Transcript 건설현장 강관 적용사례 조사분석 최종발표자료12_13.

건설현장 강관파일 설계사례 분석
2012. 12. 13
삼부토건㈜
목 차
연구 개요 및 내용
철도교량 기성말뚝 설계사례 조사
사면보강용 강관 적용사례 조사
강관 흙막이 버팀보 적용사례 조사
결론
1. 연구 개요 및 내용
 수 행 기 간 : 2012. 6. ~ 2012. 12. (7개월)
 연 구 목 표 : 강관말뚝 경쟁력 향상 및 적용시장 확대 방안 제안
연 구 내 용
철도 교량 기초
사면보강용 강관
강관 흙막이 버팀보
 설계 및 적용 사례 조사
 설계 및 적용 사례 조사
 설계 및 적용사례 조사
 철도 교량기초 최신 기술동향
 강관 억지말뚝 최신 기술동향
 강관 버팀보 최신 기술동향
 제품별(고강도 강관말뚝,
 제품별(일반 강관, 고강도
분석
 제품별(강관말뚝, P.H.C, 복
H-형강, 소구경 강관) 활용
합
사례 조사
말뚝) 활용 사례 조사
 강관말뚝 적용성 분석
 강관 억지말뚝 적용성 분석
강관) 활용 사례 조사
 강관 버팀보 활용성 분석
I. 철도교량 기성말뚝 설계사례 조사
1. 철도 교량기초 강관말뚝 기술동향
철도 교량기초의 강관말뚝 적용성 평가
 강관말뚝의 강점
- 철도 교량기초는 중량의 철도차량으로 인하여 타 구조물 기초에 비하여 하중이 크게 작용함
- 철도 교량기초는 말뚝두부에 휨응력과 수평력이 크게 작용
- 철도 교량은 산악지에 설치되는 경우가 많아 말뚝기초의 지지층 깊이 편차가 커서 말뚝길이의 변화가 심함
- 따라서 수평강성이 우수하고 말뚝 두부연결 및 말뚝 이음이 용이하여 품질관리상 장점이 많음
 강관말뚝의 약점
- 강관말뚝 가격이 PHC 말뚝에 비하여 고가
- 교각에서 콘크리트계 기성말뚝(PHC 말뚝) 적용 확대
- 교대에서 복합말뚝의 도입
- 따라서, 향후 철도교량 말뚝기초의 적용 전망은 복잡해질 것으로 판단됨
2. 말뚝기초의 최근 경향
복합 말뚝
 강관말뚝과 콘크리트말뚝을 합성한 말뚝
 모멘트와 수평력이 크게 작용하는 말뚝상부는 휨강성이 크고 수평저항력이 우수한 강관말뚝을
사용하고 압축력이 주로 작용하는 말뚝하부는 PHC 말뚝으로 조합한 말뚝
<복합말뚝의 개요도>
<말뚝 연결부 위치 선정>
고강도 강관말뚝
 고강도 강관말뚝(Φ609mm) 적용
(“STKT590 강재 적용을 통한 호남고속철도 기초공사비 절감사례”, RIST, 2009.12.3 참조)
- 고강도 강관말뚝을 호남고속철도 사업에 적용 → 총사업비 대비 약 10% 절감
- 향후 일반철도 및 도로 등에 널리 적용할 경우 품질향상, 사업비 절감 → 적용성 확대
 고강도 강관 말뚝의 보급성 증대 방안
적용성에 대한 의견
KS표준 반영
검토결과
- KS D 3566 일반구조용 탄소강관
- KS F 4602 강관말뚝
조치사항
- KS D 3566일반구조용 탄소강관은
2012년 1월10일 개정시 반영됨
- KS F 4602 : 2002(2007 확인)강관말뚝
은 2012년 개정 또는 확인검토시 미 반영
상태임
철도교 설계기준(2008)
 재료 : SPS 400(재료강도 400N/mm2), SPS 490(490 N/mm2)
 강관말뚝의 두께는 최소 9mm 이상으로 하며, 시공시 말뚝에 생기는 응력에 대해서는
전단면이 유효한 것으로 함
공칭지름(mm)
말뚝두께의 범위(mm)
400
9~12
500
9~14
600~800
9~16
900~1,100
12~19
1,200~1,400
14~22
1,500~1,600
16~25
1,800~2,000
19~25
 강관말뚝의 부식에 의한 두께 감소는 말뚝이 흙이나 물에 접하는 면에 대해서 고려하며,
강관의 안쪽면에 대해서는 고려하지 않음 → 부식두께 2.0mm 고려
2012년 이후 철도공사 발주 예정 현황
NO
.
