표제지
목차
연구요약 5
제1장 20
1.1. 연구 배경 및 목적 21
1.1.1. 연구 배경 21
1.1.2. 연구 목적 22
1.2. 연구 범위 및 내용 22
1.2.1. 연구 범위 22
1.2.2. 연구 내용 22
1.3. 연구 수행방법 23
1.4. 기대효과 및 활용계획 23
제2장 가설 흙막이 굴착공법의 관련 제도 및 적용 현황 24
2.1. 국내외 관련제도 검토 25
2.1.1. 지하안전평가 및 관련제도 25
2.1.2. 국외 관련 제도 검토 29
2.1.3. 기타 국내 주요기관의 관련기준 31
2.2. 국내 가설 흙막이 굴착공법의 적용사례 분석 33
2.2.1. 가설 흙막이 굴착공법의 적용 현황 33
2.2.2. 가설 흙막이 굴착공사 시 적용 주요공법 35
2.2.3. 가설 흙막이 굴착공법의 선정 방안 37
2.2.4. 가설 흙막이 벽체의 종류와 선정 41
2.2.5. 가설 흙막이 벽체의 지보 공법 선정 방안 43
2.2.6. 가설 흙막이 굴착공사의 보조공법의 선정 방안 47
2.2.7. 기타 조사 및 검토사항 47
제3장 가설 흙막이 굴착공사의 중점관리방안 검토 49
3.1. 지반 굴착에 따른 인접지반의 변위 발생요인 50
3.1.1. 가설 흙막이 벽체의 변위 발생요인 50
3.1.2. 가설 흙막이 굴착공법의 설계 및 시공과정에서의 문제점 54
3.2. 가설 흙막이 굴착공법의 중점관리방안 검토 55
3.2.1. 가설 흙막이 굴착공법 선정 시 주요 검토사항 55
3.2.2. 인접 구조물의 침하관리기준 및 손상도 판정기준 56
3.3. 가설 흙막이벽체 배면 지반침하 및 인접구조물 영향 예측방안 59
3.3.1. 수치해석에 의한 침하예측 59
3.3.2. 이론 및 경험적 방법에 의한 예측 60
3.4. 지반 조건 지하수 변화, 주변 환경 등을 고려한 적정공법의 선정방안 63
3.4.1. 가시설 선정시 검토 63
3.4.2. 설계 목적의 적정성 검토 64
3.4.3. 지형에 관한 검토 64
3.4.4. 지질에 관한 검토 65
3.4.5. 인접 구조물에 관한 검토 66
3.4.6. 근접시공에 관한 검토 66
3.4.7. 지보시스템의 선정방안 검토 71
제4장 소규모 가설 흙막이 굴착공법의 설계 및 유지관리지침(안) 제시 73
4.1. 가설 흙막이 굴착공법의 설계, 시공 및 계획의 적정성 검토 74
4.1.1. 가설 흙막이 굴착공법의 해석 방법 검토 74
4.1.2. 사전 및 예비조사단계 시 주요 검토사항 78
4.1.3. 소규모 가설 흙막이 굴착공법의 설계단계 시 주요 검토사항 79
4.1.4. 설계지하수위 결정을 위한 검토사항 86
4.1.5. 안정성 확보를 위한 구조계산 검토사항 88
4.2. 소규모 가설 흙막이 굴착공법의 시공계획 수립방안 91
4.2.1. 각 공종별 시공계획서의 주요 검토사항 91
4.2.2. 소규모 가설 흙막이 굴착공법의 공사관리 시 주요 검토사항 94
4.2.3. 소규모 가설 흙막이 굴착공법의 선정 및 관리계획 수립방안 96
4.2.4. 가설 흙막이 구조물의 해체 및 철거 98
4.3. 소규모 가설 흙막이 구조물의 유지관리방안 검토 99
4.3.1. 소규모 가설 흙막이 구조물의 유지관리 주요 검토사항 99
4.3.2. 소규모 가설 흙막이 벽체의 벽체 및 각 지지체별 시공시 유의사항 100
제5장 소규모 가설 흙막이 굴착공사의 계측관리기준(안) 제시 103
5.1. 가설 흙막이 굴착공사 현장의 선별기준 및 평가방안 검토 104
5.2. 소규모 가설 흙막이 구조물 계측관리의 주요 검토사항 110
5.3. 소규모 가설 흙막이 구조물의 계측관리방안 검토 116
