흙막이계측관리방법

▶ 흙막이 계측 관리 1. 목적 굴토공사시 흙막이벽체 및 인접지반의 거동을 측정하여 현재상태의 안정성을 파악하고 흙막이 벽체의 향후 거동과 안정성을 예측하여 다음단계의 시공에 반영할 수 있는 정보를 신속하게 제공하며 안전하고 경제적인 공사수행이 가능하도록 하는데 있다. 더욱이 지반은 굴착에 따라 즉각적인 반응을 보이는 것이 아니라 응력재배치-평형의 단계가 시간을 두고 점진적으로 발생하므로 육안으로 판단하는 것은 거의 불가능하다. 따라서 흙막이 구조물의 응력상태 및 배면지반의 거동을 고도화된 계측기를 이용하여 정량적으로 분석하여 시공정도를 판단하고 설계와의 비교를 통해 안정성을 확인하는 것은 매우 중요한일이라 하겠다. 이러한 계측의 목적을 다음과 같이 몇 가지로 대별할 수 있다. 1)설치된 계측기를 통해 흙막이 구조물, 배면지반 및 인접구조물의 거동을 관찰하여 위험요소를 조기에 발견함으로써 공사 진행속도를 조절하고 신속한 보강대책을 강구. 2)시공중 나타난 토질조건을 판단하여 당초 설계의 타당성판단. 3)설계시 고려된 제반조건과 실측치를 비교하여 공사의 안정성검토. 4)공사의 진행에 따른 인접구조물 또는 인접지반의 거동을 확인하여 안전관리. 5)공사에 따른 인접건물들의 피해 민원에 대한 공학적인 자료 제시 6)실측자료 분석을 통하여 차후 공사에 따른 거동의 예측 및 안정성 판단. 2. 흙막이 공법의 선정 2.1 흙막이 공법 계획 및 설계시의 고려사항 지하굴착시 흙막이 공법 선정에 있어서는 다음과 같은 항목에 대해 조사검토를 하고 그 결과를 분석하여 형식을 선정하여야한다. 1) 설계시 고려사항 ○ 지형, 지질 및 토질이 선택된 공법과 부합되는지 또는 문제점들의 분석 ○ 인근 구조물의 특징 및 종류와 지하 매설물의 위치 파악 ○ 토질에 알맞는 토류벽 형태 적용 ○ 시공 난이도와 경제성(주변 과잉 침하시 대형사고 우려) ○ 지지부재 (Strut, Earth Anchor나 영구 Slab)의 선택과 배치 방법 ○ 굴착 깊이와 토류벽 구조 벽체의 근입길이 설계 (지지층과 불 투수층까지 연장 필요성 검토) ○ 토압의 선정방법(주변 구조물 하중 포함) : 지반과 지지조건 참조 ○ 벽체의 허용응력(장기, 단기강도) ○ 지하벽의 거동에 따른 토압의 변화 예측 지지체와 벽체의 강성과 선행하중의 영향 (장기, 단기 토압변화, Ka → Ko) ○ 계절적 지하수위의 유동과 시공중 작용할 수 있는 최대 하중상태의 예측 (간극 수압 예견) ○ 설계모델 선정(탄성, 탄소성 설계법) 2) 지형에 관한 검토 토류공법의 설계, 시공에 있어 현장의 조건으로서 지형이 평탄하며 장애물이 없으면 비교적 문제점이 적으나, 민가연속지구, 기복이 많고 고저차가 심한 곳에서는 신중한 대책이 필요하다. 지형을 대상으로 한 설계 항목은 여러 가지 있으나, 중요한 것을 열거하면 다음과 같다. ○ 지형판단 공사착수에 원지형을 충분히 파악하고, 토류구조물을 시공한 경우 그 지형에 어떠한 영향을 미치는가에 대해서 검토한다. ○ 근접하는 구조물의 유무주변에 건축물 등의 구조물이 있는 경우에는 그 위치, 기초구조, 건축한계 등에 대해서 조사해야 한다. ○ 자재 운반로, 야적장의 유무토류 구조물은 본체 구조물에 선행하여 시공하는 것이며, 시공규모에 따라서는 본체 공사와 다름이 없는 시공기계나 재료를 사용하게 되므로, 현장 까지의 운반경로 및 현장내의 운반경로, 도로폭원, 곡선부의 상태, 교통량, 교량 등의 제한하중 통행규제의 유무등 제한조건 등의 조사가 필요한 동시에 현장내에 있어서는 자재 및 시공기계의 설치조건을 조사해야 한다. 3) 지질, 토질에 관한 검토 도심지의 지하굴토 설계에 있어서는 지질, 토질의 역학적 성질을 파악하는데 필요한 조사를 하는 것은 물론, 유지지반에 대한 시공실적을 조사하여 참고로 하는 등 충분한 배려가 필요하다. 지질, 토질의 조사에 있어서 필요한 항목은 대개 다음과 같다. ○ 굴착하는 흙의 공학적 성질 ○ 지하수위의 높이 ○ 지하수량 4) 주변 구조물에 관한 검토 주변구조물이 설치되어 있는 지질, 기초 구조에 대한 조사가 필요하며 토류 구조물 시공중 혹은 시공 후에 있어서 문제가 생기지 않도록 대처하는 동시에 가령 문제가 생긴 경우에는 인과 관계가 파악될 수 있는 조사, 검토를 수행하여야 한다. 굴토 설계시 인접구조물에 대해 조사해야 할 내용은 다음과 같다. ○ 토류 구조물과 가설 구조물 간격 등의 상호 관계 ○ 하중의 상호 영향 ○ 토류구조물의 안정에 영향을 주는 것으로 생각되는 범위의 지반성질 ○ 공사에 따라 지하수위 저하가 예상되는 경우는 지하수위 저하에 의한 주변 지반의 침하의 정도 2.2 흙막이 공법의 종류 흙막이 공법의 종류는 토류벽의 지보형식 및 토류벽의 재료에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다. 1) 지보형식에 의한 분류 ○ 전체굴착공법 SLOPE OPEN CUT 공법 (경사 오픈컷 공법) 토류 OPEN CUT 공법 자립공법(Cantilever) 버팀공법(Bracing 공법) EARTH ANCHOR 공법 TOP DOWN 공법 ○ 부분굴착공법 - ISLAND 공법 2) 토류벽 재료에 의한 분류 ○ 투수벽 ○ 지수벽 강 SHEET PILE 공법 TRENCH SHEET PILE SHEET PILE 강관 SHEET 주열벽 공법 현장타설 CONCRETE (C.I.P 등) SOIL CEMENT (S.C.W 등) 지중 연속벽 현장타설 CONCRETE PC 판넬 현재 굴토공사시 많이 사용되고 있는 토류공법은 다음과 같다. ○ SHEET PILE 공법 ○ C.I.P(Cast In Place Pile) 또는 S.C.W (Soil Cement Wall) ○ H-PILE + 토류판 + 보조 GROUTING (L.W , S.G.R. 