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문제 정의
- 본 연구에서는 SSR 공법이 적용된 여러 현장의 시공사례 및 계측 결과를 분석하여 흙막이 벽체의 시공 및 굴착방법에 따른 SSR 공법의 거동을 비교 분석하고 그 결과를 바탕으로 굴착공사에서 경제성, 시공성 및 안정성을 최적화할 수 있는 SSR 공법의 시공방법을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 50m가 적용되었다. 또한 지반굴착에 따른 현장의 시공관리와 흙막이 벽체의 거동을 파악하기 위하여 계측기(지중경사계, 지하수위계, 지표침하계 및변형률계)를 설치하여 계측을 수행하였다. 지중경사계는 최대발생변위 3.
- 수원 신매탄 재건축 APT 현장의 생활편익시설 구간에 적용된 SSR 공법의 경우 당초설계에서는 레이커 지지공법이 적용되었으나 현장의 준공기한에 따른 급속시공과 후속 공정의 시공성 개선을 통한 최종 구조물의 품질확보를 위해 본 공법으로 변경하여 시공하였다. 굴착조건은 굴착심도 4.
- 수원 신매탄 재건축 APT 현장의 생활편익시설 구간에 적용된 SSR 공법의 경우 당초설계에서는 레이커 지지공법이 적용되었으나 현장의 준공기한에 따른 급속시공과 후속 공정의 시공성 개선을 통한 최종 구조물의 품질확보를 위해 본 공법으로 변경하여 시공하였다. 굴착조건은 굴착심도 4.5~7.0m에 대하여 흙막이 벽체의 안정성 확보를 고려하여 단계별 굴착을 계획하였으나 하절기의 계속되는 강우 영향으로 단계별 굴착과 급속굴착을 병행하여 시공하였다. 현장시공에 따른 계측결과, 최대 발생변위는 단계별 굴착시 5.
- 화성 향남 상록 APT 현장의 지반 굴착을 위한 흙막이 가시설은 당초 설계에서 레이커 지지공법이 적용되었으나 아파트 본체 및 지하주차장 구조물 시공시 방수 등 품질확보가 어려운 문제점이 있어 SSR 공법으로 변경하여 적용하였다. 흙막이 벽체의 안정성 확보를 위하여 전열부 흙막이 벽체의 엄지말뚝 시공시 말뚝의 근입장 부분에 시멘트 밀크채움을 시행하였다. 본 현장 역시 하절기 강우 영향 및 공사 일정에 의하여 굴착심도 5.
- 용인시 생활체육센터 현장은 당초 어스앵커 지지공법이 적용되었으나 현장의 토목공정 준공기한의 문제로 인하여 급속시공이 요구되어 SSR 공법으로 변경하였다. 또한 8m 이상의 비교적 대심도 굴착이 요구되는 구간이 있기 때문에 지반조건 및 현장 주변 여건을 고려하여 사면굴착법이 적용되었다. 대심도 굴착이 수행된 구간의 경우, 흙막이 벽체는 6m 높이로 시공되었으나 사면의 높이가 3m임을 고려했을때 본 공법은 현장 조건에 따라서 약 9m 정도의 대심도 지반굴착도 가능한 것으로 판단되며 굴착에 따른 계측값은 모두 계측기준 허용치 이내에서 만족하는 것으로 나타났다.
- 2) 공법의 현장 적용성 평가를 위해 설계단계에서 상세한 현장 지반조사와 수치해석(FLAC3D)을 통한 최적 설계단면 산정 및 전체 안정성을 검토하였으며, 시공단계에서는 안정적인 지반굴착과 수치해석 결과와의 비교를 위한 각종 계측을 수행하였다.
- SSR 공법의 설계단계는 적용가능성 평가, 설계자료 획득 그리고 설계단면 결정 및 안정성 검토로 구분할 수 있으며, 먼저 굴착심도 및 지반조건 등에 따른 적용 가능성을 평가한다. 적용가능성 평가가 완료되면 적용현장의 토질조사보고서와 상세 현장조건 파악(현장 시험 터파기) 및 기존 문헌자료를 통해 지반 물성치를 결정한 후, 말뚝 설계에 필요한 굴착사면의 활동력과 저항력을 산정하기 위하여 SSR 공법 전용 해석 프로그램(DeSSR)을 이용하여 안정해석을 수행하여 개략적인 설계단면을 결정하고, 산정된 설계단면에 대하여 FLAC3D와 같은 상용 프로그램을 이용하여 최종적인 굴착 안정성을 검토하는 단계로 이루어진다.
