흙막이공사

흙막이공사(sheathing work)

흙막이공사(sheathing work)는 흙쌓기나 터파기의 붕괴나 미끄럼을 방지하기 위한 공사이다. 옹벽이나 돌쌓기 · 블록쌓기 등을 하여 흙쌓기의 흙막이를 하는 방법과 널말뚝이나 스트럿을 이용하여 터파기의 흙막이를 하는 방법이 있다.

개요

흙막이공사란 건축물의 지하층을 건설하기 위하여 지반을 파내려 가면서 주위 지반의 이동과 침하가 생기지 않도록 하는 공법으로 흙막이 공사를 위해서는 지반의 성상, 지하수의 상황, 인접 건물이나 시설, 지하매설물 등에 대한 상세한 사전조사가 필요하다.

또 흙막이나 흙파기 공사에서는 소음, 진동, 먼지 등에 의한 오염 등 주위에 미치는 영향이 크므로 이에 대한 충분한 대책도 필요하다. 즉, 흙막이 공사는 안전하면서도 공해를 최소화하는 것이 시공상 첫째 조건이다.

흙막이공사를 분류해보면 크게 1. 흙막이벽체, 2. 흙막이벽체 지지체, 3. 지반보강으로 분류할 수 있다. 흙막이공사는 지반의 조건에 따라 세가지 조건을 잘 조합해서 시공해야 한다.

흙막이 공법의 필요성

지하공간의 복잡, 대형화와 도심에서의 건물간 근접시공으로 안전시공 차원에서 흙막이 공법은 매우 중요하다. 또 지하공간의 활용을 위한 지반굴착시 안전성 확보차원에서도 매우 중요하다.

지반굴착시 문제점(주의사항)

토사의 붕괴, 지하수의 누수나 용출을 들수 있다. 이러한 문제점을 예방하기 위해서 지반의 성상, 지하수의 상황, 인접건물이나 시설과 지하매설물등에 대한 상세한 사전조사가 필요하다.

흙막이 구조물의 공법 선정

① 설계 목적을 알고 접근한다.

② 시추 주상도 및 지반에 대한 검토

③ 지질 및 토질의 역학적 성질 및 지하수위 파악 사질토 및 점성토 지반

④ 인접 구조물에 관한 검토 인접 구조물에 따른 공법변경 및 시공 방법 선정계측기 설치

⑤ 시공 환경에 관한 검토 지하매설물 및 소음 진동 규제 조건 파악

흙막이 구조물 사용 부재

① 흙막이벽체 HPILE+토류판SHEET PILE CIP SCW Slurry Wall 등 ② 지지시스템 Strut Earth Anchor Soil Nailng TopDown

흙막이 구조물 사용 부재

가시실 부재

가시설 부재

① 가시설벽체 ② 피스브라켓 ③주형보 받침보 ④주형보 ⑤보걸이 ⑥띠장Wale ⑦Screw Jack ⑧ 버팀보(Strut) ⑨ 수평브레이싱 ⑩수직브레이싱

흙막이 공법의 종류

재료에 의한 분류 1)줄기초 흙막이 공법 2)토류판 흙막이 공법 3)SHEET 파일 공법 4)주열 흙막이 공법 5)지중 연속법 공법

지지구조에 의한 분류 1)자립식 구조 2)어스앙카, Tie Back 구조 3)스트럿 구조 4)역타설 구조

흙막이 구조물 공법에 따른 분류

엄지말뚝 + 토류판

① 굴착 전에 HPILE과 같은 엄지말뚝을 12M12M 간격으로 지중에 설치하고 굴착과 동시에동시에 토류판을 엄지말뚝 사이에 시공하여 토사의 붕괴 및 토압을 지탱