또는 J.S.P 등) ○ Diaphragm Wall 2.4 본 지역의 토류벽체 공법선정 1) 공법별 비교(안) 공법 구분 SHEET PILE 공법 H-PILE + 토류판 (토류 Con'c) C.I.P Slurry Wall 공 법 개 요 Vibro Hammer를 이용하여Sheet Pile을 항타·항타가 어려울 경우Water Jetting 이용 ·오거 또는 T-4 장비로 천공 후 강재 삽입 ·굴토과 동시에 토류판설치 및 뒷채움 실시 ·오거 또는 Boring기로 천공하고 강재 및 철근망 삽입후 콘크리트 채움 ·벤토나이트를 이용 Trench를 형성 ·철근망 건입후 콘크리트 타설, 지하영구벽체 형성 안정성 ·강성체로서 토류벽 역할을 할수 있으며 차수 효과가 매우 뛰어남. ·강성체로서 토류벽 역할을 할 수 있으나 상부 두부변의가 상대적으로 크게 발생되므로 배면부의 지반이완이 크게 발생 ·지수식의 주열식 강성체 토류벽 역할을 충분히 할 수 있음 ·지수식 연속벽형 강성체로서 토류벽의 역할뿐아니라 영구구조체로서 역할을 할 수 있음 차수성 ·토류벽 자체가 차수벽이므로 차수효과가 우수 ·개수식공법이므로 배면에 별도의 차수 Grout가 필요 ·토질조건에 부합되는 차수 Grout 공법선택이 어렵고 연결부에 누수현상의 발생가능성이 높고 차수효과는 불확실 ·공과 공사이의 연결부에 누수현상이 있어 공과 공사이에 누수방지용 Grout를 시행하여야 함 ·토류벽 자체가 차수벽이기 때문에 차수의 효과가 뛰어남 장 점 ·지하수위가 높은 지반에서 토사유실과 침하 방지효과가 우수 ·복원성이 양호 ·공사비가 저렴하다. ·자재의 재사용이 가능하다. ·시공이 간단하다. ·지층의 제약을 받지 않음 ·벽체강성이 좋음 ·배면부의 토사유실이 없음 ·인접구조물에 영향이 적음 ·사질토 및 점성토층에서 시공성이 높음 ·벽체강성이 우수 ·완전차수가 가능하므로 지하수위저하에 따른 주변지반의 침하가 적어 민원의 소지가 적음 ·구조물 영구벽체로 사용이 가능 ·대심도 굴착이 가능. 단 점 ·풍화암.연암에서 관입이 곤란 ·별도의 장비사용시 공사비 증가 ·이음부 이탈방지를 위한 시공관리 철저요망 ·강성이 약하다 ·토류판 뒷채음 불량시 변위 발생 소지가 큼 ·토사유출 가능성이 큼 ·C.I.P연결 및 수직도 문제로 보조차수가 필요 ·지층의 조건에 따라 제약을 받음 ·H-PILE은 사장됨 ·연암층 이상의 암반에서는 시공이 곤란 ·공사비가 타공사에 비해 고가 ·장비규모가 큼 ·철저한 시공관리가 필요 ·협소한 공간에서는 작업이 곤란 적용안 2.5 버팀형식 1) 버팀형식 비교안 지 보 형 식 적 용 조 건 적용안 자 립 공 법 ·굴착이 비교적 얕고(수 m 이하), 양질지반인 경우 적용 ·용지의 여유가 없고 수직으로 굴착할 필요가 있는 경우 BRACING 공법 (STRUT 공법) ·굴착면적이 중규모이하(일반적으로 일변이 50m 이하)로 평면형상이 비교적 정형인 경우 ·양질지반에서 연약지반까지 적용범위가 넓다. EARTH ANCHOR 공 법 ·굴착평면적이 넓고(일반적으로 일변이 50m 이상), 평면형상이 부정형인 경우 ·양호한 ANCHOR 정착층이 있고 지하수가 그다지 높지 않다. ·토류벽 외주용지에 여유가 있다. ·토류벽의 상대변이 고저차가 상당히 있다. TIE BACK 공 법 ·굴착배면에 충분한 공간이 있을 경우 적용할 수 있다. ·굴착깊이가 얕을 경우 유리하다. RAKER SYSTEM ·굴착평면이 넓고, 굴착깊이가 얕을 때 유리하다. ·양질지반이어야 한다. ·공사주변에 충분한 공간이 있어야 한다. ·굴착단계별로 지지점을 이동시켜야 되므로 시공기술이 뛰어나야 한다. ○ Tie Back System 및 Raker System은 굴착심도가 비교적 적을 때 적용되며, 굴착심도가 클 경우 그 적용이 부적합 ○ Strut 공법의 경우 옹벽구조물 양측면에 토류벽을 설치하여야 하므로 비경제적이고 지형에 고저차가 있을 경우, 그 적용이 불가능함. ○ 또한 옹벽구조물 설치시 Strut를 절단하여야 하므로 옹벽구조체의 품질이 저하될수 있으며 시공성이 매우 떨어짐 ○ 따라서 본 지역의 경우 옹벽외곽선과 경부선철도와의 이격거리가 짧고 굴착고가 비교적 깊으므로 Earth Anchor 공법의 적용이 타당할 것으로 판단 2) Earth Anchor 설치시 흙막이 배면 침하 및 융기 방지 대책 ■ Earth Anchor의 천공장비 ○ 천공은 일반적으로 압축공기를 사용하는 장비(Crawler Drilling Machine)를 사용할 경우 배면지반의 교란 및 융기/침하를 발생시킬 우려가 있음 ○ 따라서 Earth Anchor의 천공은 회전수세식(Rotary Washing) 장비를 사용하고, 천공시 공벽 붕괴를 방지하기 위하여 Casing을 사용하는 이중관 공법을 병용하므로써 천공시 배면토의 융기/침하현상을 방지할 수 있을 것으로 판단 ○ 국내에서 현재 사용되고 있는 장비로는 C-6, C-8, Termite 등이 있음 ■ 천공시 지하수 유출방지 대책 ○ Earth Anchor 작업시 천공 Hole로 배출되는 지하수량은 배면지반의 지하수위 저하에 대한 영향은 미미할 것으로 판단됨 ○ 천공시 다량의 지하수가 유출될 경우, 선 Grouting 실시후 재 천공(Rimming)하여 지하수의 유출을 방지토록 함. ○ 또한 Earth Anchor 긴장후, 장기적인 지하수 유출을 방지하기 위하여, Earth Anchor Hole은 Cement Mortar로 채움토록 함. ■ Grouting ○ Grouting시 주입압력은 원지반의 파괴 되지 않도록 주입압을 제한토록 함. (주입압을 10kg/cm2에서 2분간 지속) ○ Grouting은 공의 선단부부터 시작하여 공내의 공기와 지하수가 배출되도록 함. ○ Grouting 주입재(시멘트 혼합물)에 건조 수축이 발생할 경우 Anchor체의 마찰력이 감소할 뿐아니라 배면침하의 원인이 되므로 적정량의 팽창제를 사용토록 함. ○ 정착부의 위치가 N-Value가 낮은 토사층에 위치하거나, 경부선 철도하에 위치할 경우, Grouting 압력에 의하여 지반의 융기가 발생될수 있으므로 자유장을 길게하여 정착부의 풍화토 이상의 굳고 치밀한 지층(N>40)에 위치토록 함. 3. 계측기기의 측정빈도 굴토에 따른 배면지반의 거동은 일일 굴토량과 작업기기의 진동 및 하중등의 영향을 받으므로 Data의 변화 추이를 인지할 수 있는 측정빈도를 갖추는 것이 변화속도의 파악과 안전의 판단에 도움이 되므로 본 현장에서는 이를 고려하여 굴착공사시 주 2회, 지하구조물 공사시 주 1회를 원칙으로 측정빈도를 결정하였으며 계측기의 설치 후 측정빈도는 다음과 같다. 계 측 기 종 류 초기치 측 정 빈 도 비 고 지중수평변위관 (INCLINOMETER) 3회측정 굴착공사시 2회/1주 지하구조물공사시 1회/1주 지하수위측정관 (WATER LEVEL METER) 3회측정 굴착공사시 2회/1주 지하구조물공사시 1회/1주 E/A축력측정기 (V/W LOAD CELL) 3회측정 굴착공사시 2회/1주 지하구조물공사시 1회/1주 지표면 침하핀 (SETTLEMENT PLATE) 3회측정 굴착공사시 2회/1주 지하구조물공사시 1회/1주 * 측정주기는 굴착 진행상태에 따라 계측결과에 근거하여 적절하게 조절할 수 있는데 통상적으로 계측기 설치이후 굴착공사시 주 2회, 급격한 지반변형시 매일 계측, 굴착완료후 주 1회 측정을 실시 한다. 4. 