This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
▶▶ R&D 기술 현장적용
고로슬래그를 활용한 PHC말뚝 김제용수로 현장 적용
▶▶ 녹색기술 인증
PSS 가시설 녹색기술 인증획득
▶▶ 기술 기획
송파구 Sinkhole 원인규명도로교 한계상태설계법 개정
▶▶ 우수기술 소개
원가절감형 PP수지 조립식 집수정 공법
▶▶ 건설정책동향
2015년 국토해양부 예산 편성안서울시 한전부지 매각후 도시계획서울시 도시고속도로 지하화 정책동향
▶▶ 기고문
산동용수로현장 - 최성규 소장
▶▶ 현장기술지원 현황
건축, 토목 분야 (2014년 05월 ~ 10월)
▶▶ R&D 활동
민간 의료시설 그린리모델링 국가정책 지원사업 참여
▶▶ 건설신기술 동향
2014년 05월~10월 주요신기술 소개
▶▶ 건설분야 학술대회 및 세미나 일정
2014년 11월~12월
1
8
11
33
39
48
50
51
54
56
▶▶ R&D 기술 현장적용
- 1 -
고로슬래그 골재를 활용한
PHC 파일 현장적용(김제용수로현장)
1. 개요
최근 산업의 발달로 생산하고 남는 산업부산물
처리에 대한 사회적 고민이 확산되고 있다. 또한
환경보존 및 관련 법규 강화에 따른 골재 수급의
제한으로 건설자재 제작의 단가 상승이 불가피
하고 발생되고 있는 상황이다. 환경보호와 원가
절감이라는 이중고는 건설자재 생산업체뿐만 아니라
이를 활용하는 시공업체들에게도 원가상승 요인으로
다가와 공사수익 저감을 유발하게 된다. 이러한
고민거리를 타개할 목적으로 산업부산물을 활용한
PHC 파일 제작을 연구기획하였으며, 관련 업체
(극동건설(시공)+아주산업(파일제작)+현대제철(고
로슬래그 골재 생산)들과의 컨소시엄을 구성하여
적극적인 협업에 의한 기술개발을 통하여 일반 PHC
파일과 대비하여 동등이상의 성능 및 품질을 확보
하며 제작단가를 낮춘 폐 서냉 고로슬래그 골재를
활용한 고강도 PHC 파일을 개발하여 활용하기에
이르렀다.
2014년 4월 개발 PHC 파일을 당사 김제용수로
현장에 실제 활용함으로써 개발기술의 구조적 안
전성 및 현장적용성에 대한 검증을 완료하였다.
< 김제용수로 현장 PHC 파일 시험 항목 >
본고는 폐 서냉 고로슬래그 골재를 활용한 고강도
PHC 파일의 김제용수로현장 적용에 따라 현장
시공시 계측결과를 중심으로 개발 PHC 파일의
현장적용성 부분을 소개하고자 한다.
2. 개발기술의 개요
최근 철강부산물의
발생량이 매년 증가
되고 있고 부산물 적
재에 필요한 공간부족
으로 사회적 문제로
확대되고 있는 실정
이다. <국내 슬래그 발생량>
1) 서냉(괴재) 고로슬래그
철을 생산하고 남은 철강부산물은 크게 고로
슬래그와 제강슬래그로 나뉘고, 다시 고로슬래그는
서냉(괴재)고로슬래그와 수냉(수쇄)고로슬래그로,
제강슬래그는 전로슬래그, 전기로슬래그로 나뉜다.
이렇게 발생되는 슬래그들은 대부분 2차 용도로
활용되어 지고 있다. 이중 수냉(수쇄) 고로슬래그는
부가가치가 높은 시멘트 혼화재로 사용되어 활용
도가 가장 높다. 수냉(수쇄) 고로슬래그를 제외한
슬래그(서냉, 전로, 전기로)들은 부가가치가 낮은
단순 매립용, 도로 성토용 등으로 사용되어 지고
있으며, 이중 남은 슬래그를 위한 슬래그 적재용
부지 확보 및 비산먼지 방지를 위한 추가시설이
필요하여 유지관리비용의 증가를 발생시키고 있다.
