오늘은 토공사의 개념과 토공사에서 가장 중요한 흙막이공법의 종류에 대해 알아보겠습니다.
토공사란?
구조물의 시공에 있어서 기초나 지하실을 구축하기 위해 굴착부터 지반면까지 다시 메우는 작업을 가리키는 공사의 총칭 입니다. 굴착공사, 흙막이, 배수, 되메우기, 잔토처분 등이 있습니다.
토공사의 필요성
토공사는 지하공간 굴착 시 지반 변위를 최소화하여 붕괴 방지를 위해 필요합니다. 공사를 시작할때 가장먼저 하는 공사가 바로 토공사 인데, 지하를 파야하는 경우에 현장 주변에 아무것도 없다면 넓게 파면 되는데 도심지 또는 넓게 팔수 없는 경우에는 굴착을 하고 난 후 흙이 무너지지 않게 벽을 튼튼하게 만들어 줘야 합니다.
이 벽을 흙막이 벽체라고 하며 벽을 만들고 토압을 지지할 수 있도록 버팀대를 설치합니다. 그리고 필요에 따라서 차수공법도 적용됩니다.
토공사에는 여러가지 공법이 있는데 지형, 지하수, 토질, 주변환경, 공정에 따라 적절한 공법을 선정합니다. 먼저 굴착공법에 대해 알아보겠습니다.
굴착공법의 종류
굴착공법의 종류에는 위에서 아래로 파 내려가는 개착공법, 지상골조를 올리는 동시에 지하를 파 내려가는 역타공법(탑다운), 케이기초가 될 케이슨을 만들고 그 속의 토사를 굴착하면서 케이슨을 가라앉혀 기초를 만드는 케이슨공법(잠함공법)이 있습니다.
개착공법은 자립식 개착공법과 흙막이벽 개착공법으로 나누어지며 자립식 개착공법은 별도의 흙막이 벽체 없이 오픈컷으로 땅을 파서 기초구조물을 설치합니다. 사면보강과 배수로 등 안정성검토가 필요합니다
흙막이벽 개착공법은 흙막이 벽을 설치한 후에 가장자리부터 파내려가는 아일랜드컷, 가운데부터 파는 트렌치컷 공법이 있습니다.
역타공법은 탑다운공법 이라고도 하며, 공사부지가 매우 협소하고 소음민원이 심한 도심지에 주로 적용되는 공법입니다. 보통 기초레벨까지 굴착을 하고 지하구조물 밑바닥부터 공사하는 반면 역타공법은 지하구조물을 위에서 아래로 구축합니다.시공순서는 흙막이벽이자 지하구조물의 외벽이 될 벽체를 만들고 철골기둥을 설치합니다. 1층 바닥판을 설치하고 터파기와 지상/지하 골조공사를 동시에 진행합니다. 소음진동도 덜하고 공사기간도 단축된다는 장점이 있습니다.
케이슨공법은잠함공법이라고도 하며 주로 수중 시설물을 구축할때 적용합니다. 케이슨은 속이 빈 콘크리트 덩어리로 크기는 폭20m, 길이 39.9m 높이 29.9m로 12층 아파트 한동 정도의 크기라고 합니다. 주로 수중에 구조물을 건설 할 때 사용하며 바다에 가라앉힌 후 기초를 만드는 공법입니다. 오픈케이슨, 공기케이슨공법 등이 있습니다.
흙막이 공법의 종류
흙막이공법에 대해서 알아보겠습니다. 먼저 흙막이 구조물 구성으로는 토사가 흘러내리지 않도록 막아주는 흙막이벽체, 하중을 지지하는 버팀대, 보강재로 이루어져 있습니다. 흙막이 벽체와 버팀대는 굉장히 많은 공법이 있습니다. 그중에서 대학교 건축시공책에서도 많이 나오는 보편적인 공법들 위주로 살펴보겠습니다.
흙막이벽체의 종류로는 재래식공법인 H-PILE + 토류판이 있습니다. 일정한 간격으로 H-PILE을 박고 그 사이 나무판을 끼워 벽체를 만드는 공법입니다. 공사비용이 작고 비교적 간단한 공법이지만, 별도의 차수공법이 필요하고, 강성이 약한 편입니다.
