1. 현장타설말뚝 개요
타입말뚝은 가장 경제적이고 지지력을 확실하게 얻을 수 있는 말뚝으로 국내에서 널리 사용되고 있다. 그러나 타입말뚝은 항타시 발생하는 소음과 진동으로 인하여 도심지와 인구 밀집 지역이 인접해 있는 경우에는 많은 민원이 발생하므로 그 사용이 제한되고 있는 실정이다. 이러한 항타에 따른 소음과 진동 문제를 해결하고 구조물의 대형화로 인해 큰지지력이 요구되다보니 여러 선진국에서는 일찍부터 현장타설말뚝을 사용해 왔다.
현장타설말뚝은 천공된 구멍에 콘크리트를 타설함으로써 만들어지며 일명 피어기초라고도 한다. 현장타설말뚝은 현장에서 타설한 기초로서 시공 전에 굴착을 하여 최소 직경이 75cm 이상인 말뚝을 시공하므로서 지지력이 크고 말뚝개수가 줄어든다. 단, 현장타설말뚝은 비배토말뚝으로 주변마찰저항이 적고 주로 선단저항력으로 지지한다.
현장타설말뚝은 타입말뚝의 시공이 불가능하거나 용이하지 않은 지반 조건 즉 자갈, 전석층 또는 풍화암 등으로 이루어져 있을 때는 원하는 지지력을 확보할 수 있는 가장 확실한 방법으로 알려져있다.
2. 현장타설말뚝 장단점
1) 장점
① 하중규모가 매우 크고 근입심도가 깊어 기성말뚝에 의한 지지력 및 시공성 확보가 곤란한 경우 유리하다. 또한 큰 하중을 지지할 수 있어 일반적으로 말뚝의 캡이 필요없다.
② 일반적인 항타 말뚝 시공시 발생하는 소음이나 진동이 적어 도심지 공사에 적합하다.
③ 여러 종류의 지반 조건에 대해서 적용 가능하다. 예를 들어 항타말뚝 시공시 조약돌층에서는 휨이 발생하나 현장타설말뚝을 이용하면 시공이 가능하다. 또한 동토에 대해서도 시공이 가능하다.
④ 천공하는 동안 주위 지반에 가해지는 교란은 최소화시켜 지반 교란에 의한 압밀 침하량을 줄여 준다.
⑤ 큰 휨모멘트를 견딜 수 있도록 현장타설말뚝의 상부를 확장시키기가 쉽다.
2) 단점
① 시공절차가 현장타설말뚝의 품질에 주요한 영향을 미치므로 세심한 주의가 필요하다.
② 기초저부에 피압대수층이 존재하여 현장타설말뚝에 의하여 피압대수층이 파괴가 될 가능성이 있거나 초연약지반이 있을 경우에는 적용할 수 없다.
③ 각 사이트마다 시공방법이 제시되어야 한다.
3. 현장타설말뚝의 적용 분야
현장타설말뚝은 무거운 하중을 지지하고 침하량을 최소화하여 상향이나 횡방향 하중을 지지하는데 사용된다. 다양한 시공법 때문에 여러 종류의 지반 조건에 대해서 시공이 가능하다. 연약하거나 붕괴 또는 공동이 생기기 쉬운 지반에서는 효율적인 시공을 위해 케이싱이나 벤토나이트 슬러리가 사용된다.
큰 지지력을 가진 현장타설말뚝은 항타된 군말뚝 대신에 하나의 큰 직경을 가진 현장타설말뚝으로 대체가 가능하다. 현장타설말뚝의 크기와 보강 등은 지반의 조건, 하중상태, 그리고 현장타설말뚝이 수행하여야 하는 조건 등에 의해서 결정된다. 만약 횡방향의 힘에 저항하려 한다면, 휨응력에 저항하기 위해 구조적인 강성을 변화시켜야 한다. 인장 응력이 가해지면 일반적으로 현장타설말뚝의 주면 마찰력에 의해서 지지된다. 이런 인장 저항력을 유발시키기 위해서 기초로부터 상부 구조물에 직접 보강하여 확장할 수도 있다. 다리의 교대와 같이 현장타설말뚝을 이용한 옹벽은 횡방향의 토압에 저항하는데 사용 가능하다.
현장타설말뚝은 또한 사면파괴에 대한 안정성을 높여 주는데 쓰일 수 있다. 이 경우에는 구해진 해의 효율성을 검증하기 위해 미끄러짐과 안정해석을 수행하여야 한다. 현장타설말뚝의 다른 적용 예로는 타이벡 벽체의 앵커리지, 피어를 보호하는 시스템, 계선주 등에 사용된다.
