KR101640921B1 - 지하차도로서 유용한 프리캐스트화된 지하박스구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하차도나 지하박스구조물의 벽체위에 설치되는 상부슬래브를 완전하게 프리캐스트화하여 교통이 복잡한 곳에서 신속하게 시공할 수 있는 지하차도 및 지하박스구조물의 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 지하박스구조물의 양측 벽체위에 미리 제작되어 강선으로 긴장된 외측 프리캐스트 세그먼트와 이에 인접하여 강선으로 긴장된 내측 프리캐스트 세그먼트를 연속하여 단턱부에 맞물려 설치하고 지하박스의 종방향으로 각 세그먼트 내에 연결하여 설치된 강선을 긴장하여 상부슬래브를 일체화 시킨 후, 벽체 상부에서 뽑아놓은 철근과 각 세그먼트들의 철근을 벽체와의 접합부에서 연결한 후 이 접합부위를 무수축 콘크리트로 채우고, 이어서 접합부위의 방수처리와 슬래브 상면을 방수처리함으로써. 상부슬래브를 모두 프리캐스트화하여 사전에 공장에서 제작된 프리캐스트 세그먼트들을 현장으로 운반하여 설치함으로서 시공기간을 획기적으로 단축할 뿐만이 아니라 공장제작과 강선긴장으로 인한 단면감소 및 고품질화를 달성하여 구조물의 사용수명을 늘리고 시공 중 상부슬래브 지탱을 위한 동바리의 설치가 필요 없고 현장타설이 없으므로 현장타설 중 붕괴사고 등을 방지하여 안전성과 시공의 용이성 및 경제성까지 높일 수 있는 효과적인 지하차도 및 지하박스구조물과 그 시공방법에 관한 것이다.

Description

지하차도로서 유용한 프리캐스트화된 지하박스구조물 및 그 시공방법{Precast Concrete Underground Box Structures for Underground Roads and Construction Method of Such Structures}

본 발명은 지하차도로서 유용하게 사용될 수 있는 프리캐스트화된 콘크리트 지하박스구조물과 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 철근콘크리트 바닥슬래브와 벽체 및 상부슬래브로 이루어진 지하박스구조물에서, 상부슬래브를 모두 프리캐스트 세그먼트(Precast Segment)로 제작한 후 현장으로 운반하고 조립 설치하여 프리스트레싱(Prestressing/ 이하, "긴장"이라는 용어로 기재)함으로써, 상부슬래브를 현장타설 없이 편리하고 신속하게 완성시키는 프리캐스트화된 콘크리트 지하박스구조물과 그 시공방법에 관한 것이다.

지하차도 등으로 이용되는 지하박스구조물은 도심지 교차로, 밀집된 상가의 지하연결도로 등에 꼭 필요한 매우 필수적인 구조물로서, 빠른 차량통행을 위하여 신속한 시공과 시공기간의 단축이 무엇보다 절실히 요구된다.

지하박스구조물을 시공하는 가장 기본적인 종래의 방법은 바닥슬래브와 벽체 그리고 상부슬래브를 순차적으로 현장에서 철근을 조립하고 거푸집을 설치하여 고정한 후 콘크리트를 현장에서 타설하여 양생시키는 방법이다. 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0040712호에는 거푸집을 설치하여 현장 타설 콘크리트에 의해 지하박스구조물을 시공하는 종래 기술이 개시되어 있다. 그런데 이러한 종래 기술의 경우, 박스구조물의 상부슬래브 시공을 위한 가시설작업과 양생 등을 위하여 오랜 기간이 필요하여 시공기간이 매우 장기화된다는 단점이 있으며, 동바리 설치로 인한 비용 발생 문제와 더불어, 콘크리트의 현장 타설 중에 동바리의 붕괴사고 가능성 등 시공안전 문제의 발생 가능성이 크다는 문제점이 있다.

최근에는 강재 거더 또는 콘크리트 거더가 콘크리트 속에 매입되도록 현장 타설에 의하여 상부슬래브를 시공하는 방법이 제시되고 있지만, 이러한 제안 역시 그 이전에 사용되던 종래 기술과 마찬가지로 지하박스구조물의 주된 부재를 현장 타설 콘크리트에 의해 제작하게 되므로, 앞서 살펴본 가시설 설치, 양생기간에 의한 공기 지연, 동바리 설치에 따른 번거로움과 시공 과정 중의 안전사고 발생 위험 등의 문제점이 해결되지 않은 채 여전히 존재하고 있다는 한계가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0040712호(2009. 04. 27. 공개).

