지하옹벽 무지주 거푸집 개발 및 시공성능 분석에 관한 연구 = A Study on the Development of a Non-supporting Form for Basement Wall and the Constructability Analysis

국문 초록 (Abstract)

최근 국내 건축공사 경향은 점차 대형화, 초고층화 되어가고 있다. 이에 따라 지하공사 또한 지하주차장의 확보와 대지이용의 극대화 등의 이유로 대형화, 대심도화 되어 그 규모가 점차 증가하고 있는 추세를 보이고 있다. 이러한 이유로 지하공사에 대한 관심이 높아짐에 따라 지하공사의 경제성 및 시공성을 향상시키기 위한 연구 및 개발이 진행되고 있으나, 지하공사의 거푸집 공법에 대한 연구는 미비한 실정으로 나타나고 있다.
따라서 본 연구에서는 최근 국내 지하공사에서 사용되고 있는 옹벽 거푸집공법의 실태를 고찰하고, 현재 토목공사 현장에서 사용되고 있는 무지주 거푸집을 기초로 하여 건축공사 현장에 적용 가능한 무지주 거푸집 개발에 목적이 있다.
현재 현장에서 거푸집공법 선정은 현장에 맞는 합리적인 공법을 선정하기에 어려움이 있어 대부분 가장 많이 사용되고 있는 공법이나, 현장 경험에 따른 실무자의 판단 하에 결정되고 있다. 이러한 이유로 현재 현장에서 가장 많이 사용되고 있는 공법은 유로폼+솔져시스템으로 조사되었다.
본 연구에서는 토목공사 현장에서 사용되고 있는 무지주 거푸집을 기초로 하여 건축공사 현장에 적용 가능한 합성·비합성 무지주 거푸집을 개발하였다. 또한 개발한 무지주 거푸집 중 비합성 무지주 거푸집을 Mock up test를 통하여 시공성을 분석하였으며, 거푸집 제작 크기를 가정하여 기존공법인 유로폼+솔져시스템과 경제성 분석을 통하여 현장 적용성을 평가하였다. 경제성 분석은 자재비·노무비를 통하여 순공사원가를 비교하였다. 순공사원가에는 경비가 포함 되지만, 경비는 재료비와 노무비의 일정한 비율로 정해지므로 경제성 분석에서 제외하였다.
거푸집의 제작 크기는 1회 작업면적을 높이 3.6m, 길이 24m로 가정하였으며, 전용횟수는 20회로 가정하였다. 이에 총 작업면적은 높이 3.6m, 길이 480m로 가정하여 두 공법을 비교·분석하였다. 또한 유로폼+솔져시스템과 무지주 거푸집에 사용되는 공통자재의 단가는 2009년 9월 실제 현장에서 거래되고 있는 가격을 기준으로 산정하였다. 하지만 무지주 거푸집의 경우 연구에 의해 개발된 일부 자재는 현재 유통되는 단가 적용이 어렵기 때문에 단가를 가정하여 산정하였다. 노무비단가는 대한건설협회에서 발표한"2009년 하반기 적용 건설업 임금실태 조사 보고서(시중노임단가)"에서 제시하고 있는 금액을 적용하였다.
두 공법을 비교·분석한 결과는 다음과 같다.
1) 비합성 무지주 거푸집에 대하여 Mock up test를 실시하였다. 그 결과 무지주 거푸집의 경우 거푸집을 지상에서 대형 유니트(Unit)화 하였기 때문에 설치 및 해체과정을 단순화하여, 공기단축에서는 유로폼+솔져시스템보다 유리한 것으로 나타났다.
2) 공사기간은 무지주 거푸집의 작업 1주기(CYCLE)가 5일로 조사 되었으며, 유로폼+솔져시스템은 6.5일로 조사되었다. 이에 무지주 거푸집이 작업 1주기에서 1.5일이 단축되어 공기 측면에서 유리한 것으로 나타났다.
3) 공사비 분석결과
(1) 자재비는 합성·비합성 무지주 거푸집 모두 기존공법인 유로폼+솔져시스템에 비해 불리하게 나타났다. 그 이유는 임대자재의 경우는 큰 차이가 없지만, 판매자재에서 큰 차이를 보이기 때문이다. 이는 무지주 거푸집의 경우 연구에 의해 개발된 공법으로써 사용되는 자재의 개발과 대량생산이 이루어지지 않았기 때문으로 사료된다.
