흙막이공사에 대하여

▣ 토목에 관련된 사항이지만 건축공사시 가장 처음 시작되는 굴착공사(흙막이공사)는 사실상 건축에서 실시하고 있으므로 건축현장담당자 및 감리에 종사하시는 분은 도움이 되었으면 합니다.
흙막이공사는 건축공사의 기본이 되고 있습니다. 대규모이든 소규모이든 지하층이 있다면 땅파는 것은 당연하겠지요. 그런데 이게 웬일입니까. 계획단계에서 부터 되메우기까지 건축공사와 밀접한 관계가 있는데 하도토목업자에게 무조건 일임을 시키고 나몰라하고 계시니말입니다. 그럼 시작하겠습니다.

< H-Pile + 토류판 + Strut 현장>

건축설계시 지하층외벽과 대지경계선과의 떨어진 법적규정이 애매한 것으로 알고 있습니다.
어쨌든 최소한 외벽라인(중심선이 아님)에서 최소 1m를 확보하지 않으면 굴토심의시 통과가 되지 않는 경험을 건축설계사분들은 알고 계실겁니다.

그이유는 다음과같습니다.

1. 흙막이 벽체의 최소확보공간을 마련하기 위하여
  가. H-PILE(엄지말뚝, Side Pile) = 300 x 200 x 9 x 14, 300 x 300 x 10 x 15
  나. Wale(띠장) = 300x300x10x15(H-PILE)
  다. 차수공 :
       L.W(물유리계약액주입공법) - 최소 500 - 국내시공은 효과없슴.
       S.G.R(Space Grouting Rocket System-물유리계) - 최소 600 - 단가가 조금 비싸므로 시공효과 있슴.
       따라서, 최소공간은 300+300+500 = 1,100mm가 필요합니다.

2. 차수공이 없더라도 시공공간 확보를 위하여
  가. 천공기(오우거, T-4 등)사용시 대지경계선에서 최소 550mm가 필요함.
  나. 경사계(계측기), 지하수위계등을 배면지반에 시공하려면 크롤라 드릴의 작업공간이 최소 400mm는 필요함.

  따라서, 흙막이벽체를 시공하려면 기본적으로 550 + 400 = 950mm가 필요합니다.

결론적으로 건축외벽선에서 대지경계선(or 상대편 담장)에서 최소 1M 이상은 되어야 합벽(흙막이벽체를 외부 거푸집으로 사용)시공이 가능하고, 합벽이 아닌 되메우기로 해야 할 경우는 최소 1.5M이상이 필요합니다.
흙막이설계는 건축설계도를 기준으로 합니다만, 건축설계시 사용된 대지경계선은 실제시공시 엄청나게 틀리는 경우가 많으므로(측량시 장애물때문에 정확하지 못함) 기존 건축물을 철거한 후 정밀측량을 실시하고 도면과 일치하여 흙막이계획을 배치시켜야 합니다.
보통 이경우 문제가 발생되는 것이 흙막이 시공공간이 모자라는 경우입니다.

따라서, 건축도면상에 건물외벽선과 대지경계선이 1M가 되지 않는 공간은 건축구조와 상의하여 벽체의 최소두께를 산정하고 철근배근이 가능한 범위에서 흙막이 벽체시공을 계획하여야 합니다.

이제 흙막이벽체의 배치를 끝내고 나면 더욱 중요한 사항이 있습니다. 흙막이설계도면의 검토입니다.
물론 이전에도 검토를 했지만 시공시 다시 해야죠.

1. Strut로 설계된 현장에서 벌어지는 문제는 POST PILE과 건축지하 지중보와의 간섭관계입니다.
건축의 기둥과 기둥사이는 보로 연결되는 것이 당연한데 기둥에다 Post Pile을 박는 일은 없지만(?) 보에다 Post Pile을 박는 경우는 종종 있습니다.
구조적인 문제는 없다손 치더라도 철근배근을 못하는 경우가 있어서 용접하고 감리와 실랑이를 벌이는 경우가 았습니다.
따라서 건축 구조 도면과 흙막이 도면을 일치시켜 이러한 문제가 있는 경우 재조정을 시켜야 합니다.

2. 합벽으로 계획한경우에는 흙막이 띠장과 건축외벽과의 관계를 살펴야 합니다.
띠장은 철거되는 것이 당연하지만, 합벽시 엄지말뚝과 떨어진 거리에 따라 몇가지 문제가 있습니다.

◦ 첫째로 띠장과 외벽이 일치한 경우 : 철근배근은 문제가 없지만 Con'c양은 상당히 늘어나므로 계산하여 공사비에 큰영향이 없는가 판단해야 합니다.

