1. 개 요

지하공간 확보를 위하여 필수적으로 필요한 공사는 가시설공사이다. 인접구조물이 많거나 주요구조물의 터파기를 위해서는 강도가 큰 흙막이공법이 필요하다. 일반적으로 많이 사용되는 공법은 C.I.P공법이다. 이 공법은 그림 1과 같이 현장타설공법으로 품질의 확보와 수직도 관리가 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 이를 보완하기 위하여 원형 PHC말뚝을 활용한 공법이 적용되어지고 있으나 이 또한 겹침시공과 수직도 관리에 어려움이 있다. 이런 공법들의 문제점은 보완하기 위해서 개발된 PHC-W (Prestressed spun high strength concrete - wall) 흙막이 공법의 적용사례를 소개하고자 한다.

2. PHC-W 흙막이 공법

(1) 개요

깊은 굴착 시 균질한 품질이 보장되는 강성의 흙막이 벽체를 형성하는 공법이며, 특징으로는 그림 2와 같이 강선의 배치를 수평토압에 유리하게 저항할 수 있도록 최적 재배치 하였으며 연결부에 오목부와 볼록부를 두어 겹침시공이 가능하여 토사 및 지하수 유출의 우려가 적다. 그리고 말뚝 전면부를 평면화하여 지보공 설치에 따른 벽체의 손상 및 추가 공정이 필요 없어 설치가 용이하다. 그리고 그림 3은 시공 순서를 나타낸 그림이다. 우선 케이싱이 기설치된 PHC-W 말뚝의 오목부(가이드홀)를 따라 천공한 후 다음 PHC-W 말뚝을 근입하는 방법으로써 순차 시공이 이루어지므로 시공이 단순하여 시공효율이 높고 공기가 단축된다.

(2) 차수적용 방법

그림 4와 같이 PHC-W말뚝에 주입관을 가설치한 후 말뚝을 시공한다. 1.5 숏트방법으로 페이스트(시멘트+물)와 규산을 말뚝의 선단부터 시작하여 두부까지 2중관을 통하여 일정한 간격으로 배치된 외부관의 유공을 통하여 페이스트를 주입한다(그림 5 참조). 이때 주입관은 말뚝과 함께 근입되므로 별도의 차수를 위한 천공이 필요 없어서 경제적이다.

3. PHC-W 흙막이 공법의 적용 사례

(1) 현장 조건

본 현장에서는 부산광역시 부산진구에 위치하고 있으며 주상복합 신축공사의 지하구조를 위한 가시설 공사를 목적으로 PHC-W 흙막이공법을 적용하였다((주)지오알앤디, 2018). 그림 6에 PHC-W 흙막이공법 적용현장의 평면도와 단면도를 나타내었다. 현장에서 굴착은 14.2m에서 16.4m까지 이루어 졌다(그림 7 참조).

(2) 지반 조건

시추 주상도를 분석한 결과, 지층은 지표에서부터 매립층, 퇴적층, 풍화토층, 풍화암층, 연암층 순으로 분포하는 것으로 파악되었으며, 지하수위는 G.L(-)1.9m∼G.L(-)2.3m까지 분포하고 있었다(한주이엔씨, 2018).

(3) 계측 관리 계획

그림 8은 계측기 설치 위치도이며, 지반조건이가장 불리한 시추주상도(BH-2)의 위치(H=14.2m)를 A구간이라 하고 굴착깊이가 가장 깊은 A-A단면의 우측(H=16.1m)을 B구간으로 선정하여 계측관리계획을 수립하였다. PHC-W 흙막이 공법의 가시설 벽체로써의 성능을 판단하기 위하여 그림 8에 나타낸 것과 같이 불리한 조건의 2개 구간(A, B)을 지정하였고 지중경사계, 지표침하계, 구조물 경사계를 나타내었다. 표 2에는 계측관리 기준치를 나타내었다. 이를 토대로 PHC-W 흙막이 공법이 흙막이 가시설로써의 성능을 판단하였다(광림엔지니어링, 2018).

4. PHC-W 흙막이벽체의 계측자료 분석

(1) 지중경사계

그림 9에는 A구간과 B구간의 지중경사계를 나타내었다. A구간의 관리기준(0.3%H)은 42.6mm이고 최종 굴착후 최대수평변위는 36.6mm로 나타났다. 그리고 B구간의 관리기준(0.3%H)은 49.2mm이고 최종 굴착후 최대수평변위는 21.0mm로 나타났다.

