Top-Down공사의 소요공기분석
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.
예를 들어 지하층 공사는 빨리 완료되고 지상층 공사가 지연되거나, 부분 공정상 굴토공사는 빨리 완료되 고 골조공사가 지연되는 등의 부분공정만 빨리 완료되는 것은 전체공기단축을 위해서는 의미가 없다. 따라서 구조형식이나 공사방법과 순서는 전체공기를 단축할 수 있도록 계획하는 것이 중요하다. 이것은 뒤에 설명될 ‘3개 현장에 대한 소요공기 사례 비교’에서 검증될 것이라 사료된다.
Top-Down공사의 공기는 주로 지반의 종류, 주변조건, 건축물의 형태, 공사규모, 구조형식, 공사방식, 공사순서 등에 의해 결정된다. 이중에서 지반의 종류, 주변조건, 공사규모, 건축물의 형태는 주어진 조건이고, 공기단축이나 공사비절감을 위해 이 주어진 조건에 가장 적합한 구조형식, 공사방식, 공사순서 등을 적용하는 것은 구조엔지니어와 시공자의 과제이다.
A. 공종별 공기
1. 흙막이벽
(관련된 구체적인 기술적 내용은 기고문 ‘Top-Down공사의 흙막이벽, 바닥구조와 굴토공사’참조)
흙막이벽은 지반조건, 주변조건, 굴토깊이 등에 따라서 연속벽 또는 가설흙막이벽으로 채택된다. 연속벽 공사 및 가설흙막이벽의 구체적인 공사계획(공기, 장비, 조구성 등)은 관련전문업체와 협의하여 결정한다.
(1) 연속벽공사의 공기는 지반조건, 굴토깊이, 공사규모, 벽두께, 굴삭장비종류 등에 따라서 결정된다. 일반적인 규모와 조건에서는 2~3개월이 소요되고, 대지가 큰 경우에는 여러 조를 구성하여 공사를 진 행할 수 있으므로 대개는 5개월이 넘지 않는다.
(2) 가설흙막이벽공사의 공기는 지반조건, 천공깊이, 천공직경, 공사규모, 천공장비종류 등에 따라서 결 정된다. 일반적인 규모와 조건에서는 2~3개월이 소요되고, 대지가 큰 경우에는 여러 조를 구성하여 공 사를 진행할 수 있으므로 대개는 3~4개월이 넘지 않는다.
2. 선기초기둥
(관련된 구체적인 기술적 내용은 기고문 ‘Top-Down공사용 선기초기둥의 설계와 시공시 고려사항’ 참조)
선기초기둥공사의 공기는 지반조건, 천공깊이, 천공직경, 개소, 천공장비종류 등에 의해 결정된다. 선기초를 설치하기위한 구체적인 천공(RCD, PRD 등)공사계획(공기, 장비종류, 조구성 등)은 관련전문업 체와 협의하여 결정한다.
일반적인 규모와 조건에서는 2~3개월이 소요되고, 대지가 큰 경우에는 여러 조를 구성하여 공사를 진 행할 수 있으므로 대개는 5개월이 넘지 않는다. 일반적인 조건에서직경 800mm의 PRD천공은 0.5~1일 /1개소, 직경 1,500mm의 RCD천공은 1.5~2일/1개소, 직경 2,000mm의 천공은 2~3일/1개소, 직경 2,500mm의 RCD천공은 3~4일/1개소가 소요된다.
3. 지하층의 굴토공사, 바닥구조공사 및 기초공사
(관련된 구체적인 기술적 내용은 기고문 ‘Top-Down공사의 흙막이벽, 바닥구조와 굴토공사’ 참조)
여러 가지의 공종 중에서 지하층의 굴토공사와 바닥구조공사는 전체공정에 큰 영향을 준다.
여기에서는 Top-Down공사에 가장 경제적이고 공기가 가장 적게 소요되는 땅바닥 위 형틀로 시공하는 철근콘크리트 플랫플레이트슬래브를 기준하여 설명한다.
(1) 1층 바닥구조공사의 순서
1층바닥은 조기에 구축하여 토사반출장비, 토사반출차량, 자재반입 차량, 크레인 등의 중장비를 빨리 사 용할 수 있도록 하여야 다음 단계의 공사가 지연되지 않는다. 만일 1층바닥을 구축하기 전에 하부를 굴 토한 후에 1층바닥공사를 하는 순서는 1층바닥구조를 먼저 구축하는 순서보다 약 1~2개월 정도 공사기 간이 증가된다.
