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[한조각케잌레슨] [25조각] Top down 공법 ㅡ공법이해

Top Down 공법

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Top Down 공법

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Summary of article content: Articles about 탑다운공법 (TOP – DOWN) 장점 및 단점과 시공순서 탑다운공법 (TOP – DOWN) 1. 개요 도심지의 공사에 적합한 공법으로써 깊은 지하구조물 시공시에 주변지반에 악영향을 미치지 안고 안전하게 시행할 수 있는 공법 본 … …
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Table of Contents:

탑다운공법 (TOP – DOWN)

1 개요

2 공법의 장점

3 공법의 단점

4 시공순서

공지사항

Top Down 공법

▒ 기출문제

– 97회 2교시 4번 : 지하구조물 구축용 Top Down 공법의 일반사항을 요약하고, 공기단축, 공사비 절감, 작업성 및 안전성 향상 등을 위해 응용적용사례를 설명하시오.

– 75회 3교시 1번 : Top Down 공법의 시공순서 및 시공시 주의사항에 대하여 기술하시오.

– 63회 2교시 1번 : 역타공법의 선정배경과 가설 및 장비계획에 대하여 기술하시오.

▒ 개요

① 굴착공사 전 지하 외부 벽체와 기둥을 선 시공한 후 굴착공사와 병행하여 지하 구조물을 지상에서 부터 지하로 구축하는 공법을 탑다운공법(Top down Method), 역타(逆打)공법 이라한다.

② 기존 오픈 컷 공법으로 시공하기 어려운 대단면, 고심도의 굴착이나 인접건물이 밀집한 도심지에서 안정적으로 적용할 수 있다.

▒ 역타공법의 선정배경

① 도심지 고층건물의 지하공간 활용 증대

② 굴착공사의 고성능 장비의 출현으로 굴착심도 깊어짐

③ 기존 공법의 안전성, 경제성의 문제점 해결 필요

④ 고심도, 고층화에 따른 공기증가

⑤ 공사장내 여유부지 부족으로 인한 작업장 필요

▒ 특징(장단점)

1) 장점

① 지상, 지하 동시작업으로 공기단축

② 1층 슬래브 선시공하여 작업장으로 활용

③ 굴착 소음, 분진 방지

④ 인접건물에 악영향 적음

⑤ 흙막이의 우수한 안전성

2) 단점

① 역타 시공으로 인한 수직부재 조인트 발생

② 지중연속벽, Bored pile은 육안관찰 불가하므로 정밀한 시공관리 필요

③ 지하공사의 조명 및 환기설비 필요

④ 한정된 투입구로 자재 운반으로 작업능률 저하

⑤ 공기단축에 따른 간접공사비는 감소하나 직접공사비는 상승

▒ 공법의 종류

① 완전역타공법(full top down)

② 부분역타공법(partial top down)

③ Beam 및 Girder식 역타공법

▒ 시공순서

외벽시공 → 기초, 철골기둥 설치 → 1층 바닥판 설치 → 터파기 및 지상,지하 골조공사

▒ 기초 공사

① PRD(Percussion rotary drill) 공법

-Casing Screw를 사용하여 소음과 진동을 최소화한 지반천공공법

② Barrette 공법

-지중연속벽 장비로 사각형의 단면을 굴착 후 철골을 설치하는 공법

-경암반의 굴착이 불가능한 단점

③ RCD(Reverse Circulation Drill) 공법

-지중을 Φ1,500~2,500의 원형으로 천공하여 대형의 철골을 설치하는 공법

-경암굴착이 가능하고 탑다운공법에서 가장 널리 적용

▒ 슬래브 거푸집 공사

▒ 역타설콘크리트 공사

1) 기둥

2) 벽체

▒ 가설 및 장비계획

1) 환기설비

① 환기 계획시 고려사항

-굴토공사에 따라 환기체적 변화(최초 굴토시 가장불리)