공사명
NO
.
공사명
1
원주~강릉 복선전철 건설공사
9
신안산선 복선전철(안산-청량리) 건설공사
2
원주~강릉 복선전철 차량기지 건설공사
10
신안산선 건설사업 1단계 송산차량 기지
3
철도 종합 시험 선로 구축공사
11
구로차량 기지 이전공사
4
신안산선 복선전철 송산차량기지 건설공사
12
대구선(동대구-영천) 복선전철 건설 공사
5
이천~충주~문경 철도건설 공사(6공구, 8공구)
13
익산-대야 복선전철(1공구, 2공구) 공사
6
김포 도시철도 건설공사(5개 공구)
14
군장국가 산업단지 인입철도
7
수도권 고철 강남노선(화전-서울-광명)
15
장항선 개량 2단계
8
동두천-연천 복선전철 건설공사
16
용산물류 기지 이전사업
3. 철도교의 말뚝기초 적용 현황
말뚝기초 적용 현황 조사 방향
 지역 기준하여 크게 A, B, C군으로 분류하여 철도교의 기성말뚝 적용 현황 조사
 표본 A군 : 서해선 홍성~송산간 복선철도(2공구~9공구) 설계 사례
 표본 B군 : 원주~강릉간 복선철도(6공구~10공구) 설계 사례
 표본 C군 : 호남고속철도(1-1공구~2-4공구) 설계 사례
3.1 서해선 홍성~송산간 복선철도(2공구~9공구) 설계 사례
 교량(교대/교각) : 총 537 개소
 총 교량 연장 : 4,885m
 말뚝 총 길이 : 290,900m (강관말뚝 56,300m )
교량별 기초형식 (홍성~송산간 복선철도)
 A군은 지역적으로 서해안 지역(경기 서부~충청남도)에 위치하여 기반암이 깊게 분포
→ 따라서 전체 교량기초 형식 중 기성말뚝 기초가 98% 차지함
 말뚝기초 형식 중 강관말뚝의 설계 적용은 14% 차지
 말뚝기초 중 복합말뚝의 적용 비율은 1%이며, 강관말뚝(14%)에 비해 PHC 말뚝(83%)의
설계 적용 비율이 높음
현장타설말뚝 0%
직접기초 2%
복합말뚝 1%
강관말뚝 14%
PHC 말뚝 83%
< 교대 + 교각 >
교대와 교각별 기초형식 (홍성~송산간 복선철도)
 교대 : 수평력과 수직력이 교각보다 일반적으로 크게 작용
→ 따라서 기초형식을 말뚝기초로 적용한 사례가 많으며, 강관말뚝(81%)이
대부분을 차지함
 교각 : 교대보다 상대적으로 작은 수평력 작용 → 따라서 PHC 말뚝(88%) 적용사례가 많음
직접기초 0%
PHC말뚝 0%
복합말뚝 19%
직접기초 2%
현장타설말뚝 0%
복합말뚝 1%
현장타설말뚝 0%
강관말뚝 9%
강관말뚝 81%
<교대>
PHC 말뚝 88%
<교각>
교량 연장별 기초형식 (홍성~송산간 복선철도)
 철도 교량 대부분이 건물 및 도로, 하천을 횡단하기 위한 고가교로 연장 150m 이상의
다경간 교량으로 설계됨
 교량 연장 150m 이상의 장대교량에서는 교각부 적용 수량이 증가함에 따라
PHC 말뚝의 적용율이 87% 정도로 높게 차지함
PHC말뚝; 43%
80%
교량연장별 사용율(%)
현장타설말뚝; 0%
현장타설말뚝; 0%
100%
PHC말뚝; 87%
60%
복합말뚝; 12%
40%
강관말뚝; 45%
복합말뚝; 1%
강관말뚝; 12%
20%
0%
1
이하
교량연장 150M 기준
2이상
강관말뚝의 규격별 적용 현황 (홍성~송산간 복선철도)
 직경 609mm 강관말뚝의 경우 두께 12mm가 적용
 직경 508mm 강관말뚝의 경우 두께 12mm가 적용
 도로 교량에 적용되는 강관말뚝은 직경 508mm(12t, 9t)가 90% 이상 적용되고 있으나,
도로교량이나 건축구조물에 비하여 작용하중이 큰 철도교량의 경우 강관말뚝은 직경
609mm(12t) 적용
609mmx9t 0%
508mmx12t 3%
406mmx9t 0%
