
2. 교각의 기초 시공용 우물통을 시공함에 있어서,

   내/외 벽체(11)(12)의 속이 비어있어 자체 부력이 있으면서 상단 테두리면에 다수의 닷(13)이 승강되게 설치된 우물통선(10)을 자체 부력으로 해상에 띄워 시공위치까지 운반한 다음 상기 닷(13)을 내려 우물통선(10)을 고정시키는 제1공정과;

   상기 1공정 후 우물통선(10)의 내/외 벽체(11)(12) 내부에 담수를 채워서 우물통선(10)을 1차 침하시키는 제2공정과;

   우물통선(10)의 테두리를 따라 소정간격을 두고 작업용 가설파일(20)을 박는 제3공정과;

   우물통선(10)의 내/외 벽체(11)(12) 내부에 수중 콘크리트(17)를 타설하여 우물통선(10)을 2차 침하시키는 제4공정과;

   상기 2차 침하된 우물통선(10) 내에 채워진 물과 초연약층(30) 및 토사층(40)을 퍼낸 다음 암반층(50)을 굴착해 우물통선(10)을 암반층(50)에 지지시키는 제5공정과;

   상기 암반층(50)에 지지된 우물통선(10) 내에 물을 담고 수중콘크리트(70)를 부력 저항위치까지 타설한 다음 우물통선(10) 내부의 물을 완전히 퍼내고 채움재 (71)와 배근공사 및 콘크리트(72) 타설공사를 차례로 행하는 제6공정;

   으로 이루어진 것을 특징으로 하는 교각의 기초 시공용 우물통 시공방법.