(Innovative Prestressed Support) IPS 공법 (Innovative Prestressed Support) 광산 김씨 정주 목사공 파 42세손 2400777 김 선 민 (金善敃) 김해 김씨 경성공파 37세손 2400898 김 상 열 (金相熱) 나주정씨 대호공파 24세손 2400783 정 제 일 (鄭第一)

IPS 소개 동영상

목 차 1. IPS 공법의 개요 2. IPS 공법의 개발배경 3. IPS 공법의 원리 4. IPS 공법의 이론적배경 10. 현장 답사 11. 결론 목 차

HPS(Horizontal Prestressed Support system) - 토목, 건축의 흙막이 가시설로 이용 1. IPS 공법의 개요 IPS 공법이란? Innovative Prestressed Support System 의 약자로써 “혁신적 프리스트레스 가시설 공법” 을 의미하며 강선과 짧은 받침대를 사용하여 기존의 버팀보를 대체하는 흙막이 가시설 공법. IPS 공법의 종류 HPS(Horizontal Prestressed Support system) - 토목, 건축의 흙막이 가시설로 이용 UPS(Upper Prestressed Support system) - 장경간 복공 주형보로 이용

2. IPS 공법의 개발 배경 기존 흙막이 공법의 문제점 1. 다수의 버팀보에 의한 토공 및 본 구조물 시공의 어려움 2. 버팀보의 압축 좌굴 파괴에 의한 가시설의 붕괴 위험 3. 복잡한 작업 공정에 의한 안전사고의 위험 요소 증가 4. 비 경제적인 강재 사용에 의한 공사비 증가 5. 현장 제작 환경 및 다량의 작업 공정에 의한 공사 기간 연장 6. 어쓰앵커 시공 시 사유지 침범으로 민원 발생 IPS(Innovative Prestressed Support) 공법 혁신적 프리스트레스트 가시설 공법에 의한 개선

3. IPS 공법의 원리 버팀보의 반력 긴장력에 의한 받침대의 반력

3. IPS 공법의 띠장 종류 IPS 공법 IPS Single Wale (단경간 지지용) 강선받침대 TCW 편심조절장치 PC강연선 선행하중잭 편심보 원띠장 8m∼20m 편심보 원띠장 정착연결보 강선받침대 TCW 편심조절장치 PC강연선

3. IPS 공법의 띠장 종류 IPS 공법 IPS Double Wale 강선받침대 (장경간 지지용) 편심조절장치 정착장치 PC강연선 정착장치 삼각받침대 원띠장 20m∼50m 원띠장 강선받침대 편심조절장치 정착장치 선행하중잭 버팀보 삼각받침대 PC강연선 헤드블록+웨지

3. IPS 공법의 띠장 종류 IPS 공법 IPS T-type Wale (단경간 관로 지지용) 강선받침대 편심조절장치 타이케이블 버팀보 버팀보 선행하중잭 8m∼20m 강선받침대 편심보 타이케이블 편심조절장치 선행하중잭 버팀보

4. IPS 공법의 이론적 배경 구조 해석 32m IPS 띠장의 구조해석 결과, 최대모멘트와 최대전단력이 강선 받침의 지지 간격에 좌우되는 것으로 나타났으며 원모멘트의 5％ 수준으로 줄어드는 것으로 나타났다. 띠장의 압축력 488TON을 받아주기 위해서는 겹띠장이 필요하며 중 앙부 최대변위는 2.3mm로 나타남. 구조 해석

4. IPS 공법의 이론적 배경 안정성 해석 과토압이나 편토압이 작용하거나 강선이 일부 끊어진 경우에 대한 해석 결과로 과토압이나 편토압이 작용하거나 강선이 일부 끊어진 경우에 대한 해석 결과로 서, 토압과 강선장력이 모두 30％ 씩 증가했을 때를 제외하고는 모두 합성안전 율을 확보하여 충분히 안전한 것으로 나타남. 안정성 해석

