1. 부력방지 공법 개요
1) 지하수에 의한 부력의 영향
▪지하수위면 하부에 기초바닥슬래브가 위치하는 구조물은 지하수위와 구조물 밑면 깊이와의 차이만큼 부력을 받으며, 자중이 부력보다 적으면 건물의 부상 초래
▪구조물의 부상으로 인한 부재의 균열, 누수, 파손 등의 여러 가지 문제점이 공사중 혹은 공사완료 후에도 발생
2) 부력방지공법 선정시 고려사항
▪목적 : 지하수위 저하의 양이나 범위 등
▪토질 : 흙의 입도 및 투수성에 따른 적절한 방법
▪지하수위 : 지하수 상태, 기상상태에 따른 수량, 수압의 변화
▪현장상황 : 인접 구조물, 지하매설물
▪공기 및 공사비 : 가설전기 용량 및 유지관리
▪공법의 종류 : 구조물 자중증대/Rock Anchor/기초바닥배수시스템
2. 구조물 자중증대
1) 개요
▪별도의 지하수 처리없이 지하구조물 자중(W)과 외벽 및 지반 사이에 작용하는 마찰력(F)이 지하수에 의한 부력(U)보다 크게 하는 공법
2) 적용성
- 적용조건
▪지하수위가 낮고 굴착깊이가 얕은 경우 일반적으로 사용
▪부력과 건물(소규모) 자중의 차이가 적을 경우 적용
▪건물의 자중은 부력의 1.2배(안전율) 이상
- 장점
▪가장 일반적인 방법
▪조기에 되메우기 작업이 가능하여 다음 단계시공 유리
- 단점
▪추가되는 하중에 의한 공사비 증대
▪이중바닥구조로 설계할 경우는 공정이 복잡하고 형틀공사가 많아 인건비의 부담이 크며 공기지연 (하부바닥슬래브 → 기초보 → 방수 → 상판슬래브공사)
▪ 굴착깊이 증가로 공사비나 공기면에서 불리
3) 자중증대 방법
- W ↑
▪구조체의 단면 증대 또는 지하 2중 Slab 내에 자갈, 모래등을 채워 건물의 자중증가로 부력에 대항
▪기초판을 지하실벽 밖으로 확장하여 건물의 고정하중 증대
▪저층부 구조체 및 기초의 두께를 증가시키거나 비중이 큰 재료를 계획된 공간에 채움으로 자중 증대
- F ↑
▪구조물 외벽과 되메움재와의 마찰력 이용
4) 시공시 유의사항
▪건물의 자중이 부력보다 크더라도 기둥, 벽체, 슬래브가 부력에 대하여 충분한 내력확보가 안된 경우, 기둥, 벽체, 슬래브 등에서 균열 발생 가능성
▪건물 외벽의 마찰력이 부력에 효과적으로 작용할 수 있으나, 구조설계시 안정성 확보를 위하여 일반적으로 무시
▪지하공사 완료 후 되메우기 작업이 불량할 경우, 마찰력의 효과는 기대할 수 없으므로 적정한 토질 선택과 철저한 다짐 작업이 필수
▪저층부가 고층부에 비하여 넓거나 건물내에서 그 형태나 지지조건 및 깊이가 서로 상이할 경우, 부력에 대한 편심모멘트가 발생하여 고층부와 저층부의 경계부위에서 집중적으로 균열 발생 ⇒ 저층부 부력방지대책 필요
▪저층부 상부에 되메우기(성토)가 늦어지는 경우가 많음
▪부력에 대하여 건물은 전체적으로 안전하나, 단지 내수판 부재인 기초 슬래브가 작용수압에 저항하지 못하여 발생할 수 있는 변형형태로서 기둥을 중심으로 원형 형상의 슬래브 균열 발생 ⇒ 기초슬래브 내력확보 필요 (역배근)
3. Rock Anchor
1) 개요
▪건물하중과 부력의 하중을 검토하여 부족분만큼의 하중을 부력의 반대방향으로 암반층까지 천공하여 고강도 강재 삽입후 요구되는 하중 이상으로 인장하여 정착시키는 방법
2) 적용성
- 적용조건
▪부력과 건물 자중의 차이가 클 경우
▪부력 중심과 건물 자중의 중심이 일치하지 않을 경우
▪양호한 정착지반(암반)이 얕은 심도에 위치할 경우
▪지하수위의 인위적인 변경이 어렵고 다른 공법을 채택하기 어려운 경우
- 장점
▪비배수 공법
▪양압력의 크기에 따라 앵커 규모 및 간격 선택 용이
▪부력앵커를 지점으로 해석하므로 기초슬래브나 지중보에 작용하는 휨모멘트 감소 → 철근배근 + 두께 감소가능
▪조기에 외벽 뒤채움 작업이 가능하여 시공공정 유리
▪장기적인 유지관리비 부담이 적음
- 단점
▪공사비 고가
▪장기적으로 긴장된 강선의 부식 및 응력 이완 또는 감소를 고려한 설계 필요
▪장기적 계측 / 재인장이 필요하며 방수공사가 시행되어야 함
▪지하수위 아래 부재는 내수압 부재로 설계
▪버팀공법이 Strut일 경우, 장비(천공시) 이동불리
▪역타공법 적용시 분진, 비산에 대한 오염이 심각
3) 시공순서
① 천공
- 천공직경 : Anchor Body Dia +2.5cm 이상
- 천공장비 : Crawler Drill 또는 T-4 사용 - 천공깊이 : 소요 천공깊이 +0.5m
② Anchor Body 공장조립
- Greasing 되어진 각 Strand를 L.D.P.E Hose에 삽입
- Nose-Cone과 Duct를 Epoxy로 충진시켜 지하수 유입 방지
③ Anchor Body 삽입
- 삽입시 Body 위치가 Hole 중앙에 위치하도록 주의
④ Sleeve 거치 및 철근보강
- Sleeve 외부에 차수판을 설치하여 지하수의 유입 방지
- 지중보에 작용하는 집중하중(Anchor Force)에 대한 철근보강
⑤ 1차 Grouting
- 내부 및 외부 Grout Hose를 통하여 Grouting 실시
⑥ Beam 콘크리트 설치
- 기 설치된 Sleeve의 수직상태를 유지한 채로 Beam 콘크리트 타설
⑦ 2차 Grouting
- 지중보내에 (콘크리트) 기 설치된 Sleeve와 Anchor체 사이의 공극에 Grout를 주입하여 충진
⑧ Base Plate 설치
- Base Plate 및 Trumpet(내부충진) 설치
- 지중보 콘크리트의 완전 양생 후 Base Plate 설치
⑨ Anchor 설치 및 인장작업
- Head와 Wedge의 설치는 정착구가 레이턴스에 의하여 더럽히지 않도록 반드시 콘크리트 타설 후 설치
- 케이블의 소요길이 이상 확보
⑩ 1차 Greasing 작업
- 인장작업 실시이전, Trumpet 와 Head 사이 공간에 Grease 주입하여 밀폐
⑪ Protection Cap 설치 및 2차 Greasing 작업
- t=2mm 강판으로 제작된 Protection Cap 을 Base Plate에 올려 놓고 용접한 후 Grease 주입
4. 기타공법
▪마찰말뚝 : 지하구조가 깊지 않은 건물에서 기초 하부 말뚝의 수량을 증가시켜 마찰력 증대
▪Bracket 설치 : 건물이 경미하고 작은 경우 지하벽 외부에 Bracket 설치
▪구조물 변경 : 지하층 규모 축소