(2) 노무비는 유로폼+솔져시스템이 합성·비합성 무지주 거푸집에 비해 불리하게 나타났다. 그 이유는 무지주 거푸집의 경우 유니트화로 선 조립하여 공사기간 단축이 가능하지만, 유로폼+솔져시스템의 경우는 결속부위가 많기 때문으로 사료된다.
(3) 총공사비는 유로폼+솔져시스템에 비해 합성 무지주 거푸집은 약 8%높게 나타났으며, 비합성 무지주 거푸집은 약 8%낮게 나타났다. 하지만 합성 무지주 거푸집의 경우 전단연결재를 콘크리트에 매립하여 흙막이와 콘크리트 벽체를 일체화하였기 때문에 구조체공사 시 콘크리트와 철근의 물량이 현저히 감소하므로 상당한 경제적 원가절감 효과를 볼 수 있다.
4) 시공성 분석결과
(1) 유로폼+솔져시스템은 설치 및 해체 작업이 복잡하며, 숙련공이 필요하다. 하지만 무지주 거푸집은 보통 인부만으로 시공이 가능하며, 크레인을 사용하기 때문에 최소인원으로도 설치가 가능하다.
(2) 무지주 거푸집은 유로폼+솔져시스템과 달리 지지틀이 필요하지 않기 때문에 1,728㎡을 작업할 때, 솔져시스템의 면적인 912㎡의 여유 작업공간을 확보할 수 있다.
(3) 유로폼+솔져시스템은 결속부위가 많고, 고소(高所)작업이 많이 이루어지고 있다. 그러나 무지주 거푸집은 지상에서 거푸집을 선 조립하여 크레인을 이용하여 설치한다. 이에 무지주 거푸집이 유로폼+솔져시스템에 비해 사고발생위험이 낮을 것이라고 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, as the construction in Korea gradually becomes big-sized and high-storied, underground construction is also becoming bigger and deeper and its size tends to rise to secure underground parking lots and to maximize the use of land. As these trends have increased the interest in underground construction, some related research and developments have been performed in order to improve economical efficiency and construction efficiency, but there has not been enough research into the underground construction method of the mold.
Therefore, this research aims at examining the actual condition of the wall mold construction methods used in the underground construction of Korea these days, and at developing a non-supporting form applicable to the construction field, based on the non-supporting form currently used in the field of public work.
Although the selection of the construction method of a mold of the present fields is the most frequently used method because of the difficulty in choosing a reasonable construction method that suits the field, it has been decided by the judgment of the field experiences of the staff in charge. For this reasons, the mostly used construction method nowadays was examined to be the Euro-form+soldier system.
In this research, non-synthetic and non-supporting form which could be applied to construction fields were developed, based on the non-supporting form used in the field of public work. In addition, the construction efficiency of the non-synthetic and non-supporting form was analyzed through Mock up test, among the developed non-supporting forms, and its economical efficiency and that of the existing construction method, Euro-form+soldier system, was analyzed on the assumed production size of a mold, and its applicability to fields was evaluated. To perform economical analysis, the prime construction cost was compared through the price of materials and labor expenses. Expenditure belongs to prime construction cost, but it was excluded from the economical analysis because it is decided by a certain rate of material prices and labor expenses.
As for the production size of the mold, its height was supposed to be 3.6m and its length 24m for one time of work area, and the number of times to use was assumed to be 20. Therefore, the total work area was supposed to be 3.6m in height and 480m in length, and those two construction methods were compared and analyzed. Moreover, the unit cost of the materials used in common for the Euro-form+soldier system and for the non-supporting form was calculated on the standard of the price used in actual fields in September, 2009. However, because the current unit price couldn’t be applied to some materials of the non-support form developed through the research, another unit cost was supposed and calculated. With regard to the labor expenses, the price presented in the〈Report on the Actual Wage in the Construction Field in the Latter Part of 2009 (commercial wage unit cost)〉announced by Construction Association of Korea was applied.
