1. 일반사항
흙막이 구조물이란 원지반 굴착이나 성토시 토압을 지탱하기 위한 구조물을 총칭하는 것
1.1 토류벽의 종류
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가. 강널말뚝(Slurry Wall)
나. 엄지말뚝 수평널(H-Pile+토류판)
다. 현장타설 주열식 말뚝 : CIP, PIP, MIP, JSP, SCW, Jet Grouting
라. 지하연속벽(Slurry Wall)
마. 기타 - Soil Nailing
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1.1.1 보조공법
가. 주입방식에 의한 분류
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공법구분 |
주입방식 |
공 법 명 |
겔 타임(gel time) | |
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단관 주입방식 |
- 롯드공법 - 스트레이나 공법 |
1 Shot System |
- |
길다(15-60분) |
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2중관 주입방식 |
- 더블팩커법 |
1.5 Shot System |
L.W |
보통(3-10분) |
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- 2중관롯드법 |
2 Shot System |
SGR공법 DDS공법 LAG공법 MT공법 |
짧다(1-1.5분) | |
L.W : 사질토에 적합, SGR : 사질토, 점성토 적용가능
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1) 1 Shot System : 전 주입재를 동일 믹서에 미리 규정배합으로 혼합하여 충분히 교반시킨후 1대의 펌프로 지반에 주입하는 방식으로서, 통상 시멘트계 주입재와 같이 겔타임이 긴 주입재의 주입에 사용되며 시멘트계 약액이나 현탁액형 약액의 경우 주입재의 겔 타임이 20분 이상되는 경우에도 적용이 가능함
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2) 1.5 Shot System : A액(주재), B액(경화재)을 각각 별도의 믹서에 준비하고 별도의 펌프로서 압송하여 주입관 두부에서 2액을 합치 혼합시켜 지반에 주입하는 방식으로 겔타임이 짧은 주입재를 주입하는 경우에 많이 이용
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3) 2 Shot System : A액(주재), B액(경화재)을 별도의 믹서로 혼합하고 별도의 펌프로 주입재를 압송하여 주입관의 선단에서 사출하는 순간에 2액을 합치시키는 방법으로 겔 타임이 극히 짧은 순경성의 주입재에 이용
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나. 약액종류에 의한 분류
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1.2 시공흐름
1.3 공법검토
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공 법 |
S.C.W |
C.I.P + L.W |
H-Pile + 토류판 + L.W |
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개 요 |
◆ 지반토사를 골재로 사용 500㎜의 3축 Auger로 천공, 분사, 교반을 동시에 진행하면서 지반에 Cement Milk를 주입하고 H-Pile을 삽입, 경화시켜 연속 토류벽을 형성 |
◆ 유압보링기로 천공후 공내에 철근망(Steel Cage) 및 자갈, Mortar를 주입하거나 천공 후 레미콘, Cement Milk, 철근망 및 자갈 충전하여 양생 |
◆ 천공기로 천공후 H-Pile을 근입시키고 굴토와 함께 목재토류판을 삽입하여 토류벽을 형성 |
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시공가능 토질 |
◆ 사질토, 점성토 |
◆ 점성토,사질토,모래자갈층 풍화암, 연암 |
◆ 모든 토질 가능 |
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시공불가능 토질 |
◆ 전석,연암,경암 |
◆ 전석,경암 |
- |
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단 점 |
◆ 전석, 연암층이상은 시공 불가 ◆ 협소한 지역에서는 장비 조립이 어려움 (대각선길이로 25m 필요) ◆ 점성토 시공시 교반이 정밀해야 하며 Cement 소요량이 많아짐 ◆ Slime 발생(벽체량의 30%정도) |
◆ 공기 증가 ◆ 깊은 심도에서는 수직정도가 떨어짐 ◆ 공사비 고가 |
◆ 차수효과 미흡 ◆ 지반침하발생 ◆ 강성이 적어 벽체변형이 많이 일어남 |
1.3.1지지방식에 따른 분류
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가. 지보공 없이 지반의 횡방향 토압에 저항하는 흙막이로 흙막이 벽의 근입장과 자체강성만으로 지지 하는 방식
