[지반공학]제 5장 깊은기초(현장타설 피어공법/케이슨기초) #2

 이번 포스팅에서는 현장타설 피어공법과 케이슨기초에 대한 이야기를 해보려고합니다.

 현장타설 피어공법은 전체 기초중에서 매우 불명확한 것이며, 일반적으로는 원주면 마찰력보다 선단 지지력에 의존하는 구경이 큰 현장 타설 말뚝이라고 하는 개념이 강합니다. 케이슨 기초는 케이슨을 침하시켜 설치한 기초로 간단하게 설명할 수 있습니다.

 제 5장 깊은기초에 대한 포스팅은 3개의 파트로 나누어 올릴 예정인데요. 그중에서 두 번째인 이번 포스팅에서는 깊은 기초의 전반적인 개념을 잡는 단계입니다. 과년도에서는 종류에 대한것과 각각의 장단점을 써라는 식으로 출제되고 있지만, 비중이 많이 높지는 않습니다. 출제되었던 내용은 글상자로 표시해 두려고합니다. 중요한것은 세 번째 포스팅이고, 그 포스팅에서 계산문제를 풀기위해 기초를 다진다고 생각하면서 공부하면 편할것 같습니다.

 제 1장~6장까지는 계산문제가 많이 출제되고 있는데 제 7장부터는 암기위주의 내용이 나오니 조금만 더 화이팅합시다.

 

현장타설 피어공법

 : 현장타설 피어(Pier) 공법은 구조물의 하중을 견고한 지반에 전달하기 위하여 먼저 지반을 굴착한 후 그 속에 현장콘크리트를 타설하여 만든 기둥모양의 기초를 말한다.

 1. 베노토 공법(Benoto method) - 올케이싱 공법, 암반제외 전토질에 적용가능

  : 현장타설 피어공법으로 굴착소요깊이까지 케이싱 관입 후 및 내부굴착 후, 케이싱 인발, 철근망 투입, 콘크리트 타설 및 완성하는 주상기초를 만드는 공법이다.

 

 2. RCD 공법(Reverse circulation drill, 역순환 공법) - 정수압 이용, 특수 드릴 비트이용, 자갈, 모래지반에 이용

  : RCD 공법은 독일에서 개발된 공법으로 표층에 케이싱을 설치하여 굴착공내에 압력수를 순환시켜 드릴 파이프 내의 굴착토사를 배출하는 기초공법이다. 

 

3. 어스 드릴 공법(Earth drill method) - 주로 점토지반에 적용

  : 어스 오거(Earth auger) 굴착기로 말뚝구멍을 굴착하려고 중벽을 벤토나이트로 채운 후, 그 속에 철근망을 넣어서 타설하는 현장 말뚝공법

  (1)시공순서

   : 케이싱 삽입->벤토나이트 주입->굴착작업->슬라임(Slime) 처리->철근망태 삽입-> 콘크리트 타설->케이싱 뽑기

  ▲벤토나이트: 벤토나이트는 무엇일까요? 고양이 모래로 알고 계신 분들도 있을 겁니다. 벤토나이트는 여러 가지 독특한 물리적, 화학적 성질에 의해 산업계에 광범위하게 이용되는 점토광물입니다. 이 광물이 갖는 독특한 물리적 성질은, 결정의 크기가 매우 작으며, 각자 내부의 치환에 의해 큰 양이온의 교환 능력을 가지며, 활성이 상대적으로 큰 표면적을 갖고, 층간에 존재하는 교환이 가능한 양이온의 조성비와 화학 조성의 변화 범위가 광물에 따라 서로 다르고, 또한 교환 가능한 층 간의 양이온이 유기물, 무기물과 반응이 매우 용이하다는 것이다.

