흙막이벽의 안전 및 계측관리 (출처 : 건축시공학 / 한솔아카데미)

흙막이벽의 안전 및 계측관리 (출처 : 건축시공학 / 한솔아카데미)

 

1. 흙막이벽의 안전 및 토압분포

- 흙막이벽은 토압과 수압에 충분히 견딜 수 있어야 함.
- 흙파기의 깊이가 깊을 때에는 토압보다 수압이 훨씬 크므로 터파기를 한 저면 또는 하부 지반에서 물이 나오고 토사도 새어 나올 우력가 크며, 지하수위가 낮아지면 주변 지반의 침하가 불가피하므로 흙막이 뒷면이 배수에 유의해야 함.
- 흙막이벽은 흙으로부터 수평압력을 받으며 이를 지지하는 역할을 함.
- 흙막이벽을 올바르게 설계 및 시공하기 위해서는 흙막이벽에 작용하는 수평토압을 정확하게 평가해야 함

- 수평토압은 정지토압, 주동토압, 수동토압으로 나눌 수 있는 데, 이는 지반내의 한 요소의 변위상태로 설명할 수 있음.
- 즉, 요소의 수평방향 변형이 없는 경우에 그 요소에 수평응력을 정지토압이라고 하며, 수평방향으로 팽창 변형을 계속하여 파괴가 일어나는 순간에 요소에 작용하는 수평응력을 주동토압(Active Earth Pressure, Pa)이라고 함.

토압 개념도

 

주동토압의 분포와 합력의 위치

- 수평방향으로 압축변형을 계속 받아서 파괴가 일어나는 순간에 그 요소에 작용하는 수평응력을 수동토압(Passive Earth Pressure, Pp)이라고 함.
- 즉, 흙막이가 흙을 밀때 생기는 압력으로 흙막이벽의 뒤채움이 압축되어 붕괴를 일으킬 때 작용하는 토압임.
- 수평토압을 산정하기 위해서 토압계수(K)를 사용하는 데 이는 수직응력에 대하 수평응력의 비임.


1) 보일링(Boiling) 현상
-  보일링 현상은 투수성이 좋은 사질지반에서 지하수가 얇게 있거나 흙파기 저면 부근에 피압수가 있을 때 흙파기 저면에 상승하는 유수로 말미암아 모래입바작 떠오르는 현상으로 저면 지반의 지지력이 없어지는 현상을 말함.
- 이러한 현상을 방지하기 위해서는 수밀성의 흙막이를 불투수성 지층까지 밑둥 넣기를 하거나, 배수시설을 설치하여 굴착 저면의 수압을 낮춤.

보일링 현상

 

2) 히빙 (Heaving) 현상
- 연약 점토지반 굴착시 흙막이벽 내외의 흙의 중량차이에 의해 굴착저면이 부풀어 오르는 현상임.
- 이러한 현상을 방지하기 위해서는 강성이 큰 흙막이벽을 사용하거나 근입장을 충분히 깊에 해야함.
- 시트 파일이나 H-Pile 전면에 중량이 부여되도록 아일랜드 컷(Island Cut) 공법을 적용하고 전면 굴착보다는 부분 굴착을 함.
- 하부 지반강도를 증가시키기 위해 지반개략을 함.

히빙현상

 

3) 파이핑(Piping) 현상
- 사질 지반에서 흙막이 배면의 토사가 누수로 인해 유실되는 현상임.
- 파이핑 현상을 방지하기 위해서는 지수성이 높은 흙막이를 선정함.

파이핑 현상

 

4) 히빙현상과 보일링 현상의 방지대책
- 강성이 높은 흙막이 벽을 지반 깊숙이 박음
- 토질을 치환함
- 지반개량공법을 사용하여 지반을 보강함.
- 흙파기시 아일랜드 컷 공법을 사용함.



