흙막이 가시설 계측관리

1. 계측관리

흙막이 공사에 있어서의 계측은 지반 및 지하수의 변동, 흙막이벽에 작용하는 횡방향 압력, 흙막이 구조물의 변형 및 응력 등을 측정하여 계획상의 모든 조건을 검토하고, 흙막이의 붕괴 및 주변지반에 침하를 유발하는 위험한 변형을 사전에 파악하여 대책을 세우는데 목적이 있다.

1) 계측의 목적

(1) 설계, 시공에 반영 (Follow Up = Feed Back)

(2) 안정성 파악

(3) 경제성 향상

(4) 지하수위 변동, 토류벽 변위, 지점 반력, 토압, 수압 변화, 주변지반 및 구조물 침하변위를 측정한다.

2) 계측기 사용시 문제점 및 개선방향

(1) 계측기가 비싸다.

(2) 계측기 타설시 Manual대로 설치하며,

(3) Sale 회사 담당자에게 자문을 구한다.

(4) 영점 조정 확실하게 할 것.

(5) 시방서, 현장조건에 따라서 계측의 결과는 유동성 있게 활용

(6) 싸고 정확히 쓸수 있는 계측기 개발이 시급하다.

(7) 많이 사고 많이 설치하고,

(8) 비싼 것은 적게 사서 적게 설치, Flexible하게 운용한다.

3) 계측항목, 측정내용 및 계측기

측 정 항 목	계 측 항 목	측 정 사 항	계 측 기
흙관리 구조물의 관리	흙막이벽의 계측	·토압 ·수압 ·Bending Stress ·변형	Soil Pressuremeter Piezometer 공극수압계 등
	Wale, Strut 및 Earth Anchor의 계측	·Strut : 축력변형 및 온도변화 ·Wale : 축력변형 및 온도변화 ·Earth Anchor의 응력	Load Cell Strain Gauge 등
주변지반 및 구조물 관리	주변지반의 변위 계측	·배면지반 변형	Inclinometer(경사계) Extensometer 등
	주변구조물의 변위 계측	·구조물 침하, 경사, 이동	Tiltmeter, Crack Gauge, Strain Gauge 등
지하수위 관리	지하수위 계측	·지하수위 변동	Piezo meter
소음 및 진동의 관리	소음, 진동 계측	·진동에 의한 주변 건물에 대한 영향	Sound, Inclinometer Vibroscope 등

4) 계측기 설치위치

< 그림 1 > 흙막이벽 구조물과 인접지반에 대한 계측항목 및 계측계획 단면도

(a) 표면 침하계	Precise Leveing	(r) 간극수압계(수위계)	Piezometer
(f) 연직추	Pendulum	(v) 변형율 측정계(부착식)	Strain Gauge
(e) 건물 경사계	Tiltmeter	(t) 어스앵커 반력계	Load Cells
(L) 내부 경사계	Inclinometer	(s) 토압계(전응력계)	Pressure Cells
(g) 측방 경사계	Convergence Meter
(k) 연직 침하계	Vertical Extensometer
(h) 변형 측정계(매설식)	Strain Meter