609mmx12t 97%
< 교대 + 교각 >
말뚝 선단부 처리방법 (홍성~송산간 복선철도)
 말뚝 선단부는 대부분 풍화암 지지로(95%) 시공함
연암 5%
풍화토 0% 경암 0%
풍화암 95%
강관말뚝의 시공방법별 적용 현황 (홍성~송산간 복선철도)
 대부분 매입말뚝으로 시공
매입(PRD) 0% 항타 4%
 SDA 96%, 항타 4%, PRD 0% 적용
 항타말뚝의 적용 감소는 강화된 건설소음 및
진동 규제 등이 원인
매입(SDA)
96%
매입(SIP) 0%
3.2 원주~강릉간 복선철도(6공구~10공구) 설계 사례
 교량(교대/교각) : 총 107 개소
 총 교량 연장 : 2,776mm
 말뚝 총 길이 : 20,820m (강관말뚝 10,250m : 49%)
사례 조사구간
교량별 기초형식 (원주~강릉간 복선철도)
 B군은 지형적으로 산악지역에 위치하여 기반암이 비교적 얕은 깊이에 위치함
→ 따라서 전체 교량기초 형식 중 직접기초가 49% 차지함
 말뚝기초는 전체 교량기초 형식 중 51% 차지
 말뚝기초 중 복합말뚝의 적용 비율은 2%이며, 강관말뚝(23%)과 PHC 말뚝(26%)의
적용 비율은 거의 유사함
PHC 말뚝 26%
직접기초 49%
강관말뚝 23%
복합말뚝 2%
< 교대 + 교각 >
교대와 교각별 기초형식 (원주~강릉간 복선철도)
 교대 : 수평력과 수직력이 교각보다 일반적으로 크게 작용
→ 따라서 기초형식을 말뚝기초로 적용한 사례가 많으며, PHC 말뚝(3%)보다
강관말뚝(53%)이 대부분을 차지함
 교각 : 교대보다 상대적으로 작은 수평력 작용 → 따라서 PHC 말뚝(37%) 적용사례가 많음
PHC 말뚝 3%
직접기초 38%
강관말뚝 53%
복합말뚝 6%
PHC 말뚝
37%
직접기초 53%
강관말뚝 11%
복합말뚝 0%
<교대>
<교각>
교량 연장별 기초형식 (원주~강릉간 복선철도)
 철도 교량 대부분이 연장 150m 이하의 소교량으로 전체 교량 중 45% 정도 차지함
 교량 연장 150m 이하의 소교량에서는 교각 적용 수량이 적고, 대부분 교대로 적용됨에 따라
강관말뚝의 적용율이 73% 정도 차지함
 교량 연장 150m 이상에서는 교각 적용 수량이 증가함에 따라 PHC 말뚝의 적용율이 71%
정도로 높게 차지함
100%
PHC말뚝; 23%
복합말뚝, 4%
교량연장별 사용율(%)
80%
PHC말뚝, 71%
60%
40%
강관말뚝; 73%
복합말뚝, 2%
강관말뚝; 27%
20%
0%
1
이하
교량연장 150M 기준
2 이상
강관말뚝의 규격별 적용 현황 (원주~강릉간 복선철도)
 직경 406mm 강관말뚝의 경우 두께 9mm 적용
 직경 609mm 강관말뚝의 경우 두께 12mm 적용
 도로 교량에 적용되는 강관말뚝은 직경 508mm가 90% 이상 적용되고 있으나, 도로
교량이나 건축구조물에 비하여 작용하중이 큰 철도교량의 경우 강관말뚝은 직경 609mm,
PHC 말뚝은 직경 600mm가 주로 사용되고 있는 실정임
직경508mmx9t
0%
직경508mmx12t
0%
직경406mmx9t
12%
직경609mmx12t
88%
< 교대 + 교각 >
말뚝길이별 적용 현황 (원주~강릉간 복선철도)
 강관말뚝 길이는 8~18m로 다양하게 적용되었으며, 지지층의 심도가 낮기 때문에 말뚝의
길이는 상대적으로 짧음
 복합말뚝 길이는 말뚝 이음에 따라 13m 이상의 말뚝 적용
 PHC 말뚝 길이는 평균 8.6m로 13m 이하의 단말뚝 주로 적용
13m이상, 0%
100%
13m이상, 32%
80%
13m이하, 100%
60%
13m이하, 68%
40%