계측기기 설치위치 선정 기준 지하굴착에 따른 계측기의 계획 및 설치에서 가장 중요한 사항은 가장 커다란 변위의 발생지점과 응력집중이 예상되는 부위에 계측기기를 중점적으로 배치하여 공사의 진행에 따른 변화를 계측 분석해야 하는 점이다. 계측기기의 선점은 가능한 동일 단면에 배치되어야 하는데, 동일단면 배치시의 장점은 상호 연관된 계측자료를 토대로 일관성 있는 배면지반의 내부 응력 변화와 영향범위등을 파악할 수 있다. 이러한 선정의 기준은 다음과 같이 제시된다. ① 주변 구조물에 영향을 판단하기 위하여 구조물의 인접 구간에 집중 배치한다. ② 시공 시점이 빠른 위치를 선정한다. ③ 해석상 상호 연관 시킬수 있는 위치를 선정한다. ④ 계측 수행이 공사의 완료 시점까지 가능한 지점을 선정한다. ⑤ 계기의 고장이나 파손시 대체 기기의 선정이 가능한 곳을 선정한다. ⑥ 계기의 배선및 설치가 용이 하여야 한다. ⑦ 공사의 영향이 큰 지점으로 대표단면이어야 한다. 5. 흙막이 가설 구조물에서 사용되는 계측 항목 ◆ SHEET PILE+JSP, H-Pile + 토류판, CIP + L.W 구조 배면 지반의 거동및 수평변위 ------------- INCLINOMETER 벽체의 응력 ------------- STRAIN GAUGE 벽체에 작용하는 토압 ------------- LOAD CELL, TOTAL PRESSURE CELL 지하수위 및 간극수압 ------------- PIZOMETER, WATER PRESSURE METER STRUT,SOIL NAIL,ANCHOR 의 거동------------ LOAD CELL, STRAIN GAUGE 인접 구조물의 피해상황 ------------- TILTMETER, CRACK GAUGE 진동 및 소음 ------------- 발파,진동 측정기 지반의 수직 변위 ------------- ROD EXTENSOMETER, MCS EXTENSOMETER, SETTLEMENT PLATE ◆ 적용 계측 항목 계 측 항 목 계 측 내 용 사 용 기 기 비 고 토류벽 변위 - H-PILE 변위 - 벽체 누수, 벽체 휨 - 삽입식 경사계 - 육 안 인접구조물의 계측은 구조물의 이격거리, 굴착고 등을 감안하여 필요시 실시 STRUT 응력 - STRUT축력 Bending - STRUT 변형 - 응력계 - 육 안 Earth Anchor 잔류 응력 - Earth Anchor 응력 신축량 - 하 중 계 - 인발시험 주변 지반 - 지표, 지중 침하 - 지하수위 - 지중 수평 변위 - 지표면 균열 - 지표면침하계 - 지하수위계 - 삽입식 경사계 - 육 안 인 접 구 조 물 - 침 하 - 균 열 - 경 사 - 뒤 틀 림 - 침 하 계 - 균 열 계 - 정치식 경사계 - 육 안 6. 계측시스템 계측 SYSTEM은 크게 수동계측, 반자동 및 자동계측 SYSTEM으로 구별할 수 있다. 이와 같은 계측 SYSTEM은 계측목적, 방식, 관리방법, DATA의 처리속도 등을 고려해서 계측계획을 수립한다. 6.1 수동계측 SYSTEM Sensor에서 Data를 직접 수록하는 방법으로 측점수가 적은 경우 및 즉시성이 그다지 요구되지않는 경우에 사용 6.2 반자동 계측 System System은 일반적으로 측점수가 50-80점 정도이고 측정개소 1개소의 측점이 비교적 많은 경우에 이용된다. 또 계측 개소가 공사 진행에 따라 빈번하게 이동되는 경우에도 적용된다. 현장에서 얻어진 Data는 Data 수록기와 Computer에 접속하여 전달하고 그 후의 물리량의 변화, 도표화의 정리를 하는 형식이 많다. Data 수록기에서 Computer 처리의 간단한 작업을 하는 것도 가능하고, 최근에는 공중전화 회선을 이용, 원격지의 Computer에 Online으로 Data를 전송하는 방법도 이용되고 있다. 6.3 자동계측 System 측점수가 100점 이상이고, 측정회수도 1회/1일 이상이 되는 계측 대상에서의 Data 수집에서 최종적인 도표로의 정리까지를 포함한다.자동화를 실시하면 인력면에 있어서 경제적이며 신속한 판단이 가능하고 위험 상태에 도달하였을 때 신속하게 처리할 수 있는 장점이 있다.전체 제어는 Computer가 하는 경우도 많고 측정시각에서 Data 수록부의 수집된 Data의 도표화 및 출력 지령도 담당한다.자동계측 System에 있어서 가장 중요한 점은 현장에서 어떻게 계측실까지 올바른 Data를 전달하는가에 있다. 전달매체를 결정하는데는 전송거리, 주위 Noise(전기 및 전자적 잡음)의 유무에 따라 결정된다. 6.4 계측 System 장단점 비교 구 분 자 동 화 계 측 반 자 동 계 측 수 동 계 측 장 점 - 정밀도가 높음 - 계측빈도를 다양하게 조정 가능 - 계측분석 시간의 절약 및 직접 대응가능 - 다량의 Sensor를 동시 계측 - 계측과 동시에 Computer에 직접 출력가능 - 인력 소모가 적음 - 정밀도가 높음 - 설치시간이 절약 - 계측과 함께 현장 관찰 용이 - 유지관리 용이 - 설치시간이 절약 - 계측과 함께 현장 관찰을 할 수 있음. - 자재비용이 절약 - 유지관리의 용이 단 점 - 자재 비용이 고가 - 자동화 System 설치시 많은 시간 소모 - 자재 설치시 숙력된 기술자 요구 - 유지관리가 어려움 - 일부장비는 국내여건상(경제적 측면) 자동화 적용이 어려움 - 현장관찰을 별도로 수행하여야 함. - 계측 빈도가 자동 화에 비하여 떨어짐. - Data 집적 시간이 자동화에 비하여 상대적으로 떨어짐 - 인력 소모가 많다. - 정밀도가 낮음 (인위적, 시거적 오차 발생) - 현장 여건에 따라 계측의 난이도가 달라짐 - Data 집적에 많은 시간이 소모됨 비 고 영구계측을 할 경우 유리 영구계측을 안할 경우 유리 측점간격이 큰 현장에 유리 적용안 6.5 계측 흐름도 본 과업의 수행은 다음과 같은 기준하에서 운용하며 현장과의 유기적인 관리를 위하여 계측의 흐름도를 아래 그림2.