본 발명은 앞서 언급한 것처럼, 종래 기술이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 지하박스구조물을 구축함에 있어서, 지하박스구조물의 상부슬래브를 완전히 프리캐스트(Precast)화(化)하여, 현장에서의 콘크리트 타설을 최소화함으로써, 시공기간을 획기적으로 단축하고, 동바리시공을 생략하여 시공 중 안전사고를 방지함과 동시에, 공장제작에 의한 고품질화를 통하여 구조물의 장수명 확보와 경제성의 제고를 이룰 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로 본 발명에서는 지하차도나 지하보도 등으로 이용되는 지하박스구조물을 시공함에 있어서, 지하박스구조물의 상부슬래브를 일정한 폭과 일정한 길이를 갖는 고품질 프리캐스트 세그먼트로 미리 제작하여 벽체 상부에 좌ㅇ우 횡방향으로 올려놓고, 지하박스구조물의 연장방향(종방향)으로 프리캐스트 세그먼트를 순차적으로 맞물리게 인접시켜 연속 설치한 후, 종방향 긴장에 의해 프리캐스트 세그먼트 전체를 일체화시킴으로써, 상부슬래브 및 전체 지하박스구조물을 간편하고 신속하게 완성할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명에서는 고품질의 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 전체가 신속하게 구조적으로 일체화되어 지하박스구조물의 상부슬래브를 형성하게 될 뿐만이 아니라, 상부슬래브가 벽체 상부와도 견고하게 철근 연결됨으로써, 지하박스구조물을 이루는 각 구조체 전체가 견고하게 일체될 수 있도록 하며, 이를 통해서 시공기간을 크게 단축시키고 공사비를 경비를 크게 절감할 수 있게 되도록 하는 효율적인 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 바닥슬래브와, 상기 바닥슬래브의 횡방향 양측에서 연직하게 일체로 형성되어 있는 외측벽체로 구성되며, 외측벽체에 매립되어 있는 연속화 철근의 단부가 외측벽체의 내면으로 돌출되어 있는 상부개방 박스 구조체를 구축하는 단계; 복수개의 횡거더부 사이에 슬래브단면부가 존재하는 횡방향의 단면 형상을 가지며, 종방향으로 이웃하는 프리캐스트 세그먼트가 접하는 측면에는 단턱부가 형성되어 있고, 횡방향 단부면으로 연결결합철근이 돌출되어 있으며, 횡방향으로 긴장력을 도입하기 위한 횡방향 긴장재가 배치되어 있는 복수개의 프리캐스트 세그먼트를 콘크리트를 이용하여 프리캐스트 방식으로 제작하는 단계; 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부가 외측벽체의 내면과 간격을 두고 위치함과 동시에 프리캐스트 세그먼트의 단턱부가 서로 맞물리도록, 복수개의 프리캐스트 세그먼트를 서로의 종방향 측면이 접한 상태로 이웃하여 연속적으로 상부개방 박스 구조체의 외측벽체 위에 배치하고, 연속배치된 프리캐스트 세그먼트에 종방향 긴장재를 관통시켜 종방향의 긴장력을 도입하여 복수개의 프리캐스트 세그먼트를 일체화시킴으로써 상부슬래브를 상부개방 박스 구조체에 구축하는 단계; 및 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부와 외측벽체의 내면 사이의 간격에서, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 단부면에 돌출되어 있던 연결결합철근과 외측벽체의 내면으로 돌출되어 있던 연속화 철근을 서로 결속한 후, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부와 외측벽체의 내면 사이의 간격에 채움재를 채워서 경화시킴으로써 상부슬래브와 상부개방 박스 구조체를 일체화시키는 단계를 포함함으로써, 바닥슬래브와 외측벽체와 상부슬래브로 이루어진 지하박스구조물을 구축하게 되는 것을 특징으로 하는 지하박스구조물의 시공방법이 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 위와 같은 본 발명의 시공방법에 의해 시공되는 지하박스구조물 즉, 바닥슬래브와, 상기 바닥슬래브의 횡방향 양측에서 연직하게 일체로 형성되어 있는 외측벽체로 구성되며, 외측벽체에 매립되어 있는 연속화 철근의 단부가 외측벽체의 내면으로 돌출되어 있는 상부개방 박스 구조체; 및 횡방향 양단부가 외측벽체에 걸쳐지도록 복수개의 프리캐스트 세그먼트가 서로의 종방향 측면이 접한 상태로 이웃하여 연속적으로 상부개방 박스 구조체에 배치되고 종방향으로 일체화됨으로써 형성되는 상부슬래브를 포함하여 구성되는데; 프리캐스트 세그먼트는, 복수개의 횡거더부 사이에 슬래브단면부가 존재하는 횡방향의 단면 형상을 가지며, 종방향으로 이웃하는 프리캐스트 세그먼트가 접하는 측면에는 단턱부가 형성되어 있고, 횡방향 단부면으로 연결결합철근이 돌출되어 있으며, 횡방향으로 긴장력을 도입하기 위한 횡방향 긴장재가 배치되어 있는 구성을 가지고 있으며; 복수개의 프리캐스트 세그먼트가 상부개방 박스 구조체 위에 배치될 때, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부는 외측벽체의 내면과 간격을 두고 위치하고, 종방향으로 이웃하는 프리캐스트 세그먼트는 단턱부가 서로 맞물리게 되며; 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부가 외측벽체에 걸쳐진 상태에서는, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부와 외측벽체의 내면 사이에는 간격이 존재하고, 상기 간격에서 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 단부면에 돌출되어 있던 연결결합철근과 외측벽체의 내면으로 돌출되어 있던 연속화 철근이 서로 결속되어 있는 상태에서 상기 간격에 채움재가 채워서 경화됨으로써 상부슬래브와 상부개방 박스 구조체가 일체화되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 지하박스구조물이 제공된다.