- SSR 공법의 시공단계는 그림 3과 같이 크게 4단계로 구분할 수 있으며, 다음과 같은 순서로 진행된 다. 첫 번째, 지반굴착이 이루어지는 굴착면을 따라 소정의 간격으로 흙막이 벽체 시공을 위한 전열 H-Pile을 설치하는 단계, 두 번째, 설치된 전열 H-Pile과 소정의 간격을 띄우고 그 외측으로 후열 H-Pile을 설치하는 단계, 세 번째, 흙막이 구조체의 일체화 거동을 위한 가로보 및 띠장을 연결하며, 마지막으로 지반굴착의 순서로 진행한다. 전․후열 H-Pile 설치시에는 말뚝의 확실한 근입과 굴착 바닥면에 서의 변위발생을 최소화하기 위하여 경타와 양질의 재료(현장 유용토, 모래 등) 또는 시멘트 밀크를 사용하여 채움․다짐을 시행하며, 전·후열 말뚝의 두부체결(가로보, 띠장)은 현장에서 주로 이용되는 볼팅 (Bolting) 또는 용접으로 시공하게 된다.
대상 데이터
- 광명 철산 재건축 APT 현장은 대규모 재개발, 재건축 사업이 활발하게 진행되고 있는 현장으로써 당초의 흙막이 설계는 어스앵커 지지공법이 적용되었으나 어스앵커의 대지경계 침범 및 지중 구조물의 간섭 문제를 해결하기 위하여 SSR 공법으로 변경되어 시공되었다. 지하수위의 영향을 고려하여 전열부 흙막이 벽체는 S.C.W 벽체로 구성되어 있으며, 굴착심도 5.3m에 대해 전열 및 후열 말뚝의 설치간격은각 각 1.35m, 1.80m 그리고 전․후열 말뚝의 설치간격은 1.50m가 적용되었다. 또한 지반굴착에 따른 현장의 시공관리와 흙막이 벽체의 거동을 파악하기 위하여 계측기(지중경사계, 지하수위계, 지표침하계 및변형률계)를 설치하여 계측을 수행하였다.
성능/효과
- 현장의 지반여건 및 굴착심도 등을 고려한 결과, 그림 9와 같이 지하차도를 중심으로 SSR 공법과 어스앵커 지지공법이 각각 적용되어 기존 공법과의 시공성 및 경제성을 명확히 비교할 수 있었다. SSR 공법이 적용된 구간에서는 어스앵커와 같은 지보재 설치가 생략됨에 따라 약 20%의 공사비 절감 및 약 30% 이상의 공사기간 단축 효과가 있는 것으로 산정되었으며, 굴착에 따른 계측값을 검토한 결과 안정성 측면에서도 우수한 것으로 판단된다.
- 또한 8m 이상의 비교적 대심도 굴착이 요구되는 구간이 있기 때문에 지반조건 및 현장 주변 여건을 고려하여 사면굴착법이 적용되었다. 대심도 굴착이 수행된 구간의 경우, 흙막이 벽체는 6m 높이로 시공되었으나 사면의 높이가 3m임을 고려했을때 본 공법은 현장 조건에 따라서 약 9m 정도의 대심도 지반굴착도 가능한 것으로 판단되며 굴착에 따른 계측값은 모두 계측기준 허용치 이내에서 만족하는 것으로 나타났다.
- 1) 본 공법을 굴착공사에 적용한 결과, 지보재 설치 공정의 생략 및 원활한 굴착작업의 진행으로 현장의 공기단축이 가능하며, 후속공정의 시공성 개선과 충분한 작업공간 확보를 통해 최종 구조물의 품질확보가 유리한 점 등으로 공사비 절감효과를 가져올 수 있었다.
- 3) 현장의 작업일정(준공기한, 강우 등)으로 인해 급속시공으로 지반굴착을 수행한 경우에도 최대 발생 변위가 모두 계측 허용치 이내에서 만족하였으며, 이는 2열 말뚝으로 일체화된 자립식 흙막이 벽체가 강성이 큰 강재틀과 같은 구조체로 작용하여 발생토압에 대한 변위에 효과적으로 저항한 것으로 판단된다.