와 같이 제시한다 계 측 팀 구 성 시료채취 및 현장 원위치 시험 지반자료분석 설계 및 시공절차의 검토 실 험 실 실 험 계기종류, 설치장소 및 방법 계측방법이 시공법에 지장을 주는지의 여부 계기의 현장점검 계측계획 수립 및 보완 계 기 구 입 계 기 검 사 계 기 설 치 계측결과의 정리·해석 보고 절차 조성 현장지질 및 시공상태 기록 유지 계 측 기 기 설 치 결과 보고 , 발간 계 측 결 과 해 석 계측결과 2차 해석 및 보완 계 측 결 과 분 석 계 측 계 획 재 검 토 설계 및 시공법 평가 장래 계측 계획에 대한 건의 설계 및 시공법의 수정 및 보완 7. 계측기별 사양 및 설치방법 1) 지중수평변위관(Inclinometer) (1) 설치목적 지하시설물 설치를 위하여 굴토가 진행되는 동안 토류벽 강성이나 토질에 따라 정도의 차이는 있으나 일반적으로 굴토된 방향으로 횡방향 변위가 발생하고, 이에 따른 지반 침하현상을 유발시켜 인접 주요구조물 등에 심각한 피해를 발생시킬 수 있다. 따라서 경사계는 시공중 발생하는 횡방향 변위에 대한 위치와 방향, 속도 등을 계측하여 수평방향의 지반이완영역 및 인접 구조물의 안전성을 파악하기 위한 계측기기이며 아울러 수평변위를 발생시키는 몇가지 대표적인 사항을 살펴보면 다음과 같다. ① 굴착에 의한 응력의 해방 (Stress relief) ② 지하수위 하강으로 토립자 유효응력의 변화 ③ 장시간 하중재하로 기인된 압밀의 영향 ④ 토류 벽체의 변형 ⑤ 근입장이 충분하지 못하거나 근입장 주변 토질이 연약한 경우 ⑥ 토류판 배면의 뒷채움이 완전하지 못한 경우 ⑦ 어스앵커의 항복으로 지보역할이 불확실한 경우 위에서 나열된 요인은 독자적으로 작용한다기 보다는 여러요인들이 복합되어 수평변위를 주도한다는 것이 일반적인 사실이다. 따라서 현장계측을 실시하는 경우 위의 요소들을 세밀하게 관찰하여 변위발생을 최소화하는 한편 과도변위 발생시에는 합리적인 조치를 취할 수 있도록 대비하여야 한다. (2) 측정의 원리 및 방법 오늘날 널리 사용되는 평형력 가속도계(force balance accelometer)의 원리는 그림 3.에서 보인 것처럼 검전기(position detector)의 자기장에 한 질점(mass)이 놓여 있는데, 감지장치가 위치변동을 일으키면 질점(mass)위치가 변화하여 중력의 작용 방향으로 기울어지게 되며 이로 인하여 검전기에 전류의 변화가 일어나게 되고 이것은 서어보진폭기(servoamplifier)를 통해 복원코일(restoring coil)로 feed-back된다. 이때 질점(mass)은 초기상태의 영점 위치로 복원하고자하는 동일한 전자기력을 반대방향으로 가지게 되므로 평형이 이루어져서 움직이지 않는다. 전류가 저항기를 통과할 때의 전압을 측정할 수 있으며 이 전압은 질점(mass)을 평형상태로 유지하려는 힘과 정비례한다. 2축 방향(biaxial version) 경사계의 탐침안에는 90˚방향으로 각각 하나씩 가속도계가 들어 있으며 탐침은 계측시 Access tube의 홈을 따라 내려가며, 이때 탐침(probe) 의 기울기(sinθ)는 질점(mass)을 평형으로 하려는 힘과 정비례 하므로 연직축으로 부터의 편기는 측정된 전압에 비례상수를 곱하여 구할 수 있다. (3) 적용범위 ①RETAINING WALL이나 DIAPHRAGM WALL, 교량의 교각이나 교대 등의 수평변위를 측정 ②터널, SHAFT, 지중작업의 안정성, CUT SLOPE의 안정성 측정 ③댐이나 성토지반에 수평변위 측정 ④사면의 안정성검토 (4) 계측기 사양 ◎SENSOR ●Precision/Sensitivity : ±0.1mm per 500mm of casing length(Casing installed within 3°of vertical) ●Biaxial sensor : 2closed-loop, force balanced, servo accelometer ●Probe length : 730mm(less cable connector) ●Wheel base : 500mm ●Probe diameter : 25.4mm(O.D) ●Probe operating & storage temperature range : 0°to +90°from vertical ◎DIGITAL INCLINOMETER READ OUT ●System error : Accumulated error less than ±6mm per 25m up to ±20° ●System scaling : 48 × sinθ(other scaling avaliable) ●Operating range : 0°to ±75°from vertical ●Calibrated range : 0°to ±30°from vertical ●Display : 4½digits LCD(Liquid Crystal Display) ●Date recording : Manually, operator records LCD display data ◎CASING ●Nominal casing size : 2.75" O.D × 2.32" I.D(69.9mm ×58.9mm) ●Weight : 1.0lb/foot(1.49kg/m) ●Casing length(Standard & telescoping) : 10feet(3.05m), 5feet(1.52m) ●Self aligning standard coupling dimensions : 2.75"O.D × 6"length(69.9mm × 152.4mm) ●Maximum compression/extension casing length using standard coupling : 1% of casing length (5) 계측기 설치 방법 ① Crawler drill을 이용한 굴착공의 지름은 100mm로 굴착고 이하 5m 까지 천공한다. ② 보링하는 동안 케이싱 한쪽 끝을 ABS 본드로 커플링과 조립하고 리벳건을 사용하여 Riveting한다. ③ 굴착공으로 조립된 케이싱을 내리고 상부보호마개로 막고 설정된 측정방향으 로 케이싱의 홈방향을 맞춘다. 케이싱을 내릴때 공내수위가 높아 부력 때문에 더 이상 내려가지 않으면 케이싱안에 깨끗한 물을 넣어서 내린다. ④ Grouting을 위해 13mm정도의 P.E hose를 케이싱 하부로부터 1m되는 지점에 전기테이프를 사용하여 부착시킨다. Grouting액이 지표면으로 넘쳐흐르면 천천히 P.E hose를 들어올린다. ⑤ 케이싱 상단주위에 보호장치를 하고 Grout재가 침하한 부위에 다시 2차Grouting을 한다. ⑥ Grouting하는 도중 측정방향과 케이싱의 홈방향이 변경되지 않도록 케이싱 설치가 끝난 후 바이스 랜치를 사용하여 양쪽에서 고정시킨 후 Grouting을 한다. (5) 계측방법 경사계관의 Protective cover를 열고 Pully Assembly를 설치한 다음, Probe의 Wheel을 측정방향에 맞추어 경사계관 내부의 keyway를 따라 계획심도까지 내린 후 지시계의 스위치를 켜고 50cm씩 표시된 케이블을 assembly에 맞추어 올리며 측정을 하고 자동적으로 지시계에 수록된 계측값은 Computer로 전송하여 원하는 때에 출력하여 사용한다. 