5.3.1. 소규모 흙막이 굴착공사에 적용 가능한 계측기의 종류 및 관리기준 검토 121
5.3.2. 소규모 흙막이 굴착공사에 적합한 계측기의 배치 및 계측관리 방안 126
5.3.3. 소규모 흙막이 굴착공사를 위한 관리기준치(안) 및 단계별 대응방안 130
제6장 기타 제안사항(신기술, 신공법 등) 134
6.1. 흙막이 벽체 공법의 관련 신기술 검토 136
6.2. 흙막이 지지체 개량공법 142
6.3. 차수 및 지반보강 개량공법 148
6.4. 기초보강 개량공법 153
제7장 결론 및 고찰 156
참고문헌 159
[부록 I] 소규모(10m 이하) 도심지 내 가설 흙막이 굴착공사의 공사관리 및 계측관리 지침(안) 163
[부록 II] 국가건설기준과 주요 기관별 가설 흙막이 공사 시방기준 비교표 206
판권기 2
[표 1.1] 연구의 세부 흐름도 23
[표 2.1] 지하안전평가 종류, 2020 25
[표 2.2] 지하안전평가의 평가항목 및 방법 (지하안전관리에 관한 특별법 시행령 [별표 2] 참조) 26
[표 2.3] 소규모 지하안전평가의 평가항목 및 방법 (지하안전관리에 관한 특별법 시행령 [별표 6] 참조) 26
[표 2.4] 지하안전관리에 관한 특별법 시행령」에 따른 대상 및 평가서 작성항목 27
[표 2.5] 지하안전관리에 관한 특별법 시행령」별표4에 따른 평가 및 조사방법 27
[표 2.6] 산업안전보건기준에 관한 규칙 [별표 11] 굴착면의 기울기 기준(제338조제1항 관련) 28
[표 2.7] 지반의 종류별 굴착 경사기준 30
[표 2.8] 굴착면 구배에 대한 기준 31
[표 2.9] 흙막이 벽체 비교(실무자를 위한 흙막이 가설구조의 설계, 2010, 황승현)(©:유리, O보통, △보통-불리,x : 불리) 32
[표 2.10] 가설 흙막이 굴착심도별 현황 33
[표 2.11] 가설 흙막이 공법 적용현황 33
[표 2.12] 가설 흙막이 지지공법 적용현황 34
[표 2.13] 가설 흙막이 차수공법 적용현황 34
[표 2.14] 지반침하 발생 현황(17년~'21년 6월) 35
[표 2.15] 주요 가설 흙막이 공법의 비교 (예) 35
[표 2.16] 차수공법비교 - McG, MSG, SGR, CF, SCM, NDS, ASG, BGI, LW, SRC, SQJ 36
[표 2.17] 주요 GPR탐사 장비 및 방법 (예) 48
[표 3.1] 지반굴착 흙막이공사에 수반하는 사고요인(흙막이 설계와 시공, 오정환) 51
[표 3.2] 지하안전평가서의 주요 작성항목 55
[표 3.3] 최대허용 침하량 (Sowers, 1962) 57
[표 3.4] 등급별 안전조치(한국시설안전공단, 2009) 57
[표 3.5] 건축구조물 손상한계(Skempton, 1955) 58
[표 3.6] 구조물 피해정도(Skempton & MacDonald, 1956) 58
[표 3.7] 흙막이 가시설 구간에서의 관리치 선정(일본, 서울지하철 계측관리요령 발췌) 58
[표 3.8] 도심지 굴착공사에서 근접 정도 판정 및 굴착영향 범위 69
[표 3.9] 도심지 굴착공사에서 근접 정도 판정(일본건설성토목연구소, 2009) 70
[표 3.10] 벽체의 형식(DM-7.2) 71
[표 3.11] 깊은 굴착에 사용되는 지보 시스템의 결정에 관여하는 요소(20피트이상)(DM-7.2) 71
[표 3.12] 버팀 또는 타이백 벽체에 대한 설계사항(DM-7.2) 72
[표 4.1] 해석 영역 선정과 관련한 설계기준 및 문헌 내용을 요약 75
[표 4.2] 표준매뉴얼 고찰을 통한 지반안전성 검토범위 산정(지하안전평가 사례집, 2021.12) 75
[표 4.3] 보는 관점에 따른 수치해석에 의한 지반안전성 검토범위 산정 76
