Free Cantilever Method 공법이란?
Free Cantilever Method 공법은 자유보 공법의 일종으로, 구조물의 한쪽 끝을 고정하고 반대쪽 끝을 자유롭게 움직이면서 콘크리트를 타설하는 공법입니다. 기존의 자유보 공법은 구조물의 양쪽 끝을 고정하고 콘크리트를 타설하는 방식으로 이루어집니다. 이 과정에서 양쪽 끝의 거푸집을 설치하고 해체하는 데 많은 시간과 비용이 소요됩니다. 또한, 구조물의 두께가 두꺼워지면 거푸집의 강도가 충분하지 않아 구조물의 안전성에 문제가 발생할 수 있습니다.
Free Cantilever Method 공법은 이러한 단점을 보완하기 위해 개발된 공법입니다. 구조물의 한쪽 끝을 고정하고 반대쪽 끝을 자유롭게 움직이면서 콘크리트를 타설하기 때문에 양쪽 끝의 거푸집을 설치하고 해체하는 데 소요되는 시간이 단축됩니다. 또한, 구조물의 두께가 두꺼워져도 거푸집의 강도가 충분하기 때문에 구조물의 안전성을 확보할 수 있습니다.
Free Cantilever Method 공법의 특징
Free Cantilever Method 공법의 특징은 다음과 같습니다.
- 거푸집 설치 및 해체가 간편하여 시공 시간이 단축됩니다.
- 구조물의 두께가 두꺼워져도 거푸집의 강도가 충분합니다.
- 구조물의 안전성이 확보됩니다.
Free Cantilever Method 공법의 적용 분야
Free Cantilever Method 공법은 다음과 같은 분야에 적용될 수 있습니다.
- 교량
- 터널
- 건축물
- 토목 구조물
- 조형물
Free Cantilever Method 공법의 종류
Free Cantilever Method 공법은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.
- 일반 Free Cantilever Method 공법
일반 Free Cantilever Method 공법은 구조물의 한쪽 끝을 고정하고 반대쪽 끝을 자유롭게 움직이면서 콘크리트를 타설하는 공법입니다.
- 연속 Free Cantilever Method 공법
연속 Free Cantilever Method 공법은 인접한 구조물들을 연속적으로 연결하여 콘크리트를 타설하는 공법입니다.
Free Cantilever Method 공법의 장단점
Free Cantilever Method 공법의 장점은 다음과 같습니다.
- 시공 시간이 단축됩니다.
- 구조물의 두께가 두꺼워져도 거푸집의 강도가 충분합니다.
- 구조물의 안전성이 확보됩니다.
Free Cantilever Method 공법의 단점은 다음과 같습니다.
- 초기 투자비가 많이 소요됩니다.
- 구조물의 설계가 복잡합니다.
- 구조물의 시공이 까다롭습니다.
Free Cantilever Method 공법의 미래 전망
Free Cantilever Method 공법은 기존의 자유보 공법의 단점을 보완한 차세대 공법으로 각광받고 있습니다. 시공 시간이 단축되고 구조물의 두께가 두꺼워져도 거푸집의 강도가 충분하다는 장점으로 인해 앞으로 더욱 널리 사용될 것으로 예상됩니다.
Free Cantilever Method 공법의 시공 과정
Free Cantilever Method 공법의 시공 과정은 다음과 같습니다.
- 구조물의 한쪽 끝을 고정합니다.
- 콘크리트를 타설하고 양생합니다.
- 구조물을 이동하여 다음 위치에 설치합니다.
- 2번과 3번을 반복합니다.
이러한 과정을 통해 구조물 전체가 완성됩니다.
Free Cantilever Method 공법의 사례
Free Cantilever Method 공법은 다음과 같은 사례에서 적용되었습니다.
- 2023년 완공된 경부고속도로 양산 나들목 교량
- 2022년 완공된 서울외곽순환도로 김포 나들목 교량
- 2021년 완공된 인천국제공항 제2여객터미널
- 2020년 완공된 잠진도~무의도간 연도교(해상 장대 교량)
한 사례들은 Free Cantilever Method 공법이 다양한 분야에서 적용될 수 있음을 보여주고 있습니다.
상부공(F.C.M)공사 관리 계획
■ F.C.M ( Free Cantilever Method ) 개요
교량 하부에 동바리를 설치하지 않고 특수한 가설 장비 ( Form Traveller ) 를 이용 하여 고정점(일반적으로 교각) 으로
부터 순차적으로 좌,우 평형을 맞추어서 3 ~ 5 m의 길이로 한 Segment씩 가설하는 공법이다.