20%
0%
강관말뚝
PHC말뚝
말뚝 선단부 처리방법 (원주~강릉간 복선철도)
경암 5% 토사 0%
 말뚝 선단부는 대부분 풍화암 지지로(75%)
시공함 (근입깊이 10D 적용)
연암 20%
풍화암 75%
강관말뚝의 시공방법별 적용 현황 (원주~강릉간 복선철도)
 대부분 매입말뚝으로 시공
매입(PRD) 0%
항타 0%
 SIP 55%, SDA 45%, PRD 0% 적용
 항타말뚝의 적용 감소는 강화된 건설소음 및
진동 규제 등이 원인
매입(SDA) 45%
매입(SIP) 55%
3.3 호남고속철도(1-1공구~2-4공구) 설계 사례
 교량(교대/교각) : 총 731 개소
 총 교량 연장 : 15,130m
 말뚝 총 길이 : 360,680m (강관말뚝 89,800m : 34%)
교량별 기초형식 (호남고속철도)
 C군은 지역적으로 충청도 평야지역에 위치하여 기반암이 비교적 깊은 심도에 위치함
→ 따라서 전체 교량기초 형식 중 말뚝기초가 97% 차지함
 말뚝기초 중 복합말뚝의 적용 비율은 1%이며, 경부고속철도 및 기존도로 횡단 고가교
적용으로 대구경 현장타설말뚝(24%) 적용성 증가
 철도 역사 및 고가교 적용에 따라 강관말뚝(25%)에 비해 PHC 말뚝(47%)의 설계 적용
비율이 높음
현장타설말뚝
24%
직접기초 3%
복합말뚝 1%
강관말뚝 25%
PHC 말뚝 47%
< 교대 + 교각 >
교대와 교각별 기초형식 (호남고속철도)
 다경간 교량형식 적용으로 교각 비율 높음
 교대 : 수평력과 수직력이 교각보다 일반적으로 크게 작용
→ 따라서 기초형식을 말뚝기초로 적용한 사례가 많으며, 강관말뚝(94%)이
대부분을 차지함
 교각 : 교대보다 상대적으로 작은 수평력 작용 → 따라서 PHC 말뚝(49%) 적용사례가 많음
복합말뚝 0%
PHC말뚝 0%
현장타설말뚝 0%
직접기초 6%
직접기초 3%
현장타설말뚝 26%
복합말뚝 1%
강관말뚝 21%
강관말뚝 94%
<교대>
PHC 말뚝 49%
<교각>
교량 연장별 기초형식 (호남고속철도)
 호남고속철도는 현재 운행중인 경부고속철도와 연계구간으로 대부분 연장 150m 이상의
장대교량으로, 다경간 교량이 대부분을 차지함
 교량 연장 150m 이상의 장대교량에서는 교각부 적용 수량이 증가함에 따라 PHC 말뚝의
적용율 48% 정도로 높게 차지함
 기존 도로 및 철도와 같은 노선내 현황조건에 의해 다경간 교량의 적용 수량이 증가함에
따라 PHC 말뚝의 적용이 높게 차지함
100%
PHC말뚝; 33%
교량연장별 사용율(%)
80%
PHC말뚝; 65%
복합말뚝; 0%
60%
복합말뚝; 1%
40%
강관말뚝; 67%
강관말뚝; 34%
20%
0%
이하
1
교량연장 150M 기준
2 이상
강관말뚝의 규격별 적용 현황 (호남고속철도)
 직경 609mm 고강도 강관말뚝의 경우 두께 9mm 적용
 직경 609mm 강관말뚝의 경우 두께 12mm 적용
 호남고속철도 설계시 고강도 강관말뚝 직경 609mm(9t) 적용으로 공사비 절감과 함께
고가교 교각부에 많이 적용됨
508mmx9t 0%
406mmx9t 0%
609mmx12t
29%
609mmx9t 71%
말뚝길이별 적용 현황 (호남고속철도)
 말뚝의 길이를 13m 기준으로 분류하여 분석한 결과, 말뚝 지지층의 심도 조건에 따라
말뚝 길이 적용됨
 대구경 현장타설말뚝의 길이는 지지층에 따라 30m 이상의 대심도 말뚝 적용
 PHC 말뚝의 경우 길이 13m 이하의 단말뚝이 68% 적용되었으며, 최대 20m의 장심도
말뚝의 적용성 증가
100%
13m이상, 36%
13m이상, 32%