(a) 흙막이벽의 변형측정                        (b) 흙막이벽 변위측정

(c) 흙막이벽의 천단 및 띠장의                 (d) 지지말뚝의 부상측정

변형측정

(e) 강재 버팀보로 지지된                      (f) 강재 버팀보로 지지되지

경우의 축력계설치                            않은 경우의 축력계설치

(g) RC 버팀보로 지지된                       (h) RC 버팀보로 지지되지

경우의 축력계설치                            않은 경우의 축력계설치

(i) 버팀보의 좌굴계측                          (j) 버팀보 교차부의 어긋남 측정

< 그림 2 > 흙막이구조 및 주변지반의 변위계측

< 그림 3 > 계측기 설치위치 그림 설명

5) 계측종류별 용도 및 설치위치

종 류	설 치 위 치	설 치 방 법	용 도
① 경사계	토류벽 또는 배면지반	굴착 심도보다 깊게 부동층까지 천공	굴착진행시 각 과정의 인접지반 수평변위량과 위치, 방향 및 크기의 실측과 이를 이용, 토류 구조물 각 지점의 응력상태 판단 가능
② 지하수위계	토류벽 배면지반	대수층까지 천공	지하수위 변화를 실측하여 각종 계측자료에 이용, 지하수위의 변화 원인분석 및 관련된 대책 수립 (계절적 차이 크다)
③ 간극수압계	배면 연약지반	연약층 깊이별	굴착에 따른 과잉 간극수압의 변화를 측정 안정성 판단
④ 토압계	토류벽 배면	토류벽 종류에 따라 다름	주변지반의 하중으로 인한 토압의 변화를 측정하여 토류 구조체가 안정한지 여부 판단
⑤ 하중계	Strut 또는 Anchor부위	각 단계별 굴착시 설치	Strut, Anchor 등의 축하중 변화상태를 측정하여 이들 부재의 안정상태 파악 및 원인규명에 이용
⑥ 변형률계	토류벽 심재, Strut, 띠장, 각종 강재 또는 Concrete	용접 또는 접착제	토류 구조물의 각 부재와 인근 구조물의 각 지점 및 타설 콘크리트 등의 응력변화를 측정하여 이상 변형 파악 및 대책수립에 이용
⑦ Tiltmeter	인접구조물의 골조 또는 벽체	접착 또는 Bolting	주변 건물, 옹벽, 철탑 등 인근 주요 구조물에 설치하여 구조물의 경사변형 상태를 실측, 구조물 안전 진단에 활용
⑧ 지중 침하계	토류벽 배면, 인접구조물 주변	부동층까지 천공	인접 지층의 각 층별 침하량의 변동상태를 파악, 보강대상과 범위의 결정 또는 최종 침하량을 예측
⑨ 지표 침하계	토류벽 배면, 인접구조물 주변	동결심도보다 깊게	지표면의 침하량 절대치의 변화를 측정, 침하량의 속도판단 등으로 허용치와의 비교 및 안정상태를 예측
⑩ 균열 측정기	균열 부위	균열부 양단	주변구조물, 지반 등에 균열발생시 균열크기와 변화를 정밀 측정하여 균열발생 속도 등을 파악, 다른 계측 결과 분석에 자료 제공
⑪ 진동 소음 측정기		필요시 측정	굴착, 발파 및 장비작업에 따른 진동과 소음을 측정하여 구조물 위험예방과 민원예방에 활용

6) 굴착공사에 의한 지반 파괴 형태

< 그림 4 > 굴착공사에 의한 지반파괴형태

7) 흙막이 구조물의 파괴형태

(a) Boiling에 의한 흙막이의 붕괴	(b) Heaving에 의한 흙막이의 붕괴
(c) 무리한 굴착에 의한 사고

(d) 배면측지반의 압밀침하에 의한 인접 구조 물의 손상	(e) 흙막이벽의 변형·전도·활동 파괴

< 그림 5 > 흙막이 구조물의 파괴형태

8) 결  론

(1) 토류 구조는 가설공사이므로 초기 계측이 대단히 중요함.

(2) 향후 연구 개선방향

(3) 계측기기를 싼값에 생산, 이용할 수 있는 생산체계 연구

(4) 연약지반에서 굴착시 문제점과 인접 구조물의 손상

① 도심지 근접 시공에서 토류 구조의 선정시 고려사항

- 소음·진동·분진

- 인접 구조물의 손상을 최소화할 수 있는 공법 선정 (예 : Slurry Wall)

- 인접 구조물의 손상을 최소화할 수 있는 공법

·Slurry Wall

·Top-Down

② 계측치를 설계, 시공에 반영하여 안전시공한다.

③ 인접 구조물의 안정에 대한 평가, 분석, 수행한다.

④ 무리한 굴착을 피한다. (단계 굴착)

⑤ 공법을 조합하여 시공(H-PILE 토류공법 + Earth Anchor 또는 Slurry Wall +     Top Down 등)

