도심지공사에서 Top-Down공법의 여러 장점 중에서 공기단축은 큰 장점중의 하나이다. 그러나 공기단 축의 효과를 극대화하기 위해서는 많은 노력이 필요하다. 또한 Top-Down공법에 적합하지 않은 구조형 식, 공사방식과 순서 등의 적용은 공사비의 증가, 구조품질의 저하, 시공성의 저하 등의 요인이 되며 전 체공기의 단축을 기대할 수도 없다.
현장의 공정계획은 지하층뿐만 아니라 지상층을 포함한 토목, 건축구조, 기계, 전기, 커튼월, 내부마감, 엘리베이터설치 등의 전체공사완료시까지의 공기를 고려하여 계획하여야 한다.
지하층의 램프구조는 일반적으로 [그림 1]과 같이 지하 외벽 주변에 배치되어 횡토압을 받게 된다. Top-Down 공법을 적용하는 현장에서 램프구조공사는 램프 개구부에 스트럿 또는 타이백으로 흙막이벽을 지지하면서 최하부층까지 굴토를 한 후 램프구조를 최하층에서부터 다시 상부로 시공해가는 일반적인 후시공-순타공사방식이 있고, 각 층의 굴토후 바닥공사와 함께 램프구조를 선시 공하여 램프바닥이 지하연속벽이나 가설흙막이벽을 지지하고 작업통행로로 사용하여 기시공된 지하바닥구조를 활용할 수 있는 합리적인 병행-역타공사방식이 있다. 이번 기고문에서는 램프구조 공사에 추가적인 구조요소와 가설구조를 최소화하고 구조본체를 선시공하여 안전하고 경제적이고 시공성이 우수하고 공기를 단축시키는 합리적인 병행-역타공사방식을 소개한다.
Top-Down공법을 적용한 공사에서 코어구조의 공사방식과 순서에 따라서 선시공 순타방식, 후시 공 순타방식, 병행 역타방식 등으로 구분할 수 있으며, 공사방식과 순서에 따라서 공기와 공사비 뿐만 아니라 Top-Down공사기간동안의 안정성, 편의성 등에 있어서도 크게 차이가 난다.
일반적으로 코어구조는 중력하중뿐만 아니라 횡력에 저항하는 주구조로 이용된다. 따라서 Top-Down공사시 코어구조는 중력하중과 상층부 풍하중의 영향 및 지하 토압/수압을 지지할 수 있도록 계획된다. 또한, 코어 및 계단실은 지하실 각층 바닥공사와 동시에 시공될 수 있도록 계획 하여 안전한 작업통행로로 사용하고 별도 공정이 되지 않도록 하여 공기가 단축될 수 있도록 계획하여 설계하는 것이 합리적이다.
일반적으로 지상부의 코어에는 철골가새구조 또는 철근콘크리트벽구조, 지하부의 코어에는 철근콘 크리트벽구조를 적용한다. 지하부 코어의 시공방법은 지상부 코어의 구조형식에 따라 다음과 같이 결정된다.
Top-Down공법을 적용하기 위해 필요한 3대 기본요소[그림-1] 중에서 흙막이벽은 굴토시 작용하는 토압과 수압을 지지하고 바닥구조는 흙막이벽을 수평 지지하는 역할을 한다. 선시공한 본구조체인 지하바닥구조는 가설지지구조에서 사용하는 Strut, Tie-Back 등에 비해 강성이 크고 안정성에서도 훨씬 우수하며 경제적이다. 흙막이벽은 지반조건과 주변조건에 따라서 가설흙막이벽 또는 지중연속벽을 적용하고 바닥구조는 기둥간격과 하 중의 크기에 따라서 철근콘크리트 또는 철골합성바닥구조를 적용한다. 흙막이벽과 바닥 구조공사는 지하공사에서 안전성, 시공성, 경제성 및 공기에 큰 영향을 미친다. 이 장에서는 이에 대한 ￭ 구조설계시 특별히 고려하여야 할 사항과 ￭ 합리적인 구조형식과 공사방 식을 요약하여 소개한다.
