PS 버팀공법2019-06-04T14:20:14+00:00

PS 버팀공법

공법개요

  • 벽체와 띠장, 버팀보 등으로 토압을 지지하면서 굴착하는 방법은 시공이 간편하고 안전관리가 용이하기 때문에 가장 많이 이용되고 있다. 그러나 토압이 클 경우에는 버팀보를 촘촘히 설치해야 하므로 작업공간이 협소하여 굴착작업에 어려움이 따른다. 따라서 시공성이 저하되고 공사비가 증가되는 문제점이 있다.
  • PS 버팀공법(Pre-Stressing Support Method)은 2개의 Ps보와 중앙보로 구성된 PS버팀을 기존 띠장에 부착하고, PS보와 중앙보 사이에 유압램을 위치시켜, PS보에 소정의 수평력을 가해 띠장에 프리스트레스를 작용시키는 방법이다. 프리스트레스로 인한 내력모멘트는 토압으로 인한 외력모멘트를 감소시키기 때문에 띠장의 휨응력이 작아져 버팀보 설치간격을 넓게 할 수 있다.
  • PS 버팀공법은 버팀보 설치간격이 넓기 때문에 버팀보와 중간말뚝의 설치수량이 줄어 시공성과 경제성이 향상된다. 또한, PS 버팀도 쉽고 간단하게 시공할 수 있으며, 굴착작업 중에도 프리스트레스를 조절할 수 있으므로 적극적으로 변위 및 응력을 제어할 수 있다. PS 버팀공법과 버팀보 선행하중공법을 동시에 적용하므로 굴착으로 유발되는 인근 구조물의 손상을 최대한 줄일 수 있다.

공법특징

안정성

  • 일정한 간격을 유지하면서 버팀보를 사이에 두고 PS모멘트 작용
    → 대칭구조로 응력집중과 과변형 방지
  • 굴착작업중에도 유압램으로 PS모멘트 및 선행하중량을 쉽게 조정
    → 인근 구조물의 손상 최소화

시공성 향상

  • 버팀보 및 중간말뚝 설치 간격이 넓음
    → 굴착작업, 설치 및 해체작업, 본 구조물 설치작업 용이
  • 간편, 경량의 PS 버팀 구조
    → 손쉬운 프리스트레싱 작업

공사비 절감

  • 버팀보, 중간말뚝, 연결재 등의 강재 사용량 감소
    → 자재비 절감
  • 중간말뚝 천공비, 버팀보 설치 및 해체 등의 작업량 감소
    → 인건비 절감

공기단축

  • 굴착장비를 이용한 굴착작업 용이
    → 굴토공사 공기단축
  • 가시설 설치 및 해체, 구조물 공사 용이
    → 구조물 공사 공기 단축

경제성 (H건설 ㅇㅇ지하차도 건설공사 시공 예)

설계변경에 따른 해석결과 및 공사비 비교

구분 변경 전 변경 후 비고
버팀보 수평간격 2.5m 5.0m PS 버팀공법 적용
2.5m → 5.0m(변경)
버팀보 안정성 1단 : 0.29(1열)
2단 : 0.39(1열)
3단 : 0.62(1열)
1단 : 0.39(1열)
2단 : 0.69(1열)
3단 : 0.62(2열)
3단 : 1열 → 2열(변경)
띠장 안정성
(휨, 전단)
1단 : 0.23, 0.17
2단 : 0.48, 0.35
3단 : 0.53, 0.39
1단 : 0.60, 0.76
2단 : 0.60, 0.76
3단 : 0.69, 0.55
3단 : 2열 → 1열(변경)
H-350 X 350 X 12 X 19 사용
벽체 최대휨변위(mm) 43.2 48.6
공사비 17억 8천만원 12억 1천만원 5억 7천만원 절감
(32% 절감)

※ 버팀보 및 띠장의 안정성은 적용응력 ÷ 허용응력의 값을 제시한 것이다.

현장개요

  • 부지면적 : 37.4m X 330m
  • 굴착심도 : 6.7m
  • 벽체종류 : 시트파일(SPⅢA 400 X 150 X 13)
  • 버팀보 : H-300 X 305 X 15 X 15, 수평간격 2.5m, 총 수직단수 : 3단
  • 띠장 : H-300 X 305 X 15 X 15, 1~2단 1열, 3단 2열

공법원리

지하철, 지하차도

버팀보를 일정한 수평간격으로 연속하여 설치하므로, 띠장은 버팀보를 지점으로 하는 반무한 연속보로 해석할 수 있다. 토압(w) 작용시 띠장에 작용하는 최대 휨모멘트는 그림1과 같이 버팀보 지점부에서 발생하고, 그 값은 (-)wl^2/12 이다. 그리고 중앙부에 작용하는 최대모멘트는 (+)wl^2/24이다.
PS보에 수평력을 작용시키면 그림2와 같이 버팀보 지점부에는 정(+)모멘트가 작용하고, 중앙부에는 부(-)모멘트가 작용하게 된다.
그러므로 PS 버팀공법을 적용시키면, 그림3과 같이 띠장에 작용하는 부(-)모멘트와 정(+)모멘트가 모두 작아진다.
따라서 버팀보의 설치 간격을 좌우하게 되는 띠자으이 휨응력이 작아지므로 버팀보의 설치간격을 넓힐 수 있다.

그림1. 버팀보 수평간격 (ℓ=5m), 토압 (w=20.0tf/m) 작용시 B.M.D

그림2. PS 버팀에 내력모멘트(Mp=20.0tf · m) 작용시 B.M.D

그림3. 토압(w=20.0tf/m)과 내력모멘트 (Mp=20tf · m) 작용시 B.M.D

송도해안도로 지하차도 현장(현대건설)

건축현장

작업공간을 확보하기 위하여 모서리부에는 코너 스트러트를 설치하고, 직선부는 버팀보를 2열로 설치하며, 버팀보 단부는 경사버팀보(까치발)로 보강하고 있다.
건축용 PS 버팀은 PS보와 경사버팀보 및 반력보로 구성하여, 유압램으로 PS보에 소정의 수평력을 가해 프리스트레스를 작용시킨다.

그림4. 버팀보 수평간격(ℓ=8.5m), 토압(w=20.0tf/m), 내력모멘트(Mp=20tf · m) 모델링

그림5. 버팀보 수평간격(ℓ=8.5m), 토압(w=20.0tf/m) 작용시 B.M.D

그림6. PS 버팀에 내력모멘트(Mp=20tf · m) 작용시 B.M.D

그림7. 토압(w=20.0tf/m)과 내력모멘트(Mp=20tf · m) 작용시 B.M.D

상세도

Single 상세도

Double 상세도

 기술자료

PS버팀공법 – 시방서
PS버팀공법 – 도면
PS버팀공법 – 구조검토서
PS버팀 – 공법비교표

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