무지보 역타설공법(NSTD)

무지보 역타설(N.S.T.D) 공법

무지보 역타설 공법 은 기존 모든 토류벽을 이용하여 건축지하 지하물을 축조하는 공법으로 종래 역타설 공법과는 달리 별도로 지보를 설치하지 않고 토류벽의 엄지 말뚝(H-PILE)과 건축구조믈의 철골기둥에 기 제작된 철골를(강재 거푸집)을 기둥에 제작 설피하여 철골틀을 상,하향, 자유자재 이동하며 콘크리트를 타설하는 공법이다.
 

과학기술 발전에 명행한 건설기술의 급진적 향상은 우리문화생활의 영역을 확대시켜 주고 있다. 특히 우리 문화 생활의 영역을 확대시켜 주고 있다. 특히 도심지내에서 고층건물에 필연적으로 따르는 지하 공간활용을 위한 굴토 공사는 고도의 기술과 고성능 장비의 출현으로 굴토 심도가 잠진적으로 깊어져 가는 실정이며 이에 따라 발생되는 안전성, 경제성 또한 심각한 문제점으로 부상되고 있다.
새로 개발된 無支保 逆打設(N.S.T.D.)공법은 기존 모든 토류벽을 이용하여 건척지하 구조물을 축조하는 공법으로 종래 역타설 공법과는 달리 별도로 지보를 설치하지 않고 토류벽의 엄지말뚝(H-PILE)과 건축 구조물의 철골기둥 (STEEL COLUMN)에 기제작된 철골틀(철재 거푸집)을 기둥에 제작 설치하여 철골틀을 상,하향 자유자재 이동하며 Con'c를 타설하는 공법이며 철골틀이 강기둥(Steel Column))에 Life block에 의하여 매달려 있어 지하 굴토 공사가 지속적으로 진행되므로 타설된 Con'c가 양생되는 동안에도 굴토가 가능하며 다음층 Slab 타설을 위한 철골틀 설치 공간확보가 동바리와 같은 장애물 없이 확보되므로 작업의 연속성을 기대 할수 있다.
따라서 종래 Top Down공법과 비교하면 양생기간동안 굴토작업을 병행하는 것 만큼 공기절감 시킬수 있는 이점과 굴토작업 중장비의 연속작업성 및 동바리,거푸집, 설치 및 해체 소운반품을 절약할수 있어 공사비를 대폭 정감한다.

무지보 역타설(N.S.T.D)공법은 터파기 완료후 건출구조물이 시공되는 기존 일반 터파기 공법보다 공사비, 공사시간, 굴토로 인한 주변 민원 발생등을 극소화 시킬수 있는 획기적인 공법이다.

Ⅱ. 무지보 타설(N.S.T.D)공법

• 1. 공법의 개요
   

  본 공법은 토류벽과 건축 구조물의 강기둥(Steel Column)을 지보공 대용으로 사용하여 굴토공사와 병행하여 구조물을 시공하는 무지보 역타설(N.S.T.D)공법으로 기존 시공해온 지보(동바리) 설치 역타설 공법의 단점을 장점으로 개선시킨 공법이다.

  특히 종래 역타설 공법은 지중 지층상태 따라 차이가 있으나 풍화암층 이상의 굳은지층은 연석벽 시공후 소정의 Con'c타설계획 깊이이하까지 굴착후 지보공을 설치하여 거푸집 및 철근조립 Con'c타설 양생후에 지보용 동바리와 거푸집을 해체 인양하고 1단계와 같은 방법으로 굴토작업을 반복시행함으로써 시공의 연속성이 상실되 양생중 작업대기가 많은 시간과 가설자재 관리 공사비가 소요 되었고, 또한 종래 역타설 공법은 벽체가 지하 연속벽 (Slurry Wall)에만 국한되었던 점에 비해 무지보 역타 공법은 일반 토류벽(S.CW.C.I.P, H-PILE+토류판)D[ 다양하게 적용되며 지하 연속벽 시공시 발생되는 잔여토(SLIME)처리 공해등 종래 역타설 공법의 큰 문제점인 Con'c양생기간중 작업대기를 해결하고 철골(거푸집)틀을 활용하여 동바리 및 거푸집의 반복적인 설치해체 운반인양 공정을 단순화시킨 공법이다.
   

  2. 역타 공법의 발달배경 및 무지보 역타(N.S.T.D)공법의 특징
   

  종래 역타(TOP DOWN)공법은 아래 문제점을 해결하기 위해 재래식 토류공법의 단점을 보완해 오면서 발전된 공법이며 무지보 역타 (N.S.T.D)법은 종래 역타공법의 문제점을 재 보완 장점화 시킨 공법이다.
   

