흙막이 가시설 공사의 주요 관리사항

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(1)기술강좌. 흙막이 가시설 공사의 주요 관리사항. 최성근 (주)나우지오컨설턴트 전무이사. 박이근 (주)지오알앤디 대표이사. 장지건 (주)광림엔지니어링건설 사장. 이민희 (주)지텍크 대표이사. 권기철 동의대학교 교수. 1. 서론 흙막이 공사에 있어서 계측의 중요도는 매우 지대한 것에 비해 우리 현실은 그러하지 못하다. 계측업 에 종사하고 있는 기술자를 폄하하고자 하는 것은 아니나, 계측결과를 면밀히 분석하여 시공과정에 발 생하는 현장의 불안정성을 조기에 파악하고 적기에 보강을 제시하는 등의 순기능은 잘 이뤄지고 있지 않는 것이 현실이다. 계측업무에 있어서 현실성 없는 저가의 낙찰, 저수익 구조가 됨으로 인해 기술인력 수급의 한계에 직 면하고 있고, 현장을 컨트롤할 만한 수준 있는 분석이 이뤄지지 않게 되어 사고로 이어지는 등 악조건이 반복되고 있다. 이러한 과정에서 계측결과의 분석에 의한 현장관리의 중요도마저 인지되지 않는 상황이 되어 계측수행이 제대로 행해지지 않거나 계측결과가 수정되는 등 그 심각성이 매우 큰 편이다. 계측업무에 대한 외적 상황 악화에도 불구하고, 계측분야가 이러한 현실을 맞이하게 된 것은 결국 해 당 기술자들의 노력 부족으로 보아야 할 것이라고 판단된다. 향후 이러한 문제를 최소화하고 현장의 안 정성을 지켜가기 위한 기술자의 노력이 요구된다. 본 기술자료는 이러한 관점에서 흙막이 가시설 현장 의 주요 시공관리사항을 제시하고 있으므로 현장 실무자들의 기술발전에 도움이 되기를 바란다.. 036.

(2) 2. 시공에 있어서 설계 및 계측의 역할 2.1 설계의 역할 설계는 제한된 지반조사를 통해 구해진 지층구성 및 지반정수를 현장의 대푯값으로 적용하여 안정성 이 확보되는 대표단면을 구성한 것에 불과하다. 이러한 이유로 시공초기에는 확인조사를 통해 설계에서 구성한 지층, 설계지반정수의 적정성을 평가한 후 실제 시공을 실시하도록 하고 있다. 실제 시공(굴착) 을 진행함에 있어서 지층구성, 지반정수, 불균질한 지반상태, 시공현황 등 현장의 특징을 모두 반영하여 나타나는 계측결과를 분석하여 안정성을 재평가하고 필요시 보강대책을 수립하도록 하고 있다. 이러한 사항이 설계에서 계측계획을 수립해 두는 근본 이유인 것이다.. 2.2 계측의 역할 및 목적 계측의 가장 중요한 역할은 안전한 시공관리이며, 설계사항을 검증하는 역할도 가져야 한다. 따라서, 계측관리기준에 따른 측정값의 분석도 중요하며 설계에서 제시한 부재의 길이, 단면의 규격 등에 대한 적정성도 계측결과와 비교분석, 평가되어야 한다.. <추가 사항> [시공] 전 설계사항의 확인 ① 지 ‌ 층구성의 적정성(설계시와 실제 지층구성 과의 상이성, 약대구간의 존재 여부 확인) ② 지반정수의 적정성 설 ‌ 계시 N치만에 의한 추정값으로 설계되지 않았는지에 대한 것으로 실제 현장에서 공내 전단, 공내재하 등의 현장시험을 실시하여 설 계값과 실제의 상이성 확인 ③ 불리한 경우 안정성 재검토. 그림 1. 시공과정에서 계측의 역할. 3. 계측관리기준 3.1 현행 관리기준의 고찰. 037. _Geotechnical Engineering.