▶▶ R&D 기술 현장적용
- 2 -
< 제철소에서 발생되는 슬래그 분류 >
이러한 사회적 고민과 환경보호 및 원가절감이
가능한 재료를 활용하여 건설용 자재개발을 추진
하였다. 이중 성토용 재료로 사용되는 슬래그 부
산물중에 화학적 반응성분이 적어 콘크리트용
굵은골재로 활용이 가능한 서냉(괴재) 고로슬래
그를 활용하여 고강도 PHC 파일 제작 및 배합
기술을 개발하였다.
< 슬래그 주요 성분 및 용도 >
3. 개발 PHC 파일의 현장적용성 검증
개발 PHC 파일을 구조적 안전성 및 현장적용성
검증을 위한 다양한 현장시험 및 공인인증 평가를
수행하였다.
1) 개발 PHC 파일의 성능
개발 PHC 파일의 성능 시험은 한국건설환경시험
연구원에서 강도 및 성능에 대한 KS F 4306:2003
인증시험 만족하여 공인인증 획득하였다.
< 개발 PHC 파일의 성능 시험 >
또한 폐 서냉 고로슬래그 골재에 대한 규격 및
중금속 용출에 대한 검토는 한국화학융합시험연
구원에서 KS F 2544 시험을 통해 품질 기준 및
환경성 평가기준을 만족하였다.
< 서냉 고로슬래그 골재의 물리/화학적 검토 >
< 서냉 고로슬래그 골재의 중금속 용출 검토 >
2) 개발 PHC 말뚝의 현장적용성 검증
PHC 파일은 아파트, 교량 등 상부구조물에서
발생되는 하중을 지지층까지 안전하게 전달하는
것이 목적인 기초구조물이다. 이러한 기초구조물은
전체 구조물의 안정에 가장 중요한 구조물로 규모에
맞는 적정 성능확보가 요구된다. 이것이 PHC 파일
로서의 1차적인 목표이다. 이에 일반 PHC 파일과
폐 서냉 고로슬래그 골재를 활용하여 개발 PHC
▶▶ R&D 기술 현장적용
- 3 -
파일의 현장시공시 수행되는 계측결과를 통한 비교·
분석을 하여 개발 PHC 파일의 성능을 확인하였다.
- 현장적용성 시험현장 현황
PHC 파일이 적용된 구간은 당초 용수관로의
노선위로 2차선 지방도(성토고 H=5.4m)가 횡단
하는 구간으로 본선 용수관로를 보강하기 위한
보강공법으로 PHC 파일을 활용한 현장이다.
현장명금강Ⅱ지구 김제1-2공구
대단위 농업개발사업
공사내용농업 용수관로 설치공사
(용수관로 L=60.8km)
발주처 한국농어촌공사
< 현장 현황도(평면/종단면도) >
< 시공구간 지질주상도 (BH-2) >
- 현장시험 일정 및 시험항목
현장적용성 시험일정 및 항목별 시험은 아래와
같이 수행하였다.
일정 수행시험 비고
2014.04.21~04.24(4일간)
동재하시험 초기항타+재항타
타격시험 초기항타
2014.05.02(1일간)
수평재하시험
정재하시험
비디오분석 PHC파일 중공부
- 파일 배치 및 현장시험
용수관로 보강용 PHC 파일은 총 17본이 요구
되는 구간으로 본 파일은 일반 PHC 파일로 적용
하고 개발 PHC 파일은 최소(3본)로 하여 예상치
못한 개발 PHC 파일의 성능 불량을 대비하였다.
구분 PHC 파일 (Ф400)
시험파일
D-1 D-2 D-3 D-4 SD-1 SD-2
파일 Type
일반 일반 개발 개발 개발 일반
적용시험
정재하, 수평재하
타격시험(동재하
-초기항타)동재하 (초기항타+재항타)
< 파일 배치 현황 >
① 동재하시험(PDA에 의한 동재하시험)
동재하시험은 항타로 인한 말뚝의 변위와 가
속도를 분석하여 항타기의 효율적인 작동 여부,
말뚝에 작용하는 압축력 및 인장력, 예상지지력,
▶▶ R&D 기술 현장적용
- 4 -
말뚝의 손상정도 등을 계측하여 일반 PHC 파일과
개발 PHC 파일의 비교를 통한 성능분석을 실시
하였다.