상기한 본 발명의 시공방법 및 그에 의한 지하박스구조물에 있어서, 외측벽체의 상단부는 수평면과 연직벽면으로 이루어질 수 있는데, 특히 프리캐스트 세그먼트가 외측벽체 위에 배치될 때, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 단부는 수평면 위에 놓이고; 횡방향 긴장재는 횡방향으로 길게 연장되어 있어서, 프리캐스트 세그먼트가 외측벽체의 상단에 배치된 상태에서 횡방향 긴장재를 연직벽면에 관통시켜 연직벽면의 외면에서 긴장 정착함으로써, 프리캐스트 세그먼트에 횡방향 긴장력이 도입되고 상부슬래브와 외측벽체가 접합되는 부분의 강성이 증가되도록 구성될 수 있다.

더 나아가 상기한 본 발명의 시공방법 및 그에 의한 지하박스구조물에 있어서는, 채움재를 타설하여 프리캐스트 세그먼트와 상부개방 박스 구조체를 일체화시킨 후, 채움재와 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 단부면 사이의 틈 및 채움재와 연직벽면 사이의 틈을 방수처리할 수도 있으며, 프리캐스트 세그먼트는, 횡방향으로 복수개 블록을 분절제작한 후, 횡방향 긴장재에 의해 횡방향의 긴장력을 부여하여 블록을 일체화시킴으로써 제작될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 교통이 매우 혼잡한 도심지 지하차도나 지하연결도로의 건설에 있어서, 현장타설 콘크리트로 건설하던 종래기술이 가지는 문제점인 시공기간이 매우 길다는 점과 시공 중 안전사고 발행 위험이 크다는 점을 해소할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 상부슬래브를 모두 프리캐스트화한 형태로 즉, 사전에 공장에서 제작된 프리캐스트 세그먼트들을 현장으로 운반하여 설치하여 상부슬래브를 구축하는 형태로 지하박스구조물을 시공하게 되므로, 시공기간을 획기적으로 단축하게 될 뿐만이 아니라 공장제작과 강선 긴장으로 단면을 감소시키고 고품질화를 달성하여 구조물의 사용수명을 크게 늘리는 두 가지 효과를 동시에 발휘하게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 시공 중 상부슬래브 지탱을 위한 동바리의 설치가 필요 없고 현장타설이 없어 긴 양생기간을 없앰으로서 공기 단축은 물론 시공의 용이성과 경제성까지 높일 수 있는 매우 좋은 효과가 발휘된다.

더 나아가, 본 발명에 의하면, 프리캐스트 세그먼트에 길이방향으로 프리스트레싱(긴장)을 함으로서 부재단면을 기존의 시공방법보다 얇게 할 수 있어 재료절감 및 중량감소와 함께 시공성이 개선되는 효과가 발휘된다.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따라 구축된 지하박스구조물의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따라 복수개의 프리캐스트 세그먼트를 결합하여 상부슬래브를 구축하는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 과정에 의해 복수개의 프리캐스트 세그먼트가 일체화됨으로써 상부슬래브가 형성된 것을 보여주는 개략적인 조립 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 프리캐스트 세그먼트를 조립하여 상부슬래브를 형성하는 것을 보여주는 도 4에 대응되는 개략적인 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예로서 횡거더부용 프리캐스트 세그먼트와 슬래브단면부용 프리캐스트 세그먼트에 의해 상부슬래브를 구축하는 것을 보여주는 개략적인 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 참고로, 본 명세서에서 "종방향"은 지하박스구조물이 차도로 이용될 때 차량이 진행하는 방향 또는 사람이 통행하는 방향 즉, 지하박스구조물(100)이 길게 연장되는 방향을 의미하며, "횡방향"은 이에 대한 직각방향을 의미한다.

도 1에는 본 발명의 제1실시예에 따른 지하박스구조물(100)을 제작하기 위한 상부개방 박스 구조체(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 본 발명의 제1실시예로서 중간벽체(12)가 형성되어 있는 지하박스구조물(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 제2실시예로서 중간벽체(12)가 존재하지 않은 지하박스구조물(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

도면에 예시된 것처럼, 본 발명에 따른 지하박스구조물(100)은, 상면이 개방된 형태의 "상부개방 박스 구조체"(1)와, 프리캐스트 세그먼트의 조립에 의해 형성되어 상부개방 박스 구조체(1)의 개방되어 있는 상부를 덮어서 천정부를 이루게 되는 "상부슬래브(2)"를 포함하여 구성된다.

상부개방 박스 구조체(1)는, 바닥슬래브(10)와, 상기 바닥슬래브(10)의 횡방향 양측에서 연직하게 일체로 형성되어 있는 외측벽체(11)로 구성되는데, 필요한 경우에는 도 1에 도시된 것처럼, 양측 외측벽체(11) 사이의 횡방향 간격의 중간에서 외측벽체(11)와 나란하게 중간벽체(12)가 바닥슬래브(10)로부터 연직상향으로 일체 더 구비될 수도 있다.

