SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례

Vol.16, No.1 23

SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초

시공사례

김 기 남

한국건설관리공사

건설사업관리단장

최 성 우

롯데건설

토목팀장

최 형 권

이엑스티(주)

연구소장

1. 서론

최근의 건설시장은 정부의 주택보급 정책과 맞물려 철

도부지 및 다양한 도심 유휴 부지를 활용한 건설공사를 계

획 및 시행하고 있으며, 특히 공공건설은 위의 조건을 만

족하면서 “행복주택”이라는 이름으로 다가오고 있다. 그

러나 반대급부로 공사 중에는 시공성, 장비진입성, 소음

및 진동으로 인한 민원발생 등에 대한 우려가 대두되고 있

으며, 특히 철도부지에서의 시공은 이용 시민들에 대한 공

공안전성, 기존운행 선로 영향에 대한 공간, 시간적 운행

안정성 확보가 반드시 검토되어야 한다. 여기서는 소구경

다목적파일인 SAP공법 (건설신기술 제684호)을 활용하

여 철도 선로변 인근 인공데크 파일기초를 시공한 내용에

대해 소개하고자 한다.

2. 공사개요

(1) 현장 주변의 시공여건

당 현장은 서울 오류동역 유휴부지에 지어지는 LH오류

동 주택지구 건설공사 중 인공데크 조성을 위한 기초공사

로서 시공위치는 다음 그림과 같이 운영선로변 바로 인근

에 위치하고 있고 외각으로는 도로를 사이에 두고 밀집한

주거지역이 위치하고 있었다. 따라서 현장에서는 시공 중

예측치 못한 안전사고로 국가기간망인 선로 이용에 차질

이 발생하는 것을 사전에 예방할 수 있는 공법의 선정이 최

우선으로 고려되었고, 또한 도심지 공사인 관계로 인접 주

민들의 소음, 진동으로 인한 민원을 최소화 할 수 있는 방

법을 고민하게 되었다.

▶▶▶ 기술기사

24

한국지반신소재학회학회지

그림 1. 오류동역 전경 및 시공구간위치

그림 2. 시공위치 주변 현황도 (선로변 및 인접도로)

3. 공법 적용

앞에서 언급한 바와 같이 현장 주변의 시공여건을 고려

하였을 때, 시공안전성, 장비활용성, 민원최소화, 지반에

따른 적용성, 품질확인, 민원 최소화등에 대한 다각도의

고민이 필요하였다.

(1) SAP공법 소개

SAP 공법은 고강도 강관에 스크류를 부착하여 소구경

말뚝을 제작하고, 소형 시공장비와 연결하여 천공과 동시

에 말뚝을 지반에 관입한 후, 강관 내부로 그라우팅을 실

시하여 구근을 형성함으로써 기초를 보강하는 공법이다

(그림 3). 말뚝 자재는 API5CT규격의 P110등급을 사용하고

있다. P110등급은 미국 석유협회에서 시추조사시 CASING

으로 사용하고 있는 고강도 강관으로 항복강도 758MPa,

인장강도 862MPa 수준이며, 말뚝 본체 외경(D)은 73mm

(9.5t), 스크류부착 구간 외경은 146mm(2D)를 사용한다.

말뚝간의 연결은 암수 나사탭 방식을 적용하고 있으며, 인

장하중용(부력방지)의 경우에는 말뚝 본체보다 큰 커플러

로 보강하여 적용하고 있다.

시공장비는 협소한 구간에서의 시공을 위해서 자체 제

작한 소형유압장비 (폭 0.8m, 높이 2.2m, 무게 4.7ton)를

적용하고 있다(그림 4). 소형장비는 리모트기능을 부여하

여 위험장소에서도 시공이 가능하게 하였고, 자체 수직도

및 천공능력(회전값, 압축값) 값을 모니터링할 수 있는 기

능도 국내 최초로 부여하였다.

SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례

Vol.16, No.1 25

그림 3. SAP공법 개념

사용자재(규격/성능) 시공장비(SE-SAP MR13)

그림 4. SAP공법 자재 및 시공장비

(3) 설계개요

당 인공데크는 선로변을 따라 4개의 교각기초를 가지게

되며, 각 교각의 상부에 작용하는 하중을 산출하고 SAP을

이용한 파일 배치를 계획하였다. 교각의 위치는 그림 5에

나타내었다.

