송도지역 내 PHC 말뚝기초 적용사례분석을 통한 적정 시공방법 연구
Study on the Rational Construction Method Using Analysis of the Case Study of PHC Pile Foundation in Song-Do Area
이 병 호1) ･ 이 종 휘1) ･ 천 병 식†
Lee, Byengho ･ Lee, Jonghwi ･ Chun, Byungsik
ABSTRACT : Song-Do international city is the area developed in large-scale land reclamation. Song-Do area consists of reclamation layer, sedimentary layer(loose silt, soft clay and sand alternating) and residual layer from the ground surface. Therefore, using pile foundation is inevitable to build structures safely. In this area, driven PHC piles have been generally constructed in terms of environmental and economic conditions. As a result of analyzing 4 sites in Song-Do district 5 and 7 recently, the method of driving pile has many problems because of existence of rigid soil in sedimentary layer and installation of more than 30m piles. In this case, when installing piles by drive after pre-boring up to appropriate depth, the results of constructability analysis were very good. And in the economic efficiency, although 4% of construction cost rose, it was a very slight increase in comparison with improvement of workability. In the case of the stability, more than 70% compared to the allowable stress of piles was satisfied through the load test. As a result, when PHC piles is installed in Song-Do district, the proper construction method is that piles are located at bearing layer after boring rigid sand layer.
Keywords : Pile-foundation, PHC, Stiff or dense deposit, Drive, Drive after pre-boring
요 지 : 송도 국제화 복합단지는 대규모 간척사업을 통해 조성된 지역이며 준설매립층을 포함 느슨한 실트층과 연약한 점토층, 모래층 등이 교호하여 퇴적되어 있다. 따라서 본 지역에 구조물을 안전하게 설치하기 위해서는 말뚝기초의 사용이 불가피하다. 송도 국제화 복합단지 내 말뚝기초 적용현장의 경우, 환경적인 조건과 경제적인 측면에서 항타방식의 PHC 말뚝이 대부분 적용되었다.
최근 송도 국제화 복합단지 5～7공구 내 PHC 말뚝기초를 적용하여 시공된 4개 현장을 분석한 결과 퇴적층 내 경질층의 출현 및 30m 이상의 말뚝설치로 인해 항타방식의 시공은 어려움이 많은 것으로 나타났다. 이 경우 적절한 심도까지 선 천공 후 항타 관입을 시행하여 말뚝을 설치했을때 시공성 분석결과 매우 양호한 결과를 얻었다. 또한 경제성의 경우에도 약 4% 정도의 상승으로 시공성 향상에 비해 매우 미소한 증가임을 알 수 있었다. 안정성 측면에서는 재하시험을 통해 확인한 결과 말뚝재료의 허용응력 대비 약 70% 이상을 만족하는 것으로 확인되었다. 이상의 분석결과를 통해 볼 때 송도지역 내 PHC 말뚝 적용은 퇴적 환경을 고려하여 조밀한 모래층을 선 천공한 후 항타를 통해 양호한 지지층에 설치하는 방법이 가장 합리적인 것으로 판단되었다.
주요어 : 말뚝기초, PHC, 경질층, 항타 방식, 선 천공 후 항타 방식
1) 정회원, 한양대학교 대학원 건설환경공학과 박사과정 한국지반환경공학회 논문집
제12권 제3호 2011년 3월 pp. 55～61
1. 서 론
산업발달에 따른 인구집중과 용지면적 부족현상으로 사 회 시설물의 고밀도화가 요구됨에 따라 이를 해결하기 위한 방법의 하나로 바다를 매립, 육지를 형성하는 간척지반 조 성사업이 1980년대 국산 건설장비를 이용 본격적으로 시행 된 이래 대규모의 준설매립공사가 다수 진행되거나 계획되 어지고 있는 실정이다((사)한국지반공학회, 2004).
특히 행정구역상 인천시 연수구에 위치한 경제자유구역 (IFEZ)내 송도국제화 복합단지는 지정학적 이점을 이용한 대 규모 준설매립을 통한 개발 사업이 활발히 진행 중에 있다.