그림. 계측기 설치 형태 그림 . 계측기 설치 및 Data계산방법 그림 . 계측시 Sensor 방향 설정 1. 그림 . 계측 센서 2) 지하수위측정관(Water level Meter) (1) 계측목적 굴토가 진행되는 동안 굴착심도가 지하수위면 이하로 내려가게 되면 현장 내부로 지하수가 유입되게 된다. 이로인해 지하수위의 저하가 발생되면 인접 지반의 침하가 발생하게 되어 공사 진행에 큰 영향을 주게된다. 따라서 공사중 현장으로의 지하수 유입을 방지하고 지하수위 저하로 인한 침하를 막기위해 측정자료를 이용한다. (2) 지하수위계의 종류 지하수위계에는 크게 다음과 같은 3가지 종류로 구분할 수 있다. 표 12. 지하수위계의 종류 및 특징 수위계 종류 특 징 비 고 부 자 식 나무, 고무, 합성수지 등의 부자를 스틸테이프의 하단에 연결한 것으로 수위가 얕고 공경이 큰 관측정에 사용된다. 촉 침 식 전원, 전선, 전류계를 연결하여 수면에 검출부가 접촉하였을 때 전류를 감지하는 방식으로 공경이 작은 관측정에 적합하다. 본 현장에 적용된 측정방식 수 압 식 수심에 따라 변화하는 수압을 감지하는 것으로 작은 공경에서도 측정이 가능하다. (3) 적용범위 ①터파기 배면에 지하수위 측정 ②성토 및 연약지반에 지하수위 측정 ③수질오염측정 (4) 계측기 사양 ◎카사그란드식 수위계 ●형 식 : Polyehylene ●Pore Size : 60micron ●규 격 : Φ=38mm, L=150mm (5) 계측기 설치 방법 ①설치심도까지 천공 후 공내에 Slime이 1m이상 있으면 물을 분사하든지 이수를 사용하여 제거하고 Casagrande piezometer tip과 P. V. C standpipe를 연결하여 내린다. Casagrande piezometer tip은 1.5m로서 외부에 투수성이 높으면서 입자가 조밀하여 이물질의 침투를 막을 수 있는 P.D.B를 사용하여 감싼다. ② Pipe와 공벽 사이를 지표면까지 모래와 잔자갈로 채워 투수층을 형성시킨다. 지표면은 외부 물이 유입될 가능성이 있으므로 보호캡을 씌운 후 주위를 Cement grouting한다. (6) 계측방법 지하수위계의 센서를 P.V.C standpipe 안에 관입시킨 후 서서히 내린다. 센서가 파이프내의 수면에 닿으면 빨간불이 켜지고 부자가 울릴때의 심도를 줄에 표시된 눈금을 이용해 측정한다. 측정된 수위는 지반이 균질하고 투수계수가 크며 수압이 깊이에 비례하여 증가하는 경우 잘 맞으며, 반대로 지반이 불규칙하고 투수계수가 작은 경우는 수위의 상승과 하강에 대한 반응시간이 느려 오차가 심하다. 그림 . 계측기 설치 형태 그림 . 계측 센서 3) 어스앵카 축력측정기(V/W LOAD CELL) (1) 사용목적 어스앵커는 흙막이 구조물의 지지를 위하여 토류벽 배면에 정착시킨후 인장력을 주어 띠장 앞에서 고정시키게 되는데, 이때 발생되는 어스앵커의 반력과 설계시 제안된 설계축력을 상호 비교하고 토압의 작용크기 및 변화를 주기적으로 측정하기 위하여 Load Cell을 설치하게 된다. 측정원리는 Readout Unit에서 발생시키는 일정한 주파수에 대하여 Cell 내부에 장치되어 있는 현의 공명 진동수 또는 공명 주파수를 읽으므로서 가해지고 있는 압력을 산정하는 방법을 이용하고 있다. Load Cell의 반력은 Indicator에서 측정된 진동수를 하중으로 환산하므로써 구한다. (2) 적용범위 ①터파기 시공중 Strut나 H-pile에 부착하여 작용축력을 측정 ②가설 및 영구Anchor에 설치하여 측정값의 변화에 대한 안전도 측정 ③저장탱크 하중측정 ④Rock Bolt의 하중측정 (3) 계측기 사양 ◎VIBRATING LOAD CELL SENSOR(VH-100) ●Accuracy(linearity) : 0.5% F. S ●Safe overload : 50% rated capacity ●Temperature range : -40℃ to ±75℃ ●Sensitivity(nominal) : 0.01% ●Sensors : 3Vibrating wire strain gages ●Capacity : 980kN(98Ton) ●Size : I.D(76.0mm), O.D(137.9mm), Height(96mm) (4) 계측기 설치 방법 ① Load cell에 케이블을 연결한 후 영점 값을 읽고 기록한다. Load cell은 하중 에대한 예상치를 갖고 최대치의 Load cell이나 금속판인 베어링 표면의 물리적 변형이 거의 없는 상태의 충분한 강도와 두께의 평평하고 평행되는 베아링 금속판(Dia : 175mm, Height : 20mm)사이 설치되어야한다. ② Earth anchor스트랜드를 Center hole내부로 집어넣고 Lower plate를 거치시킨다. ③ Load cell을 거치 시킨다. Load cell은 베어링표면에 수직으로 설치하고 Cell의 축에 따라 물리적으로 중심을 잡는다. . ④ Upper plate를 거치 하고 유압잭을 이용하여 Earth anchor를 인장시킨다. ⑤ Strut하중측정기의 경우 Strut사이에 상하 지압판을 사용하여 Loadcell을 거치시킨다. ⑥ Earth anchor를 인장시킨 후 측정기(MB-6T)를 사용하여 즉시 측정을 하고,Extension Cable을 연결하여 측정, 비교하여 초기치를 설정한다. (5) 계측방법 센서 케이블에 측정기(MB-6T)를 연결하면 센서의 진동수(μ-sec)와 변형율(μ-strain)이 측정된다. 그림 . 어스앵카축력측정기 설치 형태 그림 . 