각 교각의 구조해석은 기초하부와 모델링하여 도심에

강성요소를 사용하여 말뚝머리와 일체시켜 해석하였으며,

말뚝은 단위길이당 수평방향으로 스프링을 적용하여 모델

링하였다. 해석프로그램은 범용요한요소 프로그램인 MIDAS

CIVIL 2012+를 사용하였다. 모델링을 통하여 SAP의 압

축력을 산출하였으며, 압축력은 본 당 600kN으로 설계하

였다. 모델링에 대한 자료는 그림 6, 그림 7에 나타내었다.

4. 시공 및 품질관리

(1) 시공장비

시공장비는 ① 가시설 흙막이벽과 선로의 이격거리, ②

▶▶▶ 기술기사

26

한국지반신소재학회학회지

그림 5. 교각기초 설계위치

그림 6. 말뚝머리 고정 시 해석결과 그림 7. 말뚝 수평변위 검토

안전사고로 인한 장비전도시 선로 및 지상전기선 간섭여

부 ③ 가시설 흙막이벽에서 파일 중심까지의 이격거리등

을 고려하여 제약시공조건에 최적화 되어 있는 국내 최소

형 SAP 전용기(SE-SAP-MR13, 최소작업폭 0.8m, 작업

높이 2.2m, 중량 4.2tf)를 활용하여 2.0m 단위로 시공하

였다. 장비의 제원 및 형태는 그림 9에 나타내었다.

(2) 시공순서 및 현장 품질관리

당 현장의 경우 SAPe의 수평저항력 증대를 위하여 기존

SAP 공정과 별도로 상부에 CASING 시공을 진행하였다.

따라서 시공순서는 ⓵ CASING 천공 및 설치, ② SAP 천

공 및 설치, ③ GROUTING 주입 및 오버플로우 확인, ④

두부정리, ⑤ PLATE설치 및 용접으로 진행되었다. 자세

한 사항은 그림 10에 나타내었다.

현장 내 SAP공법의 품질관리 항목은 총 6가지 항목으로

표 1에 나타내었다. ① SAP 원자재 강도시험은 강관 자체

강도의 품질확인을 위하여 정해진 규격에 따라 시험을 실

시하였다. 또한, 자재는 국산자재를 사용하여 품질을 확보

SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례

Vol.16, No.1 27

그림 8. 교각 P1 일반도

그림 9. SAP 소형화장비 제원

하였다. ② SCREW 용접부는 결함여부를 확인하기 위하

여 비파괴검사를 실시하였다. ③ SAP 수직도 관리기준를

설정하여 모든 시공파일에 대한 육안 및 사진기록관리를

실시하였다. ④ 그라우팅 배합비 체크는 설계배합비를 설

정하여 작업일수마다 관리하였다. ⑤ 그라우팅 압축강도

시험은 콘크리트 큐빅몰드를 제작하여 7일 및 28일에 KS

F 2422 규준에 의거하여 시험을 진행한 후 강도를 확인하

였다. 이외에도 광파기를 이용한 SAP 및 CASING 위치오

차 확인, CASING 수직도 확인 및 용접부 검사, 그라우팅

오버플로우 확인, 지지층 암편 확인 등을 진행하였다.

