2020년 09월 24일, 목요일


국토와교통

2020년 9월호
(통권 434호)


회전 가능한 스토퍼를 이용하여 두부가 보강되는 마이크로파일 공법


  김정현 기자     입력 2020/06/04 (목)



1회 코아 천공으로 기초 보강이 가능한 ‘스토퍼 파일 공법’
 
회전 가능한 스토퍼를 이용하여 두부가 보강되는 마이크로파일(스토퍼파일) 공법이 나왔다. 이 기술은 1회 코아 천공으로 기존 건축물 기초의 손상을 최소화하고 지압판 구조를 변경하여 단순한 설치 공정으로 기초 보강이 가능한 공법이다.

구제적으로 살펴보면 기존 지내력 기초 하부에 형성한 공간으로 회전 가능한 스토퍼를 수직 삽입하여 그 자중에 의해 스토퍼가 수평 상태로 회전하여 기초 하부에 고정되는 원리다. 기존기술에 비하여 기초의 상부면 파쇄 공정과 단면 복구 공정을 생략할 수 있어 구조성능은 물론 기초보강공사의 공사기간 단축과 공사비 절감 등 시공성과 경제성을 확보할 수 있다.

㈜한국건설공법과 동부건설㈜, 양우건설㈜, ㈜한라가 개발한 회전 가능한 스토퍼를 이용하여 두부가 보강되는 마이크로파일 공법은 이러한 기술력을 바탕으로 건설신기술 제869호로 지정됐다.
 
■ 기술개발자
 · 동부건설㈜ (대표이사 허상희)
   서울시 용산구 한강대로 372, D동 (동자동)
   dbcon.dongbu.co.kr
 · 양우건설㈜ (대표이사 고삼상)
   서울시 영등포구 영등포로35길 10 (영등포동6가)
   www.yangwoo.com
 · ㈜한라 (대표이사 이석민)
   서울시 송파구 올림픽로 289 (신천동)
   www.halla.co.kr
 · ㈜한국건설공법 (대표이사 황기수)
   서울시 송파구 오금로11길 51, 302호 (방이동)
   www.brd21.com
■ 건설신기술 제869호
   보호기간 : 2019. 08. 22 ~ 2027. 08. 21 (8년)

스토퍼 활용, 1회 코아 천공으로 기초 보강 가능
신기술의 핵심은 스토퍼다. 스토퍼는 수직·수평상태가 자중에 의해 자유롭게 회전이 가능한 독창적인 형태를 가지고 있는 마이크로파일 지압판 구조로 되어 있다.

지내력 기초는 지반과 기둥 또는 벽체 사이에 설치되어 건축물의 하중을 지반에 전달하는 역할을 한다. 건축물에 작용되는 하중은 수평 구조부재인 슬래브와 보를 거쳐 기둥이나 벽체의 수직 구조부재로 전달되어 최종적으로 지반에 지지된다. 일반적으로 지반은 하중을 지지하기 약하기 때문에 건축물로부터 전달되는 하중의 면적당 크기를 지반이 지지할 수 있는 힘의 크기인 지내력 이하가 되도록 기초가 하중을 분산시키는 것이다.

여기서 스토퍼는 기초로 전달된 하중을 나사강봉으로 전달하기 위해 설치되는 정착판의 기능을 한다. 나사강봉에 삽입된 직육면체 형상을 하고 있는 스토퍼는 U형 공간을 구성하여 수직방향과 수평방향으로 자유롭게 회전한다.
이처럼 스토퍼는 나사강봉을 중심축으로 자유롭게 회전할 수 있어 나사강봉 삽입을 위한 천공홀을 이용하여 나사강봉과 함께 천공홀을 관통하여 삽입할 수 있다.

나사강봉과 함께 수직방향으로 삽입된 스토퍼는 기초 콘크리트의 하부에 형성된 확대굴착 구간에서 수평방향으로 회전한다. 여기서 스토퍼는 고정너트를 이용하여 나사강봉에 고정되며 하중에 따라 스토퍼의 크기를 변경할 수 있다.
스토퍼가 기초 콘크리트 하부에 설치된 후 천공홀을 그라우팅하면 스토퍼를 이용하여 기초 콘크리트 하부를 지지하게 되며 마이크로파일 공사가 완료된다. 



 
기존 마이크로파일 공법에서 진일보한 기술
마이크로파일은 소규모 천공장비를 이용하여 천공한 후 케이싱과 강봉을 삽입하고 그 주위를 그라우팅하는 소구경 현장타설 말뚝이다. 마이크로파일은 진입로를 확보하기 곤란하거나 작업공간이 협소하여 대형장비를 운용하기 곤란한 소규모 현장에서 활용된다.

기존 건축물 기초 보강에 마이크로파일을 적용하는 경우 기존 기초 콘크리트 천공, 소요 지반 심도까지의 지반천공과 케이싱 삽입, 나사강봉 조립 및 삽입, 1차 그라우팅, 정착판을 설치할 수 있도록 기초 콘크리트 상부면 파쇄, 치핑, 청소 후 정착판 설치, 보강철근 배근과 2차 그라우팅으로 단면복구 및 두부정리 순서로 시공된다.

그러나 현실적으로 기초 콘크리트를 50㎝ 이상 깊이로 철거하고 설치하는 것은 어려운 일이다. 여기에 철근 앵커를 추가적으로 설치하려면 더욱 큰 면적을 파손시켜야 한다. 기초 안전성이 확보되지 않으면 기존 구조물에 치명적인 손상을 초래할 수 있다.