본 논문의 검토대상 지역은 서해와 인접하여 있으며, 대 규모 간척사업으로 평탄하게 매립이 완료되어 조성된 부지 로서 1996년부터 매립이 진행되어 매립완료 구간은 완료되 고 일정기간 이상 방치하여 압밀을 진행시킨 후 기반시설공 사가 진행되고 있다(최현길, 2009). 전반적인 지층현황은 최 상부 준설 매립층과 그 하부로 느슨한 실트층, 연약한 점성 토층이 약 10～30m 두께로 퇴적, 분포하고 있으며, 중간 중 간 굳은 점토층과 실트질 모래, 모래층이 교호하여 분포하 고 있다(인천광역시 경제자유구역청, 2004). 일반적으로 지 지력에 문제가 없을 것으로 판단되는 조밀한 상태의 지층(N
≥30회/30cm)은 지표하 약 (-)35m 전후에서 확인되고 있다.
그림 1. 1910년대 송도지역(과업구간) 지형 현황
그림 2. 1960년대 송도지역(과업구간) 지형 현황 풍화대 상부의 퇴적층내 각각의 지층두께는 전반적으로 변
화폭이 매우 큰 것으로 나타나고 있으며 이는 송도지역 1, 3공구에서 수행된 지반조사 결과분석 자료에서도 알 수 있 다(김동휘 등, 2009). 특히 바다와 인접한 지형조건으로 수 위가 높고 굳은 점토와 조밀한 사질층이 불규칙하게 출현하 고 있는 퇴적환경은 구조물 설치 시 안전성 확보를 위한 대 책수립측면에서 매우 불리하다.
따라서 송도 지역 내 구조물을 안전하게 시공하기 위해 서는 특별한 경우를 제외하고 별도의 말뚝기초 적용이 불가 피하며 기 시공된 대부분의 구조물은 PHC 말뚝과 강관 말 뚝을 이용하여 시공된 것으로 조사되었다(정상섬 등, 2009).
그러나 이러한 말뚝기초의 경우 지층변화가 크지 않고 시공물량이 많지 않은 소규모 현장에서도 조사단계에서의 불확실성, 시공 시 현장여건의 변화 등으로 인해 실제 현장 에서 예기치 않은 문제가 종종 발생되기도 한다. 따라서 30m 이상의 장심도 말뚝과 대규모 시공물량, 매립특성에 따른 불규칙한 지층 상황인 송도지역과 같은 지역에서 말뚝 기초의 공법 선정, 설계 및 시공관리는 현재까지 축적된 경 험을 바탕으로 안전성, 시공성, 경제성을 종합적으로 고려 되어 계획되어져야 할 것으로 판단된다.
그 중 설계단계는 조사결과의 불확실성, 출현 지층의 불 규칙성, 외부 하중 조건에 따라 소정의 안전율을 적용하고 불리한 지층을 기준으로 다소 보수적으로 검토되는 점을 감 안할 때 다소 비경제적일 수 있을 것으로 판단된다. 하지만 시험시공 및 별도 현장재하시험을 통한 지지력의 확인 과정 등이 반영되었을 때 준설매립지역이라는 특수 환경으로 인 한 설계문제는 발생하지 않을 것으로 사료된다. 그러나 말 뚝재료 및 시공방법의 결정에 있어서는 설계 시 고려사항은 물론 추가적으로 유사현장의 시공 중 문제점, 장비효율, 공 정간 연계성 등을 종합적으로 고려하여 결정되어야 한다.
만일 개발구역의 특성 말뚝시공이 용이한 연약지반이라 는 점만을 우선시하여 경제성 측면에서 PHC 말뚝을 선정하 고, 시공성 측면에서 유리한 항타방식을 선정한다면 송도지 역과 같이 지층현황이 복잡하고 굳은 점토와 조밀한 모래가 불규칙하게 출현하고 있는 조건에서는 시공 중 문제를 발생 시킬 우려가 매우 높다.
따라서 본 논문에서는 송도지역 5-7공구를 중심으로 다수 적용된 PHC 말뚝의 시공현장현황 및 지층특성을 정리하고 시험시공 결과분석을 통한 적정 시공방법에 대해 검토하였다.
