가설 흙막이공사의 종류

지하에 구조물을 만들려면 지반을 굴착해야만 합니다. 지반을 굴착하면서 발생할 수 있는 인접지반의 변위 및 붕괴 등을 방지하기 위한 행위을 통틀어 흙막이공사라고 할 수 있습니다. 흙막이공사는 토공사의 가장 핵심적인 부분이라고 할 수 있습니다.

■ 토공사 개요
■ 지반조사 개요 - 지반조사로 확인할 수 있는 것은?

흙막이공사의 분류

흙막이공사를 분류해보면 크게 1. 흙막이벽체, 2. 흙막이벽체 지지체, 3. 지반보강으로 분류할 수 있습니다. 흙막이공사는 지반의 조건에 따라 세가지 조건을 잘 조합해서 시공해야 합니다.

 

흙막이벽체를 만드는 방법은 다음과 같이 구분할 수 있습니다.

• 엄지말뚝＋흙막이판 벽체
• 강널말뚝(Steel sheet pile) 벽체
• 주열식 - CIP(Cast In Placed Pile)
• 주열식 - 소일시멘트 벽체(soil cement wall)
• 지하연속벽체

■ 벤토나이트 안정액(이수)

 

흙막이벽체가 높지 않으면 스스로 자립해서 설 수 있지만 대부분 지지체를 만들어서 보강해야 합니다. 흙막이벽체의 지지방식은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

• 자립식
• 버팀구조 형식(Strut)
• 지반앵커 형식
• 네일링 형식
• 경사고임대 형식

자립식

흙파기할 때 가장 문제가 되는 것이 지하수 문제입니다. 지하수위가 높으면 지하수를 어느 정도 차단할 수 있는 흙막이벽체공법을 채택해야 하지만, 흙막이벽체 배면의 지반을 보강하는 방식으로 조합해서 시공할 수 있습니다. 지반 보강 그라우팅공법은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

• JSP(Jumbo Special Pattern) 공법
• LW(Labiless Wasser glass) 공법
• SGR(Space Grouting Rocket)공법
• 숏크리트(Shotcrete) 공법

 

대지가 넓을 때 흙막이 벽체를 설치해서 수직으로 굴착해야 한다면 한 번에 굴착하기 어려운 경우가 있습니다. 예를 들어 버팀대를 설치할 수 없을 정도로 대지가 넓은 상황에서 지반앵커(Ground anchor)마저 설치할 수 없은  상황이 될 수 도 있습니다. 인접대지에 지하 구조물이 가까이 있다면 앵커를 설치할 수 없게 됩니다. 이런 경우에는 다른 방법을 써야하는데 이 경우 흙파기 순서를 조정할 수 있습니다. 

 

• 아일랜드(Island cut) 공법
• 트랜치(Trench cut) 공법

 

■ 역타공법 - 톱다운(Top down)

 

■ 주변 지반의 침하 - 히빙(Heaving), 보일링(Boiling), 파이핑(Piping)

 

■ 토공사 계측관리 - 계측기 도면 사례

 

흙막이벽체의 안정

흙막이 벽체 단면에 작용하는 힘은 아래 그림과 같이 세 가지로 나눌 수 있습니다.

Pa는 흙막이벽체 배면에 있는 흙이 흙막이벽체를 미는 압력으로 주동토압(Active Earth Pressure)이라고 합니다. 흙막이벽에 토압이 작용하면 흙막이벽체가 안쪽으로 밀리게 됩니다.

지반을 굴착하면서 흙막이벽체가 붕괴되지 않도록 버팀대를 설치하게 되는데 R은 이 버팀대에 의해 주동토압의 반대방향으로 작용하게 됩니다.

흙막이벽체는 기초가 설치되는 기초면보다 아래쪽으로 깊이 설치되는데, 이렇게 기초저면 아래쪽 흙에 의해 주동토압의 반대방향으로 미는 압력이 수동토압(Passive Earth Pressure; Pp)입니다.

흙막이 벽체가 안정된 상태를 유지하려면 Pa는 R과 Pp를 합한 값보다 작거나 같은 상태가 유지되어야 합니다.

Pp ≤ R + Pp


흙막이와 관련된 용어들입니다.

