KR20200122850A - 공사 중 인근 지반의 굴착으로 파일의 노출이 예상되는 구역의 기초 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축물 기초의 시공 방법에 관한 것이다. 기초 콘크리트 구조물 시공 후 인근 지반의 굴착 공사가 진행되어 상기 기초 콘크리트 구조물 하부의 파일이 노출되는 경우, 기초파일 내력 저감 및 사면의 변위 발생 가능성에 따른 상부 골조 안전성 확보 등의 문제점에 대하여, 사전에 기초 콘크리트 구조물 하부의 굴착이 예상되는 구역을 파악한 뒤, 상기 구역 내 위치한 기초 콘크리트 구조물 시공 시 연결빔으로 다른 기초 콘크리트 구조물과 연결하고, 시공 단계별 해석을 통한 기초파일 설계와 사면 안정화 조치 등을 통하여 문제점을 해소할 수 있는 건축물 기초의 시공 방법에 관한 것이다. 이를 통해 사면 굴착 이후, 되메우기 작업과 무관하게 기초파일이 노출된 구역에 대해서도 상부 골조공사를 동시에 진행하여 공기 단축 및 비용 절감을 도모할 수 있다.

Description

공사 중 인근 지반의 굴착으로 파일의 노출이 예상되는 구역의 기초 시공 방법{Construction method for building concrete foundation which piles are supposed to be exposed because of nearby excavation }

본 발명은 건축물의 기초 시공방법에 관한 것이다. 건축물 기초의 지반고가 구역별로 상이하여 인접한 기초 구조물 사이에서 단차가 발생하는 경우, 인접 지반의 굴착 공사로 인해 부득이하게 기시공된 기초 구조물 하부의 파일이 노출될 수 있다. 이러한 상황에서 종래의 시공방법이 가지는 문제점을 해소하고, 파일이 노출된 상태로 기초 상부의 골조공사를 진행할 수 있도록 기초 구조물을 보강하는 시공방법에 관한 것이다.

일반적인 건축물 시공에 있어서, 그 건축물의 기둥과 벽을 지지하고 기둥과 벽의 뒤틀림 응력에 의해 건축물에 균열이 발생하거나 건축물이 기울어지는 것을 방지하며, 건축물의 하중을 지반에 고르게 분산시키기 위해 기초 구조물 공사를 한다. 건축물의 기초공사는 건축물의 하중을 직접 전달받는 최저층 영역의 공사로써 최저층 하부에 기초 구조물을 시공하는데, 주로 파일과 콘크리트 구조체의 조합으로 구성된다.

파일은 지중에 관입되는 콘크리트 기둥으로 말할 수 있으며, 지상 구조물의 하중을 지반에 전달하는 역할을 하고, 관입 깊이는 지반의 성질 및 파일의 종류에 따라 설계하여 정해진다.

종래에 일반적으로, 건축물 하중에 의한 지반 침하를 방지하고 단단한 지반을 조성하기 위해 파일을 지중에 시공하고, 시공된 파일 상부에 파일과 연결된 기초 콘크리트 구조물을 시공한다. 이와 같은 기초공사가 완성된 후 그 기초 콘크리트 구조물의 상부에 건축물의 뼈대를 이루는 골조공사가 진행되며 이때 기초 콘크리트 구조물은 상부 골조의 하중을 지반에 안정적으로 전달해야 하므로 지면에 안착되어 있어야 한다.

한편, 건축물의 지하층이 평면상 구역별로 깊이를 달리할 때는 서로 인접한 기초 콘크리트 구조물이 각각 지반고를 달리하여 단차가 발생할 수 있다. 이때 지반고가 더 낮은 기초 콘크리트 구조물의 시공을 위해 지반을 굴착하게 되면, 깊게 굴착할수록 사면이 넓게 형성되면서 기시공된 인접한 다른 기초 콘크리트 구조물 하부의 토사가 굴착될 수밖에 없는 상황이 발생한다.

이와 같은 상황에서 인접한 기초 콘크리트 구조물 하부의 파일 상단이 지상으로 노출되며, 이때 노출된 파일의 내력 저감 및 굴착 사면의 변위 발생 가능성에 따른 상부 골조 안정성 확보 등의 문제가 발생하므로 상기 인접한 기초 콘크리트 구조물은 상부의 골조공사를 진행할 수 있을 만큼 안정적이지 않다.