(3) 기술강좌. KCS 11 10 15 : 2016의 (4) 지중수평변위계에서 관리기준의 참고사항으로 벽체의 강성에 따라 0.002H(=H/500), 0.0025H(=H/400), 0.003H(≒H/300)을 제시하고 있는데, 이는 주요한 참고사항일 뿐 이다. 흙막이 가시설의 굴착심도가 비교적 얕은 10m인 경우에는 설계치와 큰 차이는 발생하지 않을 수 있으나, 비교적 깊은 경우에는 현행 관리기준으로는 벽체의 안정성 부족, 주변에의 영향을 장담할 수 없 는 값이 된다. 특히, 비교적 깊은 굴착에 적용하는 지중연속벽(강성벽체)의 경우 가설버팀대를 시공하여 굴착을 완료한 후 기초바닥 및 슬래브를 시공하는 경우에는 벽체에 유해한 변위 이내로 관리기준으로 삼 으면 안전한 시공을 유도할 수 있으나, 굴착단계별 슬래브를 시공하는 Top-Down으로 시공하는 경우에 는 벽체의 변위가 크게 되면 슬래브의 변위도 크게 되어 슬래브 손상이 불가피하게 되는 등 실제와 맞지 않는 관리기준이 된다. 통상 건축구조적으로 슬래브에 허용되는 변위는 6mm 내외로 알려져 있다. KCS 11 10 15 : 2016에 근거한 표 2와 같은 관리기준은 벽체의 강성에 따른 굴착심도만 관련하고 흙 막이벽체의 설계사항인 흙막이벽체의 변위와 버팀부재(버팀대, 앵커, 슬래브 등)의 상호 관련성은 고려. 표 1. KCS 11 10 15 : 2016의 관리기준 발췌 내용 10. 지하굴착공사 10.3.11 계측관리 기준 (4) 지중수평변위계의 관리 기준은 다음 값을 참고하여 결정할 수 있다. ① ‌내부경사계는 흙막이벽의 강성, 굴착지반의 특성, 굴착심도, 지지구조 및 지하수에 대한 대책방법에 따라 흙막 이벽의 변형정도를 고려하여 허용치를 정하여야 한다. ② ‌최대변위량은 흙막이벽의 강성 및 굴착심도(H)를 기준으로 설정하는 것이 가장 용이한 방법이다. 일반적으로 최대 허용변위량은 아래와 같이 정하는 것이 바람직하다. 가. 강성 흙막이벽 (t≥60 ㎝인 콘크리트 연속벽): 0.002 H (H: 굴착심도) 나. 보통 흙막이벽 (t≒40 ㎝ 정도인 콘크리트 연속벽): 0.0025 H (H: 굴착심도) 다. 연성 흙막이벽 (H-Pile과 흙막이판 설치하는 흙막이벽): 0.003 H (H: 굴착심도) ③ ‌인접지반의 균열방지를 위한 일자별 최대 변위변화량은 아래와 같이 허용기준을 정하도록 한다. 가. δ ≤ 2 ㎜ (7일간): 안전측 나. 2 ㎜ < δ ≤ 4 ㎜ (7일간): 주의 요망 다. 4 ㎜ < δ ≤ 10 ㎜ (7일간): 특별관리 요망 라. 10 ㎜ < δ (7일간): 시급한 대책 요망 ④ ‌암반의 미끄러움이나 지반앵커 정착부 이완 등을 점검하기 위한 일자별 이상변위량 기준은 아래와 같다. 가. δ ≤ 1 ㎜ (1일간): 안전측 나. 1 ㎜ < δ ≤ 2 ㎜ (1일간): 주의 요망 다. 2 ㎜ < δ ≤ 4 ㎜ (1일간): 특별관리 요망 라. 4 ㎜ < δ (1일간): 시급한 대책 요망 ⑤ ‌현장 여건에 따라 위의 관리기준이 부적합하거나 계측기의 오차가 포함될 수 있으므로 계측은 꾸준히 실시토 록 하고 관리기준치를 굴착단계에 따라 현장 여건에 맞게 보완토록 한다. ⑥ ‌벽체 변형은 설계 시의 추정치를 근거로 판단한다. (F<0.8 위험, 0.8≤F<1.2: 주의, 1.2≤F: 안정, F=설계시의 추정치 / 실측에 의한 변형량) (5) 지하수위계의 관리 기준은 다음을 기준으로 결정할 수 있다. ① ‌관리기준의 설정은 설계 시보다는 현장 여건과 굴착상황에 따라 현장에서 설정하는 것을 기준으로 한다. ② ‌지하수의 급격한 하강 시에는 일단 굴착을 중지하고 차수벽의 이상 유무 및 배면 지반의 침하 정도를 확인하여 야 한다. 이후, 원수위로 회복되거나 이상이 없을 시에 굴착공사를 재개토록 한다. (6) 건물경사계의 ‌ 관리기준은 구조물에 미치는 영향에 대한 각 변위의 한계와 구조물 기초의 종류에 따른 구조물의 손상한계를 기준으로 한다.. 038.

(4) 표 2. 벽체 강성별 현행관리기준에 따른 예시 구분. 강성벽체. 보통강성벽체. 연성벽체. 굴착심도 H (m). 0.002H(mm). 0.0025H(mm). 0.003H(mm). 10. 20. 25. 30. 20. 40. 50. 60. 30. 60. 75. 90. 40. 80. 100. 120. 되지 않는 것으로 흙막이벽체의 안정성, 주변영향도를 관리하는 관리기준으로 삼기에는 부적합한 부분 이 있다. 동일한 굴착심도, 동일한 강성의 벽체라 할지라도 주변현황에 따라 설계사항은 달라지게 되므로 표 1 의 ⑥항과 같이 설계사항을 반영한 계측관리기준을 정하여 시공관리하는 것이 바람직하다 판단된다.. 3.2 바람직한 관리기준의 제안 현재 흙막이 가시설 굴착시 여러 가지 관리기준이 제시되어 있으나, 대부분 흙막이벽체의 안정성 검 토와 달리 지중경사계의 경우 H/300와 같은 일반적인 관리기준을 설정하고 있고, 특히 지중연속벽의 경우 벽체와 슬래브가 영구구조물임에도 불구하고 가시설과 같은 기준을 삼고 있는 사례가 많아 조정할 필요성이 높다고 판단된다. 흙막이의 경우 가설벽체인지 영구벽체인지에 대한 것과 지반조건, 주변 구조물 등에 미치는 영향에 따라 설계시 발생하는 변위를 고려하여 사용 부재의 안정성 외에 변위의 안정성도 함께 고려하여 설계 하였음에도 불구하고, 계측과정에서 일반적인 변위 관리기준을 사용하게 되면 설계와는 무관하게 변위 를 유발시키면서 굴착을 관리하는 상황이 발생하게 되어 설계시 확보해둔 안전율이 무시되는 시공관리 가 될 수 있다. 따라서, 설계에서 예측한 부재력과 변위를 관리기준으로 삼아 시공 관리하도록 하는 것 이 타당하다 판단된다. 종래 관리기준에 있어서 지반앵커의 경우, 1차관리기준으로 ±5ton, 2차관리기준으로 ±10ton의 경 우에는 설계앵커력이 15ton인데 그 값이 10ton이 되어도 1차관리기준 내에 있는 것으로 보고 안정하다 고 판단하는 오류가 나타나거나 설계앵커력이 38ton(12.7mm×4가닥)인데, 48ton이 되어도 2차관리기 준치 이내로 판단하는 오류가 나타나기도 하였다. 상기와 같이 설계치를 관리기준으로 삼으면 이러한 오류는 발생하지 않게 되고 비교적 안정성이 확보되는 관리가 될 것으로 본다. 또한, 측정되는 부재력의 경우에도 실제 발생하는 부재력이 설계치보다 매우 적게 나타나는 것이 대 부분인데 이는 버팀대, 슬래브 등이 설치된 이후 계측기를 설치함으로써 굴착단계가 모두 누적된 설계. 039. _Geotechnical Engineering.