  (1)역타(TOP DOWN)공법의 발달배경

  ① 지하굴토공사 (지하철 포함)의 잦은

  붕괴사고

  ② 도심지 대형건물의 근린 시설 및 주 차 공간확보에 따른 지하 토굴 심도 의 증가

  ③ 주변 구조물의 피해 및 환경오염과 민원문제의 최소화

  ④ 대형공가의 공기 및 공사비 절감

  ⑤ 굴토심도 증대에 따른 시공난이도 해소를 위한 기술축적
   

  (2)무지보 역타공법(N.S.T.D)의 특징

  ① 지하 연속벽에 국한되지 않고 일반 토류벽에도 적용되는 전천후 공법

  ② 기 설계된 건축지하 구조물의 설계 변경이 불필요

  ③ 공정의 단순화(각층 지보공 및 거푸 집 설치해체 운반 및 인양불필요)로 원가 점감

  ④ 굴토 작업은 연속성 확보(중장비의 지속적인 작업공간의 확보)로 공기 절감

  ⑤ 철골틀(강재 거푸집)을 재작하여 건 축골조 철골기둥(Steel Column)에 고정시킨뒤Lift Block를 이용하여 상,하 자유자재 조절 시킴으로써 원 하는 위치에 철근배근 및 Con'c타설 및 경사시공이 가능하다.(기둥벽체 포함)

  ⑥ 종래역타공법 타설된 Slab Con'c가 양생기간 동안 굴토 작접이 진행되 지 못하여 공기가 증가되고 중장비 작업대기에 따른 인양 반출입 경비 와 동바리 및 거푸집 설치해체 운반 인양의 반복작업의 번거로움과 공사 비가 증가 되지만 무지보 역타 공법

  은 철골틀이 Lift Block에 의해 공 중에 매달려 있으므로 철골틀 위에 서 철근 조립 및 Con'c타설작업이 이루어지고 이에 병행하여 하부에서 는 굴토공사가 진행되므로 중장비 작업대기 및 가설 가정을 단순화하 여 공사비 및 공기가 대톡 절약된 다.

  ⑦ 강재기둥(Steel Column)시공이 토류 벽 시공과 동시에 이루어지므로 지 하 5층이상의 건축구조물일 경우 지 하 3층 Con'c 타설후 지상층 철골공 사가 동시에 시공되므로 더 많은 공 기 절감을 할수 있는 특징이 있다.

  ⑧ 종래 역타공법은 D-WALL시공기 Ben

  tonite용액을 사용, 공벽을 형성하 며 조립된 철근망을 삽임하고 Con'c 타설하므로 철처한 품질관리와 Slime처리가 공해 문제로 남아 있으 나 무지보 역타공법은 건실 천공기 (천공잔유물 제거 특허 설비)를 사용 하므로 상기의 공해문제를 배제할수 있다.

  ⑨ 건물자체의 Slab 및 Beam이 흙막이 벽에 하중으로 작용하는 토압 및 수 압을 지지하는 sTRUT역활을 하며 토 류벽의 변형을 최대한 억제시켜 주 뵨건물과 도로의 침하를 최소화 하 여 빈번한 민원으로부터 벗어날 수 있다.

  ⑩ 공사초기단계에 시공된 1층 바닥은 공사 작업장으로 활용되며 지붕역할 을 하게 되어 기후에 관계없이 주, 야간 동일조건에서 작업이 진행된 다.

  ⑪ 지하층 Slab안에서 토공 및 구조물 시공을 하게 되므로 소음 및 시각적 으로 불안이 현저히 감소되므로 민 원도 상대적으로 감소된다.
   

  3. 무지보 역터공법의 적용범위
   

  본 공법의 적용범위는 모든토벽류에 조합시공이 가능하다.

  즉, SLURRY WALL, S.C.W, C.I.P, H-PI

  LE+토류판+ GROUTING등
   

  (1) 주의할점

  ①SLURRY WALL

  SLURRY WALL은 벽체강성이 일반토류벽보다 크므로 지지SYSTEM(SLAB, STRUT, EARTH ANCHOR)의 간격이 넓게되어 자재를 효율적으로 사용할수 있으며 자중으 의해 발생되는 침하에 대하여 별체와 깅기둥의 지지력을 철처히 검토하여야 한다.
   