도 1의 (a) 내지 (g)는 상기와 같은 상황에서 종래의 일반적인 시공순서를 도시한다.

도 1의 (d)를 참고하면, 기초 콘크리트 구조물(130)은 그 하부의 기초파일(121)이 지상으로 노출된 상태에 해당하여 상부의 골조 공사가 불가능하다. 따라서, 종래의 시공법은 도 1의 (e)와 같이 굴착 사면의 하단부에 콘크리트 벽체(140)를 시공하고, 도 1의 (f)와 같이 기초 콘크리트 구조물(130) 하부를 토사로 되메우기(150)하며, 그 이후에야 비로소 도 1의 (g)에 도시된 것처럼 상부의 골조공사(160)를 진행할 수 있었다.

그러나 콘크리트 벽체의 규모가 클수록 철근 조립 및 콘크리트의 타설과 양생을 여러 차례 반복하고, 콘크리트 벽체가 상당한 강도를 확보할 때까지 토사 되메우기를 할 수도 없어, 기초 상부의 골조공사를 착수하기 전 상당한 공기가 지연되는 문제가 있다.

등록특허 제10-1105883호(공고일자: 2012.01.16.) 등록특허 제10-1220811호(공고일자: 2013.01.11.) 공개특허 제10-2014-0067312호(공개일자: 2014.06.05.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 건축물의 기초공사 과정에서 지반고가 서로 다른 인접한 기초 콘크리트 구조물 사이의 단차로 인해 기초파일이 노출된 기초 콘크리트 구조물이 있을 경우라도 그 기초 콘크리트 구조물의 상부에 골조공사를 진행할 수 있도록 기초공사의 공법을 개선하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기초 시공 방법은, (a) 기초 콘크리트 구조물 하부 토사 굴착으로 상기 기초 콘크리트 구조물의 기초파일이 노출될 것으로 예정되는 구역을 설정하는 제1단계와; (b) 제1단계 설정구역에 위치하는 기초파일을 시공하는 제2단계; (c) 제2단계에서 시공된 기초파일의 상단과 연결되는 기초 콘크리트 구조물을 시공하는 제3단계; (d) 제1단계 설정구역에 위치한 상기 기초 콘크리트 구조물을 인접한 다른 기초 콘크리트 구조물과 연결빔으로 연결하는 제4단계; (e) 제3단계에서 형성된 기초 콘크리트 구조물의 콘크리트 강도가 확보된 후, 제1단계 설정구역의 토사가 굴착되어 상기 기초 콘크리트 구조물 기초파일의 적어도 일부가 지상으로 노출되는 제5단계; (f) 제5단계 기초 콘크리트 구조물의 상부 골조공사를 진행하는 제6단계;를 포함하며, 상기의 기초 콘크리트 구조물은 상기 연결빔과 연결하기 위해 조인트가 매입되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 제5단계와 제6단계 사이에 기초파일이 노출된 기초 콘크리트 구조물과 상기 기초파일 및 연결빔에 변위 측정계 및 응력 측정계를 설치하여 실시간 모니터링 시스템을 구축한다.

이를 통해 사면 굴착 이후, 되메우기 작업과 무관하게 기초파일이 노출된 구역에 대해서도 상부 골조공사를 동시에 진행하여 공기 단축 및 비용 절감을 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 건축물 기초공사 방법에 따르면, 건축물 기초의 시공순서에 따라 부득이 일부 기초 콘크리트 구조물의 기초파일이 노출되는 상황이 발생하더라도 콘크리트 벽체 공사와 관계없이 상부에서 골조공사를 곧바로 진행할 수 있으므로 공사 기간을 단축하고 비용을 절감할 수 있다.

도 1의 (a) 내지 (g)는 종래 일반적인 기초공사 시공순서를 간략히 보여주는 도면이다.
도 2의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 실시예에 따른 기초공사 시공순서를 간략히 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사면 보강 공법의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기초 콘크리트 구조물과 연결빔의 연결 부위 개념도이다.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어와 도면의 표현은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건축물 기초공사 시공 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 2의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 실시예에 따른 기초공사 시공순서를 간략히 도시하는 도면이다.