(5) 기술강좌. 값보다는 적은 값이 측정되는 것이 불가피하기 때문이다. 이에 비해 지중경사계, 지표침하계, 층별침하 계, 지하수위계, 구조물 기울기계 등은 굴착 전 과정을 반영할 수 있고, 지반앵커의 경우도 설치후 하중 계에 강제 하중을 가하여 굴착에 따른 그 변화를 살피는 것이기 때문에 실제 사항을 잘 반영할 수 있는 계측기이다. 따라서, 전자의 계측기류는 그 변화경향을 분석하여야 하고 후자의 계측기류는 굴착에 따 른 안정성을 예측할 수 있는 중요한 결과가 되므로 특히 주의 깊게 분석하여야 한다. 표 3. 흙막이 공사에서의 계측관리기준의 제안 구분. 항목. 설치시기. 설치위치 및 설치방법. 지중경사계. 엄지말뚝 천공후 또는 배면그라우팅 후. 배면지반(가시설), 지중연속벽체 내. 흙막이벽 근입심도 초과하여 부동층까지. ○. 단면 상하단, 철근 또는 플렌지 상하부 (부재 종방향 설치). ×. 버팀대 단부 중심. ×. 변형률계 흙막이 (벽체, 버팀대, 보, 슬래브) 벽체 하중계 지지 관련 (버팀대) 구조체. 배면 지반. 각 굴착단별 지보공 설치시, 잭 설치 이전. 하중계(앵커). 각 굴착단별 앵커 인장시. 앵커 정착 단부. ○. 록볼트 축력계. 각 굴착단별 록볼트 정착시. 록볼트 단면. ○. 관리기준 ① 변위 관련 안전 : Fd > 1.2 주의 : 0.8 ≤ Fd ≤1.2 위험 : Fd < 0.8 ② 부재력 관련 안전 : Fa > 1.2 주의 : 1.0 ≤ Fa ≤1.2 위험 : Fa < 1.0 (‌실측 부재력은 허용값 이내 이어야 함) 위험 : Fd > 1.2, Fd< 0.8 주의 : 0.8 ≤ Fd ≤0.9, 1.1 ≤ Fd ≤1.2 안전 : 0.9 ≤ Fd ≤1.1 단, 실측값은 부재의 허용치 이내여야 함.. 지하수위계. 엄지말뚝천공 이전 배면지반 또는 배면그라우팅 굴착심도 이상 부동 후 층까지. ○. 안전 : Δh ≤-0.5m/d 주의 : -0.5m/d ≤ Δh ≤-1.0m/d 위험 : Δh >-1.0m/d ※ 수위 ‌ 상승시 : 설계수위 상한값 검토 ※ ‌점토퇴적층이 있는 경우 : 수위강하 시 발생 침하량 검토(설계시 검토후 기준 제시 필요). 간극수압계. 엄지말뚝천공 이전 또는 배면그라우팅 후. 흙막이벽 배면 연약지반 내. ○. -. 지표침하계. 엄지말뚝 천공 이전. 배면 관리대상까지 단면당 3∼4개 지점. ○. 층별침하계. 엄지말뚝 천공 이전. 관리단면 배면 지중 의 3∼4개 심도. ○. 안전 : Fd > 1.2 주의 : 0.8 ≤ Fd ≤1.2 위험 : Fd < 0.8. 건물 벽면. ○. 건물 균열부. ○. 변위타겟. 건물 벽면. ○. 침하계. 건물 및 주변 지표. ○. 건물경사계 인접 구조물 관련. 굴착 과정 반영 여부. 균열계 엄지말뚝 천공 이전. 안전 : 예측치 미만 주의 : 예측≤실측≤허용 위험 : 허용≤실측 ③ [부등침하] : 1/600이하(안전), 1/600～1/400(주의), 1/400이상(위험). Fd : 설계값(추정치)/실측값, Fa : 허용응력/실측값, ※설계값 별도 설정시는 그에 따른 안정, 주변영향 검토후 결정함. ※‌1차관리기준을 초과하고 2차관리기준의 중간점에 이르렀을 경우에는 현장대리인과 감리자에 즉시 보고하여 전문가그룹에 의한 검토 및 대책이 이루어지도록 하여야 한다.. 040.