[표 4.4] 수치해석과 이론 및 경험식에 의한 지반안전성 검토범위 산정 결과 비교 77
[표 4.5] 지반조건과 시공현황을 고려한 지반안전성 검토범위 산정 방법(제안식) 78
[표 4.6] 흙막이 설치위치 및 주변현황에 대한 사전 조사항목 79
[표 4.7] 가시설 흙막이 설계 흐름 80
[표 4.8] 지반정수 산정에 대한 설계기준 및 참고문헌 80
[표 4.9] 현장조사 항목 및 수량 (지하안전관리_업무지침_(제9조(지반 및 지질현황 관련)) 81
[표 4.10] 지층별 지반정수(내부마찰각) 산정 결과 예시(지하안전평가서 표준매뉴얼 2021.7 발췌) 82
[표 4.11] 굴착구간의 지반조사 위치별 조건에 따른 구역 구분 83
[표 4.12] 굴착심도에 따른 구역 선정 84
[표 4.13] 굴착범위의 배면 하중조건에 의한 구역 구분 85
[표 4.14] 현장 및 설계조건을 고려한 검토단면 설정 요약 85
[표 4.15] 흙막이 벽체 배면의 구조물에 대한 하중 기준표(지하안전평가서 표준매뉴얼 2021.7 발췌) 86
[표 4.16] 안전측 설계를 한 침투해석 미적용시 지하수위 상승값(설계지하수위) 제안 87
[표 4.17] 안전측 설계를 한 침투해석 미적용시 굴착단계별 지하수위 저하값 제안 88
[표 4.18] 지층별 흙막이 벽체 적용 예시 88
[표 4.19] 가설 흙막이 벽체의 안전율 (가설흙막이 설계기준 KDS 21 30 00(2020). 표 3.2-1) 89
[표 4.20] 엄지말뚝, 버팀대 및 띠장 등에 사용되는 강재 92
[표 4.21] 록볼트의 품질기준 93
[표 4.22] 지반 조건에 따른 추정 주입률 94
[표 4.23] 그라우트 주입효과의 확인방법 94
[표 5.1] 평가등급별 점검 우선순위 104
[표 5.2] 고(高)위험 굴착공사현장 선별기준 105
[표 5.3] 소규모(10m 미만) 굴착공사 현장점검 체크리스트(2021.12, 국토안전관리원) 106
[표 5.4] 착공후지하안전조사(이행실태점검) 체크리스트(사업계획 등의 변경ㆍ재협의 여부) 107
[표 5.5] 지하안전평가 협의내용 이행여부(공사 종류별) : 건축물 공사 흙막이벽체 공법 108
[표 5.6] 지하안전평가 협의내용 이행여부(공사 종류별) : 건축물 공사 계측관리 109
[표 5.7] 지하안전평가 협의내용 이행여부(공사 종류별) : 건축물 공사 기타사항 110
[표 5.8] 설계의 안정성 확보(건설엔지니어링 및 시공 평가지침_설계용역평가 매뉴얼, 2022.1) 111
[표 5.9] 설계의 안전성 검토 업무매뉴얼(국토교통부)_지반 굴착 시 가설흙막이 굴착공사 계획(예) 112
[표 5.10] 선행하중에 따른 버팀대의 강성비 117
[표 5.11] 개착 및 인접구조물 계측항목(서울지하철 계측관리요령, 2015.6) 118
[표 5.12] 가설 흙막이 구조물의 계측계획(단지기술처-4106('20.11.03)) 119
[표 5.13] 기관별 계측 관리기준 요약 120
[표 5.14] 안전율 개념을 이용한 토류공사의 안전 시공관리치의 사례(정보화시공, 한국지반공학회) 120
[표 5.15] 가설 흙막이의 계측항목 121
[표 5.16] 계측기별 용도 및 활용방법 122
[표 5.17] 지중경사계 122
[표 5.18] 지중경사계 관리기준 122
[표 5.19] 지중수평변위계 최대 허용변위량 기준 123
[표 5.20] 지하수위계 123
[표 5.21] 지하수위계 관리기준 123
[표 5.22] 지표침하계 124
[표 5.23] 지표침하계 관리기준 124
[표 5.24] 변형률계 124
[표 5.25] 변형률계 관리기준 124
[표 5.26] 하중계 125
