[건축시공학] 지하연속벽 및 탑다운 흙막이공법

 

 

 

지하연속법 및 탑다운 공법이란?

 

1. 지하연속벽 공법 개요

 

[연속적인 구조벽체를 통한 흙막이 시공 기술]

 

지하연속벽 공법(Continuous Underground Wall Method)은 깊은 굴착을 동반하는 공사에서 흙막이벽과 영구 구조벽을 동시에 형성할 수 있는 공법으로, 연속적인 구조체를 지중에 형성하여 지반의 붕괴를 방지한다. 일반적으로 도심지 고심도 굴착이나 지하철, 대규모 건축물의 기초부 공사 등에 적용된다. 이 공법은 굴착 이전에 구조벽을 먼저 시공함으로써 안정성을 확보하며, 구조적 기능을 동시에 수행할 수 있다는 점에서 탁월한 장점을 가진다. 시공 방식에는 주로 슬러리월 공법과 ICOS 공법이 있다.

 

지하연속벽은 토류벽 역할 외에도 기초구조물 또는 지하외벽으로 활용될 수 있어 이중 기능을 수행하며, 구조적·경제적 효율성을 제공한다. 또한 협소한 도심지나 인접 구조물이 있는 조건에서도 적용 가능하여, 공간 활용도가 뛰어난 대표적인 심공지반 시공법 중 하나로 평가된다.

 

2. 슬러리월 공법의 개요 및 특징

 

[벤토나이트 슬러리를 활용한 지하벽 시공]

 

슬러리월 공법(Slurry Wall Method)은 지하연속벽을 구성하는 대표적인 방식 중 하나로, 벤토나이트 슬러리(Bentonite Slurry)를 활용하여 굴착면의 붕괴를 방지하면서 콘크리트 벽체를 시공하는 공법이다. 먼저 크레인 또는 그랩을 이용하여 원하는 깊이까지 트렌치를 굴착하고, 그 안에 벤토나이트 슬러리를 채워 흙막이면이 붕괴되는 것을 방지한다. 이후 철근망을 삽입하고, 콘크리트를 트레미관(Tremie Pipe)을 통해 밑에서부터 부어올리는 방식으로 시공된다.

 

슬러리월 공법은 주로 연약지반이나 수위가 높은 지역에서 유효하며, 굴착 깊이에 제약이 거의 없어 고심도 굴착 현장에 적합하다. 슬러리의 안정성과 품질관리가 중요한 공정이며, 콘크리트와 슬러리가 완벽히 치환되어야 양질의 벽체가 형성된다. 이 공법은 구조적으로 강하고 연속적인 벽체를 형성할 수 있어, 건물의 하중을 직접 지지하는 구조체로도 활용 가능하다.

 

3. 슬러리월 공법의 장단점

 

[시공 유연성과 안정성의 확보, 관리 난이도와 비용 부담]

 

슬러리월 공법의 주요 장점은 다양한 지반 조건에 적용 가능하다는 유연성과 높은 구조적 안정성이다. 특히 수위가 높은 지반이나 연약층에서의 시공이 용이하며, 벽체의 연속성과 구조적 강도가 우수하여 흙막이와 구조체를 동시에 해결할 수 있는 이점이 있다. 고심도 굴착이 필요한 대형 프로젝트에서 효과적이며, 시공 후 기초 구조물 또는 외벽으로 활용할 수 있어 설계 및 공정 통합 면에서 경제적이다. 또한 슬러리를 통해 굴착면의 붕괴를 방지함으로써 굴착 안정성을 확보할 수 있어 안전사고의 위험이 줄어든다.추가적으로, 슬러리월 공법은 인접 건물과 매우 가까운 거리에서도 시공이 가능하여, 도심지와 같이 협소한 공간에서의 굴착에 적합하다는 장점이 있다.

 

반면, 단점으로는 벤토나이트 슬러리의 유지 및 관리가 복잡하고 비용이 많이 든다는 점이 있다. 슬러리의 품질 유지와 오염 방지를 위한 설비가 필요하며, 슬러리와 콘크리트의 치환이 미흡할 경우 벽체의 품질 저하가 발생할 수 있다. 또한, 폐기 슬러리 처리 문제와 함께 시공장비의 크기가 커서 협소한 부지에서는 제한이 따르기도 한다. 이러한 점들은 시공 전 충분한 계획과 품질관리, 작업자 숙련도를 요구하는 요소로 작용한다.

 

4. ICOS 공법의 원리와 시공 절차

 

[지중 콘크리트 기둥을 연결하여 벽체를 형성하는 방식]

 

ICOS 공법(Italian Continuous Overlapping System)은 이탈리아에서 개발된 지하연속벽 시공법으로, 원형 또는 타원형의 굴착공에 철근과 콘크리트를 삽입해 지중 기둥을 만든 뒤, 이를 일정 간격으로 중첩시켜 연속적인 벽체를 구성하는 공법이다. 이 방식은 슬러리 사용 없이도 시공 가능하다는 점에서 시공 간소화에 기여할 수 있으며, 진동과 소음이 적어 도심지 공사에 적합하다.