■ F.C.M ( Free Cantilever Method ) 구분
- 시공방법에 따른분류 : 현장타설공법(Cast-in Place cantilever Method
- 구조형식에 따른분류 : 상하부강결 Frame (단주교각)
■ 상부공(SEGMENT) 작업절차도
■ 주두부 시공계획
■ 주두부 시공시 매입물관리 계획
▷주두부 벽체 (Web) 교량배수시설 슬리브 매입 : PSC BOX 내부에 초기우수처리시설 설치 및 배수관 설치
▷주두부 벽체 및 캔틸래버부 볼트매입 : 상수도 관매달기시 볼트길이가 M10*100이나 벽체 외부피복이 65mm임
■ 타워크레인 인양능력 검토
▷P9 타워크레인 1호기 : P9자립고 : 49.5m (베이직마스터 : 7.5m*1ea) (마스터 : 3.0m*14ea이하)
▷P10 타워크레인 1호기 : P9자립고 : 51.0m (베이직마스터 : 7.5m*2ea) (마스터 : 3.0m*12ea이하)
▷설계풍하중 : 가동시 20m/sec
: 비가동시 42m/sec
※ 기상관측이래 인천지역 최대풍속은 25m/sec
로써 별도의 월타이 (Wall-tie)없이 자립가능
■ F/T 설치계획
크레인 인양능력 12ton / Bottom Form 9ton
■ F/T 설치계획
■ F/T 설치시 세부시공관리 사항
▷메인 레일 (Main Rail) : F/T 고정용 강봉 Hole의 위치를 check한다.
Rail위치 , Level 간격을 측량하여 조정후 주두부에 고정시킨다.
수평유지를 위한 보조받침(철재)을 설치한다.
▷메인 프레임 (Main Frame) : 전도방지용 Wire Rope를 설치하고 강봉홀을 이용하여 레버블럭으로 고정한다.
▷후면 트러스(Rear Truss) : 인양시 변형되지 않게 체인블럭으로 길이를 조정한다.
▷프론트 빔(Front Beam ) : 프론트 빔 인양전 풀다운 실린더를 설치한다.
▷바닥 거푸집(Bottom Form) : 바닥 거푸집설치시 타워크레인 인양능력(12t)을 감안하여 지상에서 한번에 조립하여
인양(9ton) 설치한다.
▷데크프레임(Deck Frame)
▷워킹데크(Working Deck)
▷Form Traveller 설치완료
■ SEGMENT 운영계획
■ SEGMENT 운영계획
■ SEGMENT 운영계획
■ 캠버관리 개요
▷ FCM 교량의 시공시, 현장 여건과 세그먼트 타설 단계에 따른 시공 공정을 갖게 된다.
캠버 관리는 시공단계에 따라 시공중 고정하중에 대한 처짐, 시공 완료 후 고정하중과 크리프 건조수축과 같은
장기 지속 하중등에 의한 처짐량을 산정하여 이를 캠버에 적용시켜 시공 완료 후 교량의 내구성 및 사용성을 향상
시키는데 있다.
■ 모델링 조건
| 구분 | Node | Element | 구분 | Node | Element |
| P8 FSM | 1~3 | 1~3 | P10 시점일반부 | 47~64 | 47~64 |
| KeySeg1 | 4 | 4 | P10 주두부 | 65~69 | 65~69 |
| P9 시점일반부 | 4~22 | 4~22 | P10 종점일반부 | 70~87 | 70~87 |
| P9 주두부 | 23~27 | 23~27 | KeySeg3 | 88 | 88 |
| P9 종점일반부 | 28~45 | 28~45 | P11 FSM | 89~91 | 89~91 |
| KeySeg2 | 46 | 46 |
■ 하중
▷ 고정하중 : 철근 콘크리트 자중 : γ = 2.5 tonf/m
▷ 2차고정 하중
| 구 분 | 산출근거 | 중량(kN/m) | 비 고 | |
| 포 장 | 차 도 부 | 23.5 x 0.05 x 8.5 | 9.988 | 콘크리트 포장 |
| 보 도 부 | 23.0 x 0.05 x 2.0 | 1.840 | 투수콘크리트 | |
| 난간 | 연 석 | 25 x 0.4 x 0.3 x 1EA | 3.000 | 보도 외측 |
| 난 간 | 1.0kN/m x 1EA | 1.000 | 보도 외측 | |
| 방호울타리 (우측) |
연 석 | 25 x 0.5 x 0.30 x 1EA | 3.750 | 차도부 외측 |
| 방호울타리 | 1.0kN/m x 1EA | 1.000 | 차도부 외측 | |
| 방호울타리 (좌측) |
연 석 | 25 x 0.6 x 0.30 x 1EA | 4.500 | 차도부 외측 |
| 방호울타리 | 1.0kN/m x 1EA | 1.000 | 차도부 외측 | |
| 첨가물중량 및 기타 |
상수도관 | π×0.52/4*10kN+1kN/m | 3.000 | D=300 mm(74.28kg/m) |
| 전력관 | 3.0kN/m | 3.000 | ||
| 통신관 및 기타 | 1.0kN/m | 1.000 | ||
| 합 계 | - | 34.078 | ||
■ 시공단계별 누적처짐 값(10,000day) 을 대칭이되게 역산하여 캠버량을 산정함
■ 캠버변위량 및 허용치 관리
▷ 시공단계별 변위량 허용치
• 캠버 관리시 계산값과 실측값의 차이에 의한 오차의 보정 한계를 결정하여 구조물에 굴곡이 발생되지 않도록 한다.
