흙막이 공법 종류와 안정

 

지하수위가 높은지역의 흙막이 설치 및 흙막이 종류와 안정에 영향을 미치는 요인과 대책에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 

 

 

1. 흙막이 공법의 개요

지하층 공사에 따른 흙막이 공사시 지하수위 변동과 간극수압에 따라 흙막이 하자가 발생됨을 예측할수 있습니다. 흙막이 종류는 안전사고가 가장많이 나는 공법중에서 하나로 흙막이벽 공법의 종류에는 엄지말뚝식 흙막이벽, 널말뚝식 흙막이벽, 주열식 흙막이벽, 지하연속벽(슬러리월) 공법이 있습니다. 다음으로는 흙막이 안정에 영향을 미치는 요인을 알아보고 이에 대한 대책을 알아보겠습니다. 흙막이 설치에 따른 용수처리 대책을 알수 있습니다.

 

 

2. 흙막이벽의 종류

1) 엄지말뚝식(Soldier beam) 흙막이벽 : 강재엄지말뚝을 지중에 타입하고 굴착을 진행하면서 토류판을 끼워 굴착벽을 지지하는 방법입니다. 공기가 짧고 엄지말뚝을 보링후 설치하면 소음과 진동이 적으며 반복사용이 가능하여 널말뚝보다 경제적입니다. 지반침하가 예상되어 굴착후 토류판 설치까지 자립이 안되면 적용이 곤란하며 차수성이 불량하여 토사유출이 발생하고 분사현상이나 융기현상의 발생이 우려됩니다.

 

2) 널말뚝식(sheet pile)흙막이벽 : 널말뚝을 타입한후 굴착하는 방법으로 어느정도 굴착이 진행되면 띠장과 버팀대를 설치합니다. 널말뚝은 주로 강널말뚝을 사용하며 자갈층이나 경암에서는 타입이 곤란합니다. 차수성이 좋기 때문에 지하수위 저하를 방지하며 토사 유실이 감소될수 있습니다. 널말뚝 타입할때는 소음진동이 크며 말뚝 인발시에는 주변지반의 침하가 발생할수 있습니다.

 

3) 주열식(Contiguous pile wall)흙막이벽 : 지반에 흙시멘트벽을 만들거나 현장타설콘크리트말뚝이나 강관말뚝을 연결해 벽체를 형성한후 굴착하는 방법입니다. 흙시멘트벽(Soil cement wall) 시공시 오거에 의한 혼합이 되고 고압분사에 의해 혼합합니다 현장타설 콘크리트말뚝벽의 경우는 지반에 구멍을 뚫고 H형강 말뚝이나 철근을 넣은후 모르타르를 주입하고 말뚝을 형성하여 흙막이벽으로 사용합니다. 소음 진동이 적으며 주변지반의 침하나 인접구조물에 대한 영향이 적습니다. 자갈층이나 전성층 및 수상에서의 시공와 공사완료후 인발이 곤란합니다.

 

4) 지하연속벽(Slurry wall, 슬러리월) : 지반에 구멍을 뚫고 철근망을 삽입한수 콘크리트를 타설하여 연속벽체를 만드는 방법으로 가설흙막이벽이나 영구구조물의 일부분으로 이용합니다. 

 

3. 흙막이 설치시 하자발생요인

1) 지질에 따른 원인

점토는 히빙(Heaving), 사질토는 보일링(Boiling), 파이핑(Piping) 현상이 발생할수 있고 풍화암 지반의 경우 암 균열 Crack이 발생할수 있습니다.

 

2) 지하수에 따른 요인

피압수가 발생할수 있고 지하수위가 저하 또는 상승에 의해서 흙막이 공사시 문제가 생길수 있습니다. 또한 지하수가 고갈되거가 물질변동에 의해서도 문제가 발생될수 있습니다.

 

3) 하중에 따른 요인

굴착저면 지내력이 약화되면 힘의 이동이 발생할수 있고 이는 흙막이 붕괴를 일으킵니다.

상층부에 과대하중이 발생시 붕괴가 일어날수 있습니다.

흙막이벽이 하중에 따른 지지력이 부족시 붕괴될 수 있습니다.

흙막이벽의 근입장이 부족시 붕괴 될수 있습니다.

 

4. 흙막이벽 굴착바닥면의 안정

1) 흙막이벽의 연직지지력

흙막이벽에 작용하는 축방향 수직력은 노면복공 자중과 그 위를 통과하는 차량 및 중장비 하중의 합으로 계산합니다. 흙막이벽 뒷면의 흙이 침하할 우려가 잇는 경우 부마찰력을 축하중으로 가산합니다. 말뚝의 정역학적 공식에 의해 극한지지력을 구하고 안전율은 2.0입니다. 

2) 굴착바닥면의 융기현상(Heaving, 히빙)

연약한 점톶디반을 굴착할때 흙막이벽 뒷면 흙의 중량이 굴착바닥면 아래지반의 지지력보다 크게 되어 지반활동으로 굴착바닥면이 부풀어오르는 현상입니다. 융기현상에 대한 대책으로는 표토를 제거하여 배면의 하중을 줄이거나 굴착깊이를 작게 합니다. 흙막이벽의 근입깊이를 충분히 크게 하거나 굴착주변의 지반을 흐트러지지 않도록 합니다. 굴착면에 하중을 가하거나 연약지반을 개량하여 전단강도를 크게 합니다.

3) 굴착바닥면의 분사현상(Quick Sand,  Piping 퀵샌드, 파이핑)

모래지반에서 토류벽의 기초깊이에 비해 배면의 수위가 높으면 상향침투 때문에 유효응력이 감소하여 물과 함께 모래가 위로 솟아 나오게 되는 현상입니다. 굴착면 안쪽으로 흘러 들어오는 물의 동수경사가 지반의 한계동수경사보다 큰 경우 발생합니다. 분사현상에 대한 대책으로는 흙막이벽을 깊게 박아 동수경사를 작게 합니다. 배수공법을 사용하여 흙막이벽 뒤쪽의 지하수위를 낮춥니다. 차수재를 주입하여 바닥면을 불투수층으로 만듭니다.

 

4) 흙막이벽의 횡방향 변형과 지반침하

횡방향 변형의 중요한 요인은 굴착후 띠장과 버팀대를 설치하기까기의 시간입니다.

 

5. 흙막이 설치 및 용수처리 대책

1) 지질에 따른 대책

지질에 따라서 동다짐 공법, 치환공법, 혼합액 공법을 이용할수 있습니다. 또한 Soil Compaction이 필요한지 체크해야 합니다.

 

2) 지하수에 따른 대책

지하수위계를 통해 지하수에 따른 영향을 검토합니다. 특히나 국내는 여름에 강우가 몰리기 때문에 강우시나 장마철시 주의해야합니다.