토목인이라면 모를 수 없는 굴착공법의 기본! 가설 흙막이 공법에 관하여

일반적으로 가시설이란 지반 굴착하였을 때 굴착 면의 수압 및 토압에 의한 과대한 붕괴 및 변형이 일어나지 않도록 굴착 면에 흙막이벽을 설치하고 적당한 지지 방법을 이용하여 지지시키는 공법을 말합니다.

 

흙막이 가시설에 요구되는 기능은 외력에 견딜 수 있는 충분한 강성과 강도, 침하, 변위에 의한 인접 구조물 등에 손상을 주지 않는 점, 경제성 및 안정성 등이 있습니다. 즉, 흙막이 가시설 공법의 선정은 지반 상태 및 조건, 수위, 인접해 있는 구조물, 규모와 깊이, 안정성과 공사비 등 주어진 모든 조건을 검토하여 올바른 설계 및 시공이 되어야 합니다.

최근 이루어지는 건설 현장에서의 공사는 고층화, 대형화, 지하공간 활용의 필요성으로 인한 지하굴착 대심도화, 도심지 근접시공의 증가 등 다양한 특성을 나타내고 있습니다. 이러한 시대의 변화로 인해 대규모 굴착 및 흙막이 공사의 증가로 이어지고 있습니다. 또한, 무분별한 공사와 굴착을 막고자 2018년 1월부터 10m 이상의 지하 굴착 공사를 수반하는 사업에 대하여 지하 안전 영향평가 및 사후 지하 안전 영향조사를 실시하는 등 안전을 확보하기 위한 지하 안전관리 제도가 본격적으로 시행되고 있는데요. 그러므로 지금부터 일반적인 흙막이 공법의 개요 및 기술 동향을 살펴보고, 현재 개발된 최신 기술에 관해 설명해보려고 합니다. 

 

흙막이 벽체는 토사의 붕괴를 막기 위해서 굴착 당시 생기는 굴착 면에 설치되며, 지지구조에는 어스앵커, 네일링, 스트러트 등이 포함됩니다. 이러한 흙막이 공법의 벽체 형식과 지지구조에 따라 여러 가지 공법으로 분류도 가능합니다. 흙막이 구조물 형식을 정할 때 벽체는 안정성, 노후화 및 중요도, 굴착지반고, 공기, 공사비 등을 검토하여 선정하며, 흙막이 벽체의 지지구조는 벽체의 안정성과 시공성, 지하층 깊이 등을 종합적으로 고려하여 가장 효율적인 방법으로 정합니다.

흙막이 가시설은 지하 굴착하기 위해 설치되는 임시로 만들어진 구조물이지만 여러 건설사업에서 가장 우선으로 시행되며, 전체 공기에 큰 영향을 미치고 전체 공사비의 약 5% 이상을 차지하는 주요 공정입니다. 특히 수주 물량이 부족하고 경쟁력이 요구되는 시점에서 경제성 및 공기 감소를 위한 공법 선택은 매우 중요합니다. 그렇기에 흙막이 공법에 대한 연구가 꾸준히 이루어지고 있으며, 최근 다양한 공법이 개발 및 적용되고 있습니다. 흙막이 공법의 개선과 개발은 크게 흙막이 벽체 공법의 구조 부분 및 자립형 흙막이 공법으로 나누어 볼 수 있습니다. 흙막이 벽체 공법은 자재 자체의 선진화와 개량 등 강성벽체의 품질 다양화에 대한 기술이 개발되고 있으며 실정이며, 흙막이 버팀보 공법은 강성을 높이는 기술이 많이 개발되고 있습니다.

 

흙막이 가시설 벽체 공법

1) 흙막이 벽체 개선 공법 종류

흙막이 벽체 공법은 자재 자체의 개량과 개선, PHC Pile 등의 기성 제품 사용 등 강성벽체의 품질 다양화를 통해서 다양한 기술이 개발되고 있습니다.

2) 흙막이 벽체 개선 공법 소개

여러 종류의 흙막이 벽체 개선 공법 중 대표적인 공법의 몇 가지 주요 특징을 살펴보면 아래와 같습니다.

① Advanced Construction Technology Pile system 공법

Act Pile 공법은 냉 간 성형 부재에 덧판을 붙여서 폐쇄형 단면 작업 후 내부에 콘크리트를 충전하여 합성부재를 형성함으로 인해 횡 좌굴에 대한 저항력을 극대화한 공법입니다

② 강관 Pile 공법

강관 Pile 공법은 H-Pile 대신 휨 강성이 가장 우수한 원형 관을 사용하여 강관과 콘크리트의 합성 효과로 인해 벽체 강성을 향상한 공법입니다. 강관은 좌우대칭으로 이루어져 약축이 없어 구조적으로 효율적이고 비틀림에 강합니다. 또한 부재 변형이 없는 장점을 가지고 있고, 굴토 공사 시 강관이 노출되므로 추가적인 치핑 작업이 불필요합니다.

③ RF–Beam 공법

RF–Beam 공법은 H-Pile 플랜지에 플레이트형 또는 라운드형 강판을 추가하여 강축방향 강성을 올림으로써 경제성 및 구조적 안정성을 향상한 공법입니다. 응력이 초과하는 일부 구간에만 적용하여 효율적인 설계 및 시공이 가능한 공법입니다. 또한, 엄지말뚝의 근입을 위한 천공 홀 지름 내에서 최대의 강성을 얻을 수 있는 구조입니다.

④ e-PHC 공법

e-PHC 공법은 현장타설콘크리트 벽체 공법의 문제점을 개선하여 PHC을 이용한 공법입니다. 공장에서 제작한 기성 파일을 사용함으로 벽체의 강성 증대와 신뢰성 확보 그리고 공정의 단순화를 만든 공법입니다.

⑤ Hi-PHC 공법

Hi-PHC 공법은 기성말뚝과 현장 타설 말뚝을 혼합 적용하여 CIP 공법의 현장 타설 말뚝으로 인한 품질관리의 어려움을 극복하고 띠 장과 결합력이 취약한 기존 기성말뚝만을 이용한 공법의 단점을 보강하여 각각의 장점을 살리고 시공성을 향상한 공법입니다.

⑥ C-Ⅲ(A foundation of Continuous and Cut off wall by overlap Casing) 공법

C-Ⅲ 공법은 C형 케이싱을 사용하여 홀과 홀을 중첩하여 형성된 벽체를 이용하여 겹침 주열식 차수 벽체를 지중에 형성하는 공법입니다. 그리고 기존 CIP 공법에 비해 별도의 차수 공사 종류가 불필요하여 공사 기간 단축이 가능한 공법입니다.

 

이번 포스팅에서는 굴착공사에서 가장 기본이 되는 흙막이 가시설 공법에 대해서 알아보았습니다.

다들 처음 보는 용어라서 익숙하지 않고 어렵다고 생각하시겠지만 해당 개념들을 자주 접하면서 익숙해지다 보면 가장 쉬운 개념들이라고 느끼실 수 있을 겁니다.

 

다양한 토목 및 설계 개념들에 대해서 많은 포스팅 할 예정이니 많은 방문 부탁드려요!