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1. 일반사항

 

최근들어 토지를 효율적으로 활용하기 위하여 근접시공이 증가하고 있으며, 동시에 굴착심도 또한 깊어지고 있다. 이처럼 지반을 굴착하게 되면 주변지반은 침하하게 되며, 이러한 주변지반의 침하는 지반의 굴착깊이가 증가할수록 더욱 커지는 경향을 보이게 된다. 따라서 최근과 같이 근접시공 및 대심도 굴착이 진행되는 상황에서는 주변지반의 침하로 인하여 인접구조물에 피해가 야기되면서 많은 민원들이 제기되고, 그로 인하여 공사가 중단되는 사례가 빈번히 발생한다.

굴착공사시 주변지반이 침하하는 원인으로는 흙막이벽의 휨변형 및 이동에 의한 것, 지하수위 저하로 인한 지반의 압밀침하에 의한 것, 흙막이벽으로부터 토사가 유출됨에 의한 것, 보일링이나 히빙현상에 의한 것 등을 들 수 있다. 여기서 압밀이나 토사유출과 관련된 주변지반의 침하는 차수성 흙막이벽을 시공하여 어느 정도 억제할 수 있으나, 흙막이벽의 휨변형 및 이동으로 인한 주변지반의 침하는 현재 국내에서 일반적으로 이용되고 있는 버팀대공법으로는 억제에 한계가 있는 실정이다.

기존의 버팀대 굴착공법은 벽체가 내측으로 이동하는 것을 버팀대를 이용하여 억제하고자 하는 것이지만 측압에 의해 버팀대에 축력이 작용하기 때문에 탄성압축변형, 크리프변형, 지보재들간의 연결부 틈새 등이 폐합됨에 의한 변형이 필연적으로 발생하게 된다. 이들 변형에 의해 주변지반이 침하하게 되고, 침하량이 어느 한도를 넘어서면 사고가 발생하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 현재 선진 각국에서는 버팀대에 일정 크기의 선행하중을 작용시켜 흙막이벽을 배면방향으로 밀어준 후 굴착을 진행하는 버팀대 선행하중공법의 사용이 늘고 있다.

선행하중공법은 버팀대에 미리 일정한 크기의 축력을 작용시켜 지보재들간에 존재하는 틈새들을 폐합하고, 선행하중량에 대응하는 량만큼의 버팀대의 탄성압축변형 등을 미리 발생시킴으로써 그 만큼 흙막이벽의 휨변형량을 줄여 주변지반의 침하량을 작게 하고자 하는 방법이다.

버팀대 선행하중공법의 효과는 주변지반의 침하를 최대한 억제시킬 수 있다는 것 이외에도 버팀대의 유효강성의 증가와 벽체의 휨응력을 감소시키는 등의 효과가 있다. 따라서 기존 버팀대 굴착공법보다 버팀대의 설치간격을 넓게 할 수 있으므로 지보재의 사용량 감소로 인한 공사비 절감과 함께 작업성 향상으로 인한 공사기간을 단축할 수 있게 된다.

국내 굴착현장에서 버팀대 선행하중공법을 적용한 현장들 중 3개소에서 흙막이벽의 변위를 측정한 결과에 의하면 굴착깊이에 따른 최대수평변위의 평균값은 0.1%였다. 따라서 흙막이벽의 휨변형 및 이동으로 인한 주변지반의 침하를 억제하기 위하여 버팀대의 설치수량을 증가시키거나 흙막이벽의 강성을 증가시키는 방법들보다 버팀대에 선행하중을 작용시키는 것이 효과적이었다. 그러므로 국내에서도 최근 스크류잭보다는 선행하중잭을 활용하는 현장이 점차 증가하고 있는 실정이다.


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