흙막이 가시설의 문제점 분석 및 중요 점검사항

황승현 철도공단 고객만족지원단 차장 : tapies21@korea.com

Ⅰ. 개 요

 

최근 들어 건설공사의 대형화, 고층화, 심층화에 따라 굴착깊이가 10m 이상 되는 건물 및

지하구조물의 공사가 증가하고 있지만 시설물의 기능과 경제적인 가치는 중요하게 생각하면서도

가설공사에 대한 투자는 다소 부족하여 시공중에 흙막이 가시설의 붕괴, 도괴에 의한 재해가 자주

발생하고 있어 현장에서 시공을 담당하고 있는 공사감독자나 관련업계 종사자들이 흙막이 공사의

중요성, 가설구조물의 특성, 지반과 가설구조물의 메카니즘, 계측관리 등에 대한 중요성을 깊이

인식하는 것이 무엇보다 중요하다.

따라서 본고에서는 흙막이 가설공사시 발생하는 문제점과 대책을 살펴보고 흙막이 가설공사의

사례별 중요 점검사항을 도출하여 현장의 안전 확보에 조금이나마 도움이 되고자 그 동안 점검을

통해 경험한 지식을 기술하고자 한다.

 

<출처. 파레토분석- 2006 년도 철도공단 종합점검 결과분석자료>

 

Ⅱ. 흙막이 가설공사의 문제점 분석

 

흙막이 가시설의 붕괴는 여러 가지 복합적인 요인에 기인하므로 특성요인도를 이용하여

붕괴요소들을 분석해 보면 <그림 1>과 같다.

<그림 1> 특성요인도 이용 - 흙막이 붕괴 요인 분석

 

1. 문 제 점

 

1) 설계상 문제점

(1) 지반조사를 포함한 지반조건의 정확한 파악 및 분석부족

① 성과물인 지반조사보고서의 각종 지반조사 결과가 설계시 활용저조

② 지반조사 결과가 설계시와 시공시 차이발생

③ 지반조사와 설계에 필요한 충분한 시간부족

④ 조사시추공수,시추심도가 정해져 있어 극히 제한된 국부적인 시추조사

(2) 인접구조물 매설물의 배치(상,하수도등) 노후화 등에 대한 특성파악 부족

(3) 흙막이 벽체에 작용하는 토압에 의한 모멘트에 의한 전도 파괴

 

2) 시공상의 문제점

(1) 잔류절리 처리 부적절

흙막이 붕괴 … 잔류절리

群 Anchor 자유長부 Grout

·

토류벽 배면지반에서부터 파괴진행

또는 잔류절리면 지반거동

·

Anchor 이완

·

붕 괴

 

(2) 흙막이 벽체의 시공불량 및 손상

① 과대한 토압작용으로 융기 및 벽체붕괴

배면토압, 상재하중

연약지반 기초 Sliding

② 차수성 벽체의 불량에 의한 토사유출에 의한 붕괴

③ 2 단 흙막이 벽체 시공시 연결부위 불량에 의한 파괴

 

(3) 벽체 지지구조체 설치간격 및 시공상태 불량

① 앵커시스템 불량

② 사용재료 불량

③ 코너부의 버팀보 역할불량에 의한 붕괴

 

(4) 흙막이 배면의 과재하중 및 편토압, 장비하중 재하

흙막이붕괴- 편토압

- 편토압, 장비하중

- 중앙 Pile 침하 또는 좌굴

- 엄지 Pile 변형

- 배면지반 이완

편토압, 장비하중에

의한 흙막이 변형·

지반이완에 의한

상·하수도 누수·

배면측압증가

(토괴하중)· 붕괴

 

(5) 단계별 굴착방법 및 순서의 부적절

① 말뚝천공 시공장비 선정 부적절 등

 

(6) 현장조건에 부적합한 차수공법

① 지하수 및 지표수의 과잉유입 또는 배제불량

압밀지반 침하

자유장부로 지하수

유출 지하수위 저하

·

압밀지반 침하 및

하수관 이음부 탈락

·

하수 다량유출

수위 급상승 수압증가

·

붕 괴

 

