SPS Up-Up 공법

왜 배우는가: SPS 공법은 영구 버팀(Strut as Permanent System) 개념으로 가설 버팀을 본 구조체에 활용하는 방식이라 공기·공간 절감 효과가 크다. 도심지 대형 지하공사에서 흙막이와 지하구조 시공 순서를 함께 이해해야 하므로 기술사 시험에 반복해 출제된다.

출제 이력: 제110회 2교시 4번, 제91회 3교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

SPS 공법은 흙막이 가설 버팀(스트럿)을 지하 본 구조체의 부재로 영구 존치시켜 지하 굴착과 구조체 시공을 동시에 진행하는 흙막이 겸용 지하공사 공법이다.

• SPS(Strut as Permanent System)
• 영구 버팀
• 흙막이 겸용 구조체
• Up-Up 공법
• 지하 굴착
• 도심지 지하공사
• 역타 공법
• 공기 단축

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 흙막이를 받치는 버팀대를 공사가 끝나도 철거하지 않고 지하 구조물의 일부처럼 남겨 두는 공법이다. 일반 흙막이 공사에서는 굴착이 끝나면 가설 버팀대를 뽑아내고 그 자리를 본 구조체 바닥이나 벽으로 채운다. SPS는 이 과정을 생략하거나 줄여서 공정을 단순하게 만든다.

정식 정의는 다음과 같다. SPS 공법은 흙막이 벽체와 영구 버팀 부재(스트럿), 그리고 지하 슬래브를 한 구조계로 묶어, 굴착 중에는 토압을 버팀으로 받고 완성 후에는 구조체의 강성과 하중 전달 경로로 사용하는 시스템이다.

핵심 용어는 다음과 같다. 영구 버팀은 흙막이 지보재를 철거하지 않고 구조체에 남기는 부재를 말한다. 흙막이 벽체는 굴착 면의 토압과 수압을 받는 벽이며 보통 연속벽이나 말뚝이 쓰인다. 구조체 연결부는 버팀과 벽체, 슬래브 사이의 하중을 전달하는 접합부다. 이 세 가지가 SPS의 구조적 본질이다.

토압 흐름을 보면 굴착 중에는 벽체가 토압을 받고 그 힘이 스트럿으로 전달된다. 스트럿은 반대편 벽체에 힘을 되돌려 주어 굴착면을 안정시킨다. 본 구조체가 올라가면 이 스트럿은 바닥판과 벽체가 함께 받는 구조 부재가 되어 하중 경로를 이어 준다.

영구 존치 버팀 개념이 SPS의 출발점이다. 답안에서는 가설 버팀과 영구 버팀의 차이를 먼저 밝혀야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

도심지 대형 건축물은 지하 굴착 깊이가 깊고 주변에 인접 건물과 지하 매설물이 많다. 이때 가설 버팀을 굴착 후 제거하는 기존 방식은 철거 작업이 굴착 면과 겹쳐 공기가 길어지고 안전 위험도 커진다. 또 버팀 철거 후 생기는 공간에 구조 보강 작업이 따라와 공정이 복잡해진다.

이런 문제를 줄이기 위해 버팀을 본 구조체의 일부로 남기는 발상이 등장했다. 가설 부재를 영구 부재로 바꾸면 철거 공정이 사라지고 흙막이와 구조체 시공이 하나의 흐름으로 이어진다. 특히 지하 깊이가 깊고 층수가 많은 건물에서 지하 공기를 줄이는 효과가 뚜렷하다.

또 도심지에서는 소음, 진동, 먼지가 민원과 직결된다. 버팀 철거 작업을 줄이면 이러한 공해 요인도 함께 줄어든다. 따라서 SPS는 공기 단축과 안전, 주변 환경 보호를 동시에 노리는 공법으로 정리할 수 있다.

한편 기존 역타 공법은 지하 슬래브를 위에서부터 한 층씩 시공하며 내려가는 방식이다. SPS는 이 역타 개념과 연결되지만 버팀 자체를 영구 부재로 삼는 점에서 차이가 있다. 이 차이는 5절과 6절에서 비교한다.

SPS의 등장 배경은 가설 버팀의 철거 공정을 없애 공기와 안전을 함께 확보하려는 데 있다.

4. 구성요소·원리·절차

SPS 공법은 지하 연속벽(또는 강널말뚝)을 흙막이벽으로 두고, 굴착 중에는 버팀보(스트럿)를 설치해 토압을 지지하며, 이 버팀보를 본 구조체의 영구 부재로 남겨 두는 방식이다. 굴착과 동시에 지하 구조체를 상향으로 쌓아 올리는 Up-Up 방식의 핵심 구성은 다음과 같다.

원리는 굴착 단계마다 설치한 스트럿이 벽체에 작용하는 토압을 받아 압축력으로 전달하는 것이다. 스트럿은 가설 목적이 끝난 뒤에도 제거하지 않고 구조체의 일부로 남기므로, 가설 부재와 영구 부재가 같은 부재가 된다. 이로써 흙막이 해체 공정이 생략되고 공기가 줄어든다.

Up-Up 방식은 지상 골조와 지하 골조를 동시에 진행하지 않고, 굴착 후 지하 층을 하부에서 위쪽으로 순차 시공하는 특징이 있다. 굴착 깊이가 커질수록 스트럿 설치 단수가 늘어나며, 각 단계의 스트럿 하중이 누적되어 흙막이벽의 휨과 변형을 지배한다.

시공 절차는 다음과 같다.

• 흙막이벽(지하 연속벽 또는 강널말뚝)을 설계 심도까지 설치한다.
• 1차 굴착 후 상부 스트럿을 설치하고 프리로드(선행 하중)를 도입한다.
• 다음 단계 굴착을 진행하며 하부 스트럿을 단계별로 설치한다.
• 최종 굴착 저면에 기초 및 최하층 바닥 슬래브를 타설한다.
• 최하층부터 상향으로 기둥, 벽체, 바닥 슬래브를 타설하며 스트럿을 철거하고 구조 부재로 대체한다.
• 지하 층 완성 후 지상 골조를 연속 시공한다.

계측은 굴착 단계마다 벽체 변위와 스트럿 축력을 확인하며, 허용 변위를 넘으면 굴착 속도나 프리로드 수준을 조정한다.

5. 관련 법령·기준·표준

SPS 공법 자체를 규정한 단일 법령은 없으며, 흙막이 설계와 시공은 굴착 깊이·주변 여건에 따라 건설 관련 기준과 안전 법령을 따른다. 아래 표는 설계와 시공 판단에 쓰는 대표 기준을 모은 것이다.

설계 시 기준값은 다음과 같이 적용한다.

개정 연혁은 「건설기술 진흥법」과 산업안전보건 관련 규칙이 안전 관리 강화 방향으로 보완되어 왔다. 구체적 개정 조문은 이 절에서 확정하지 않는다.

SPS 공법은 스트럿을 구조체 영구 부재로 남겨 공정을 줄이는 방식이다.

6. 유형과 비교

SPS 공법은 버팀보(스트러트)를 영구구조체로 남기는지, 어떤 방식으로 설치하고 긴장하는지에 따라 몇 가지로 나뉜다. 기존 가설 버팀보 방식, 탑다운 방식과 함께 비교하면 Up-Up 방식의 위치가 분명해진다. 아래 비교표는 가설 버팀보, SPS Down-Down, SPS Up-Up 세 방식을 다룬다.