본 발명에 따라 지하박스구조물(100)을 시공함에 있어서는, 바닥슬래브(10)와 외측벽체(11), 그리고 필요에 따라서는 중간벽체(12)를 구비하고 있는 상부개방 박스 구조체(1)를 우선적으로 구축하여 지중에 설치한다. 상부개방 박스 구조체(1)는 현장 타설 콘크리트에 의해 현장에서 시공될 수도 있지만, 공장에서 사전 제작되어 현장으로 이송되어 터파기되어 있는 지중에 설치될 수도 있다.

바닥슬래브(10)와 나란하게 설치되어 지하박스구조물(100)의 천정부를 이루게 되는 상부슬래브(2)는 복수개의 프리캐스트 세그먼트(21, 22)가 종방향으로 연속하여 배치되어 일체화됨으로써 구축된다. 도 4에는 본 발명에 따라 복수개의 프리캐스트 세그먼트를 결합하여 상부슬래브(2)를 구축하는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 4에 도시된 과정에 의해 복수개의 프리캐스트 세그먼트가 일체화됨으로써 상부슬래브(2)가 형성된 것을 보여주는 개략적인 조립 사시도가 도시되어 있다. 편의상 종방향으로 상부슬래브(2)의 시작부분과 끝부분에 설치되는 프리캐스트 세그먼트는 도면부호 21을 사용하여 "외측 프리캐스트 세그먼트(21)"라고 기재하고, 외측 프리캐스트 세그먼트(21) 사이에 배치되는 프리캐스트 세그먼트는 도면부호 22를 사용하여 "내측 프리캐스트 세그먼트(22)"라고 기재하였다.

도면에 도시된 것처럼, 각각의 프리캐스트 세그먼트(21, 22)는, 평평한 상면을 가지고 있으며 하면에는 하향 돌출된 부분이 횡방향으로 길게 연장되어 있는 횡거더부(23)가 형성되어 있는 판형 부재로 이루어져서 프리캐스트 방식으로 공장에서 사전 제작된다. 따라서 도면에 도시된 것처럼 각각의 프리캐스트 세그먼트(21, 22)는 횡방향으로 바라보았을 때, 복수개의 횡거더부(23) 사이에, 횡거더부(23) 보다 작은 두께를 가지면서 상,하면이 평평한 슬래브단면부(24)가 존재하는 횡방향의 단면 형상을 가진다. 보강을 위하여 각각의 프리캐스트 세그먼트(21, 22)에는 횡방향 긴장재(26)가 매립 설치되어 횡방향으로 긴장력이 도입될 수 있다. 또한 후술하는 것처럼 프리캐스트 세그먼트(21, 22)와 외측 벽체(11)의 일체화를 위하여, 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 횡방향 단부면에는, 연결결합철근(25)이 횡방향으로 돌출되어 존재하도록 한다. 연결결합철근(25)은 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 보강을 위하여 프리캐스트 세그먼트(21, 22) 내에 횡방향으로 배근된 보강철근의 단부를 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 횡방향 단부면 밖으로 더 뽑아 놓은 것일 수도 있지만, 보강철근과는 별도로 외측벽체(11)와의 일체화를 위하여 추가적으로 횡방향으로 더 배치한 철근일 수도 있다. 연결결합철근(25)을 이용하여 횡접합부에서 외측벽체(11)와 프리캐스트 세그먼트를 일체화시키는 구성에 대해서는 후술한다.

한편, 프리캐스트 세그먼트(21, 22)에 횡방향으로 긴장력을 도입함에 있어서는, 프리캐스트 세그먼트(21, 22) 각각을 제작하면서 미리 횡방향 긴장재(26)에 의해 횡방향의 긴장력이 도입되도록 할 수 있다. 즉, 프리텐션 방식으로 횡방향 긴장재(26)에 의해 프리캐스트 세그먼트(21, 22)에 횡방향 긴장력을 제작 당시부터 도입할 수도 있고, 포스트 텐션방식을 이용하여 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 콘크리트 양생이 완료된 후 횡방향 긴장재(26)를 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 횡방향 단부면에서 긴장 정착할 수도 있는 것이다.

그러나 구조상으로 외측벽체(11)와 프리캐스트 세그먼트(21, 22)가 접합되는 부분의 강성을 더욱 크게 할 필요가 있는 경우에는, 외측벽체(11)와 접합되는 부분(횡접합부)의 강성 보강을 위하여 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 횡방향 긴장재(26)를 횡방향으로 길게 연장시켜서, 횡방향 긴장재(26)가 외측벽체(11)를 횡방향으로 관통한 후, 외측벽체(11)의 외면에서 긴장 정착되도록 하는 것도 바람직하다. 이러한 횡방향 긴장재(26)의 외측벽체(11) 관통 후 긴장 정착 구성에 의하면, 상부슬래브(2)와 외측벽체(11)가 접합되는 부분에서의 강성이 크게 증가되는 효과가 발휘되며, 그에 따라 외측벽체(11) 사이의 횡방향 지간이 긴 장경간의 지하박스구조물의 구축에 매우 유리하게 된다.