(2) 지표침하계

B구간에는 인접구조물로 인하여 지표침하계를 설치 하지 못하였으며 A구간에는 지표침하계를 설치하여 침하량을 계측하였다. 지표침하량을 표 3에 나타내었다. 표 3에 나타낸 것과 같이 관리기준인21mm 보다 작은 13mm, 10mm, 5mm로 나타났다.

(3) 구조물경사계

구조물경사계는 A구간과 B구간에 설치하였으며 B구간의 경우 터파기구간과 매우 근접하여 지하와 옥상에 각각 설치하였다. A구간의 구조물경사계값은 0.000 radian으로 나타났으며 B구간의 구조물경사계값은 -0.000∼0.001로 나타났다. A구간, B구간 모두 관리기준인 ±0.002안에 수렴하는 것으로 나타났다.

5. PHC-W 흙막이 공법과 CIP공법의 공사비 비교

본 현장에서 PHC-W 흙막이 공법을 CIP공법으로 대체했을 경우 흙막이 벽체 공사비에 대하여 비교하였다. 지보공은 같은 조건이므로 제외 하였다. PHC-W 흙막이 공법과  CIP공법의 공사비를 비교하여 표 5에 나타내었다. 표 5에 나타난 것과 같이 총공사비는 PHC-W 흙막이 공법이 CIP공법에 비해 112,700,000원(7.2%) 저렴한 것으로 나타났다. 이는 PHC-W 흙막이 공법에서는 차수를 위한 별도의 천공작업이 필요하지 않기  때문에 차수공사의 비용이 절감되고 단순한 공정으로 인해 인건비가 CIP공법에 비해 현저하게 절감되었다.

6. PHC-W 흙막이 공법과 CIP공법의 공사기간 비교

PHC-W 흙막이 공법과 CIP공법의 공사기간을 비교하여 표 6에 나타내었다. 표 6에 나타난 것과 같이 흙막이 벽체공사는 PHC-W 흙막이 공법이 CIP공법에 비하여 12.8% 공사기간을 단축하였고 차수공사는 48.9% 공사기간을 단축하였다. 공정상 차수공사가 흙막이벽체공사의 후속공정이므로 흙막이벽체공사의 10.0%가 진행된 후 차수공사를 시작하는 것으로 가정하였을 시 현장의 전체공사기간은 PHC-W 흙막이 공법이 CIP공법에 비하여 47.9% 정도로 단축되는 것으로 나타났다.

7. 결언

PHC-W 흙막이 공법에서는 고강도 PHC-W 말뚝을 흙막이용으로 개발하였으며 지보공설치가 유리한 단면을 가지고 수평토압에 유리한 강선 배치를 가진 개량된 PHC-W 말뚝이다. 이 PHC-W 흙막이공법을 이용하여 부산광역시 부산진구에 위치한 굴착깊이 14.2m∼16.4m의 현장에 적용하였다. 그 결과, 지중경사계의 수평변위, 지표침하계의 배면침하, 구조물경사계의 변위는 모두 가시설 관리기준 이내로 나타났다. 본 현장에 적용된 PHC-W 흙막이 공법을 CIP공법으로 대체했을 경우 지보공을 제외한 흙막이 벽체 공사비에 대하여 비교하였다. 그 결과, 전체공사비는 PHC-W 흙막이 공법이 CIP공법에 비해 112,700,000원(7.2%)이 저렴한 것으로 나타났다. 그리고 공사기간은 CIP공법에 비해 47.9% 단축하는 것으로 나타났다. 본 공법은 국토교통부의 연구과제 “지하굴착 흙막이용 PHC-W말뚝의 사업화 및 건축용 영구벽체 개발”을 수행하여 개발되었습니다.

참고문헌

1. 오정환, 조철현(2004), 흙막이 공학, 구미서관, pp. 77-79.

2. 황승현(2010), 실무자를 위한 흙막이 가설구조의 설계, 씨아이알, pp. 378-379.

3. (주)지오알앤디(2018), 000 복합시설 신축공사 흙막이 가시설 및 기초 안정성 검토서, pp. 1-147.

4. 한주이엔씨(주)(2018), 000 복합시설 신축공사 지반조사 보고서, pp. 1-27.

5. 광림엔지니어링건설(2018), 000 복합시설 신축공사 계측 보고서, pp. 1-15.

6. 국토교통부(2019), 건설공사 표준품셈, KICT 한국건설기술연구원, pp. 190-202.

7. 부산교통공사(2010), 지하철 적산기준, 제8장, pp. 16-24.