도 2에 예시된 것과 같이, 본 발명의 건축물 기초의 시공 방법은, 기초 콘크리트 구조물 하부의 지반이 굴착되어 기초파일의 노출이 예상되는 구역의 건축물 기초공사에 있어서, (a) 기초 콘크리트 구조물 하부 토사 굴착으로 상기 기초 콘크리트 구조물의 기초파일이 노출될 것으로 예정되는 구역을 설정하는 제1단계; (b) 제1단계 설정구역에 위치하는 기초파일을 시공하는 제2단계; (c) 제2단계에서 시공된 기초파일의 상단과 연결되는 기초 콘크리트 구조물을 시공하는 제3단계; (d) 제1단계 설정구역에 위치한 상기 기초 콘크리트 구조물을 인접한 다른 기초 콘크리트 구조물과 연결빔으로 연결하는 제4단계; (e) 제3단계에서 형성된 기초 콘크리트 구조물의 콘크리트 강도가 확보된 후, 제1단계 설정구역의 토사가 굴착되어 상기 기초 콘크리트 구조물 하부 기초파일의 적어도 일부가 지상으로 노출되는 제5단계; 및 (f) 제5단계의 기초 콘크리트 구조물의 상부 골조공사를 진행하는 제6단계;를 포함하며, 이러한 기초 콘크리트 구조물은 상기 연결빔과 연결하기 위해 콘크리트 타설 전 조인트가 매입된 것을 특징으로 한다.

이하, 각 공정에 대해 구체적으로 살펴본다.

도 2의 (a)를 참조하면, 제1단계는 현장 시공에 착수하기 전 건축물 기초 설계에 따라 가장 효율적인 시공순서와 굴착계획을 수립하는 단계이다. 넓은 지역 기초공사의 경우는 토사 굴착과 구조물 시공이 동시에 이루어지므로 공정간 간섭이 이루어지지 않도록 유의한다.

이러한 계획 과정에서 굴착 깊이의 차이로 인해 지면에 단차가 발생하는 구역을 파악할 수 있고, 공정상 기초 콘크리트 구조물(30)의 시공이 완료된 후 그 하부 토사의 굴착이 이루어져 기초 콘크리트 구조물 하부 기초파일(21)이 노출되는 상황을 예상할 수 있다. 즉, 굴착계획을 수립하는 과정에서 굴착예정면(11)을 파악하고 현장의 평면도 상에서 기초 콘크리트 구조물 하부 기초파일(21)의 노출이 예정된 구역을 설정할 수 있다.

도 2의 (b)를 참조하면, 제2단계는 지반에 기초파일(20)을 시공하는 단계이다. 기초파일은 건축물의 설계 하중에 따른 충분한 지지력을 얻을 수 있도록 적절한 개수와 시공 깊이가 산정된다. 기초파일의 종류와 시공 방법은 여러 가지가 있으며, 담당자는 비용과 공기를 최소화하는 관점에서 현장의 여건과 설계 검토 내용을 반영하여 최적의 선택을 할 것이다.

일반적으로 파일 시공은 현장에서 콘크리트를 타설한 후 양생하는 방식(현장타설말뚝)과 기성품인 PHC파일(Pretensioned spun High strength Concrete Piles)을 항타 또는 천공하여 지중에 관입하는 방식이 있다. 본 실시예에서는 설계에 따라 어떠한 형태의 기초파일 시공도 가능하다.

추후 굴착공사로 인해 노출이 예상되는 파일의 경우, 해당 파일의 휨모멘트 강도는 강할수록 좋으며 PHC파일은 유효 프리스트레스가 80 kg/㎠(B종) 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 기초 콘크리트 구조물 하부 기초파일(21)의 경우에는 굴착 후에도 사면 하단으로부터 10m 이상 근입 되도록 설계하는 것이 바람직하다.

도 2의 (c)를 참조하면, 제3단계는 기초파일(20) 시공 후 기초 콘크리트 구조물(30)을 시공하는 단계이다. 이는 통상적인 방법의 콘크리트 구조물 시공으로써 파일의 두부를 정리하고, 기초 콘크리트 구조물(30)의 철근을 배근한 뒤, 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하는 방식이다. 이때 도 2의 (d)에서 연결빔(40)과 연결되는 제4단계 고려하여 연결빔(40)과 연결되는 부분에 미리 조인트(42)를 매입한 뒤 콘크리트를 타설한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기초 콘크리트 구조물(30)에 매입된 조인트(42)가 도시되어 있다. 상기 기초 콘크리트 구조물(30)에 매입되는 조인트(42)는 H빔을 사용할 수 있다. H빔 일단의 플랜지에 스터드 볼트를 체결한 뒤, 기초 콘크리트 구조물(30)에 매입시키고, 상기 H빔의 타단을 기초 콘크리트 구조물 외부로 노출한다. 노출된 부분은 연결빔(40)과 연결되는 부분에 해당한다. 조인트(42)가 기초 콘크리트 구조물(30)에 매입되는 길이는 구조 설계를 검토하여 정할 수 있을 것이다.