-급배기구 위치는 최초 굴토시 환기 가능한 위치에 설치

-환기를 위한 설치공간 확보

② 환기방식 비교

2) 조명설비

① 작업에 필요한 조도 : 75Lux

② 조명설치

-거푸집 설치시 Φ150 PVC Pipe를 설치해 가설전등 설치

-거푸집 해체시에도 Pipe를 통해 해체 부분만 위로 이동

-1층 바닥의 가설전선 배관은 신설배관 이용 또는 가설배관 골조에 매설

3) 타워크레인

① 각층 개구부의 위치와 자재 양중, 운반로 고려하여 설치 위치 선정

② 타워크레인의 기종 및 설치방법 고려

③ 최대한 조기 가동하여 작업 효율 증대 필요

▒ 시공시 주의사항

① 지하연속벽, 철골기둥 위치 및 수직도 관리

② 역타 되는 철근의 이음, 철골기둥과 RC보의 접합부 등 정밀시공

③ 역타설 콘크리트의 재료분리, 충전불량에 주의

④ 역타설 콘크리트의 일체성 확보

⑤ 지하 작업에 필요한 환기설비, 조명설비 확보

▒ Top Down 공법의 응용적 사례

1) STD 공법

철골 브라켓 위에 조립식 버팀보(Double Strut)을 설치하여 지보공 및 RC보의 지지틀로 활용하여 골조공사와 굴착공사를 동시에 진행하며 콘크리트 양생 후 조립식 버팀보를 하강시켜 반복 사용하는 공법

2) STD 공법 개념도

3) 특징(기존 공법대비)

① 버팀보(D/S) 하강 후 굴토작업 가능으로 효율성 증대 및 공기단축

② 다양한 RC구조 형식 가능으로 설계변경 필요 없음

③ 층고 높은 실이 있는 경우 레이커 대신 버팀보(D/S) 활용으로 공사비, 공기단축

④ 지지틀이 있어 층 타설 후 램프 타설 가능

▒ 신기술 신공법

Strut Top Down 공법

건설신기술 제727호 신기술명 : 가설 철골기둥과 가설 철골브라켓에 거치되는 이중격자 철골보와 슬래브를 이용하여 흙막이를 지지하는 downward식 역타공법 (DBS 탑다운 공법)

▒ 연관문제

흙막이 공법선정 – SPS 공법 – Slurry wall 공법

▒ 참고문헌(출처)

1) 건축기술지침 / (주)대우건설

2) 건축시공기술 핸드북 / 나균석, 박광호

3) STD를 이용한 역타공법 제안서

Top-Down공법의 탄생과 발전

1. Top-Down공법의 탄생

Top-Down공법은 1938년, 영국의 Mr. Arup 에 의하여 독일의 폭격에 대처할 수 있는 지하 방폭대피소인 지하5층의 원형구조물의 설계로 제안되었다.

이 지하 방폭대피소는 0.5~1ton 규모의 직격 탄에 보호될 수 있도록 지표면 근처의 최상부 바닥슬래브와 지하외벽의 콘크리트 두께는 3.0m로 하고 지하외벽은 하부로 내려가면서 두께가 감소되도록 계획되었다. 이러한 깊은 굴토공사와 최상부의 두꺼운 슬래브공사를 하 기 위해서는 일반적인 방법으로는 어렵고 공사비도 크게 요구되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 애럽은 그림 1과 같이 해당층의 땅바닥 위에 바닥콘크리트공사를 하고 이 바닥 구조를 흙막이벽지지구조로 이용하면서 하부를 굴토하는 방식으로 상부에서부터 하부로 단계 별로 반복하여 시공하면서 지하구조물을 구축 하는 방법을 적용하였다. 이에 따라 바닥구조 들을 지지할 수 있도록 중간기둥들은 지중에 미리 설치하고, 지하외벽이 시공될 주변에 파 일을 지중에 촘촘히 설치한 후, 각 바닥을 땅 바닥 위에 시공하면서 하부를 굴토하며, 중앙 부 원형 개구부를 두어 토사를 반출하는 공사 방법과 순서를 제안하였는데, 바로 이 안에 의하여 Top-Down공법의 개념이 탄생되었다.

그 후 이러한 Top-Down공법 개념이 런던시 중심부에 있는 바티칸 예술센터와 YMCA 회관에 적용되었고, 런던의 대영도서관 공사 때 본 공법의 계획 및 시공이 체계화되었다.