  ②일반토류벽

  걸토심도가 깊어질수록 외력(주동 토압)에 저항할수 있도록 토류벽의 강성을 키워야 하며, 이때 사용되는 엄지말뚝의 규격은 통상 H-300×300×10×15, H-300×200×9×14, H-250×250×9×14등을 사용하므로 강재의 단면적에 비례하여 지지력이 작아지므로 구조물 자중에 견딜수 있도록 구조검토후 시공시 천공HOLE내부의 SLIME을 깨끗이 청소하여 지지층까지 강재를 근입시켜 공사중에 발생되는 침하로 인한 문제점을 사전에 예방하여야 한다.
   

  4. 시공방법

  무지보 역타공법의 시공방법은 아래와 같다.

  (1)현장조건,지질상태에 맞는 토류공법 을 적용설치계획된 도면에 의거 토 류벽 시공

  (2)도면에 의해 강재기등(Steel Column 위치를 선정하여 대구경 천공후 제 작된 철골기둥(Steel Column, 도형 기둥을 채택시 원가절감됨)을 건입 시키고 기둥의 수직정도 검토후 레 미콘을 타설하여 하부를 고정시키고 강기둥 제작시 설치된 Pipe를 통하 여 Cement Milk Grouting을 하여 부 분적으로 발생되는 공극을 재충진시 켜 보강한 후 Core채취하여 지내력을 확인하며 G.L-0.4m 정도까지 잔 자갈 채움을 하여 철골기둥 상부를 고정시킨다.

  (3)지상부 철골(Steel Structure)1절 조립

  (4)Slab용 철골틀 (거푸집)제작후 지상부 철골에 거치

  (5)제작거치된 철골틀을 Lift Block으로 연결승강후 1차 구간굴착 (지상부 1층 Slab Con'c타설가능함)

  (6)엄지말뚝에 Shear Key를 부착하여 벽체 자중에 의해 발생되는 Sliding 현상을 예방한다.

  (7)방수효과를 기대하기 위해 벽체에 Filter Mat 및 Grouting Pipe,지수 판등을 설치한다.

  (8)1차 굴착 와료후 철골틀을 Slab위치 에 고정시키고, 철근조립 및 Con'c 타설

  (9)양생기간동안 하부에서는 굴토 병행 작업(토사 반출은 장비반입구등을 이용)

  (10)제9번작업시 지하 2cm Slab타설위 치까지 굴토한다. 이때 , 토공 터 파기 방법은 소단을 주되 벽체의 수동토압을 받게 해야 하며 장비의 활동에 필요한 공간 확보를 해야 하 다.

  (11)지하1층 옹벽,기둥 철근조립 및 Con'c타설

  (12)Con'c양생후 지하 2층 Slab위치선 정하고 철골틀 고정

  (13)위 (6~9)의 방법을 반복 시행하여 역타 시공한다.

  (14)최종바닥 부분은 굴토 완료후 재래 식 방법과 동일하게 시공
   

  JOINT)는 Grouting Hose를 사용하여

  재충진하며 필요에 따라 Water Stop

  을 설치 방수성을 향상시킬수 있다.
   

  5. 공법의 공사비 비교
  
  <표1>굴토공사비교표

   

   

   

  공법구분	가 설 토 류 벽
  공법명칭	S.C.W공법 SOIL CEMENT WALL	C.I.P 공법 ,CAST IN PLACE PILE	H-PILE+토류판+GROUTING
  개요	· 지반토사를 골재로 활용 · Cement Milk를 지층에 교반주입시키고 응력재로 H- Pipe등을 삽입화시켜 토류벽체를 조성한다.	· 유압보링기, Auger보기를 사용하며 보링기로 청공 후 공내에 철근, H-Beam 자갈로 채운후 Mortar충 진하거나 천공후 유압기 ROD를 통해 Cement Milk 주입후 철근 H-Beam, 자 갈 충진하여 양생	· 천공기로 천공후 H-Pipe건입시키고 굴토시 토류판을 사용하여 토류벽체 조성
  시공가능 토질	· 토사층, 토질토, 풍화암	· 토사, 점토 , 모래자갈층, 풍화암	· 모든 토질가능
  시공불가능토질	· 전석,연암, 경암	· 전석, 옥석, 비교적집입경이 큰조밀한 자갈층, 연석, 암석
  장점	· 차수성이 높다. (K=10-7㎝/sec) · 수직정도가높다. (1/150) · 니토 발생이 적다. · 공기단축 · .설계를 다양화 할수 있다 · 소음.진동이 적다. · 기존 구조물과 30㎝의 여유만 있어도 시 공이 가능하다.	· 시공중소음, 진동이 거의 없다. · 지지력을 G향상시킬수 있다. · 니토 발생이 적다. · 소형장비시공이가능하므 로 협소한 지역에서 사용이 가능 · 현장타설말뚝으로 사용	· 공사비가 저렴 하다. · 엄지말뚝 및 토 류판재사용 가능 · 기술출척이 필 요없다.
  단점	· 전석, 옥석층에서 주역식 벽체 형성이 어렵고 차수효과가 떨어진다. · 협소한 지역에서 장비 조립이 어렵다.(장비조립 대각선 길이 최소25M) · 점성토 시공시 교반이 정밀해야 하며 Cement소요량이 사질토에 비해 많아진다.	· 깊은 심도에서는 수직정도가 떨어진다. · 지하수가 높은 지역을 차수Grouting으로 별도 시공 · 가설 벽체로 사용	· 토류판 시공시 뒷채움이 부실할 경우 주변 침하 및 Crack발생 · 지하수 존재지역에서 별도 차수대책을 수립 · 강성이 적어 벽체변형이 많이 일어난다.
  개략공사비 (벽체조성1㎡)	10만원	12만원	· H-Pile+토류판시공시 별도 차수공법 시공시: 공법의 종류에 따라 차이가 많다.

