구조물공 ❙ 129

구조물공

41

구조물공 교량 매입말뚝 공법 설계기준 개선 설계처-39

(2017.01.04)

1 검 토 배 경

교량 매입말뚝 공법이 상위기준과 ‘고속도로공사 전문시방서’ 및

설계내역서의 분류기준 및 명칭이 상이하고, 고정액 및 천공직경 등에

대한 시공성을 향상하기 위하여 관련 기준을 개선하고자 함

2 분 류 기 준

 매입말뚝공법 기준별 용어현황

KDS 24 14 50 교량하부구조

설계기준(일반설계법)

구조물기초설계기준

해설(2009)

고속도로공사

전문시방서(2012)

설계내역서,

단가산출서

선굴착 기성말뚝공법 -

선굴착 후 최종항타공법

(프리보링 타격공법)

-

-

SIP 공법

(선굴착 시멘트풀 주입공법)

시멘트밀크 공법

(SIP 공법)

SIP

-

SDA(DRA) 공법

(이중오거공법)

-

SDA,

SDA+T4

내부굴착말뚝

PRD 공법

(회전 관입공법)

내부굴착 후 최종항타공법

(DRA, PRD 공법 등)

PRD

시멘트풀 보강

(KDS 11 50 15 깊은기초설계기준)

선단고정액

(부배합비 적용)

선단근고액

(W/C = 70%)

선단근고액

(그라우팅)

〃

주면고정액

(빈배합비 적용)

주면고정액

(표준일축압축강도 490kpa 이상)

주면고정액

(W/C 150%)

-

평균배합비

(W/C = 0.83~1.0)

물-시멘트비

(W/C)

물-시멘트비

※ 매입말뚝공법의 비교(구조물기초설계기준해설, p384)

구분

공벽붕괴

방지책

경타 공기 공사비 품질관리 사용빈도 사용말뚝

SIP공법(경타) 없음 선택 실시 빠름 저가 용이 많음 PHC,강관

SIP공법(침설) 없음 미실시 미실시 중간 중간 어려움 적음 PHC,강관

SDA공법 케이싱 미실시 실시 중간 중간 중간 많음 PHC,강관

PRD공법 말뚝본체 미실시 실시 중간 고가 중간 많음 강관

비 고 실적용

공법

원리

실적용

상대적

비교

상대적

비교

상대적

비교

상대적

비교

공법원리

* 주) SIP(Soil-cement Injecetd precast Pile), SDA(Separated Doughnet Auger),

DRA(Dual Respective Auger), PRD(Percussion Rotary Drill)

130 ❙ 구조물공

3 고정액 및 천공직경 시공현황

 조사대상 : 9개 건설사업단, 73개 교량, 8,945본

◦ 공법분류 : SDA공법 7,763본(86.8%), SIP공법 1,182본(13.2%)

◦ 재료분류 : 강관말뚝 7,452본(83.3%), 복합말뚝 1,493본(16.7%)

 선단근고액 : 대부분 시방기준와 유사하게 시공

▶ 전문시방서 : 물시멘트비(W/C) 70% 이하

배합비(W/C) 말뚝갯수 비율(%)

소 계 7,452 100.0

60% 879 12.0

70% 6,573 88.0

 주면고정액 : 대부분 시방기준 보다 높은 시멘트비로 시공

▶ 전문시방서 : 표준일축압축강도 490kpa 이상 (W/C 150% 수준)

배합비(W/C) 말뚝갯수 비율(%)

소 계 8,945 100.0

60% 1,159 13.1

70% 1,844 20.6

90% 3,958 44.2

100% 1,148 12.8

150% 725 8.1

157% 111 1.2

※ 선단근고액과 주면고정액 동일한 배합비 적용 : 2,163본 (29.0%)

 복합말뚝(폐단말뚝) 선단근고액 설계 및 시공 : 상세기준 없음

▶ 전문시방서 : 개단말뚝 위주로 내부(H=4d+1m)를 채우도록 명시

(폐단말뚝의 경우 내부채움 불필요)

◦ 선단근고액 시공 : 640본 (42.8%)

◦ 선단근고액 미시공 : 853본 (57.2%)

 매입말뚝 굴착직경 : 대부분 말뚝직경 + 100mm 내외 시공

▶ 전문시방서 : 말뚝직경 + 100mm 이상

▶ 구조물기초설계기준해설 : 말뚝직경 + 100mm 정도

◦ 100mm 이상 : 7,211본(80.6%)

◦ 100mm 미만 : 1,734본(19.4%)

구조물공 ❙ 131

구조물공

4 문 제 점

 기준별 명칭 상이 및 설계 오류 발생

◦ 기준별 명칭 상이, 영문화된 명칭으로 설계과 다른 시공사례 발생

- 설계: SIP 공법 → 시공: 프리보링 타격공법 or SIP 공법 적용

◦ 지반조건 및 공법특성에 맞지않는 설계적용으로 설계변경 발생

- SIP 공법은 공벽붕괴 방지를 위해 굴착액을 반영하여야 하나 미반영

- 현장에서 공벽붕괴 사유로 SIP 공법을 SDA 공법 변경사례 발생

<구조물기초설계기준해설(2009)> (p383)

SIP공법은 공벽붕괴의 가능성이 있는 현장조건에서 사용이 곤란함을 알 수

있다. SIP공법에서 굴착액을 사용하여 굴착 중 공벽을 보호하려는 시도도 있

지만, 시공성 및 효과가 좋지않아 자주 사용하지 않는다.

