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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 기존 역타공법의 문제점으로 제시되고 있는 작업의 효율성과 경제성을 개선할 목적으로 소단을 이용한 Semi-open cut 공법을 제안하고, 이를 실제 현장에 적용함으로써 예상되는 공기단축 및 경제적 효과에 대하여 분석하였다.
가설 설정
- 기존 탑다운 공법과 제안공법의 소요 공사 기간을 분석하기 위하여 대상 현장의 토공사 및 구조체 수량은 동일하다고 가정하고 토공사 및 구조체 공사의 공정표를 작성하여 다음과 같이 제시하였다.[그림 15]는 세미 오픈 컷 공정표를[그림 16]은 기존 탑다운 공법의 공정표를 보여주고 있다.
- 세미 오프 컷 역타공법의 소요공사기간을 분석하기 위하여 대상 현장의 토공사 및 구조체 물량은 동일하다고 가정하고 토공사 및 구조체 공사의 수량을 작성하여[표8]에 나타내었다.
제안 방법
- 공정표 작성 방법은 Ms-Project 공정관리 프로그램을 이용하여 작성하였으며 공사 착수일은 당해년도 1월 1일을 기준으로 했다. 공사기간 산출에 있어서 제안공법은 실제 소요된 공사기간을 분석하여 적용하였으며, 기존 탑다운 공법의 소요공사기간은 타 현장의 유사공종의 평균소요일과 제안공법의 소요시간을 분석하여 적용하였다. 공정표 작성기준은 국경일과 명절 그리고 일요일은 휴일로 지정하여 작업일수에 포함하지 않았다.
- 최적의 기둥 이음 위치 그리고 PRD 장비의 효율적 운용 레벨 등을 고려한 최적의 터파기 수량은 약 59, 000nf로 산출되었다. 따라서 사례현장의 전체 터파기 수량 약155,000m중 1차 터파기 수량 약 59, 000 m을 반출하고 prd 공사를 수행하였다.[그림 9]는토사반출을 위하여 현장내 가설도로를 내어 덤프 이동통로를 확보한 모습을 보여주고 있다.
- 본 연구에서는 터파기 공사 수행시 소단을 이용하여 슬러리월을 지지하고 중앙부를 파내려가는 세미 오픈 컷 역타공법의 경제성과 작업의 효율성을 분석하기 위하여 지하층 구조는 SRC, 외벽은 슬러리 월 구조로 설계되어 있는 현장에 적용하였다.
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4.1 슬러리월 공사
사례적용현장은 주변아파트가 밀집되어 있는 도심지에 위치하고 있으며, 지질조시帛|서 나타난 바와 같이 사질 지반이 지하 약 15ni까지 위치하고 있어 흙막이공법으로 슬러리월 공법을 적용하였다
. 슬러 리월 굴착을 위한 장비(BC-30) 이동통로(폭 10m, THK=250mm) 를 콘크리트로 포장함으로써 장비의 전도에 대한 안전성을 구축하였다<그림 險은 슬러리월 공사의 진행을 보여주고 있다. - 소단을 이용하여 흙막이벽을 지지하는 본 공법을 현장에 적용하기 위하여 다음과 같이 디섯 단계로 분리하여 현장에 적용하였으며 그 내용은 다음과 같다
- 슬러리월 공법을 적용하였다. 슬러 리월 굴착을 위한 장비(BC-30) 이동통로(폭 10m, THK=250mm) 를 콘크리트로 포장함으로써 장비의 전도에 대한 안전성을 구축하였다<그림 險은 슬러리월 공사의 진행을 보여주고 있다.
- 지반내의 토층의 단면상태와 포함된 제물질의 상태, 지하수위 등의 입체적 파악을 위하여 보링테스트를 실시하였다.[그림 5]의 a)는 보링테스트의 시추위치도를, b)는 위치별 시추결과(주상도)를 나타낸 것이다.
