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한국토목섬유학회학회지

포인트 기초공법(Point Foundation) 적용 사례

김 태 호

대림산업(주) 차장

김 종 석

이엑스티(주) 이사

최 형 권

이엑스티(주) 연구소장

정 진 훈

이엑스티(주) 대리

1. 서론

최근 건설시장의 경쟁이 치열해 짐에 따라 기존의 공법

을 대체하는 기술이 다수 출현하고 있다. 건축물 기초 분야

에 대해서도 기존 공법을 좀 더 정밀하게 설계하거나 대체

공법을 찾는 노력이 기울여 지고 있다. 특히 연약지반상의

기초공법에는 다양한 공법이 활용되고 있으며 대표적으로

주로 사용되는 기초공법은 깊은기초 공법인 파일기초공법,

천층기초 공법인 팽이기초공법, 원지반교반처리공법 등이

사용되고 있다. 그러나 구조물의 하중이 크지 않은 중·저층

(지내력 300kN/m2 이하)구조물의 경우 깊은기초 공법은

풍화암 이상에 지지층을 형성하기 위해 허용지지력 이상의

파일배치와 과도한 근입깊이로 필요이상의 지지력으로 설

계될 수 있고 천층기초 공법은 허용지지력은 확보할 수 있

으나 하부에 연약층이 존재할 경우 장기적으로 침하량을

제어하기 어려워 건물 침하의 원인이 되기도 한다.

본 기사에서는 건축구조기술사회에서 2014년 4월 기술

인증된 원지반 교반처리공법인 포인트 기초 공법(Point

Foundation)을 경기도 000 물류센터 현장에 적용한 사례

를 다루었다. 이를 위하여 우선 포인트 기초 공법의 기본

개념 및 설계 원리 등을 기술하고 현장의 설계 조건 등을

비교하며 마지막으로 원설계안으로 제시된 말뚝기초와 비

교하여 포인트 기초 공법이 가지는 경제적 효과에 대하여

기술하였다.

2. 포인트 기초공법(Point Foun

dation) 개요

포인트 기초공법은 Head, Cone, Tail 형태의 구근을 동

시에 형성하는 기초공법으로 연약지반 원지반 토사에 고화

재(바인더스)를 주입하여 교반함과 동시에 상부에 1차 지

포인트 기초공법(Point Foundation) 적용 사례

Vol.15, No.2 19

그림 1. 깊은기초 공법 : 중저층 구조물에서 허용지지력 이상의 파일배치 및 근입깊이

그림 2. 천층치환 공법 : 하부연약층에서의 침하량 제어 어려움

그림 3. 포인트기초 공법(Point Foundation) 표준단면도 및 교반 개념도

지층, 하부에 2차 침하방지층 토사경화체를 형성하는 공법

으로 중·저층구조물, 아파트 지하주차장, 물류창고 및 공장

건물등 낮은 지지력(허용지내력 300kN/m2 내외)을 요구

하는 구조물의 기초공법으로 Pile기초 대신에 적용하여 합

리적으로 지내력을 확보하고 침하를 억제하는 공법이다.

역학적으로는 건축물 기초에 작용하는 하중을 지지할

수 있도록 응력증가량이 효율적으로 감소하는 깊이까지

(75%감소) 1차 지지층으로 큰 직경(1400)의 구근체

(Head)를 시공하여 고개량율로 개량하고 응력의 영향범

위가 25%까지 감소하는 깊이에서 N치 20~30의 견고한

지지층까지 2차 지지층으로 작은 직경(500~800)의 구

근체(Tail)를 형성하여 저개량율로 개량하는 방식으로 지

반을 개량하여 허용지내력을 확보하고 동시에 침하를 제

어하는 역할을 수행한다(그림 3).

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그림 4. 포인트기초 공법(Point Foundation)지지 Mechanism

(a) 말뚝기초 공법 배치 단면 (b) 포인트기초 공법 배치 단면

그림 5. 말뚝기초와 포인트기초 공법의 배치형태

그림 6. PF공법 종류

포인트 기초 공법은 개량율과 개량심도를 반영하여 그

림 5와 같이 말뚝 기초와 달리 배치 및 적용된다. 말뚝 본

당 지지력의 개념으로 풍화암 이상의 암반에 지지시키는

말뚝기초와는 달리 PF공법은 연약지반에 PF개량체를 개

량율 개념으로 시공하여 지내력 기초를 형성하게 되므로

Footing Size는 말뚝기초에 비해 커지게 되나 시공심도는

N치 20~30인 견고한 지지층까지만 시공하게 되므로 줄어

들게 되어 경제성이 확보되는 개념을 적용한다.