(6) 표 4. 구조물의 각변위 한계(Bjerrum, 1981). 예로, 버팀대, 슬래브 등에 후행으로 설치되는 계측기에는 발생하중의 종류(인장, 압축), 증가경향 등 의 분석이 중요하고, 압축부재가 인장을 받는 경우에는 현장의 부재 설치상태를 점검하는 등의 노력을 기울여야 하며, 지중경사계 등은 그 변위경향성(발산, 수렴 등)과 설계치와 실제 측정값의 차이에 대한 분석에 노력을 기울여야 한다. 인접구조물의 부등침하와 관련하여서도 굴착에 따른 인접건물에 영향을 미치지 않는 것을 전제로 시 공관리하는 것이 원칙이므로 통상 부등침하의 관리기준 설정의 지표로 활용하는 표 4에서와 같이 건물 에 균열이 없도록 하는 한계인 1/500의 내외를 주의단계로 하고, 1/600까지를 안전단계로 관리하도록 하는 것이 바람직하다 판단된다. 물론, 주변건물의 구조형태에 따라 이 값들도 보다 엄격하게 관리되어 야 하는 경우도 있으므로 현장여건에 따라 조정되어야 할 것이다.. 3.3 기타 사항 흙막이공사의 시공관리에 있어서 ‘관리기준’에 대한 의미를 당 현장 굴착공사에 의해 주변건물, 시설 물 등에 작은 피해는 입힐 수밖에 없다는 것을 전제로 하고 있는 것은 아닌지에 대해 생각해 볼 필요가 있다. 예컨대, 표 4의 부등침하 각변위 한계 중 건물에 균열이 없도록 하는 안정한계를 1/500로 제시하 고 있는데, 1차관리기준을 1/500, 위험단계를 1/300로 하는 것은 그러한 전제가 될 수 있다. 흙막이공사에 따른 관리기준치는 주변 시설물에 미치는 영향이 발생하기 직전의 단계를 위험단계로 보는 것이 공사 수행자의 자세가 되어야 하는 것이 바람직하다 판단되므로, 관리기준을 설정함에 있어 서 공사전에 주변시설물 현황을 살피고 현장관련기술자들과 충분히 상의하여 엄격한 관리기준을 설정 하고 시공에 임하여야 한다.. 041. _Geotechnical Engineering.

(7) 기술강좌. 4. 계측기의 설치 4.1 설치항목 흙막이공사에 설치할 수 있는 계측항목은 표 3과 같다. 이들 중 공간적 제약, 공학적 필요 유무, 주변 시설물의 종류 및 노후도 등의 현장여건과 설계사항을 따져 설치항목을 정하여야 한다. 설계자는 흙막 이의 구조형식, 주변 시설물에 맞게 설치항목을 정하되, 굴착과정 전반을 반영할 수 있는 계측항목과 반 영할 수 없는 항목을 구분하여 제시하여야 한다. 안정성과 관련하여 1차적인 영향을 분석할 수 있는 계측항목은 흙막이 구조계에 대한 것으로 표 3에 서 알 수 있듯이 지중경사계, 변형률계, 하중계, 응력계, 축력계 등이다. 그러나 지중경사계, 앵커 하중계, 록볼트 축력계를 제외하고는 단계별 굴착과 부재가 설치된 후 계측기가 설치되어 측정되기 시작하는 것 으로 굴착초기부터 설치된 항목이 아니기 때문에 그 값의 크기는 설계추정치와 비교분석할 수 없고 경 향성만 살피는 것이 되며 최종적으로 부재의 허용응력을 초과하지 않도록 관리하고자 하는 것이다. 예로, 버팀대를 설치하는 흙막이공사에서는 지중경사계만이 굴착 전과정을 확인할 수 있는 유일한 벽 체의 안정성 관련 정보가 되는 것이며, 앵커로 버팀하는 경우에는 앵커력의 변화도 굴착과정을 반영한 다고 볼 수 있다. 배면지반에 설치하는 지하수위계, 지표침하계, 층별침하계 중 앞의 두 항목은 비교적 합당하게 설치 하고 있으나 지표침하계는 손상을 받는 경우가 많고 지중에서의 큰 변위 후에 지표에 작은 현상이 나타 나는 것이 되어 안정 여부의 판단은 지체되고, 지하수위계는 단지 지하수위의 변화에 따른 벽체 안정성 의 유불리 문제 외에는 역학적으로 분석할 수 있는 자료로는 부족하다. 층별침하계는 대상으로 삼고자 하는 심도마다 설치하여 해당층의 움직임을 직접 관찰하는 항목으로 배면지반의 안정성에 대한 판단이 즉시 이뤄질 수 있으나 설치의 번거로움, 비용을 문제삼아 설치를 꺼리는 경우가 많다. 흙막이공사에서 굴착과정에 나타나는 1차적인 징조인 흙막이벽체에서의 계측값을 분석관리하여야 만 굴착에 따른 주변의 영향을 줄일 수 있다고 판단되며, 그러기 위해서는 지중경사계도 제대로 설치하 여야 하지만 지중에 설치하는 층별침하계도 적극 활용하여야 한다. 인접구조물에 설치하는 건물경사계, 균열계, 변위타겟, 침하계 등은 흙막이벽체, 배면지반 변형 이후 3차적 징후가 되는 것으로 사실 한발 늦은 계측이 되는 셈이다. 그러나 인접 건물의 안정성 판단을 위해 서는 반드시 설치·관리되어야 하는 항목이다. 표 5에서 주의깊게 보아야 할 것은 흙막이 구조계에 직접 나타나는 양상을 반영할 수 있는 것은 지지 방식이 버팀대 방식인 경우에는 지중경사계뿐이며 버팀대에 설치한 하중계, 응력계는 그 변화추이를 볼 수 있으며 그 변화의 경향성과 지중경사계의 변위를 상호 비교분석하여야 하는 것이다. 버팀방식이 앵 커인 경우에는 지중경사계와 앵커력의 상호 비교분석을 통해 벽체의 안정성을 관리할 수 있다. 나머지. 042.