2. 송도지역 매립이력
송도지역 일대는 1930년대부터 매립작업이 시작되어 1980
년대 인천공항부지 및 신도시 건설 등으로 본격적인 매립작 업이 시작되었다. 고 지형도를 통해 송도지역의 매립이력 및 지형 현황을 정리하면 다음과 같다((주)다산이엔지, 2008).
그림 1은 1917년 조선총독부에 의해 발간된 지형도로 동 춘동, 옥련동, 용현동 서쪽지역과 연안동의 대부분 지역에 대해 매립이 시행되지 않은 상태로 나타난다.
그림 2는 1963년 국립지리원에서 발간된 지형도로 남동 공단지역에 대규모 염전지대가 조성되었으며, 용현동 서쪽 으로는 소규모 염전지역이 존재하고 있다.
1980～1991년에 경서동 매립지 조성 후 1992～1993년에 는 영종도 인천국제공항부지, 송도신도시 2, 4공구가 조성 되었으며, 1999년 이후 대규모 매립작업이 현재 진행 중에 있다(그림 3 참조).
지형적으로 송도지역은 서해와 인접한 지역으로서 대규모 간척사업으로 매립되어 평탄하며, 동측으로 청량산(172.9m) 이 북측으로는 문학산(213m)을 중심으로 동서방향으로 발달 한 100m 내외의 능선부가 형성되어 있다. 서측으로 월미도 (90.8m), 소월미도가 다른 지역에 비해 높은 지형을 이루고 있으며, 대부분 주변 지역은 평지 또는 매립지에 해당된다.
그림 3. 2001년 송도지역(과업구간) 지형 현황
5-7공구(그림 5 참조)
그림 4. 송도국제화 복합단지 매립현황
A
C B D
그림 5. 사례 분석 현장 위치
표 1. 시공사례 분석현장 개요
구 분 착공 연도
건축개요
부지면적(m2) 건축면적(m2) 건물계획 용도
A 현장 2008 614,670 153,789 지하2층(성토) 지상31층
교육 시설
B 현장 2008 85,950 70,490 지하1층(절토) 지상15층
연구 시설
C 현장 2009 34,700 9,480 지하1층(성토) 지상28층
교육 시설
D 현장 2009 64,000 25,544 지하2층(성토) 지상21층
교육 시설
3. 사례분석현장 현황
3.1 개 요
송도지역의 매립을 통해 계획된 개발 현황은 그림 4와 같 으며, 본 연구를 위해 선정된 사례분석 현장들은 송도 국제 화 복합단지 내 5-7공구 내에 위치하고 있다. 검토 현장이 위치한 5-7공구는 2007년 12월까지 매립이 완료된 후 일정 기간 방치되어 왔으며 현재 개발이 진행 중에 있다.
사례분석 현장은 2008～2009년에 설계 및 기초공사가 진 행된 4개의 현장으로 모두 PHC 말뚝(∅500mm)과 일부 강관 말뚝이 구조물 기초로 적용되었다. 현장별 지층조건 및 현황 은 설계 수행 및 현장기술지원을 통해 입수된 자료를 활용하 였으며 PHC 말뚝 시공 방법별 적용성 분석에 사용된 자료는 현장 시험시공 결과를 이용하였다(그림 5, 표 1 참조).
사례 분석현장은 대부분 표 1에서와 같이 15～20층이 넘 는 구조물로 계획되어 있다. 따라서 각 현장은 별도의 수평 력(풍력, 지진)을 고려한 검토가 이루어졌다.
A현장의 경우는 매우 큰 면적에 대규모 교육시설이 계획 되어 있어 단계적으로 설계 및 시공이 진행되도록 계획되어
있다. C와 D현장은 인접하여 동일하게 구조물이 설치될 계 획이며 공사진행의 효율성 등을 고려하여 분리 시공을 진행 하도록 계획되었다.
3.2 지층현황
전반적으로 사례 분석현장이 위치한 송도경제자유 구역 은 인천지역의 조수간만의 차이(EL(-)2.5～ (+)4.5m(24시간 조위 변화 기준, 송도남측))와 평균해수면고 E.L(+)0.0m을 고려하여 E.L(+)6.0m 정도로 매립 조성된 지역이다.
