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Xtra-ordINary TECH)
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대형 장비 진입이 어려운 지역에서의 말뚝 시공:하이브리드 말뚝

  

존경하는 토목 전문가 여러분, 오늘은 특히 제한된 공간에서 대형 시공 장비의 사용이 어려운 상황을 위한 혁신적인 말뚝 공법을 소개하고자 합니다.

 최근 저희가 직면한 과제는 소규모 하천에 인접한 인도교 교대부에 508mm 강관으로 설계된 말뚝 공법으로 해당 지역이 좁은 농로길로 대형 시공 장비의 접근이 불가능하여, 소형 장비로 시공 가능한 대안적인 공법의 필요성이 대두되었습니다.



이러한 상황에서 제안하는 해결책은 하이브리드 내진(耐震)말뚝 공법입니다. 전통적인 말뚝과 비교할 때, 이 공법은 지진 발생 시 구조물을 보다 효과적으로 보호합니다. 지진에 의한 수평 이동과 회전이 말뚝에 축력과 모멘트, 인장력과 모멘트를 발생시키는데, 특히 말뚝의 상부(지표면 부근)에서 모멘트가 집중되는 것을 방지합니다. 이를 위해, 상부는 406mm 강관과 중앙의 소구경(216mm) 고강도 강관(STP550)으로 구성된 하이브리드 말뚝을 채택함으로써, 소형 장비로 시공이 가능하며 구조물의 하중을 지지층으로 전달할 수 있는 효과적인 공법입니다.


기술적인 면에서, 하이브리드 내진말뚝은 휨 인장 및 인장성을 융합한 구조로 설계되었습니다. 상부에는 휨 저항력이 높은 강관을, 중앙에는 고강도 소형 강관을 사용하여 압축 성능을 극대화하고, 지반 부착 강도를 높이는 콘크리트로 충전합니다. 이는 대형 강관 말뚝에 비해 성능적으로 우수하며, 적용 범위가 넓습니다.

 

경제적 측면에서도 이 공법은 상당한 장점을 갖고 있습니다. 상부에만 대형 강관을 사용하고 하부에는 고강도 소형 강관과 콘크리트를 사용함으로써, 경제성과 시공성을 동시에 향상시킵니다. 설계 성능은 수직하중 1500kN, 수평 지진하중 150kN을 감당할 수 있으며, 외부 강관의 높이를 조정함으로써 수평력 200kN까지 적용 가능합니다.

 

<소형 유압 천공장비>

<외부보강말뚝 시공 후 내부보강말뚝 시공>



장비의 접근이 어려운 교대와 같은 곳에 대구경 강관이 설계되어 있어 시공에 어려움을 격는 경우를 많이 보았습니다. 또한 최근 소형 인도교와 같이 주민 편의 시설이 늘어나고 있으나 시공적인 측면에서는 대형장비의 진입이 불가능한 경우가 많습니다. 이러한 현장에서 소형 장비를 이용한 공법으로 하이브리드 말뚝이 대안일 것입니다. 

3축 내진 말뚝 시험 시공

삼축내진 말뚝의 제작 및 시공



2020년 10월 초 건설기술연구원 연구개발 사업인 '3축 내진 말뚝 시험시공'을 수행하였다.

사업명은 '변경된 내진 설계기준에 최적화된 삼축 내진 말뚝 실용화 설계, 제작, 현장 시험 및 성능 평가' 이다.

2019년 초반 특허를 출원해 그해 말에 특허를 취득하였다.

토목에서는 말뚝의 내진 해석을 당연히 하지만 건축에서는 건축물 자체만 내진 해석을 해오고 있었다. 최근 국가 설계 기준 통합이 이루어진 후에도 말뚝의 내진 해석은 이루어 지고 있지 않다.

어렸을 때 플라모델을 만들던 기분으로 각 부품을 레이져 절단하여 만들었다. 






시험시공은 원주였다.









붕괴 비탈면 복원 및 보강: 식생가능한 MS NAIL 공법의 적용

도로 확장공사 중 소규모 쐐기파괴가 발생하였습니다.









도로 확장 공사 중 소규모 쐐기파괴의 발생은 토목 공학 분야에서 자주 마주치는 문제 중 하나입니다. 이러한 상황에서 전통적으로 선호되는 계단식 옹벽 공법은 도로변에 콘크리트 구조물이 노출되는 단점을 가지고 있습니다. 환경적 및 시각적 측면에서 이상적이지 않은 이 방법은 필요에 따라 선택되곤 합니다.

이에 대한 대안으로, 저희는 다양한 비탈면 보강 및 복원 경험을 통해 개발된 식생이 가능한 MS NAIL 공법을 제안합니다. 이 공법은 특히 소규모 붕괴 비탈면에 적합하며, 친환경적이면서도 효과적인 복원 방법을 제공합니다.

  • 다음은 'MS NAIL + 마대쌓기' 보강을 제안해서 복원한 사례이다.



  • MS NAIL 공법은 다음과 같은 단계로 구성됩니다:
    1. 1. 붕괴 비탈면에 MS NAIL 시공을 통해 구조적 안정성을 확보합니다.
    2. 2. 붕괴 구간 하부 지반에 충분한 지지력을 확보함으로써 추가 붕괴를 방지합니다.
    3. 3. 층별로 강성 그리드를 설치하여 비탈면의 강도를 증가시킵니다.
    4. 4. 표면에 망과 와이어 로프를 설치하고 MS NAIL을 이용해 표면을 압착, 안정화합니다.









  • 표면 압착(MS NAIL)



  • 표면 식생곡법(녹생토)



이제 비탈면에 풀만 자라면 붕괴구간이 어디였는 알 수 없을 것이다.

- 2020년 복원 후 전경
우연히 시공현장 근처를 지나면서 한컷 찍었다.


이 공법의 적용으로, 비탈면은 안정적으로 복원되며, 표면 식생(녹생토)을 통해 자연스러운 환경으로 회복됩니다. 최종적으로, 복원된 비탈면은 그 어느 때보다 푸르고 생동감 넘치는 자연의 모습으로 변모하게 됩니다. 이는 토목 공학의 혁신적 접근 방식을 통해 환경 친화적이며 지속 가능한 해결책을 제시하는 뛰어난 사례입니다.

이러한 MS NAIL 공법의 적용은 토목 공학 분야에서 지속 가능한 개발과 환경 보호를 향한 중요한 발걸음을 의미합니다. 이 글을 통해 붕괴 비탈면 복원 및 보강에 관심이 있는 전문가들에게 유용한 정보를 제공하고자 합니다.