나. 굴착깊이가 낮고 비교적 견고한 지반에 적합
다. 자립식 흙막이의 한계는 개략 5m이하
측압, Heaving Boiling 등이며 안전율은 검토항목, 검토조건에 따라 적용
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가. 흙막이의 배면토압을 버팀대를 설치하여 반대측벽 등에 전달하는 방식으로 구조상 가장 확실한 시공법
나. 양질지반에서 연약지반까지 적용범위가 다양
다. 굴착폭이 커지면 Strut의 길이가 길어져 적당치 않으며 이 경우 중간지지 말뚝을 설치 (굴착 평면폭이 50m 이내인 경우에 주로 사용)
라. 굴착심도가 깊으면 Strut의 간격이 좁아지므로 굴착 및 본 구조물의 시공에 제약
마. 종류 : 강재지보공
바. Strut에 Jack을 달아 수평변위를 조정
버팀대(STRUT)식 흙막이
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가. Anchor 지지방식의 특성
1) 굴착평면폭이 50m이상인 경우에도 시공이 가능하여 지반조건에 따라 앵커 길이를 결정
2) 흙막이 뒷면지반의 전체적 침하나 붕괴범위 검토 후 영향이 미치지 않는 지반에 앵커 설치
3) 앵커는 현장에서 직접시험하여 정착력을 확인해야 하며 특히 점질토인 경우는 신중히 검토해야 함
4) 토류벽 상대변에 약간의 고저차가 있는 경우도 시공이 가능
5) 장시간 사용할 때는 부식에 유의
나. Anchor의 정착 방법에 따라
ANCHOR식 흙막이
자립식 + ANCHOR식 흙막이
1) Tie-Rod방식
얕은 굴착공사에서 배면토의 지표상에 지지 Pile 및 Beam을 설치하고 흙막이벽 두부만을 인장시켜 여기에 Tension하는 방식
2) Tie-Back Anchor(Earth Anchor)방식
배면토가 붕괴될 위험이 없는 안정된 토질일 때 여기에 Anchor를 설치하고 Anchor체의 부착력과 앵커체 주변지반의 마찰저항에
의해 흙막이 벽을 지지하는 방식으로 다음과 같은 단점이 있음
① 근접하여 매설물이나 지하구조물이 있는 경우는 부적당
② 지하수위가 높은 사질토에는 적용이 어려움
③ 성토지반에서는 시공이 곤란
④ 지하소유권 문제로 도심에서의 시공에서는 제약을 받음
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1.3.2 재료 및 시공방법에 따른 분류
가. 차수벽과 토류벽의 역할을 동시에 수행
강널말뚝(Sheet Pile)
나. 특별한 시공 장비가 불필요
다. 수밀성이 높음
라. 대규모 공사에 적용시 유리
마. 항타시 소음 발생 우려가 있음
바. 연결부가 이탈할 경우 상당히 곤란
사. 사력층, 조밀한 모래지반 에서는 시공이 곤란
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가. 지반에 항타나 천공하여 H-Pile을 설치후 굴착하면서 토류판을 설치
나. 공사비 저렴, 시공이 간단
다. 자재 재사용이 가능
라. 주변에 소음, 진동 피해
마. 차수성 벽체가 필요시 별도의 차수대책이 필요
바. 벽체변형이 크고 토사 유출 가능성이 큼
사. 토류판과 지반의 여굴로 주변 지반 침하 우려 |
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가. S.C.W는 3축오가를 사용하여 원지반 토사와 Cement 용액을 교반혼합한 후 H-Pile을 관입시켜 벽체(T=55㎝)를 형성하는 공법으로 차수공법이 불필요하고 소음진동이 적으며 주변지반의 침하없이 근접 시공이 가능
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나. 사용수량은 손실율을 감안하여 20% 이상의 여유확보
다. 사용전력은 전석 등의 지하장애물 발생시 순간적 부하를 고려하여 50% 정도의 여유 확보
라. 작업장과 몰탈그리우팅 펌프는 50m 이내의 거리 유지
마. S.C.W는 현위치의 토사를 골재로 사용하는 공법으로 토질특성의 파악이 중요하므로 시공전 시험터파기를 실시하여 시공전역에
걸친 토질조건(토층구성, 토질, 지하수등)을 확인
바. 시공기계의 전장비중량이 80~110톤 이고 순간부하 시 접지압이 18~22t/㎡이며, 특히 주력기계인 파일드라이버의 높이는
21~35m 로서 전도사고가 발생치 않도록 작업지반의 요철면 제거, 전압(철판, 골재포등) 등 철저
사. 지하 매설물, 지상지장물 조사를 철저히 하고, Guide Wall 위치에서 반드시 인력줄파기(1×1.5m) 지하매설물을 확인한 후
시행하여 공사중 안전사고에 유의
아. 벽체조성
◆ S.C.W의 계획위치를 측량후 벽 계획선 내외면을 따라 Guide Wall을 설치 Guide Wall은 주로 H형강을 이용
◆ 천공중에는 상시 트랜싯 또는 물수평 등을 사용하여 리더를 수직으로 유지해야 하며 특히 깊이 1~2m까지 굴착후 벽심이
통하는 수직고 등을 재확인후 시공 (운전석에도 경사지 시계를 갖춘 장비를 사용)
◆ 계획심도까지 삼축롯드 선단이 도달한후 약 3m 정도 천천히 삼축오가를 상하로 이동시켜 토사와 시멘트 용액을 혼합하며,
