SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례

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(1)기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.32, No.4 | pp.14~24. SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례. 김기남. 최성우. 이용식. 최형권. 이규생. 한국건설관리공사 건설사업관리단장 ([email protected]). 롯데건설 토목팀장 ([email protected]). 롯데건설 토목대리 ([email protected]). 이엑스티(주) 기술연구소장 ([email protected]). 이엑스티 ㈜ 공사차장 ([email protected]). Ⅰ. 서 론. 684호)을 활용하여 철도 선로변 인근 인공데크 파일 기초를 시공한 내용에 대해 소개하고자 한다.. 최근의 건설시장은 정부의 주택보급 정책과 맞물려 철도부지 및 다양한 도심 유휴 부지를 활용한 건설공 사를 계획 및 시행하고 있으며, 특히 공공건설은 위의. 2. 공사개요. 조건을 만족하면서 “행복주택”이라는 이름으로 다가 오고 있다. 기존의 공공건설은 과거에 도심지 외곽이. 1) 현장 주변의 시공여건. 나 그린벨트등을 활용하였으나 최근의 “행복주택”은 도심에 지어져 교통과 접근성이 좋은 것이 특징이며. 당 현장은 서울 오류동역 유휴부지에 지어지는 LH. 또한 삶의 질을 높일 것으로 판단되고 있다. 그러나 반. 오류동 주택지구 건설공사 중 인공데크 조성을 위한. 대급부로 공사 중에는 시공성, 장비진입성, 소음 및 진. 기초공사로서 시공위치는 아래 그림과 같이 운영선로. 동으로 인한 민원발생 등에 대한 우려가 대두되고 있. 변 바로 인근에 위치하고 있고 외각으로는 도로를 사. 으며, 특히 철도부지에서의 시공은 이용 시민들에 대. 이에 두고 밀집한 주거지역이 위치하고 있었다. 따라. 한 공공안전성, 기존운행 선로 영향에 대한 공간, 시간. 서 현장에서는 시공 중 예측치 못한 안전사고로 국가. 적 운행안정성 확보가 반드시 검토되어야 한다. 여기. 기간망인 선로 이용에 차질이 발생하는 것을 사전에. 서는 소구경 다목적파일인 SAP공법 (건설신기술 제. 예방할 수 있는 공법의 선정이 최우선으로 고려되었. 14 • 地盤.

(2) SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례. 그림 1. 오류동역 전경 및 시공구간위치. 그림 2. 시공위치 주변 현황도 (선로변 및 인접도로). 고, 또한 도심지 공사인 관계로 인접 주민들의 소음,. 복하고 있다. 시공위치는 종방향 시추주상도 중 BH-4. 진동으로 인한 민원을 최소화 할 수 있는 방법을 고민. ~ BH-7에 이르는 구간에 해당되며, 층상 구성은 상부. 하게 되었다.. 매립층 (N-3~7/30) 0~3.0m, 퇴적층 (N-7~25/30) 3.0~10.6m, 풍화토 (30/30~50/15) 10.6~15.0m, 이. 2) 시공구간의 지반특성. 후 풍화암 및 연암의 순으로 구성되었다. 또한 지하수위의 경우 GL-1.0 ~4.0m에 존재하는. 본 조사지역의 광역지질은 선캠브리아의 변성암류,. 것으로 확인되었다.. 쥬라기의 화성암류, 소규모의 백악기 관입암으로 대. 단지내에서 광역지질인 변성암류, 화성암류 및 소규. 별 할 수 있으며, 세부적으로 선캠브리아기 흑운모 호. 모 관입암의 영향으로 기반암의 높이 편차가 심한편이. 상 편마암, 쥬라기 대보화강암, 백악기 안산암, 제4기. 며, 따라서 파일 시공시 풍화암층을 이용한 지지방식. 충적층으로 구성되어 있다. 특히 신생대 제4기 매립. 적용시에는 시편확인 및 시험시공 등을 통해 정확히. 및 충적층의 경우 당 현장 내에서 모래질 실트, 실트질. 지층을 파악 하는 것이 중요하였다. 또한, 지하수위도. 점토, 실트질 모래, 자갈질 모래, 모래질 자갈 등으로. 상대적인 편차를 가지고 높이 형성되어 있으므로, 지. 나타나며, 기저암인 선캠브리아기의 변성암류, 쥬라. 중에 Grouting을 시행할 때 확실한 구근을 형성할 수. 기의 화강암류 및 백악기 화산암류등을 부정합으로 피. 있는 공법에 대한 고민이 필요하였다.. 2016. 7 Vol.32, No.4 • 15.

