2.1 STRUT 공법 흙막이 붕괴사례를 통한 대책수립

2012.4.20 기술연구소

1.사고사례

3

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 사고사례(대전 허브센터)

4

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 사고사례(서현동 삼성플라자)

4

• 서현동 삼성플라자 사고 발생(1992. 12. 27)

1) 12월27일 06:00 9단 어스앵커 콘과 브라켓이 파손되면서 엄지말뚝 변형 발생

2) 지반조사 부족으로 인한 편마암 단층대 사전파악 못함.

3) 굴착시 굴착깊이의 2.5배 범위까지 활동발생 – 사전징후 미약

4) 제9단 어스앵커 시공직후 12시간에 걸쳐 활동파괴 발생

5

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 사고사례(독산동OO호텔 )

5

독산동OO호텔 붕괴사고

(1994. 2. 4)

•일반토류벽(H-Pile+토류판)을 버팀

보로 지지함

•인접 매설하수관의 누수가 현장으로

유입, 지반연약화, 불균형 토압발생으

로 파괴됨.

6

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 사고사례(안양 OO빌딩 )

6

안양 OO빌딩 붕괴사고(1996. 8)

• 일반CIP 벽체를 버팀보로 지지하면서 13.5~16.1m까지 굴착

• 버팀보 3단 설치후 4단 미설치 상태에서 굴착바닥면까지 과굴착에 의해 붕괴됨

7

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 사고사례(대구 지하철)

7

대구 지하철 OO공구 붕괴사고(2000. 1) • 일반토류벽을 버팀보로 지지하면서 28.7m까지 굴착

• 지표하 26m 지점(파쇄대 구간) 굴착시 코너구간이 붕괴되면서 인접 어스앵커 구간까지 붕괴 진행.

8

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 사고사례(부천 상동 OO빌딩)

8

부천 상동 OO빌딩 붕괴사고(2002. 9) • CIP 벽체를 버팀보로 지지하면서 16.5m까지 굴착

• 코너버팀보가 접하는 중앙부에 과도한 변형으로 붕괴.

• 띠장과 벽체의 결속 부족, 띠장의 불연속, 굴착 및 버팀보 설치시점 불일치(과굴착)

9

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 사고사례 (H-pile + 토류벽)

<사고개요>

•H-pile + 토류벽 시공

•개수성 토류벽 설계로 토압만 고려, 수압 고려되지 않음.

•우기시 폭우로 인한 포화 미고려

•집중호우로 인한 붕괴

•토압만 계산된 구조인경우 배수로, 구배처리, 비닐도포 등의 처리가 필요

10

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 사고사례 (부산 롯데 월드 2007년 5월)

•부산 롯데 월드 2007년 5월

•벽체공법: H-Pile + CIP + 토류벽, SHEET PILE 시공

•지보공법: 앵커공법

•굴착깊이 : 20m ~ 30m

•원인: 앵커정착장 부족 (매립구간), 상재토사적재

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 외국 사고사례

<사고개요>

•외국사례

• H-Pile + 토류벽, 콘크리트 토류벽

•앵커공법 /Strut 공법

•토류벽체강성부족 및 과굴착으로 붕괴

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 독산동 가시설 공사

< 사고개요 >

• 독산동 가시설 공사

• H-Pile + 토류벽 + 앵커

•Earth Anchor공법 / Strut 공법

•하부 과굴착에 의한 붕괴

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.1 경의선 복선전철 가좌역

• H-Pile + CIP + 토류벽 + 앵커7단 + 하부 록볼트 시공

•호우로 인한 지반연약화, 벽체 강성부족으로 인한 토류벽체 붕괴

•쌍용건설/한라토건/태성택

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.2 흙막이 변형 발생요인

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• 지반굴착에 따른 거동 인접지반 침하요인

- 천공작업 진동에 의한 압축침하

- 수평변위에 의한 배면침하

- 지하수 배수에 따른 토립자 유출

- 배수에 의한 점성토 압밀침하

- 굴착바닥면 히빙 및 보일링

- 되메우기 불량에 따른 침하

- 엄지말뚝 인발공간의 침하

흙막이 벽체 수평변위 요인

- 벽체 강성 부족에 따른 휨 거동

- 버팀보 변형(강성부족, 설치지연)에 따른 변위

- 흙막이 벽체의 근입장 부족

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.3 흙막이 공사 사고발생 원인

15

사고발생 요인 • 흙막이 벽체 강성부족 • 흙막이 벽체 근입장 부족

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안 4.3 흙막이 공사 사고발생 원인

16

사고발생 요인

배수에 의한 수위저하 토류판 뒤채움 불량에 따른 침하

버팀보 위치 부적절

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

안전사고 발생원인

안전사고 예방방안

4.4 사고의 원인과 대책

• 지반조사소홀 또는 실제현장과 지반설계조건 다름.

• 계측기 설치시 계측결과간의 상호관계성을 고려하지 않아 실효성 의문이며

• 월별로 보고서 제출하여 즉각적인 대처가 힘듬.

