부력을 받은 지하구조물의 부상방지대책
1. 개요
① 지하구조물은 지하수위에서 구조물 밑면만큼 부력을 받으며, 건물의 자중이 부력보다 적으면 건물이 부상하게 된다.
② 구조물의 부상으로 인한 부재의 균열・누수・파손 등 여러가지 문제점들이 공 사중 혹은 공사 완료후에도 발생되며, 특히 구조적인 문제는 심각하게 대두 되고 있다.
③ 최근 건물의 대형화・고층화에 따른 지하구조물의 대형화와 깊이가 커짐으로 인한 지하수위 이하의 건축물의 시공이 많아진다. 따라서 부력으로 인한 대 형사고가 우려된다.
2. 부력의 영향
① 건축물의 BALANCE를 잃음
② 부재의 균열
③ 건축물의 누수 및 파손
④ 피압수 용출
⑤ 건축물 붕괴
3. 부력의 발생 사례(원인)
1) 지하 파압수에의 부상
- 압력 수두차에 의해 건물의 기초 저면이 뜨는 현상 발생
2) 지하수위 변동(자유수)
① 매립지대・계곡지대 등에 건물이 위치할때 우기시 지하수위 상승으로 부력이 발생
② 지반 조사시 지하수위 상부에 건축물 형성하였으나 암반층에 터파기하여 공 사 완료후 지하수위(자유수) 발생하여 건축물 부상
3) 지반여건
① 건물의 부투수층이 강한 점토층에서 부력 발생
② 암반층에 위치할때 물의 유입으로 인한 수위증가로 기초저면에 부력 발생
4) 건물의 자중
- 부력보다 건물의 자중이 적을때 건물이 떠오르는 현상 발생
4. 부상 방지 대책
1) 부상 방지 대책에는 여러가지가 있으나, 부지의 여건이나 환경 또는 시공사의 공법등에 따라 사전에 대책을 충분히 검토후 방지 방법을 택하여야 한다.
2) 부상 방지 방법
① ROCK ANCHOR 설치
・ 부력과 건물의 자중의 차이가 클 경우 또는 부력중심과 건물 자중의 중심 이 일치하지 않을 경우 채용
・ 부력에 저항하도록 기초 저면의 암반까지 ANCHOR 설치
・ 고층 건물에 사용
② 마찰말뚝 이용
・ 부력에 대항하는 하중을 말뚝의 마찰력으로 저항
・ 기초 하부 말뚝의 수량을 증가시켜 마찰력 증대
・ 지하구조가 깊지 않는 건물에 사용
③ 인접건물에 연결
・ 인접 건물에 긴결하여 수압상승에 저항
・ 인접 건물주의 동의서 필요
④ 강제 배수공법 - 가장 많이 사용
・ 유입 지하수를 강제로 PUMPING하여 외부로 배수
・ 강제 배수시 인접 건물 침하 대책 강구
⑤ 구조물 자중 증대
・ 부력과 건물 자중의 차이가 적을 경우 채용
・ 구조체의 단면 증대 또는 지하 2중 SLAB내에 자갈・모래등을 채워 건물의 자중 증가로 부력에 저항
・ 기초판을 지하실 벽 밖으로 확장하여 건물의 고정하중 증대
・ 건물의 자중은 부력의 1.25배(안전율) 이상
・ 규모가 클 때에는 경제적 부담 가중이 우려
・ 시공중 부상에 대한 강제배수 채택
⑥ 지하 중간 부위층 지하수 채움
・ 지하층이 깊을 경우 채용
・ 지하수 출입이 자유로우며 지하수조 형성
・ 지하 저수조 설치
⑦ BRACKET 설치
・ 건물이 경미하고 작은 경우 채용
・ 지하벽 외부에 BRACKET를 설치하여 BRACKET 상부의 매입토 하중으로 하부 수압에 대항
⑧ 구조물 변경
・ 지하 구조물 깊이를 지반선에서 상부로 올려 부상력을 줄임
・ 지하층의 규모를 축소하여 부상력 줄임
⑨ 지하수위 저하
・ 지하수위를 저하시켜 수압과 부력을 감소시키는 2중 효과
・ 지하수위 저하공법으로 영구적인 배수시설
・ 공사 종료후에도 여러개의 집수정을 설치하여 지하수위를 일정 수준 이하 로 유지
・ 인접 건물의 탈수에 의한 압밀침하가 우려되는 곳에는 채용 불가능 (인접 건물에 대한 차수 병용 채택)
5. 결론
① 건축물의 대형화・고층화로 기초 깊이가 깊어져 부력에 따른 건축물의 영향 은 공사도중에도 발생되며 공사 종료후에도 나타남
② 지하실에 깊어질수록 지하수의 영향은 증대하여 부력이 커지므로 정확한 지 질조사를 토대로 사전 대책이 이루어져야 하며, 효율적인 대처 방안이 설계 및 시공측면에서 검토되어져야 함.
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