(3) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.32, No.4 | pp.14~24. 그림 3. 현장의 지질도 분석. 그림 4. 현장의 시추주상도 분석. 3. 공법 적용 앞에서 언급한 바와 같이 현장 주변의 시공여건, 시 공구간의 지반특성을 고려하였을 때, 시공안전성, 장 비활용성, 민원최소화, 지반에 따른 적용성, 품질확인, 민원 최소화등에 대한 다각도의 고민이 필요하였으며, 다방면의 요소에 대하여 적합한 공법으로 소구경말뚝 인 SAP공법 (건설신기술 684호)을 적용하게 되었다.. 1) SAP공법 소개. 그림 5. SAP공법 개념. 수준이며, 말뚝 본체 외경(D)은 73mm(9.5t), 스크류 부착 구간 외경은 146mm(2D)를 사용한다. 말뚝간의. SAP 공법은 고강도 강관에 스크류를 부착하여 소. 연결은 암수 나사탭 방식을 적용하고 있으며, 인장하. 구경말뚝을 제작하고, 소형 시공장비와 연결하여 천. 중용(부력방지)의 경우에는 말뚝 본체보다 큰 커플러. 공과 동시에 말뚝을 지반에 관입한 후, 강관 내부로 그. 로 보강하여 적용하고 있다.. 라우팅을 실시하여 구근을 형성함으로써 기초를 보강. 시공장비는 협소한 구간에서의 시공을 위해서 자. 하는 공법이다 (그림.5). 말뚝 자재는 API5CT규격의. 체 제작한 소형유압장비 (폭 0.8m, 높이 2.2m, 무게. P110등급을 사용하고 있다. P110등급은 미국 석유협. 4.7ton)를 적용하고 있다. (그림 6) 소형장비는 리모트. 회에서 시추조사시 CASING으로 사용하고 있는 고강. 기능을 부여하여 위험장소에서도 시공이 가능하게 하. 도 강관으로 항복강도 758MPa, 인장강도 862MPa. 였고, 자체 수직도 및 천공능력 (회전값, 압축값) 값을. 16 • 地盤.