< 동재하시험 과정 >
- 시험 PHC 파일의 제원
말뚝번호
관입깊이(m)
시험구분비 고
E.O.I.D Restrike
D-17.8 ○
일반파일7.8 ○
D-27.7 ○
일반파일7.7 ○
D-38.1 ○
개발파일8.1 ○
D-47.9 ○
개발파일7.9 ○
SD-1 8.3 ○ 개발파일(타격시험)
SD-2 8.5 ○ 일반파일(타격시험)
- Driveability 분석
타격시 말뚝에 전달된 항타응력, 타격에너지
및 관입저항의 변화 등을 분석하였다.
말뚝 관입깊이 BN 낙하고
(mm)CSX(MPa)
CSB(MPa)
TSX(MPa)
EMX(kN-m)
ETR(%)
시험시기
D-1
4.9m 120 700 37.2 21.9 4.1 42.3 86.3 E
7.8m 428 700 38.5 27.5 3.5 42.1 85.9 E
7.8m 4 800 39.3 29.1 4.4 47.7 85.1 R
D-2
5.0m 162 700 36.1 22.3 6.1 44.1 90.0 E
7.7m 339 700 34.3 27.7 2.5 39.2 80.0 E
7.7m 5 800 37.0 27.9 5.8 41.6 74.2 R
D-3
5.0m 140 700 35.2 21.3 4.8 40.1 81.8 E
8.1m 504 700 35.7 28.8 5.5 38.3 78.1 E
8.1m 10 800 41.4 34.3 4.2 44.7 79.8 R
D-4
7.9m 383 700 36.2 27.0 3.5 40.5 82.6 E
7.9m 2 800 42.0 33.4 3.7 49.0 87.5 R
SD-1
4.8m 115 700 32.8 22.9 3.9 35.0 71.4 E
7.8m 460 700 37.8 30.1 3.3 40.6 82.8 E
8.3m 644 700 35.9 32.5 3.7 38.7 78.9 E
SD-2
4.7m 148 700 27.2 19.6 3.0 34.8 71.0 E
7.8m 503 700 37.8 31.2 4.6 41.3 84.2 E
8.5m 717 700 37.2 33.0 4.3 40.1 81.8 E
※ BN : Blow Number(시험시 분석에 사용된 항타횟수번호)
CSX : 말뚝두부(gauge 위치)에서의 최대압축응력
CSB : 말뚝선단부에서의 최대압축응력
EMX : 말뚝두부(gauge 위치)에 전달된 타격에너지
ETR : 타격에너지 전달율
TSX : 말뚝에 작용하는 최대 인장응력
▶ 말뚝두부 및 말뚝선단부에서 측정된 최대
압축응력을 비교·분석한 결과 발생응력 수준
35MPa ~ 40MPa, 타격에너지 40kN.m 및
전달율 80% 수준으로 일반 PHC 파일과
개발 PHC 파일의 거동이 동일한 결과를
보였다. 이는 개발 PHC 파일의 내부에 유
해한 균열 및 중파가 발생되지 않은 것을
의미한다.
말뚝두부 최대압축응력(CSX)
말뚝선단부 최대압축응력(CSX)
▶▶ R&D 기술 현장적용
- 5 -
타격에너지(EMX) 타격에너지 전달율(ETR)
- 말뚝의 건전도 평가 (BTA 지수 평가)
타격시 에너지 전달 상태를 분석하여 말뚝 선
단부 파괴, 파일 내부균열 및 중파 여부를 BTA
값을 이용하여 분석한다.
BTA(%) = 손상을입지않은원래상태의파일단면적타격시에의해손상을입은파일단면적 (%
BTA = 200% 인 경우
: 항타로 인한 Wave 길이가 말뚝의 길이
보다 클 경우에 표시됨.
· BTA=80% 이상인 경우 :
: 본말뚝(Working Pile)으로 사용 가능함.
BTA(%) 손상도
100 Normal (손상 없음)
80∼100 Minor Damage (약간 손상)
60∼80 Major Damage (심한 손상)
60이하 Broken (파괴)
< 파일의 건전도 계수 >
▶ 동재하시험에 의한 말뚝의 건전성 평가를
통하여 개발 PHC 파일의 건전도를 확인하
였다. 일반 파일과 동일하게 타격후 손상이
발생되지 않았음을 알 수 있었다.