② 히빙(heaving), 보일링(boiling)과 파이핑(piping)에 대한 대비 부족

 

지하수 작용 (Boil & Piping)

1) 근입장이 미흡

2) 개수성 토류벽

3) 사질토 지반

○ 근입장 산정 방식

- Terzaghi 식

- 한계 동수 구배

- 유선망에 의한 방식

예. 한계 동수 구배에 의한 경우

i = H/2D

i = γsnb/γw = γsub →1(sand 경우)

Fs = ic/i = 1/ = 1 D≒0.5H 이상

확보요

 

2. 대 책

 

1) 설계측면

(1) 정확한 지반 강도정수의 파악(설계에 지반조사비 추가반영 검토)

(2) 계절적 지하수위 변동과 시공중 작용할 수 있는 변동요인 최소화

(3) 열차 통과구간에 인접한 흙막이 공사의 경우 열차 통행구간 노반에 계측기설치

(4) 기존 운행열차의 진동하중을 고려한 구조검토(어스앵카 안전율 반영)

 

2) 시공측면

(1) 엄지말뚝+흙막이판 시공

① 천공 또는 항타위치 지장물 제거(지층에 적합한 천공장비 선정)

② 현장지반조건이 풍화암층 이상은 말뚝의 직접항타를 피하고 천공실시

③ 말뚝의 이음은 이음위치가 동일 높이에서 시공되지 않도록 한다.

④ 말뚝의 항타는 토사인 경우 굴착저면 아래로 최소한 2m 이상 근입한다.

⑥ 흙막이 판은 엄지말뚝 내부로 40mm 이상 걸침길이를 확보하고 끼워 넣는다.

토류판 설치 개선사례 (붕괴방지)

1. 현 황

터파기 공사에서 토류판 설치시

일반적으로 A-A 단면의 방법으로

실시하고 있으며 특히 하단 토류판

설치시 상부 뒷채움된 흙이 처지지

않도록 토류판 뒷면 하단에 가마니를

사용하여 시공하고 있다

2. 개선 내용

GL -2m 정도 굴착후 토류판 사이에 철근이나 각목으로 토사에 끼워 넣고

가마니 또는 포대로 덮고서 되메우기를 한다. 그림의 방법으로 시공시

가마니가 COVER 하는 부위를 각재가 보완 COVER 해줌으로써 뒷채움 흙의

하단처짐 방지가 훨씬 효과적이다.

3. 개선후 효과 : 뒷채움 흙의 처짐방지(처짐에 의한 공극현상 사전 방지효과)

 

(2) 버팀대(Strut) 시공

① 버팀대는 충분한 단면과 강성을 가져야 한다.

② 띠장과 접합부는 수평오차가 ∓30mm 이내에 있어야 한다.

③ 버팀대와 중간말뚝이 교차되는 부분은 U 형 볼트나 형강으로 결속한다

(3) 어스앙카( Earth Anchor) 시공

① 유기질 실트나 점토 등 강도가 매우 적은 지반은 앵커사용을 금지한다.

② 앵커공은 지하수가 과다하게 배출되지 않도록 차수조치를 하여야 한다.

③ 천공깊이는 소요 천공깊이보다 최소한 0.5m 이상 깊게 한다.

④ 천공직경은 ‘앵커체지름 +20mm’를 표준으로 한다.

⑤ 강선의 절단은 용접기를 사용하지 않으며, 설계길이(자유장+정착장)에 긴장 및 정착을 위한

여유장(1m)을 고려하여야 한다.

⑥ 앵커체는 천공구멍의 중앙에 위치하여야 하며, 천공완료후 즉시 삽입한다.

(4) 락볼트(Rock Bolt) 시공

① 록볼트의 설치간격 및 길이는 지반강도, 절리면의 간격, 방향, 면적, 사용목적 등을 고려하여

설치하여야 한다.