2. Top-Down공법의 개발 및 발전배경

1960년대 유럽의 도시들에서 도시재개발사업 이 한창일 때, 새로운 건축물들이 대형화되고 깊은 지하층으로 설계되어 중세건물 등의 문화재 옆 또는 밑을 통과하는 프로젝트가 나타나면서 깊은 지하구조물의 근접시공, 인근지반의 변동의 극소화, 굴착공사시 안전성 및 지지방 법 등에 대한 설계와 시공법이 요구되었고, 그 러한 요구에 의해 본 공법이 적용되면서 발전하여 왔다. 그 후 프랑스, 이탈리아 등 유럽을 거쳐 홍콩, 일본, 미국 등에 알려지고 도입되 어 각 지역의 지질조건과 장비개발에 따라 일반화되어 왔다.

재래식 흙막이공법에 의한 지하층 구조공사시에 주위 지반침하, 근접시공곤란, 인접건물 및 지중매설물 등의 피해 등 제반 여건에 의해 공사지연 및 중단의 사례가 급증하고, Open-Cut 공법의 적용시 Earth Anchor의 사용이 어려워져 Strut공법으로 전환됨에 따라 흙막이공사에 따르는 문제점이 점점 많아지므로, 이에 대응하는 새로운 공법으로 Top-Down공법이 다음 과 같은 배경에 의하여 점차 보편화되고 발전하고 있다.

(1) 도심지건물의 지하층 대형화, 대심도화 건축물의 대형화 및 고층화로 인하여 지하구조의 용적을 극대화하기 위하여 지하 층수가 증가하고, 도심 주차시설의 확충에 따른 지하 주차장 확보를 위하여 지하층면적을 최대로 넓히는 추세이다.

(2) 지하 토공사의 안정성

지하 토질상태의 불확실성으로 지하 토공사시 그림 2와 같은 예측불허의 붕괴사고 발생이 빈발하고 있으며, 특히 도심지 밀집지역에서의 대형붕괴사고는 교통, 전기, 통신, 급․배수 등 공공에 피해를 주는 경우가 커지고 있으므로 각종 행정규제가 강화되고 있다.

(3) 적극적인 민원예방

건설공사 전반에 대한 환경규제 조건이 점차 강화되고 주변환경에 대한 시민의 인식이 바뀌어감에 따라 현장주위의 지반 변위로 인한 인접대지와 건물의 피해 및 환경공해(소음, 분진 등) 등으로 민원에 의한 공사지연, 중단의 사례가 급증하고 있다.

또한, 굴착깊이가 직접 보일 경우에는 심리적으로 더욱 불안감을 느끼게 되어 민원에 대한 적극적인 대책이 필요하다.

(4) 도심지공사의 작업장

도심지에서 대형건축물을 신축할 경우에는 대지의 활용도를 극대화하기 위하여 지하층면적을 최대로 넓히기 때문에 종래의 공법으로는 작업장 확보에 어려움이 많아 이로 인하여 작업능률의 저하, 공사기간의 장기화, 공사비 증가가 초래된다.

(5)공기단축의 필요성

건설기간중의 일반관리비 감소, 금융비용 감소 및 건물의 조기 사용에 의한 이익창출 등을 위해 공기단축을 위한 공법개발의 필요성이 대두 되었다.

(6)건설기술의 축적

근래 건축공사의 조건과 시공방법이 복잡해지 며, 지하구조가 차지하는 면적과 공사비 비중이 커지고 건설시장의 경쟁이 치열해짐에 따라 이에 대응할 수 있는 공법을 적용하기 위한 건설기술 축적이 필요하게 되었다.

3. 국내최초의 Top-Down공법을 적용한 현장

국내에 최초로 Top-Down공법을 적용한 건물은 그림 3의 서울특별시 중구 다동에 소재한 “LG화재 다동빌딩(지하5층 지상17층)”으로 1984년에 필자가 실무자로 홍콩의 오브애럽 (Ove Arup & Partners International)과의 기술 협력에 의하여 설계와 시공을 실시하였다. 그 후 국내에 Top-Down공법의 효과와 기술이 널리 소개되면서 서울, 부산, 대전 등의 도심지와 울산, 인천, 마산 등 해안지역에서 여러 대형 및 중형의 건축공사에 적용되어 왔다.