② 타격시험
현장적용성 시험에서 수행한 타격시험은 PHC
파일의 최종 관입량 2.0mm 이하가 될 때까지
타격량을 증가시켜 관입시키는 방법으로 이때까
지의 타격에 의한 PHC 파일의 중파 또는 균열
발생에 대한 분석을 통하여 PHC 파일의 성능을
검증하였다.
말뚝번호
관입깊이 BTA(%) 평가 비고
D-1
4.9m 100 Normal(손상 없음) E
7.8m 100 Normal(손상 없음) E
7.8m 100 Normal(손상 없음) R
D-2
5.0m 100 Normal(손상 없음) E
7.7m 100 Normal(손상 없음) E
7.7m 100 Normal(손상 없음) R
D-3
5.0m 100 Normal(손상 없음) E
8.1m 100 Normal(손상 없음) E
8.1m 100 Normal(손상 없음) R
D-47.9m 100 Normal(손상 없음) E
7.9m 100 Normal(손상 없음) R
SD-1
4.8m 100 Normal(손상 없음) E
7.8m 100 Normal(손상 없음) E
8.3m 100 Normal(손상 없음) E
SD-2
4.7m 100 Normal(손상 없음) E
7.8m 100 Normal(손상 없음) E
8.5m 100 Normal(손상 없음) E
< 파일의 건전도 평가 결과 >
< 타격시험 과정 >
말뚝
관입깊이(m)
최종관입량(mm/打)
BTA(%)
최종타격횟수(회)
말뚝허용지지력(kN / 본)
손상유무 비고
SD-1 8.3(E) 1.0 100 644 917.5 양호 개발파일
타격시험
SD-2 8.5(E) 1.8 100 717 980.7 양호 일반파일
타격시험
▶ 최종 관입량 2.0mm 이하가 될 때까지의 타
격을 수행한 결과, 육안 조사 및 BTA 측정을
통하여 PHC 파일에 손상이 발생되지 않은
것으로 분석되어 개발 PHC 파일은 현장적용시
요구되는 성능이상의 충분한 성능 및 건전성을
확보한 것으로 판단되었다.
▶▶ R&D 기술 현장적용
- 6 -
③ 파일내부 비디오분석
PHC 파일 타격과정에서 일반 PHC 파일 및
개발 PHC 파일내 균열발생 또는 중파여부를 시각
적으로 확인하여 타격관입시의 개발 PHC 파일의
건전성을 판단하고자 하였다.
< 비디오 분석 과정 >
· 개발 PHC 파일(D-3)
두부구간 중간구간 선단부구간
· 일반 PHC 파일(SD-2)
두부구간 중간구간 선단부구간
< PHC 파일 내부 분석 자료 >
▶ 큰 압축응력이 작용하는 말뚝두부의 상태가
건전하며, 전체적으로 파일 파괴(중파) 및
균열이 관찰되지 않은 양호한 상태로 확인
되었다.
④ 정재하 및 수평재하시험
PHC 파일의 기본적인 목적인 지지력 확보에
대한 분석을 수행하여 개발 PHC 파일이 충분히
건전하여 하중전달 및 지지력 확보에 문제가 없는
것을 확인하였다.
- 정재하시험
▶ 시험말뚝의 하중-침하 곡선에 의한 항복하중
분석을 실시하여 침하량 기준에 의한 허용
지지력 분석결과, 설계하중 800.0kN/본 이
상의 허용지지력을 확보한 것으로 분석되어,
개발 PHC 파일은 타격관입 이후에도 균열
및 중파가 없는 양호한 상태의 충분한 건
전성이 확보되었다고 판단할 수 있다.