일반적으로 FCM교량의 경우 세그먼트 길이 대비 0.003rad의 각을 갖는 것을 오차 보정 한계로 두고 있다.
따라서 오차 발생 시 보정은 0.003rad의 각 이하가 되도록 오차 보정계획을 수립하여 전체적인 구조물의 굴곡 및
각꺽임이 발생되지 않도록 한다.
ex) 4m segment 경우 = 4,000 x 0.003 = 12mm 이하로 보정
▷ 형상관리 목표치
| 구분 | 기준치 | 목표치 | 비고 |
| 보강형 연직변위 | L / 2,000 | ± 77.5 mm | L(지간) = 155m |
▷ 횡방향 변위 및 조정
• 폼트레블러는 segment 길이에 맞게 분절없는 일체형으로 구성되어 있다. 또한 적용하중은 연직방향에 대한
변위를 발생시키며 횡방향 변위에 대해서는 영향이 미비하다. 일반적으로 FCM교량의 선형 관리는 상부슬래브의
연직방향에 대하여 관리하지만 횡방향 변위에 대해 종방향 변위 측량 계획과 동일하게 수립하여 (타설전 측량,
타설후 측량, 인장전 측량, 인장후 측량, 런칭후 측량) 관리 하도록 한다.
ex) 4m segment 경우 = 4,000 x 0.003 = 12mm 이하로 보정
• 횡방향 변위는 연직방향 변위와 달리 segment 단계별 변위가 미비하기 때문에 각꺽임이 발생하지 않고 굴곡도
발생하지 않는다.
하지만 예상치 못한 횡방향 변위가 발생하였다면 종방향 오차 보정 계획과 동일한 0.003rad의 각 이하로
보정하도록 하겠다.
■ 시공중 측량계획
▷ 시공단계별 변위량 허용치
• 각 세그먼트의 측량을 위해서는 기준점이 필요하며 그 기준점은 처짐이 거의 발생하지 않는 주두부에 설치하도록
한다. 하지만 주두부에 설치된 기준점도 교각의 크리프, 건조수축 및 지반침하에 의해 얼마간의 변화가 발생되므로
주기적으로 확인하여 이의영향을 세그먼트 캠버관리 시 고려되어야 한다.
• 캠버 계산서에 적용된 계획고의 기준은 교량중심이다. 교량 중심을 기준으로 횡단구배를 적용하여 4 Point를
매 segment 별 측량하여 선형 관리 하도록 한다.
■ Segment 측량빈도
▷ 측량빈도
• 캠버관리를 위한 측량시점은 크게 타설전 측량, 타설후 측량, 인장전 측량, 인장후 측량, 런칭후 측량 순으로
이루어진다.
| 측량시점 | 측량시기 | 내 용 |
| 타설전 측량 | 이른 아침 | 철근 및 거푸집 설치후 타설직전에 하는 측량 |
| 타설후 측량 | 타설 다음날 아침 | F/T 탄성처짐량 측정 |
| 인장전 측량 | 인장 당일 아침 | 인장시의 거동량 기준점 측정 |
| 인장후 측량 | 인장 다음날 아침 | 인장에 의한 거동량 측정 |
| F/T 런칭후 측량 | 런칭후 다음날 아침 | 캠버관리의 기본이 되는 측량으로 높은 정밀성을 유지해야함. 세그먼트의 총 처짐량을 측정. |
■ 작업차(Form Traveller) 탄성처짐량 측정
• 작업차의 탄성처짐은 설계관리자에 의해 예측량이 산정되어지나, 실제와는 어느정도 오차를 갖게된다.
따라서, 처음 2～3 세그먼트까지는 계산값에 근거하여 보정을 하며 이후 세그먼트는 현장에서 실측한 데이터를 기준
으로 하여 고려한다.
• F/T의 탄성처짐량, ΔF/T = ΔVt - ΔVs
여기서, ΔVt = j점의 처짐으로부터 얻어냄.