예를 들어 SOG공법을 적용하는 Flat Plate Slab의 바닥구조공사의 1층바닥공사의 공기는 약 1개월이면 충분하다. 반면에 소정의 깊이까지 먼저 굴토한 후에 1층바닥구조를 구축하는 SPS공법에서는 약 2~3 개월 소요된다. [그림 7]참조
(2) 지하층의 굴토공사, 바닥구조공사 및 기초공사
지하층의 굴토공사와 바닥구조공사는 지하층공사뿐만 아니라 지상층공사를 병행하는 공정에서는 전체공 기에도 큰 영향을 준다. Top-Down공사에서 바닥구조는 흙막이벽을 지지하는 지보공역할을 한다. 따라 서 바닥구조의 콘크리트가 지보공역할을 할 수 있는 소정의 강도가 발현되고 안전한 형태의 다이아프램 이 형성되어야 아래층 단계의 굴토공사를 진행할 수 있다.
[그림 2]처럼 지하층의 공사구역을 분할하여 각층의 굴토공사와 바닥구조공사의 순서가 시계방향으로 계획되었다면 각층에서의 공사순서도 시계방향으로 시공하여야한다. 만일 어느 층에서 계획된 순서와 방향을 바꾸어 시공하면 약 1개월 정도 공기가 증가된다. 공기증가의 큰 원인은 계획되었던 공사구획의 공사순서가 바뀌게 되어 바닥슬래브의 양생기간 부족과 토사반출구의 위치가 멀어져 토사반출효율이 떨어져서 공기가 증가되는 것이다. 따라서 공사순서는 초기부터 현장에 적합한 순서와 방향을 정하여 최 하부층까지 계속 유지하여야 한다.(3) 공사방법과 순서
플랫슬래브 바닥구조인 경우에는 일반적으로 땅바닥위에 합판을 까는 형틀방식을 사용한다.
따라서 [그림 1]처럼 각 층에서의 지하층공사는 ① 소정의 깊이까지 굴토 ② 바닥하부까지 되메움 ③ 정지작업, 합판깔기 ④ 철근배근 ⑤ 콘크리트타설의 순서와 공종으로 진행된다. 공종이 적고 공사가 단 순하여 다른 구조형식과 공사방법에 비해 소요공기가 짧다.
(4) 공종별 소요공기산출 참고 기준
① 굴토공사
굴토공사는 현장조건, 지반조건, 공사계획에 따라서 다르지만 토층종류별로 토사층은 1,000m 3 /1일, 풍 화암은 750m 3 /1일, 연암은 500m 3 /1일, 보통암 이상은 1일 250m 3 /1일로 기준하여 장비의 종류와 대수를 결정하고 소요공기를 산출한다. 일반적으로 굴토공사의 소요공기는 토사층에서는 굴토공사의 효율이 높아 토사반출량에 의해 결정되고, 암반층에서는 굴토공사의 효율이 낮아 굴토량에 따라서 결정된다.
② 바닥하부까지 되메움, 정지작업
층고가 낮은 층에서는 굴토장비의 효율을 위해 해당층 슬래브의 하부면에서 1.5m까지의 깊이까지 더 굴토하고 땅바닥 위 합판형틀을 깔기 위해 후속으로 해당층의 슬래브 하부면까지 되메운다. 굴토를 하면서 연속적으로 뒤이어서 되메움과 정지작업을 하므로, 즉 병행공사로 진행되므로 별도의 공기를 추가 할 필요는 없다.
③ 합판깔기
땅바닥 위 합판깔기는 1일 약 300/m 2 을 기준하여 공기를 산출한다.
④ 배근
Flat Plate Slab의 배근은 1일 약 15ton 또는 400/m 2 을 기준하여 공기를 산출한다.
⑤ 콘크리트타설
각 층은 작업구역을 분할하므로 1개 구역의 콘크리트의 소요일은 보통 1일로 계획한다. 하루 타설량은
400m 3 이하가 품질관리에 적합하다.