5. 해외의 Top-Down공법적용 현황

지난 몇 년동안 해외에서는 대표적으로 영국 런던의 웨스터민스터역의 에스컬레이터홀 (Westminster Station, 38m 깊이의 지하 에스 컬레이터 홀), 스페인 바르셀로나의 Diagonal Mar Centro Commercial 복합건물(각 변의 길이가 333m x 285 m x 235 m인 삼각형평 면, 지하 5층), 독일 프랑크푸르트의 MAIN TOWER(지하5층 지상 57층 오피스빌딩), 홍콩의 Cheung Kong Center(지하5층, 지상62 층) 등의 깊고, 넓고, 높은 건축구조물 공사에 대하여 불리한 지반과 주변조건에서도 각 현장에 적합한 Top-Down공법을 개발하고 적용하여 성공리에 각 현장의 소기 목적을 거두고 있다.

웨스터민스터역(그림 4)은 그림 5와 같이 지하 공사에 하부층 굴토시 지반의 변형을 최소화하기 위해 굴토공사 전에 지중에 수평으로 기초 하부(GL -40m)에 있는 지중연속벽간에 Tunnelled Strut (Hand Excavated Strut & Hammer Head)를 미리 설치하고, 지하 굴토를 진행하면서 지중연속벽간에 22m 길이의 Permanent Flying Shore로 지지하며 최하부 까지 반복하여 굴토한 후 공사가 완료된 후에도 이 부재는 영구구조로 사용하도록 계획한 것이 큰 특징이다.

Diagonal Mar Centro Commercial 복합건물 은 지하층의 평면크기가 거대하여 그림 6에서 처럼 바닥구조가 수축할 때 발생되는 횡변위를 고려하여 Top-Down공사용 기둥을 설계하고, 지하외벽과 바닥구조의 수평변형차이가 매우 커서 지하 외벽과 바닥구조 사이의 연결부에 특수한 상세를 적용하였다.

연약지반에 시공된 독일 프랑크푸르트의 Main Tower(그림 7)는 파일지정 온통기초(Piled Raft)로 지지되는 코어부를 선시공하고, Top-Down 공사용 파일은 그림 8과 같이 지열을 이용할 수 있도록 에너지파일로 시공된 것이 여러 특징 중 하나이다.

홍콩의 Cheung Kong Center(그림 9, 10)는 중앙부의 코어를 선시공하고, 24개의 타워기둥 을 2~3층간의 전이트러스에 의해 8개의 Super Column으로 저층부의 기둥 개소를 감소시켜 초고층 건물에 Top-Down공사를 적용하였다.

일본의 경우에도 Top-Down공법이 많이 적용되고 있지만, 깊은 연약지층이 많이 분포되어 있어 지하층수도 우리나라보다 적고 강진지역이기 때문에 지하구조를 철근콘크리트 혹은 철골철근콘크리트 라멘구조로 한다. 반면에 국내는 해안가 이외에는 깊은 연약층이 별로 없고 강진지역이 아니기 때문에 일본에서 실시하고 있는 지하구조형식이나 Top-Down공법은 국내에 적용하기에는 비합리적인 요소가 많다. 따라서 국내의 조건에 따라 적합한 지하구조형식과 Top-Down공법을 적용하여 발전되고 있다.

6. 최근 국내 현장의 Top-Down공사

국내에서도 Top-Down공법에 관련된 공사방식과 그에 적합한 구조형식, 구조요소 등이 개발되어 SPS공법, BRD공법, SOG형틀공법, ES-TD Column SystemTM, 램프구조 선시공 방식, 코어구조 선시공방식 등의 여러 기술들 이 현장에 활발하게 적용되고 있다.

그림 11의 SPS공법은 영구 구조물을 지보공으로 사용하여 구조적 안정성 및 주변변위를 최소화한 공법으로 흙막이 벽체공법 및 토질 상태에 관계없이 시공이 가능하다는 장점이 있다.

BRD공법(그림 12)은 거푸집, 동바리가 필요없고, 시스템 형틀을 사용하여 품질이 좋으며, 테두리보 삭제 및 데크사용으로 공정이 단순화 되고, 바닥골조공사와 굴토공사를 동시에 진행 할 수 있다.

Top-Down공법에서 SOG형틀공법(그림 13)으 로의 바닥구조 공사는 동바리 등의 가설구조물이 필요없고, 상대적으로 안전하며, 강재의 사용량이 적어 공사비가 적게든다는 장점이 있다.

ES-TD Column SystemTM은 Top-Down공사 용 선기초기둥으로 원형CFT를 이용하여 피어 천공구내 시공이 용이하고(그림 14), 전단연결 장치의 간단한 설치에 의하여 바닥접합부 시공이 가능하며(그림 15), 하중전달이 확실하여 경제적이고, 효율적인 선기초기둥의 구성이 가능한 공법이다.

