KR102195203B1 - 수평 및 경사 버팀을 이용한 흙막이 공법 - Google Patents

Abstract

신 레이커를 이용한 흙막이 공법이 개시된다. 실시 예에 따르면, 대상 지면에 다수개의 엄지말뚝(H-Pile)과 포스트파일을 매립 설치하는 1단계; 상기 엄지말뚝에 접하여 지면을 일정 깊이로 굴착하고 수평면이 형성되도록 하는 1차 굴착한 후 다수개의 엄지말뚝들 사이에 흙막이 부재를 설치하는 2단계; 수평굴착끝선에서 경사지게 최종굴착 면까지 굴착하는 3단계; 경사면 하단에 이어지는 바닥면에 레이커 지지부를 형성하는 4단계; 엄지말뚝과 포스트 파일을 연결하며 상기 2단계의 수평면과 평행하게 수평 버팀대를 띠장과 함께 설치하고 포스트파일을 중심으로 레이커 지지부와 수평버팀대를 연결하도록 경사버팀대를 설치하는 5단계;를 포함한다.
이에 따르면, 레이커 공법을 진행함에 있어서 종래 가장 취약한 부분이었던 굴착고를 배제함으로써 붕괴 위험을 사전에 차단할 수 있었고, 상단부에 수평으로 버팀을 짧게 설치하고 경사버팀대(레이커 : Raker)를 연결하는 구조이므로 레이커 시공 전에 소단의 폭을 3.0∼4.0m 확보하므로 발생될 우려가 있는 붕괴 위험을 방지할 수 있다.

Description

수평 및 경사 버팀을 이용한 흙막이 공법{Soil blocking method using horizontal Strut and slope Strut}

개시되는 내용은 지하 굴착 면에 흙막이 벽체를 설치하고 보강력이 발휘되도록 수동영역을 확대하여 버팀대를 설치함으로써 토압에 대한 저항력을 증가시킬 수 있도록 하는 신 Raker(수평 및 경사 버팀)를 이용한 흙막이 공법에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

엄지말뚝 및 토류판 공법이란 개착식 흙막이 공법의 일종으로서, 일정간격으로 엄지말뚝(H-Pile)을 항타하거나 천공 후 삽입하는 방식에 의해 근입하고, 터파기를 진행하면서 토류판 등의 흙막이 부재를 엄지말뚝 사이에 끼워 넣어 벽체를 형성하는 공법이다.

지하연속벽, Sheet Pile, SCW, CIP공법 등이 대표적인 흙막이공법이며, 이들 공법들에 신 Raker 공법을 지보공으로 적용할 수 있다.

엄지말뚝과 토류판 공법은 흙막이 공법중 대표적인 공법으로써 공사비가 저렴하여 가장 많이 적용되고 있는 실정이며, 상호 홈부(Web&Fringe)가 마주 보도록 수직하게 설치된 복수개의 엄지말뚝(H-Beam)과, 상기 홈부에 삽입 지지되어 후방의 흙더미 등이 전방을 향하여 무너지는 것을 방지하기 위한 토류판에 의해 구성된다.

흙막이 공법에 있어서 지보공 중 오랫동안 사용되어왔던 경사버팀대(Raker) 공법은 부지 폭이 50.0m 이상 넓어 수평 버팀을 적용하기 어려운 경우에 주로 사용되어 왔다.

흙막이벽체(H-Beam등)만으로는 배후토사의 토압에 저항할 수 없으므로, 이를 보강하기 위하여 많은 수의 지보재(Strut, Earth Anchor, Raker 등)를 사용해야 하는데,

경사버팀대(Raker)공법은 구조적으로 취약한 문제가 있어 10.0m 이내의 얕은 굴착에만 권장하고 있는 실정이다.

도 1을 참조해보면, 기존 레이커(Raker) 공법의 가장 큰 문제는 1단 레이커를 설치하기 위하여 선 굴착을 하게 되는데 경사지게 설치되는 레이커 구조상 직각삼각형의 경사부(F)로 굴착할 수밖에 없어 삼각형의 꼭 지점 부부터 일정깊이까지는 지반공학회 등에서 요구하는 소단의 폭을 확보할 수 없는 문제가 발생한다.

이로 인해 4.0∼5.0m를 자립으로 견뎌야하는 상황이 되는데 이를 견디지 못하고 흙막이 벽체는 과다변위를 일으키게 된다.

지반공학회 등에서 요구하는 소단의 폭은 일반토사에서 약 3.0∼4.0m 인데, 지금의 레이커 공법에서는 도 1과 같이, 삼각형 모양의 꼭지점 부분(F-1)을 굴착고로 보고 탄소성 해석을 하고 있는 실정이며, 이를 국토부 등 모든 심의기관에서는 관행처럼 허용하고 있다.