• 주변현황 파악 부실

• 흙막이설계와 시공을 토질전문가가 아닌 비전문가가 수행

• 대굴착으로 공사기간 장기화로 주요부재 성능 약화

1.지속적인 육안검사: 주변침하, 누출되는 탈수량/색깔/냄새, 인접구조물 균열/전도 관찰

2.계측관리 항목별 관리기준치 산출 후 부착 관리

3.계측결과 당일 보고

4.과도한 터파기 진행 억제, 부분굴착 지양

5.공사전과 공사 중 안전관리 공개적 실시/ 안전사고 사례 교육

6.흙막이 시설물의 상태유지를 위한 관리활동 주기적 실시

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

현재 상황 대처방안

4.5 대처방안 (계측의 필요성)

구조물 인접부분을 굴착하거나

연약지반에 시공할 경우 주위지

반 및 기존구조물의 정확한 거동

을 예측하기 불가능.

• 설계시 가정한 지반조건과 실

제조건과 불일치

• 설계에서 통상적으로 상세한

시공과정을 모두 고려 불가능

함.

도심지 흙막이의 비경제적 설계

안전하면서도 경제적인 설계,

시공을 위하여

실측에 의한 계측 필요함.

계측 관리에 의한

정보화 시공 필요

5. 계측관리

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

계측 선정

계측의

목적

I. 설계시 고려하지 못한 상황이나 국부적인 취약점등 문제원인

사전제거

II.시공시 흙막이 주변 변형 정량적 파악으로 합리적 공사 유도

• 설계계산시 외력 조건이 되는 측압/유수압등의 오차가 클 경우

• 근접위치 공사시 외력조건 대폭변동 예상시

• 설계계산치와 허용치를 비교하여 안전율이 작은 경우

• 예측계산시 필요항목

설계시의 불확실성 해명

• 중요구조물이나 문화재가 근접한 경우

• 노후된 구조물이 근접한 경우

• 민원발생의 우려가 있는 경우

굴착영향 범위내 구조물 유무

5.1 계측개요

21

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

측정위치 측정항목 계측기기 육안관찰

흙막이벽

측압 토압 수압

-토압계-수압계 -벽체의 휨 -연속성 확인 -누수 -주위지반 균열

변형 두부변위 수평변위

-트랜짓 -변위계-경사계

벽체내 응력 -변형계-철근계

스트러트 어스앵커

축력 변위량 온도

-하중계/압축계 -상대변위계 -스케일 -온도계

--버팀대 연결의 평탄성 -볼트가 죄어진 상태

굴착지반 변위

간극수압 수평변위

-지중고정롯드 -간극수압계 -삽입식경사계

-용수 -분사

인접지반 지표/지중/수평변

위 간극수압

-지중고정롯드 -간극수압계 -삽입식경사계

-용수 -도로연석의 벌어짐

인접 구조물

연직변위 경사량

-연관식경사계 -고정식 경사계

구조물의 크랙

유독가스 수질오염

탄산,메탄 수질오염

-가스감지기 -우물수질시험

-

흙막이벽의 계측 측정 항목

5.2 흙막이 계측관리 항목

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

계측기기의 배치

5.3 흙막이 계측기의 배치

대표장소에 배치

선행 시공부 우선배치

인근 주요구조물이 있는 장소

지반조건 미흡한 곳 배치

상호관련 계측 근접 배치

교통량 등 하중 증감이 많은 곳

계기 고장 감안 배치(배선이

확실한곳 배치)

구조물/지반의 특수조건이

있는곳 배치

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

적용범위

지중경사계

유의사항

5.4 계측기의 종류 (지중경사계)

•횡방향 변위계측하여 공사의 완급조절하고

•배면의 지반침하 및 벽체에 일어나는

응력을 검토하여 공사중 또는 공사후의

안전을 도모

•사면의 예상 활동면의 측정

•흙막이 공사의 변위 측정

•계측미숙 계측자 잦은 교체 주의

•민감한 센서이므로 굴삭기, 발파, 항타 작업시 계측중단

•장기 사용시 영점이동주의 6개월에 1회씩 교정실시

•경사관 설치시 협착 이탈 주의

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

적용범위

지하수위계

유의사항

5.4 계측기의 종류 (지하수위계)

•필터상단을 봉합하지 않으므로 측정수위는 계측기

설치구간에 형성되 지하수위

•중요구조물 인접시 흙막이 벽면직각 2~3개소

설치하여 배면지하수위의 전반적 형태 파악

•탈수나 배수의 수위변화 측정

•흙막이공사에 수위변화 측정

•성토 및 연약지반에 수위측정

•터파기 배면 수위측정

•수위, 수압의 변동을 측정하여 배변지반의 거동,

인접구조물의 관리, 흙막이 벽체 영향을 파악함.

•당초설계 수압과 비교/ 하중증가요인 점검

•굴착으로 인한 지하수위파악으로 주변지반 침하에

대한 안정성 판단.