그림 16의 램프구조의 선시공은 스트러트 등의 가설구조물의 존치기간이 짧고, 지반의 변 형이 상대적으로 작아 안전하며, 공사 중에도 지하 바닥구조로의 차량 진출입이 가능하여 초기에 주차장 또는 작업장 등으로 활용 가능하 게 한다.

코어구조의 선시공(그림 17)은 초기에 안정된 본구조체의 시공이 가능하고, 코어구조물을 위한 별도의 선기초기둥이 필요하지 않으며, 역타 이음부가 없다는 장점이 있다.

최근 국내에서는 서울 중앙우체국, 삼성생명 울산사옥, 강남 동양화재 신사옥 등에 Top-Down공법이 적용되었고, 현재도 서울 퇴계로 GS자이, 삼성동 복합시설, SK 남산 리더 스뷰 등의 현장에 사용되고 있다. 앞서 소개한 기술들이 여러 현장들에서 적용되고 있고, 심지어 그림 18와 같이 철골구조보다 중량이 큰 철근콘크리트 구조인 30층 이상의 지상부를 지하공사와 병행하여 경제적이면서도 구조성능과 시공성을 향상시키고 공기를 단축한 사례도 있다.

7. Top-Down공법의 이해

그림 19에서 보는바와 같이 일반공법에 의한 깊은 지하구조공사는 가설 흙막이벽과 가시설 버팀구조 또는 어스앵커를 설치하고, 지하부의 최하부까지 터파기를 한 후에 기초지정공사를 한 후 하부로부터 상부 방향으로 공사를 진행 하지만, Top-Down공법은 흙막이벽과 선기초 기둥을 지중에 설치하고 상부(1층 또는 지하1층)로부터 하부방향으로 지하바닥구조 공사를 하면서 굴토공사를 진행한다. 따라서 하부로부터 상부로(Up-ward) 지하구조공사를 진행하는 공법을 Bottom-Up공법, 상부로부터 하부 로(Down-ward) 지하구조공사를 진행하는 공법을 Top-Down공법이라고 부른다. Top- Down공법은 일본에서는 Sakauch공법이라고 하고, 굳이 우리말로 한다면 공사순서를 거꾸로 한다하여 역타공법이라 한다.

7.1 Top-Down공법의 특성

Top-Down공법은 흙막이벽 Open-Cut 공법과 같이 버팀대, 띠장, 어스앵커 등의 흙막이용 가설부재를 설치하지 않고, 공사단계별로 선시공되는 구조물에 작용하는 연직하중을 지지할 수 있는 기둥을 먼저 시공하고 이를 이용하여 지하굴토시에 흙막이벽에 작용하는 횡력(토압, 수압, 기타)을 지지할 수 있도록 본바닥구조나 임시버팀대를 설치하면서 점진적으로 하부로 공사를 진행하는 지하구조 공사방법으로 지하 부의 구조 및 굴토공사를 진행하는 동안 지상 부공사도 병행할 수 있도록 선기초 기둥을 설계 하면 공기를 단축할 수 있는 공법이다. 더욱이 1층바닥을 작업장으로 이용할 수 있고, 지상부 층과 지하부층을 동시에 시공할 수 있으므로 공기를 단축할 수 있는 등의 장점이 있다. 그 러나 지하층의 작업이 바닥 밑이 되므로 작업 능률이 떨어지는 점과, 기둥이나 벽의 역타 이음부의 일체화를 위해 별도의 대책이 필요한 단점이 있다. 본 공법의 특성을 요약하여 정리하면 다음과 같다.

7.2 재래식공법과의 다른점

(1) 지하부 및 지상부의 연직하중을 지지하는 지하구조의 기둥과 지하굴토시에 생기는 횡토 압․수압 및 지하부 연직하중을 지지하는 지하 외벽 등을 선시공 해야 한다.

(2) 선시공된 지하부의 기둥과 지하외벽을 이용하여 1층 바닥구조부터 시공하여 하부를 굴 착하면서 지하부 구조와 지상부 구조를 동시에 병행하여 시공할 수 있다.

(3) 바닥구조공사, 하부굴착을 반복하면서 순차적으로 시공되는 바닥구조는 굴토시 횡토압․ 수압을 받고있는 지하외벽을 지지하는 버팀대 역할을 한다.