② 지반의 변형 토류판 뒷채움 부실 지하수 등에 대해 거의 무방비 상태이므로 지질여건상 꼭 필요한 경우에 그라우팅과 병행하여 적용해야 함

③ 흙막이 벽체에서 가장 널리 사용되고 있지만 점차적으로 없어지는 추세임

④ 나무 합판 대용으로 철판을 사용해서 시공하기도 함

엄지말뚝 + 토류판 공법

CIP Cast In Planced Pile

① 오거 또는 보링기로 지반을 천공하여 천공홀의 자립을 안정액 또는 케이싱으로처리하고 천공 홀 내에 콘크리트를 타설하여 지중에 주열 벽체를 형성

② 자갈 및 암반지반을 제외한 모든 지반에 적용이 가능하다

③ 토류판에 비해 비교적 고가이며 기둥과 기둥사이의 이음부가 취약하고 중첩 시공이 어려우므로 이음부의 보강 및 지하수가 있는 경우에는 별도의 차수공 시설이 요구됨

④ 도심지 시공에서 자주 사용하는 공법

⑤ 수직도 불량시 차수문제가 심각하여 주로 설계시부터 CIP + 그라우팅으로 반영

CIP 공법

SCW(Soil Cemented Wall)

① 지중 원위치 토사에 시멘트 용액을 주입 교반하여 지중에 연속 벽을 만들어 지수 벽을 형성하고 그 벽체내에 측압에 대해서 응력재를 삽입하여 흙막이 벽체로 사용

② 지름이 비교적 크므로 강도가 크고 철근 삽입시 강도가 더욱 증가

③ 지중 매설물 호박돌전석이 있는 지층에서는 시공에 어려움이 있음

④ 상부 SCW 시공부와 하부 암반층 사이의 누수에 의한 지반변위가 많음

⑤ 일본처럼 지하수위가 높은 곳에서 많이 사용하는 공법

⑥ 20m이상 구간에서는 안정성 문제로 사용하지 않음

SCW 공법

슬러리월(Slurry Wall)

① 지하에 연속적으로 벽구조물을 시공하는 공법으로서 지상에서 수직으로 소정깊이의 트렌치를 굴착하면서 Slurry 안정액으로 공벽을 유지시킨 후 미리 준비 한 철근망을 삽입하여 콘크리트를 타설하고 이러한 각각의 패널을 선 후행 번갈아가면서 격간으로 시공하는 방법하고 그 벽체내에 측압에 대해서 응력재를 삽입하여 흙막이 벽체로 사용

② 일반적으로 국내에서 시공되는 벽 두께는 60100cm

③ 시공시소음 진동이 작고 벽체의 강성이 커 구조물 본체의 일부로 사용이 가능

④ 공사비가 고가이고 대단위 굴토 규모에 적용

슬러리월 공법

시트파일(Sheet Pile)

① 타공법에 비해 차수성이 우수하고 벽체 강성이 강하여 하천 항만 지하 수위가 높은 지반에서도 많이 사용하고 있음

② 사후 자재 반복 사용이 가능

③ 연성벽체로 지보제 설치 지연에 따른 과다 변위 발생 가능성이 큼

④ 타입에 의한 소음과 진동이 심함

⑤ 전석층 암반층 근입구간에 대해서 천공작업과 병행하여 시공

시트파일 공법

Strut 공법

① 굴착하고자 하는 부지의 외곽에 흙막이 벽을 설치하고 이것을 버팀보 띠장 등의 강재 지보공으로 지지하며 굴착을 진행해 가는 공법으로 가설 흙막이 벽공사시 가장 많이 사용되는 공법

② 부지 경계면까지 경제적으로 굴착할 수 있고 버팀보의 압축강도를 이용하여 흙막이를 하기 때문에 그 응력상태도 확인하기 쉬우며 연약지반과 지하수위가 높은 지층에서도 사용가능

③ 굴착면적이 크게 되면 버팀보가 길어지게 되므로 온도변화에 의한 수축 팽채오가 자체의 비틀림 이음부의 좌굴 등으로 흙막이 전체의 변형도가 커져 주변지반 침하가 발생될 우려가 있음

STRUT 공법

어스앵커(Earth Anchor) 공법

① 버팀보와 버팀지주가 필요하지 않아 넓은 작업장소가 확보되므로 굴착능률이 향상되며 흙막이 벽체의 측압을 배면측의 앵커로 지탱하므로 사면이나 모양이 일정치 않은 굴착 평면이라도 쉽게 적용 가능