(4) SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례. 사용자재(규격/성능). 시공장비(SE-SAP MR13) 그림 6. SAP공법 자재 및 시공장비. 모니터링할 수 있는 기능도 국내 최초로 부여하였다.. 있다. 수직도 유지를 위하여 장비리더의 상,하부에 리 더 고정장치를 갖추고 있고, 장비 후면에 실시간으로. 2) 현장적용성 검토. 파일 수직도를 관찰할 수 있는 Digital 측정장치를 부 여하였다. 또한 유압게이지를 통한 지반저항치를 추. 당 현장의 경우 제약공간에서 시공하게 된다. 협소. 정 할 수 있다. SAP장비의 또다른 특징은 현장에서 발. 하고 인접시설물에 인접한 조건에서 시공을 위해서는. 생하는 안전사고에 대한 RISK를 저감시킨 부분이다.. 파일이 요구하는 성능을 유지하면서 신속한 시공으로. 소형장비를 구현하여 조립 및 이동이 간편하고, 전도. 공기를 제어할 수 있어야 한다. 또한, 지층 구성을 보. 및 압착사고를 사전에 방지한점. 무엇보다도 Remote. 았을 때 암층의 위치판단 및 선단부의 그라우트 품질. 기능을 부여하여 위험지역 및 협소한 구간에서의 작업. 확보가 중요하게 된다. 이에 따라 요구사항을 만족 시. 자들의 안정성을 도모하였다.. 킬 수 있는 장비가 필요하다. 현장적용성을 살펴보면, 첫번째로 “천공 Rod = 파. 3) 설계개요. 일”이 되어 공기를 줄일 수 있다. 기존의 다단계 공정 을 한 단계로 단순화 하였다. 또한 고강도강관을 써서. 당 인공데크는 선로변을 따라 4개의 교각기초를 가. 파일 성능을 유지하면서 강관내부로 그라우팅을 하여. 지게 되며, 각 교각의 상부에 작용하는 하중을 산출하. 선단의 홀을 통해서 외부로 차오르게 하여 품질관리가. 고 SAP을 이용한 파일 배치를 계획하였다. 교각의 위. 확실하도록 하였다. 부수적으로 따라오는 자재연결은. 치는 그림 7에 나타내었다.. 장비체결에 의한 나사탭방식으로 체결하여 공기손실 을 최소화하였다.. 각 교각의 구조해석은 기초하부와 모델링하여 도심 에 강성요소를 사용하여 말뚝머리와 일체시켜 해석하. 두 번째로, 국내지형에 적합한 장비의 사용이다. 해. 였으며, 말뚝은 단위길이당 수평방향으로 스프링을. 외에서 수입한 장비의 성능은 협소한 공간내에서 국내. 적용하여 모델링하였다. 해석프로그램은 범용요한요. 지층 (매립토, 풍화토, 풍화암류)을 이겨내기에는 적합. 소 프로그램인 MIDAS CIVIL 2012+를 사용하였다.. 하지 않은 많은 부분이 있었다. SAP전용 장비는 유압. 모델링을 통하여 SAP의 압축력을 산출하였으며, 압. 방식을 이용하여 국내 지층을 회전관입 할 수 있도록. 축력은 본 당 600kN으로 설계하였다. 모델링에 대한. 제작 되었으며, 또한 소음 및 진동 영향을 최소화 할 수. 자료는 그림 8, 그림 9에 나타내었다.. 2016. 7 Vol.32, No.4 • 17.

(5) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.32, No.4 | pp.14~24. 그림 7. 교각기초 설계위치. 그림 8. 말뚝머리 고정 시 해석결과. 그림 9. 말뚝 수평변위 검토. 그림 10. 교각 P1, P10 일반도. 18 • 地盤.

(6) SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례. 그림 11. 교각 P4, P7 일반도. 4. 시공 및 품질관리. ② 안전사고로 인한 장비전도시 선로 및 지상전기선 간섭여부 ③ 가시설 흙막이벽에서 파일 중심까지의 이. 1) 시공장비. 격거리등을 고려하여 제약시공조건에 최적화 되어 있 는 국내 최소형 SAP 전용기(SE-SAP-MR13, 최소. 시공장비는 ① 가시설 흙막이벽과 선로의 이격거리,. 작업폭 0.8m, 작업높이 2.2m, 중량 4.7t)를 활용하여. 그림 12. SAP 소형화장비 제원. 2016. 7 Vol.32, No.4 • 19.

(7) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.32, No.4 | pp.14~24. 2.0m 단위로 시공하였다. 장비의 제원 및 형태는 그림 12에 나타내었다.. 당 현장의 경우 SAP의 수평저항력 증대를 위하여 기 존 SAP 공정과 별도로 상부에 CASING 시공을 진행 하였다. 따라서 시공순서는 ① CASING 천공 및 설치,. 2) 시공순서 및 현장 품질관리. ② SAP 천공 및 설치, ③ GROUTING 주입 및 오버플. 그림 13. SAP 시공순서도. 20 • 地盤. ① CASING 시공. ② SAP 시공. ③ GROUTING 및 오버플로우 확인. ④ 1차 두부정리.