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

적용범위

간극수압계

지하수위계와 차이

지하수위계 간극수압계

Casagrande Type Pneumatic Type

정수압측정 주변지반의 충격,하중에의한 과잉간극수압측정

5.4 계측기의 종류 (간극수압계)

•굴착에 의한 지반내의 간극수압의 증감을 측정

•공사의 안정성을 파악함으로

•시공속도를 조절하고 토류 구조물의 안정성을

검토

•성토시 지반의 압밀 및 안정성 측정

•연약지반의 탈수나 배수의 효과 측정

•구조물 기초나 사면안정 검토

•토압과 수압을 분리할때

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

적용범위

지중침하측정계 지표침하계

주의사항

5.4 계측기의 종류 (지중/지표침하계)

•지층구조가 복잡한

경우 각 층의 침하량

측정 .

•가설구조물 인접구조물의 안전성 측정

•시공후의 장기적인 침하측정 위해 실시

굴착공사시 인접지반에

침하핀을 매설 후

지표면의 침하량을 측정

•침하량 속도 판단 통해 인접지반의 안정성

검토

•기초지반의 침하, 히빙의 변위측정

•성토지반 시공중 및 장기침하 측정

•옹벽의 변위 측정

•연약지반의 압밀 측정

•지표침하핀의 계측은 측량을 통해

이루어짐 측량의 정밀도는 신뢰도와 직결

•레벨측량기 개인차 오차 주의

•측량시 수준점 100m이내로 할것.

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

변형률계 하중계

5.4 계측기의 종류 (변형률계/하중계)

•버팀보, 엄지말뚝,

띠장표면에 부착하여

응력/ 휨모멘트 상태를 파악

•어스앵커의 강선에 부착하여 강선의

응력을 추정하기도 함.

•온도변화에 민감하므로 온도센서

내장형 사용할것

•말뚝/락볼트/흙막

이공/지중앵커/락

앵커/버팀대

축하중 측정

•Strut축력이나 어스앵커, 긴장력을 측정

•배면지반, 흙막이 거동과 정착부 이상유무

를 파악하여 전반적인 안정문제 검토

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

흙막이 벽체 종류

1차 관리 기준치

2차 관리 기준치

일반토류벽 0.2 % 0.4 %

S.C.W 0.2 % 0.3 %

C.I.P 0.15 % 0.35 %

Diaphragm Wall

0.15 % 0.25 %

종합안정도 0.2 % 0.4 %

지중경사계

흙막이 벽체별 관리기준치(한국지반공학회)

1차 관리기준치 2차 관리기준치

부재의 허용응력

벽체의 변형/ 배면토압

등의

80%~100%로 관리

허용응력과 설계시의

변위량을 규정

초과발생시

공사중지 및

흙막이벽체 전반적인

검토실시

절대치 관리

5.5 절대치 관리 기준

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붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

지중/지표 침하측정계 지하수위/간극수압계

안정 i exit < 0.25

주의 0.25 < i exit < 0.25

위험 0.57 < i exit

안정 실측침하량 < 예측침하량

주의 예측침하량 < 실측침하량 < 허용침하량

위험 실측침하량 < 예측침하량

투수성지반의 굴착시 침투수압에 의

한 보일링 발생

지반의 유효응력감소, 토립자 이동

에 의한 흙막이/인접건물 관리

특별한 기준은 없으며 침하량의 변화추이를

관찰

다른 계측(지중경사계, 지하수위계 등)치와

비교 검토하여 안정관리.

5.5 계측기별 관리 기준

30

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

하중계

변형율계

하중증감에 따른 변화추이

안정 실측치 < 부재허용축력/1.2

주의 부재허용축력/1.2 < 실측치 < 부재허용축력/0.7

위험 부재허용축력/0.8 < 실측치

안정 실측응력 < 허용휨응력/1.2

주의 허용휨응력/1.2 < 실측치 < 허용휨응력/0.8

위험 허용휨응력/0.8 < 실측응력

지지구조의 상태 STRUT Soil Nailing Earth Anchor

안 정 100 KN증감 10 KN증감 50 KN증감

주 의 100~150 KN증감 10~35 KN증감 50~80 KN증감

특별관리시점 150~200 KN증감 35~60 KN증감 80~100 KN증감

위험상태/보강요망 200 KN증감 60 KN증감 100 KN증감

5.5 계측기별 관리 기준

31

붕괴사례를 통한 흙막이 가시설 대책방안

경제성

2

가설구조물

공비절감

공기단축

3

소음과 진동

지하수오염

비산먼지

발생 Slime 처리

환경성

4 주변구조물

주변지형

작업공간

굴착면 암반 유무

시공성

벽체의 안전성

지보공의 안정성

굴착바닥의 안정성

인접구조물의 안정

지하수에 대한 안정

안정성

1

5.7 흙막이 공법 설계/시공시 고려사항

2.1 STRUT 공법

감사합니다.