사례분석 현장은 평균 약 5.0m 정도로 확인되는 상부 준 설매립층과 25.0m 전후의 퇴적층이 존재하고 하부퇴적층 하부에는 약 30.0m 정도부터 양호한 상대밀도의 풍화토, 풍 화암이 출현하는 것으로 확인되었다((주)에스텍 컨설팅그 룹, 2008a, 2008b, 2009b, 2009c).
표 2에 제시된 바와 같이 퇴적층의 성상은 전반적으로 크 게 상부 실트, 중간 점토, 하부 모래층이 불규칙하게 교호하 면서 출현하고 있다.
그림 6은 A현장의 대표 지층단면으로 퇴적층내에 박층 으로 분포하고 있는 굳은 점토층과 사질층이 일부 확인되 며, 하부 양호한 모래 및 자갈층이 존재하고 그 하부로 연약 하거나 낮은 강도의 점토층이 일부 출현하고 있다.
그림 6. A현장 대표 지층단면도
(a) 말뚝 재료별 적용 비율
(b) 말뚝 시공방법별 적용 비율
그림 7. 송도지역 5~7공구 내 말뚝공법 적용사례 분석
표 3. 소음 허용기준(환경부, 2008년 개정)
대상 지역 구 분 한 도
주 간(08:00~22:00) 심 야(22:00~06:00) 주거지역, 녹지지역 등 소 음 68dB(A) 58dB(A) 상업지역, 공업지역 등 소 음 73dB(A) 63dB(A) 표 2. 지층특성 요약
구 분(층) 층 후(m) 상대밀도
(or 연경도) 구성 성분
상부매립층 (인위적인 매립층
대부분 ML
평균≒5.0m
느슨~
보통조밀 /연약~견고
• ML(세립 모래질실트) (일부 SM 소량 혼재)
• 퇴적층 경계 위치에서 연약층 출현
해 성 퇴적층
상부 퇴적층 (연약층)
평균≒7.0m 매우연약
~ 보통견고
• ML(세립 모래질실트) (매우 느슨한 SM혼재)
• 전반적으로 매우 연약
중간 퇴적층 (연약층)
평균≒10.0m 매우연약
~ 보통견고
• CL(실트질 점토)
• 하부 경계부 위치에서 N＞10 일부 출현 (하부 퇴적층 영향)
• 중간 조밀층 일부출현
하부
퇴적층 평균≒11.0m
느슨~조밀 / 연약, 매우견고
• SM, ML(실트질 모래, 모래질 실트)
• 상부 실트질 점토출현, 하부 얇은 자갈층확인
4. 말뚝기초의 시공현황
4.1 말뚝기초 공법의 선정
계획단계에서 사례분석 현장의 공법선정을 위해 5～7공구 내 현장 주변 구조물에 적용된 말뚝시공 현황을 살펴보면 말 뚝재료별로는 약 90% 정도가 PHC 말뚝으로 적용되었으며 시공방법은 약 60% 정도가 항타 방식으로 진행(그림 7 참조) 된 것으로 조사되었다((주)에스텍 컨설팅그룹, 2009b).
환경적인 측면을 살펴보면 최근 착공된 C, D현장의 시공 시점인 2009년 10월을 기준으로 소음, 진동에 따른 영향에
대해 사례분석현장을 기준으로 검토한 결과 항타를 통한 시 공이 가능한 것으로 나타났다(표 3 참조, 그림 8).