(8) SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례. ⑤ 공삭공 터파기 진행. ⑥ 2차 두부정리. ⑦ PLATE 설치. ⑧ 공사완료. 표 1. SAP 품질관리계획 구분. 관리기준. 관리방법. 시험횟수. 비고. SAP 원자재 강도시험. 인장강도 758MPa 이상. 공급원승인서 첨부 자재인장강도 시험. 자재반입 시 2회 실시. 의뢰시험. SCREW 용접부 검사. KS D 0213. 현장반입 후 MT검사. 자재반입 시 2회 실시. 의뢰시험. SAP 수직도 체크. 1/50(2%) 이내. 장비자체 측정 및 디지털수평계 측정. 매본. 현장측정 기록관리. 그라우팅 배합비 체크. 65% 이하/1L당 1705g. 비중테스트. 배합작업 시 1회/일. 현장측정 기록관리. 그라우팅 압축강도시험. 7일 : 12MPa 28일 : 25MPa. 현장몰드 제작. 각 구역당 1회 총 4회 실시. 의뢰시험. 압축 정재하시험. 구조물기초설계기준. 현장 내 실시. 각 구역당 1회 총 4회 실시. 의뢰시험. 수평재하시험. 구조물기초설계기준. 현장 내 실시. 1회 실시. 의뢰시험. 자재. 시공. 로우 확인, ④ 두부정리, ⑤ PLATE설치 및 용접으로. 라 시험을 실시하였다. 또한, 자재는 국산자재를 사용. 진행되었다. 자세한 사항은 그림 13에 나타내었다.. 하여 품질을 확보하였다. ② SCREW 용접부는 결함. 현장 내 SAP공법의 품질관리 항목은 총 6가지 항목. 여부를 확인하기 위하여 비파괴검사를 실시하였다. ③. 으로 표 1에 나타내었다. ① SAP 원자재 강도시험은. SAP 수직도 관리기준를 설정하여 모든 시공파일에. 강관 자체강도의 품질확인을 위하여 정해진 규격에 따. 대한 육안 및 사진기록관리를 실시하였다. ④ 그라우. 2016. 7 Vol.32, No.4 • 21.

(9) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.32, No.4 | pp.14~24. ① SAP 원자재 강도시험. ② SCREW 용접부 검사. ③ SAP 수직도 확인(시공 중). ④ SAP 수직도 확인(시공 후). ⑤ GROUTING 배합비 확인. ⑥ 지지층 암편 확인. 팅 배합비 체크는 설계배합비를 설정하여 작업일수마. 축정재하시험, 반력대를 이용한 수평재하시험 총 2가. 다 관리하였다. ⑤ 그라우팅 압축강도시험은 콘크리. 지를 실시하였다. 압축정재하시험은 기존의 반력말. 트 큐빅몰드를 제작하여 7일 및 28일에 KS F 2422 규. 뚝을 사용하여 KS F 2445규준에 준하여 시험을 실시. 준에 의거하여 시험을 진행한 후 강도를 확인하였다.. 하였으며, 시험횟수는 각 교각별로 1회씩 총 4회 실시. 이외에도 광파기를 이용한 SAP 및 CASING 위치오. 하였다. 최대 재하하중은 설계하중의 200%까지 계. 차 확인, CASING 수직도 확인 및 용접부 검사, 그라. 획하였으며, 재하단계는 총 12단계로 결정하였다. 시. 우팅 오버플로우 확인, 지지층 암편 확인 등을 진행하. 험결과 및 시험전경은 표 2 및 그림 14~17에 나타내. 였다.. 었다. 시험결과 및 분석은 여러 가지 분석을 시행하 였으며, 분석방법은 다음과 같다. 1) 하중-침하량 곡. 3) 재하시험. 선법에 의한 분석, 2) 하중-변위 관계를 이용한 분석 법, 3) S-Log T 곡선법, 4) P-dS/d(Log t) 곡선 총 4. 당 현장의 재하시험의 경우 반력파일을 사용한 압. 가지 방법으로 분석하였다. 각 분석방법에서는 항복. 표 2. 각 교각별 정재하시험 결과 요약 최종침하량 (㎜). NO. 설계하중 (kN). 최대 재하하중 (kN). 침하량기준 (㎜). 총 침하량. 탄성침하량. 소성침하량. 허용지지력 (kN). P1. 600. 1293.6. 25.4mm. 8.750. 5.095. 3.655. 646 이상. P4. 600. 1293.6. 25.4mm. 7.560. 4.800. 2.760. 646 이상. P7. 600. 1293.6. 25.4mm. 9.460. 5.940. 3.520. 646 이상. P10. 600. 1254.4. 25.4mm. 6.675. 4.570. 2.105. 627 이상. 22 • 地盤.