The comparison and analysis results of those two construction methods are as follows.
1) Mock up test was conducted on the non-synthetic and non-supporting form. The result showed that the non-supporting form was more advantageous for the air contraction than the Euro-form+soldier system because its mold became a big unit on the ground, which simplified the installation and dismantlement process.
2) The first cycle of the construction period of the non-supporting form was examined to be five days, and that of the Euro-form+soldier system was 6.5 days. Accordingly, the non-supporting form was better in terms of air because it shortened the first cycle of work by 1.5 days.
3) The analysis of the construction cost proved that
(1), with regard to the materials cost, both synthetic and non-synthetic and non-supporting form was unfavorable than the existing construction method of the euro-form+soldier system. That’s because of the big difference in the cost of selling materials, in spite of the little difference in the leased materials. This is presumed to result from the fact that the non-supporting form was a construction method developed by a research, whose materials were not developed nor produced in big quantity.
(2) In terms of the labor expenses, the Euro-form+soldier system was worse than the synthetic/non-synthetic and non-supporting form. It might be because the non-supporting form was assembled in advance by becoming a unit, which made it possible to shorten the construction period, but the Euro-form+soldier system had many combined parts.
(3) The total construction cost of the synthetic non-supporting form was higher than that of the Euro-form+soldier system by about 8%, and the non-synthetic and non-supporting form was lower than that by about 8%. However, in case of the synthetic and non-supporting form, the shear connection material was buried in the concrete and the retaining and concrete walls were unified, so the amount of concrete and reinforcing rods for structural construction decreased considerably, which created a remarkable effect of economical cost reduction.
4) The analysis result of the constructive efficiency proved that
(1) the installation and dismantlement of the Euro-form+soldier system was complex and required skilled workers. Yet, the non-supporting form could be constructed only by normal workers, and only minimum workers were necessary because of the use of a crane.
(2) The non-supporting form needs no supporting frame, which is different from the Euro-form+soldier system, so could secure 912㎡ of room for work, the area of the soldier system, in case of the work of 1,728㎡.
(3) The Euro-form+soldier system had lots of connected parts, and high ground work. On the other hand, in case of the non-supporting form, the mold is assembled on the ground in advance, and then installed by using a crane. Accordingly, the non-supporting form is considere

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 방법 및 범위 2
• 1.3 기존 연구 고찰 4
• Ⅱ. 지하층 옹벽 거푸집 고찰 6
• 2.1 지하층 옹벽 거푸집 개요 6
• 2.1.1 흙막이 공법 7
• 2.1.2 거푸집의 정의 8
• 2.1.3 벽체 거푸집 8
• 2.1.4 지하옹벽공사 거푸집공법의 분류 9
• 2.2 유로폼+솔져시스템 10
• 2.3 토목공사현장의 무지주 거푸집 사례조사 12
• 2.3.1 A지하차도 12
• 2.3.2 B환경자원센터 15
• Ⅲ. 무지주 거푸집 공법 모델 개발 18
• 3.1 무지주 거푸집의 개요 18
• 3.2 합성 무지주 거푸집 모델 19
• 3.2.1 합성 무지주 거푸집 개요 19
• 3.2.2 시공절차 21
• 3.3 비합성 무지주 거푸집 모델 25
• 3.3.1 비합성 무지주 거푸집 개요 25
• 3.3.2 시공절차 26
• 3.4 무지주 거푸집 주요 부재 구성 29
• Ⅳ. 무지주 거푸집 Mock up Test 31
• 4.1 Mock up Test 개요 31
• 4.2 Mock up Test의 시공 프로세스 34
• 4.3 Mock up Test 결과분석 36
• Ⅴ. 무지주 거푸집 시공성능 분석 39
• 5.1 공법비교를 위한 가정 39
• 5.2 공사기간 분석 40
• 5.3 공사비용 분석 43
• 5.3.1 자재비 44
• 5.3.2 노무비 51
• 5.3.3 공사비합계 52
• 5.4 시공성 분석 54
• 5.4.1 작업의 용이성 54
• 5.4.2 작업 공간 54
• 5.4.3 안전성 55
• Ⅵ. 결론 57
• 참고문헌 59
• Abstract 61