- 4) 굴착 상부지반이 연약하거나 8m 이상의 대심도 지반굴착이 요구되는 현장에서 2열 흙막이 벽체 사이의 토사를 제거하는 내부굴착법을 적용한 결과, 흙막이 벽체에 작용하는 토압을 경감시킴으로써 흙막이 벽체의 안정성을 확보할 수 있는 것으로 판단된다.
- 5) 굴착작업 현장에 부지여유가 있을 경우 흙막이 벽체 후면으로 사면을 형성하여 굴착작업을 수행하는 사면굴착법을 적용할 수 있으며, 이에 따라 8m 이상의 대심도 지반굴착을 안정적으로 수행할 수 있는 것으로 판단된다.
- 또한 지반굴착에 따른 현장의 시공관리와 흙막이 벽체의 거동을 파악하기 위하여 계측기(지중경사계, 지하수위계, 지표침하계 및변형률계)를 설치하여 계측을 수행하였다. 지중경사계는 최대발생변위 3.68mm, 지표침하계는 최대 4mm 침하, 그리고 지하수위계는 약 0.5m의 수위변화를 보임으로써 흙막이 벽체의 변위발생이 상대적 으로 미미함을 보여주고 있으며, 후열말뚝과 가로보에 발생되는 응력은 최대 약 30kgf/㎠로써 모두 계측기준 허용치 이내에서 만족하는 것으로 나타났다.
- 0m에 대하여 흙막이 벽체의 안정성 확보를 고려하여 단계별 굴착을 계획하였으나 하절기의 계속되는 강우 영향으로 단계별 굴착과 급속굴착을 병행하여 시공하였다. 현장시공에 따른 계측결과, 최대 발생변위는 단계별 굴착시 5.0mm와 급속굴착시 18mm로 나타나 급속시공에서도 2열 말뚝으로 설치된 자립식 흙막이의 안정 성이 확인되었으며, 그 외에 지표침하계는 최대 9.7mm 침하, 지하수위계는 약 0.9m의 수위변화를 보이 며, 전․후열말뚝을 연결하는 가로보에 발생되는 응력은 최대 약 227kgf/㎠로써 모두 계측기준 허용치 이내에서 만족하는 것으로 나타났다.
- 흙막이 벽체의 안정성 확보를 위하여 전열부 흙막이 벽체의 엄지말뚝 시공시 말뚝의 근입장 부분에 시멘트 밀크채움을 시행하였다. 본 현장 역시 하절기 강우 영향 및 공사 일정에 의하여 굴착심도 5.9m를 2회에 걸쳐 급속하게 굴착하였으나 계측값은 모두 계측기준 허용치 이내에서 만족하는 것으로 나타났으며, 그림 7(b)에서 보는 바와 같이 후속 구조물의 시공성 개선 및 품질확보에 매우 우수한 공법임을 알 수 있다.
- 인천 신현 재건축 APT 현장의 생활편익시설 구간의 지반 굴착을 위한 흙막이 가시설은 당초 설계에서 스트럿 지지공법이 적용되었으나 SSR 공법으로 변경하여 적용되었으며 굴착에 따른 계측값은 모두 계측기준 허용치 이내에서 만족하는 것으로 나타났다. 그림 8은 지반굴착 완료되고 되메움 후 구조물이 시공되고 있는 상황을 나타낸 것이며 전·후열을 연결하는 가로보는 해체한 상태이다.
- 용인시 도시계획도로 개설공사 현장의 지하차도 구간 지반굴착을 위한 흙막이 가시설은 당초 설계에서 스트럿 지지공법이 적용되었으나, 굴착공정의 시공성 불량, 지하차도 구조물 시공시 방수 불량 및 강재 가격 상승에 따른 경제성 문제로 인하여 흙막이 가시설에 대한 전면적인 설계변경이 수행되었다. 현장의 지반여건 및 굴착심도 등을 고려한 결과, 그림 9와 같이 지하차도를 중심으로 SSR 공법과 어스앵커 지지공법이 각각 적용되어 기존 공법과의 시공성 및 경제성을 명확히 비교할 수 있었다. SSR 공법이 적용된 구간에서는 어스앵커와 같은 지보재 설치가 생략됨에 따라 약 20%의 공사비 절감 및 약 30% 이상의 공사기간 단축 효과가 있는 것으로 산정되었으며, 굴착에 따른 계측값을 검토한 결과 안정성 측면에서도 우수한 것으로 판단된다.
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