(8) 표 5. 계측대상에 따른 계측항목별 굴착과정 반영 여부 굴착과정 반영 여부 계측 대상 반영. 미반영. 흙막이구조계 (1차징후). 지중경사계. 버팀대 하중계, 응력계. 앵커하중계, 록볼트축력계. 슬래브 응력계. 배면지반(2차징후). 지하수위계, 지표침하계, 지중(층별)침하계. 배면건물(3차징후). 건물경사계, 균열계, 변위타겟, 침하계. 계측항목은 사실 흙막이벽체의 변위 이후에 오는 것으로 안정관리 우선순위 뒤에 있지만 최종적으로 굴 착과정 전부를 반영할 수 있다는 관점에서 매우 중요한 계측항목들이다. 따라서, 지중경사계 뿐만 아니 라 배면지반과 배면건물에 설치되는 계측항목들은 굴착전에 설치하여 굴착과정 전반의 현장상황을 관 찰할 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다.. 4.2 설치목적 및 설치위치 설계자는 설계과정에서 가장 큰 힘을 받는 위치, 위험도가 높은 위치, 지반조건이 불리한 위치, 구조계 산만으로 결정할 수 없는 위치, 주변 시설물의 현황(기초형태, 노후도, 근접도 등), 배면 산지현황 등 현 장 굴착시 영향을 미칠 것으로 예상되는 위치를 선정하여야 하고, 현장관계자는 설계자의 의도가 현장 의 실제 여건과 부합하는지 조정의 필요성 여부를 판단한 후 설치항목과 위치를 결정하여야 한다. 계측기를 설치하기 이전에 검토하여야 할 사항을 고찰해보면 다음과 같다. 발주처, 시공자 및 감리자는 계측의 중요도(문제점)를 명확히 인지하고, 계측관리가 그 본연의 기능 (설계사항의 검증, 안전한 시공관리, 시공공정 조절 등)을 충분히 하여 안전한 현장이 될 수 있도록 하여 야 하며, 계측관리비용은 적정하게 책정하여 계측결과를 종합적으로 분석할 수 있는 전문성이 확보된 인력을 보유한 업체를 선정하여야 하는 것이 매우 중요하다. 계측기가 설치되는 위치는 당 현장의 공정상 선시공(우선 굴착)위치에 해당하여 굴착에 따른 흙막이 벽체 및 지반거동 상황을 조기에 확인할 수 있도록 하여야 하며, 필요시 현장여건에 맞게 조정하여야 한 다. 특히, 지중경사계는 굴착전부터 시공 전과정을 확인할 수 있는 가장 중요한 계측기임을 인지하고 설 계에서 제시하는 흙막이벽체 근입심도의 적정성 등도 확인되어야 하므로 그 설치심도는 반드시 흙막이 벽체 근입심도를 초과하여야 하고, 수평이동, 히빙, 가상지지점 등을 충분히 고려하여 부동층이라고 판 단되는 충분한 심도까지 설치되어 설계에서 제시한 흙막이벽체의 근입심도의 적정성도 평가될 수 있도 록 조정하여야 한다([그림 3], [그림 5] 참조).. 043. _Geotechnical Engineering.

(9) 기술강좌. 현장의 지형적 여건(계곡, 능선, 지반약대의 분포 등), 주변 영향 구조물 등의 현황과 민원과의 분 쟁시 증거자료로 사용할 수 있는 계측계획인지 등을 충분히 검토 하여 계측계획이 적정한지를 분 석하여 필요시 계측기 설치위치, 설치항목 등이 조정되어야 한다. [그림 3]은 흙막이벽체의 종류. 그림 2. 일반적인 계측기의 설치 위치도. 에 따른 지중경사계 설치에 대해 나타낸 것으로 지중경사계를 설치함에 있어서 유의사항을 들면 다음과 같다.. (1) 지중연속벽인 경우 지중연속벽은 벽체 내부에 지중경사계를 설치하도록 하고 있고, 관리기준도 영구벽체로 엄격하며, 다 른 벽체와 마찬가지로 설계시 추정변위를 기준으로 하여야 한다. 지중경사계의 설치심도는 벽체 내에 설치함으로써 벽체 전길이가 그 대상이 되어야 하며, 일부 길이 까지만 설치하는 것은 설계의 검증차원에서도 바람직하지 않다. 최소한 벽체 전길이로 하되 벽체의 근 입이 부동점으로 볼 수 있는 강한 지반에 근입되지 않은 경우에는 별도로 벽체 내에 설치한 케이싱 내로 추가 천공하여 지중경사계의 설치심도를 증가시켜야 한다.. (2) CIP인 경우 엄지말뚝에 지중경사계 파이프를 부착하여 설치하는 경우가 종종 있는데, 이는 설계사항의 검증이라 는 측면에서 바람직하지 않으며, 별도의 천공에 의해 더 깊이 부동점까지 설치하거나 철근케이지를 설 치하는 공 내에 케이싱을 설치한 후 케이싱 내부로 추가 천공하여 벽체보다 더 깊은 곳인 부동점까지 지 중경사계를 설치하여야 한다.. (3) H-pile 흙막이판인 경우 엄지말뚝(H-pile)을 시공하기 위해 천공한 공내를 제대로 채우지 않는 것이 관행이 되어 있는 편이어 서 공채움은 반드시 소일시멘트(흙막이판을 끼움하기 위한 굴착이 가능한 현장토와의 빈배합)로 채움 하도록 유도하여야 하며, 엄지말뚝에 지중경사계 파이프를 부착하여 설치하는 것은 설계사항의 검증이 라는 측면에서 바람직하지 않다. 엄지말뚝과 엄지말뚝 사이의 배면에 별도의 천공을 엄지말뚝 심도보다 더 깊이 부동점까지 천공하여 지중경사계를 설치하도록 하여야 한다.. 044.