더 나아가, 경우에 따라서는 프리캐스트 세그먼트를 횡방향으로 복수개 블록으로 분절제작한 후, 횡방향 긴장재(26)에 의해 횡방향의 긴장력을 부여하여 일체화시킴으로써 횡방향으로 연장된 프리캐스트 세그먼트를 형성할 수도 있다. 즉, 프리캐스트 세그먼트는, 횡방향으로 복수개 블록이 횡방향으로 배치된 상태에서 횡방향 긴장재(26)가 복수개의 블록을 관통하여 배치된 상태에서 긴장 정착됨으로써 제작될 수 있는 것이다. 도 2 및 도 3의 사시도에서는 편의상 1개의 횡방향 긴장재(26)만을 도시하였으나, 각각의 프리캐스트 세그먼트에는 복수개의 횡방향 긴장재(26)가 배치될 수 있다.

앞서 언급한 것처럼, 본 발명에서 상부슬래브(2)는 복수개의 프리캐스트 세그먼트(21, 22)에 의해 구축되는데, 이를 위하여 외측 프리캐스트 세그먼트(21)의 종방향 측면에 내측 프리캐스트 세그먼트(22)가 서로 접한상태로 이웃하여 연속배치되며, 계속하여 또다른 내측 프리캐스트 세그먼트(22)가 종방향으로 계속하여 접한 상태로 이웃하여 연속배치되고, 최종적으로는 또다른 외측 프리캐스트 세그먼트(21)가 이웃하여 연속 배치된다. 이 때, 프리캐스트 세그먼트가 서로 접하여 연속되는 종방향의 측면에는 단턱부(28)가 존재하여, 각각의 프리캐스트 세그먼트에 형성된 단턱부(28)가 서로 맞물리도록 프리캐스트 세그먼트가 종방향으로 연속배치되는 것이 바람직하다. 여기서 프리캐스트 세그먼트가 접합되는 단턱부(28)의 위치는 휨모멘트가 거의 발생하지 않는 부위로 정하며 완전한 접합을 위하여 단턱부(28)에서 프리캐스트 세그먼트가 서로 접촉하게 되는 접합면에 에폭시수지와 같은 접착제를 도포하여 종방향 양측의 프리캐스트 세그먼트가 서로 더욱 견고하게 일체화될 수 있도록 하는 것도 바람직하다.

이와 같이, 복수개의 프리캐스트 세그먼트(21, 22)가 종방향으로 접하면서 이웃하여 연속배치된 상태에서, 종방향으로 복수개의 프리캐스트 세그먼트(21, 22)를 모두 관통하도록 종방향 긴장재(27)를 배치한 후 긴장 정착하여 종방향으로 긴장력을 도입함으로써, 종방향으로 연속 배치된 복수개의 프리캐스트 세그먼트(21, 22)를 견고하게 일체화시켜서 상부슬래브(2)를 구축하게 된다.

앞서 언급한 것처럼, 본 발명에 따라 지하박스구조물(100)을 시공함에 있어서는, 상부개방 박스 구조체(1)를 우선적으로 구축하여 지중에 설치하게 되고, 프리캐스트 세그먼트를 이용하여 상부슬래브(2)를 시공함으로써 상부개방 박스 구조체(1)의 천정부를 구축하게 되는데, 복수개의 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 조립에 의해 상부슬래브(2)를 완성시킨 후, 완성된 상부슬래브(2)를 인양하여 상부개방 박스 구조체(1)의 상부에 거치할 수도 있지만, 횡방향 긴장재(26)에 의해 횡방향으로 긴장력이 이미 도입되어 있는 상태의 복수개의 프리캐스트 세그먼트(21, 22)를 각각 순차적으로 상부개방 박스 구조체(1)에 거치하면서 앞서 설명한 방식으로 서로 일체화시킴으로써 상부슬래브(2)를 형성할 수도 있다. 즉, 사전에 횡방향 긴장력이 도입되어 있는 외측 프리캐스트 세그먼트(21)의 횡방향 양단이 상부개방 박스 구조체(1)의 외측벽체(11) 상단에 형성된 단턱부에 걸쳐져서 배치된 후, 사전에 횡방향 긴장력이 도입되어 있는 내측 프리캐스트 세그먼트(22)가 동일한 방식으로 외측 프리캐스트 세그먼트(21)의 종방향 측면에 접한 상태로 이웃하여 연속배치되며, 계속하여 또다른 내측 프리캐스트 세그먼트(22)가 종방향으로 계속하여 접한 상태로 이웃하여 연속배치되고, 최종적으로는 또다른 외측 프리캐스트 세그먼트(21)가 이웃하여 연속배치되는 형태로, 상부개방 박스 구조체(1) 위에 프리캐스트 세그먼트(21, 22)가 순차적으로 놓이고 앞서 설명한 방식으로 프리캐스트 세그먼트(21, 22)가 종방향으로 일체화되어 상부슬래브(2)가 상부개방 박스 구조체(1)에 설치될 수 있는 것이다.