타공법 적용 시 사례분석 지층현황을 기준으로 항타 시 관입성 분석을 통해 말뚝의 시공성을 평가한 결과 중간 조 밀층 혹은 굳은 점토층 구간을 항타방식으로 시공할 경우
표 5. 시공사례 분석현장 기초 형식 결정
구 분 시공 연도
기초개요
재료 시공법 지지력 품질 특기사항 관리
A 현장 2009 PHC +
일부강관 항타 100t/ea PDA 정재하
부 마찰력 고려 일부 미관입 보강수행
B 현장 2008 PHC + 일부강관
항타→
선천공 항타
120t/ea PDA 정재하
부 마찰력 미 고려 선 천공 깊이 20m (공사 중 공법변경)
C 현장 2009 PHC + 일부강관
항타, 선천공
항타
110t/ea PDA 정재하
부 마찰력 고려 선 천공 깊이 23m
D 현장 2009 PHC + 일부강관
선천공
항타 100t/ea PDA 정재하
부 마찰력 고려 선 천공 깊이 19m
그림 8. 예측 소음도 분석결과
그림 9. 항타 관입성 검토결과(중간조밀층 고려)
표 4. C현장 항타 관입성 분석 입력자료(GRL WEAP 해석)
구분 입력 항목 입력치 비 고
항타 장비
∙ 램의 낙하고 및 중량
∙ 헬멧의 중량
∙ cushion의 면적
∙ cushion의 반발계수
∙ cushion의 stiffness 값
∙ 해머효율
0.3∼1.2m, 70kN 8kN
2,827cm2 0.72 674.0kN/mm 0.95
A현장 조건적용
지반 조건
∙ 지반에 묻힌 말뚝길이
∙ 흙의 탄성변형량(quake)
∙ 흙의 damping 계수
∙ 주면마찰력 분포형태
∙ 극한 지지력에 대한 주 면마찰력의 비율
∙ 항타 시 손실율
26.0∼34.0m 1.74(주면), 9.24(선단) 1.06(주면), 0.53(선단) 마찰력 산정 결과적용 지지력 산정 결과적용
미 적용
B현장 조건적용
말뚝 재료
∙ 총길이 및 단면적
∙ 말뚝의 탄성계수
∙ cushion의 반발계수
≒30.0m, 1,055cm2 40,000MPa 0.5
PHC ø500mm 목재(15cm)
PHC 말뚝의 손상 및 중파가 일어나 계획한 지지층까지 관 입이 어려운 구간이 일부 나타났다(표 4, 그림 9 참조).
4.2 말뚝기초 시공 현황
사례분석 현장별로 계획 및 설계단계 시 결정된 시공법
과 지지력의 적정성을 확인하기 위하여 시험시공과 별도의 재하시험을 실시하였다.
시공성 분석순서는 먼저 사전 지반조사 수행 위치에 시 험시공말뚝을 계획하여 관입성 및 건전도 등을 확인하고 별 도의 동재하 시험장비를 통해 정량적인 결과를 획득, 본 말 뚝 시공의 최종 시공법을 결정하였다. 최종 지지력의 확인 및 본 말뚝 품질관리 기준은 동재하 시험을 위주로 계획하 였으며, A현장의 경우는 고층부 구간에 대해 정재하와 수평 재하시험을 추가적으로 계획하였다.
시험시공 및 재하시험 결과를 통해 현장별 결정공법의 적정성을 평가한 결과, A현장은 시험시공을 통해 설계 시 결정된 항타 방식의 적용이 가능한 것으로 확인되었으며, 본 공사를 항타 방식으로 진행하는 것으로 결정되었다. 그 러나 실제 본공사 중 일부 중간조밀층의 출현으로 인해 항 타시공이 어려운 구간이 발생하여 별도의 보강을 통해 구조 물의 안전성을 확보하였다((주)에스텍 컨설팅그룹, 2009a).
B현장의 경우 또한 시험시공 단계에서는 항타방식이 가 능한 것으로 나타났으나 본말뚝 시공 시 일부구간의 적용이 어려운 것으로 나타나 본 공사 진행 중 일부 구간에 대해 선 천공 후 항타방법으로 변경, 시공을 완료하였다.
가장 최근 설계 및 시공이 이루어진 C현장은 특징적으로 A, B현장의 모든 경우를 고려, 중간조밀층 출현구간과 미출 현 구간을 구분하여 항타와 선 천공 방법을 병행하여 적용하 였으며 대부분 선 천공 후 항타방식으로 시공을 완료하였다.
표 5는 사례분석 현장별 결정된 말뚝 기초형식에 대해 종 합적으로 정리한 결과이다.