13m미만, 64%
13m미만, 68%
80%
60%
40%
20%
0%
강관말뚝
PHC말뚝
말뚝 선단부 처리방법 (호남고속철도)
 말뚝 선단부는 대부분 풍화암 지지로(71%) 시공함
연암 2%
경암 0%
 표준관입시험 N치 50이상의 풍화토 지지 말뚝이
27% 적용됨
풍화토 27%
풍화암 71%
강관말뚝의 시공방법별 적용 현황 (호남고속철도)
 대부분 매입말뚝으로 시공
매입(PRD) 0%
 SDA 73%, SIP 14%, 항타 13% 적용
항타 13%
 자갈 매립층의 분포에 따라 공벽유지를 위한
SDA 공법의 적용성 높음
매입(SIP) 14%
매입(SDA)
73%
II. 사면보강용 강관 적용 사례 조사
1. 사례분석 방향
 사면보강용 억지말뚝의 공학적 거동 특성
 국내, 외의 억지말뚝 활용사례 분석
 사용 재료의 제원(재질, 직경, 간격 등) 분석
 사면보강용 소구경 강관말뚝 활용 제고 방안
2. 사면 안정대책 선정 기준
<사면 파괴규모의 선정>
<사면 파괴규모별 사면안정대책 선정 흐름도>
구분
소규모
파괴
중규모
파괴
대규모
파괴
파괴 체적
150m3 미만
150~900m3
900m3 이상
파괴 높이
10m 미만
10~30m
30m 이상
암반층위의
토사층 두께
1m 미만
1~2m
2m 이상
3. 일반적인 사면 안정대책
Soil Nailing 공법
Earth Anchor 공법
억지말뚝 공법
※ 절토구간에서 억지말뚝에 의한 사면보강시 강관말뚝 설치를 위한 대형장비 사용으로 장비진입에 대한
문제 및 대형장비 반입에 따른 공사비 증액 발생
3. 사면보강용 억지말뚝 공법
 억지말뚝공법은 사면의 활동토괴를 관통하여 부동지반까지 말뚝을 일렬로 설치하여
사면의 활동력을 말뚝의 수평저항으로 받아 부동지반에 전달시키는 공법
 말뚝 자체의 안정과 사면 전체의 안정에 대하여 검토
① 활동토체에 의한 횡방향토압이 말뚝에 작용시 말뚝 안정성 검토
② 말뚝에 의해 발휘되는 수평저항력을 고려한 사면 안정성 검토
(a) 말뚝의 내적안정성
(b) 억지말뚝 보강사면의 안정성
<억지말뚝공법의 안정성 검토>
4. 사면보강용 억지말뚝 공법
 억지말뚝공법은 사면의 활동토괴를 관통하여 부동지반까지 말뚝을 일렬로 설치하여
사면의 활동력을 말뚝의 수평저항으로 받아 부동지반에 전달시키는 공법
 말뚝 자체의 안정과 사면 전체의 안정에 대하여 검토
① 활동토체에 의한 횡방향토압이 말뚝에 작용시 말뚝 안정성 검토
② 말뚝에 의해 발휘되는 수평저항력을 고려한 사면 안정성 검토
(a) 말뚝의 내적안정성
(b) 억지말뚝 보강사면의 안정성
<억지말뚝공법의 안정성 검토>
5. 국내 억지말뚝공법 적용 현황
순번
적용 현장
형식
1
고속도로 터널갱구 비탈면 붕괴 복구
강관 Φ508mm(12t)
2
고속도로 비탈면 보강
강관 Φ508mm(12t) + H-형강
(H-300×300×10×15)
3
고속도로 깎기 비탈면 보강


H-형강 + PHC 말뚝 Φ600mm
강관 Φ508mm(14t)
4
고속도로 기존 비탈면 보강
강관 Φ508mm(14t) + H-형강
(H-255×250×14×14)
5
국도 비탈면 붕괴 복구

6
도로 깎기 비탈면 보강
강관 Φ609mm(12t) + H-형강
(H-300×300×10×15)
7
붕괴 비탈면 보강
강관 Φ508mm(14t)
8
도로 깎기 비탈면 붕괴 복구
강관 Φ508mm(16t) + H-형강
(H-255×255×14×14)
9
비탈면 활동 복구


강관 Φ406mm(9t)
강관 Φ406mm(9t)
강관 Φ165mm
간격(m)
길이(m)
비고
2.5~3.3(2열)