② 록볼트는 이완되지 않은 지반까지 도달하여야 한다.

③ 록볼트의 삽입간격은 시스템볼트인 경우 1.5m 이내, 그리고 절리간격의 3 배 이내가 되도록 하며,

삽입길이는 삽입간격의 2 배를 표준으로 한다

④ 천공깊이는 설계깊이에 대하여 +150mm 오차이어야 한다.

⑤ 타이로드로 지지할 수 있는 흙파기 깊이는 6m 이내이어야 한다.

(5) 지하연속벽(Slurry Wall)공법

① 지하연속벽은 철근콘크리트로 시공하는 것을 원칙으로 하며, 구조적으로 안전한 것을 확인하여

감독관 또는 책임감리원이 승인하는 경우에는 무근콘크리트로 할 수 있다.

② 지하연속벽의 Primary Panel 폭은 23m, Secondary Panel 폭은 57m 로 시공하는 것을

원칙으로 하며, 지반침하에 민감한 시설물에 인접하여 시공하는 경우에는 길이를 줄여야 한다.

③ 슬러리 패널의 굴착은 굴착 중인 2 개의 슬러리 패널사이에 2 개 패널공간을 두고 계속하여야 한다.

④ 굴착이 진행되면서 벽체에 누수현상과 흙입자의 유출을 차단한다.

Ⅲ. 중요 점검사항

 

1. 흙막이 시공시 중요 점검사항

 

1) 엄지말뚝+흙막이판 시공시 중요 점검사항

번호 점 검 사 항 번호 점 검 사 항

1 토류벽체 지하수 누수여부 7 H-Pile 좌굴 및 변형여부

2 지하수와 토사 누출여부 8 작업장 주위 장비, 자재적치 적정 여부

3 토류판 파괴 및 변형여부 9 가스관,통신관,상수관,하수관 관리상태

4 상부 구조물 균열발생 여부 10 홍수시 우수유입 가능 여부

5 띠장 보강설치 필요성 유무 11 복공판 덮개 관리 미흡

6 토류력 배면 인장균열 유무 12 말뚝변위(직진상태,단면변형,좌굴)유무

1.토류벽체 지하수 누수여부 2.지하수와 토사 누출여부

3.토류판 파괴여부 4.상부 구조물 균열발생여부

6. 토류벽 배면 인장균열 발생 12. 지보재 변형유무 (단면,직진도)

 

2) 버팀대(Strut) 시공시 중요 점검사항

번호 점 검 사 항 번호 점 검 사 항

1 버팀대 손상여부 5 어스앙카 지압판 정착상태

2 버팀대 용접상태 6 버팀대 위 적재물 유무

3H-Pile 과 버팀대 위치 일치여부(

불일치로 띠장 변형)7 말뚝의 기울기 여부

4 소단(턱=Berm)규격 적합유무 8 버팀대 하단 규격확보 여부(50cm)

1.버팀대 손상여부 5.어스앙카 지압판 정착상태(지압판과

띠장이격)

3.H-Pile 과 버팀대 위치(불일치로 띠장

변형)

6.버팀대위 적재물 유무(버팀대위 물탱크

설치)

4.소단(턱=Berm)규격 적합유무 8.버팀대 하단 규격확보 여부(50cm)

3) 어스앙카( Earth Anchor) 시공시 중요 점검사항

번호 점 검 사 항 번호 점 검 사 항

1 강연선 여유량 확보여부(2～3cm) 3운행선구간 열차통과시 계측 필요(

열차하중 영향 측정)

2 앵커체 위치 천공구멍과 일치여부 4 계측기(축력계) 관리 상태

1. 강연선 여유량 확보여부(2～3cm) 4. 계측기 관리 상태

 

4) 락볼트(Rock Bolt) 시공시 중요 점검사항

번호 점 검 사 항 번호 점 검 사 항

1 그라우팅상태(충진상태) 2 설치간격 및 지압판 설치 적정성

1.그라우팅 상태 2.락볼트 설치간격 및 지압판 설치 적정성

5) 지하연속벽(Slurry Wall)시공시 중요 점검사항

- 안내벽 설치 후 주위의 토압으로 설치된 안내벽이 안쪽으로 변위가 없어야 함(안내벽의 직진도)

- 안내벽 내부 폭은 굴착기의 작업에 방해가 되지 않도록 굴착기의 Bucket 폭보다 약 50cm 정도

크게 시공한다.