따라서, 굴착고가 높거나 지반조건이 좋지 않을수록 상단의 꼭짓점 부분은 취약할 수밖에 없으므로 레이커를 설치하기 전에 과다변위로 인하여 배면지반의 침하나 균열을 발생시키고 심화되면 흙막이 벽체가 붕괴되는 문제점이 있었다.

소단부의 폭이 3.0∼4.0m 정도 되는 깊이까지 내려서 실질적인 굴착고를 넣고 해석해 보면, 흙막이 벽체의 수평변위는 관리기준을 크게 상회하게 된다는 것을 알 수 있으며, 상기와 같이 과다변위로 인하여 배면지반에 균열 및 침하가 발생하게 되며 상·하수도, 가스관, 통신관 등 파손으로 2차 피해로 이어져 심각한 문제를 유발하게 되며, 심화될 경우 흙막이 구조물의 전체붕괴로 이어질 수 있는 문제점이 있었다.

이러한 과다변위를 최소화시키기 위하여 흙막이 벽체를 CIP(Cast In Place Pile)와 같은 강성벽체로 적용하도록 유도하고 있으나, 근본적인 해결방법이 아니며 공사비만 크게 상향되는 문제가 야기되는 실정이다.

대한민국 출원번호 10-2008-0016743호

개시되는 내용은 레이커공법을 진행함에 있어 굴착고의 상단부에 수동영역 을 확보하여 보강력을 갖도록 하여 레이커 시공 전에 발생될 우려가 있는 붕괴 위 험을 방지할 수 있도록 수평 및 경사 버팀을 이용한 흙막이 공법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

실시 예의 목적은,

엄지말뚝 및 토류판 공법의 경우 대상 지면에 다수개의 엄지말뚝(H-Pile)과 포스트파일을 매립 설치하는 1단계;

상기 엄지말뚝에 접하여 지면을 일정 깊이로 굴착하고 수평면이 형성되도록 하는 1차 굴착한 후 다수개의 엄지말뚝들 사이에 흙막이 부재를 설치하는 2단계;

수평굴착 끝선에서 경사지게 최종굴착 면까지 굴착하는 3단계;

경사면 하단에 이어지는 바닥면에 레이커 지지부를 형성하는 4단계;

엄지말뚝과 포스트 파일을 연결하며 상기 2단계의 수평면과 평행하게 수평 버팀대를 띠장과 함께 설치하고, 포스트파일을 중심으로 레이커 지지부와 수평버팀대를 연결하도록 레이커를 설치하는 5단계;

를 포함하는 수평버팀 및 경사버팀을 이용한 흙막이 공법에 의해 달성될 수 있다.

상기 2단계의 수평면은 흙막이 벽체의 초기변위를 억제하기 위하여 지면으로부터 0.8∼1.5m 깊이에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 5단계의 수평 버팀대는

엄지말뚝에 형성된 제1연결부에 띠장과 함께 일단이 연결되고, 포스트 파일에 형성된 제2연결부에 타단이 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 4단계의 레이커 지지부는

상기 바닥면에 일정 깊이로 기초홈부를 형성하고,

상기 기초홈부의 내부에 삽입하여 필요시 지반에 일정 깊이로 기초말뚝을 근입하며,

상기 기초말뚝이 수용되도록 기초홈부에 콘크리트를 타설하여 기초말뚝을 매립하고,

상기 기초말뚝의 상부에 형성된 레이커 지지부와 레이커의 하부를 연결하고, 상기 레이커의 상부는 포스트 파일에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 3단계는 수평면에서부터 경사면이 형성되도록 굴착하여 바닥면까지 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 레이커 공법을 진행함에 있어서 종래 가장 취약한 부분이었던 굴착고를 배제함으로써 붕괴 위험을 사전에 차단할 수 있었고, 상단부에 수평으로 버팀을 짧게 설치하고 경사버팀대(레이커: Raker)를 연결하는 구조이므로 레이커 시공 전에 소단의 폭을 3.0∼4.0m 확보하므로 발생될 우려가 있는 붕괴 위험을 방지할 수 있다.

또한 경사버팀대를 1단설치 후 지반조건에 따라 2단부터는 기존방법과 동일하게 경사버팀대만으로 진행할 수도 있다.

아울러 당 공법 적용 시 흙막이 벽체근처에 건축공사 시 작업공간이 넓어 작업의 효율성이 좋아지는 장점과 신 레이커 공법을 적용할 경우 흙막이 벽체의 강성을 높일 필요가 없어 재래식 공법(엄지말뚝+토류판)으로 적용이 가능한바 공사비를 절감할 수 있는 장점이 추가된다.

도 1은 기존 레이커 공법을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 수평 및 경사 버팀을 이용한 흙막이 공법을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 계속된 실시예에 따른 수평 및 경사 버팀을 이용한 흙막이 공법을 나타낸 단면도,
도 4는 상기 도 2에 대한 부분 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 수평 및 경사 버팀을 이용한 흙막이 공법에 대한 흐름도.