28~46
두부정착용 앵커
2.5(2열)
25~31
두부정착용 앵커
1.5(1열)
1.5(1열)
27
-
1.5(1열)
22~26
두부정착용 앵커
2.5(3열)
2.5(2열)
2.0(1열)
1.9(1열)
2.0(1열)
2.2(2열)
20
20~35
18~23
16~22
17~20
15~22
30
30
1.5~2.0(1열)
-
쏘일네일 보강
2.25(1~2열)
25
-
2.5~3.0(1열)
-
두부정착용 앵커
콘크리트 캡
10
도로 깎기 비탈면 붕괴 복구
강관 Φ800mm
11
비탈면 활동 복구
강관 Φ508mm(12t)
1.0(1열)
14.5~24.5
두부정착용 앵커
12
단지 깎기 비탈면 붕괴 복구
H-형강 (H-300×300×10×15)
1.5(1열)
15
콘크리트 캡
13
도로 깎기 비탈면 붕괴 복구
H-형강 (H-300×300×10×15)
1.5(1열)
12
콘크리트 캡
억지말뚝 적용 사례
 붕괴 ① : 소규모 파괴 발생
 붕괴 ② : 대규모 파괴 발생
 붕괴 ③ : 중, 소규모 변위 발생
억지말뚝 적용 사례
현황
 Soil nailing 보강구간에 대규모 사면활동이 발생 -> 억지말뚝으로 사면보강
 사면 상부구간에서 추가로 사면활동이 발생함
 소구경 강관말뚝 추가시공에 의하여 안정성을 확보
보강대책
현상태(우기시)
Fs=1.075
파괴구간
억지말뚝 추가(우기시)
Fs=1.287
억지말뚝 추가 시공
억지말뚝 적용 사례
현황
 단지 조성사면에 배부름현상 발생 및 변위 지속적 증가
보강대책
<현장 현황>
Gas Production Area
<보강 단면>
Fuel Station Area
억지말뚝 Φ800, CTC 2.5m, L=25m
억지말뚝 Φ800, CTC 2.25m, L=25m
6. 국내 억지말뚝공법 사례분석 결과
 억지말뚝은 토사나 풍화대(풍화토, 풍화암)층이 두꺼워 사면활동 깊이가 깊을
경우에 적용성이 높은 것으로 조사되었고, 대체로 15~30m가 많이 시공됨.
 억지말뚝으로 사용되는 강관은 Φ406, 508, 609 및 800mm이며 이중 Φ508mm
(12t)가 가장 많이 사용됨 (이유 : 구득이 용이하기 때문)
 Φ165mm의 소구경 강관말뚝도 사용되고 있으며 강성이 부족하기 때문에
1열보다는 2열이상 시공하는 것이 적정함
 강관 주변에 시멘트몰탈이나 콘크리트를 채워 강도를 확보하나 내부에 H-형강을
삽입하고 채움을 실시하는 복합말뚝도 많이 사용됨
 억지말뚝의 설치간격은 1열 설치시 1.0~2.0m간격으로, 2열 이상 설치시에는
2.2~3.3m 간격으로 시공됨
7. 국외 억지말뚝공법 적용 현황
 지진으로 인한 비탈면 붕괴사례가 많은 일본에서 과거부터 많이 활용됨
 강관 직경은 Φ305~900mm 범위이며, Φ600mm가 가장 많이 사용됨
 말뚝 설치간격은 1.5~4.0m임
순번
적용 현장
1
댐 비탈면 붕괴 복구(일본)
2
도로 비탈면 보강(일본)
3
산사태 비탈면 보강(미국)
4
단지 붕괴 비탈면 복구(영국)
5
성토체 붕괴 복구(영국)
형식
간격(m)
길이(m)
비고
• 강관 D600 (12t)
• 3.0~4.0(2열)
20
콘크리트
• H-형강(H-350×350×15×15)
• 3.0~4.0(2열)
10~15
캡
• 강관 D500 (31t)
-
20
• 강관 D600
1.5
25
• 강관 D600
5
10
• 강관 D305
2.8
10
• 강관 D900
2.0
10
콘크리트
갭
8. Soil Nailing 공법의 강관 적용
균열, 절리, 파쇄발달 지반에서 보강재
휨전단력 부족
현황
 파쇄절리에 의한 사면붕괴시 보강재