계측 센서 4) 지표면 침하핀(SETTLEMENT PLATE) (1) 계측목적 굴착시 침하로 인한 지표면의 침하량을 알아내어 지반과 구조물의 안정성 및 거동을 판단 자료로 활용된다. (2) 적용범위 ①터파기 배면에 침하량 측정 ②성토 및 연약지반에 침하량 측정 (3) 계측기 사양 ◎침하판 ①Size : 50 X 50 X 1(cm) (4) 계측기 설치 방법 ① 설치위치를 50cm정도 침하판공간만큼 평평하게 파낸 후 침하판을 설치한 후 지표면까지 Cement로 Grouting한다. (5) 계측방법 ① 굴착전에 Level 측정기로 침하판 Top Level을 측량한후 주기적으로 측량을 하여 초기치와 비교하여 침하량을 계산한다. 5) SOIL NAIL응력측정기 (1) 사용목적 Soil Nail구조물에 부착하여 시공중 배면토압 변형에 의해 야기되는 Soil Nail 변형 및 응력을 측정하여 안전관리 검토. (2) 적용범위 ①Soil Nail 내부의 응력집중 현상을 측정 ②프리텐션 지지구조물이나 벽면 지지Nail의 하중변형을 측정 ③Soil Nail벽체의 소성영역 검토 ④Soil Nail증설 여부 및 적정길이 판단 (3) 계측기 사양 ◎SM-2W SENSOR ●Strain range : 3300μstrain ●Average resolution : μstrain ●SR-11 display : 1 ●SR-11 RS-232 output : 0.50 ●Average sensitivity : 0.14μsec/μstrain ●Temperature range : -50℃to 60℃ ●Thermistor accuracy : 0.5℃ ●Active gage length : 5.08(2.00)cm(in) ●Gage factor : 0.391 (4) 계측기 설치 방법 ① 측정하고자 하는 Soil nail면을 깨끗이 고른 후 Spot용접기를 이용하여 Strain Gage Sensor를 일정한 간격으로 Soil nail면에 부착시킨다. ② 부착시킨 센서의 케이블을 측정위치까지 연결시킨 후 보호덮개로 센서를 보호한 후 Grouting도중 물이 침투하지 못하도록 방수처리한다. Sensor에 기본적으로 1m Cable이 연결되어 있으므로 추가로 Cable 연결시에는 각 선을 납땜하여 연결한 후 열수축튜브를 사용하여 고정시키고 연결된 양쪽 Cable 외부를 다시 열수축튜브를 이용하여 고정시키면 방수와 외부힘이 작용하여도 단선되지 않는다. (5) 계측방법 센서 케이블에 측정기(MB-6T)를 연결하면 센서의 진동수(μ-sec)와 변형율(μ-strain)이 측정된다. 그림 . Soil Nail 및 Pile Sensor 설치형태 그림 . 계측 센서 6) STRUT 응력 측정기 (V/W Strain Gage (1) 사용목적 굴토가 진행되는 동안 굴토된 방향으로 횡방향 변위가 발생하고, 이에 따라 버팀보에 작용하는 측압도 증가하게 된다. 따라서 변형율 측정계를 설치하여 Strut의 변형을 측정 벽체에 작용하는 토압을 산정할 수 있으며 공사의 안정을 도모할 수 있다. (2) 적용범위 ①터파기 시공중 Strut나 띠장 및 H-pile에 부착하여 변형측정 ②터널 라이닝이나 지지대에 부착하여 변형측정 ③파이프 라인 내부의 응력집중 현상을 측정 ④프리텐션 지지구조물이나 벽면 지지앵커의 하중변형을 측정 ⑤빌딩이나 교량 등에 건설중 또는 건설후의 지속적인 변형측정 ⑥Concrete 속에 매설하여 변형측정 (3) 계측기 사양 ◎SM-2W SENSOR ●Strain range : 3300μstrain ●Average resolution : μstrain ●SR-11 display : 1 ●SR-11 RS-232 output : 0.50 ●Average sensitivity : 0.14μsec/μstrain ●Temperature range : -50℃to 60℃ ●Thermistor accuracy : 0.5℃ ●Active gage length : 5.08(2.00)cm(in) ●Gage factor : 0.391 (4) 계측기 설치 방법 ① 측정하고자 하는 Strut면을 깨끗이 고른 후 Spot용접기를 이용하여 Strain Gage Sensor를 부착시킨다. ② 부착시킨 센서에 케이블을 측정위치까지 연결시킨 후 보호덮개로 센서를 보 호한다. Sensor에 기본적으로 1m Cable이 연결되어 있으므로 추가로 Cable연결시에는 각 선을 납땜하여 연결한 후 열수축튜브를 사용하여 고정시키고 연결된 양쪽 Cable 외부를 다시 열수축튜브를 이용하여 고정시키면 방수와 외부힘이 작용하여도 단선되지 않는다. (5) 계측방법 센서 케이블에 측정기(MB-6T)를 연결하면 센서의 진동수(μ-sec)와 변형율(μ-strain)이 측정된다. 그림 . 스트러트응력측정기 설치 형태 그림 . 계측 센서 7) 건물경사계 (Tiltmeter) (1) 사용목적 건물경사계(Tilt meter)는 인위적 또는 자연적인 영향으로 인한 지반이나 구조물의 경사 변화를 측정하기 위한 것으로 옹벽 콘크리트댐, 굴토시 인접건물 또는 암반사면 등의 회전 이동을 측정하는데 주로 이용된다. (2) 적용범위 ①빌딩의 굴토경사시 주위지반의 경사도를 측정 ②댐이나 성토층내의 경사도 측정 (3) 계측기 설치 방법(수동) ① 설치지점을 결정한 후 한변의 길이가 약 150mm정도인 정방향의 형태로 사포 등을 이용하여 설치면을 고르게 한다. ② 액형 접착제인 AR-16 A제와 B제를 충분히 교반하여 설치지점에 붓는다. ③ Tilt Plate의 1-3축이 현장방향으로 향하게 부착한다. 이때 가급적 수평을 유지하도록 한다. ④ 2-3 일 경과후 부착정도를 확인한 다음 초기치를 읽는다. (4) 계측방법(수동) 기본적인 원리는 경사계와 같이 평형력가속도계의 원리를 이용한 것으로 질점의 변동에 따라 전자기력이 생기고 이러한 전자기력을 이용하여 구조물의 기울기를 측정하는 것이다. 측정방법은 센서의 (+)방향이 기준판에 1번 방향이 되도록 올려 놓는다. 이와 같은 방법을 주기적으로 행하여 지시계에 나타난 수치를 읽어 기록지에 기록하고 초기치의 차를 분석하여 변형량과 속도를 파악한다 그림 . 건물경사계 설치 형태 그림 . 계측 센서(Tilt Plate, Tilting Sensor) 8.계측 관리 허용 기준치 지하굴착공사가 시행될 경우 적절한 공사관리 및 관찰방법이 수행되지 않으면 토류벽체에 과다한 변위나 침하가 발생하여 피해가 유발되고 공사 전반에 영향을끼치게 된다. 굴착공사시 계측을 통해 거동상태를 정량화하고 이를 토대로 공사진행의 완급을 조절하고 적용공법의 합리성을 검토하여 안전하고 합리적인 공사를 유도하는 이른바 정보화 시공법이 원활하게 실시되어야한다. 그러나 산만하게 집적된 자료를 체계적으로 분석하여 공사의 안정성을 예측할 수 있는 관리 기준이 적절하게 설정되지 않으면 공사관리가 불확실하게 되어 예산 및 시간의 낭비를 초래할 수 있다. 