이하 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기 에서 설명될 실시 예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.

첨부된 도면 중에서, 도 2는 본 발명에 따른 수평 및 경사 버팀을 이용한 흙막이 공법을 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명의 계속된 실시예에 따른 수평 및 경사 버팀을 이용한 흙막이 공법을 나타낸 단면도, 도 4는 상기 도 2에 대한 부분 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 수평 및 경사 버팀을 이용한 흙막이 공법에 대한 흐름도이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 수평 및 경사 버팀을 이용한 흙막이 공법은, 대상 지면에 엄지말뚝(H-Pile)(100)을 삽입하여 수직하게 설치하고, 엄지말뚝(100)을 기준으로 하여 안쪽의 지면에 터파기를 진행하면서 토류판 등의 흙막이 부재(200)를 엄지말뚝(100) 사이에 끼워 넣어 벽체를 형성한 후 수평 및 경사 버팀을 설치하는 신 레이커 공법을 기반으로 한다.

실시예에 따른 레이커를 이용한 흙막이 공법은,

대상 지면에 다수개의 엄지말뚝(100)과 포스트파일(300)을 매립 설치하는 1단계(S1);

상기 엄지말뚝(100)에 접하여 지면을 일정 깊이로 굴착하고 수평면(G2)이 형성되도록 하는 1차 굴착한 후 엄지말뚝(100) 사이에 흙막이 부재를 설치하는 2단계(S2);

상기 2단계(S2)의 수평면(G2)의 끝부분으로부터 하향 경사지게 굴착하여 최종굴착 바닥면(G4)까지 굴착하는 3단계(S3);

상기 3단계(S3)의 경사면 하단에 이어지는 바닥면(G4)에 레이커 지지부(500)를 형성하는 4단계(S4);

엄지말뚝(100)과 포스트 파일(300)을 연결하며 상기 2단계(S2)의 수평면(G2)과 평행하게 수평 버팀대(400)를 띠장과 함께 설치하고 포스트파일(300)을 중심으로 레이커 지지부(500)와 수평버팀대(400)를 연결하도록 경사버팀대(600)를 설치하는 5단계(S5);를 포함하여 구성된다.

이하 각 단계를 상세하게 설명한다.

[1단계(S1)]

엄지말뚝(100)을 일정 간격으로 항타하거나 천공하여 삽입한다.

굴착을 진행하면서 흙막이 부재(200)를 엄지말뚝(100)사이에 삽입하여 배면토사가 굴착면 내부로 밀리지 않도록 한다.

흙막이 부재(200)는 토류판 또는 콘크리트 판을 사용할 수도 있다.

한편 엄지말뚝(100)과 일정 간격 이격되며, 상기 수평면(G2)의 끝부분에 포스트 파일(300)을 수직하게 매립 설치한다.

포스트 파일(300)은 엄지말뚝(100)과 같은 H빔일 수 있다.

엄지말뚝(100)과 포스트 파일(300)은 수직으로 평행하게 배열된다. 바람직하게는 엄지말뚝(100)과 포스트 파일(300)은 동일한 높이이거나 상이할 수 있다.

포스트파일(300)은 경사버팀대(600)의 개수와 동일하거나 상이할 수 있다.

[2단계(S2)]

지면(G1)의 굴착영역을 소정 깊이로 굴착하여 수평면(G2)을 형성한다.

수평면(G2)은 흙막이 벽체의 초기변위를 억제하기 위하여 지면(G1)으로부터 0.8∼1.5m 깊이에 형성되는 것이 바람직하다.

수평면(G2)의 깊이가 0.8m 이하면 1차 굴착이 너무 얕아 띠장 등 구조물을 설치하기 어렵고, 수평면(G2)의 깊이가 1.5m 이상이면 1차 굴착이 너무 깊어 수평면에 의한 흙막이 벽체의 초기변위 억제력이 저하될 우려가 있다.

[3단계(S3)]

2단계(S2)의 수평면(G2) 끝단에서부터 2차 굴착하여 설계 심도까지 굴착한다.

2차 굴착은 수직하게 굴착되지 않고 경사면(G3)이 되도록 굴착하여 바닥면(G4)까지 굴착한다.

따라서 수평면(G2) 끝선에서 바닥면(G4)까지 경사면(G3)으로 연결된다.

경사면(G3)의 토층과 수평면(G2)에 해당되는 영역의 토층에 의한 수평저항력이 흙막이 부재(200)와 엄지말뚝(100)의 횡 방향 거동을 억제한다.

[4단계(S4)]

이후 경사면(G3) 하단에 이어지는 바닥면(G4)에 레이커 지지부(500)를 형성한다.