ΔVs = i-3 ～ i 점의 처짐량으로 부터 얻어냄.
■ 거푸집 셋팅
• 각 SEGMENT별 계산된 캠버값을 적용하여 거푸집을 셋팅한다
• F/T Setting은 선형 측량을 실시한 후 Level 측량을 한다.
( 기준점 -> Deck Slab -> Cantilever -> Bottom 의 순서로 실시)
• 평면선형을 측량하여 거푸집 위치 와 방향을 셋팅한다. (total station 이용)
• 거푸집 각 변곡점 을모두 측량하여 레벨을 셋팅한다. (레벨기 이용)
■ 철근조립
• 철근 조립시 하부 및 벽체에 간격재를 적절한 간격으로 spacer를 배치한다.
• 벽체 주철근 설치시 가공된 순번대로 조립하여 상단부 level을 유지한다.
(철근 가공시 가공철근에 순번 표시)
• 벽체 철근 조립시 정착장치와의 간섭을 고려하여 배근한다.
• Bottom slab 철근 조립시에도 Buttress(하부정착구) 철근의 유무를 확인하여 조립한다.
• 상부철근 배근시 F/T Hole은 되도록 피하여 설치하고 F/T Hole은 수직이 되로록 결속선을 이용하여 견고하게
고정시키고 타설중 콘크리트가 흘러들어가지 않도록 테이프로 밀봉한다.
• F/T Hole 자재는 Con’c 접착면을 고려하여 쉬스관을 사용한다.
• Camber 측량을 위한 측량점을 철근 조립시 그림과 같은 위치에 4개소설치.
■ 쉬스관 조립
• Sheath 관은 변형되거나 파손된 것을 사용하지 말아야 한다.
(철근과 간섭이 생길 경우 쉬스관이 정위치에 설치되는 것을 우선으로하여 철근 위치를 조정한다.)
• Sheath 관의 선형을 유지하기 위해서 쉬스관 하부에 철근으로 용접하여 결속선으로 고정하고 Con’c 타설시 변형을
방지하기 위하여 보호호스를 삽입하여 타설하고 타설후 해체한다.
• Sheath 관은 Seg 길이에맞춰 절단하여사용맞춰 절단하여 사용 하여 연결부분이 발생하지 않도록 한다.
• 횡방향 Flat Duct의 연결부는 테이핑으로 마무리한다.
■ 콘크리트 타설
• Seg 의 Con’c 타설은 펌프카를 이용하여 타설한다.
• 콘크리트의 타설은 1->2->3상부 순서로 타설하고 상부는 Cantilever 에서 먼저 타설하여 반대방향에서 마감한다.
• Seg의 상부면의 마감은 전동 스크리더를 사용하여 면정리하고 F/T Hole 주변은 쇠흙손으로 깔끔하게 마무리
면정리를 한다.
• 양생은 Con’c 타설후 Bleeding수가 건조된 후 즉시 비닐과 양생포를 덮고 1차 표면양생이 되면 물을 가수한다.
• 수화열 방지를 위해 저발열시멘트를 사용하여 장기강도는 발현되나 초기강도 확보를 위해 석고를 추가배합하여
초기강도확보함.
■ 강선인장 및 그라우팅
• 인장작업시 인장력, 신장량 게이지는 검교정이 완료된 장비를 사용한다.
• 프리스트레스의 도입시 강도는 28 Mpa 이상 도달하였을때 실시하고 감독의 승인을 득한 후 인장한다.
• 인장전 정착구 주변의 이물질을 제거하고 작업한다.
• 인장시 압력의 증가는 100 kgf/㎠ 의 단위로 증가시키며 매 압력 증가시마다 신장량을 스틸자로 체크한다.
• 전체 강연선의 인장결과는 100±5% 이내에서 관리하고 그 이상의 결과가 나올 경우는 별도의 검토가 필요하다.
• 1개의 TENDON 인장시 설계인장력에 도달하기 전에 신장량이 100%가 나온 경우에는 설계 신장량의 1～10%
범위 내에서 중단하지말고 설계인장력까지 인장하여야 한다.
• 1개의 TENDON 인장시 설계인장력까지 인장하여도 신장량이 95% 미만일 경우 0.8fpu 또는 0.9fpy값 중 작은값
이하까지 인장한다.
• 인장후 강선은 변위가 발생되지 않는 것을 확인후 강선을 2~3cm 정도 남기고 절단하고 그라우팅 준비를 한다.
■ 그라우팅 작업
• MIXER SETTING → ② MIXING(물,시멘트,팽창제) → ③ 그라우트 주입 → ④ MIXING때와 같은 질기 배출시 막음 →
여압을 가한뒤 분리
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