포인트 기초공법(Point Foundation) 적용 사례

Vol.15, No.2 21

표 1. PF공법의 장비 구성 및 적용대상

공 종 적용심도 적용장비 적용대상범위

표층(PF-S)처리 0~3m백호 1.0

Attachment, ROD

구조물기초, 중층처리 상단, 구조물 뒷채움,

도로, 주차장등

중층(PF-M)처리 3~11m백호 1.0

PF-DRV, ROD 구조물 기초, 지하주차장 기초, 물류창고 및 공장기초,

연약지반 처리심층(PF-D)처리 11~40m

파일맨, 파일드라이버

PF-ROD

(a) 표층처리(PF-S)시 시공순서

(b) 중층처리(PF-M)시 시공순서

그림 7. 치환깊이에 따른 포인트 기초 시공순서

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표 2. 공사 개요

구분 1부지 2부지

규 모 지하2층, 지상 4층 지하2층, 지상 4층

용 도 상온물류창고 상온물류창고

구 조 PC조 + PEB 구조 PC조 + PEB 구조

대지면적 19645.3 m2

17,783.7 m2

연면적 31.792.88 m2

27.671.95 m2

조감도

(a) 1부지 지상 2층 평면도 (b) 2부지 지상 2층 평면도

그림 8. 대상 현장 평면도

PF 공법은 지층에 따라 토질의 상태, 지지층의 심도가

각기 다르기 때문에 크게 적용심도에 따라 0~3m까지 굴

착하여 100%치환하는 표층처리(PF-S), 3~11m까지 연약

지반에 PF구근체를 형성하여 개량하는 중층처리(PF-M),

30m이상까지 PF구근체를 형성하여 개량하는 심층처리

(PF-D) 세 가지 형태로 구분하여 시공되며 그림 6에 나타

내었다.

본 현장에 적용된 표층처리(PF-S) 및 중층처리(PF-M)

의 시공순서를 그림 7에 나타내었다.

3. 포인트 기초공법의 현장적용

본 기사에서 다룬 포인트 기초 공법이 적용된 000 물류

센터 현장은 2개동으로 구성되어 있으며 공사 개요 및 기

준층 평면도는 각각 표 2와 그림 8과 같다. 이 현장의 지반

조건은 그림 9에 나타내었으며 1부지의 경우는 부지 전체

가 약 9m 내외의 매립층이 존재하며 그 하부에 붕적층, 풍

화토, 풍화암으로 구성되어 있다. 2부지의 경우 약 절반정

포인트 기초공법(Point Foundation) 적용 사례

Vol.15, No.2 23

절

토

구

간

설계지내력

30ton/㎡

▼표층상단

▼중층하단

9,000

700

1,000

10,700

300

1,400

550

표층 :THK300

설계지내력

30ton/㎡

▼표층상단

▼중층하단

1,400

550

표층:THK300

3,000

500

1,000

4,500

300

(a) 1부지 예 (b) 2부지 예

그림 9. 시추주상도 및 포인트 기초 설계예

지내력기초로

변경

지내력기초로변경

PIT 터파기로시공불가, 표층으로SLAB보강

지내력기초로변경

PIT 터파기로시공불가, 표층으로SLAB보강

(a) 1부지 (b) 2부지

그림 10. 포인트 기초(Point Foundation) 배치도

도는 절토구간으로 기초형성 지반이 설계지내력을 보유한

것으로 파악되었으며 나머지 절반구간이 4m 내외의 매립

층, 풍화토, 풍화암, 연암 등으로 지내력이 빠르게 상승하

는 것으로 파악되었다.

물류창고 기초 바닥의 경우 기둥으로부터 전달되는 축

하중을 지지해야할 뿐만 아니라 기초 사이의 바닥 또한 상

온창고의 경우 20kN/m2의 적재하중 뿐만 아니라 현장 PC

부재 조립시 운용되는 이동식 크레인의 시공하중까지 지

지하여야 하는 특성상 당 현장의 경우 기둥을 지지하는 독

립기초, 줄기초 및 매트기초는 300kN/m2, 접지 슬래브의

경우 100kN/m2의 허용지내력을 가지도록 요구하였으며

이에 따라 그림 10과 같이 원지반을 개량하였다.

그림 10에 나타낸 바와 같이 당초 포인트 기초를 적용하

기로 한 구간 중 설계지내력을 확보하는 위치의 경우는 원

지반을 이용한 지내력기초로 변경하였으며 일부 피트 등

터파기 작업이 수행되는 구간은 표층 치환의 방식으로 되

메우기 된 지반을 보강하였다. 독립기초 하부는 설계지지

력 300kN/m2을 확보하기 위해서 기초판의 Size를 증가시

켰으며 하부 지반은 PF개량체로 집중 보강하여 지내력 기

초를 형성하도록 하였으며, Slab하부는 설계지내력 100kN/m2

을 확보하도록 PF개량체를 시공하였으나 설계하중이 작

으므로 개량심도를 독립기초부에 비하여 작게 시공하였다.

이와 관련한 당 현장 시공사진은 그림 11과 같다. 시공

후 지내력 확보 여부를 검증하기 위하여 KS F 2444에 준

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(a) 독립기초 중층 시공 (b) 독립기초 표층 시공

(c) 접지슬래브 중층 시공 (d) 접지슬래브 표층 시공

그림 11. 현장 시공사진

하여 설계하중 300% 재하조건에 대하여 평판 재하시험을

실시하였다. 재하시험은 15개소에 대하여 실시되었으며 1

부지의 경우 독립기초 구간 6개소, 줄기초 및 매트기초 구

간 4개소, 2부지의 경우 독립기초 구간 4개소, 줄기초 구

간 1개소에 대하여 수행되었다. 시험결과 모든 위치에서

침하량 및 지내력 확보가 가능한 것으로 나타났으며 재하

하중에 대한 침하량 및 시험사진은 그림 12와 같다.