(5) 1개 층에 대한 소요공기 산출 예
예를 들어 지하층 평면의 크기가 60m x 60m, 기준층의 슬래브두께가 300mm, 기준층의 층고가 3.1m 인 지하기준층에서의 소요공기를 산출해보자. 각층의 굴토는 해당층 슬래브의 하부면에서 1.5m까지의 깊이까지 더 굴토하고 후속으로 해당층의 슬래브 하부면까지 되메움하면서 정지작업을 하여 합판을 깔 고 그 위에 바닥철근을 배근한 후에 콘크리트를 타설하는 순서로 각층의 굴토공사와 바닥구조공사를 하는 것으로 계획하자. 그리고 연속적인 공사를 위해 4개의 구역으로 구획하고 해당층의 토층이 토사라고 가정하면 <표 1>과 같이 각층의 공사물량과 각 공종의 소요공기를 산출할 수 있다.
지하기준층의 땅바닥 위 슬래브하부를 굴토하려면 슬래브가 콘크리트설계강도의 75%이상이 발현되어야 한다. 콘크리트설계강도의 75%이상의 강도가 발현되려면 서울의 경우 동절기를 제외하고는 약 5~7일 정도가 소요된다. 따라서 양생기간은 8일정도를 기준으로 하여 공정계획을 한다. 동절기에는 온풍기, 보온막 등을 사용하여 강도발현을 촉진시킨다.
<표 1>, [그림 2]와 콘크리트 양생기간 8일을 기준하여 <표 2>처럼 1개 층의 굴토공사와 구조공사의 부분공정표를 작성할 수 있다.
위 공정표와 같이 SOG공법은 콘크리트의 양생기간에 영향을 받지 않고 굴토공사를 계속적으로 진행할 수 있다. 위층과 아래층의 일부구간이 병행공사로 진행되므로 토사층인 경우에 1개 기준층에 대한 소요 공기는 약 25일 소요된다. 그러나 일반적으로 단단한 암반층에서는 굴토공사의 효율이 떨어져 1개 기준 층의 소요공기는 약 45일정도 소요되고, 암반층에 속하는 최하부층은 기계실이 배치되어 층고가 높아서 약 60일정도 소요된다. 암반층에서는 토사층에 비해 굴토공사효율이 떨어지므로 위층 바닥콘크리트의 양생기간이 저절로 길어진다.
4. 코어공사
(관련된 구체적인 기술적 내용은 기고문 ‘Top-Down공사의 코어구조 공사방식과 설계’ 참조)
지하층의 코어구조의 공사방식에 따라서 소요공기는 달라진다. 지하층과 지상층을 병행공정으로 진행할 경우에 건물전체의 소요공기는 병행-역타공사방식이 가장 적고, 선시공-순타공사방식은 중간정도, 후시 공-순타공사방식은 가장 많이 요구된다.
(1) 병행-역타공사방식
코어구조공사를 바닥공사와 병행하는 역타공사에서는 각층의 굴토공사와 바닥구조공사의 공정과 병행하 면 지하층코어구조공사에 대한 별도의 공기를 고려할 필요가 없다.
전체공기를 단축시키려면 코어를 지지하는 선기초기둥은 지상층의 코어하중을 지지할 수 있도록 Top-Down공사용 기둥과 피어의 설계에 반영되어야 하므로 공사비는 증가된다.
(2) 선시공-순타공사방식
코어구조가 철근콘크리트구조이고 코어에 작용하는 연직하중이 큰 경우에는 코어부분을 선행굴토하고 코어구조골사를 선시공한다. 이렇게 선시공된 코어구조체는 지상층코어에 작용하는 하중을 지지할 수 있는 일종의 선기초기둥과 같다.
지반조건과 코어의 규모와 형태에 따라서 다르지만 코어의 규모가 지하 5~8층, 지반조건이 약 3~4층부 터 암반인 경우에는 일반적으로 굴토하기 위한 가설흙막이용 H파일의 설치기간은 약 1~2개월, 코어피 트의 굴토 기간은 2~3개월, 코어구조(기초에서 1층바닥까지의 철근콘크리트구조공사)의 공사기간은 약 2~3개월 소요된다. 총 소요기간은 약 5~8개월 소요된다. 따라서 코어공사는 가급적 초기에 우선적으로 시작되어야 한다. 지상층수가 많을 경우에는 병행-역타방식보다 경제적이다.