[표 5.27] 하중계 관리기준 125
[표 5.28] 건물경사계 125
[표 5.29] 건물경사계 관리기준 125
[표 5.30] 균열측정계 126
[표 5.31] 균열측정계 관리기준 126
[표 5.32] 굴착 영향범위를 고려한 계측 위치 선정 예시 (서울지하철 계측관리요령, 2015.6) 127
[표 5.33] 주요 구조물이 있는 경우(민원관리 중점)의 설치시기(서울지하철 계측관리요령, 2015.6) 128
[표 5.34] 계측관리 빈도 (지하안전평가 매뉴얼 2021.7, 국토교통부. 참조) 128
[표 5.35] 계측관리 빈도 (서울지하철 계측관리요령 참조, 2015.6) 129
[표 5.36] 계측관리 체계 및 시공관리 대책 130
[표 5.37] 10m 미만 소규모 도심지 굴착공사 공법별/계측항목별 관리기준치(안) (지하안전영향평가매뉴얼 및 서울지하철 계측관리요령 참조) 131
[표 5.38] 계측관리치 초과시 단계별 대응 방안(서울지하철 계측관리요령 참조, 2015.6) 133
[표 6.1] 건설신기술과 특허의 비교 135
[표 6.2] 일반적인 흙막이 벽체 공법 136
[표 6.3] 특수한 흙막이 벽체 공법 136
[표 6.4] A 벽체공법 137
[표 6.5] B 벽체공법 138
[표 6.6] C 벽체공법 139
[표 6.7] D 벽체공법 140
[표 6.8] E 벽체공법 141
[표 6.9] 일반적인 흙막이 지보 공법 142
[표 6.10] 특수한 흙막이 지보 공법 142
[표 6.11] A 지보공법 143
[표 6.12] B 지보공법 144
[표 6.13] C 지보공법 145
[표 6.14] D 지보공법 146
[표 6.15] E 지보공법 147
[표 6.16] 일반 차수 및 지반보강 공법 148
[표 6.17] 차수 및 지반보강 공법의 종류 148
[표 6.18] A 차수 및 지반보강 공법 149
[표 6.19] B 차수 및 지반 보강 공법 150
[표 6.20] C 차수 및 지반보강 공법 151
[표 6.21] D 차수 및 지반보강 공법 152
[표 6.22] 일반적인 기초보강 공법 153
[표 6.23] 기초보강 및 개량 공법의 종류 153
[표 6.24] A 기초보강 및 개량 공법 154
[표 6.25] B 기초보강 및 개량 공법 155
[그림 1.1] 공사 종류별 위험요소 21
[그림 1.2] 가설 공사별 위험요소 21
[그림 2.1] 지하안전평가 검토현황(지하안전평가 검토사례집, 2021.11.30 기준) 25
[그림 2.2] 일반적인 굴착중 발생하는 지반문제 분류(계속) 29
[그림 2.3] 일반적인 굴착중 발생하는 지반문제 분류 30
[그림 2.4] 굴착 흙막이 굴착공법의 종류와 분류 37
[그림 2.5] 사면개착공법 예 37
[그림 2.6] 자립식 개착공법예(sheet pile) 38
[그림 2.7] 버팀보식 개착공법 예 38
[그림 2.8] Earth anchor 설치예 39
[그림 2.9] 아일랜드 공법 개요 39
[그림 2.10] 트랜치 컷 공법 40
[그림 2.11] 역타(Top down) 공법 시공 개요 40
[그림 2.12] 케이슨(caisson) 공법 시공 개요 40
[그림 2.13] 가설흙막이벽체의 형식(구조물기초설계기준, 2018) 41
[그림 2.14] 엄지말뚝十흙막이판 공법 41
[그림 2.15] 널말뚝(Sheet Pile)설치 개요도 42
[그림 2.16] CIP(Cast-In-Place Pile,)개요도 42
[그림 2.17] SCW(Soil Cement Wall) 43
[그림 2.18] 지하연속벽(Diaphragm Wall) 43
[그림 2.19] 자립식 개요도(2열 적용 시) 44