도 2의 (d)를 참조하면, 제4단계는 상기 기초 콘크리트 구조물(30)의 시공 후 설정구역(13) 내 위치한 상기 기초 콘크리트 구조물(30)을 인접한 다른 기초 콘크리트 구조물(31)과 연결빔(40)을 이용하여 연결하는 단계이다.

현장의 공사는 여러 구역에서 동시다발적으로 이루어지므로 설정구역(13) 내 위치한 기초 구조물 외에 다른 구역도 설계 내용에 따라 독립한 다른 기초 콘크리트 구조물(31) 또는 기초 매트 콘크리트 구조물(32) 시공이 진행된다.

상기의 다른 기초 콘크리트 구조물(31)은 설정구역(13) 내 위치하지 않은 매트형식 또는 독립 형식의 기초 구조물일 수 있으며, 설정구역(13) 내 위치하는 기초파일이 노출된 상태의 기초 콘크리트 구조물일 수도 있다.

연결빔(40)의 길이, 단면형상, 좌굴계수 등의 규격과 연결빔(40)의 개수는 현장 여건과 설계검토를 통해 정해질 수 있다. 일례로, 연결빔(40)은 H빔을 사용할 수도 있으며, 도 5에 연결빔(40)과 조인트(42)가 체결된 연결부(43)의 모습이 도시되어 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기초 콘크리트 구조물(30)에 매입되는 조인트(42)와 연결빔(40)은 용접 또는 볼트에 의해 연결하거나, 작용하는 응력을 효율적으로 전달할 수 있는 다양한 방법으로 연결이 가능할 것이다.

도 2의 (e)를 참조하면, 제5단계는 연결빔(40)의 연결이 완료된 후 상기 기초 콘크리트 구조물(30)의 콘크리트 강도가 발현되면 굴착예정지역을 굴착하는 단계이다. 콘크리트 강도가 확보되어야 굴착 후에도 구조물의 변형을 최소화할 수 있으며, 필요한 강도는 현장 담당자의 판단 또는 설계 검토하여 정할 수 있다.

이 단계에서 상기 기초 콘크리트 구조물(30)의 하부 토사가 굴착되므로 상기 기초 콘크리트 구조물 하부 기초파일(21)이 외부로 노출된다.

한편, 굴착으로 인해 형성된 사면(14)은 기시공된 기초파일(20) 및 지하수의 침투를 고려하여 사면 안정 해석을 검토함이 바람직하며, 상기 기시공된 기초파일(20)의 안정성 또한 검토할 수 있다. 굴착 전이라고 하더라도 사면 안정 해석을 통해 안정한 사면(14)의 경사와 소단의 개수 등을 계획할 수 있다.

형성된 사면(14)은 굴착 공간을 되메우기할 때까지 안정한 상태로 유지되어야 하므로 사면 안정화 작업이 필요하며, 일례로 도3에 도시된 것과 같이 사면 전체에 방수포(16)를 설치하여 외부의 교란을 차단하고 사면 하단부의 유실을 방지하기 위한 톤백(15) 설치가 가능하다. 이외에도 사면 안정화 목적의 여러 공법을 활용할 수 있다.

도 2의 (f)를 참조하면, 제6단계는 기초파일이 노출된 상태의 기초 구조물의 상부에서 골조공사가 진행되는 단계이다. 이 경우, 골조의 하중에 의한 외력으로 구조물의 변형이 올 가능성이 존재한다. 따라서, 구조물의 안전성을 담보하기 위해 실시간으로 외력에 의한 변형을 계측할 수 있는 시스템을 구축하는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 계측기 설치 모습이 도시되어 있다. 계측은 상기 기초 콘크리트 구조물(30) 하부의 굴착된 공간을 되메우기할 때까지 이루어져야 한다. 상기 기초 콘크리트 구조물(30) 및 상기 기초 콘크리트 구조물 하부 기초파일(21)의 횡방향 변위를 측정해야 하며, 상기 기초 콘크리트 구조물(30)과 상기 기초 콘크리트 구조물 하부 기초파일(21)의 측면에 타겟(33)을 설치하고, 정기적으로 매주 2회 이상 측정하는 것이 바람직하다.