(4) 지하구조의 철근콘크리트수직부재에는 역타이음부가 생긴다.

(5) 철근콘크리트 바닥구조공사에 동바리를 사용하지 않고 고른 땅위에 직접 거푸집을 설치 할 수 있다.

(6) 지하구조공사는 1층 바닥으로부터 하부로 진행되므로 토사 반출, 토공장비의 반출입, 자 재의 반출입 등을 위한 임시 작업구가 필요하고, 조명과 환기시설이 필요하다.

7.3 장점

(1) 가장 안전한 굴토공법

이 공법은 지하층 바닥구조체를 흙막이벽 지지 부재로서 이용하므로 내력에 충분한 여유가 있 고 연속성에 있어서 잉여력이 좋아 가설 버팀 대와 같은 연속적인 붕괴의 위험이 없다. 또한 굴토 공사전에 1층의 바닥이 흙막이벽 윗부분 을 고정시키고 단계별로 하부굴토공사와 바닥 구조공사가 진행되므로 터파기 기간중의 흙막 이벽의 변형이 작고, 주변의 건물이나 도로에 끼치는 침하장해를 최소한도로 막을 수가 있다. 따라서 현존하는 타공법에 비해 횡지지, 연직지지 강성이 우수하여 가장 안전한 공법으로 평가된다. 따라서 지하굴착부가

① 넓을 경우

② 깊을 경우

③ 비정형일 경우

④ 지하수위가 높거나, 연약층일 경우

⑤ 주변에 지반의 변형에 민감한 구조물이나 시설물이 있을 경우 등에 상대적으로 더욱 유리하다.

(2) 초기작업장 및 작업동선의 확보

1층 바닥을 선시공하면 초기의 작업장, 야적장 및 주차장 등으로 이용되고, 각 단계별 지하층 바닥구조 공사시에 램프와 계단실을 동시에 시 공하면서 내려가면 수직작업동선도 확보되므로 공사진행이 원활하다.

(3) 지붕의 확보

1층바닥이 지붕역할을 하므로 지하굴토 및 지 하구조 공사시에 우천 및 기온에 크게 영향을 받지 않는다.

(4) 공기단축

지하부 공사와 지상부 공사를 동시에 병행할 수 있으므로 공기를 단축할 수 있다. 공정표 계획시 하부구조와 상부구조의 Over Lap 공정을 잘 세우고 지하층의 기계실, 전기실 층을 최하부층에 배치하지 않고 바로 위층이나 2개층 위층에 배치할 경우에는 전체공기를 더욱 많이 단축시킬 수 있다.

(5) 소음․진동․분진 확산 방지

선시공된 지하층의 바닥구조로 인해 지하공사 시 소음, 진동 및 분진 등이 주변에 크게 확산 되지 않는다.

(6) 시각적․심리적 불안감 예방

1층이 바닥으로 덮혀 있어 굴토깊이가 보이지 않으므로 시각적, 심리적 불안감이 없어 민원 예방에 도움이 된다.

(7) 고소작업재해 감소

작업자는 선시공된 바닥구조나 땅위에서 작업을 하므로 고소작업에 대한 재해가 감소된다.

(8) 경제성

최근에는 earth anchor의 적용이 점차 어려워 지고 도심지에서는 근접지에 기존 건축물의 지 하실, 지하철, 도시시설매설물 등으로 인하여 차선책으로 Strut지지공법을 사용하게 되는데 지하굴착부가 넓고, 깊은 지하층의 공사에서는 Top-Down공법이 일반공법보다 장점이 많으며 현장에 적합한 공법 및 구조형식을 적용하여 공사계획을 세우면 공사비도 상당히 감소된다.

7.4 단점

(1) 역타이음부 발생

철근콘크리트 지하구조의 기둥 및 벽은 선시공 된 바닥구조의 하부로 콘크리트를 타설하므로 침강에 의한 틈이 생기므로 이음부 틈을 메우기 위한 별도의 공정이 필요하다.

(2) 굴토장비의 크기제한

선시공된 바닥구조로 인해 굴토작업의 높이 제한을 받으므로 대형 굴토장비의 사용이 곤란하다. 그러나 많은 Strut와 중간기둥이 있는가 시설흙막이벽에 의한 굴토작업에 비해 능률이 떨어진다고 볼 수는 없다.