◦ 둘째로 엄지말뚝과 외벽이 일치할 경우 : 시공오차가 있으므로 약간은 거리(100에서 200mm정도)가 있지만, 이경우는 철근배근은 띠장이 철거되어야 할 수 있으므로 흙막이구조계산상 철거계획이 어떻겠는가를 확인하여 설계와 시공이 다르게 되지 않도록 해야 합니다. 중요한 것은 Strut현장에서의 사고는 Strut철거시 가장 많이 일어난다는 사실입니다.

3. 흙막이 벽체와 지반고와의 관계를 살펴야 합니다.
도심지에서야 거의 Level이기는 하지만 재개발지역이나 지반고가 틀린 지역에서는 흙막이 벽체의 높낮이가 상당한 차이가 나서 불균등한 토압작용으로 밀리는 경우가 종종 있습니다. 다음에 설명하겠지만 토압은 무섭습니다.

따라서 이러한 조정은 흙막이 설계자와 상의하여 단면의 검토가 이루어졌는지를 확인하여야 합니다.

이제는 시공을 해보겠습니다.

1. H-Pile의 특징은 강성도 크지만 단면계수가 커서 휨에 대한 저항력이 크다는 것입니다.
그러나 이러한 강성도 연결이 불량하면 토압에는 맥을 못춤니다.

◦ Pile의 연결 : 엄지말뚝은 철판을 이용하여 사(4)면을 철저하게 용접이음을 합니다. 한면이라도 빼고 싶으시면 빼야되는 이유를 A4지 10장으로 써보세요.
4면을 용접해야 하는 이유는 간단합니다. 강성의 연결은 그부재의 최소 1.5배로 해야 안전합니다.

◦ Strut의 연결 : Strut도 H-pile이니까 용접하시겠고요?
철골교량을 보시면 볼트로 연결되어 있습니다. 용접이 강하냐 볼팅이 강하냐는 정확하게 답을 할 수 없지만, 축응력을 받게 되어있는 Strut는 원칙적으로 볼팅을 하게 되어있습니다.
휨응력과 축응력을 동시에 받는 Strut의 연결에 사용되는 볼트는 고장력볼트를 사용하며 그 저항 단면적은 용접이음의 면적보다 크기 때문에 볼트체결이 안전합니다. 또한 볼트구멍은 드릴로 사용하여야 합니다.

◦ 띠장(Wale) : 상세도면상에는 볼트연결로 되어있는 경우가 있으나 응력전달에 문제가 없다면 용접 4면 이음이 시공상 편리합니다.
다만 엄지말뚝과 띠장의 간격을 메우기 위해 홈메우기를 실시하는데 홈메우기가 실시된 구간은 필히 Stiffner(14mm 철판)를 시공해야합니다.
이유는 토압을 받으면 벽체의 응력이 H-Pile과 Wale의 연결부인 홈메우기에 집중되기 때문에 변형이 일어나기가 쉽고, 응력검토시 Wale은 토압이 등분포로 오는 것으로 가정하여 검토되지만 실제 시공은 집중하중이기 때문입니다.

* 가장 중요한 이야기 : 용접공은 필히 시험해 보고 구멍은 드릴로 뚫고 볼트로 꽉꽉 체결하고 너트에 용접하는 사람은 현장에서 없겠죠.

2. H-pile근입을 위한 천공 : 천공작업은 보통 오우거나 T-4, 또는 이를 조합한 사제(?)장비인 T-4오우거를 사용하고 있습니다.
이런 장비는 수직도 Check가 순전히 장비기사의 감(?)으로 하기때문에(수직도 기포가 있으나 소용없음) 계획굴착고까지 굴착한 후에 건축라인을 찍어보면 골치아픈 상황이 생깁니다.
천공깊이가 15m이상인 경우는 트렌싯 2대를 을 직교하여 검측해야 하며, 지반조건이 매립층(건축자재 매립,호박돌 등), 절리가 많은 암반, 강성이 다른 암반의 혼합층 등을 만나면 주의하여 천공하여야 합니다. 천공시 한번 삐뚤어 지면 다시는 바로잡을 수가 없기 때문입니다.
따라서 천공위치를 시공오차를 감안하여 약 1/100, 1/200정도로 벗어나더라도 문제가 없도록 시공하여야 합니다.
또한, 천공시 천공속도, 슬라임 등을 기준으로 하여 지반조사의 토층과 맞는지를 별도의 양식에 꼭 기입하여 현장 4면의 토층분포를 미리 파악하는것이 향후 굴토공사에 많은 도움이 됩니다.