(3) 후시공-순타공사방식
코어구조를 최하부층까지 굴토한 후에 코어구조를 시공할 경우에는 지상구조공사의 시작시기가 늦어져 전체공기가 증가된다. 지하층 1개 층당 코어공사의 공기는 약 10일정도 소요되므로 지하 7층인 경우에는 지상층공사의 시작이 약 70일정도 추가로 지연된다.
6. 램프구조공사
(관련된 구체적인 기술적 내용은 기고문 ‘Top-Down공사의 램프구조 공사방식과 설계’ 참조)
램프구조공사의 소요공기는 지상층을 포함한 전체공사의 공기에는 큰 영향을 주지 않는다. 그러나 [그 림 4]처럼 후시공-순타공사방식은 지하층전체공사기간이 증가되고 선시공된 지하층바닥을 이용할 수 없게 된다. 반면에 병행-역타공사방식은 각층의 바닥공사시에 램프가 구축되므로 지하층전체공사기간이 단축되고 조기에 차량 등이 지하층에 출입을 할 수 있어서 현장공사에 큰 도움이 된다.
7. 기둥콘크리트공사
(관련된 구체적인 기술적 내용은 기고문 ‘Top-Down공사용 선기초기둥의 설계와 시공시 고려사항’ 참 조)
지중에 선시공된 Top-Down공사용 철골기둥은 일반적으로 공사단계의 계획된 하중에 지지하도록 설계 되므로 굴토후에 영구기둥으로서의 역할을 할 수 있도록 철근콘크리트로 감싸서 합성기둥으로 만든다. 이 철근콘크리트의 감싸기는 지하구조공사와 지상구조공사를 병행하도록 계획할 경우에는 가급적 일찍 완료되어야 한다.
(1) 병행-역타공사방식
Top-Down공사용 철골기둥의 콘크리트 감싸기공사는 해당층 바닥구조공사와 병행되므로 별도의 공기를 추가할 필요가 없다.
(2) 후시공-순타공사방식
최하부층까지 굴토한 후에 최하부층부터 순차적으로 상부로 공사를 하므로 별도의 공기가 추가될 경우 도 발생한다. 또한 지하층 철골기둥이 콘크리트로 감싸져 합성기둥으로 시공되기전에는 지상부공사는 시작할 수 없거나 제한적으로 공사를 진행해야하므로 지상부공사가 늦어진다.
8. 지하외벽구조공사
(관련된 구체적인 기술적 내용은 기고문 ‘Top-Down공사의 흙막이벽, 바닥구조와 굴토공사’ 참조)
흙막이벽이 지중연속벽인 경우에는 Counter Wall을 제외하고는 별도의 지하외벽공사가 필요 없으나, 지 반조건 등에 의해 가설흙막이벽(CIP+H파일)으로 시공할 경우에는 영구벽체를 위한 추가적인 철근콘크리트벽공사가 필요하다. 가설흙막이벽인 경우에 철근콘크리트외벽공사는 지하층바닥구조공사와 병행하 는 것이 지하층전체구조공사의 공기가 단축된다. 후시공-순타공사방식은 최하부층까지 굴토한 후에 최 하부층부터 상부로 공사하는 방식으로 지하층전체구조공사의 공기가 증가되나 최하부층 기초공사가 완 료된 후 부터의 지하외벽공사와 지상층공사는 병행공정이 되므로 지상지하전체공사 기간에는 큰 영향을 주지는 않는다. 그러나 지하외벽의 역타이음부의 그라우팅 공사물량은 매우 많고 그라우팅은 적어도 3 개월 이상의 콘크리트양생기간이 경과한 후에 실시해야 하므로 후시공 순타방식은 전체공기가 증가되지 않도록 병행공정으로 계획되어야 한다.
B. 병행공정(Overlapping Process)
일반적인 공법에 의한 공사뿐만 아니라 Top-Down공사에 있어서도 여러 공종 중에서 서로 병행공사를 할 수 있는 공정이 많이 있어 이들을 병행공정으로 계획하는 것이 전체공기를 단축하는데 큰 도움이 된 다. Top-Down공법에 의한 공사에는 다음과 같은 병행공정들이 있다.
- 흙막이벽공사와 선기초기둥공사의 병행공정
- 흙막이벽/선기초기둥과 코어선행공사의 병행공정
- 각층 바닥공사와 코어구조공사의 병행공정
- 각층 바닥공사와 지하외벽/램프구조공사의 병행공정
- 지하층구조공사와 지상층구조공사의 병행공정
- 구조공사와 이외공사(건축외벽, 마감, 기계, 전기, 위생설비 등)의 병행공정.