대상 데이터
- 위치한。。신축공사 현장으로 지하 4층, 지상 39층 규모의 SRC + RC 로 계획되었다. 건물의 구성은 기계실과 전기실(지흐M층), 주차장(지하2층~3층), 상가(지하1층~지상 3층), 오피스텔(4층~8층) 그리고 아파트(9층~39 층)로 구성되어 있으며, 현장개요는[표 1]과 같다.
- 계획되었다. 건물의 구성은 기계실과 전기실(지흐M층), 주차장(지하2층~3층), 상가(지하1층~지상 3층), 오피스텔(4층~8층) 그리고 아파트(9층~39 층)로 구성되어 있으며, 현장개요는[표 1]과 같다. [그림 4]는 지하1층 구조평면도를 나타낸 것이다.
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4.3 PRD 공사
사례적용현장의 기등은 112개소로 구성되어 있으며, 공사의 연계성 및 진행을 원활하게 수행하기 위하여 4개 공구로 분할하여 공人}를 수행하였다
.([그림 10]참조) 기존탑다운 공법을 적용하면 개소당 약 25.
데이터처리
- 아일랜드 오픈컷 역타공법을 사례현장에 적용하기 위하여 흙막이벽의 인用성 검토 및 변위에 대해 검토를 수행하였으며 , 해석프로그램은 Midas Geo X를 사용하였다. 해석방법은 FEM(Finite Elements Method)법을 적용하였는데, 여기서, FEM 해석법은소단의 높이가 폭에 비해 상대적으로 깊은 경우(본 해석모델의 경우 소단 높이는 약 1L。이임) 즉, 소단부의 고정도가 상대적으로 크지 않은 경우, 소단부와 흙막이벽의 거동을 보다 효율적으로 표현 가능한 해석법이라 할 수 있다.
이론/모형
- [그림 15]는 세미 오픈 컷 공정표를[그림 16]은 기존 탑다운 공법의 공정표를 보여주고 있다. 공정표 작성 방법은 Ms-Project 공정관리 프로그램을 이용하여 작성하였으며 공사 착수일은 당해년도 1월 1일을 기준으로 했다. 공사기간 산출에 있어서 제안공법은 실제 소요된 공사기간을 분석하여 적용하였으며, 기존 탑다운 공법의 소요공사기간은 타 현장의 유사공종의 평균소요일과 제안공법의 소요시간을 분석하여 적용하였다.
성능/효과
- (1) PRD 시공 레벨을 낮추기 위하여 슬러리월 공사 이후 흙막이 벽의 지지를 소단을 이용하여 약 59, 000m3의 1차 터파기 및 토사반출을 수행한 결과, 기존 탑다운 공법에 비해 작업의 효율이 매우 우수한 것으로 분석되었다.
- (2) 세미 오픈 컷 역타공법을 적용하고, PRD 공정을 지하 2층 레벨에서 수행한 결과, 기존 탑다운 공법에 비해 굴착 깊이가 경감되고, 수직도 관리가 용이하며, 단주에 따른 철골설치 작업의 용이성 및 효율성 등이 증대하는 것으로 분석되었다.
- B.O.U(Box-Out Unit) 방식은 역타 공법에서 빈번히 발생하는 슬러리월과 선시공 H형강 기둥(PRD 시공)의 시공오차에 기인한 철골 거더 부재의 길이 보정 문제를 해결할 수 있었으며, 철골보 설치공정의 시공성 및 공기 측면에서 그 우수성을 확인하였다. 다음은 CWS공법의 B.
- 공사기간의 단축은 기존 탑다운 공법에서는 지상층 철골 설치 후, 지하층 철골설치작업은 지하1층 굴토작업과 공사를 병행하여야 흐卜나, 제안 공법은 지상 1층과 지하1층의 두 개 층의 철골 부재를 지상에서 동시에 설치할 수 있어 공기단축이 가능하였다. 특히 기존 탑다운 공법의 경우 지하층에서 철골 부재를 설치하는 방법은 굴삭기를 이용하여 거더와 빔의 설치작업을 수행해야 한다.