•버팀보의 간격을 40~50m 까지 이격 가능. 버팀보 수를 줄임으로 인해 넓은 작업공간 확보 5. IPS 공법의 특징 KT＆G 대구 본부 I PS 공법 평면도 재래식 공법 평면도 •버팀보의 간격을 40~50m 까지 이격 가능. 버팀보 수를 줄임으로 인해 넓은 작업공간 확보 • 굴착 토사 반출 및 건설자재 유출입 등 시공성 용이 (공기단축에 효과적) •강재사용량 절감 (재래식 공법에 비해 35% 절감) •규격화된 부재 사용으로 설치 해체 공정이 용이 • 공사비 절감

•버팀보의 간격을 40~50m 까지 이격 가능. 버팀보 수를 줄임으로 인해 넓은 작업공간 확보 4. IPS 공법의 특징 •버팀보의 간격을 40~50m 까지 이격 가능. 버팀보 수를 줄임으로 인해 넓은 작업공간 확보 • 굴착 토사 반출 및 건설자재 유출입 등 시공성 용이 (공기단축에 효과적) •강재사용량 절감 (재래식 공법에 비해 35% 절감) •규격화된 부재 사용으로 설치 해체 공정이 용이 • 공사비 절감 •어스 앵커 시공처럼 사유지 침범의 우려가 없음 • 파괴 거동이 압축좌굴파괴 거동이 아니라 휨파괴 거동이라 파괴의 전조가 뚜렷하여 현장에서 발생할 수 있는 위험의 대처 능력이 우수

6. IPS 공법의 시공 순서 IPS부재 제작 및 반입 가설 벽체 시공 토공 굴착 보걸이, 원띠장 설치 홈메우기 버팀보, 선행하중 가압 강선 긴장 계 측 해체(시공의 역순) IPS공사 완료

7. IPS 공법의 현장 적용성 토공 ◆ 기존 가시설 공사의 토공 상차의 방법은 크람쉘 상차였으나 이를 개선하여 약 30％ 이상 빠른 공사 진행율을 보였다. － 기존 공법：600∼700M3/day － IPS 공법：1,300M3/day

7. IPS 공법의 현장적용성 가시설 설치 ◆ 수원지점 KT&G 복합건물 신축공사 ◆ IPS 가시설 설치 공기 ：75일(2.5개월) ◆ 가시설 설치 공기 단축 ：STRUT 공법 대비 63％ － 기존 STRUT 공법 적용 시 예정 공기 4개월

7. IPS 공법의 현장적용성 본 구조물 시공 ◆ 내부 STRUT 와 철근의 간섭을 최소화 할 수 있어, 철근의 이음을 대폭으로 줄였기 때문에 시공성을 획기적으로 개선하였음.

8.IPS 공법과 타공법의 비교 재래식 공법 (STRUT 공법) SPS 공법 IPS 공법 구 분 현장 사진 경제성 특징 경제성 비교 구 분 재래식 공법 (STRUT 공법) SPS 공법 IPS 공법 현장 사진 경제성 특징 ◆ 사용 강재량 증가로 공사비 증대 ◆ 공기 지연에 따른 공사비 증대 ◆ 내부 작업공간의 협소화에 따른 굴착, 구조물 공사 등의 비용 증가 ◆ 기초, 철골, 지상슬래브, 테두리보 비용 등의 공사비 증대 ◆ 내부 작업공간의 협소화에 따른 굴착 및 구조물 공사 등의 비용 증가 ◆ 강재량 감소에 의한 공사비 절감 ◆ 공기 단축에 의한 공사비 절감 ◆ 토공 및 본 구조물 시공의 편의성에 의한 추가적 경제적 이윤 발생

IPS 공법은 재래식 공법(STRUT 공법)보다 35%의 강재량을 절약할 수 있음. 경제성 비교 IPS 공법은 재래식 공법(STRUT 공법)보다 35%의 강재량을 절약할 수 있음. 부재를 연결해야 하는 조인트의 수는 1/3 수준.