- 기타
C. 공기단축을 위한 전체공정계획
(관련된 구체적인 기술적 내용은 기고문 ‘Top-Down공사의 기본구성요소와 공사계획 및 구조계획’ 참 조)
1. 공기단축의 핵심사항
(1) 지하층의 공사기간을 단축시킬 수 있는 바닥구조형식과 공사방식을 채택한다.
(2) 지하층공사에서 램프, 코어, 지하외벽 등의 구조공사는 바닥구조공사와 병행공정으로 공정계획을 세운다.
(3) 지상층공사는 지하층공사와 병행공정으로 공정계획을 세운다.
2. 전체공정계획
(1) 지중공사에 대한 소요공기를 산출한다.
흙막이벽공사, 선기초기둥공사, 선행코어공사 등
(2) 지하층의 굴토공사, 구조공사에 대한 각 층에 대한 소요공기를 산출한다.
굴토공사, 바닥구조공사, 램프구조공사, 기둥감싸기공사, 지하외벽공사, 코어공사, 기초공사 등
(3) 지하층공사와 관계없이 지상층공사의 소요공기(A)를 산출한 후에 지하층공사의 소요공기(B)와 비교 하여 지상층공기가 긴 경우(A>B)에는 B-A의 공기는 지하층공사완료 후 추가공기가 된다. 지하층공사의 공기가 긴 경우(A<B)에는 지하층공사가 완료되기 전에 지상층공사가 완료되므로 지상층공사를 위한 추 가공기가 요구되지 않는다. 이러한 관계를 고려하여 지하층공사와 지상층공사의 병행공정계획을 세운다.
D. 3현장에 대한 소요공기 사례 비교
아무래도 공법간의 소요공기비교는 실 사례에 의한 것이 객관적이라고 생각된다. 운 좋게도 남산자락에 위치한 기본적인 조건이 유사하고 마무리되어 가는 3개의 주상복합건물신축공사현장이 있어 좋은 비교 사례가 될 것 같아서 이들 현장에 대하여 간략히 소개하고 공기를 분석한다.
1. 3현장의 공사개요
3개현장의 지반은 암반이 개략 지하3층 근처부터 시작되어 흙막이벽으로 지중연속벽이 부적합하므로 가설흙막이벽(CIP+H-pile)을 적용하였고 [그림 5]와 <표 3>처럼 A, B, C 3현장은 위치, 규모, 용도, 지하층수, 지상층수, 지상층 구조형식 등이 거의 비슷하고 지하층의 구조형식과 공사방식, 공사순서만 다르게 적용되었다.
2. 단순화한 실 공정표
여기에 소개된 3현장의 공정표(<표 4-A>, <표 4-B>, <표 4-C>)는 독자의 이해를 돕기 위해 실제 공 사기록을 단순화시킨 공정표이다. 초록색 수직띠는 준공예정일이다.
3. 공정표 분석
(1) 착공시점으로부터 공종별 완료시점까지의 기간
주공종별 착공시점으로부터 완료시점까지의 기간을 정리한 <표 5>처럼 A현장은 코어구조의 선시공으로 인해서 지중공사기간이 B, C현장에 비해 2개월, 3개월 늦어졌으나 지상층을 포함한 전 층의 구조공사 기간은 8개월 단축되었다. 또한 A현장은 램프구조를 지하층공사와 병행공사를 하여 B, C현장에 비해 13개월 일찍 선시공된 지하층에 진입할 수 있어서 초기부터 지하층을 주차장, 가설사무실, 자재운반, 작 업자 출입 등으로 이용할 수 있었다.
(2) 각 공종별 완료 소요기간
지중공사 : A현장은 코어의 선시공 순타방식을 적용하여 지중공사가 B, C현장에 비해 3개월 더 소요되 었다. 그러나 지상부 공사시에 선시공된 코어구조는 지상부공사를 일찍 시작할 수 있게 하고, 지상부공 사를 연속적으로 진행할 수 있으므로 전체공기는 크게 단축되었다.<표 6>참조
지하층 굴토공사와 구조공사 : B, C의 현장은 A현장에 비해 각각 5개월, 8개월 공기가 더 소요되었다. <표 6>참조
4. 소요공기의 분석 결과
착공일로부터 전체골조공사완료일까지의 소요공기를 비교할 때 B와 C의 현장은 A현장보다 8개월 더 소요되었다. 마찬가지로 준공시점까지의 소요공기는 B현장은 7개월, C현장은 6개월이 더 소요된다. 요 약하면 Top-Down공사에서 전체골조공사완료기간은 SOG공법(A현장)이 SPS공법(B, C현장)에 비해 약 8개월 단축되고, 준공시까지의 공사기간은 약 6~7개월이 단축된다.