- 주변 지장물을 답사하여 작업진행 중 방해요인을 검토,조치한다.

- 안내벽은 최소한 지하수위 보다 1.2∼1.5m 높게 유지하도록 설치한다.

- 안정액 처리 적정여부(환경오염)를 확인한다.

2. 흙막이 공사의 계측시 중요 점검사항 및 주의사항

 

1) 흙막이 가설공사 계측시 중요 점검사항

 

(1) 계측계획서의 적정여부를 확인한다.

(2) 이상변위 관측시 즉시 대응을 위한 보고절차 적정성 유무 등을 확인한다.

(3) 지중경사계 등 계측기의 지반조건에 맞는 근입심도 확보여부를 확인한다.

(4) 변형율 게이지의 부착위치, 부착상태 적정여부

(5) 계측센서의 검교정실시 여부

(6) 계측기의 정상작동 여부

(7) 설계도면(상세도) 작성유무 등

(그림. 계측기 설치위치)

2) 계측시 주의사항

 

(1) 계측기 매설은 정확한 계측결과를 얻을 수 잇는 철저한 교육이 중요하다.

(2) 계측기를 매설할 때는 반드시 토목공사 시공자와 인터페이스를 통해서 커뮤니케이션이 되어야

한다.

(3) 계측시 이상결과치가 측정되었을 경우 시공사와 감리, 발주처에 즉시 동시 보고할 수 있는

보고절차가 중요하다.

(4) 기존 운행선구간에 계측기를 설치한 경우 열차가 운행중일 때 계측을 실시하여 운행상태의

안전을 고려한 검토가 되어야 한다.

(5) 굴착전에 초기화 작업이 이루어져 설치시기가 늦어 굴착진행후 초기치를 설정하지 않도록 한다.

(6) 계측계획 수립이 적정하지 않아 계측시기를 놓치는 일이 없도록 한다.

(7) 계측기의 설치위치, 간격, 부착방법 등이 상세도를 작성하여 정확하게 표시되어야 한다.

(8) 계측업체가 계측결과를 시공사 소장에게 보고하는 형태를 지양하고 현장의 공정회의 때 계측업체

전문가도 참여시켜 보고를 할 수 있도록 정례화가 필요하다.

 

 

Ⅳ. 맺음말

 

흙막이 가설공사 시공시 발생되는 문제점들은 위에서 언급한 바와 같이 크게 설계상과 시공상의

문제점을 들 수 있으며, 설계상의 문제점을 해결하기 위해서는 철저한 지반조사와 현장상황을

고려하여 실제 시공상황과 유사한 모델링을 통한 설계가 필요하고, 시공상의 문제를 해결하기

위해서는 철저한 시공 및 감리, 감독을 위하여 흙막이 가설공사시 중요 점검사항을 항상 숙지하고

이해함으로써 발생 가능한 사고를 사전에 방지할 수 있도록 하여야 한다. 특히 가시설에 대한

계측관리를 철저히 함으로써 계측분석 결과는 공사관리 및 향후 설계시 참고자료로 활용 될 수

있도록 하여야 한다.

<참고문헌>

- 1986. 한국지반공학회, “구조물 기초설계기준”

- 1990. 탐구문화사, “토질 기초구조물의 설계 및 해설”

- 1992. 한국지반공학회 발행, “굴착 및 흙막이 공법”

- 2002. 한국건설가설협회, “가설공사 표준시방서”

- 2006. 한국철도시설공단, “2006 년도 종합점검 결과경향분석자료”