의 휨전단력 확보 필요
- 기존 공법에 사용되는 보강재 강성증대 요구
- 기존 천공직경(Φ105mm)에 적용 가능한
보강재 직경 필요
- 품질확보가 가능하고, 재료수급이 용이한
KS
규격재료 요망
휨전단강도 부족에 따른 피해 사례
전단보강재를 삽입한 복합강관 압력식 네일링공법
이형철근(D29)
강관(Φ50.8)
복합강관(Φ50.8)
전단보강재를 삽입한 복합강관 압력식 네일링공법
 복합강관 재료 기준
기계적 성질
품명
규격
Φ48.6mm 이상
강관
(T=3.6mm±0.5mm)
비고
항복강도
인장강도
240MPa
410MPa
일반구조용 탄소강관
KSD3566(STK400 이상)
 복합강관과 스티프너의 형상 및 규격
구분
규격
구조용 탄소강관
강관
스티프너
(Φ48.6mm 이상, T=3.6mm±0.5mm)
각형
ㅁ 30 x 30mm (2.3mm)
간격재 설치간격
2.0~3.0m
간격재 크기
외경 Φ53.6mm 이상
 시공 사례
8
7
6
5
4
3
2
1
0
고속도로
일반도로
철도
단지
<2006~2010년도 적용실적>
9. 소구경 강관을 적용한 사면 긴급 복구 사례
 억지말뚝의 문제점
① 천공말뚝을 설치하기 위하여 대형장비를 사용하므로 시공성 저하
② 고강도 및 소구경 강관말뚝을 사용할 경우 장비 소형화로 사용성 증대
<공사용 가설도로 붕괴 진행
사진>
< 소구경 억지말뚝(외경139.8mm,
두께 6mm) 시공사진>
< 억지말뚝 보강 2열 보강>
9. 소구경 강관을 적용한 사면 긴급 복구 사례
< 억지말뚝 보강 후 사면 활동 억지 효과>
III. 강관 흙막이 버팀보 적용 사례 조사
1. 연구 방향
 흙막이 버팀보로 이용되는 강관과 H-형강의 공학적 특성 비교
 건축공사와 토목공사로 분류하여 강관 흙막이 버팀보 적용사례 조사
 고강도강관의 버팀보 활용도 분석
2. H-형강 버팀보와 강관 버팀보의 비교
구분
H-형강 버팀보
강관 버팀보
개념도
기술적 측면
시공적 측면
경제적 측면
적용 현황
- 강축/약축 구분 있음
- 비틀림에 대해 불리
- 수평/수직 보강재 필요
-
- 약축방향은 좌굴에 불리
- 버팀보 수평간격 제한적
연결 및 해체 등 세부 시공기술 보편화 되어 있음
보강재 설치/해체를 위한 추가공정 발생과 위험요소 있음
본 구조물 시공시 장애물 다수 발생
공사기간 상대적 불리
- 강축/약축 구분없음
- 좌굴 및 비틀림에 대해 유리
- 버팀보 수평간격 최대화 가능
-
- 수평/수직 보강재 불필요
플렌지 타입 이음부 보편화
신규 버팀보용 연결부 개발 완료
보강재 관련 추가공정 없음
버팀보 위에서 작업 공정 최소화 가능
본 구조물 시공시 장애물 최소화 가능
공사기간 최소화 가능
- 상대적으로 공사비 고가
- 소규모 현장에 유리
- H-형강 대비 15~40% 공사비 절감 가능
- 중대형 규모의 현장에서 유리
- 국내 및 일본에서 보편적으로 사용
- 국내 시공실적 다수 보유
- 북미, 유럽 등 국내와 일본을 제외한 다른 나라에서는 가장
많이 사용되는 버팀보 형식
4. 일반 강관 버팀보 적용 사례
 조사 대상 : 건축 및 토목분야 흙막이 가시설에 적용된 일반 강관 버팀보
H-Beam 버팀보와 강관 버팀보 비교
버팀 약축보강을 위한
수직, 수평보강재 설치
버팀의 좌굴강성 부족으로
중간말뚝 증가
버팀보 수평간격 확대
수직,수평 보강재 삭제
버팀의 좌굴강성 증가로
중간말뚝 감소
5. 고강도 강관 버팀보 적용 사례
 조사 대상 : 건축 및 토목분야 흙막이 가시설에 적용된 고강도 강관 버팀보
 조사 기간 : 2009년 ~ 2013년까지 공사 완료
 조사 개소 : 총 45 개소
