Solution C

파형강판 적용장점 (개착터널, 통로, 수로)

우리나라도 고령화사회에 접어듬에 따라 건설근로자의 고령화가 가속화 되었으며, 2018년 기준 10명중 6명은 55세 이상입니다. 또한, 토목현장에서 철근 콘크리트 구조물 공정중에 발생하는 안전사고 중에 콘크리트 타설중에 거푸집이 타설 압력을 버티지 못하고 붕괴되는 안전사고가 발생하고 있습니다. 거푸집의 타설압력을 고려한 동바리 설계는 실제 시공되는 현장의 지지력이 설계요구 조건을 만족하여야 하나, 현실적으로는 많은 어려움이 있습니다. 최근에 시공사는 시공전에 현장 조건에 맞는 동바리 설치 안정성을 확보하기 위한  재설계를 하여야 하며, 안전사고 발생시에는 그 책임을 묻고 있는 현실입니다.

특히, 작은 단면의 수로박스 시공시에는 동바리 설치를 위하여 매우 촘촘한 동바리를 설치하여야 하며, 건설근로자들의 작업환경이 매우 열악할 수 밖에 없습니다. 이는 고령화된 근로자들의 피로에 의한 안전사고로 이어질 수 있는 문제를 가지고 있습니다.

파형강판은 경제성, 친환경적인 장점과 함께 콘크리트 타설을 위한 거푸집, 동바리 공정이 없으며, 철근 콘크리트공법과 비교시에 건설근로자의 인원이 최대 80%이상 감소하기 때문에 안전사고에 대한 방지 및 감소하고 있는 건설근로자 인력을 재배치 할 수 있는 장점이 있습니다.   

Comparison_Worker

파형강판 암거 및 수로 (Underpass)

도로암거는 일반 설계뿐 아니라 수해복구와 같은 긴급공사에서도 설계빈도가 많으며, 설계도 적용에 있어 동일한 작업이 많아, 구조적인 안정을 고려한 합리적인 표준 설계도가 제시되었으며, 이에 1997년 부터 파형강판 지중구조물 표준도 도입이 검토 되었습니다. 1997년 파형강판 지중구조물을 중앙고속도로에 최초 적용 후, 2001년 한국도로공사 도로교통연구원에서 제정된 “지중강판 구조물 설계 및 시공지침”, “파형강판 암거 표준도” 및 “파형강판 수로암거 표준도” 를 제정하여 적용되어 오고 있습니다. 기존 콘크리트 표준암거 4.5m by 4.5m와 대비하여 파형강판 암거는 반원아치, 높은아치형 (W형)의 Span이 6m~6.25m로 구성되어 약 70~80%의 공사비용으로 내공단면이 130% 증가함으로써 콘크리트 암거는 불가능하였던 암거내에서 차량교행이 가능하여 국내에 약 500여개소가 공용중에 있습니다.  

Underpass Comparison.png

적용과정에서 도로공사 표준도를 이용한 설계∙시공으로 인해 다양한 상황과 조건 (스큐, 편토압, 배수, 기초설계, 뒤채움 관리 등)을 고려 못하는 문제점 발생으로 2010년 부터 표준도를 사용하지 않고, 현장 조건과 상황에 맞게 설계 및 시공하도록 변경 되었으나, 구조물 설계를 위한 구체적인 설계지침의 필요성이 대두 되었고, 또한 시공측면에서 뒤채움의 재료, 범위, 시공방법에 대한 개선과 배수 문제의 개선이 필요하게 되었습니다.

파형강판 표준도_한국도로공사_2001

파형강판 암거 표준도 2001

파형강판 통로암거표준도_한국도로공사_2001
Trouble: 허용변위 5%, 기초연결부 누수발생

Solution

도로 암거와 같이 소형 구조물에서 주로 사용되었던 “표준형 파형강판”의 주요 문제점으로 기준을 초과(허용변위량 5%)하는 단면변형, 국부좌굴파괴, 볼트이음부 강판의 찢어짐, 볼트이음부 누수, 단부의 변형에 대한 솔루션으로 단면 2차 모멘트가 8~9배 증가한 “대골형과 초대골형(EXSCor)  파형강판” 사용으로 위 문제점 (허용변위량 2%, 초대골형 1%)을 보완할 수 있는 파형강판 제작에 대한 기술력을 보유하고 있습니다.

1) 콘크리트 기초에서 문제 시 되었던 기초 콘크리트의 연직 균열 및 활동에 대한 개선방향으로 기초 형태를 옹벽식에서 블럭식으로 변경함으로써, 구조물의 전체 자중을 경량화하여 부등침하에 대한 문제점을 해결하고,

2) 파형강판과 기초 연결부에서의 누수발생에 대해서는 기초 내부 상단에 누수방지용 공법을 추가 설치하여 결로 및 유입수가 고여 흐르는 것을 방지하였습니다.

Solution_강성증가, 허용변위 2%이내, 채널부위 누수방지

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3) 단면 선정시 구조물 상단에서 계획고까지 토피고에 여유가 있는 경우 개방감이 우수한 Arch Shape 단면을 적용하고, 토피고의 여유가 없는 경우 Box Shape 단면을 적용할 수 있습니다.

 

4) 공정을 단순화  (3단계 ➞ 2단계)하여 기존방식 대비 공사기간이 30% 단축되며, 공사비도 15%이상 절감 됩니다. 

