IPS 흙막이공법의 현장 거동에 관한 연구

Abstract

본 논문은 혁신적 IPS(Innovative Prestressed Support) 흙막이 공법의 설치와 굴착에 따른 지반과 가시설의 거동 및 안전성을 분석하기 위하여, 북부산에 위치한 54m*34m*17 규모의 건축현장에 시공된 IPS 단일띠장(11m∼18m)과 중앙 버팀보(26.9m,19.85m), 코너 버팀보로 구성된 총 6단의 IPS 가시설 시스템의 긴장과 굴착에 따른 지반거동 및 IPS 가시설 시스템의 구조적 거동을 계측 분석하였다. 본 현장은 낙동강변에 위치하여, 지질조건은 Clay가 주성분이고, 지하수위도 지하 4.6m로 높은 편이며, 최대토압이 39.6t/m에 달하는 연약지반인 동시에, 8층 빌딩이 3m떨어진 곳에 인접되어 있는 여러 가지 조건이 매우 불리한 굴착현장이다. 본 논문에서는 북부산 현장의 지반조건, IPS 가시설의 구조계산 및 MIDAS 구조해석, 지반변위와 가시설의 구조적 거동 등의 현장계측 결과를 비교, 분석하여, 현장의 설계값과 작용 토압을 비교 분석하였고, 실측값과 설계값의 편차를 고려하는 방안을 제시하였다. 지중경사계와 광역변위계의 최대수평변위가 똑같이 D-2구역에서 31.64mm와 32.0mm로 발생하여 2가지의 계측결과가 상당히 유사함을 보여주었다. 변형률 게이지에서는 4단에서 최대 압축력 830.7㎏/㎠가 계측되었는데, 이는 허용 압축력 2294㎏/㎠ (약축)이나 띠장 구조해석 결과인 2096㎏/㎠의 39.6% 수준의 매우 작은 값이다. 버팀보와 띠장강선을 모두 가력했을 때, 마이다스 해석 결과는 중앙버팀보의 계측 위치에서 951.7㎏/㎠의 압축응력이 발생하는 것으로 나타나 실계측값과 유사하였다. 이는 IPS 가시설의 경우 설치하중 이상의 토압이 작용하지 않았다는 것을 의미한다. 버팀보의 결과를 보면 S02-4와 S04-4가 오차 1.8%와 3.4%로 매우 근사값을 보이고 있고, S01-4 또한 오차 15.2%로 아주 근사한 값을 보이고 있으며, S03-4 값이 오차 27.2%로 다소 큰 오차를 보이고 있으나 버팀보의 압축응력에는 계측결과와 구조 해석 결과값이 매우 유사한 것으로 나타났다. 혁신적 IPS 가시설 공법이 매우 불리한 여러 가지 조건을 갖고 있는 연약지반에 성공적으로 적용, 완료됨으로써, 매우 안전한 시스템임이 입증되었으며, 굴착된 지반의 변형을 효과적으로 억제함으로써, 가시설에 작용하는 토압이 설치하중 이하로 유지되고 있음을 보여주었고, 현재 사용되는 SUNEX에 의한 설계토압은 계측된 토압의 2.5배에 달하는 정도의 매우 과다한 것으로 추정되어 적절한 감소계수의 도입이 필요한 것으로 나타났다.