한편, 프리캐스트 세그먼트(21, 22)를 상부개방 박스 구조체(1)의 외측벽체(11)에 설치하여 일체화시킴에 있어서는, 다음에서 구체적으로 설명하는 구성을 이용한다. 구체적으로 외측벽체(11) 상단에 단턱부를 형성하여, 사전에 횡방향 긴장력이 도입되어 있는 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 횡방향 양단이 각각의 외측벽체(11) 단턱부에 거치되도록 한다. 즉, 외측벽체(11)의 상단에 수평면(110)과 연직벽면(111)로 이루어진 단턱부를 형성하여, 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 횡방향 양단이 수평면(110)에 놓이도록 하는 것이다. 이 때, 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 횡방향 단부면과 외측벽체(11)의 내면 즉, 연직벽면(111)의 내면 사이에는 프리캐스트 세그먼트(21, 22)와 외측벽체(11)의 접합을 위하여 횡방향으로 간격(접합부)이 존재하도록 하며, 외측벽체(11)에 매립되어 있는 연속화 철근(13)의 단부가 외측벽체(11)의 내면으로 돌출되도록 한다. 즉, 연속화 철근(13)의 단부가 연직벽면(111)에서 횡방향으로 돌출되어 상기 프리캐스트 세그먼트(21, 22)와 연직벽면(111) 사이의 간격인 접합부에 노출되어 있게 하는 것이다. 여기서 외측벽체(11)의 내면은, 횡방향 양측의 외측벽체(11)가 서로 마주보게 되는 방향의 면을 의미한다. 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 횡방향 양단이 수평면(110)에 놓인 상태에서, 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 횡방향 단부면에 돌출되어 있던 연결결합철근(25)과 연직벽면(111)으로부터 돌출되어 있던 연속화 철근(13)을 서로 결속 또는 용접하여 연결하고, 접합부에 무수축 콘크리트, 무수축 모르타르 등의 채움재(14)를 타설하여 채움으로써 프리캐스트 세그먼트(21, 22)로 이루어지는 상부슬래브(2)와 외측벽체(11)를 견고하게 일체화시킨다. 이 때, 채움재(14)가 접하게 될 외측벽체(11)의 내면 및 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 횡방향 단부면에 미리 접착제를 도포한 상태에서, 채움재(14)를 채우는 것도, 채움재(14)를 통한 외측벽체(11)와 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 견고한 일체화를 위하여 바람직하다.

앞서 언급한 것처럼, 필요에 따라서는 프리캐스트 세그먼트(21, 22)에 배치된 횡방향 긴장재(26)를 횡방향으로 길게 연장시켜서, 프리캐스트 세그먼트(21, 22)가 외측벽체(11)의 상단에 놓일 때, 외측벽체(11)의 연직벽면(111)을 관통시킨 후 연직벽면(111)의 외면에서 긴장 정착시킬 수도 있다. 이러한 구성에 의하면 프리캐스트 세그먼트(21, 22)와 외측벽체(11)간의 일체화를 더욱 강화시킬 수 있게 되는 장점이 있다.

이와 같은 상부슬래브(2)와 상부개방 박스 구조체(1)의 일체화 작업에 후속하여, 채움재(14)와 프리캐스트 세그먼트(21, 22)의 횡방향 단부면 사이의 틈, 그리고 채움재(14)와 연직벽면(111) 사이의 틈으로 우수 등이 유입되지 않도록, 그 상면에 방수테이프 등을 부착하거나 또는 방수액을 도포하는 등의 방수처리하는 것도 바람직하다. 본 발명의 지하박스구조물(100)은 지하차도로 사용될 수 있는데, 이 경우 차량통행의 원활과 안전을 위하여 도 3에 도시된 것처럼 차도 중앙에 중앙분리대(31)를 더 설치할 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 지하차도 등으로 유용하게 사용될 수 있는 지하박스구조물(100)을 구축함에 있어서, 상부슬래브(2)를 모두 프리캐스트화하고 현장타설을 배제함으로써, 지하박스구조물 시공시의 고품질을 확보할 수 있게 될 뿐만 아니라 시공기간을 크게 단축시켜 공사비를 절감할 수 있으며, 더 나아가 동바리를 설치하여 현장타설하는 종래의 공법에서 현장타설 중 발생하는 붕괴 등 안전사고 문제를 없앰으로서 안전한 시공을 확보할 수 있게 되는 장점이 있다. 또한, 공기가 크게 단축되어 도심지 교통을 빠르게 재개함으로서 경제 산업적으로 매우 큰 효과를 발휘하게 된다.

도 6에는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 프리캐스트 세그먼트를 조립하여 상부슬래브를 형성하는 것을 보여주는 도 4에 대응되는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있는데, 횡거더부(23)의 횡방향 단면 형상은 도 4에 예시된 것처럼 단순한 사각형 형상일 수도 있지만, 도 6에 예시된 것처럼 영문자 I자 형상을 가질 수도 있다. 도 6에 도시된 것처럼 횡거더부(23)의 횡방향 단면이 I자 형상을 이루어진 실시예는, 외측벽체 사이의 횡방향 간격이 큰 경우 즉, 예를 들어 본 발명의 지하박스구조물(100)이 지하차도로 사용될 때 지하차도의 차선이 많아서 지하박스구조물(100)의 횡방향 폭이 큰 경우에 상부슬래브를 구성하는데 더욱 유리하다. 그러나 본 발명에서 횡거더부(23)의 횡방향 단면 형상은 이에 한정되지 않으며, 도면에는 도시되지 않은 원형이나 타원형 또는 기타 다른 형상을 가질 수도 있다.