Optimized foundation wall height Design
스크린샷 2020-04-09 오후 4.47.10.png
대골형 파형강판_허용변위 2%

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파형강판 개착터널 CSS Tunnel

파형강판 터널에서 차로 폭이 넓어질 경우 (전체 유효폭 20m 이상인 경우) 파형강판 구조물의 강성 한계와 시공 여건을 고려하여 2련 구조물을 적용하게 됩니다. 공용 중에 공사를 하는 경우에는 차량 통행을 불가피하게 일부 차선을 통제하 여야 하며, 도로 중앙 분리대에 기초를 설치하게 되므로, 기존 차로와 연결되는 터널안에서는 4차로 폭을 확장하여야 하 는 단점이 있습니다. 이에 대한 솔루션으로는 초대골형(EXSCor)파형강판을 적용함으로써 기존 차로를 유지하는 2련 및 단경간으로 공사가 가능합니다.

대골형 파형강판_2련

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 일부 교통 통제 

대골형 파형강판_2련

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Solution

초대골형(EXSCor) 파형강판은 기존 대골형 파형강판에 비하여 파형의 폭과 깊이를 키움으로 재료는 8~9%증 가하지만, 강성은 3배이상 증대시킨 세계 최대 강성을 지닌 파형강판입니다. 초대골형(EXSCor) 파형강판을 사용하게 되 면 지간 24m는 메인판(보강판無)으로만 강성을 확보할 수 있으므로 기존의 대골형 파형강판의 경우 강성보강을 위한 보강 파형강판 (Rib Stiffener Plate) 조립과 보강 콘크리트 타설 (En-Cased Concrete) 등의 공정이 없으므로 시공이 용이하고, 공사비도 절감됩니다. 초대골형에 보강판을 사 용하게 되면 최대 40m 지간까지도 적용하게 되어 8차로 도로 중앙분리대에 기초를 설치하지 않고 단경간으로 횡단할 수 있으므로, 기존 도로의 교통의 흐름을 유지하며 시공이 가능합니다. 

초대골형 파형강판_단경간_Max.40m

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초대골형 파형강판_도심지_교통흐름유지

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초대골형 파형강판_이동식 대차

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서울시 계남근린공원

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서울시 남산

교통 통제 불필요 

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서울시 버티고개

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도심지 공사 적용성

차량통행의 흐름을 끊지 않으며, 도심지 공사시에 자재반입에 따른 교통혼잡에 따른 민원해소 및 우회도로가 필요하지 않습니다. (타공법: 철근, 레미콘 및 프리케스트 운반차량 대비 90% 감소)

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Case Study

곡선구간 & Skew 적용성

곡선구간 적용시에는 공장에서 사전 제작된 'Built-Up Beam Elbow'를 사용하여 현장에서 볼트조립으로 시공을 함으로써,   도로선형을 최대한 유지함으로써 차량 주행성과 시인성에서  일반 콘크리트 구조물 보다 우수합니다. 입,출구부 Skew도 공장에서 사전 가공 제작됨에 따라서 현장에서 볼트조립으로 빠른 시공을 보장합니다. 또한, 청암이앤씨는 세계최초로 상세한 부분까지 BIM 설계기법으로 도입함으로써 제작 및 현장에서의 오차를 'Zero화' 하였습니다.

공사비 절감 적용사례

뒷채움재료를 보조기층재에서 노상토로 변경 (다짐도 95% 90%)했음에도 불구하고, 파형강판의 안전율은 높게 증가하였으며, 시공시 변위량은 0.05% 미만으로 관리 (KCS 허용변위 기준 2%) 기존 대골형 (380mm by 140mm / 400mm by 150mm) 대비하여 뒷채움 공사비를 72% 절감하였습니다. LG LED P10 , 2016.5월

Max. 72% 절감

초대골형 vs. 대골형 뒤채움재료에 따른 공사비 비교

최소 파형강판 조합

대골형(380mm by 140mm) 파형강판을 2장~4장 조합으로 설치가 가능한 단면을 구성함으로서, 긴급공사 및 고성토 구간에 적용될 수 있는 조합을 개발하였습니다. 또한, 뒤채움 재료(보조기층재, 노상토)와 다짐도(85%~90%)에 따른 최대 토피고를 구분하여 산정하였습니다. 파형강판 2장으로 1.8m 부터 3.0m의 원형단면을 구성할 수 있음으로 기존 표준형 파형강판 조합 대비 볼트 수량이 36% 감소함으로써 조립 및 공사기간, 방수성능 향상 및 경제성을 확보하였습니다. 

ChungAmE&C_Soltion_Round_MaxHeight_Vario

파형강판 설치 

파형강판은 기초가 있는 경우에 설계 도면에 제시된 기초 지지력을 확인하고 (필요시 Pile 시공), footing concrete를 타설하고, 그 위에 기초 콘크리트를 시공한다. 기초 콘크리트 시공시에 철근에 파형강판과 연결되는 Base Channel을 설치한다. 기초콘크리트가 양생후에는 파형강판과 Base Channel을 볼트와 너트로 체결합니다.

파형강판은 도면에 표기된 BP0-00S과 파형강판 내측 및 외측에 표기된 Marking을 확인하여 순서에 맞추어 조립을 합니다. End-Treatment가 콘크리트 면벽인 경우에는 Anchor Bolt와 면벽의 철근을 체결하여 콘크리트 면벽을 완성후에 시방서에 정하여진 다짐재료와 다짐율을 확보하여 뒷채움을 시행합니다. 뒤채움 전에 도면에 명기된 볼트 및 파형강판과 파형강판 사이를 Gasket 및 방수캡으로 방수 처리를 합니다.  Bevel인 경우에는 방수 및 뒤채움 공정을 실시한 이후에 Bevel 부분의 Ring-Concrete로 마감을 합니다. 

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