  6.TOP DOWN기둥의 천공종류

  공법구분	영 구 벽 체 식	영 구 벽 체
  공법명칭	D-WALL공법(SLURRY WALL) (Dia - phragm Wall)	무지보 TOP DOWN공법(N.S.T.D)
  개요	· 지하수위가 높고 지반조건이 불량한 경우와 대규모 굴토현장에 사용이 적합하며 Bentonite액을 사용하여 공벽을 유지하며 조립된 철군망을 삽입시킨후 레미콘 타설하여 영구 벽체를 형성함	· 모든 가설토류벽에 조합 적용이 가능하며 시공된 강기둥(Steel Column)에 제작된 철골틀을 Lift Block을 사용하여 고정시킨후 철근조립 및 Con'c타설하는 방식이며 철골틀 하부에서는 굴토 공사를 병행, 진행 시킬수 있는 공법
  시공 가능토질	· 토사, 사질, 전석, 풍화암, 節理가 발달한 연암	· 모든 토질가능
  시공불가능 토질	· 단단한 연암
  장점	· 차수성이 높다. · 단면의 강성이 크다. · 소음 및 진동이 적어 도심지 공 사에 적당 · 대지경계선까지 시공이 가능하므 로 지하공간 최대이용 · 강성이 커서 주변구조물 보호에 작헙하며 지반침하가 적다.	· 공기가 절약된다. · 공사비가 저렴하다. · 현장여건에 따라 부분 TOP DOWN공법과 다른 굴토방법을 병행할수 있다. · 대형공사일수록 공사비, 공 기가 절감된다. · 강성이 커서 주변 구조물 보 호에적합하며 지반침하가 미 소하다. · 버팀대(Strut)의 시공이 필 요없다. · 지하5층이상의 구조물을 지하3층시공시 지상 철골조립이 가능하다.
  단점	· 공기와 공사비가 비교적 불리하다. · 품질관리를 철저히 해야 한다. · 상당한 기술축척이 필요한 경우가 있을수 있다. · 대형중장비 및 Plant 설비가 요구됨 · 연암, 경암지역에서 시공이 불가능하므로 Counter Wall시공이 필수적이며 지하 공간이 협소 해진 다.	· 환기불량으로 작업조건이 불리하다. · 초기투자비가 많이 든다. · 소형공사에는 적합치 않다.
  개략공사비 (벽체조성1㎡) 재료비 포함	25만원	벽체 형식에 따라 다르다.

  7. 무띠장 EARTH ANCHOR의 효과

  무지보 역타공법의 적용범위는 전술한 바와같이 토류 공법에 국한박지 않는다. 일반 토류벽 공법(S.C.W, C.I.P, H-PILE+,토류판+Grouting)사용시 엄지말뚝 사용재는 H-형강으로 국한되어 있고 지하 각층 Slab간의 거리가 3.0~7.0 m이므로 토류벽부재력에 있어서 안전상 문제가 될 수있다. 이 경우 부재력 감소 방안 즉 토류벽의 안전성을 도모하기 위해지지 System(Support)을 시공한다.

