피어기초 케이슨기초에 대해 알아보자

피어 기초(pier foundation)

피어 기초는 구조물의 하중을 굳은 지반까지 전달하기 위하여 수직공을 굴착하여 그 속에 현장 콘크리트를 타설하여 만든 주상의 기초이다. 시공법의 차이로 말뚝 기초와 구별된다.

 

1. 피어(Pier)기초의 종류 ☞ 필수 숙지 사항

┏ 인력에 의한 굴착 : Chicago 공법, Gow 공법

┗ 기계에 의한 굴착 : Benoto 공법, Earth Drill(Calweld) 공법, reverse circulation(R.C.D) 공법

(1) 시카고(Chicago) 공법

① 수직 흙막이 판으로 흙막이를 한 다음 인력에 의해 굴착

② 굴착한 벽이 잘 무너지지 않는 굳기가 중정도의 점토 지반의 굴착에 이용되는 공법으로 깊이가 약 1.2~1.8m 원통 구멍을 인력으로 굴착한 후 구멍의 벽을 반원형의 강철링을 조립하여 유지시켜 밑의 지지층까지 인력 룩착으로 하는 공법.

(2) 가우(Gow) 공법

① 흙막이로서 강제 원통을 사용하는 인력굴착방법

② 굴착 내부의 흙막이로서 강재 원통을 사용함. 조금 연약한 지반에 적합하며 1.8~5.0m의 강재 원통을 땅속에 박고 내부의 흙을 인력으로 굴착한 후 다시 다음의 원통을 박는 공법.

(3) Benoto 공법

① 강제 cassing tube를 땅속에 압입을 한 후 Benoto굴착기를 사용하여 굴착을 하고, 콘크리트 로 타설 후 cassing tube를 끌어 올리는 방법

② 현장 타설 피어 공법으로 소정의지지 지반까지 구멍을 파서 그 속에 콘크리트를 타설하여 확실한 원형의 주상 기초를 만드는 공법. 이 공법은 Cassing tube의 인발시 철근이 따라 뽑히는 공상현상이 일어나는 단점이 있음.

(4) Earth Drill공법

① 회전식 바켙으로 굴착한 후 콘크리트로 타설하는 방법

② calwelde 공법이라고도 하며 굴착한 절삭날(cutting edge)이나 절삭톱니가 부착된 오거를 회전하여 구멍을 굴착하는 공법. 켈리(kelly)라고 불리는 정사각형 축에 부착된 오거를 흙 속에 관입하고 회전하며, 날개에 흙이 채워지면 오거를 지표면 위로 끌어 올린다.

(5) reverse circulation(R.C.D) 공법

서독에서 개발된 공법으로 굴착 구멍과 저수 탱크 사이에 물을 환류시켜 정수압으로 공벽을 무너지지 않게 하고 특수 비트를 회전시켜 굴착한 흙을 굴착 파이프(drill pipe)를 통해 물과 함께 배출하는 공법

 

2. 피어 기초의 특징

(1) 큰 구조물이 되므로 수평력에 대한 휨모멘트의 저항성이 크다.

(2) 무진동, 무소음 공법이므로 도심지 공사에 좋고 공사비가 싸다.

(3) 지반에서 팽창 작용이나 분사 현상이 일어나지 않는다. (점토질 실트와 자갈층 등에 유효)

(4) 말뚝으로 타입이 곤란한 곳도 기계 굴착으로 시공이 가능하다.(굴착은 해머 그배브 사용, 굴착하므로 예정 지반까지 도달하게 됨)

(5) 인력 굴착인 경우 선단 지반의 토질상태도 알 수 있고 재하 실험도 가능하다.(지내력 시험이 행해져 확실한 결과를 얻을 수 있음.)

(6) 동시에 많은 수의 기초를 할 수 있다.

 

케이슨 기초(caisson foundation)

케이슨 기초는 연약한 지반을 관통하여 설치된 케이슨(통)을 통해 주로 무거운 상부 구조물로부터 전달되는 큰 하중을 그 아래의 큰 지지력을 갖는 층까지 전달하는 공법이다.