상기 기초 콘크리트 구조물 하부 기초파일(21)의 횡 방향 변형 측정을 위해 EL. Beam(22)을 이용할 수 있으며, 연결빔(40)의 경우에는 응력측정기(41)를 설치하여 연결빔(40)에서 받는 응력을 주기적으로 측정한다. 허용 가능한 변위 및 응력값은 설계 검토를 통해 정할 수 있고 변위 또는 응력이 허용 값을 초과한 경우 상부의 골조(60)공사를 중단하고 일련의 보강 작업을 통해 안전성을 확보해야 할 것이다. 보강 방법으로는 연결빔(40)의 개수를 추가하거나 굴착 구역 일부를 되메우는 방법을 고려해 볼 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에 의한 공법 시행 시 지상층 공사에 따른 설계 하중이 고려될 것이며, 그에 따라 기초파일(20)의 최대 노출 가능한 길이 계산이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 형태로 치환, 변형 및 변경 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10:지반
11:굴착예정면
12:굴착면
13:설정구역
14:사면
15:톤백
16:방수포
20:기초파일
21:기초 콘크리트 구조물 하부 기초파일
22:El. Beam
30:기초 콘크리트 구조물
31:다른 기초 콘크리트 구조물
32:기초 매트 콘크리트 구조물
33:타겟
40:연결빔
41:응력측정기
42:조인트
43:연결부
50:사면 하단부 구조물 공사
60:골조
110:지반
111:굴착예정면
112:굴착면
120:기초파일
121:기초 콘크리트 구조물 하부 기초파일
130:기초 콘크리트 구조물
131:다른 기초 콘크리트 구조물
132:기초 매트 콘크리트 구조물
140:콘크리트 벽체
150:되메우기
160:골조
170:다른 구역 구조물 공사

Claims (4)

1. 기초 콘크리트 구조물 하부의 지반이 굴착되어 기초파일의 노출이 예상되는 구역의 건축물 기초공사에 있어서,
   (a) 기초 콘크리트 구조물 하부 토사 굴착으로 상기 기초 콘크리트 구조물의 기초파일이 노출될 것으로 예정되는 구역을 설정하는 제1단계;
   (b) 제1단계 설정구역에 위치하는 기초파일을 시공하는 제2단계;
   (c) 제2단계에서 시공된 기초파일의 상단과 연결되는 기초 콘크리트 구조물을 시공하는 제3단계;
   (d) 제1단계 설정구역에 위치한 상기 기초 콘크리트 구조물을 인접한 다른 기초 콘크리트 구조물과 연결빔으로 연결하는 제4단계;
   (e) 제3단계에서 형성된 기초 콘크리트 구조물의 콘크리트 강도가 확보된 후, 제1단계 설정구역의 토사가 굴착되어 상기 기초 콘크리트 구조물의 하부 기초파일의 적어도 일부가 지상으로 노출되는 제5단계; 및
   (f) 제5단계의 기초 콘크리트 구조물의 상부 골조공사를 진행하는 제6단계;를 포함하며,
   상기의 기초 콘크리트 구조물은 상기 연결빔과 연결하기 위해 콘크리트 타설 전 조인트가 매입된 것을 특징으로 하는 건축물 기초의 시공 방법.
2. 제1항에 있어서,
   제2단계에서 기초파일 중 PHC파일은 유효 프리스트레스가 80kg/㎠이상인 PHC파일을 포함하는 건축물 기초의 시공 방법.
3. 제1항에 있어서,
   제5단계 이후 굴착으로 형성된 사면 전 구역에 방수포를 설치하고 사면 하단부에 톤백을 설치하는 사면 안정화 단계를 포함하는 건축물 기초의 시공 방법.
4. 제1항에 있어서,
   제5단계에서 기초파일의 적어도 일부가 노출된 기초 콘크리트 구조물 및 상기 노출된 기초파일의 변위 측정을 위한 측정계를 설치하고, 제4단계의 연결빔에 응력 측정계를 설치하여 실시간 모니터링 시스템을 구축하는 단계를 포함하는 건축물 기초의 시공 방법.
   

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