강널말뚝 공법(SHEET PILE)은 강재로 된 판모양의 말뚝으로 양 끝단에 요철이 있어 서로 맞물리도록 조립하여 하나의 흙막이 벽을 만드는 공법입니다. 흙막이벽체와 차수공법이 함께 필요할때 사용됩니다.
CIP는 토목설계도면에서 가장 많이 봤던 공법인데요, 자갈 및 암반지반을 제외한 모든 지반에서 사용 가능하고 장비가 소형이라 널리 사용되는 것 같습니다. 지반 천공 후 구멍을 안정액 또는 케이싱으로 처리 후에 콘크리트를 타설하여 벽체를 형성하는 방식입니다. 변형된 공법으로 원형에서 초승달모양으로 깎아 더욱 밀실한 벽체를 만드느 C-3공법, 기성말뚝 공법인 PS공법도 있습니다.
SCW공법은 토사에 시멘트 용액을 주입,교반하여 지반보강 역할을 겸하는 연속벽체를 형성하는 방식입니다. 저소음 저진동 공법이며 차수성능과 강성이 뛰어난 장점이 있습니다.
지하연속벽(Slurry Wall)공법은 흙막이 벽체 중 강성과 차수성능이 가장 뛰어난 공법으로 지하 외벽 겸 흙막이 벽체를 형성하는 방식입니다. 영구 구조물로 사용가능하기 때문에 성능은 뛰어나지만 고도의 기술력이 요구됩니다.
버팀대(지보공) 공법의 종류로는 스트러트, 어스앵커, 소일네일링 등이 있습니다. 제일 널리 쓰이는 스트러트, 어스앵커 공법을 알아보겠습니다. 스트러트는 마주보는 흙막이 벽 사이에 수평 버팀대로 토압을 지지하는 방법입니다. h-pile, 각형강관, 원형 등 버팀대의 형상에 따라 이름도 달라지게 됩니다. 시공은 간편하고 저렴하지만 지하구조물을 만들 때 버팀대와 간섭이 일어나면 복잡해질 수 있습니다. 비슷한 원리로 수평이 아닌 사선으로 지지하는 레이커공법이 있는데요, 슬라브에 구멍을 뚤어 고정하기 때문에 누수문제가 많이 일어나 잘 쓰이지는 않는다고 합니다.
어스앵커 공법은 흙막이 벽체에 사선으로 구멍을 뚫어 강선을 집어넣고 시멘트밀크를 주입해 끝쪽을 고정한 후 인장력을 주어 토압을 지지하는 지보공 공법입니다. 넓은 작업공간을 확보할 수 있어서 많은 건설현장에서 사용하지만 주변 도로나 건물에 침하 등 피해를 줄 수 있기 때문에 허가받는게 쉽지 않을 수 있습니다. 천공된 곳에서 지하수 유출 우려가 있어서 차수패커 등 차수공법이 중요합니다.
흙막이벽체 그라우팅공법
흙막이벽체 종류와 지반상태에 따라 그라우팅공법이 필요한 경우가 있는데, 지반보강, 토류벽체보강, 차수 등의 목적으로 시공합니다.
그라우팅공법의 종류로는 SGR, LW, AGS공법이 있습니다.
SGR공법은 Space Grouting rocket 의 약자이며 천공후 지중에 2중 주입관을 설치하고 급결 완결재의 복합주입, 균일한주입을 실시하는 차수목적의 공법입니다.
LW공법은 Labies Wasser glass 의 약자이며 천공 후 manjet 튜브를 설치하고 LW 주입 후 케이싱을 인발하는 차수목적으로 사용하는 공법입니다.
AGS공법은 Activated Silicate Grouting의 약자이며 자동으로 주입압력을 조절하기 때문에 수압파쇄와 일탈주입을 방지할 수 있다는 장점이 있습니다.
여기까지 토공사에 대해 간단하게 살펴보았습니다. 간략하게 쓰려고 했는데 쓰다보니 양이 꽤 많아졌네요. 신공법이나, 더 자세한 부분은 다른 포스팅에서 다루겠습니다.