4. 경제성 검토

이 현장은 당초 지내력 확보가 가능한 2부지 일부 구간

을 제외하고는 모두 말뚝기초 형태로 계획되었다. 물류센

터의 특성상 기초 주변의 슬래브도 큰 적재하중(20kN/m2)

을 부담하여야 하고 슬래브의 경간이 넓어 그림 13에서 보

는 바와 같이 슬래브 내부 구간에도 말뚝이 계획되었다.

이에 따라 슬래브의 전단저항 성능 확보 등을 이유로 슬래

브의 두께(800mm)가 과도하게 커지는 결과가 나타났으

며 슬래브의 두께 증가에 따라 투입되는 철근량도 증가

하는 문제가 발생하였다. 이에 포인트 기초 공법(Point

Foundation)이 대안으로 제시되었으며 지내력 기초로 설

계됨에 따라 기초판의 크기가 다소 커지지만 슬래브 구간

을 접지 슬래브로 시공하게 되어 슬래브 두께를 줄일 수 있

고 강섬유 혼입 콘크리트(SFRC)로 시공함에 따라 접지슬

래브의 철근배근을 삭제할 수 있는 장점을 가지게 되었다

(그림 14).

000 물류센터 현장에 대한 당초 설계안인 말뚝기초 적

용안과 포인트 기초 적용안의 설계규격 및 공사비는 표 3

포인트 기초공법(Point Foundation) 적용 사례

Vol.15, No.2 25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Test number

0

10

20

30

40

Settlement(mm)

침하량 기준

(a) 평판재하시험결과(침하량) (b) 평판재하시험 사진

그림 12. 현장 평판재하시험결과 및 사진

(a) 말뚝기초 (b) 포인트 기초

그림 13. 기초형식 평면 비교

200mm

(a) 말뚝기초 적용 (b) 포인트 기초 적용

그림 14. 기초형식 단면 비교

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표 3. 설계 검토 및 공사비 비교 (단위 : 천원)

구 분 말뚝기초 설계안 포인트 기초 설계안 비 고

설계규격 PHC D500 포인트 기초 공법

설계지지력 1,200kN/본 300kN/m2

기초슬래브 형식 독립기초, 줄기초, 매트기초

관입길이(치환면적) 21,934m(표층)17,182m

2

(중층)18,597m

총 계 약 35억 약 30억 85.0%

을 통하여 비교하였다. 검토 결과 표층 치환 등 치환면적

증가에 따라 기초지정의 공사비는 상승하는 것으로 파악

되었다. 그러나 내부 슬래브 구간의 슬래브 두께 저감 및

SFRC와 PF공법을 적용함에 따른 철근량 감소 등으로 RC

공사비가 37%가량 절감되어 전체 기초 바닥 공사비는 약

15% 가량 절감되는 것으로 파악되었다.

5. 결론

최근 건설시장의 경쟁이 치열해 짐에 따라 기존의 공법

을 대체하는 기술이 다수 출현하고 있다. 포인트 기초 공

법(Point Foundation)은 큰 지지력을 필요로 하지 않는

중·저층 구조물,아파트 지하주차장,물류창고 및 공장 건

축물의 기초 지정 공법으로서 풍화토 지반이 깊어 말뚝의

근입깊이가 길어지는 경우에 매력적인 대안이 될 수 있을

것으로 판단되며 건설경기가 어려워지고 있는 상황에서는

합리적인 VE 아이템으로도 적합할 것으로 판단된다.

또한 금번 000 물류센터 현장에 적용된 포인트 기초 공

법은 물류센터의 특징인 기초바닥에서의 큰 적재하중과

시공하중 그리고 이동식 크레인의 원활한 이동을 확보하

기 위한 수단으로서 채택되었으며 전체공정상 원가절감의

효과도 큰 것으로 파악되었다.

현재 포인트 기초 공법(Point Foundation)은 허용지지

력이 크지 않은 아파트 및 공동주택 지하주차장이나 물류

창고, 공장, 저층 상가건물등에서 기존 PHC 파일의 대안

공법으로서 지내력 기초공법으로 다수 사용되고 있으며

그 적용범위가 점차 확대되고 있다.

추후에 고객들의 공법에 대한 생소함 및 안전성에 대한

의문등을 해소해 줄 수 있도록 시공성 및 품질관리 방안을

보완함과 동시에 좀 더 범용적인 활용도 및 원가를 낮출 수

있는 지속적인 기술개발을 수행한다면 건축분야에서 PHC

파일의 대안공법으로 널리 사용될 수 있을 것이며 토목 및

플랜트 분야에도 진출하여 그 적용성이 확대될 수 있을 것

으로 판단된다.