8.6%절감 5%절감 15%절감 5%절감 8.IPS 공법과 타공법의 비교 공급가액950,000 공급가액2,380,000 경제성 공급가액950,000 공급가액2,380,000 공급가액860,000 절감액 48,000 절감액 205,000 공급가액570,000 절감액129,000 절감액 28,000 8.6%절감 5%절감 15%절감 5%절감 건축현장적용시 : IPS공법을 건축에 적용할 경우 강재량이 35% 정도 절감되고 가시설 공사비의 15%와 전체 공사비의 8.6%인 2억원의 절감효과가 나타남

넓은 내부 공간을 확보할 수 있는 IPS 공법이 굴착량에서 큰 차이를 보임. 시공성 비교 구 분 재래식 공법 (STRUT 공법) SPS 공법 IPS 공법 시공성 특징 ◆ 시공 경험 풍부 ◆ 사용 강재량 및 부속품 증대로 인한 공기 지연 ◆ 다수의 조인트로 인한 설치, 해체 작업량 증대 ◆ 지하 매설물로 인한 버팀보 설치 불가 시 작업제한 ◆ 중장비 작업 시 버팀보 간섭으로 작업 능률 저하 ◆ 본 구조체 철골 BEAM과 GIRDER를 흙막이 지보공으로 사용하며 굴착 공사 진행. ◆ 벽체 지지용 기초말뚝의 간섭으로 굴착 및 본 구조물 작업공간이 협소하여 공기 및 공사비 증가 ◆ 지하층과 지상층의 시공이 동시에 이루어져 공기 단축. ◆ 소수의 볼트 연결에 의한 설치, 해체 용이 ◆ 사용 강재량 감소에 의한 공기 단축 ◆ 넓어진 내부 공간으로 인한 시공의 편리성 증대 ◆ 중장비의 작업성 향상으로 인한 공기 단축 굴착량 300 ~ 400 ㎥/day 400 ~ 500 ㎥/day 800 ~ 1300 ㎥/day 넓은 내부 공간을 확보할 수 있는 IPS 공법이 굴착량에서 큰 차이를 보임. 또한, 작업 능률 향상과 사용강재가 적으므로 공기 단축의 효과도 보임. (방문 현장의 경우 약 2개월의 단축효과를 보일 수 있음)

IPS 공법은 설치 및 해체 공정이 최소화되고, 선행하중의 효과로 위험요소 및 안전사고 요소가 사전에 대비된다. 안전성 비교 구 분 재래식 공법 (STRUT 공법) SPS 공법 IPS 공법 안전성 특징 ◆ 버팀보의 압축좌굴 파괴거동으로 비상 시 사전징후 감지 불가능 ◆ 버팀보 단계별 철거 후 본 구조물 시공으로 인한 가시설 구조물의 안정성 확보 곤란 ◆ 지반 변형 시 추가적인 변형 억제 곤란 ◆ 해체 공정이 불필요하며, 주변 지반에 영향이 적음. ◆ 지지형식이 본 구조물을 이용하는 형태이므로 본 구조물의 손상이 우려됨 ◆ 강선의 휨 인장에 의한 연성 파괴를 일으키므로 비상 시 사전 징후 감지 및 대처 가능 ◆ 설치 해체가 간단하므로 안전사고의 위험요소를 원천적으로 제거 ◆ 선행하중의 효과로 주변 지반의 침하 방지 IPS 공법은 설치 및 해체 공정이 최소화되고, 선행하중의 효과로 위험요소 및 안전사고 요소가 사전에 대비된다.

① 지반 변위는 초기에는 주2회, 3주째부터는 주1회 계측하는 것을 원칙으로 함. 9.IPS 공법의 계측 관리 계측관리의 일반사항 ◆ 계측 관리의 기준 ① 지반 변위는 초기에는 주2회, 3주째부터는 주1회 계측하는 것을 원칙으로 함. ② IPS 띠장 거동 변위에 대해서는 주1회 이상 점검하는 것으로 함. ③ 과다 변위 발생 시 즉시 조치를 취해야 함. ④토류벽의 안정도는 최대 수평변위/굴착깊이(D/H)의 비로 0.15~0.35% 이내. ⑤수평 변위가 10mm/week 이하의 변화를 보이면 안전, 이상이면 특별관리를 요함. ◆ 특별관리 조치사항 ① 과다한 변위 발생시, 원인조사를 분석하고 즉각조치. ② 띠장의 길이와 변형량을 고려, 추가 긴장력을 결정. ③ 조정 후 띠장이 D/H = 0.1% 이내의 직선성을 유지하면 안전 ④ 이미 과다한 변위 발생으로 교정이 되지 않는 경우 무리한 추가가압 금지.