B, C현장의 공사기간이 A현장에 비해 크게 증가된 것은 다음과 같이 바닥구조의 형식, 공사방식, 공사 순서 및 병행공정계획의 차이에 있다고 판단된다.
(1) 1층바닥구조공사의 소요공기
[그림 7]처럼 SPS공법에서는 1층바닥구조공사는 소정의 깊이까지 굴토한 후에 철골보와 철근트러스데 크를 설치한 후 슬래브콘크리트를 타설하고 양생기간이 요구되므로 초기의 바닥공사기간이 많이 소요된 다. 즉 굴토단위공사의 효율은 높지만 골조공사의 소요공기가 길어 연속공정기간이 저절로 길어진다. 1 층바닥의 공사기간은 약 3개월이 소요되었다. 또한 1층바닥은 토사반출장비, 토사반출트럭, 크레인, 레 미콘차량, 철골반입차량 등이 조기에 사용되도록 계획되어야 하는데 1층바닥의 공사기간이 길어져 하부 굴토의 토사반출 및 하부구조공사용 자재반입이 늦게 시작된다. 따라서 후속공사가 늦어진다.
(2) 지하굴토공사와 지하구조공사의 소요공기
<표 7>은 지중공사완료 후, 지상 1층을 포함한 지하층 전체의 구조공사완료기간(굴토공사병행)을 기준 한 소요공기이다. 바닥구조형식이 Flat Plate Slab이고 SOG형틀공법을 적용한 A현장에 비해 철골보와 철근트러스데크로 구성된 바닥구조형식에 SPS공법을 적용한 B, C현장의 소요공기는 1.5, 1.7배 더 소요되었다.
SOG공법에 비해 SPS공법의 공사기간이 많이 소요된 이유를 분석하기 위해 SPS공법에 대한 공사방식 을 살펴보자. 다음 [그림 8]은 SPS공법에 의한 지하층 공사과정에 대한 타현장의 사진이다. B, C현장 도 SPS공법을 적용하였으므로 이 현장사진과 유사한 바닥구조형식과 공사방식, 순서로 공사를 진행했을 것이다.
SPS공법에 의한 공사방식과 순서
철골보를 이용한 합성바닥구조인 경우에는 대개 철근트러스 덱크를 까는 형틀방식을 사용하므로 별도의 형틀공사가 포함되지 않으나 바닥구조와 외벽의 접합부에는 철근콘크리트테두리보를 설치하므로 이를 위한 별도의 형틀공사가 필요하다. 또한 바닥구조는 철골보와 콘크리트슬래브의 합성효과에 의해 지하 외벽을 지지하므로 다음단계의 하부굴토는 콘크리트요소인 테두리보와 슬래브가 소정의 콘크리트강도가 발현되어야 진행할 수 있다. 바닥구조공사의 공종과 순서는 다음과 같으며, 공종의 종류가 많고 공사의 특성으로 인해 공기가 많이 소요된다.
① 소정의 깊이까지 굴토, 흙막이벽 주변은 Soil Berm을 남김.
② 철근콘크리트 테두리보(w/Embedded Plate)설치: 양생기간 필요
③ 현장측량, 철골보단부 가공
④ 철골보 현장반입, 야적
⑤ 철골보 이동, 설치, 단부용접, 용접검사
⑥ 철근트러스덱크깔기, 철근배근
⑦ 콘크리트타설 : 양생기간필요
⑧ 내화피복
높은 층고로 인한 지하공사물량의 증가
Flat Plate Slab 바닥구조의 춤은 작은데 비해, SPS공법에 적용하는 합성바닥구조는 철골보의 하부돌출 로 인해 바닥구조의 춤이 커서 기준층의 층고가 높아지므로 전체지하층 깊이가 깊어져서 굴토공사물량 뿐만 아니라 수직요소의 구조공사물량이 증가되어 더 많은 공기가 요구된다.