본 절에서는 현재까지 축적된 자료를 근거로 합리적인 계측 관리 기준을 설정하고 시공시 이를 적용코자 하며, 흙막이 벽체의 수평변위, 주변 구조물의 침하, 진동 및 소음, 지지 구조물의 응력 등으로 나누어 각각 기준을 제시한다. 1) 안정성 판단 정보화 시공의 주된 목표는 현장계측자료가 공사의 안정성과 경제성을 감안하여 설계 허용범위내에 유지되도록 제어하는 것이라 할 수 있다. 설계허용범위란 설계 기준치와 비교하여 충분히 안전측에 있음을 의미한다. 시공관리나 안전관리를 위한 자료관리 방법으로 절대치관리와 예측관리로 나눌 수 있다. 절대치관리란 시공전에 설정된 관리기준치를 실측치와 비교하여 해당시점에서의 안정성을 확인하는 방법이다. 반면에 예측관리란 다음 단계이후의 예측치와 관리 기준치를 비교 검토하고 사전에 공사의 안정성을 확인하거나 시공법을 검토하는 기법이다. 여기서 예측치란 현단계까지의 시공조건과 지반물성치를 고려한 해석을 실시하여 다음 단계에서 거동을 추정한 값을 지칭한다. 절대치관리는 작업이 비교적 단순하고 계측결과에 대해서 즉각적으로 대처할 수 있다는 점에서 장점이 있다. 반면에 예측관리는 조기에 흙막이 구조물의 거동을 추정할 수 있고 이에 따라 대응책을 검토할 시간적 여유가 충분하다는 장점이 있으나 대규모의 자료를 처리해야하는 부담이 있다. 시공관리나 안전관리를 목적으로 예측관리 기법이 채택되는 경우에는 절대치 관리를 병용하게 되는 것이 일반적이다. 2) 관리기준치 설정시 고려사항 계측항목별 관리기준치의 설정을 위하여는 다음과 같은 사항을 고려하는 것이 바람직하다. ○ 토질시험결과 : 지반조사 보고서 등을 참조하여 굴착지반의 구성 및 지반 특성을 파악하고, 토질 정수 등을 구하여 설계 및 모형 해석을 위한 자료로 확보한다. ○ 기존의 실시예 : 공사현장주변 및 공사 현장과 유사한 굴착공사에서의 공사경험 및 관리기준치를 참조하여 현장에 적용한다. ○ 설계계산 결과 : 토질시험 결과를 이용한 가설구조물에 대한 설계계산 결과에서 토류벽의 응력, 지보재 축력, 설계토압 등을 구하여 관리기준치 설정을 위한 자료로 적용한다. ○ 수치해석결과 : 탄성 해석법 및 FEM 해석법에 의하여 각 굴착단계마다의 가설구조물 및 굴착지반을 시뮬레이숀(Simulation)하여 해석한다. 이 방법에 의하여 각 굴착단계별 마다의 가설구 조물의 응력 및 변위, 굴착지반의 변형, 토류벽의 변형, 주변지반의 수평변위 및 침하를 계산하여 관리기준치 설정을 위한 자료로 사용한다. 2-1) 관리기준 가) 관리기준치 설정 방법 개착 가시설 구조물을 탄소성 Beam-Spring Model을 적용하여, 단계별 굴착과 지보공에 따른 가시설 구조물의 거동을 예측하는 가시설 설계 프로그램인 Sunex의 결과치를 관리기준치로 설정한다. 나) 안전율 개념의 관리기준 각 구조물의 계측관리 기준의 절대치는 지반의 균질, 등방성 등과 같은 가정하에 계산하는 설계방법과 현지반의 구조물 거동과는 현저한 차이가 발생하므로, 설계시 추정치와 계측결과치와의 안전 율을 비교하여 공사의 안전성을 예측한다. 다음 표는 흙막이 공사의 시공관리에 있어서 일반적인 측정 항목별 판단 기준을 종합적으로 나타낸 것이다. 일반적인 측정 항목별 판단 기준 측정항목 판정기준 판 정 법 관리기준 위 험 주 의 안 전 토압, 수압 설계시의 토압 분포 설계치 F1=-------- 실측치 F1 < 0.8 0.8<F1<1.2 F1 > 1.2 벽체변형 설계시의 추정치 설계치 F2=-------- 실측치 F2 < 0.8 0.8<F2<1.2 F2 > 1.2 토류벽내 응력 철근의 허용인장 응력 설계치 F3=-------- 실측치 F3 < 0.8 0.8<F3<1.0 F3 > 1.0 토류벽의 허용 휨모멘트 설계치 F4=-------- 실측치 F4 < 0.8 0.8<F4<1.0 F4 > 1.0 Strut 축력 부재의 허용축력 설계치 F5=-------- 실측치 F5 < 0.7 0.8<F5<1.2 F5 > 1.2 굴착저면의 지반융기량 T.W Lambe에 의한 허용 Heaving량 실측결과가 위험영역에 Plot되는 경우 실측결과가 주입영역에 Plot되는 경우 실측결과가 안전영역에 Plot되는 경우 침하량 각 현장마다 허용치를 결정 각 현장상황에 맞는 허용침하량을 지정하고, 그 허용침하량에 따라 위험 또는 주위를 판단한다. 부등침하량 건물의 허용부등 침하량 기둥간격에 대한 부등 침하량의 비 1/300 이상 1/300∼1/500 1/500 이하 3) 흙막이 벽체의 수평 변위 기준 굴착 공사시 흙막이 벽체는 수평방향으로 거동을 보이게 되며 이러한 거동은 벽체 및 지지 구조물의 강성, 배면지반의 토질특성, 굴착 진행 속도 등에 따라 영향을 받게 된다. 다음 그림 .는 여러 굴착현장에서 얻어진 최대 수평변위를 흙막이 벽체의 강성별로 도시한 것으로 최대 수평변위와 굴착 깊이의 비 (δHm/H) 는 0.2∼0.5% 정도의 범위에 있음을 알 수 있다. 본 현장과 같이 H-PILE로 이루어진 토류구조물이 설치되어 있는 경우에는 0.3% 이내로 수평변위를 관리해야 할 것으로 추정된다. 그림 .흙막이 벽체별 최대 수평변위 (Clough, 1990) 4)인접 구조물의 침하기준 굴착에 의해서 발생되는 주변지반의 침하가 주로 인접구조물에 영향을 주는 주된 원인으로 작용되는데 주변침하의 주된 요인은 다음 사항으로 규명될 수 있다. ① 말뚝의 관입 또는 발파시 진동에 의한 주변지반의 다짐 또는 압축 ② 토류벽의 수평변위에 의한 배면토의 수평이동 ③ 탈수에 의하여 수반되는 현장 내부로의 토사유출에 따른 침하 ④ 과잉간극수의 소산에 의한 압밀침하 ⑤ 굴착저면의 부풀음(Heaving)에 의한 주변지반의 침하 ⑥ 토류판 설치시 뒷채움 불량으로 인한 배면토의 이동 ⑦ 주변의 상·하수도관의 파괴에 의한 누수로써 유발되는 함몰침하 흙막이 벽체가 수평방향으로 변위를 일으키면 배면 지반에서는 침하가 발생하게 된다. 일반적으로 토사로만 구성된 지층조건에서는 수평변위 면적과 침하면적은 동일하다고 가정하게 된다. 따라서 침하기준은 다음 그림 .에서 보는 바와 같이 (δVm /H)=0.3% 이내로 침하량을 관리해야할 것으로 추정된다. 그림 . 흙막이 벽체의 최대 지반 침하량 (Clough, 1990) 위의 사항에 의하여 발생된 침하의 종류로는 크게 균등침하, 전도 및 부등침하로 대별된다. 또한 구조물의 강성에 따라서 침하의 종류를 분류할 수 있다. 