▶▶▶ 기술기사

28

한국지반신소재학회학회지

그림 10. SAP 시공순서도

표 1. SAP 품질관리계획

구분 관리기준 관리방법 시험횟수 비 고

자재

SAP 원자재 강도시험 인장강도 758MPa 이상공급원승인서 첨부자재인장강도 시험

자재반입 시2회 실시

의뢰시험

SCREW 용접부 검사 KS D 0213 현장반입 후 MT검사자재반입 시2회 실시

의뢰시험

시공

SAP 수직도 체크 1/50(2%) 이내장비자체 측정 및디지털수평계 측정

매 본현장측정기록관리

그라우팅 배합비 체크65% 이하/1L당 1705g

비중테스트배합작업 시

1회/일현장측정기록관리

그라우팅압축강도시험

7일 : 12MPa28일 : 25MPa

현장몰드 제작각 구역당 1회총 4회 실시

의뢰시험

압축 정재하시험 구조물기초설계기준 현장 내 실시각 구역당 1회총 4회 실시

의뢰시험

수평재하시험 구조물기초설계기준 현장 내 실시 1회 실시 의뢰시험

① SAP 원자재 강도시험 ② SCREW 용접부 검사

③ SAP 수직도 확인(시공 중) ④ GROUTING 배합비 확인

그림 11. SAP 품질관리

SAP을 활용한 행복주택 인공데크기초 시공사례

Vol.16, No.1 29

표 2. 각 교각별 정재하시험 결과 요약

NO설계하중

(kN)최대 재하하중

(kN)침하량기준

(㎜)

최종침하량 (㎜) 허용지지력(kN)총 침하량 탄성침하량 소성침하량

P1 600 1293.6 25.4 mm 8.750 5.095 3.655 646 이상

P4 600 1293.6 25.4 mm 7.560 4.800 2.760 646 이상

P7 600 1293.6 25.4 mm 9.460 5.940 3.520 646 이상

P10 600 1254.4 25.4 mm 6.675 4.570 2.105 627 이상

표 3. 수평재하시험 결과 요약

NO 최대 수평력(kN)허용변위량기준 (㎜)

최종변위량 (㎜)비 고

총 변위량 탄성변위량 소성인발량

27 68.6 15.0 mm 2.94 2.47 0.47 60.0 kN 이상

4 68.6 15.0 mm 3.30 2.37 0.93 60.0 kN 이상

그림 12. P1교각 정재하시험 전경 그림 13. NO 27 수평재하시험 전경

(3) 재하시험

당 현장의 재하시험의 경우 반력파일을 사용한 압축정

재하시험, 반력대를 이용한 수평재하시험 총 2가지를 실

시하였다. 압축정재하시험은 기존의 반력말뚝을 사용하

여 KS F 2445규준에 준하여 시험을 실시하였으며, 시험

횟수는 각 교각별로 1회씩 총 4회 실시하였다. 수평재하시

험의 경우에는 기존 암거박스를 반력대로 사용하여 작용

수평력이 제일 크게 작용하는 P10 교각위치에서 총 2회 실

시하였다. 시험결과 및 시험전경은 표 2 및 표 3, 그림

12~13에 나타내었다.

5. 결론

본 사례는 오류동 주택지구 건설공사 중 기초공사에 대

한 내용으로, 현장 주변의 시공여건, 시공구간의 지반특성

등을 분석하여 SAP공법을 적용하였다. 현장 시공 중에는

시공안전성, 장비활용성, 민원최소화, 지반에 따른 적용

성, 품질확인등 다각도의 고민이 필요하였다. 공공시설인

철도의 운행안전을 확보하면서 선로변 시공이 가능하도록

품질 및 안전관리에 집중하였고, 각종 품질관리 기준을 적

용하여 시공안정성을 확보하였다. 특히 SAP는 타공법에

비하여 소음이 작아 소음 진동 민원예방에 유리하며,

REMOTE 기능 도입과 최소형 장비 사용으로 협소한 장소

에서 협착사고 예방등 작업자의 안전성과 대형장비 전도

▶▶▶ 기술기사

30

한국지반신소재학회학회지

사고 위험등에 대한 안전성을 확보하였으며, 파일 수직도

의 디지털 측정과 유압게이지를 통하여 지반저항치 추정

등 현장 품질관리를 정밀하고 용이하게 할 수 있는 장점이

있었다.

최근 건설업계에서는 크고 작은 안전사고들이 많이 발

생하고 있으며, 특히 국가기간 사업망에서의 안전사고시

직,간접적 사회비용이 크게 발생한다. 이에 앞서 서술한

바와 같이 설계부터 시공, 현장관리, 품질관리 등 전반적

으로 전문가 주도의 Process가 필요하며, 본 사례에서 제

시한 관리방안을 현장의 여건이나 프로젝트의 성격에 따

라 참고하여 적용한다면 많은 부분에 활용이 가능할 것으

로 판단한다.