 

시공 순서는 오거(Drilling Auger)를 사용한 굴착 → 철근망 삽입 → 콘크리트 타설 → 다음 공 구간으로 이동 → 반복 순으로 진행된다. 중첩된 지중 기둥 간의 연결부는 이음 철근과 콘크리트 충진을 통해 일체화되며, 구조적 일체성과 연속성을 확보하게 된다. ICOS 공법은 소형 장비 사용이 가능해 작업 공간이 좁은 지역에서도 적용 가능하며, 시공속도 면에서도 우수한 효율성을 보여준다.

 

5. Top-Down 공법의 구조 및 시공 프로세스

 

[지상 구조와 지하 구조를 병행하는 하향식 시공]

 

Top-Down 공법은 지상 구조물과 지하 구조물을 동시에 또는 병행하여 시공하는 방식으로, 구조물 상부부터 하부로 내려가며 시공이 이루어진다. 이 공법은 도심지에서 시간과 공간을 절약할 수 있어 특히 효과적이다. 지하연속벽 또는 파일을 먼저 시공하고, 지상층 슬래브를 타설한 후 그 하부층을 굴착하며 슬래브와 기둥을 병행 시공하는 방식이다.

 

Top-Down 공법은 슬래브가 가설 지지체 역할을 수행하므로, 토류벽에 작용하는 횡압을 조기에 분산시킬 수 있다. 이를 통해 흙막이 안정성과 시공 안정성을 동시에 확보할 수 있으며, 지상 구조물 공정을 선행함으로써 전체 공사 기간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 다만, 구조물간 간섭 문제와 정밀한 시공 관리가 요구되므로 고도의 기술력과 경험이 필요하다. 철저한 공정 계획과 구조 해석이 선행되어야 하며, 각 단계별 공정 간 충돌을 방지하기 위한 BIM 적용 사례도 증가하고 있다.

 

6. Top-Down 공법의 장단점 분석

 

[공기 단축과 안정성 확보의 이점 vs 시공 복잡성과 비용]

 

Top-Down 공법의 가장 큰 장점은 지상 구조물 공정을 동시에 진행할 수 있어 전체 공기 단축에 기여한다는 점이다. 특히 도심지와 같이 시공 공간이 협소하고 주변 구조물의 안정성이 중요한 곳에서 탁월한 효과를 발휘한다. 또한 각 층의 슬래브가 굴착 시 가설 지지체 역할을 하므로 흙막이벽의 안정성을 증가시키며, 장기적인 구조 안정성에도 기여한다. 시공 중 강우나 외부 환경 변화로 인한 위험 요소에 대해 상대적으로 안전한 시공이 가능하다는 점도 큰 장점으로 작용한다.

 

하지만 단점도 명확하다. 시공 절차가 복잡하고 고도의 시공 정확성이 요구되며, 구조물 간섭 및 장비 동선 계획이 까다롭다. 기둥과 슬래브를 미리 계획한 위치에 정확히 시공해야 하며, 초기 설계와 구조 해석에 많은 시간이 소요될 수 있다. 또한 공정 병행에 따른 장비 간섭 문제와 자재 반입 동선 조율 등 시공 관리의 어려움이 크며, 초기 투자 비용이 상승할 수 있다. 따라서 공법 적용 여부는 구조물의 특성과 현장 여건, 예산 및 시공 능력 등을 종합적으로 고려하여 판단해야 한다.

 

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7. 공법 선택 시 고려사항 및 결론

 

[지반조건, 공사환경, 구조적 요구조건 반영]

 

지하연속벽 및 Top-Down 공법은 공사환경과 구조적 요구조건에 따라 선택되어야 하며, 각각의 공법은 고유의 장점과 한계를 갖는다. 슬러리월 공법은 수위가 높거나 연약지반에서의 적용성이 뛰어나며, 고심도 굴착에 적합하다. ICOS 공법은 진동 및 소음이 적고 협소한 공간에서도 시공이 가능하여 도심지에 적합하다. Top-Down 공법은 구조물의 시공과 굴착을 병행할 수 있어 공기 단축 및 공정 병행에 유리하며, 굴착 깊이가 크고 인접 구조물 간섭이 우려되는 경우 유효한 선택이 될 수 있다.

 

공법 선택 시 가장 중요한 요소는 지반의 특성과 굴착 심도, 인접 구조물과의 간섭 여부, 지하수위, 시공 기간, 경제성 등이며, 이를 종합적으로 판단해야 한다. 최근에는 BIM 기반의 통합 시공 계획과 함께 시공 후 계측 데이터 기반의 구조 안전성 확보가 강조되고 있어, 기술적 검토와 품질관리가 더욱 중요해지고 있다. 성공적인 흙막이 공법 적용을 위해서는 시공 전 단계부터의 체계적인 조사, 설계, 시공, 감리가 긴밀히 연계되어야 하며, 전문 인력의 확보와 기술적 숙련도가 핵심 요소로 작용한다.