참고로 여러 구조물에 대한 최대 허용침하량과 건물에 유해 요인으로 작용되는 허용 각 변위에 대한 기준은 다음의 표 , 그림 과 같다. 표 14. 구조물의 종류에 따른 허용 침하량 (Sowers, 1962) 침하형태 구조물의 종류 최대 침하량 비 고 전체침하 배수시설 출입구 부등침하의 가능성 석적 및 조적구조 뼈대 구조 굴뚝, 사이로, 매트 15.0∼30.0cm 30.0∼60.0cm 2.5∼5.0cm 5.0∼10.0cm 7.5∼30.0cm 전 도 탑, 말뚝 물품적재 크레인 레일 빌딩의 조적벽체 0.004S 0.01S 0.003S 0.0005∼0.002S S : 기둥 사이의 간격 또는 임의 두점 사이의 거리 부등침하 철근콘크리트 뼈대구조 강 뼈대구조 (연속) 강 뼈대구조 (단순) 0.003S 0.002S 0.005S 각 변 위 δ / L` │ ││ │ │ └ 침하에 예민한 기계기초의 작업곤란 │ ││ │ └ 사재를 가진 뼈대의 위험한계 │ ││ └ 균열을 허용할 수 없는 빌딩에 대한 안정한계 │ │├ 칸막이벽에 첫 균열이 예상되는 한계 │ │└ 고가크레인의 작업곤란이 예상되는 한계 │ └ 강성의 고층빌딩의 전도가 눈에 띄일 수 있는 한계 ├ 칸막이 벽이나 벽돌벽의 상당한 균열 ├ 가소성 벽돌벽의 안전한계 └ 일반적인 건물의 구조적 손상이 예상되는 한계 그림 23. 여러 가지 구조물에 대한 각변위 한계 (Bjerrum, 1963) 5) 지하수위 저하의 영향 기준 굴착공사의 심도가 지하수위 이하에 도달하는 경우 현장 내부로 지하수가 유입되어 지반의 유효 응력이 증가하게 된다. 이로 인해 지반이 침하되고 인접 구조물에 영향을 미치게 된다. 이러한 주변의 침하는 공사에 막대한 지장을 주거나 실제의 수위변화를 고려하지 못하여 발생되는 토압의 증가 등은 공사의 난이와 공기 및 공사비에 큰 영향을 미치므로 주의하여 대처하여야 한다. 지하수위의 변동이 영향을 미치는 주요 사항은 다음과 같다. ① 인접지반의 침하나 건물의 침하 ② 인접구조물의 지지력 저하 ③ 침하로 인한 공공매설물 (가스관, 상·하수도관) 의 피해 ④ 지하수의 유로 재편성에 따른 우물의 고갈 경험적으로 볼 때 1일 강수량 50mm 이상의 집중 강우시 배면지반에서의 지하수위변화는 0.3m 정도로 판단되므로 지하수위계를 통한 수위면 측정시 1일 변화량 0.1m 정도를 이상치로 설정하고 1일 변화량 0.3m 이상일 경우 위험치로 설정하고자 한다. 6) 지지구조물의 응력기준 굴착공사시 흙막이 구조물을 지지하는 구조물로서는 Sheet Pile, C.I.P, 버팀보, 어스앵커, 레이커, 타이로드 등이 있으며 이중 본 현장에 적용된 지지 구조물은 Sheet Pile, C.I.P, H-Pile+ 토류판(토류 Con'c), 어스앵커이다. 흙막이 벽체의 구조 계산시 각각의 Soil Nail, 버팀보, 앵커에 대해 반력이 산정되며 이를 지지할 수 있도록 구조물의 제원이 결정된다. 또한 실제 공사 시에는 설계시에 산정된 반력과 계측시에 측정된 반력을 서로 비교하여 안정성 여부를 확인하게 된다. 따라서 지지 구조물에 대한 응력기준은 구조계산시 얻어진 반력으로 정할 수 있으며, 또한 반력 변화 추세의 증감도 중요한 고려 요소이며 이에 따른 안정성 판단 기준은 다음 표와 같다. 표 15. 지지구조물의 반력 변화에 따른 안정 지지구조의 안정상태 변화상태(Soil Nail) 변화상태 (어스앵커) 변화상태 (버팀보) 안 정 주 의 특별 관리 시점 위험상태, 보강요망 < 0.6σa < 0.7σa < 0.8σa < 0.9σa 5ton 이내 증감 5∼10ton 증감 10∼15ton 증감 15ton 이상 증감 10ton 이내 증감 10∼20ton 증감 20∼30ton 증감 30ton 이상 증감 7) 진동 및 소음 기준 도심지 굴착 공사시에 발생되는 진동, 소음등은 인접구조물에 예기치 못한 손상을 입히거나 인근 주민들에게 불편을 주게된다. 따라서 이에 대해서는 공사중에 철저한 관리가 요망되며 수시로 측정 실시하여 관리 기준값 이하가 되도록 하여야 한다. 진동에 관한 진동 규제 기준치로는 일반적으로 0.5cm/sec 를 사용하고 있으며, 굴착 공사시 소음 유발 장비에 의한 소음은 소음 규제법에 의해 55∼75dB 을 기준값으로 정하고 있어 이를 관리기준치로 설정하고자 한다. 표 16. 서울 지하철공사 (발파허용치) 적용 기준 구 분 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 건물 구분 문화재 주택, 아파트 실금이 나타나 있는 상태 상가 금이 없는 상태 철근 Concrete 및 빌딩, 공장 건물기초의 허용치 0.2 cm/sec 0.5 cm/sec 1.0 cm/sec 1~4 cm/sec 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 dB +-------+-------+-------+------+------+-----+-------+--------+-------+--------+ | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 스튜디오 라디오가 라디오가 시끄러운 백화점 공장 지하철 전차통과 젯트엔진옆 없는주택 있는주택 사무실 (평균치) 전차내 중 가드 고막터짐 그림 . 소음과 크기 9. 결 론 전술한 바와 같이 굴착에 따른 가설구조물 및 인접지반의 안정성 평가방법에는 ① 시간경과에 따른 변화로 판단하는 방법 ② 관리기준에 의한 방법 ③ 경사계 자료에 의한 응력의 역해석에 의한 방법 ④ 탄성 또는 탄소성에 의한 방법등이 있지만 어느 한가지 방법을 가지고 해석하기에는 각각의 모순점이 발견되어 폐사에서는 탄성 또는 탄-소성해석에 의한 방법으로 부재에 작용하는 축력 및 지반의 토압을 현장에 설치된 상태로 재배치 구성하고 이를 다시 구조계산하여 나온 수치를 가지고 관리기준에 의한 관리한계치와 비교, 검토하여 분석한다. 경사계등 응력으로 계산할 수 없는 계측기기는 경사계 및 기타 측정기자재의 계측치와 복합 비교, 검토하여 이를 다시 역해석하여 시간경과에 따른 변화로 판단함과 동시에 관리기준에 의한 방법 등을 복합분석하여 최종분석을 실시할 예정이다. 발췌:<a href="http://www.togeon.com/measuring/measuring1.htm" target=nlink>http://www.togeon.com/measuring/measuring1.htm</a>