[그림 2.20] 버팀보 공법 개요도 44
[그림 2.21] 조립식 간이 흙막이공법 개요도(주식회사 한국에어로테크, 2009) 45
[그림 2.22] 레이커공법 개요도 45
[그림 2.23] 지반앵커공법 개요도 45
[그림 2.24] 네일공법 개요도 46
[그림 2.25] 록볼트공법 개요도 46
[그림 2.26] 타이로드 개요도 46
[그림 2.27] 공동 보강 및 관리방안 48
[그림 3.1] 벽체변위에 따른 인접지반 침하거동 50
[그림 3.2] 히빙 발생현상 51
[그림 3.3] 히빙발생에 대한 대책 (흙막이설계와 시공, 2001, 오정환) 51
[그림 3.4] 보일링(Boiling)현상 52
[그림 3.5] Quick Sand 상태에서 지반굴착 현장 52
[그림 3.6] H-beam버팀 및 화타 53
[그림 3.7] 강관버팀보 설치 예 53
[그림 3.8] 어스앵커 설치 및 가시설을 이용한 옹벽설치(예) 53
[그림 3.9] 흙막이(어스앵커버팀) 붕괴사례(YTN, 2013) 53
[그림 3.10] 흙막이(H-Beam버팀) 붕괴사례(연합뉴스, 2021) 54
[그림 3.11] 계획단계에서 흙막이 검토 흐름도(흙막이 가설구조의 설계, 2010, 황승현) 56
[그림 3.12] Bjerrum(1963)이 제안한 각 변위의 한계 57
[그림 3.13] 토압적용 방안(Rankine 토압, Peck 토압, Peck(토사)+Rankine(암반)) 59
[그림 3.14] 대표단면 및 탄소성해석 결과도(예시) 59
[그림 3.15] 해석단면 및 해석모델링도(예시) 60
[그림 3.16] 유한요소 해석결과도(예시) 60
[그림 3.17] 흙막이벽 배면 지반침하 예측(Peck, 1969) 60
[그림 3.18] 토질조건에 따른 거리별 침하량 (Clough 등) 62
[그림 3.19] 지반변위의 예측 계수 (C1, C2) : (좌), (C3, C4) : (우) 62
[그림 3.20] 흙막이 시공(목재토류판十버팀대十레이커(좌), 토류벽콘크리트十앵커(우)) 63
[그림 3.21] 굴착공사 시 흙막이벽의 검토항목(구조물기초설계기준, 2018) 63
[그림 3.22] 가시설 단면계획 및 발파굴착계획 64
[그림 3.23] 구조물인접을 고려한 가시설계획(C.I.P) 65
[그림 3.24] 강우강도를 고려한 지하수위 상승(좌) 및 현장측자료분석(우) 65
[그림 3.25] 투수계수분석(좌) 및 차수그라우팅 주입재의 입경 검토(우) 66
[그림 3.26] 인접구조물을 고려한 3D 수치해석의 예(ABAOUS) 66
[그림 3.27] GPR탐사장비(Geophysical Survey Systems Inc) 및 탐사결과(우) 67
[그림 3.28] 수치해석에 의한 발파영향검토(좌) 및 발파계획(우) 67
[그림 3.29] 근접시공의 검토순서(한국지반공학회, 2002) 68
[그림 4.1] 흙막이벽 배면 지반침하 예측(Peck,1969) 74
[그림 4.2] 벽체배면에서의 거리별 침하량(Caspe,1966) 74
[그림 4.3] 토질조건에 따른 거리별 침하량(Clough 등,1990) 75
[그림 4.4] 적용 가능한 수치해석 개요 및 방법 75
[그림 4.5] 수치해석 결과를 적용한 지반침하 수렴범위(예) 76
[그림 4.6] 사업구간 내에 위치하는 각종 지하매설물에 대한 조사결과(예시) 79
[그림 4.7] 지층별 평균N치 산정시 굴착심도 하부 값 제외(예시) 81
[그림 4.8] 가설흙막이 굴착공사 시 시공내용이 포함된 도면(예시) 82
[그림 4.9] 10m 미만의 굴착현장에서의 지지체 수직 간격(예시) 89
[그림 5.1] 흙막이 벽체의 3가지 붕괴사례 110