더 나아가, 프리캐스트 세그먼트를 제작함에 있어서는 횡거더부용(用) 프리캐스트 세그먼트와 슬래브단면부용(用) 프리캐스트 세그먼트로 구분하고, 이들 프리캐스트 세그먼트를 종방향으로 조립하여 상부슬래브(2)를 구축할 수도 있다. 도 7에는 횡거더부용(用) 프리캐스트 세그먼트(210)와 슬래브단면부용(用) 프리캐스트 세그먼트(220)에 의해 상부슬래브(2)를 구축하는 것을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 7에 예시된 것처럼, 슬래브단면부용(用) 프리캐스트 세그먼트(220)는 상,하면이 평평한 부재로 이루어진 것이며, 횡거더부용(用) 프리캐스트 세그먼트(210)는 슬래브단면부용 프리캐스트 세그먼트(220)보다 연직두께가 더 큰 부재로 이루어진 것이다. 이러한 횡거더부용(用) 프리캐스트 세그먼트(210)와 슬래브단면부용(用) 프리캐스트 세그먼트(220)는 종방향으로 순차적으로 교번하여 위치하여 연속됨으로써 상부슬래브(2)를 이루게 되는데, 프리캐스트 세그먼트 사이의 단턱부를 이용한 결합, 종방향 긴장재(27)를 이용한 긴장력 도입에 의한 일체화, 횡방향 양단부에서의 연결결합철근(25)의 돌출과 연직벽체(11)의 연속화 철근(13)과의 연결 및 접합부처리, 그리고 횡방향 긴장재(26)의 배치 및 필요시 횡방향 긴장재(26)의 외측벽체(11) 외면에서의 긴장 정착 등의 구성 및 기타 본 발명의 특장점 및 효과는 앞서 설명한 실시예와 동일하게 적용된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 지하박스구조물은 차량이 통행하는 지하차도로서 매우 유용하다. 그러나 본 발명의 지하박스구조물은 지하차도용으로 이용되는 것 이외에도, 사람들이 통행하는 지하보도로나 암거 또는 통신선, 전력선 등이 배치되는 지중통신구(cable tunnel) 등으로도 매우 유용하며, 기타 다양한 용도로 사용될 수 있다.

1: 상부개방 박스 구조체
2: 상부슬래브
10: 바닥슬래브
11: 외측벽체
12: 중간벽체
13: 연속화 철근
14: 채움재
21: 외측 프리캐스트 세그먼트
22: 내측 프리캐스트 세그먼트
23: 횡거더부
24: 슬래브단면부
25: 연결결합철근
26: 횡방향 긴장재
27: 종방향 긴장재
28: 단턱부
31: 중앙분리대
100: 지하박스구조물
110: 수평면
111: 연직벽면
210: 횡거더부용 프리캐스트 세그먼트
220: 슬래브단면부용 프리캐스트 세그먼트

Claims (7)

1. 바닥슬래브(10)와, 상기 바닥슬래브(10)의 횡방향 양측에서 연직하게 일체로 형성되어 있는 외측벽체(11)로 구성되며, 외측벽체(11)에 매립되어 있는 연속화 철근(13)의 단부가, 횡방향 양측의 외측벽체(11)가 서로 마주보게 되는 방향의 면에 해당하는 외측벽체(11)의 내면으로부터 돌출되어 있는 상부개방 박스 구조체(1)를 구축하는 단계;
   복수개의 횡거더부(23) 사이에 슬래브단면부(24)가 존재하는 횡방향의 단면 형상을 가지며, 종방향으로 이웃하는 프리캐스트 세그먼트가 접하는 측면에는 단턱부(28)가 형성되어 있고, 횡방향 단부면으로 연결결합철근(25)이 돌출되어 있으며, 횡방향으로 긴장력을 도입하기 위한 횡방향 긴장재(26)가 배치되어 있는 복수개의 프리캐스트 세그먼트를 콘크리트를 이용하여 프리캐스트 방식으로 제작하는 단계;
   프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부가 외측벽체(11)의 내면과 간격을 두고 위치함과 동시에 프리캐스트 세그먼트의 단턱부(28)가 서로 맞물리도록, 복수개의 프리캐스트 세그먼트를 서로의 종방향 측면이 접한 상태로 이웃하여 연속적으로 상부개방 박스 구조체(1)의 외측벽체(11) 위에 배치하고, 연속배치된 프리캐스트 세그먼트에 종방향 긴장재(27)를 관통시켜 종방향의 긴장력을 도입하여 복수개의 프리캐스트 세그먼트를 일체화시킴으로써 상부슬래브(2)를 구축하는 단계; 및
   프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부와 외측벽체(11)의 내면 사이의 간격에서, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 단부면에 돌출되어 있던 연결결합철근(25)과 외측벽체(11)의 내면으로 돌출되어 있던 연속화 철근(13)을 서로 결속한 후, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부와 외측벽체(11)의 내면 사이의 간격에 채움재(14)를 채워서 경화시킴으로써 상부슬래브(2)와 상부개방 박스 구조체(1)를 일체화시키는 단계를 포함함으로써, 바닥슬래브(10)와 외측벽체(11)와 상부슬래브(2)로 이루어진 지하박스구조물을 구축하게 되는 것을 특징으로 하는 지하박스구조물의 시공방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   외측벽체(11)의 상단부는 수평면(110)과 연직벽면(111)으로 이루어지고;
   프리캐스트 세그먼트가 외측벽체(11) 위에 배치될 때, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 단부는 수평면(110) 위에 놓이고;
   횡방향 긴장재(26)를 횡방향으로 길게 연장하여, 프리캐스트 세그먼트가 외측벽체(11)의 상단에 배치된 상태에서 횡방향 긴장재(26)를 연직벽면(111)에 관통시킨 후 연직벽면(111)의 외면에서 긴장 정착함으로써, 프리캐스트 세그먼트에 횡방향 긴장력이 도입되도록 함과 동시에, 상부슬래브(2)와 외측벽체(11)가 접합되는 부분의 강성이 증가되도록 하는 것을 특징으로 하는 지하박스구조물의 시공방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   채움재(14)를 타설하여 프리캐스트 세그먼트와 상부개방 박스 구조체(1)를 일체화시킨 후, 채움재(14)와 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 단부면 사이의 틈 및 채움재(14)와 연직벽면(111) 사이의 틈을 방수처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하박스구조물의 시공방법.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   프리캐스트 세그먼트는, 횡방향으로 복수개 블록을 분절제작한 후, 횡방향 긴장재(26)에 의해 횡방향의 긴장력을 부여하여 블록을 일체화시킴으로써 제작되는 것을 특징으로 하는 지하박스구조물의 시공방법.
   