② 최근에는 인접대지 침범 등의 문제가 법정분쟁으로까지 번지는 사례도 발생하고 있으며 따라서 도심지 굴착 시공에 있어서는 시공후 강선을 제거하는 방식의 제거식 앵커의 사용이 필수

어스앵커 공법

흙막이 구조물 시공 시 공통 유의사항

과굴착 금지 및 신속한 지보재 설치

① 소단BERM을 이용하여 지보재 설치위치 하부 0510M 까지만 굴착 깊이를 최소화한 후 지보재 신속하게 설치 시간 경과에 따른 변위 발생을 최소화

② 굴착 진행으로 수평응력 개방에 따른 수평변위는 필수적으로 발생하므로 작업 매 공정마다 계측기 및 응력집중 구간 확인

과굴착 금지

흙막이 배면 상부 자재 야적 및 중장비 운용

① 흙막이 배면의 과다한 추가 하중은 흙막이 구조물의 안정성 저하를 크게 초래함

② 자재 야적시 충분한 이격거리를 확보

③ 장비 운용시 하중에 대한 안정성 검토 필요

흙막이 상부 적재하중 관리

지보재 간격 및 수직도 준수

① H 형강의 간격이 설계시 보다 넓게 설치될 경우 흙막이 벽체에 작용되는 토압이 설계 시흙막이 구조물이 불안정해질 수 있음

지보재 간격 및 수직도 준수

보일링Boiling 현상

① 사질토 지층에서 주로 발생하는 현상으로 흙막이 내부를 주변 지하수 아래로 터파기 할 경우 주변 지하수의 수압피압수에 의해 터파기한 바닥으로 물이 솟아오르는 현상을 말하고 피압수가 용출되는 모양이 물이 끓는것처럼 보여 붙여진이름(미세한 모래입자와 함께 터파기한 바닥에서 물이 솟아오르는 현상)

-굴착저면과 흙막이벽 배면과의 수위차에 의해 발생

-사질 지반에서 발생

-근입장 부족시 발생

② 보일링 현상을 막기 위해서는 주변의 지하수위를 낮추거나(DEEP WELL) 흙막이 근입 깊이를 깊게해서 외부의 수압이 터파기면까지 전달되지 않도록 하거나 터파기한 바닥을 밀실하게 다져서 지하수가 용출되지 않도록 하는 방법 등이 있음

히빙Heaving 현상

① 유동성이 큰 연약지반해안가갯뻘연약점토층 등 에서 많이 발생되며 흙막이 외부의 유동성이 큰 토사의 토압으로 인해 터파기 면으로 연약지반이 밀려 올라오는 현상으로 피압수가 용출되는 대신 유동성이 큰 지반 자체가 솟아오르는 현상을 말함

• 점토질 지반에서 주로 발생
• 흙막이벽 내외 흙의 중량차에 의해 발생
• 흙막이벽 근입장이 견고한 지반에 못미칠때 발생

보일링, 히빙 현상

흙막이 작업 시 안전수칙 및 안전대책

1. 작업순서를 지키고 기구들의 점검을 철저히 한다.
2. 수직 승강계단을 설치한다.
3. 토사유출 방지를 위한 조치를 실시한다.
4. 표면수가 유입되지 않도록 굴착배면에 배수로를 설치하거나, 콘크리트를 타설한다.
5. 작업반경내 출입금지조치를 철저히 한다.
6. 안전 난간 대를 설치한다.
7. 작업 시 보호구를 착용하고 안전교육을 받는다.