9.IPS 공법의 계측 관리 계측 장비 측정장치 TYPE－II (반자동 계측) 명 칭 IPS 광역변위 계측장치 설치 위치 명 칭 IPS 광역변위 계측장치 설치 위치 IPS 가시설의 단일,조립식띠장 중심부 측정 형식 광파 거리 측정식 디스플레이 Digital Display 원 리 토압에 의한 띠장의 상대적 휨 변위 측정 측정 방법 현장 직접 측정 무선 DATA 통신 DATA 수신 장치 계측 프로그램 계측 저장 계측 원리 계측 강선 광역변위계측기

9.IPS 공법의 계측 관리 계측 장비

현장 방문 송도 기반 시설 3공구 3공구

현장 방문 송도 기반 시설 3공구

현장 방문 송도 기반 시설 3공구 <재래식 공법(STRUT 공법)을 사용한 구간> <IPS 공법 구간>

현장 방문 송도 기반 시설 3공구

현장 방문 송도 기반 시설 3공구 <다른 IPS 공법의 강선과는 다른 모습> <강선의 연결 부분>

현장 방문 송도 기반 시설 3공구 <보걸이> <선행 하중잭의 2가지 형태>

현장 방문 송도 기반 시설 3공구 <띠장의 처짐을 방지 하는 걸이> <모든 부재는 볼트로 연결>

현장 방문 송도 기반 시설 3공구 <지하 수위계> <지표 침하핀> <지중 경사계>

건 축 개 요 현장 답사. 공 사 명 가산 디지털 엠파이어 신축공사 공사 기간 2008.04~ 2010.04 대지 위치 공 사 명 가산 디지털 엠파이어 신축공사 공사 기간 2008.04~ 2010.04 대지 위치 서울시 금천구 가산동 685, 716번지 시 행 자 시명이앤씨㈜ 시 공 자 고려개발㈜ 설 계 자 건축사사무소 이산건축 감 리 자 ㈜종합건축사무소 송현 대지 면적 6,578.00 ㎡ 건축 면적 2,813.46 ㎡ 연 면 적 47,226.79 ㎡ 건 폐 율 42.77% 용 적 율 479.81% 공사 규모 지하 3층, 지상 15층 1개동

현 장 사 진 4단 IPS 시공 모습

현 장 사 진 PC 강선

현 장 사 진 복공판의 모습

현 장 사 진 홈 메우기 선행 하중잭

현 장 사 진 홈 메우기 선행 하중잭

Q. 시공시 애로사항 Ans. 가장 큰 애로사항은 터파기임. 흙파기를 할 때 파고, 싣고, 버리는 3박자가 맞아야 이상적이지만 실상은 순조롭지 못한 애로사항이 큼. 그 중 한가지가 막힌다면 큰 어려움이 닥침. 실제로 현장에서 터파기 할 때 하루 약 70~80대의 덤프가 들어오지만 현장 상황의 문제에 따라 많은 수가 제 역할을 못함. Q. IPS의 단점은? Ans. 일반 STRUT 공법과는 달리 IPS 공법은 1단 터파기 후 1단 IPS를 시공하고 그 후 2단 터파기 후 2 단 IPS를 시공. 즉, 철저히 절차와 단계를 지켜서 시공해야 함. 지키지 않을 시 토압의 불균형이 일어나 붕괴사고 발생.