Top-Down공법(역타공법)은 일반적인 Bottom-up공법(순타공법)과 달리 지표면에서부터 지상층 과 지하층을 아래와 위로 동시에 시공해 나가는 방법이다. 탑-다운공법은 대심도, 대형공사에 유 리하고, 소음, 진동, 비산먼지 등에 적극적인 민원예방이 가능하며, 인접대지에 대한 영향을 최소 화하고, 선시공된 1층 바닥 및 지하층 바닥을 가설사무실, 임시주차장, 작업장 등으로 활용할 수 있어 건물이 밀집한 도심지에서 사용빈도가 높다.
탑-다운공법에 의한 지하공사는 먼저 지중에 흙막이벽과 선기초기둥을 설치한 후, 단계별로 각층의 지하 바닥구조를 시공면서 그 하부를 굴토하는 방법을 반복하여 최하부층까지 지하구조를 구축하게 된다.
지중에 설치된 Top-Down공사용 기둥은 단계별로 지하굴착시에 노출되면서 상부에 구축 되어가 는 구조에 작용하는 구조물 자중, 작업하중, 마감하중, 풍하중 등을 지지하는 기둥 및 파일의 역할을 한다.
Top-Down 공법에 의하여 굴토공사 및 지하부와 지상부공사를 하기 위해서는 1차적으 로 횡토압․수압 및 연직하중을 지지하기 위한 ① 흙막이벽이 필요하고 2차적으로 흙막 이벽을 지지하기 위하여 바닥구조체를 이용하거나 가설지보공 등의 ② 횡지지대가 필요 하며 3차적으로 횡지지대의 좌굴길이를 제한하고 이에 작용하는 지하층하중과 지상층하 중을 수직으로 지지하기 위한 ③ 중간기둥이 필요하다. 여기서 중간기둥은 축하중을 지반에 안정되게 전달할 수 있는 선 시공된 기초를 필요로 한다.
Top-Down공법은 1938년, 영국의 Mr. Arup 에 의하여 독일의 폭격에 대처할 수 있는 지하 방폭대피소인 지하5층의 원형구조물의 설계로 제안되었다.
이 지하 방폭대피소는 0.5~1ton 규모의 직격 탄에 보호될 수 있도록 지표면 근처의 최상부 바닥슬래브와 지하외벽의 콘크리트 두께는 3.0m로 하고 지하외벽은 하부로 내려가면서 두께가 감소되도록 계획되었다. 이러한 깊은 굴토공사와 최상부의 두꺼운 슬래브공사를 하 기 위해서는 일반적인 방법으로는 어렵고 공사비도 크게 요구되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 애럽은 그림 1과 같이 해당층의 땅바닥 위에 바닥콘크리트공사를 하고 이 바닥 구조를 흙막이벽지지구조로 이용하면서 하부를 굴토하는 방식으로 상부에서부터 하부로 단계 별로 반복하여 시공하면서 지하구조물을 구축 하는 방법을 적용하였다. 이에 따라 바닥구조 들을 지지할 수 있도록 중간기둥들은 지중에 미리 설치하고, 지하외벽이 시공될 주변에 파 일을 지중에 촘촘히 설치한 후, 각 바닥을 땅 바닥 위에 시공하면서 하부를 굴토하며, 중앙 부 원형 개구부를 두어 토사를 반출하는 공사 방법과 순서를 제안하였는데, 바로 이 안에 의하여 Top-Down공법의 개념이 탄생되었다.
Top-Down공법에 의한 지하공사비는 지반조건, 구조형식, 공사방식과 순서, 채택의 주목적 등에 따라서 크게 차이가 난다. 이 기고문에서는 지하공사비를 최소화하기 위한 기본 전략, 공사비분석 방법과 Value Engineering의 사례를 간단하게 소개하였다.
지하공사비를 최소화하기 위해서는 다음과 같은 기본 전략이 필요하다.
피어, 흙막이벽, 굴토공사에 대한 최적 공사방식과 구조형식의 선정과 설계