흙막이와 관련된 용어

• 강널말뚝(steel sheet pile): 흙막이 공사에서 토압에 저항하고, 동시에 차수 목적으로 서로 맞물림 효과가 있는 수직 타입의 강재 널말뚝
• 경사버팀대(inclined/corner strut) : 흙막이 벽에 작용하는 수평력을 양측 단부 모두 흙막이 벽에 경사지게 지지하도록 설치하는 부재
• 경사고임대(레이커, raker) : 기둥이나 벽을 고임하기 위해 상하 경사로 일측 단부를 지반에 지지되도록 설치하는 부재
• 까치발(사보강재, 화타) : 버팀대, 경사버팀대 또는 경사고임대에 작용하는 하중을 띠장에 분산시킬 목적으로 이들 부재의 단부에 빗대어 설치하는 짧은 부재로서 버팀대의 지지간격을 넓히는 용도로 설치하는 보강재
• 띠장(wale): 흙막이 벽에 작용하는 토압에 의한 휨모멘트와 전단력에 저항하도록 설치하는 휨부재로서, 흙막이 벽체에 가해지는 토압을 버팀대에 전달하기 위해 벽면에 직접 수평 또는 경사형태로 부착하는 부재
• 록볼트(rock bolt): 굴착 암반의 안정화를 위해 암반 중에 정착하여 일체화 또는 보강 목적의 볼트 모양의 부재
• 버팀대(strut): 흙막이 벽에 작용하는 수평력을 굴착현장 내부에서 지지하기 위하여 수평 또는 경사로 설치하는 압축 부재
• 소단(berm): 사면의 안정성을 높이기 위하여 사면 중간에 설치된 수평면
• CIP(Cast In Placed Pile) : 지반을 천공한 후 철근망 또는 필요시 H형강을 삽입하고 콘크리트를 타설하는 현장타설말뚝으로 주열식 현장벽체
• 네일(nail): 중력식 옹벽개념의 흙막이 벽체 형성을 위해 지반에 삽입하고 그라우팅하여 지반을 지지하는 철근
• 소일시멘트 벽체(soil cement wall): 오거 형태의 굴착과 함께 원지반에 시멘트계 결합재를 혼합, 교반시키고 필요시에 H-형강 등의 응력분담재를 삽입하여 조성하는 주열식 현장 벽체
• 슬라임(slime): 보링, 현장타설 말뚝, 지하연속벽 등에서 지반 굴착 시에 천공 바닥에 생기는 미세한 굴착 찌꺼기로서 강도와 침하에 매우 불리한 영향을 주는 물질
• 안내벽(guide wall): 연직의 벽식 흙막이 공법의 시공시 굴착(천공)작업에 앞서 굴착구 양측에 설치하는 가설벽으로서, 벽체형성체의 상부 지반 붕괴를 방지하고 굴착기계와 흙막이벽체 등의 정확한 위치 유도를 목적으로 설치
• 안정액(slurry): 액성한계 이상의 수분을 함유한 흙을 대상으로 공벽을 굴착할 경우 공벽의 붕괴 방지를 목적으로 사용하는 현탁액으로 벤토나이트(bentonite)를 사용한다.
• 엄지말뚝(soldier pile): 굴착 경계면을 따라 수직으로 설치되는 강제 말뚝으로서 흙막이판과 더불어 흙막이 벽을 이루며 배면의 토압 및 수압을 직접 지지하는 수직 휨부재
• 지반앵커(ground anchor): 선단부를 양질지반에 정착시키고, 이를 반력으로 하여 흙막이 벽 등의 구조물을 지지하기 위한 구조체로서 그라우팅으로 조성되는 앵커체, 인장부, 앵커머리로 구성된다. 사용기간별로 영구앵커와 가설(임시)앵커로 구분한다.
• 지하연속벽(diaphram wall): 벤토나이트 안정액을 사용하여 지반을 굴착하고 철근망을 삽입한 후 콘크리트를 타설하여 지중에 시공된 철근 콘크리트 연속벽체로 주로 영구벽체로 사용함.
• 흙막이판: 굴착 배면의 토압과 수압을 직접 지지해주는 휨저항 부재

참고자료

• 〈흙막이 공사〉, 《토목용어사전》
• 휴스테이, 〈흙막이 공사〉, 《Daum 부동산》, 2013-05-28
• 안젤이, 〈<安단테> 공사의 기본 흙막이〉, 《네이버 블로그》, 2017-11-15
• GoldenRain, 〈가설 흙막이공사의 종류〉, 《티스토리》, 2022-03-12
• VanCorte, 〈흙막이(가시설) 공사의 종류 및 시공관리 지침〉, 《티스토리》, 2022-12-21
• jinstar2145, 〈흙막이공법의 종류및 특징〉, 《네이버 블로그》, 2018-03-18

같이 보기

• 터파기
• 붕괴
• 벽체
• 토공사
• 굴착

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