해상교각기초 시공 : 바지선에서 지그자켓 거치(핀파일 보강) 후 바이브로 해머를 이용하여 희생강관을 기반암 상단까지 설치하고, RCD 장비로 암반을 굴착하며, 철근망 건입과 콘크리트 타설로 현장타설말뚝을 시공한다. 이후 PC-House를 거치한 다음 콘크리트를 타설하여 확대기초를 완성한다.
4. 현장타설말뚝의 문제 발생요인
1) 공벽 붕괴
✓ 부지내의 방수지에서 침투
✓ 표면케이싱의 관입부족
✓ 연벽의 내측수위가 다른 말뚝시공에 의해 상승
✓ 보링조사와 다른 토질
✓ 안정액 성능저하(불안정) → 안정액 관리 철저
✓ 안정액 유출, Mud Cake 형성 미비 → 지층(모래, 자갈층) 사전 확인
✓ 공내 수위유지 실패 → 공내 수위 2m 이상 유지
✓ 부적절한 굴착속도 → 적정 굴착속도 유지
2) 굴착 불능 능률 저하
✓ 지반조사에 제시되어 있지 않은 큰입경의 전석(호박동) 등 존재 → 흡수구 철망 설치 또는 공법 변경
✓ 지지층의 경사 → 굴착속도를 천천히 하고, 굴진각도를 확인
✓ 세사층 Casing 관입반출 불가 → 세사층 두께 5m 이상 공법 변경
✓ 중간층에 경질의 각력층 존재
✓ 장비 불량으로 인한 능률 저하
3) 굴착공의 휨, 편심 및 굴곡
✓ 표층찌꺼기 등에 의한 중심의 어긋남
✓ 이완된 지반으로 기울어짐
✓ 장애물, 호박돌에 닿음
✓ 케이싱 튜브의 처짐과 마모
✓ 다져진 중간모래층을 억지로 굴착
4) 콘크리트의 품질 불량
✓ 슬라임 처리 부족
✓ 좁은 철근간격
✓ 콘크리트의 유동성 부족 → Slump 유지 및 작업지체 주의
✓ 트레미관 부상으로 인한 연속타설 실패 → Tremie관 선단을 2m 이상 매입 준수
✓ 철근망의 편심
✓ 트레미관 이음부의 누수
5) 단면형상의 변화
✓ 초연약층이 콘크리트 측압에 의해 확대 → Tremie pipe를 남겨두어 2차 충진시도 및 Stand pipe 매설 검토
✓ 연약지반에서의 공벽의 부풀음
✓ 말뚝체에 슬라임 혼입으로 인한 말뚝 형상부족 → Slime 처리 철저히하고 Tremie관 선단을 2m 이상 매입 준수
6) 철근망의 공상
✓ 철근망의 편심, 휨, 좌굴
✓ 철근과 케이싱 간에 콘크리트의 재료분리 등에 의한 자갈존재
✓ 이어붓기에 시간이 걸려 콘크리트가 경화
✓ 콘크리트의 타설 속도가 빠름
✓ 말뚝길이가 짧아 철근망이 가벼움
7) 철근망의 변형
✓ 주철근이 용접에 의해 단면 결손
✓ 콘크리트의 유동압에 의한 하부철근 좌굴
✓ 지반이 철근망의 중량을 지지할 수 없어서 침하
8) 지지력 부족
✓ 응력해방에 의한 모래층의 이완
✓ 지지층 요철로 일부 말뚝이 지지층에 도달하지 않음
✓ 선단에 슬라임 퇴적
✓ 지지층의 두께가 지반조사 결과보다 얇음
5. 현장타설말뚝 시공 시 예상되는 문제에 대한 대책방안
1) 굴착 시 공벽분리
✓ 공벽붕괴 우려가 없는 풍화암 상단까지 케이싱 사용
✓ All casing 적용에 의한 공벽붕괴방지
2) 말뚝본체 형상불량
✓ 케이싱 인발속도 조절
✓ 트레미관을 통한 콘크리트 타설속도 조절
✓ 건전도 시험실시
3) 말뚝본체 정착불량
✓ 지하수 유속에 의한 재료분리가 발생하지 않도록 수중 불분리성 콘크리트 사용
✓ 말뚝 선단에 매설된 관을 통한 압력 그라우팅 실시
4) 철근망의 변형
✓ 뒤틀림 방지 철근을 사용하여 운반 및 콘크리트 타설시 변형방지
✓ 선단부 스페이서를 설치하여 지반과 주철근의 직접적인 접촉방지
5) 지지력 부족
✓ 선단정착부 압력 그라우팅 실시
✓ 재하시험에 의한 지지력 확인
✓ Slime 처리 불량에 의하여 발생할 수 있으므로 Slime 처리 철저히 관리
✓ 말뚝불량에 의한 지지력부족의 경우에는 콘크리트타설시 재료분리에 주의하여야 하며, 유동성을 유지하도록 함.