■ 흙막이공사에 따른 현장계측항목, 사용계기 및 측정목적

측정위치	측 정 항 목		사 용 계 기	육 안 관 찰	측 정 목 적
흙막이벽	측압	·토압 ·수압	·토압계 ·수압계	·벽체의 휨 및 균열 ·흙막이벽의 연결 부 연속성 확인 ·주변지반 균열 ·누수	① 측압의 계측 / 실측치 비교 ② 주변수위, 간극수압, 벽면수압의 관련성 파악
	변형	·부두변위 ·수평변위	·트랜싯,추, 경사계		① 변형이 허용치 이내인가? ② 토압, 수압, 벽체변형의 관계 파악
	·벽체의 응력		·변형계 ·철근계		① 응력분포를 구해 설계시 계산된 응력과 비교 ② 실측/허용응력의 비교로 벽체 안전 성 확인
버팀대, 어스앵커	·축력, 신축량, 온도		·하중계 ·신축계 ·변위계 ·온도계	·버팀대 평탄성 ·볼트의 죔상태	① 버팀대, 어스앵커의 토압분담 역할 을 분명히 함. ② 허용축력과의 비교
굴착지반	·굴착면 변위 ·임의적 변위 ·간극수압 ·지중수평변위		·지중변위계 ·간극수압계 ·경사계	·내부지반 용수 ·보일링, 히빙	① 응력해방에 의한 굴착측 변형 및 주변지반 거동 ② 배면, 흙막이벽, 굴착저면의 변위 간 관계 파악 ③ 실측/허용변위량 비교 ④ 굴착/배수에 따른 침하량 및 침하 범위 파악
주변지반	·지표 및 지중 의 수직 및 수평변위 ·간극수압		·변위말뚝 ·지중변위계 ·경사계	·배면지역의 균열 ·도로연석, 블록 등의 벌어짐
인접건물	·수직변위, 경사		·침하계 ·경사계	·구조물의 균열	굴착 및 배수에 수반되는 기존구조물의 변위량 파악
유독가스 수질오염	·탄산/메탄가스 ·수질오염		·가스탐지기 ·수질시험		① 굴착내 가스 발생 확인 ② 지반개량 등에 의한 주변지역의 수질오염 확인

■ 계측항목 선정의 판단표

선 정 요 인	판 단 자 료	계 측 항 목
굴착 영향 범위 내구 조물	a. 중요구조물 b. 노후구조물	구조물	→	영양요인의 추정	→	장애의 추정			(직접)			(간접)
현상파악		지반침하	→	압밀			계기 계측		건물의 침하 지반의 침하 수평변위 ↔ 수평변위 경사, 균열폭 ↙
	건축년수		지반 수평 ← 변위		흙막이 벽 의 변 형		부등침하 수평변위 경 사
		경 사				육안 관찰		균열 발생 흙막이벽의 외벽 발기 변형
설계시의불확실성		설계 (예측) 계산		벽체계산		가상지점법 연속보법 탄소성법등
			지하수거동		우물이론 침투류 FEM
			주변지반거동		경험방법 일차원압밀 탄소성 FEM
외 적 조 건	벽체의 계산	→	토압					토압(수압) 양수량 흙막이벽의 변위
지하수 거동	→	양수량
주변지반 거동	→	흙막이벽의 변위
외적조건의 변동 ① 외력의 변화 a. 상재하중 b. 지하수위의 변동 ② 인접공사의 실시	제원의 파악	요원의 추정	장애의 추정	토압, 흙막이벽의 응력, 변형, 지보공의 응력
하중크기, 위치, 시기, 공사와의 관계	흙막이벽에의 하중증가	흙막이벽 응력, 국부변형의 증가
상승속도 광역조사자료 주변우물 존재	상 동 (지하수위보다 깊은경우)	상 동 (지하수위보다 깊은경우)	상동 및 지하수위 수압
시공기간	편하중, 지반침하, 수위변화등	흙막이구조물의 응력증가 □□□ 건물부등침하 등의 장애 □□□			흙막이벽응력, 지보공응력 토압, 흙막이벽 변형
→
		토압, 흙막이벽 변형 지반, 구조물 침하 수평변위, 경사, 균열
→
안정성 평가	계측항목마다 비교 설계치(예측치) → 허용치 → 안정성 평가 ↓ ↖ 설계예측수법 및 신뢰성 평가 조건을 가미한 평가 ↙ 해석위치와 실제위치	→ 설계계산치와 허용치를 비교하여 안전성이 낮은 항목을 계측한다.
예측계산의 기준치	해석법에 따라 다르므로 해석법을 충분히 이해하고 기준치를 결정한다. 예) 탄소성 흙막이계산 □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ 탄성 FEM에 의한 배면침하 계산 □□□□□□□□□□□□ 양수에 의한 지하수위 저하 □□□□□□□□□□□□□□□□□	→ 흙막이벽의 변형 또는 응력 → 흙막이벽의 변형 → 지하수위

■ 계기선정 순서의 흐름도

		계측조건의 파악										선정대상계기의확인
																				측정항목에 대한 계기의 파악
		자동계측으로 할 것인가?
				예
		계측항목마다 전기식계기의 유무					유 →		전기식계기		→								계기 필요 조건 측정 범위 및 측정 정도			계기 특성 측정 범위 및 측정 정도
							기계식계기
				무
전기식과 기계식의 비교
			계기 선정			→				계측방법 설치방법
																	의 확인
										계측체제의 확인											각 계측기 제원 측정범위 측정정도
										경제성의 검토
										계기제원의 결정										→