[ SPS, CWS, BRD 탑다운 공법(역타공법)의 비교 ]
설계를 하면서 도심지 공사의 경우 경제성과 공기단축을 해결하기 위하여 톱다운공법을 사용하게 됩니다.
지하굴토 방법으로 3 가지의 특허공법이 사용되는데 각각의 특성을 설명하고, 장단점을 분석하여 실무에 도움이 되고자 합니다.
과거 탑다운공법 나오기 전에는 스트러트(Strut, 버팀대)방법, 레이커(Racker)방법 등으로 시공하였습니다.
1. 개요
기존의 스트러트의 한계와 도심지 대규모 대심도 굴착공사가 증가되어 톱다운 공법이 개발되었습니다.
이 공법은 지하층 본 구조물의 기둥과 보를 사용하여 흙막이 벽체를 지지하는 방식입니다.
공사 순서에 따라서
1) Down-Up,
2) Up-Up,
3) Top-Down
3 가지가 있는데, 현장 상황과 공기와 공사비를 고려하여 어느 것을 적용할지 결정하게 됩니다.
가장 많이 사용되는 방법은 주로 Top-Down을 적용합니다.
Top-Down도 All Top-Down과 Semi Top-Down으로 구분합니다.
1) All Top-Down은 기초를 완료하기 전에 지상층 골조공사를 완성하는 방법입니다.
그러나 이 방식은 PRD공법의 기둥의 축력이 높아지므로 기둥의 사이즈가 커져서 비 경제적입니다.
지하층공사가 어려워 공사기간이 길고, 지상층을 조기 완료를 해야 할 경우에 사용되는데, 층수가 높지 않을 때 이용하게 됩니다.
그 동안 많은 탑다운공사에 설계관리를 했지만, All Top-Down은 사용한 사례는 한번도 없었습니다.
2) Semi Top-Down은 기초를 완료하기 전까지 지상층을 XX층까지 공사하는 방법입니다.
공정파트, 시공파트 담당자와 지하층 기초를 완성하는데 걸리는 시간을 산정하고,
그 시간동안 지상층을 XX층까지 공사할 수 있는 지 공기를 산정합니다.
예를 들어, 20층 건물에 Semi Top-Down 10층까지 고려했다는 것은,
기초를 완성하기 전까지 지상10층까지 골조공사를 할 수 있도록 기둥하중을 계산하는 것입니다.
즉, 11층의 공사를 할 수 있는 시점은 지하층의 기초를 타설하고 양생이 어느 정도 되었을 때 가능하다는 얘기입니다.
우리나라의 지반은 10~20m 만 파 내려가도 풍화암/ 연암이 출현하므로,
사전 지질조사를 고려하여 몇 층까지를 적용할지를 검토하여야 합니다.
제 경험으로는 지하의 암이 나올 경우 공기가 지연되기 때문에,
1~2개층의 여유공기를 가지고 11~12층까지 공사할 수 있도록 시공팀과 협의하여 기둥구조계산을 하도록 하기도 합니다.
현장에서 지하 암반을 굴착하고, 크렘쉘로 바위를 운반하여 트럭에 싣는 과정이 시간이 오래 걸리고,
돌발상황이 자주 발생하기 때문입니다.
또한, 녹색건축물 인증관련하여 지열을 사용할 경우가 많아서 지하층의 공기가 늘어나는 경우가 많습니다.
지열은 보통 5m간격으로 Dia 150mm정도의 구명을 150~200m를 천공하므로 시간이 많이 소요됩니다.
또한 굴착장비 높이로 인한 직상부층의 바닥슬라브의 타설이 늦어지기도 합니다.
2. 기술요소
흙막이공법, PRD/RCD굴착공법, H/ACT/S/POS컬럼, SPS/CWS/BRD공법으로 나눌 수 있습니다.
1) 흙막이공법은 CIP, Slury Wall공법으로 나눕니다.
2) PRD공법은 중/소구경 굴착방법, RCD는 대구경(1.5m이상) 굴착방법입니다. (토목시공책을 참조하기 바랍니다)
- 우리가 흔히 실수하는 것은 Top-Down에서 사용하는 기둥을 PRD기둥이라고 말하는데 이것은 잘못된 용어입니다.
왜냐하면 PRD는 굴착기를 이용한 굴착방식이고, 기둥은 아래의 다양한 종류의 기둥이 사용되고 있기 때문입니다.
- PRD 공법 약어 : Percussion Rotary Drill
- RCD 공법 약어 : Reverse Circulation Drill
3) 컬럼은 H형강, ACT컬럼, S컬럼, POS컬럼(원형) 등이 있습니다.
- H컬럼을 제외하고는 특허제품입니다.
4) SPS/CWS/BRD공법은 국내의 Top-Down의 특허업체로 많은 공사를 수행했습니다.