  (1)버팀대(Strut)시공시 문제점

  무지보 역타 공법은 Lift Block을 이용하여 지하구조물을 형성하는 방법으로 토류벽 보강용을 Strut를 설치했을 경우 철골틀을 Strut하부에 이동시킬수 없으므로 토류벽 보강을 위한Strut 설치는 무지보 역타설 벽체시공상의 어려움을 증가시킨다.
   

  (2)Earth Anchor시공시 문제점

  띠장을 사용한 E/A시공은 띠장 최소폭이 30㎝이상이며 또한 엄지말뚝 시공시 시공불량으로 그 이상이 생길수 있다.

  이 경우 옹벽두께(약 30~60㎝)에 비해 띠장 폭이 크므로 옹벽철근 조립시 띠장을 해체할 경우 지지효과가 상실되며또한 띠장 WEB에 산소로 철근 구멍을 뚫어 시공할 경우 띠장이 함게 매몰되어야 하므로 공기, 공사면에서 불리하다.
   

  (3)무띠장Earth Anchor효과

  위두 경우 공사의 안전성과 경제성을 고려해 볼 때 옹벽 시공에 무리가 없는 무띠장Earth Anchor공법을 사용할 때 큰 효과를 기대할수 있다.
   

  (4)무띠장Earth Anchor활용범위 확대

  무띠장Earth Anchor는 전술한바와 같이 가설토류벽과 구체 Con'c벽체의 합벽시공시 매우 우수한 특성을 지니고 있다.

  Ⅲ.종래역설공법과 무지보 역타 공법의 장단점

  • 1. 종래 역타공법의 장단점

    (1)장점

    ①개착식 일반 토류공법에 비해Slurry Wall로 토류벼을 형성하므로 강성이 크다.

    ②토류벽의 강성이 크므로 벽체 변위가 미소하게 발생되어 주변 구조물 및 지반침하가 일반 토류벽에 비해 상당히 작이진다.

    ③철골기둥(Steel Column)을 R.C.D혹은 Barrette로 시공과 동시에 이루어 질수 있다.
     

    (2)단점

    ①D-Wall공법에만 적용되므로 토류 공법에 제한을 받는다.

    ②타설된 Con'c양생기간 동안 굴토작업이 중단되어 시공의 연속성이 없어지므로, 공기 및 공사비가 증대된다.

    ③D-Wall시공이 암에서 불가능하므로 벽체가 형성되지 않는 지하층은 Count

    er Wall이 시공되므로 지하층 면적이 감소된다.

    ④D-Wall시공에 있어 상당한 기술축적이 필요하다.

    ⑤벽체 형성에 있어 대형 중장비 및 Planat설비가 요구됨

    ⑥설계상 보완점이 필요할수 있음

    ⑦D-Wall시공시 발생되는 니토(Slime가 공해 문제로 남아 있다.
     

    2. 무지보 역타 공법의 장단점

    (1)장점
     

    ①토류공법이 D-Wall에 국한되지 않고 일반토류벽(S.C.W, C.I.P, H-PILE+토류판+Grouting)공법에도 사용이 가능하다.

    ②일반토류벽에도 사용이 가능하므로 니토(Slime)처리가 용이하다.

    ③철골기둥(Steel Column)천공시 Bent

    onite용액을 사용하는 R.C.D나 Barrerre장비로 천공하지 않고 대구경(ψ600~1500m/m)천공잔유물 저게설비가 부착된 Air Packerstion장비를 사용하여 건식 천공하므로 니토(Slime)처리가 용이하다.

    ④철골츨(Slab,옹벽, 기둥용)을제작하여 강기둥과 벽체를 이용하여 공중에 고정시켜 칠근조립밑 Con'c타설을 하므로 하부에서 굴토작업이 양생기간 동안 동시에 이루어 질수 있어 공삽, 공기가 상당히 절약된다.

    ⑤지하구조물 시공과 상부철골 구조물 시공이 동시에 이루어 질수 있다.

    ⑥Slab Con'c타설시 지보공이 필요 없다.

    ⑦암층이라도 지하공간을 최대로 사용할수 있다.

    ⑧지하층수가 많을수록 공사비 절감효과가 크다.
     

    (2)단점

    ①일반 토류벽이 사용될 경우 Slab를 지지보로 사용하기 때문에 Slab공간의 거리가 크므로 토류벽이 보강되어야 한다.

    ②목재 거푸집대용으로 강재로써 거푸집을 사용하므로 초기 투자비가 많이 든다.

    ③소형공사일 경우 공사비가 많이 들어 지하5층이상 다층구조물에 적용하여야 한다.

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