SPS공법을 적용한 타현장의 공기
<표 8>은 오래전에 중간규모의 지하층공사에 SPS공법을 적용하여 준공된 현장의 지중공사의 완료 후 부터 지하굴토공사와 지하구조공사의 완료시점까지의 소요공기이다. 이 두 현장은 암반이 깊은 곳에 형 성된 지반이라 굴토공사가 용이하여 흙막이벽은 영구벽체로 사용할 수 있는 지중연속벽을 채택하였으므 로 지하층의 굴토효율이 높고, 지하외벽시공이 없어 공기가 적게 소요되었을 것이다. 그럼에도 불구하고 각 현장의 1개층에 대한 평균공기가 약 1.8~2개월이 소요된 것은 바닥구조형식과 이에 따른 공사방식, 공사순서에 기인된 것으로 판단된다.
(4) 병행공사
지하층에서의 병행공사
A현장은 각층의 공사단계마다 기둥콘크리트감싸기공사, 램프구조공사, 지하외벽공사가 각층 바닥공사와 병행하여 시공하였고, B, C현장은 각층공사단계에서 굴토공사와 바닥구조공사만 진행하고 기둥콘크리 트감싸기공사, 램프구조공사, 지하외벽공사는 최하부층까지 굴토한 후에 기초부터 상부로 별개공정으로 진행하였다. B, C현장의 램프구조와 지하외벽공사는 지상층공사와 병행되어 전체공기에는 큰 영향을 미치지 않았지만 후 시공된 기둥콘크리트감싸기공사는 철골기둥의 제한된 내력으로 인해 지상층구조공사의 하중제한을 주어 전체공기계획에 영향을 주었다고 판단된다.
지하층과 지상층의 병행공사
A현장은 착공 후 12번째 달, B현장은 15번째 달, C현장은 19번째 달부터 지상구조공사가 시작되어 B, C현장의 지상구조공사는 A현장에 비해 각각 약 3개월, 7개월 지연되었다. B현장은 Top-Down공사용 기둥의 설계시에 지하공사기간동안에 지상층의 구조공사진행를 고려하였고, C현장은 지상층의 구조공사 진행를 고려하지 않은 것으로 추측된다. 따라서 지상구조공사의 시작 시기가 B현장은 3개월, C현장은 7개월 지연된 것으로 판단된다.
요약하면 A현장은 지하2층부터, B현장은 지하4층부터 지상구조공사와 병행하여 공사를 하였고 C현장은 최하부층인 지하7층 공사후에 지상구조공사를 시작하여 B와 C의 전체공사기간이 많이 소요되었다.
E. 결언
Top-Down공법을 적용하는 현장의 전체공기는 바닥구조의 형식, 공사의 방식, 공사순서, 병행공정계획 등에 의해 결정되며, 공사방식과 순서는 바닥구조의 형식에 따라서 계획되므로 구조설계자의 역할이 매 우 중요하다는 것을 알 수 있다.
구조설계자가 아무리 좋은 안을 제안하여도 분석하고 판단할 능력이 있는 결정권자(시공사 또는 설계발 주자)가 없으면 채택이 되지 않는 안타까운 경우도 많다. 다행히 A현장은 설계초기 당시에 시공사이자 설계관리사인 SK건설의 Top-Down공사경험이 많고 지하공사기술에 역량있는 현장소장(당시 SK건설 김평기부장, 현재 SK D&D 엔지니어링본부장)에 의해 이러한 구조형식, 공법계획이 채택되고 협업에 의 해 공법계획이 구체적으로 세워져 필자가 구조설계, 공법계획, 현장기술자문을 할 수 있었다. 다행히 이 현장은 공정관리, 원가관리, 품질관리 등이 성공적으로 수행되었다. 또한 최적의 공사관리로 현장공사를 훌륭히 수행한 현장기술자들과 참여의 기회를 주신 SK건설관계자에게 감사드린다.
참고자료
1. 전봉수, 김승원, 김상범, 김세익, Top-Down공법의 연구, 기술지, 포스코개발주식회사, 2001 2. 뉴테크구조 대표 김승원, 지하공사에 추가 구조요소와 가설구조를 최소화하는 합리적인 Top-Down 공법과 구조형식의 소개, MIDASIT주관 기술강좌, 2009.2.26