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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.

        

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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.

        

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(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.


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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).

        

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(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).

        

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(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).

        

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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.

        

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(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.

        

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(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.

        

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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.

        

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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.


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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.        


[본 기사는 저자 개인의 의견이며 학회의 공식 입장과는 관련이 없습니다]
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