(10) Sheet pile은 흙막이벽 전 길이에 대해 천공하는 것이 되므로 Sheet pile이 차지하는 나머지 공간을 밀실 하게 채움(상기의 소일시멘트)하도록 하여야 하며, 아래 그림과 같이 배면에 빈공간에 설치하면 지중경 사계 측정값의 분산이 매우 심하기 때문에 밀실채움한 후 Sheet pile 근입보다 더 깊이 부동점까지 별도 의 천공을 실시하여 지중경사계를 설치하도록 하여야 한다.. 그림 3. 지중경사계 설치시 유의사항. 5. 계측결과의 분석 및 시공관리 5.1 통상적인 시공관리 계측결과의 분석에 근거하여 굴착 공정을 관리하겠다는 시공에 임하는 자세가 가장 중요하며, 계측은 계측사에서 전담한다는 것보다는 [그림 4]의 계측관리 절차를 참고하여 감리단 및 시공사에서도 계측을 전담하는 담당자를 두어 공정관리의 최우선 정보로 관리하는 것이 바람직하다. 현장의 인력 운용 여건상 계측결과를 분석하는 전문성이 부족한 경우에는 별도의 분석 전문성을 가진 자에게 의뢰하는 방안도 필요하다 판단되며, 계측사가 수행한 계측결과의 적정성에 대해서 외부전문가 자문단을 운용하는 것도 한 방법이 될 수 있다 판단된다. 자문단은 시공초기 현장 공정에 따른 계측기 설치위치, 설치심도, 계측항목 등의 적정성에서부터 그 역할을 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것 으로 판단된다.. 045. _Geotechnical Engineering.

(11) 기술강좌. 계측기가 설치된 위치는 당 현장의 시험 시공 위치로 볼 수 있으므로, 현장의 공정 관리에 있어서 우선 굴착할 수 있는 위치 에 계측기를 설치하고 반드시 계측기 설치 위치를 우선 굴착하고 그 계측결과를 분석 하여 안정성을 확인한 후 다른 구간의 굴 착을 이어가도록 하는 것을 원칙으로 하여 야 한다. 이러한 원칙을 따르기 위해서는 계측기 설치시 흙막이 가시설의 구조적인 부분과 현장시공 부분이 종합적으로 고려되어 현 장에서 설치위치의 재배치 필요성 여부부 터 우선 검토된 후 설치되어야 한다.. 그림 4. 계측관리 절차도의 예시. [그림 5]의 평면도에서 코너부에는 힘의 집중이 발생하고 돌출된 부위로서 불안정. 성이 큰 위치이므로 계측관리의 중점부이며, 좌측의 경사버팀대 부분은 배면에 근린생활시설 건물이 지 하층 없이 3층으로 근접해 있어 중점관리대상으로 삼아야 할 것으로 판단된다. 또한, 지중경사계는 [그 림 5]의 좌측과 같이 엄지말뚝 근입장까지만 설치하게 되면 설계사항을 검증할 수 있는 사항이 되지 못 하기 때문에 우측과 같이 지중경사계 설치위치에 별도로 천공하여 엄지말뚝 근입심도보다 깊게 설치하 는 것이 옳으며, 하부지반이 토사층으로 충분한 깊이까지 지중경사계를 설치하여 부동점이 확인되도록 하는 것이 바람직하다. 지중경사계는 계측결과분석의 원리상 최하단부 변위가 0으로 되기 때문에 최하단이 부동점으로 인정되 지 않는 심도에 위치하게 되면 최하단부에 움직임이 있어도 변위는 0으로 분석하기 때문에 변위를 과소평 가하는 불리함을 맞이하게 되어 흙막이벽체의 불안정성은 매우 크게 됨에도 불구하고 이를 간과하게 된다. 계측결과는 주로 계측항목별 분석만이 행해지고 있는데, 한 단면에 관련한 모든 계측항목은 개별분석 결과와 계측항목별 상호 비교·분석되는 종합적 분석이 반드시 이루어져야 한다. 종합분석의 예로 지중 경사계에 의한 버팀대 위치에서의 변위는 굴착측으로 증가하였는데, 버팀대응력은 증가를 보이지 않는 경우, 버팀대의 설치에 문제가 있는지 즉시 관찰하고 보강실시를 제시하여야 하는 것이다. 또 다른 예로 지중경사계에 의한 변위가 앵커 설치위치에서 굴착측으로 증가하였는데 앵커력은 손실이 발생한 것으 로 나타나면 앵커정착에 문제가 있는 것이고, 앵커력이 증가하는 것으로 나타나면 정착은 좋은 편이므 로 발생 앵커력이 강선의 능력을 초과하지 않도록 시공관리를 제시하여야 하는 것이다.. 046.

