■ 공사 개요

- 위치: 서울특별시 은평구 북한산 계곡 내 삼천사(천년 전통사찰)

- 공사 기간: 2023년 ~ 2024년

- 적용 공법: 2축·3축 억지말뚝

- 시공 협력 기관: 삼천사, 은평구, 서울시, 문화재청

■ 추진 배경

북한산 계곡에 자리한 천년 고찰 삼천사는 2022년 집중호우로 사찰 주변 석축이 손상됨.

이를 방치할 경우 사찰 진입로와 건물은 물론 보유 문화재까지 피해가 확산될 것으로 예상되어,

억지말뚝을 설치해 석축과 시설물의 안전을 확보하기로함.

이에 삼천사와 은평구, 서울시, 문화재청이 협력하여 보강 계획을 수립하였으며, 예산 조달 여건에 따라 2023년부터 2024년까지 2개년에 걸쳐 공사를 진행하였음.

■ 현장 여건과 과제

공사 구간은 붕괴 위험이 있는 석축에 바로 인접해 있어 대형 장비의 접근이 어려운 현장으로 소형 장비로도 시공이 가능하면서 충분한 저항력을 확보할 수 있는 공법이 필요했음.

■ 적용 공법: 2축·3축 억지말뚝

이러한 여건을 고려하여 소형 장비로 시공할 수 있는 2축·3축 억지말뚝으로 설계. 이 억지말뚝은 지중에서 트러스 구조를 형성하여 저항력을 발휘하는 방식으로, 대형 장비 없이도 석축의 안정성을 효과적으로 확보할 수 있었음.

■ 시공 결과 협소하고 위험한 현장 조건에서도 문화재 주변 환경을 훼손하지 않고 안전하게 시공을 완료하였으며, 석축과 진입로, 사찰 건물 및 문화재를 보호하는 기반을 마련했음.

- 석축 붕괴 및 현황

- <<억지말뚝 설계>>

붕괴 가능성이 높은 석축 상부 주차장 부지에서 시공해야 하는것을 고려해서 소형 장비로 시공 가능한 3축 억지 말뚝으로 설계 하였다.

- <<시공>>

붕괴 위험이 있는 석축 상부 주차장 부지에서 삼축 억지말뚝을 설계와 같이 시공하였음.

- <<시공완료>>

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.