2. 계측관리

- 과학적인 정보에 의해 구조물 시공을 안전하고, 합리적으로 추진하기 위하여 실시하는 것으로 스트러트나 인근 건축물 및 지반의 침하나 균열 등에 대비하고 흙막이 벽체의 변형을 미리 발견 조치하기 위하여 실시함.
- 터파기 공사 중 흙막이 벽 및 인접 지반의 거동을 측정한 계측 결과는 현재 상태와 흙막이 벽의 향후 거동과 안전성을 예측하는 데 이용되며 다음 단계의 시공에 반영함.
- 계측관리는 착공시부터 준공사까지 계속 실시해야 하며 준공후에도 일정기간 계속하여 문제점이 발생하지 않도록 해야함.

1) 계측대상 및 방법
- 토공사 및 흙막이 공사 수행과정에서 필요한 계측 대상, 항목 및 방법은 아래 표와 같음

계측항목 및 방법

 

2) 계측 항목과 기기별 측정기기 및 빈도
- 계측기기별 측정 자료는 확인후 바로 가입 관리하며, 장시간의 경과를 그래프화하여 표시하고 눈에 쉽게 띄는 곳에 제시함.
- 계측기기별 측정 기기와 빈도는 아래 표와 같음.

계측기기별 측정시기 및 빈도

 

3) 계측기 배치 원칙
- 인접한 위험건축물, 깊은 곳, 우각부, 장변쪽에 우선적으로 배치하고, 가운데서 가장자리로 배치함.
- 대표장소나 선행 시공부
- 지반조건이 충분히 파악된 곳
- 교통량 등 하중 증감이 많은 곳.
- 구조물 또는 지반조건이 특수한 곳.
- 위험하다고 예측된 곳.
- 상호 관련된 계측기 근접 배치

4) 계측기의 종류와 설치 목적

(1) 지중 수평변위 측정계 (인클리노미터, Inclinometer)
- 토류벽 또는 배면지반에 설치하며 굴착심도 보다 깊게 부동층까지 천공함.
- 굴토 진행시 단계별로 인접지반의 수평 변위량과 위치, 방향 및 크기를 실측하여 토류 구조물 각 지점의 응력상태를 판단함.

2) 인접 건축물 기울기 측정계 (틸트미터, Tilt Meter)
- 굴토공사시 주변 건물이나 옹벽 및 지반 등에 설치하여 측정 지점의 기울기 변화상태를 측정함.

3) 지하수위계 (워터 레벨 미터, Water Leverl Meter)
- 토류벽 배면지반에 설치하여 대수층까지 천공함.
- 지하수위 변화를 실측하여 각종 계측자료로 이용하며, 지하수위의 변화 원인을 분석하고 대책을 수립함.

4) 변형률계 (스트레인 게이지, Strain Gauge)
- 토류벽 심재, 스트러트, 띠장, 강재, 콘크리트 등에 설치햐며 토류구조물 각 부재와 인근 구조물의 각 지점 치 콘크리트 등의 응력변화를 측정하여 이상변형을 파악하고 자 하는 것임.

 

계측기기의 종류

 

계측기기의 종류

 

5) 하중측정계(로드셀, Load Cell)
- 스트러트, 앵커 부위에 설치함. 
- 스트러트,  앵커 등의 축하중, 변화상태를 측정하여 부재의 안정상태를 파악하며 원인을 규명함.

6) 지중 수직변위 측정계 (익스텐소미터, Extensometer)
- 토류벽 배면, 인접구조물 주변에 설치하여 인접 지층 지표면 침하량, 변동 상태 파악, 안정상태 예측 또는 보강대상 범위를 결정함.

7) 진동, 소음측정기 (바이브레이션 모니터, Vibration Moniter)
- 굴착, 발파, 장비 작업에 따른 진동과 소음을 측정하는 것으로 구조물의 위험 예방 및 민원예방에 활용함.

8) 균열계(크랙 미터, Crack Meter)
- 인접 건축물의 균열 측정

9) 지표침하계 (Measuring Settlement of Surface)
- 토류벽 배면 상부 지표의 침하 측정


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