5. 바닥슬래브(10)와, 상기 바닥슬래브(10)의 횡방향 양측에서 연직하게 일체로 형성되어 있는 외측벽체(11)로 구성되며, 외측벽체(11)에 매립되어 있는 연속화 철근(13)의 단부가, 횡방향 양측의 외측벽체(11)가 서로 마주보게 되는 방향의 면에 해당하는 외측벽체(11)의 내면으로부터 돌출되어 있는 상부개방 박스 구조체(1); 및
   횡방향 양단부가 외측벽체(11)에 걸쳐지도록 복수개의 프리캐스트 세그먼트가 서로의 종방향 측면이 접한 상태로 이웃하여 연속적으로 상부개방 박스 구조체(1)에 배치되고 종방향으로 일체화됨으로써 형성되는 상부슬래브(2)를 포함하여 구성되는데;
   프리캐스트 세그먼트는, 복수개의 횡거더부(23) 사이에 슬래브단면부(24)가 존재하는 횡방향의 단면 형상을 가지며, 종방향으로 이웃하는 프리캐스트 세그먼트가 접하는 측면에는 단턱부(28)가 형성되어 있고, 횡방향 단부면으로 연결결합철근(25)이 돌출되어 있으며, 횡방향으로 긴장력을 도입하기 위한 횡방향 긴장재(26)가 배치되어 있는 구성을 가지고 있으며;
   복수개의 프리캐스트 세그먼트가 상부개방 박스 구조체(1) 위에 배치될 때, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부는 외측벽체(11)의 내면과 간격을 두고 위치하고, 종방향으로 이웃하는 프리캐스트 세그먼트는 단턱부(28)가 서로 맞물리게 되며;
   프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부가 외측벽체(11)에 걸쳐진 상태에서는, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 양단부와 외측벽체(11)의 내면 사이에는 간격이 존재하고, 상기 간격에서 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 단부면에 돌출되어 있던 연결결합철근(25)과 외측벽체(11)의 내면으로 돌출되어 있던 연속화 철근(13)이 서로 결속되어 있는 상태에서 상기 간격에 채움재(14)가 채워서 경화됨으로써 상부슬래브(2)와 상부개방 박스 구조체(1)가 일체화되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 지하박스구조물.
   
6. 제5항에 있어서,
   외측벽체(11)의 상단부는 수평면(110)과 연직벽면(111)으로 이루어지고;
   프리캐스트 세그먼트가 외측벽체(11) 위에 배치될 때, 프리캐스트 세그먼트의 횡방향 단부는 수평면(110) 위에 놓이고;
   횡방향 긴장재(26)는 횡방향으로 길게 연장되어 있어서, 프리캐스트 세그먼트가 외측벽체(11)의 상단에 배치된 상태에서 횡방향 긴장재(26)는 연직벽면(111)에 관통하여 연직벽면(111)의 외면에서 긴장 정착됨으로써, 프리캐스트 세그먼트에 횡방향 긴장력이 도입됨과 동시에, 상부슬래브(2)와 외측벽체(11)가 접합되는 부분의 강성이 증가되어 있는 것을 특징으로 하는 지하박스구조물.
   
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   프리캐스트 세그먼트는, 횡방향으로 복수개 블록이 횡방향으로 배치된 상태에서 횡방향 긴장재(26)가 복수개의 블록을 관통하여 배치된 상태에서 긴장 정착됨으로써 제작되는 것을 특징으로 하는 지하박스구조물.

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