(10) SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례. 그림 14. P1교각 정재하시험 전경. 그림 15. P4교각 정재하시험 전경. 그림 16. P7교각 정재하시험 전경. 그림 17. P10교각 정재하시험 전경. 표 3. 수평재하시험 결과 요약 최종변위량 (㎜). NO. 최대 수평력(kN). 허용변위량 기준 (㎜). 총 변위량. 탄성변위량. 소성인발량. 27. 68.6. 15.0mm. 2.94. 2.47. 0.47. 60.0 kN 이상. 4. 68.6. 15.0mm. 3.30. 2.37. 0.93. 60.0 kN 이상. 비고. 점 또는 극한하중이 나타나지 않았으며, 표 2에 보여. 며, 재하단계는 총 14단계로 결정하였다. 시험결과 및. 지는 것과 같이 모든 교각에서 설계지지력을 만족하는. 시험전경은 표 3 및 그림 18, 그림 19에 나타내었다.. 것을 확인 할 수 있으며, 침하량은 전침하량 기준으로 25.4mm(1inch)에 만족하는 것을 확인 할 수 있다. 수평재하시험의 경우에는 기존 암거박스를 반력대. 5. 결 론. 로 사용하여 작용수평력이 제일 크게 작용하는 P10 교 각위치에서 총 2회 실시하였다. 최대 재하하중은 정재. 본 사례는 오류동 주택지구 건설공사 중 기초공사. 하시험과 동일하게 설계하중의 200%까지 계획하였으. 에 대한 내용으로, 현장 주변의 시공여건, 시공구간의. 2016. 7 Vol.32, No.4 • 23.

(11) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.32, No.4 | pp.14~24. 그림 18. NO 27 수평재하시험 전경. 그림 19. NO 4 수평재하시험 전경. 지반특성 등을 분석하여 SAP공법을 적용하였다. 현. 지털 측정과 유압게이지를 통하여 지반저항치 추정등. 장 시공 중에는 시공안전성, 장비활용성, 민원최소화,. 현장 품질관리를 정밀하고 용이하게 할 수 있는 장점. 지반에 따른 적용성, 품질확인등 다각도의 고민이 필. 이 있었다.. 요하였다. 공공시설인 철도의 운행안전을 확보하면서. 최근 건설업계에서는 크고 작은 안전사고들이 많이. 선로변 시공이 가능하도록 품질 및 안전관리에 집중. 발생하고 있으며, 특히 국가기간 사업망에서의 안전. 하였고, 각종 품질관리 기준을 적용하여 시공안정성. 사고시 직,간접적 사회비용이 크게 발생한다. 이에 앞. 을 확보하였다. 특히 SAP는 타공법에 비하여 소음이. 서 서술한 바와 같이 설계부터 시공, 현장관리, 품질관. 작아 소음 진동 민원예방에 유리하며, REMOTE 기능. 리 등 전반적으로 전문가 주도의 Process가 필요하며,. 도입과 최소형 장비 사용으로 협소한 장소에서 협착사. 본 사례에서 제시한 관리방안을 현장의 여건이나 프로. 고 예방등 작업자의 안전성과 대형장비 전도사고 위험. 젝트의 성격에 따라 참고하여 적용한다면 많은 부분에. 등에 대한 안전성을 확보하였으며, 파일 수직도의 디. 활용이 가능할 것으로 판단한다.. 24 • 地盤.

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