- 53m/hr)으로 조사되어 순수굴착을 위한 장비가동률은 약 60% 정도로 분석되었다. 따라서 1일 평균 굴착속도는 약 2.9개로 조사되어 토질의 특성상(표 3참조) 유사 현장보다 굴착속도가 다소 빠른 것으로 조사되었다.
- 2m)한다고 가정하여 공사 소요일수를 산출한다면 약 63일이 소요되는 것으로 계산되었다. 따라서 서冋 오픈 컷 역타공법이 기존 탑다운 공법에 비해 약 24일의 공기단축이 가능(지하 2층 레벨에서 PRD공사를 적용한 경우)하다고 판단되며, 일요일을 포함한다면 약 1개월의 공사기간이 단축될 것으로 판단된다
- 공사일보를 분석한 결과 PRD 공사 수행을 위한 실제작업일수는 53일 (휴일포함)로 조사되었으며, 실제 작업일 (장비조립: 2일 장비해체: 2일, 아웃케이싱 설치: 2일, 일요일: 8일 등은 제외)은 39일이었다. 또한 순수 굴착 시간은 약 231시간(굴착속도는 4.53m/hr)으로 조사되어 순수굴착을 위한 장비가동률은 약 60% 정도로 분석되었다. 따라서 1일 평균 굴착속도는 약 2.
- 사례현장과 유사한 방법으로 기존 탑다운 공법으로 굴착(기둥:112개소, 굴착 길이:2, 818m, 평균 굴착 길이: 25.2m)한다고 가정하여 공사 소요일수를 산출한다면 약 63일이 소요되는 것으로 계산되었다. 따라서 서冋 오픈 컷 역타공법이 기존 탑다운 공법에 비해 약 24일의 공기단축이 가능(지하 2층 레벨에서 PRD공사를 적용한 경우)하다고 판단되며, 일요일을 포함한다면 약 1개월의 공사기간이 단축될 것으로 판단된다
- 사례현장의 PRD공사 소요기간을 산출하기 위하여 구조도면을 분석한 결과 지하층 수직기둥 수량 은총 M2 개소(1층~기초 저면까지 1개소로 산출)이며, 전체 굴착 길이는 약 1, 767m로 기둥 1개소 평균 굴착 길이는 15.8m로 계산되었다. 공사일보를 분석한 결과 PRD 공사 수행을 위한 실제작업일수는 53일 (휴일포함)로 조사되었으며, 실제 작업일 (장비조립: 2일 장비해체: 2일, 아웃케이싱 설치: 2일, 일요일: 8일 등은 제외)은 39일이었다.
- 사례현장의 철골 부재를 설치한 작업일보 일정 분석에서 A-Zone의 철골설치 직접 소요기간이 약 18 일(철골설치 6일, 변형 바로잡기 4일, 용접 및 고력볼트조임 8일 소요)이 소요되었으며, 제안공법의 경우 1.5개월에 전체 철골공사의 90%가 완료(지하층외주부 철골설치는 상부층 콘크리트 타설 및 소단부 토사 제거와 병행하여 설치)된 것을 고려해 볼 때 제안공법이 기존 탑다운 공법보다 공사기간을 현격하게 단축시킬 수 있다고 조사되었다.
- 세미 오픈 컷 역타공법이 기존 탑다운 공법에 비해 PRD 천공 길이가 약 47%정도 감소되어, 직접 공사비 기준으로 약 3.2억 (천공 : 300, 000Wm 기준)이 절감되는 것으로 분석되었다.