([네이버 지식백과] 벤토나이트 [Bentonite] (e뮤지엄))

 

 4. Slime 처리방법

  : 현장타설 말뚝은 콘크리트를 칠 때 공저에 슬라임(Slime)이 퇴적되어 있으면 침하원인이 되고 말뚝으로서 기능이 현저하게 저하된다. 이 같은 슬라임을 제거하는 방법은 다음과 같다.

• 샌드펌프(Sand pump) 방법: 수중 Pump를 굴착 바닥까지 내려서 Pump로 직접 퍼 올리는 방법
• 에어리프트(Air lift) 방법: Trench 내에 Tremie pipe를 설치한 노즐을 부착한 에어 분출구를 관내에 투입하고 Compressor로 공기를 보내 그 반발력으로 돌아온 공기와 함께 안정액이 흡입되어 나오는 방식
• 석션펌프(Suction pump): 방법: 양수관(또는 트레미관)에 석션펌프를 연결해 물과 함께 배출하는 방법
• 수중 Pump 방법: 공내에 수중펌프를 설치하여 Slime이 쌓이지 않게 여과지를 통해서 안정액을 순화시키는 방법
• Water jet 방법: 고압의 압력수를 이용하여 tremie관으로 콘크리트를 배출하기 전에 공배하부에 쌓은 선단부의 Slime를 교란시켜 콘크리트가 최하단부에 위치하도록 하는 방식
• 모르타르 바닥처리방법: 공저에 모르타르를 투입하여 슬라임과 혼합하여 콘크리트의 타설 시에 밀어냄.

Slime 처리방법 종류를 묻는 문제가 출제된적 있습니다. 암기암기~

 ▲트렌치(Trench): 트렌치는 사전적의미로 도랑을 의미한다.

 ▲트레미관(Tremie pipe): 트레미관은 수중 콘크리트 타설용의 수송관을 말한다. 상부에서 콘크리트를 받으며 관 끝에 역류 방지용 장치가 있다. 콘크리트의 타설에 따라 관의 하단을 콘크리트 속에 삽입한 상태로 점차적으로 관을 들어 올려 타설한다.

 

케이슨 기초

 : 케이슨 기초(Caisson foundation)는 깊은 기초 중 지지력과 수평저항력이 가장 큰 기초형식으로 시공방법에 따라 3가지로 구분된다.

  (1)오픈케이슨(Open caisson)=우물통 기초(Well foundation) = 정통기초

  (2)공기케이슨(Pneumatic caisson) = 뉴매틱케이슨

  (3)박스케이슨(Box caisson)

  ▲오픈케이슨(Open caisson)과 공기케이슨(Pneumatic caisson)의 비교

구분	오픈케이슨	공기케이슨
굴착/침하	·굴착 중에 장애물의 제거가 곤란하다. ·케이슨의 경사변위가 많고 경사수정이 거의 불가능하다. ·침하 중에 주변지반을 교란시킨다.	·작업이 정밀하고 많은 설비가 필요하다. ·장애물 철거가 용이하고 경사의 교정이 가능하다. ·굴착깊이(수심 30m)에 한계가 있다.

 

 1. 오픈케이슨(Open caisson, 우물통기초, 정통기초)

  : 오픈케이슨는 우물통 기초(Well foundation) 또는 정통기초라고도 부르며, 교각, 옹벽 등의 기초에 많이 사용되는 공법이다. 지상에서 만든 콘크리트 타설 2~3m 높이의 케이슨을 1로드(Rod)라 한다.

  (1)우물통 기초의 장점

• 침하깊이에 제한이 없다.
• 기계설비가 비교적 간단하다.
• 공사비가 일반적으로 싸다.
• 무진동으로 시공할 수 있어서 시가지 공사에 적합하다.

  (2)우물통 기초의 단점

• 선단의 연약토 제거 및 토질상태 파악이 어렵다.
• 큰 전석이나 장애물이 있는 경우 침하작업이 지연된다.
• 굴착 시 히빙이나 보일링 현상의 우려가 있다.
• 경사가 있을 경우는 케이슨이 경사질 염려가 있다.
• 저부 콘크리트가 수중시공이 되어 불충분하게 되기 쉽다.