 

1. 케이슨(Caisson)기초의 종류 ☞ 필수 숙지 사항

☞ ┏ 우물통 기초(well caisson)

┣ 공기케이슨기초(pneumatic caisson)

┗ 박스케이슨기초(box caisson)

(1) 우물통 기초(well caisson)

오픈케이슨 기초(open caisson) 또는 정통(井筒) 기초라고도 함. 우물통과 같이 뚜껑이 없는 케이슨 안쪽의 흙을 굴착하여 소정의 깊이에 도달하는 방법. 교각, 옹벽 등의 기초에 많이 사용되는 공법

(2) 공기케이슨기초( = 뉴메틱 케이슨 기초, pneumatic caisson)

압축공기에 의해 지하수나 토사의 유입을 막으면서 주로 인력으로 굴착하여 케이슨을 침하시키는 방법

(3) 박스케이슨기초(box caisson)

저부가 막힌 철근 콘크리트박스형 구조물을 해상에 진수시킨 후 자갈, 모래, 콘크리트 등을 채워서 정위치에 침하시키는 방법. 방파제나 안벽용으로 사용함.

 

2. 케이슨의 침하 공법

(1) 재하중에 의한 방법 : 초기는 자중으로 침하되지만 심도가 깊어짐에 따라 레일 철괴, 콘크리트 블록, 흙가마니 등이 사용됨

(2) 물하중식 침하 공법 : 우물통 하부에 수밀한 선반을 설치하여 여기에 물을 채워서 침하 하중으로 침하하는 것으로 경사에 유의해야 함.

(3) 분사식 침하 공법 : 케이슨 침하시 케이슨의 주면 마찰력을 감소시키기 위해 날끝 부근에서 공기, 물 또는 그 외 혼합물을 분사시켜 침하를 촉진시키는 공법(점성토에는 물을, 사질토에서는 물과 공기의 혼합물을 주로 사용함.)

(4) 발파에 의한 침하 공법 : 화약에 의해서 우물통 자체에 충격을 가하여 마찰 저항을 감소시키지만 벽체에 작용하게 되는 횡압력에 주의하여야 한다.

(5) 감압에 의한 침하 공법 : 공기 케이슨법에서 작업실 내의 상햐의 양압력을 감소시킴으로써 케이슨을 침하시키는 공법. 위험이 수반되므로 책임 기술자의 허락 하에서 시공하도록 함.

 

3. 우물통 기초

(1) 우물통 기초의 장점

① 침하 깊이에 제한이 없다.

② 기계 설비가 비교적 간단하며 공사비가 일반적으로 싸다.

③ 무진동으로 시공할 수 있어 시가지 공사에 적합하다.

(2) 우물통 기초의 단점

① 케이슨 저부의 연약토 제거가 확실하지 않아 지지력, 토질 구조 파악이 곤란하다.

② 장애물이 있는 경우 침하 작업이 지연되고 경사 수정이 어렵다.

③ 굴착시 boiling, heaving의 우려가 있다.

④ 저부 콘크리트가 수중 시공이 되어 불충분하게 된다.

4. 공기 케이슨 기초

(1) 공기 케이슨 기초의 장점

① dry work이므로 침하 공정이 빠르고 장애물 제거도 쉽다.

② 토질을 확인할 수 있고 비교적 정확한 지지력을 측정할 수 있다.

③ 이동 경사가 적고 경사 수정도 쉽다.

④ 수중 콘크리트 시공이 아니므로 저부 콘크리트 슬래브의 시공이 가능하다.

⑤ 기초 지반의 boiling과 heaving을 방지할 수 있어 인접 구조물에 피해를 주지 않는다.

⑥ 굴착시 극단적인 여굴이 필요없고 장애물 제거도 용이하다.

(2) 공기 케이슨 기초의 단점

① 기계 설비가 비싸고 주야작업이므로 노무 관리비가 많이 든다.

② 고기압을 사용하므로 케이슨병이 발생할 수 있으며 사람이 인내할 수 있는 기압의 한계상 굴착 깊이에 제한이 따른다.

③ 소음과 진동이 커서 시가지 공사에는 부적당하다.

④ 압축 공기를 사용하기 때문에 소규모 공사에는 비경제적이다.

(3) 공기 케이슨 기초의 적용 범위

① 심도 : 수면 밑 10∼40m 정도

② 압력 : 압축 공기의 압력은 3.5∼4.0kgf/cm

 

 

5. 박스 케이슨 기초

(1) 박스 케이슨 기초의 장점

① 공사비가 저렴하다.

② 다른 정통이 부적합한 경우 알맞다.

③ 케이슨이 지지하기에 알맞은 토층이 지표면 근처에 있는 경우에 적합하다.

(2) 박스 케이슨 기초의 단점

① 깊은 굴착에는 포화된 흙이 굴착 내부에 유입되므로 비경제적이다.

② 굴착 깊이가 깊어지면 부적합하다.

③ 기초 지반이 세굴되지 않도록 한다.

 

★ Underpinning공법

☞ 기존 건물에서 인접한 장소에 새로운 기초를 시공하고자 할 때 기존 건물의 기초가 약해서 보강하는데 사용하는 공법