레이커 지지부(500), 즉 키커블럭은, 바닥면(G4)에 일정 깊이로 형성되는 기초홈부(510)와, 필요시 기초홈부(510)의 내부에 삽입하여 지반에 일정 깊이로 매립되는 기초말뚝(520);을 포함한다.

[5단계(S5)]

상기 1단계(S1)의 흙막이 부재(200)에 띠장(120)을 설치한다.

이후 엄지말뚝(100)에 설치된 띠장과 포스트 파일(300)을 연결하도록 수평 버팀대(400)가 설치된다.

바람직하게는 수평 버팀대(400)는 수평면(G2)과 평행하게 설치된다.

수평 버팀대(400)는 엄지말뚝(100)에 형성된 제1연결부(510)에 띠장과 함께 일단이 연결되고, 포스트 파일(300)에 형성된 제2연결부(520)에 타단이 연결된다.

따라서 경사버팀대(600)를 설치하기 전에 종래 취약부위였던 굴착고를 대신하여 1차 굴착된 수평면(G2)과 수평 버팀대(400) 및 포스트 파일(300)이 시공되어 있어 경사면(G3)의 붕괴 위험이 방지될 수 있다.

수평 버팀대(400)는 도 2와 같이 1개로 설치된다.

이후 진행에 따라 수평 버팀대(400)는 도 3과 같이 다수개가 상하에 평행하게 설치될 수 있다.

이후 상기 레이커 지지부(500)와 포스트 파일(300)을 연결하도록 경사버팀대(600)를 경사면(G3)을 따라 경사지게 설치한다.

즉, 기초말뚝(520)이 수용되도록 기초홈부(510)에 콘크리트를 타설하여 필요 시 기초말뚝(520)을 매립하고, 기초말뚝(520)의 상부에 형성된 레이커 지지부(500)와 경사버팀대(600)의 하부를 연결하고, 상기 경사버팀대(600)의 상부는 포스트 파일(300)에 연결된다.

개선된 실시 예에 따르면, 종래 레이커(Raker)공법에서 발생할 수 있는 문제를 간편하게 해결하였으며, 기존의 해석 방법에 비해 개선된 구성은 연결부가 1개 생기는 것과 상향력에 대한 보완이 필요하다는 것인데 연결부는 현장에서 1공종이 추가되면서 간단히 해결될 수 있고, 상향력에 대한 문제는 기존공법에서도 사용되어온 포스트 파일(300)에 고정시켜 해결되며, 좌굴문제도 동시에 해결된다.

비록 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

100 : 엄지말뚝 200 : 흙막이 부재
300 : 포스트 파일 400 : 수평 버팀대
510 : 제1연결부 520 : 제2연결부
600 : 경사 버팀대(Raker) G1 : 지반
G2 : 수평면 G3 : 경사면
G4 : 바닥면

Claims (5)

1. 대상 지면에 다수개의 엄지말뚝(H-Pile)과 포스트파일을 매립 설치하는 1단계;
   상기 엄지말뚝에 접하여 지면을 일정 깊이로 굴착하고 수평면이 형성되도록 하는 1차 굴착한 후 다수개의 엄지말뚝들 사이에 흙막이 부재를 설치하는 2단계;
   상기 2단계의 수평면의 끝부분으로부터 굴착하여 최종굴착 바닥면까지 굴착하는 3단계;
   상기 3단계의 바닥면에 레이커 지지부를 형성하는 4단계;
   상기 엄지말뚝과 포스트 파일을 연결하며 상기 2단계의 수평면과 평행하게 수평 버팀대를 띠장과 함께 설치하고 포스트파일을 중심으로 레이커 지지부와 수평버팀대를 연결하도록 레이커를 설치하는 5단계;를 포함하는 것으로,
   상기 2단계의 수평면은 지면으로부터 0.8∼1.5m 깊이에 형성되고,
   상기 4단계의 레이커 지지부는,
   상기 바닥면에 일정 깊이로 기초홈부를 형성하고,
   상기 기초홈부의 내부에 삽입하여 지반에 기초말뚝을 근입하며,
   상기 기초말뚝이 수용되도록 기초홈부에 콘크리트를 타설하여 기초말뚝을 매립하고,
   상기 기초말뚝의 상부에 형성된 레이커 지지부와 경사버팀대의 하부를 연결하고, 상기 경사버팀대의 상부는 포스트 파일에 연결되고,
   상기 5단계의 수평 버팀대는
   상기 엄지말뚝에 형성된 제1연결부에 띠장과 함께 일단이 연결되고, 포스트 파일에 형성된 제2연결부에 타단이 연결되는 것이고,
   상기 3단계는 수평면에서부터 경사면이 형성되도록 굴착하여 바닥면까지 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 수평 및 경사버팀을 이용한 흙막이 공법.
   
   
   
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