(3) 조명 및 환기 시설

하부구조물에 대한 작업이 지중에서 진행되고, 선시공된 바닥구조로 인해 조명과 환기 시설이 필요하다.

(4) 선기초기둥의 수직도 관리

지반의 굴착 공내에서 기둥세우기를 하므로 기둥의 전 높이를 육안으로 확인하기 곤란하므로 수직도 시공오차에 대한 별도 조치가 필요하다.

(5) 지하바닥구조에 철골보적용 곤란

선시공된 바닥구조로 인해 지하층에 철골보의 반입 및 조립에 제한을 받고 선기초기둥의 수직도 정밀도가 떨어져 이음이 곤란하다. 따라 서 지하층바닥구조는 주로 철근콘크리트 구조를 채택한다.

이번 첫 회에서는 Top-Down공법의 탄생과 발전에 대하여 간략하게 소개하였고, 다음 회부터는 이와 관련된 실무에 도움이 될 수 있는 기술들과 적용사례들을 연재할 예정입니다.

역타공법(TOP-DOWN 공법)의 개요 및 특징

1. 톱-다운(TOP-DOWN)공법 개요 (역타공법)

지금까지 건설현장의 기술자에게 요구되는 과제는 빠르게, 좋게, 경제적으로 시공하는 것이었는데 근래에 들어 환경을 보존하고 일기조건까지 극복해가며 시공해야 하는 상황이 되었다, 특히 대도시에서는 부지 주변조건이 좋지 않은 상태에서 초고층빌딩이 시공되는 매립지나 하천변 등 지반조건이 나쁜 지역에서도 건물을 시공하게 되어 지하공사의 안전성이 한층 더 요구되어 가고 있다.

또한 일반시가지에서는 건물이 부지경계선 아주 가까이 근접하게 계획되어 공사중 작업차량이 정차할 공간도 없으며 인근 주변에 피해를 줄 수밖에 없는 상황에서 공사를 진행해야하는 경우가 증가하고 있다. 이런 조건에서는 종래의 공법으로는 시공이 불가능한 경우가 있어 굴착공사에서 구체공사, 마감공사를 포함한 종합적인 지하공사 방법을 채용할 필요가 있다.

역타공법은 우선 지하외벽과 지하기둥을 터파기 하지 않은 상태에서 구축하고 1층 바닥구조체를 완성한 후 그 밑의 지반을 굴착하고 지하바닥구조의 시공을 하부층으로 반복하여 진행, 최후에 기초보를 시공하여 구체를 완성하는 공법이다. 역타공법을 채택하면 1층보, 바닥구조체를 작업바닥으로 사용하는 것이 가능하기 때문에 부지가 협소한 공사에서도 공사차량을 그 작업바닥에 직접 들어오는 것이 가능하다.

역타공법을 채택하면 1층보, 바닥구조체를 작업바닥으로 사용하는 것이 가능하기 때문에 부지가 협소한 공사에서도 공사차량을 그 작업바닥에 직접 들어오는 것이 가능하다.

또한 건물본체구조를 흙막이 지보공으로 이용하면서 상층에서 하층으로 굴착과 구체구축을 반복하여 시공하는 공법이므로 토류벽이 안전성이 높으며 지상과 지하공사를 병행하여 공기의 단축이 가능한 장점이 있다.

2. 탑 다운 공법의 발전과 도입

영국의 Mr. Arup에 의해 최초 고안된 TOP-DOWN 공법은 1938년 독일의 폭격에 대피할 수 있는 방공호 설계에 제안 되었고 1960년대 유럽의 대도시에서 근접시공, 대단면 대심도 굴착, 인접대지 및 작업면적 협소 등 도심지 공사에서 발생될 수 있는 제반 문제점을 해소하는 공법으로 개발 되었다.

이후 프랑스, 이탈리아 등 유럽을 거쳐 일본, 홍콩 등 전세계로 확산되었고 국내에는 1984년「럭키 금성 다동빌딩」을 시작으로 본격적으로 적용 되었다. 현재에는 지하 토공사시 발생할 수 있는 붕괴사고와 주변 보안건물의 피해로 인한 민원 발생 및 기타 행정관청의 정책으로 안정적인 탑 다운 공법이 보편화되어 가고 있는 실정이다. 최근에는 본 공법을 응용한 뉴 탑 다운 공법이나 S.P.S 공법 등이 개발되어 그 가치를 증대 시키고 있다.