4.3 말뚝기초시공 방법별 시공성 분석
사례현장별 말뚝시공법의 결정과정을 통해 볼 때 공사 중 변경으로 인한 공사기간의 문제 등을 감안한다면 C현장과 같이 사전 정밀 시공성 분석을 통해 말뚝시공을 진행한다면
(a) 일자별 생산성 분석 그래프
(b) 본당 작업시간 생산성 분석 그래프 그림 12. 시공 방법별 생산성 분석 그래프
표 6. 시공방법별 말뚝 시공비 분석(200본, 35m/본 기준)
구 분 직항타 시 선 천공 후 항타 시
항타비 ₩111,900,000 39,040,000
천공비 - 59,960,000
케이싱 손료 - 16,930,000
계 ₩111,900,000 115,930,000
공사비 비율 100% 104%
그림 10. 시공방법별 항타 수 비교
그림 11. 일 말뚝시공 가능 본수 비교
여러 가지 변수에 따른 오차를 최소화하고 안전하고 효율적 인 시공이 이루어질 수 있을 것으로 판단된다.
전술한 바와 같이 C현장의 경우 설계 단계에서는 직항타 와 중간 조밀 지층을 고려한 선 천공 후 직타 형식의 2가지 를 구분하여 결정하였다.
따라서 현장 본 말뚝 시공 전 2가지 방식에 대해 시험시공 을 통한 적용성을 확인하도록 계획하였다. 또한 동재하 시험 을 통한 직항타 시공과 선 천공 후 항타 시공에 대하여 초기 항타시험(EOID ; End Of Initial Driving)과 재항타(restrike) 를 통해 각 방법별 시공관리기준을 결정하였으며, 실제 시 공속도 분석을 통해 시공성 및 경제성 측면에서 유리한 시 공법을 결정하였다.
여기서 초기항타시험(EOID)은 시공종료 시 또는 말뚝 시공 중 항타응력, 타격에너지, 말뚝의 건전도, 말뚝의 선단지지력 등을 측정하여 항타시공관입성 분석을 말하며, 재항타는 말뚝 시공 후 얼마간의 시간이 경과한 상태에서 실시하는 시험으로 시간 경과에 따른 지지력 변화 등을 확인하는 시험이다.
먼저 사전 시추를 시행한 구역에 인접하여 시공방법 별 말뚝 항타수를 분석한 결과는 그림 10과 같다. 분석결과 직 항타의 경우 말뚝길이 및 중간 조밀층의 영향으로 1본 시공 시 항타 횟수는 약 3배 이상 차이가 났으며 일부 구간에서 는 PHC 말뚝 관리기준인 한계타수 3,000타에 근접하는 값 들도 보이고 있다((주)에스텍 컨설팅그룹, 2009a).
다음으로 시공 방법별 일일 말뚝 시공 가능 본수를 분석 한 결과, 선 천공 후 항타 방식의 경우 평균 21본/일당으로 일 평균 6본을 시공하는 직항타에 비해 약 3배 정도 말뚝을
더 시공할 수 있는 것으로 나타났다(그림 11). 물론 선 천공 후 항타방식은 시공 말뚝길이가 평균 32.0m 정도로 별도의 이음용 천공홀을 이용, 말뚝 삽입 후 이음을 실시한 후 크레 인으로 선 천공된 홀내에 기 이음된 말뚝을 삽입하는 방식 으로 진행된 점을 고려할 때 시공속도의 차이는 다소 작아 질 수 있을 것으로 판단된다.
NX-11, 12번 시추공을 중심으로 각각의 지층조건 별 항 타 및 선 천공 후 직항타 된 결과를 통해 볼 때 선 천공 후 항타 방식이 시공성 측면 및 말뚝의 건전도 측면에서 매우 유리한 것으로 나타났다.