  (3)우물통의 수중 거치방법

   ①축도법: 수심 5m까지는 축조가 가능하다. 수심에 따라 흙가마니, 나무널말뚝, 강널말뚝 등으로 물을 막고 내부를 토사로 채워 육상거치와 같이 한다.

  (4)우물통 기초(Open caisson)의 특수 침하공법

• 재하중에 의한 침하공법: 초기는 자중으로 침하되지만 심도가 깊어짐에 따라 레일, 철괴, 콘크리트 블록 흙가마니 등이 사용된다.
• 분사식 침하공법: 케이슨 침하 시 케이슨의 주변마찰력을 감소시키기 위해 날끝 부근에서 공기, 물 또는 그 외 혼합물을 분사시켜 침하를 촉진시키는 공법이다.
• 물하중식 침하공법: 수밀한 상자형 정통에 물을 넣어서 침하하중으로 한 것이다.
• 발파에 의한 침하공법: 침하의 최종단계에서 침하가 곤란한 경우에는 진동발파에 의해서 침하시키는 방법이다.
• 내수위 저하공법: 케이슨 내의 수위를 내려서 부력을 감소시키므로 구체무게를 증가시키는 방법이다.
• 감압에 의한 침하공법: 공기케이슨 공법에서 작업실 내 상향의 양압력을 감소시킴으로써 케이슨을 침하시키는 공법이다.

 

 2. 공기케이슨(Pneumatic caisson, air caisson)

  : 공기케이슨(Air caisson)은 뉴매틱케이슨(Pneumatic caisson) 기초라고도 부르며, 압축공기를 이용하여 소정 깊이까지 굴착하여 정통을 설치하는 공법이다.

  (1)공기케이슨 기초의 장점

• Dry work이므로 침하공정이 빠르고 장애물 제거가 쉽다.
• 토층의 확인이 가능하고 지지력 시험도 가능하다.
• 침하 하중의 증감이 쉽고, 이동경사가 적어 경사수정이 쉬우며, 부등침하가 생길 염려가 없다.
• 수중 콘크리트 시공이 아니므로 저부 콘크리트의 신뢰도가 높다.
• 기초지반의 보일링과 히빙을 방지할 수 있으므로 인접구조물에 피해를 주지 않는다.

  (2)공기케이슨 기초의 단점

• 기계설비가 비싸므로 소규모공사에는 비경제적이다.
• 주야작업하므로 노무관리비가 많이 든다.
• 소음과 진동이 커서 도시에서는 부적당하다.
• 케이슨병이 발생한다. 의료설비인 요양갑(Hospital lock)을 설치한다.
• 굴착깊이에 제한이 있다.

다른 케이슨 종류는 몰라도 공기케이슨에 대한 장점과 단점을 쓰라고 하는 문제가 출제된 적이 있다.

 

 3. 박스케이슨(Box caisson) - Block 쌓기 생각하자.

  : 박스케이슨 공법은 보통 철근 콘크리트로 만든 상자형의 ㄱ조물을 육상에서 만들어 경사로를 통해 해상에 띄워서 소정의 위치에 예인한 다음 내부에 모래, 자갈, 콘크리트 또는 물을 채워서 침하시키는 공법으로 방파제나 안벽용으로 사용한다.

  (1)박스케이슨 공법의 장점

• 공사비가 싸고 공사하기가 쉽다.
• 설치할 위치에서 케이슨을 구축하는 것이 고가이거나 부적당할 때 사용된다.
• 케이슨을 지지하기에 알맞은 토층이 지표면 근처에 있는 경우에 적합하다.

  (2)박스케이슨 공법의 단점

• 굴착깊이가 깊어지면 부적합하다.
• 기초지반이 세굴되지 않도록 한다.
• 지반의 표면이 수평으로 되어 있거나 수평면으로 굴착하여야 한다.