3. 역타공법의 특징

(1)안정성

역타공법은 토류벽을 본구조체의 바다, 보의 커다란 면구조에 지지하므로 H형강 보와 같이 선재로 지지하는 공법보다 안전성이 높다. 또한 형각보의 접합보에 전해지는 토압으로 인한 균열의 공포나, 해체시 토류벽의 변형에 의한 주변지반의 영향이 적다. 특히 다음과 같은 지하공사에 적용하고 있다.

1) 지하대규모, 연약지반의 경우

굴착평면의 일면이 100M를 초과하는 대규머가 되면 스트러트공법은 적용한계에 이른다. 형강보는 코류벽의 변형량증가와 온도응력의 영향을 받는다. 또한 지반조겅, 부지의 제약에서 어스앙카공법의 채용도 어려운 경우가 많다. 지반이 연약하면 토압이 커지고, 토류벽에서 어스앙카공법의 채용도 어려운 경우가 많다. 지반이 연약하면 토압이 커지고, 토류벽 지보공에 가해지는 응력도 커지고, 지보공강도가 높아지게 된다. 연약지반 시공사례에서 토류벽의 변형량은 역타공법의 경우 흐츠러츠공법에 비해 1/3정도로 보고 되고있다.

2) 지하실이 깊은 경우

지하 깊은곳의 굴착은 커다란 토하중을 받게 되고. 굴착바닥에 리바운드 현상이 발생한다. 역타공법(오픈컷 공법)에 비해 토중량을 구체중량에 치환시켜가며 진행하므로 리바운드를 제어가능한 공법으로 유효하다. 또한 굴착깊이와 같이 증가하는 토압에 대응하기 위하여 지보공에 충분한 강도와 강성이 필요하게 되므로 역타공법은 유리하다.

3) 지하평면 형상이 복잡항 경우

지하평면이 부정형으로 복잡한 경우. 스트러트 공법에서는 토루벽에서 지보공까지 토압의 전달이 확실하게 진행되지 않고 불균등하게 되어 국부적으로 집중될 우려가 있으며 또한 스트러트가 직각으로 교차되지 않는 개소고 발생하게 된다. 그러나 역타공법에서는 평면형상에 맞게 균일한 철근콘크리트구도의 지보공이 시공되어 안전성이 높다.

(2)공기단축

지하건축물이 대형화, 대심도화와 함께 공사의 장기화가 현저히 나타났다. 공기의 단축은 건축주의 요청뿐만 아니라 회사적인 요구도 있다. 역타공법은 1층 바닥을 경계로 지상과 지하공사를 병행하여 시공가능한 것으로 합리적이고 안전하게 공기 단축이 가능하다.

(3) 작업공간의 확보

지하면적이 큰 공사에서는 지하에 자재를 반입하기 위한 잡업구대가 필요하다. 또한 교통 규제에 따른 중량물과 장척물의 운반제한이 많은 시가지 현장에서는 자재를 적치할 야적장의 확보가 중요하다. 역타공법은 1층 바닥과 보가 선행시공되므로 이 스라브를 자재의 반출입에 사용하는 것이 가능하다 . 특히 철골의 반입과 건립에 필요한 크레인. 굴삭공사에 필요한 크람셀. 담프트럭. 콘크리트타설에 필요한 믹서트럭. 펌프카 등의 작업구대로 유효한 활용이 가능하다.

(4) 환경보전

역타공법은 토류벽 버팀용 형강 등이 필요하지 않기 때문에 이런 자재의 반입이 대폭 적어지며 지호구조체가 토류벽을 버텨주기 때문에 현장주변 건무에의 영향이 적어진다. 또한 1층 바닥이 선시공으로 지하에서 발생하는 소음 및 분진을 차단하여 주변환경에 미치는 영향을 대폭 감소시킬 수 있다.

(5) 전천후 시공

역타공법은 1층 바닥이 먼저 선행 타설도어 지하공간이 노출되지 않으므로 지하공사는 날씨에 영향을 받지 않아 공정이 안정적이며 여를의 일사 광선, 우천의 영향, 기온의 변도잉 적어 양호한 작업환경을 제공할 수 있다.

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