 조사 및 분석 항목
 굴착규모(굴착 폭, 굴착 깊이)
 흙막이 벽체 종류
 흙막이 지지 강관 버팀보 제원
- 고강도 강관 버팀보 직경, 두께
- 버팀보 설치 간격, 길이
- 굴착 규모별 흙막이 지지 강관 버팀보 적용 수량(강재량)
구분
건축물
토목시설물
대분류
중분류
현장 개소
주요 규격
현장 개소
주요 규격
흙막이
지지공
건축 및 토목
시설물
28
Φ406.4×7~12t
17
Φ406.4×7~12t
조사 결과
 고강도 강관 버팀보의 적용 사례는 건축물이 62%, 토목시설물이 38% 차지하나
강재 사용량은 토목시설물이 건축물 적용 사용량에 비해 1.6배 이상 큰 것으로 분석됨
(토목시설물은 지하철 개착구간 및 지하차도와 같은 입체화공사 증가 주요인)
 건축물의 강재사용량은 평균 200ton/현장 이며, 도심지 밀집지역에서 소규모로 적용,
토목시설물의 강재사용량은 평균 500ton/현장으로 규모별로 다양하게 적용
 고강도 강관버팀보 적용 건축물과 토목시설물의 굴착심도는 평균 15m이며,
대부분 10~20m 굴착심도에 적용됨
 대심도 굴착시 구조적 안정성이 우수한 고강도 강관버팀보의 적용성 증가 예상
IV. 결 론
 최근 설계된 철도 교량기초의 말뚝기초 현황을 조사하고 분석한 결과,
1. 교각부는 PHC말뚝과 주도권 싸움이 치열한 상태이며, 교대부는 복합말뚝의 도전이 시작되고
있는 상태임
2. 말뚝기초는 소음에 관련된 환경문제로 매입공법(SIP, SDA공법)으로 많이 시공되므로 인하여
타격응력에 유리한 강관말뚝의 장점이 상쇄 됨.
3. 말뚝기초를 풍화토, 풍화암층에 지지시키므로 인하여 허용지지력은 말뚝강성보다 지반특성에
의해 좌우 되므로 PHC말뚝에 유리하게 작용하고 있음.
4. 시공법이 매입말뚝일 경우 지반의 지지능력이 타입말뚝에 비하여 저하되므로 말뚝재료의 강성
의 중요성이 저하 됨.
5. 최근 설계 VE, 최저가 낙찰제 등의 경제성이 우선시 되는 상황으로 설계과정에서 강관말뚝의
적용률은 상당 부분 PHC말뚝에 비해 감소되고 있음
 PHC말뚝에 대하여 강관말뚝의 경쟁력의 확보하는 방안은
-. 강관재료의 강도특성을 100%로 활용하기 위하여 연,경암 층에 말뚝 선단부을 설치
( 천공장비 성능 관련 조사)
-. SPT(N치)에 의한 설계법 개선
 사면보강용 억지말뚝의 활용 동향을 분석한 결과,
1, 억지말뚝으로 사용되는 강관말뚝 규격은 Φ400~600mm이며,
그 중에서도 기초말뚝용으로 구득이 용이한 Φ508mm이 가장 많이 사용됨
2, 소구경 강관말뚝은 아직까지 시공빈도가 많지 않으나, 대형 천공장비의 투입이
어려운 현장 에서 활용성이 증가 될 것으로 판단됨
3, 단면이 작아 중,대구경 말뚝에 비해 강성 부족한 소구경 말뚝의 경우
-> 고강도 말뚝의 활용 등, 재료 개선 필요
4, 사면보강공법으로 “전단보강재 삽입한 복합강관 네일링 공법”신기술 개발 및
설계 반영
 흙막이용 강관버팀보 사례를 분석한 결과,
1. 강관 버팀보는 강축, 약축 구분이 없어 H-Beam보다 좌굴 및 비틀림에 유리하고
수평, 수직 브레이싱이 필요 없어 시공성 유리
2. 지하철, 지하차도 등의 토목시설물이 지하주차장 시공을 위한 건축구조물
보다 강재 사용량이 많은 것으로 분석됨
3. 강관버팀보 제원 : Φ406.4(7~12t), 수평간격 3~5m,
길이는 10~50m(평균 28m)
4. 고강도 강관버팀보는 깊이 평균 15m 이상의 대규모 굴착에서 적용성 우수,
도심지 대규모 굴착 건축물 및 토목시설물에서의 시장점유율 증가 전망
 최근 말뚝 추세
1. 대구경 PHC 말뚝