또한 기존기술은 추가 천공작업 등으로 시공성과 경제성이 떨어지고, 소음·진동과 함께 표면 균열 및 건조수축이 발생할 수 있어 품질관리가 어렵다는 단점이 있다.
 
공정 간소화, 시공성 향상
이에 따라 ㈜한국건설공법과 동부건설㈜, 양우건설㈜, ㈜한라가 개발한 회전 가능한 스토퍼를 이용하여 두부가 보강되는 마이크로파일 공법인 스토퍼 파일 공법은 ▲기초 콘크리트 코어링 및 지반 천공홀 형성, ▲기초 콘크리트 하부에 스토퍼가 회전할 공간을 확보, ▲천공홀에 스토퍼가 결합된 나사강봉을 삽입, ▲기초 콘크리트가 삽입된 스토퍼가 수평방향으로 회전하고 회전된 스토퍼를 인상하여 기초 콘크리트 하부면에 고정, ▲천공홀 그라우팅 공정으로 간소화하여 시공된다.

즉, 스토퍼 파일 공법은 기초에 손상을 일으키는 기초상부 파쇄 공정을 생략할 수 있는 것이다. 또한 많은 시공시간이 소요되는 양생 공정과 기존 기초 내 정착판 설치 공정, 보강철근배근 공정, 2차 그라우팅 공정을 생략할 수 있다.
 


공사기간 50% 절감, 공사비 21.6% 절감
이러한 기술력을 바탕으로 기존기술 대비 20공 기준 공사기간을 절반 수준인 50%로 절감할 수 있다. 공사비는 21.6% 절감할 수 있다.

이러한 스토퍼 파일 공법의 특징은 기초 내부가 아닌 하부에서 기존 기초와 마이크로파일이 결합한다는 것이다. 스토퍼가 수직 삽입된 수직홀을 중심으로 회전하여 기존 기초의 하부에 수평상태로 정착되는 것이다. 이를 통해 스토퍼를 이용하여 마이크로파일의 두부 보강을 할 수 있다.
또한 기초 상부면의 파쇄와 철근 배근, 콘크리트 단면 복구와 같은 기존기술의 시공단계를 생략하여 공사기간을 획기적으로 단축할 수 있으며, 구조성능 향상과 함께 시공성과 경제성을 확보할 수 있다.

아울러 기초 하부에서 스토퍼를 통해 지지되기 때문에 위험단면의 깊이가 확대되어 안전성이 확대되고 두께가 얇은 기초에도 적용이 가능하다.
 
기초 하부에 스토퍼 설치, 안전성 확보
스토퍼 파일 공법은 기존 기초의 하부에 정착판의 일종인 스토퍼를 설치하는 공법이다. 스토퍼가 자중에 의해 회전할 수 있는 구조를 통해 기존 기초 상부를 파쇄하거나 별도의 홀 천공 없이 기초를 보강할 수 있다.

아울러 기초 코어 천공 단일 공정으로 마이크로파일과 기존 기초를 일체화하였으며 추가 천공을 배제하여 경제성을 확보했다. 이러한 특징은 환경성으로도 이어진다. 기초 콘크리트 상부면 파쇄 공정을 생략하여 소음 및 진동 발생을 억제할 수 있으며 기초 콘크리트 천공에 따른 폐자재를 절감할 수 있다. 또한 단면 복구를 위한 시멘트 사용량을 크게 감소시켜 기존기술인 정착판공법 대비 CO2 배출량을 92% 감소시킬 수 있다.
 
  
 
활발한 리모델링 현장 적용 기대
현재 우리나라는 1990년대 1기 신도시를 건설한 이후 30여년이 지나고 있다. 주거시설의 폭발적인 증가를 가져왔던 건축물들은 이제 노후화 되어 국민의 안전을 위협하고 있는 것이다. 2018년 기준 30년 이상된 건축물은 260만동으로 36.5%를 차지하고 있다. 신축 건축물보다 리모델링 시장이 확대되고 있으며 2014년 공동주택 수직증축이 허용되어 기존 건축물의 구조부재 및 기초를 보강하는 리모델링 공법 등이 사회적 관심을 받고 있다.

특히 리모델링 공사현장은 공간적 제약이 큰 환경에서 작업을 하게 되고 작업자의 안전을 위협하는 요소가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 개발된 스토퍼 파일 공법은 정착판의 기능을 하는 스토퍼가 기초 콘크리트의 하부면에 고정되어 위험단면의 깊이를 증가시켜 펀칭전단에 유리하고 스토퍼 회전을 위한 공간을 위해 별도로 추가 천공을 할 필요가 없어 제한된 좁은 공간에서도 적용할 수 있다. 또한 저소음, 저진동이 가능한 천공에 의한 시공이 이루어지기 때문에 소음 규제 지역에서도 구조물 기초 보강이 가능하다.

이러한 기술력을 바탕으로 ㈜한국건설공법과 동부건설㈜, 양우건설㈜, ㈜한라가 개발한 회전 가능한 스토퍼를 이용하여 두부가 보강되는 마이크로파일 공법은 노후 아파트의 수직증축과 노후 건축물의 구조보강을 비롯하여 다양한 건설공사 현장에서 활발히 적용될 것으로 기대된다.
 
김정현 기자 (ltmkjh@hanmail.net)
 
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