현장타설 콘크리트 말뚝 공법의 종류

제자리 콘크리트 말뚝은 현장에서 지중에 구멍을 뚫고 그 속에 콘크리트 또는 철근콘크리트를 충전하여 형성하는 말뚝을 말한다. 건축물의 고층화, 대형화 추세와 도심지 지가 상승으로 지하층 깊이가 깊어지고 있고, 민원 관리의 중요성이 부각됨에 따라 점 무소음·무진동 공법이 필요하게 되었다. 따라서 앞으로 제자리 콘크리트 말뚝의 사용 빈도가 늘어날 것으로 예상된다.

관입 공법에는 컴프레셜 파일, 심플렉스 파일, 페데스탈 파일, 레이몬드 파일, 프랭키 파일로 구분할 수 있다. 컴프레셜 파일은 1.0~2.5t 정도의 세 가지 추를 사용하여 끝이 뾰족한 추로 천공한 후 잡석과 콘크리트를 교대로 투입하면서 끝이 둥근 추로 콘크리트를 다져 넣은 다음 평평한 추로 다지는 방법이다. 지금은 거의 사용하지 않는 공법이다.

심플렉스 파일은 굳은 지반에 강관을 타입하고 콘크리트를 추로 다져 넣으며 외관을 빼내는 형식으로 말뚝을 설치하는 방법이다. 연약 지반에서는 얇은 철판으로 된 내관으로 콘크리트를 다지며 외관은 빼낸다. 초기의 공법으로 거의 사용되지 않지만 현장타설콘크리트 말뚝의 원리를 보여주는 공법이다. 페데스탈 파일은 심플렉스 파일 공법의 개량형으로 최저 부에 구근을 형성한다. 외관과 내관의 이중관을 소정 깊이까지 타입한 다음 내관을 빼내고 관내에 콘크리트를 부어 넣고 내관을 넣어 다지면서 외관을 천천히 빼 올리면 콘크리트는 구근형이 되는데 이와 같은 제자리 콘크리트 말뚝을 말한다. 시공성이 나쁘기 때문에 많이 사용하지 않는다.

레이몬드 파일은 얇은 철판으로 만든 외관에 심대를 넣고 때려 박아서 일정한 깊이에 도달한 후 외관 속에 콘크리트를 부어 다져 넣는 방법이다. 프랭키 파일은 심대 끝에 주철제 원추형 마개가 달린 외관을 추로 타격하여 마개와 외관을 지중에 타입하고 내부의 마개와 추를 빼내고 콘크리트를 다져 넣어 구근을 형성한 후 외관을 빼낸다.

굴착공법으로는 어스 드릴 공법, 베노토 공법, RCD 공법, 이코스 공법이 있다. 어스 드릴 공법은 미국 칼웰드사에서 고안, 개발한 어스 드릴이라는 굴삭기를 이용하여 대구경의 콘크리트 말뚝을 박는 공법으로 칼웰드 공법이라고도 한다. 끝이 뾰족한 강제 샤프트의 주변에 U자형으로 된 날이 연속된 천공기를 지중에 틀어박아 토사를 도려내어 구멍을 판 후 주변 토사의 붕괴를 벤토나이트용약을 넣어 방지하고 구멍이 완성되면 밑에 콘크리트를 부어 넣어 용액과 교환되게 한다. 베노토 공법은 직경 1~1.2m의 대구경 굴삭기를 써서 케이싱을 삽입하고 내부에 콘크리트를 채워 제자리 콘크리트 말뚝을 만드는 공법이다. RCD 공법은 현재 우리나라에서 가장 많이 사용하는 공법으로 물을 순환시켜 굴삭토를 배출하는 방법이다. 지하수위보다 2m 이상 높게 물을 채워 공벽에 2t/㎡ 이상의 정수압에 의해서 공벽의 붕괴를 방지하고 비트의 회전에 의해서 굴착한 다음, 굴착토는 물과 함께 로드를 통해서 역순환에 의해 지표에 배출된다. 안정액으로서 물을 사용하는 것이 어스드릴 파일과 다르다. 이코스 공법은 말뚝 구멍을 하나 걸러 가며 뚫고 콘크리트를 부은 다음 그 사이사이에 구멍을 뚫어 말뚝을 만들어 지수벽을 만드는 공법으로 고안한 사람의 이름을 붙여 웨더 공법이라고도 한다.