마무리 작업으로 천공 후 H-Pile을 근입하면 Pile과 천공홀과의 유격이 있습니다.
이것도 잘 되메우기를 해야 합니다. 양질의 토사(모래질이 가장 좋음)로 메워야 하며 지지지반이 불량 할 경우는 하부에그라우팅을 실시하는 경우도 있습니다. 또한 Pile을 암반이더라도 슬라임이 있으므로 바이브로햄머로 꽝꽝꽝꽝꽝 박아주세요.

* 가장 중요한 이야기 : H-pile의 근입장은 충분하게 꼭꼭 박아주세요.

3. 토류판끼우기 : 이것이 가장 문제가 되는 공정입니다. 많이 끼우려고 과다굴착을 하기도 하고, 되메우기를 대충하여 변위증가를 유발하는 원인이 됩니다.
따라서, 다음 띠장 설치위치 50전 이상은 절대로 과다굴착을 해선 안되며, 되메우기시 토사분에 세립분이 많아 지하수유출시 유실 될 가능성이 있거나, 풍화암지반을 굴착할때 토사분이 부족하다면, 시멘트를 혼합하여 되메우기를 하는 것이 좋습니다.
되메우기만 잘해도 상당한 변위억제를 할 수 있습니다. 또한 암반지반의 경우에는 절리면을 관찰(굴착후)하여 현장쪽으로 거동이 적다는 판단이 들거나(토목감리자-경험이 있어야죠), 절리면이 적은 신선한 암이라면 굳이 토류판을 끼는 것보다 토류콘(낙반 방지)을 치는 것이 좋고, 숏크리트나 버림콘크리트를 시공하는 것도 고려해 볼수 있습니다.

하여튼, 되메우기는 숙제입니다. 단가면에서 문제가 있고, 또한 변위발생의 주범이고, 그래서 토사구간은 S.C.W나 C.I.P로 하는 것이 오히려 경제적인 경우가 있습니다.

* 가장중요한 이야기 : 토류판 되메우기는 법대로 하는 것이 가장 좋습니다.

4. 브레싱(brace) : 개인적으로는 브레싱을 신뢰하지는 않습니다. 이미 Strut가 몇단이 지나서야 설치하기 때문에 시공도 어렵고, 위험하고, 그래서 제가 감리하였던 현장의 경우는 시공이 형편없는 현장은 브레싱을 철저히 시키고, 시공관리가 잘되고 변위라든가 응력발생등 계측결과를 보고 판단하여 삭제를 시켰습니다. 왜냐하면 브레싱은 응력검토도 하지 않을뿐더러(원래는 해야함) Strut가 모든 하중을 견디도록 설계하였기 때문에 브레싱은 보강책(Strut가 위험하면 무용지물임)으로 사용하는 경우가 많기 때문입니다.
어쨌든 정석은 브레싱을 설치하여 응력의 분담도 기대하고, 강재의 보강 등으로 활용합니다.

5. 화타쐐기 : Strut 단부에 집중하중 발생을 분배시켜주는 가장 중요한 부재입니다.
연결은 볼트체결로 상당히 복잡하게 되어 있는데 사실 Strut응력 검토시 간격을 적절하게 조정하여 설계하므로 용접이음도 가능합니다.
따라서 화타쐐기 자체가 축력을 부담하는 것은 아님니다. 그러나 벽체의 변형이 오면 Strut에서 응력을 부담할 때, 지간거리가(흙막이 벽체에서 다음 Post Pile 까지 거리) 긴경우는 꼭 설치하여야 합니다.

이야기를 마감하면서 결론을 지으면 다음과 같습니다.

1. 시공계획시 흙막이 도면과 건축계획도면과의 상관관계를 면밀하게 검토할 것.
2. 흙막이벽체 시공시 철저한 시공관리가 결국 마지막에 웃을수 있다는 것.
3. Strut 공법은 강재의 강성으로 토압을 저항하므로 과다 굴착은 자살행위이며 특히 강재의 변형이 관측되면 즉시 보강대책을 기술책임자와 협의할 것.
4. 흙막이 공사에는 과신도 않되고 소극적인 자세고 않되며 항상 계측결과(제대로된)와 굴토감리자, 설계자를 못살게 할 정도로 현장에 관심을 갖게 할 것.
5. 호미로 막을 것을 가래로 막아서는 않되므로 흙막이 시공비는 여유있게 산정하고 과감하게 보강하여 퇴근 후 발쭉뻗고 주무시는 것이 건강에 좋습니다.

생각속의미래 : http://blog.daum.net/shinone/5274367