[그림 5.2] 체계적인 계측관리 흐름도 113
[그림 5.3] 흙막이 벽체의 계측 위치(예시) 113
[그림 5.4] 흙막이 벽체의 수동계측 시스템(좌) 및 자동계측 시스템(우) 114
[그림 5.5] 스마트 계측 관리 기술의 정의(Lee et al, 2021) 114
[그림 5.6] 흙막이 벽체의 스마트계측 시스템 115
[그림 5.7] 스마트 계측 모바일 관제 시스템(예) 115
[그림 5.8] 스마트 계측 모바일 관제 시스템을 이용한 해석결과(예) 115
[그림 5.9] 정해석과 역해석 과정(Sakurai, 1997) 116
[그림 5.10] 가설 흙막이 구조물의 단면설계(예) 118
[그림 5.11] 가설 흙막이 구조물의 계측결과 분석 흐름도 (서울지하철 계측관리요령 참조, 2015.6) 132
[부록 I] 소규모(10m 이하) 도심지 내 가설 흙막이 굴착공사의 공사관리 및 계측관리 지침(안) 166
가설 흙막이 굴착공법의 선정지침(안) 166
[표 1.1] 도심지 굴착공사에서 근접 정도 판정 및 굴착영향 범위 166
[표 1.2] 도심지 굴착공사에서 근접 정도 판정(일본건설성토목연구소, 2009) 167
소규모 가설 흙막이 굴착공사의 계획 및 유지관리 지침(안) 175
[표 1.1] 흙막이 벽체의 설치위치 및 주변현황에 대한 사전 조사항목 175
[표 2.1] 엄지말뚝, 버팀대 및 띠장 등에 사용되는 강재 179
[표 2.2] 록볼트의 품질기준 181
[표 2.3] 지반 조건에 따른 추정 주입률 183
[표 2.4] 주입효과 확인법 184
소규모 가설 흙막이 공법 계측관리기준 및 CHECK LIST(안) 198
[표 1.1] 가설 흙막이의 계측항목 198
[표 1.2] 계측기 별 용도 및 활용방법 199
[표 1.3] 지중경사계 관리기준 199
[표 1.4] 지중수평변위계 최대 허용변위량 기준 200
[표 1.5] 지하수위계 관리기준 200
[표 1.6] 지표침하계 관리기준 200
[표 1.7] 변형률계 관리기준 200
[표 1.8] 하중계 관리기준 201
[표 1.9] 건물경사계 관리기준 201
[표 1.10] 균열측정계 관리기준 201
[표 1.11] 기관별 계측 관리기준 요약 201
[표 1.12] 계측관리빈도 202
[표 1.13] 계측관리빈도 202
[표 1.14] 계측관리 체계 204
[표 1.15] 10m 미만 소규모 도심지 굴착공사 공법별/계측항목별 관리기준치(안) 205
[부록 II] 국가건설기준과 주요 기관별 가설 흙막이 공사 시방기준 비교표 207
[표 2.1]/[표 2.10] 국가건설기준과의 주요 기관별 가설흙막이 시방기준 비교표 207
가설 흙막이 굴착공법의 선정지침(안) 168
[그림 1.1] 근접시공의 검토순서(한국지반공학회, 2002) 168
[그림 1.2] 엄지말뚝과 흙막이판(토류판) 개요도 169
[그림 1.3] 엄지말뚝과 흙막이판 개요도 170
[그림 1.4] CIP 개요도 170
[그림 1.5] 소일시멘트 개요도 170
[그림 1.6] 자립식 개요도(2열 적용 시) 171
[그림 1.7] 버팀보 공법 개요도 171
[그림 1.8] 조립식 간이 흙막이 공법 개요도(주식회사 한국에어로테크, 2009) 172
[그림 1.9] 레이커공법 개요도 172
[그림 1.10] 지반앵커공법 개요도 172
[그림 1.11] 네일공법 개요도 173
[그림 1.12] 록볼트공법 개요도 173
[그림 1.13] 타이로드 개요도 173
소규모 가설 흙막이 굴착공사의 계획 및 유지관리 지침(안) 176
[그림 1.1] 굴착공사의 일반적 시공절차 (예: H-pile十토류벽 공법) 176