프리팩트 파일은 CIP 공법, PIP 공법, MIP 공법이 있다. CIP 공법은 오거 머신으로 말뚝 구멍을 굴착한 후 철근을 조립하고 모르타르 주입관을 삽입한 다음 자갈을 충전하고 모르타르를 주입하는 공법이다. 지지말뚝에 적합하다. PIP 공법은 스크류 오거로 소정의 깊이까지 뚫은 다음 흙과 오거를 함께 끌어올리면서 오거 샤프트를 통하여 모르타르·잔자갈 콘크리트를 주입하고 오거를 뽑아낸 후 조립된 철근 또는 형강을 모르타르 속에 꽂아 넣어서 말뚝을 형성하는 공법이다. MIP 공법은 파이프 회전용의 선단에 커터를 장치하여 흙을 뒤섞으며 지중으로 파고들어 간 다음 파이프 선단에서 모르타르를 분출시켜 흙과 모르타르를 혼합하면서 파이프를 빼내는 소위 소일 콘크리트 말뚝을 형성하는 공법이다.

지반개량이란 지내력이 불충분한 연약지반을 개조하여 그 지지력을 증강하고, 구조물을 부동침하를 저지하기 위해 인공적으로 토질을 강화·개조하는 것을 말한다. 지반개량은 지지력이 적고 신뢰성이 떨어지기 때문에 대규모 건축물에서는 적당하지 않지만 공사비가 저렴한 장점이 있다. 일반적으로 연약지반에서는 말뚝을 경질 지반까지 설치하는 지지말뚝이나 마찰말뚝으로 지정하는 설치하여 보강하는 것이 좋지만 현장 여건상 여의찮을 경우 적용하는 방법이다. 지반을 개량하는 방법은 여러 가지가 있으나 크게 분류하면 다음과 같은 종류들이 있다.

치환법은 연약토를 양질토로 치환하여 양질의 지지층을 만드는 공법이다. 탈수법은 주로 점토질 지반에서 사용하는 방법으로 지반 중의 수분을 탈수시킴으로써 지반의 밀도를 높이는 공법이다. 다짐법은 주로 사질 지반에 이용되며 진동·다짐에 의해 지반을 개량한다. 그라우팅공법은 연약지반에 약액을 주입하여 흙 입자 간의 공극을 채움으로써 지반의 지내력을 강화하는 방법이다.

시질 지반 개량으로는 진동다짐 공법과 압축 다짐 공법, 그라우팅 공법으로 분류할 수 있다. 진동다짐 공법은 지름 20cm, 길이 1m 정도인 진동기를 물을 분출시키면서 지반에 삽입하고 모래를 진동시켜 사질 지반을 다지는 공법이다. 진동과 물다짐을 병용하기 때문에 지반을 다져서 밀도를 크게 하여 지반의 지내력을 증대시키는 방법이다. 압축 다짐에 비해 다짐 효과가 좋고 시공 속도도 빠르지만 점성토 함유량이 20% 이상인 모래 지반에서는 다짐 효과가 작다. 압축 다짐 공법은 지반에 파이프를 관입하여 모래를 투입하고 이것을 진동하여 다지면서 파이프를 빼내어 모래말뚝을 형성하여 지반을 다지는 방법이다. 만들어진 모래말뚝은 간극수의 배수로 역할을 하게 되어 압밀을 촉진하고 말뚝 자체의 다짐에 의해 지반을 보강하게 된다. 점성토 함유량이 20% 이상인 모래 지반에서는 다짐 효과가 작다.