시멘트 용액은 연속주입 함
◆ 정해진 인양속도를 유지해야 하며 토층별 최소 소요 작업시간
(분/m)
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구 분 |
점성토, 사질토 |
사력토 |
풍화암 |
호박돌 | ||
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N<15 |
15≤N＜30 |
15≤N＜30 |
30≤N＜50 | |||
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천공시간 |
1.5 |
2.0 |
3.0 |
6.0 |
13 |
15 |
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교반 및 오거인발시간 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
◆ 천공, 교반, 혼합이 완료된후 H-Pile 근입시 정확한 계획고 까지의 삽입을 위해 Back Hoe 등을 이용해 항타를 실시
자. 시공관리
◆ 수직정도 : 1/200 이상
◆ S.C.W 두께는 Φ550㎜ 이상이 되도록 하고 H-Pile는 90㎝ 간격을 정확히 유지
◆ 발생 이토(Slime)는 건설폐기물로 현장내에 가설필드를 설치하여 집적한후 고결시켜 반드시 장외로 반출
(발생이토는 벽체용적 30~40% 정도)
◆ 일일작업이 끝난후 접점(시공 Joint)은 누수등이 발생할 우려가 있으므로 특히 유의하여 Over Lap 시공
◆ 균일한 품질확보를 위해 각 공종별(주입량, 주입압, 배출토량 등)로 확인 가능한 유량계, 토출계 등의 계량기를 설치
◆ 충분한 양생(30일이상) 실시후 단계별 굴착(Bench Cut)을 실시
차. 시험관리
◆ 시공전 시험시공을 실시하여 지반조건 등에 적합한 시공이 될 수 있도록 배합계획을 수립
(시험시공은 현장여건, 공사기간 등을 고려 원위치의 토사를 채취하여 실내배합시험을 실시)
◆ 시공중에는 시료채취봉을 소정의 심도까지 삽입하여 시료채취후 강도시험을 실시
(공시체는 직경 100㎜ 높이 200㎜로 하고 3본이상을 채취)
◆ 관리시험의 빈도 : S.C.W 100공당 1개소 이상
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가. C.I.P는 보링기 또는 Auger, T-4등을 이용하여 소정의 심도까지 천공 후 그 구멍에 철근망이나 H-Pile을 삽입한 다음 시멘트 밀크+골재 또는 레미콘 등을 충진하여 말뚝(Φ300~600)을 형성하는 공법으로 소형장비시공이 가능하고 소음 진동이 거의 없으며 치환공법으로 강성, 자립성이 우수하나 지하수위가 높은 지반에서는 차수를 위하여 L.W등 별도의 보조공법이 필요
나. 공기증대, 공사비 과다 등의 문제점
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다. 시공시 유의할점
1) 천 공
◆ 천공전 인력줄파기(1×1.5m)하여 지하 매설물 확인
◆ 천공위치는 수직도 오차(설치항장의 2%이내)를 고려하여 10~20㎝이상 여유 있게 선정 (작업여유폭 확보)
◆ 공드럼 등을 이용하여 Guide Wall을 천공위치에 정확히 설치후 작업개시
◆ 콘크리트 타설전 반드시 수중펌프를 사용하여 Slime을 처리
◆ 자갈, 모래질 지반에 지반붕괴 우려가 있는 경우에는 강관 Casing을 삽입
2) 철근망, H-Pile 조립 및 삽입
◆ 철근 Cage의 결속은 견고히 하되 용접시 Gas압접을 원칙으로 함
◆ H-Pile 및 철근망은 피복확보 및 띠장과의 연결을 위해 Steel Plate 등의 스페이샤를 반드시 부착
◆ H-Pile 및 철근망 삽입시 공벽이 붕괴되지 않도록 서서히 삽입
3) 모르터주입 및 마무리
◆ 공내에 지하수위가 있는 경우에는 시멘트량을 10~30% 할증
(레미콘 타설일 경우에는 강도를 증가 : 180㎏/㎠ → 210㎏/㎠)
◆ 모르터주입, 레미콘 타설 등은 공저로부터 중단되지 않도록 서서히 하되 레미콘 타설일 경우는 Tremie Pipe가 콘크리트에
1m이상 묻힌 상태
◆ 콘크리트 타설시 철근망이 공상되지 않도록 주의하여 시공필요시 공상방지망 설치
◆ C.I.P 완료후 두부정리 및 청소를 실시후 C.I.P 공을 상부에서 일체화 시키도록 Cap Beam을 설치
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가. 고압분사공법의 기본 원리는 분사 유체에 압력을 가하여 얻을 수 있는 강력한 에너지에 의해 지반 조직을 파괴하고 그중 세립분을 지표에 배출함으로써 지중에 인위적 공간을 만들어, 그 공간에 경화재 (시멘트 밀크)를 충전하여 강한 고결체를 만들고 흙과 경화재를 될 수 있는 한 교환하여 혼합하는 것
나. 특 징 1) 공법 적용시 현장 플랜트 설치에 필요한 일정 부지가 필요 2) 지반 종류에 상관없이 적용 3) 지반에 따라 형성 고결체의 강도 차이가 큼 4) 공사비가 고가 5) 고압 분출로 인해 주변 매설물의 손상이 우려
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