- 슬러리월 변위 및 부재내력 검토 결과[표 4]에서나타난 바와 같이 최대변위 8.35mm, 최대모멘트 96.0 tonf-m/m 그리고 최대전단력 17.7 tonf/m 으로 해석 값이 허용값 이하로 계산되어 안전한 것으로 검토되었다. 최대 전단력 및 최대 모멘트 발생 위치는 각각 G.
- ([그림 10]참조) 기존탑다운 공법을 적용하면 개소당 약 25. 이를 굴착하여야 하나 제안공법을 적용함으로써 개소별 굴착 길이는 약 15.8m를 굴착함으로써 개소별 약 9.2m가 감소하였다.[그림 11]은 PRD 공사의 사진을 보여주고 있으며, [그림 11]의 a) 는 천공현황을 보여주고, b) 는 철골관입이 완료된 모습을 그래픽으로 보여주고 있다.
- 제안 공법이 기존 탑다운 공법보다 약 1개월 이상의 공기단축이 가능한 것은 PRD 작업에 있어서 개소당 철골기등의 길이가 23.7m에서 평균 14.4m로 굴착 길이의 감소(표6 참조)와 장주(長柱) 굴착보다단주(短柱) 굴착작업이 용이한 것으로 조사되었으며, 특히 단주 굴착이 장주 굴착보다 수직도 관리가 용이하기 때문에 작업효율이 높아진 것으로 조사되었다.
- 제안공법의 적용대상 위치(지상1층~지하1층)의부재수는 1, 216개로서 기존 탑다운 공법에 비해 약 54%이며, 중량은 약1, 886톤으로 전체 중량의 약 75%까지 되는 것으로 조사되었다.
- 7 tonf/m 으로 해석 값이 허용값 이하로 계산되어 안전한 것으로 검토되었다. 최대 전단력 및 최대 모멘트 발생 위치는 각각 G.L-6.5m, 10.5m이며, [그림7]은 상기 모델에 대한 FEM 해석 결과를 그래프로 나타낸 것이匸上 슬러리월의 거동 및 FEM해석 값과의 일치 여부를 확인하기 위해 슬러리월 최상단부의 변위를 측정하였으며, 측정결과, 최대 4.1mm 로서 해석치의 약 49% 정도인 것으로 확인되었다.
- 크기. 최적의 기둥 이음 위치 그리고 PRD 장비의 효율적 운용 레벨 등을 고려한 최적의 터파기 수량은 약 59, 000nf로 산출되었다. 따라서 사례현장의 전체 터파기 수량 약155,000m중 1차 터파기 수량 약 59, 000 m을 반출하고 prd 공사를 수행하였다.
- 터파기 및 토사반출의 경제성 분석에 있어, 제안공법은 슬러리월 공사 완료이후, 1차 터파기량 약 59, 000m, (전체 터파기 및 토사반출의 약 38%)를 개방된 공간에서 직접 반출할 수 있기 때문에 일 평균 약 L200E를 반출 할 수 있는 반면, 지하의 협소한 공간에서 토사를 반줄해야 하는 기존 탑다운 공법의 경우는 최대 LOOOnf정도의 반출량으로 한정되기 때문에 기존 탑다운 공법 대비 본 연구에서 제안한 공법이 매우 효율적이라는 것을 알 수 있었다.
- 현장에 슬러리월 장-비반입과 플랜트시설의 조립 및 배관에 10일, 공사완료 후 해체작업에 7일 정도 소요되는 것으로 조사되어 실제 공사기간은 휴일을 포함하여 약 84일이 소요되는 것으로 조사되었다.
후속연구
- (4) 본 연구에서 제안한 세미 오픈 컷 공법을 보다 효과적으로 활용하기 위해서는 설계단계에서부터 공사 현장의 규모, 구조적 특성, 지층의 상태 그리고 片怕의 환경 등 면밀한 검토가 필요할 것으로 판단돠는데 특히 외주부거더 및 빔의 길이 지하수위의 적정성 기등의 크기 및 위치 등에 대한 면밀한 검토가 필요할 것으로 판단된다
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