토류벽 공법 검토 및 선정

토류벽 공법 검토 및 선정

흙막이 벽체는 지반굴착시 차수 및 지반보강공과 함께 배면지반의 토사 및 지하수가 현장으로 유입되지 않도록 하기 위해 굴착전에 지상에서 공사가 이루어진다. 흙막이 벽체의 형식은 그림과 같이 엄지말뚝식, 널말뚝식, 주열식, 연속벽식 등으로 분류할 수 있는데, 시공방법, 사용자재, 장비 등에 따라 다양한 공법들이 있다.

흙막이 벽체의 형식을 선정할 때, 현장 적용성을 평가하기 위해 고려하는 주요 인자는 벽체의 강성, 적용 가능한 지반조건, 시공심도, 지하수 영향, 장비의 시공성, 경제성 등으로 구분할 수 있다.

 

엄지말뚝(H-파일+토류벽)식 벽체공법

천공장비(T-4)를 이용하여 12m 간격으로 천공후 H-파일을 삽입하여 엄지말뚝을 형성하고 굴착단계에서 엄지말뚝 사이에 토류벽을 설치하는 공법으로서 토류벽 재료는 목재토류판, 강재토류판, 토류벽콘크리트 등을 이용하고 있다. 엄지말뚝 벽체의 장단점은 다음과 같다.

 

 

장점

굴착에 따라 자연히 지하수가 낮아지므로 수압이 작용하지 않는다.

공기가 짧고 엄지말뚝은 반복사용이 가능하며, 널말뚝에 비하여 경제적이다.

엄지말뚝을 보링한 후에 설치하면 소음과 진동이 적다.

단점

지하수위의 저항에 따른 토사유출 가능성이 크므로 별도의 차수대책이 필요하다.

지층이 연약하여 굴착 후 흙막이판 설치까지 자립이 안되면 적용이 어렵다.

굴착저면에서 히빙이나 보일링이 일어나기 쉬운 지반인 경우에는 적용시에 이를 검토해야 한다.

흙막이판과 굴착면 사이를 밀착하여 설치하지 않을 경우 지반변형이 발생한다.

 

널말뚝(Sheet-Pile)식 벽체공법

강재널말뚝을 햄머(진동식/항타식)를 이용하여 직접 지중에 삽입하여 연속벽체를 형성하는 공법으로서 워터젯을 병용하여 시공성을 향상시킬 수 있다.

 

 

장점

비교적 수밀성이 좋으므로 지하수위의 저하를 방지할 수 있다.

지하수 및 토사의 유출을 방지할 수 있다.

재질이 균질하고 지반에 따라 벽체 강성을 조절할 수 있다.

단면의 선택폭이 넓으며, 사후에 반복 사용이 가능하다.

단점

자갈이나 전석층에서의 시공이 어렵고(Water Jet 장비 사용시 가능) 깊은 굴착에는 이음시공의 능률저하 및 정밀도가 나빠질 수 있다.

강성이 작아서 변형이 크고 이로 인해 주변지반의 침하가 예상된다.

타입에 의한 소음과 진동이 심하다.

 

주열식 벽체공법

천공장비(오거, T-4)로 계획심도까지 천공 및 슬라임을 제거하여 천공홀을 형성하고, 내부에 H-파일이나 철근의 강재와 콘크리트를 주입, 양생하여 연속벽체를 형성하는 공법이다. 천공시 양생중인 인접벽체에 영향을 최소화하고, 천공벽체의 수직도 확보를 위하여 천공순서는 ①④②⑤③⑥, 또는 ①④⑦②⑤⑧③⑥⑨과 같이 하고, 양생중인 벽체에 연속하여 천공해서는 안된다.

 

 

장점

자갈 및 암반지반을 제외하는 대부분의 지반에 적용이 가능하다.

장비가 소형이므로 협소한 장소에도 시공이 가능하며, 비교적 저진동, 저소음 공법이다.

강성이 커서 배면토의 수평변위를 억제할 수 있으므로 인접구조물의 영향을 최소한으로 줄일 수 있다.

건물벽체와 합벽 시공할 수 있다.

단점

흙막이판 공법에 비해 비교적 고가의 공법이다.

기둥과 기둥사이의 이음부가 취약하고 중첩시켜 시공할 수 없으므로 이음부의 보강 및 지하수가 있는 경우에는 별도의 차수공 시설이 요구된다.

굴착공 저부에 슬라임(Slime)이 발생할 수 있다.

암반 천공시 작업에 어려움이 따르며 깊은 심도에서는 수직정도가 떨어진다.

 

연속벽식 벽체공법

연속벽식 흙막이벽체를 형성하는 공법에는 SCW, DWM 등과 같이 원지반과 시멘트밀크의 교반 및 강재 삽입으로 벽체를 형성하는 공법과 Trench를 굴착하여 철근콘크리트 벽체를 형성하는 지중연속벽(Slurry Wall) 공법으로 구분할 수 있다.

 

SCW(Soil Cement Wall) 공법

SCW공법은 오거와 같은 장비로 굴착하면서 시멘트 밀크를 주입, 원지반과 교반하여 지반강성을 증대하고, H-파일과 같은 강재를 삽입하여 벽체를 형성하는 공법이다. 장비의 천공 비트, 또는 교반 방법에 따라 다양한 공법이 있다.

 

 

장점

저소음 저진동 공법이다

지름이 비교적 크므로 강도가 크고 철근, 철골을 삽입하면 강도가 더욱 증가한다.

지반의 변동이 있을 경우 길이 조절이 가능하다.

단점

지중에 매설물, 호박물(전석)이 있는 지층에서는 시공이 어렵다.

가로 방향을 철근 철골 연결이 불가능하여 본체 구조물로 사용하기 어렵다.

토층의 변화가 심한 지반에서는 정확한 시멘트밀크 배합이 어렵다.

 

 

지중연속벽(Slurry Wall) 공법

지중연속벽공법은 벤토나이트와 같은 안정액으로 공벽을 유지하며 Trench를 굴착하고, Trench 내부에 철근콘크리트 벽체를 형성하는 공법이다.

 

 

장점

저소음 및 저진동으로 시가지 공사에 많이 적용한다.

벽체의 강성 및 차수성이 매우 커서 침하영향을 최소화 할 수 있다.

대부분의 지반조건에 적용이 좋으며, 영구구조물로 이용이 가능하다.

벽체, 차수, 내하력 기능을 동시에 할 경우 공사비와 공기가 절약된다.

근접시공이 가능하기 때문에 인접건물의 기초보강 언더피닝에 사용할 수 있다.

지하층 시공시 Top Down으로 할 경우 가시설 구조물이 불필요하다.(공사중 교통처리 가능한 경우)

단점

철근망 조립 등의 넓은 작업장이 필요하며, 대형장비 사용으로 교통장애가 크다.

지장물 간섭시 이설이 필요하다.

연속벽체의 시공을 위한 철저한 관리가 요구되면 비교적 고가인 공법이다.

안정액의 처리에 따른 오염 문제가 발생하고, 그 처리비용이 비싸다.

벽체가 지반 속에서 만들어지기 때문에 정확한 품질관리가 어렵다.

구조체로 이용하는 경우는 슬러리(Slurry)에 의한 철근의 부착력 및 콘크리트강도 감소와 벽체 결합부의 신뢰성에 유의해야 한다.