• 강널말뚝(steel sheet pile): 흙막이 공사에서 토압에 저항하고, 동시에 차수 목적으로 서로 맞물림 효과가 있는 수직 타입의 강재 널말뚝
• 경사버팀대(inclined/corner strut) : 흙막이 벽에 작용하는 수평력을 양측 단부 모두 흙막이 벽에 경사지게 지지하도록 설치하는 부재
• 경사고임대(레이커, raker) : 기둥이나 벽을 고임하기 위해 상하 경사로 일측 단부를 지반에 지지되도록 설치하는 부재
• 까치발(사보강재, 화타) : 버팀대, 경사버팀대 또는 경사고임대에 작용하는 하중을 띠장에 분산시킬 목적으로 이들 부재의 단부에 빗대어 설치하는 짧은 부재로서 버팀대의 지지간격을 넓히는 용도로 설치하는 보강재
• 띠장(wale): 흙막이 벽에 작용하는 토압에 의한 휨모멘트와 전단력에 저항하도록 설치하는 휨부재로서, 흙막이 벽체에 가해지는 토압을 버팀대에 전달하기 위해 벽면에 직접 수평 또는 경사형태로 부착하는 부재
• 록볼트(rock bolt): 굴착 암반의 안정화를 위해 암반 중에 정착하여 일체화 또는 보강 목적의 볼트 모양의 부재
• 버팀대(strut): 흙막이 벽에 작용하는 수평력을 굴착현장 내부에서 지지하기 위하여 수평 또는 경사로 설치하는 압축 부재
• 소단(berm): 사면의 안정성을 높이기 위하여 사면 중간에 설치된 수평면
• CIP(Cast In Placed Pile) : 지반을 천공한 후 철근망 또는 필요시 H형강을 삽입하고 콘크리트를 타설하는 현장타설말뚝으로 주열식 현장벽체
• 네일(nail): 중력식 옹벽개념의 흙막이 벽체 형성을 위해 지반에 삽입하고 그라우팅하여 지반을 지지하는 철근
• 소일시멘트 벽체(soil cement wall): 오거 형태의 굴착과 함께 원지반에 시멘트계 결합재를 혼합, 교반시키고 필요시에 H-형강 등의 응력분담재를 삽입하여 조성하는 주열식 현장 벽체
• 슬라임(slime): 보링, 현장타설 말뚝, 지하연속벽 등에서 지반 굴착 시에 천공 바닥에 생기는 미세한 굴착 찌꺼기로서 강도와 침하에 매우 불리한 영향을 주는 물질
• 안내벽(guide wall): 연직의 벽식 흙막이 공법의 시공시 굴착(천공)작업에 앞서 굴착구 양측에 설치하는 가설벽으로서, 벽체형성체의 상부 지반 붕괴를 방지하고 굴착기계와 흙막이벽체 등의 정확한 위치 유도를 목적으로 설치
• 안정액(slurry): 액성한계 이상의 수분을 함유한 흙을 대상으로 공벽을 굴착할 경우 공벽의 붕괴 방지를 목적으로 사용하는 현탁액으로 벤토나이트(bentonite)를 사용한다.
• 엄지말뚝(soldier pile): 굴착 경계면을 따라 수직으로 설치되는 강제 말뚝으로서 흙막이판과 더불어 흙막이 벽을 이루며 배면의 토압 및 수압을 직접 지지하는 수직 휨부재
• 지반앵커(ground anchor): 선단부를 양질지반에 정착시키고, 이를 반력으로 하여 흙막이 벽 등의 구조물을 지지하기 위한 구조체로서 그라우팅으로 조성되는 앵커체, 인장부, 앵커머리로 구성된다. 사용기간별로 영구앵커와 가설(임시)앵커로 구분한다.
• 지하연속벽(diaphram wall): 벤토나이트 안정액을 사용하여 지반을 굴착하고 철근망을 삽입한 후 콘크리트를 타설하여 지중에 시공된 철근 콘크리트 연속벽체로 주로 영구벽체로 사용함.
• 흙막이판: 굴착 배면의 토압과 수압을 직접 지지해주는 휨저항 부재

 

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