위 그림에서 톱다운 기둥으로 사용되는 것이 주로 H형강이지만 철골물량을 줄이기 위하여,
ACT컬럼, POS컬럼, S컬럼이 개발되었으며,
모두 CFT기둥으로 스틸튜브 내에 콘크리트를 채워서 구조하중을 극대화하는 방식입니다.
그러나 기둥의 하부 콘크리트가 묻히는 근입장의 경우는 강성이 좋은 H형강으로 보강을 하기도 합니다.
SPS, CWS, BRD역타공법은 각 회사에서 개발한 특허공법이며, 구조컨설팅을 실시하게 되며,
시공시 현장의 다양한 변수에 대한 구조계산을 현장지원합니다.
즉 구조계산을 지원하는 컨설팅용역이고, 공사를 하는 팀은 아니라는 것을 알기 바랍니다.
기둥과 보의 설계는 이 회사들이 하며, 원 구조설계사와 긴밀히 협조하여 구조도면에 반영을 하여야 하며,
기둥의 근입장의 길이와 지반의 상태는 토목구조설계사에서 계산을 하여야 합니다. (기둥 지지력과 마찰력을 산정)
다시 말해서, 파일공사 시 파일기초설계를 구조설계사가 아닌 토목기초 설계사에서 하는 것과 같은 업무분장입니다.
위의 사항은 건축설계사가 주관하여 탑다운 컨설팅사, 구조설계사, 토목설계사와의 협업을 진두지휘 하여야 합니다.
3. 역타공법 컨설팅업체
역타공법 3가지 특허공법을 아래와 같이 비교하여 보았습니다.
시장점유율은 회사의 프라이버시가 있어서 삭제하였음을 이해해주시기 바랍니다.
4. 흙막이공법 슬러리월에서 각 공법별 사진
SPS와 CWS는 철골조로서 슬러리월과 철골 및 슬라브의 접합방법이 차이가 있으며,
BRD는 RC조로서 지하의 층수가 많을 경우 거푸집을 반복하여 사용하므로 유리한 공법입니다.
5. 흙막이공법 CIP에서 각공법별 사진
SPS와 CWS는 철골조로서 슬러리월과 철골 및 슬라브의 접합방법이 차이가 있으며,
BRD는 RC조로서 지하의 층수가 많을 경우 거푸집을 반복하여 사용하므로 유리한 공법입니다.
6. PRD공법의 시공순서
기둥을 설치하기 위하여 PRD공법으로 굴착을 하고 기둥(H컬럼, 액트컬럼, POS컬럼, S컬럼 등)을 설치하는 순서입니다.
굴착시공 시에 중요한 것은 수직도와 깊이가 적정하게 시공되었느냐가 중요하며, 그것을 측정하는 장비는 Koden 있습니다.
굴착 후 콘크리트를 넣고 기둥을 삽입하는 과정이 정밀도를 요합니다.
또한 콘크리트를 부어 넣고 기둥을 밀어 넣는데 쉽지 않습니다.
실제로 추후 굴토를 하다보면 기둥의 위치가 10cm이상으로 벗어나는 경우도 있게 되며, 이에 대한 보강을 하게 됩니다.
종종 기둥의 위치의 오류로 인하여 주차대수가 날라가는 경우도 생깁니다.
7. SPS공법(Strut as Permanent System)
SPS는 철골조로서 국내에 최초로 개발되어 많이 사용되고 있는 공법입니다.
흙막이벽체와 철골보의 접합방법 차이에 따라서 SPS공법과 CWS공법으로 구분됩니다.
둘의 디테일과 사진을 참조하여 구분하기 바랍니다.
8. CWS공법(Continuous Wall Top Down System)
CWS는 철골조로서 상기의 SPS공법과 무엇이 다른지 꼭 자세히 디테일 사진을 참고하시기 바랍니다.
아래는 오타가 났네요. CWS공법에 대한 설명입니다.
9. BRD공법(Bracket Supported R/C Downward)의 이해
BRD는 RC조로서 이동식 브라켓을 설치하여 거푸집을 설치하고,
가운데 슬라브는 데크로 설치하여 거푸집을 최소한으로 사용합니다.
장점으로는 거푸집을 반복적으로 사용하게 되어 비용절감이 되는 것입니다.
또한 지하층의 철골보에 비하여 와이드빔과 드롭패널을 사용하므로 층고를 줄여 굴착공사 비용을 절감할 수 있습니다.
지하층수가 많을 수록 비용절감이 크게 되며,
단점은 콘크리트 양생기간이 공기에 반영되어야 하므로 현장여건에 따라서 호불호가 갈립니다.
기둥마다 체인블럭으로 거푸집을 하강하므로 이 소음 또한 무시할 수 없습니다.
BRD는 아래와 같이 두가지 타입으로 1)와이드빔과 원웨이슬라브, 2)플랫슬라브로 나눕니다.