붕괴 사고 사례 08.4.19. 대덕 비즈니스 허브센터 사고현장

IPS공법은 흙막이 가시설 공사를 보다 효율적으로, 안전하게 수행 할 수 있는 10. 결론 IPS공법은 흙막이 가시설 공사를 보다 효율적으로, 안전하게 수행 할 수 있는 혁신적인 가시설 공법. 1. IPS 공법은 토공 및 가시설 공사의 작업  효율이 대폭 개선됨. 2. IPS 공법은 토공사 및 본 구조물의 시공이 편리해짐으로써, 추가적인 경제적 이득이 있음. 3. IPS 공법은 단순화된 설치 및 해체 공정으로 공사기간을 대폭 단축. 4. IPS 공법의 파괴거동은, 압축 좌굴 파괴가 아닌 연성 휨 파괴이므로, 파괴의 전조가 뚜렷해서 현장에서 발생 할 수 있는 위험 요소에 대한 대처 능력이 월등히 뛰어나 보다 더 안전한 현장을 운영 할 수 있음. 5. 단순화 된 공정 때문에 안전 사고의 위험을 대폭 줄일 수 있음. 6. IPS 공법의 전용 계측장치에 의한 가시설의 변위 측정이 실시간으로 계측, 모니터링 되므로 신뢰성이 큼.

Q & A 감사합니다

호 칭 지 름(mm) 모 양 PC 강선 2.9~9.0 PC 2연선 2.9 PC 3연선 PC 7 연선 6.2~15.7 호 칭 지 름(mm) 모 양 PC 강선 2.9~9.0 PC 2연선 2.9 PC 3연선 PC 7 연선 6.2~15.7 IPS 사용강선은 15.2mm의 7연선으로서 개당 15t의 하중을 견딜 수 있다

현 장 사 진 PC 강선

IPS의 애로사항 기존 STRUT공법 IPS 공법

장비인양

※ 강선 배치는 좌우 대칭으로 한다. ※ 강선의 긴장은 각 각 긴장한다. 가압 및 긴장 ※ IPS 부재 배치 완료 후 다음의 순서로 가압 및 긴장을 실시한다. ⓐ 가시설 설치 상태 및 볼트 체결 상태, 홈메우기· 보걸이 상태 확인 ⓑ 중앙버팀보 가압 (중앙버팀보가 있는 현장) ⓒ 코너버팀보· 정착연결보 가압 ⓓ 강선 긴장 ※ 강선 배치는 좌우 대칭으로 한다. ※ 강선의 긴장은 각 각 긴장한다. ※ 강선긴장은 설계도서(도면 또는 구조계산서)상 명시된 설계 긴장력의 70% 정도 적용하며 현장여건에 따라 변경될 수 있다. 강선의 최소 긴장력은 10t/ea 이상 긴장해야한다.

V = 0.333 wL IPS 띠장의 기본 거동은 PS긴장력으로서 토압을 지지하는 것이다 초기 긴장력 IPS 띠장의 기본 거동은 PS긴장력으로서 토압을 지지하는 것이다 따라서 토압에 따른 PS소요 장력을 계산하는 과정이 요구되며, 이 과정은 ‘힘의 평형’ 과정을 통해 계산할 수 있다. 힘의 평형 V = 0.333 wL 그림과 같이 전체 길이 L 에 작용하는 등분포토압(w)을 3개의 받침대에서 균등하게 지지한다고 가정하여 받침대의 수직력(V)을 얻을 수 있다.

초기 긴장력 평형 방정식

1) 계측 위치 계측 장소는 설계도면을 표준으로 하되, 현장여건과 상황에 따라 감독원의 승인 하에 조정될 수 있음. IPS 공법의 계측 관리 계측 관리 ◆ 계측 관리 1) 계측 위치 계측 장소는 설계도면을 표준으로 하되, 현장여건과 상황에 따라 감독원의 승인 하에 조정될 수 있음. 2) 계측 빈도 계측 빈도는 주 1회 이상을 원칙으로 함. 계측의 중요성, 목적, 공사의 진행 정도에 따라 조절 될 수 있음. 3) 측 정 - IPS 공법의 전용 계측 방법인 IPS 광역계측 방법과 기존 계측 시스템을 병용하여, IPS 띠장의 휨 거동을 관리. - 이전 시행 DATA를 지참하고, 이상치 여부를 현장에서 파악.