 공법별 고정액(시멘트풀)에 대한 상세 기준 미흡

◦ 말뚝 공법 및 말뚝 재료 등을 고려한 상세 기준 미흡

- 선단근고액 : 폐단말뚝의 경우 내부채움은 불필요하나 설계사례 있음

- 주면고정액 : 시방서는 일수현상등고려말뚝주면공간의2～3배정도주입량산정

→ 설계시 주면공간 수량만 산정하나 시공시 설계대비 적게 시공

※ 매입말뚝 주면고정액 공사비 정산 부적정 감사지적(감사실-1792, 2016.9)

◦ 선단근고액과 주면고정액 배합비 상이로 시공성 불리

- 선단고정액과 주면고정액 동일한 W/C 적용 : 2,163본 (29.0%)

◦ 선단근고액과 말뚝내부채움에 대한 명확한 기준 부재

- 폐단말뚝은 선단근고액 중 내부채움, 타격 공법은 그 외 내부채움 삭제 가능

 매입말뚝 굴착 직경 시방기준 재검토 필요

◦ 전문시방서에서는 매입말뚝 직경 대비 100mm이상 굴착직경을

확보하도록 하고 있으나, 굴착직경은 구조적인 계산에 따라 산정

된 범위가 아니고 시공실적 축적 및 장비성능 향상 등으로 공법

특성 및 적용장비 등에 따라 탄력적인 적용 필요

132 ❙ 구조물공

5 개 선 방 안

 매입말뚝공법 분류 개선 (“도로교량 매입말뚝의 한계상태설계법 적용방안 연구” 참조)

◦ 고정액 명칭은 상위기준(구조물기초설계기준)에 맞춰 개정

- 시멘트밀크→시멘트풀, 선단근고액→선단고정액

◦ 공법분류 및 고정액(시멘트풀) 적용기준 정립

굴착

타격

방법

말뚝재료

(선단부)

고정액(시멘트풀) 공법분류

*케이싱 필요시 표기

기존공법

선단고정액 주면고정액 내부채움 설계표기

선굴착

항타 강관 × ○ × 선굴착 후항타공법 프리보링타격

경타

(압입)

개단말뚝 ○ ○ △(폐합효과) 선굴착 후경타공법

선굴착 후경타공법(케이싱)

프리보링타격,

폐단말뚝 ○ ○ × SIP,SDA,DRA

미타격 강관 ○ ○ ○ 선굴착 후선단근고공법 SIP(침설)

내부굴착

항타 강관 × × × 내부굴착 후항타공법 PRD

경타 강관 ○ × △(폐합효과) 내부굴착 후경타공법 PRD

* 주) 항타 : 말뚝 선단이 지반에서 말뚝 직경의 3배 이상 관입하도록 타격하는 것

경타 : 말뚝 선단이 지지층(굴착바닥면)에 안착될 수 있도록 타격하는 것

케이싱 : 말뚝 공벽붕괴가 예상되는 경우 적용

* 굴착 후 타격 시행시 주면고정액은 타격 후 주입 (미타격일 경우는 말뚝 내부채움)

☞ 필요시 케이싱, 굴착장비 표기 병행 : 예) 선굴착 후경타공법(케이싱+T-4)

 선단 및 주면고정액 배합비 통일

◦ 선단고정액과 주면고정액 동일한 배합비 적용으로 시공성 향상

- W/C = 70% (주면마찰력 확보를 위해 주면고정액 배합비 상향)

* 축소모형 매입말뚝 실험결과 W/C가 작은 경우 → 구근 형성 및 품질관리 유리

<구조물기초설계기준해설(2009)> (p384)

시멘트풀 배합비는 일반적인 조건에서 평균배합비(w/c=0.83~1.0)를 적용한

다. 그러나 마찰력 위주로 시공될 필요가 있는 경우, 또는 지하수에 의해 시멘

트풀이 희석되거나 시멘트풀이 유실될 가능성이 있는 경우는 부배합비를 적용

하는 것이 필요하다.

◦ 주입량은 시공현황, 배합비 상향 등을 고려하여 현재대로 설계

- 푸팅 설치 전 일수현상 확인 및 고정액 추가 채움 실시

- 고정액은 자동계량장치를 통해 시공 후 주입량 정산

구조물공 ❙ 133

구조물공

 매입말뚝 굴착직경 현실화

◦ 굴착직경은 말뚝직경+100mm를 기준으로 변경 가능하도록 개선

- 설계는 수량산출을 위해 말뚝직경+100mm를 기준으로 산출

- 시공계획서 작성시 감독원 승인에 따라 굴착직경 변경 및 정산

◦ 고정액(시멘트풀)은 자동계량장치를 이용하여 정산 시행

 매입말뚝공법 설계적용 방안

◦ 매입말뚝은 대부분 인접 지장물의 소음 및 진동에 대한 대책으로

적용되므로 항타공법 가급적 지양

◦ 지반 특성상 공벽유지가 불가능한 경우 효과가 확실한 케이싱

또는 내부굴착 공법 적용

◦ 개단형 강관말뚝은 선단고정액을 내부(4D+1m)까지 적용하나, 기성

콘크리트말뚝 등 선단폐쇄형 말뚝의 경우 선단고정액을 말뚝

외부에만 적용

◦ 말뚝내부 시멘트풀 완전 채움은 미타격(선단근고) 공법시에만 적

용하며 이 경우에는 강관말뚝 적용

◦ 고정액은 공법 및 말뚝재료의 특성을 고려하여 설계 체적의

100%를 계상하고, 시공 후 정산 시행

6 향후 추진계획

□ 현재 설계중인 노선부터 본 지침 적용

□ 향후 ‘고속도로 전문시방서’ 개정시 개선내용 반영 및

상위기준 개정시 개선내용 반영 건의

134 ❙ 구조물공