분석결과에서 보여지는 것과 같이 종합적으로 말뚝의 생산 성을 분석한 결과, 선 천공 후 항타의 경우가 직항타시에 비해 본 당 평균작업시간이 2배 정도 적게 나타났다. 또한 시공기간 을 직항타구간의 일자별 시공본수를 통해 222본을 완료할 때 까지 연장, 분석해 본 결과 선 천공 후 항타에 비해 약 1개월 이상 연장되는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 말뚝의 본 수 가 많을수록 더욱 커질 것이라는 것은 쉽게 예상할 수 있었다. 또한 안전성 측면에서 C현장은 부주면 마찰력이 발생되는
1 step. 말뚝 위치측량 및 말뚝세우기 및 수직도 조정
⇩
2 step. 항타(1900타 기준), 하항 2분, 중항 7분, 상항 20분
⇩
3 step. 말뚝이음, 2회 이음시 30분(회당 15분 소요)
⇩
4 step. 지지층 확인 및 타격종료(최종관입량 준수)
(a) 항타 시 작업 흐름도 (L=35m 기준, 공당 70~80분 소요) 1 step. 말뚝 위치측량 및 수직도 조정 및 천공
⇩
2 step. 말뚝관입(자중) 및 케이싱 인발(30분 소요)
⇩
3 step. 말뚝이음, 1회(15분 소요), Service Hole 사용조건
⇩
4 step. 잔여구간 항타(8~10분), 지지층 확인 및 타격종료
(b) 선천공 후 항타 흐름도(L=35m 기준, 공당 20~30분 소요) 그림 13. 시공방법별 순서와 진행상황
조건으로 압밀대상층 및 대상층 상부의 정 마찰력은 모두 무 시되었기 때문에 선 천공에 따른 말뚝주변지반의 교란으로 인 한 주면마찰력의 저하 문제는 크지 않은 것으로 분석되었다. 마지막으로 경제성 측면에서 선천공의 경우는 추가적인 천 공장비가 필요하고 별도의 케이싱 및 항타기를 사용하여 시 공을 실시하기 때문에, 직항타에 비해 시공비 상승요인이 있 으므로 시공비에 대해 표 6과 같이 200본을 기준으로 검토를 실시하였다. 검토 결과 약 4% 정도의 상승이 발생, 말뚝의 시 공 및 장비사용에 따른 상승분은 공기단축에 따른 관리비 및 인건비 등의 절감률을 고려할 때 미미한 것으로 분석되었다. 그림 13은 선 천공 및 직항타의 경우 단계별 시공순서와 시공조건에 따른 시공시간에 대해 정리한 결과이다.
5. 결 론
송도지역 내 PHC 말뚝기초 적용을 통한 시공사례 및 말 뚝기초 시공방법별 시공성 분석을 통해 얻은 결과를 요약정 리하면 다음과 같다.
(1) 송도지역의 지층은 대부분 상부 준설매립 하부로 실트 및 점토층이 약 30.0m까지 존재하고 모래, 자갈층, 풍화 대, 연암층이 확인되며 지층내 N > 20의 사질토층과 굳 은 점토층이 지표하 약 15～25m 사이에 불규칙하게 나 타나고 있다. 따라서 항타방식의 PHC 말뚝 적용 시 이 러한 중간 조밀층의 존재 유무에 따라 적용성에 어려움 이 나타날 수 있다. 일례로 항타방식을 고수한 현장의 경우 중간 경질층의 영향으로 중파율이 약 8～10%로 발생되고 공기가 연장되는 문제점이 확인되었다.
(2) 중파율과 공기가 연장되는 문제를 해결하기 위해서는 사전 지반조사 결과 말뚝의 관입성이 어려운 지층의 출 현이 예상될 경우, 항타 방식의 적용성을 검토한 후 시 공법을 최종 결정하는 것이 합리적일 것으로 판단된다.
(3) 재항타의 운용가능, 부마찰력의 발생 예상 등의 경우에 는 항타방식보다 조밀한 경질층을 선 천공 후 양호한 지 층까지 항타를 하는 방식이 시공성은 물론 중파율(2～
4%)도 낮아져 적용성이 매우 높은 것으로 나타났다.
(4) 결론적으로 송도지역에서 사전 말뚝기초 계획단계 시 양호한 환경조건과 단순히 연약지반이라는 관점에서 항타방식을 적용하기 보다는 지층조건 및 시공조건을 면밀히 고려하여 합리적인 시공방식을 선정하는 것이 매우 중요한 것으로 사료된다.
본 논문에서 검토된 사례분석현장의 선 천공 후 항타방 식은 송도지역 뿐만 아니라 비슷한 시공조건 및 지층조건의 다른 현장에서도 파일의 시공성 및 경제성을 위해 적용성을 검토하여 반영할 수 있을 것으로 판단된다.
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(접수일: 2010. 12. 29 심사일: 2011. 1. 5 심사완료일: 2011. 1. 28)