측정장치 무선 DATA 통신 DATA 수신 장치 계측 프로그램 계측 저장 IPS 공법의 계측 관리 계측 관리 구 분 내 용 구 분 내 용 명 칭 IPS 광역변위 계측장치 설치 위치 IPS 가시설의 단일,조립식띠장 중심부 측정 방법 광파 거리 측정식, 현장 직접 측정 원 리 토압에 의한 띠장의 상대적 휨 변위 측정 측정장치 무선 DATA 통신 DATA 수신 장치 계측 프로그램 계측 저장

현장 방문 계측 관리 구 분 내 용 명 칭 지하 수위계 설치 위치 토류벽 또는 배면지반 설치 방법 대수층까지 천공 측정 방법 구 분 내 용 명 칭 지하 수위계 설치 위치 토류벽 또는 배면지반 설치 방법 대수층까지 천공 측정 방법 센서에 달려 있는 추를 파이프 안에 삽입하다 보면, 센서가 반응하여 감지음이 들리는 지점의 눈금 측정. 용 도 지하 수위 변화를 실측하여, 각종 계측자료에 이용. 지하수위의 변화 원인 분석 및 관련된 대책을 수립. 정 밀 도 ± 1mm

현장 방문 계측 관리 구 분 내 용 명 칭 지중 경사계 설치 위치 토류벽 또는 배면지반 설치 방법 굴착 심도보다 더 깊게 천공 구 분 내 용 명 칭 지중 경사계 설치 위치 토류벽 또는 배면지반 설치 방법 굴착 심도보다 더 깊게 천공 측정 방법 경사계의 지지대를 설치 후, 감지기를 관 하부까지 내림. 50cm 씩 표시된 케이블을 올리며, Reading 스위치를 눌러줌. 스위치를 누를 때마다, 경사도가 자동 저장. 용 도 굴착 단계별, 인접 지반의 수평 변위량을 실측하고, 이로부터 지반 및 구조물의 상태를 파악. 정 밀 도 ± 1mm

- DATA의 정리는 굴착상태와 관련하여 명시. IPS 공법의 계측 관리 계측 관리 ◆ 계측 관리 4) 계측 결과 - 측정이 종료되면, 계측 DATA를 정리. - DATA의 정리는 굴착상태와 관련하여 명시. - 각종 계측결과는 시공관리를 위해, 장래공사 계획에 반영할 수 있도록 고려하여 정리 및 보존. 5) 계측 결과 보고 정기적으로 보고하며, 현저히 큰 변위 및 응력이 발생할 경우, 감독관 또는 감리자에게 보고 후 지시를 받을 것. 6) 계측 결과의 분석 계측 결과의 분석은 충분한 경험과 학식이 있는 전문기술자에 의해 종합적으로 분석 및 평가.

- IPS 띠장은 언제나 직선으로 장착되 있어야 함. 계측 관리 ◆ 계측 관리 7) 계측 결과의 적용 - IPS 띠장은 언제나 직선으로 장착되 있어야 함. - IPS 띠장에 과토압이 작용하여 광역 계측 장치 등으로부터 계측된 변위나, 변형율이 일정 수준을 넘어서면, 조치를 취함. ① 과다 변위가 발생시에는 원인 조사를 실시 후, 즉각 보고 및 조치. ② 띠장의 길이와 변형량을 고려하여 추가 긴장력을 결정. 추가 긴장력을 포함한 총 긴장력은 설계 긴장력의 1.3배 이하. ③ 띠장이 단일곡선으로 휘어진 경우, 정착장치에 추가 긴장력을 도입. S곡선으로 휘어진 경우, 편심보의 유압잭을 조정.

◆ 추가 긴장방법 1) 정착부에서 인장하여 긴장을 주는 방법 2) 편심길이를 조절하여 긴장을 주는 방법 IPS 공법의 계측 관리 계측 관리 ◆ 추가 긴장방법 1) 정착부에서 인장하여 긴장을 주는 방법 2) 편심길이를 조절하여 긴장을 주는 방법

감사합니다