10. 설계중점 관리사항
아래의 단계별 세부내용은 설계/시공 실무자들이 꼭 숙지하여 진행하여야 합니다.
(1) 흙막이 공법 단계
- 슬러리월의 경우
* 대지경계선과 슬러리 월의 벽체와 최소 1~1.2m를 이격하여 장비를 사용할 수 있도록 하여야 합니다.
* 철골보의 레벨에 맞추어 슬러리월에 임베디드 플레이트의 매립을 하여야 합니다.
* 암 출현시 언더피닝을 하므로 지하외벽이 건물내부로 옮겨서 시공되므로 면적이 축소됩니다.
- CIP 경우
* 대지경계선과 CIP 중심까지 1~1.2m 이격하여 장비를 사용할 수 있도록 하여야 합니다.
(2) 설계단계
- 계획단계
* SPS, CWS, BRD공법중 현장 상황, 공기, 공사비를 고려하여 선정하여야 합니다.
* Top-Down일 경우 지하기초 타설전까지 지상 몇층까지 시공할지 공정팀과 협의하여 구조계산을 하여야 합니다.
* 기둥의 종류를 H컬럼, 액트컬럼, POS컬럼, S컬럼 중 어느 것으로 할 지 결정하여야 합니다. (시공성과 경제성 검토)
- 1층 평면도
* 작업하중을 고려하여 구조계산 대략 2.5Ton/m2을 반영하여야 합니다.(자재야적, 덤프트럭, 펌프카, 크램쉘 하중 등을 고려)
* 가설용 철골기둥과 철골보의 위치를 확인하여 공사후 철골을 잘라내는 부분을 최소화하 하여야 합니다.
* 상수도 인입구, 우수, 오수 입구의 슬리브 설치위치를 확인하여야 합니다.
* 상수도의 경우 맨홀이 법적으로 필요하므로 지하 흙막이 옆에 설치하거나 1층 슬라브 위에 설치하는 것을 체크해야 합니다.
* 토사의 직상차 배출을 위한 가설용 램프 설치계획을 하여야 합니다.
종종 램프구간의 별도의 H파일을 박고 토류판을 설치하는 경우가 있습니다.
* 공사중 급/배기구, 굴토구간의 반출구 등의 철골구조 보강을 계획하여야 합니다.
* 전단벽에 설치하는 가설철골은 매립하거나 절단이 쉽도록 계획하는 것이 공사비를 절감과 시공성을 높이는 방법입니다.
(3) 시공단계
- 자재
* 철골자재의 구조계산이 빨리 이루어져야 공장으로부터 공급 가능한 철골을 위주로 설계 변경할 수 있는 시간을 절약할 수 있습니다.
- 시공
* 시공을 위한 슬라브 분할 컨스럭션 조인트와 관련하여 구조 단계해석이 필요합니다.
* 슬라브의 패합이 안되면 지하층의 소단 굴착의 지연으로 전체공기에 영향을 미치므로 슬라브 패합과 관련하여 검토가 필요합니다.
= 패합은 슬라브의 계획된 오프닝 슬라브(구조계산 반영) 외에 하중을 전달하는 슬라브의 오픈이 없도록 하는 것을 말합니다.
* 아래의 사진과 같이 액트컬럼 주위의 슬라브는 추후 지하기초부터 SRC기둥을 타설하기 위하여 오픈을 합니다.
* 지하1층의 수직부재를 콘크리트를 치고 지하2층에서 바라본 SRC기둥의 주배근으로 커플러이음을 하기 전의 모습
* 슬러리월과 슬라브의 조인트부분의 시공 모습으로 빈틈은 우레탄폼스프레이로 메웠습니다.
* 전이보의 하부 서포트를 위하여 슬라브의 하중을 높이는 방법도 검토하여야 합니다.
* 철골보 역타의 경우 기둥과 기둥사이의 철골보의 길이가 맞지 않아 덧댐 시공이 이루어지고, 용접으로 처리하는 경우가 발생합니다.
* 기둥과 보의 간격이 40mm 이하이면 용접으로 처리하고, 그 이상이면 철판을 보강하여 용접을 실시합니다.
* 아래의 사진과 같이 하부층 벽체의 콘크리트 타설을 위하여 슬라브에 구멍 설치를 검토하여야 합니다.
자료를 제공해주신 3개 회사에 감사를 드리며, 이상으로 마칩니다.
출처 : 빈자리님
'3_건축시공 및 자재' 카테고리의 다른 글
| #08 CRC보드 시공법 (0) | 2023.10.03 |
|---|---|
| #07 실내 대리석 시공법 (0) | 2023.10.03 |
| #06 ALC블럭 시공법 (0) | 2023.10.03 |
| #05 타일 시공법 (0) | 2023.10.03 |
| #02 석공사 (0) | 2023.10.02 |