(12) 그림 5. 계측계획 및 중점관리구간의 예시. 특히, 버팀대 방식에서 버팀대에 설치되는 응력계나 변형률계는 각 굴착단별 버팀 설치 이후 계측이 진행되므로 그 값은 설계치와 비교할 수 없고 증감의 추이만 살펴야 하는 간접 자료가 된다. 따라서, 굴 착전부터 설치하여 관리할 수 있는 지중경사계의 설치 및 관리, 분석에 최선을 다하는 것이 흙막이공사 의 안전성 확보 여부를 확인하면서 시공관리하는 매우 중요한 부분임을 간과하여서는 안 된다. 계측결과는 종래의 몇 백분의 H와 같은 통상의 변위 관리기준을 따르는 것이 아니라 설계에서 추정 된 값들과 비교하는 관리기준을 따르고, 계측결과가 관리기준을 초과하고 있을 경우에는 역해석을 수행 하여 안정성 여부를 판단한 후 다음 단계의 굴착을 진행하도록 하여야 한다. 표 6의 그래프와 표 7의 그래프의 의미를 살펴보면, 표 6의 그래프는 흙막이벽체의 수평변위가 현(계 측시점) 굴착심도 하부에서도 변위를 일으키는지에 대한 여부, 버팀대(또는 앵커) 지점에서 수평변위의 경향(버팀에 의한 변위의 억제 또는 발생의 정도)을 파악할 수 있는 것이다. 표 7의 그래프는 각 심도에 서 변위의 시간에 따른 경향성이 증가하는지 수렴하는지를 파악할 수 있으며, 증가하는 시점에 현장에. 047. _Geotechnical Engineering.

(13) 기술강좌. 표 6. 지중경사계의 계측결과의 사례 분석 (a) Top-Down (지중연속벽). (b) 앵커지지 (CIP벽체). (c) 버팀대지지 (H-pile 흙막이판). 비고 (a)에 대한 고찰 계측시점의 현 굴착심도 하부에서도 변위가 발생하고 있는 것으로 나타나 고 있어 현장의 소단(berm)규모의 부 적정, 과굴착 등이 우려되는 사항임. (b)에 대한 고찰 앵커위치에서 변위가 억제되고 있는 양상을 보이고 있어 안정적인 편으로 볼 수 있음. 그러나, 앵커력을 분석해본 결과 앵커력이 초기치와 유사하나 약 간 감소하는 경향을 보이고 있어 정착 체가 짧은 상황인 것으로 파악되어 앵 커력 변화에 더욱 주의 관찰하고, 앵커 시공길이 연장을 제시한 현장임. (c)에 대한 고찰 현 굴착고 이하에서도 변위가 관찰되 어 과굴착, 소단 규모의 부족 등이 우려 되며, 버팀대 위치와 무관하게 변위가 발생되고 있어 버팀대 단부의 설치상 태를 관찰하고 단부 띠장연결부, 홈메 우기부 보강을 실시함.. 표 7. 굴착심도별 변위-시간 경시그래프 작성(지중경사계) (a) 굴착심도별 관리기준설정 개념도. (b) 굴착심도별 변위-시간 경시그래프의 실예. ⓐ선은 최종굴착고에 대한 관리기준치(설계값) ⓑ선은 계측시점의 굴착고에 대한 관리기준치 (설계값) ※‌ⓑ선을 구하기 위해서는 구조계산서에서 굴착 단계별 설계변위값을 확인하여야 한다.. 서 있었던 이벤트와 함께 변위의 원인을 즉시 파악할 수 있어 즉각적인 변위 진행에 대한 대책을 수립할 수 있는 시간을 확보할 수 있는 큰 장점이 있는 것이다. 흙막이공사에서 실시하고 있는 계측결과의 분석은 주로 표 6에서 제시하고 있는 그래프만 그리고 있. 048.

(14) 표 8. 실제 굴착상황을 고려한 변위 안정성 검토 굴착부 소단, 배면구조물을 고려한 변위 검토. 비고 흙막이설계에 있어서 탄소성해석만을 수행하는 경우에는 실제 현장에서 소단을 두고 굴착할 수밖에 없는 현실과 상이한 안정성 검토가 수행되게 된다. 이로 인해 소단부 규모가 부적정하거나 과굴착하게 되면 특히 연약지반에서는 예기치 않은 벽체의 변위 발생, 주 변의 인장균열 발생 등 큰 문제를 야기하는 경우가 종종 발생한다. 이러한 문제를 최소화하기 위해서는 설계자는 실제 현장 에서 유지하여야 할 최소규모의 소단을 제시할 수 있도록 실제 시공에서 확보하여야 할 최소 소단 규모를 변형해석 을 통해 제시할 필요가 있다. 그러기 위해서는 굴착대상지반의 변형계수를 확인하여야 하는데, 단순히 N치에 의한 값의 결정은 위험할 수 있다. 따라서, 지반조사시 충분한 수의 공내재하시험을 필히 수 행하여 그 값을 면밀히 분석한 후 지반정수를 결정하는 것이 바람직하다.. 는 것으로 대부분의 현장에 관찰된다. 다른 계측항목에 대해서는 시간-변화값의 경시그래프를 그리고 있는 반면, 가장 중요한 지중경사계만은 심도별 변위에 대한 경시그래프가 분석되지 않고 있어 변위발 생의 위험성을 감지하지 못하고 굴착을 진행하게 되는 경우가 많은 편이다. 또한, 표 7의 경시그래프에 서 최종굴착에 대한 관리기준만으로 관리하게 되는 경우가 종종 있는데, 이러한 경우에는 현 굴착심도 를 반영한 관리기준치는 초과한 변위가 발생하고 있음에도 변위는 안정한 것으로 분석하는 셈이 되어 불안정이 발생해 있는 것을 인지하지 못하게 되어 갑자기 큰 변위가 발생하거나 붕괴로 이어지는 경우 가 발생하게 되므로 주의하여 계측분석을 실시하여야 한다.. 5.2 관리기준치 초과시 시공관리 관리기준을 초과한 계측치가 측정된 경우는 현장에 설계시 예상하지 못했던 이상변위가 발생한 상황 이므로 현장특성을 면밀히 파악하여 그 특성에 맞는 시공관리를 필요로 하는 상황으로 보아야 하므로 아래와 같은 시공관리방안을 제안한다.. (1) 1차관리기준을 초과한 이후의 시공관리 - 계측빈도를 이전의 2배로 증가하도록 하고, 결과분석이 즉시 이루어지도록 한다. - 필요시 계측결과값에 따른 구조체의 안정성 확보 여부를 검토하도록 한다. - 1 ‌ 차관리기준을 초과하는 즉시 2차관리기준의 중간점에 이르렀을 때에 대한 대비책도 동시에 마련 해 두어 긴급한 상황에 대한 대응이 지체없이 시행될 수 있도록 하여야 한다.. 049. _Geotechnical Engineering.

(15) 기술강좌. (2) 2차관리기준의 중간점에 이르렀을 경우의 시공관리 - 계 ‌ 측결과가 1차관리기준을 초과하고 2차관리기준 범위 중 그 중간점에 이르렀을 경우에는 즉시 현 장대리인과 감리자에게 구두 및 문서로 보고하여야 하며, 현장대리인 및 감리자는 발주처 또는 허 가기관에 즉시 보고하여 전문가그룹이 현장에 투입되도록 요청하여야 한다. - 전 ‌ 문가그룹은 특급기술자 3인 이상으로 하고 발주처 또는 허가기관에서 객관성 있게 지정하도록 한다. - 상 ‌ 기의 보고를 위반하거나 계측자료를 허위 작성한 경우에는 각각의 행위자에 대해 영업정지, 자격 정지 등의 벌칙을 부여하는 방안을 마련한다. <전문가그룹의 역할> - 기존 계측결과의 재분석 및 설계사항과 비교분석(필요시 계측사 변경 권한 부여) - 이후의 계측결과 및 분석의 적정성 검토 - 계측결과에 근거하여 역해석을 포함한 안정성검토 및 필요시 보강대책수립 - 보강대책 이후 공정에 대한 계측분석 및 시공관리 ※ ‌전문가그룹의 투입의 시점을 2차관리기준의 중간점으로 정한 것은 1차관리기준을 초과한 경우에 는 이른 감이 있고, 2차관리기준을 초과한 경우에는 너무 늦은 대응이 되어 별도의 대책을 마련하 기에는 시간상 부족하고 대규모의 대책이 될 수 있는 등 현장의 피해가 클 수 있기 때문이다.. 6. 기타 사항 (1) 계측기의 검증 계측기들의 종합분석을 실시함에 있어서 일부 현장에서는 변위의 경향과 버팀력의 경향이 상반되는 이상 현상을 보이는 점에 대해 현장점검 및 분석한 결과 계측기 자체의 불량이 나타나는 경우도 있었다. 따라서, 현장에 설치할 계측기와 측정기기는 그 건전성(측정정밀도, 손상여부, 손실률 등)을 우선 검증 한 후 설치하도록 하는 절차가 필요하다.. (2) 앵커 종류별 하중계의 선정 기술강좌(3, 2019.11)의 표 2. 강선의 길이에 따른 앵커구조의 차이 및 고려사항에서 ‘앵커 한 개의 강 선 길이 다름’에 해당하는 하중분산형 앵커에 대해서는 그 구조상 개별인장기, 개별정착구, 개별하중계 가 사용되는 것이 바람직하다고 하고 있다. 그러므로 계측자는 이러한 사항을 인지하여 앵커하중계를 설치하고 계획함에 있어서 앵커 종류에 대해 우선 파악하여야 한다. 최근에도 현장점검을 실시함에 있 어서 강선길이가 다른 두 강선은 힘을 받고 있고 나머지 두 강선은 힘을 받지 않는 사례가 발견되어 굴. 050.

(16) 착중단하고 대책을 강구한 사례가 있으므로 유의하여 시공관리할 것을 제안한다.. (3) 엄지말뚝 흙막이판 공법을 적용할 경우 흙막이판(‘토류’는 일본식 표기로 국가건설기준에서 ‘흙막이’로 용어를 통일하고 있음)을 사용하는 경 우에는 굴착 시 흙막이판과 배면 사이에 빈 공간이 형성되며 이를 밀실하게 채우지 않으면 배면지반의 침하를 유발하게 된다. 또한 흙막이판은 공사 후에도 지중에 존치할 수밖에 없게 되고 종국에는 썩어(부 패되어) 빈 공간을 형성하여 지반함몰의 원인이 되기도 하므로 그 사용에 있어서는 유의하여야 한다. 특 히 엄지말뚝을 인발할 경우에는 인발한 후 공채움이 충실하지 않게 되면 보다 이른 시기에 지반함몰을 맞이하게 되므로 유의하도록 한다. 계측을 수행함에 있어서 이러한 사항에 대해서도 향후 지반함몰을 예방하기 위한 노력의 일환으로 현장 관계자와 면밀히 협의할 것을 제안한다.. 051. _Geotechnical Engineering.

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