< 정재하시험 과정 >
· 하중-침하곡선에 의한 항복하중 분석
말뚝허용지지력(kN/본) 최종
분석결과(kN/본)P-S logP
-logS S-logT P-ds/d(logT)
Davissons
D-3 900.0이상
900.0이상
900.0이상
900.0이상
900.0이상
900.0이상
· 침하량 기준에 의한 허용지지력
말뚝번호
최대재하하중(kN)
전침하량(mm)
순침하량(mm)
허용지지력(kN/본)
전침하량 기준 순침하량 기준
25.4mm 40.0mm(10%D)
10.0mm(2.5%D)
D-3 1,800 6.30 1.66 900.0이상 - 900.0
이상
- 수평재하시험
< 수평재하시험 과정 >
▶▶ R&D 기술 현장적용
- 7 -
▶ 수평재하시험결과, 재하하중 80.0 kN에서
총변위량 17.84mm로 분석되었으며, 허용
변위량 기준인 10.0(Chang's Method) 및
15.0mm(도로교설계기준)에 대응하는 최대
수평력은 각각 62.2kN/본, 74.1kN/본으로
분석되어 개발 PHC 파일은 재하하중
80.0kN 작용시 횡방향으로 충분한 강성을
확보하고 있어 현장적용시 요구되는 기준
수준 이상의 성능을 확보한 것으로 판단할
수 있다.
분석 기준 기준 변위 최대 수평력
Chang's Method 10.0 mm 62.2 kN
도로교시방서 15.0 mm 74.1 kN
3) 현장적용성 검증 결과
김제용수로 현장에서 실시한 폐 서냉 고로슬래그
골재를 활용한 PHC 파일에 대한 현장적용성 시
험은 PHC 파일 현장적용시 요구되는 다양한 시
험을 수행하였으며, 현재 일반적으로 사용되는
일반 PHC 파일과 개발 PHC 파일의 내구성 및
건전성 등의 성능에 대한 비교·분석을 통하여 성능
확보 여부를 판단하였다.
수행된 동재하시험, 정재하시험, 수평재하시험,
타격시험 및 타격관입 후 비디오 분석결과, 현장
적용시 요구되는 모든 시험항목에서 일반 PHC
파일의 성능 이상의 수준의 성능을 충분히 확보한
것으로 분석되어 현장적용에 안전한 성능이 확
보된 PHC 파일이라는 것을 확인하였다.
3. 개발 PHC 파일의 활용 방안
폐 서냉 고로슬래그 골재를 활용한 PHC 파일은
김제용수로현장에 실제 현장적용함으로써 PHC
파일의 구조적 성능 및 현장적용의 적정성을 확인
하였다. 또한 KS시험을 통하여 인증을 완료하였
으며, 폐 서냉 고로슬래그 골재의 중금속 용출 검
토를 통하여 환경기준이 만족된 재료인 것으로
확인되었다.
더불어 폐 서냉 고로슬래그 골재를 활용한
PHC 파일의 기술은 개발 참여업체가 공동으로
지적재산권(특허 10-2014-14682)을 확보하였으며,
계속적으로 녹색기술 인증을 통하여 PQ가점 확
보를 위한 업무를 진행중에 있다.
또한 개발 PHC 파일의 현장적용 확대를 통하여
기술개발을 통한 건설자재의 원가절감을 도모하고,
당사 적용에 따른 기술료 수입에 대한 협약이 체결
되어 있어 적은 금액이나 회사이익에 이바지할
수 있으리라 생각된다.
· 원가절감 예상금액 (예)
개발 PHC 파일 1ton당 제작단가 절감 1,500원
아파트 1개동 당 소요 PHC 파일 수 = 100본
아파트 10개동 현장인 경우 = 15,000천원 절감 예상
4. 맺음말
최근 업계에서는 친환경 기술개발에 박차를 가
하고 있으며 정부 정책적으로도 친환경 녹색성장을
앞세워 친환경 기술의 개발뿐만 아니라 현장적용을
독려하고 있는 실정이다. 이에 당사에서 기술개발에
참여한 폐 서냉 고로슬래그 골재를 활용한 PHC
파일은 최근 사회적 고민거리인 폐기물의 재활용
뿐만 아니라 원가절감을 실현한 친환경 원가절감
기술이라 할 수 있다.
더불어 개발기술의 당사 현장에서 활용 확대를
통하여 원가절감을 통한 경제적인 경쟁력 확보와
친환경 기술 활용을 통하여 당사의 친환경적 이
미지를 확대시킬 수 있는 계기가 되었으면 한다.
또한 향후 건설자재 개발에 대한 R&D 투자
확대를 통하여 사업경쟁력이 우수한 기술의 발굴,
개발 및 확보와 함께 개발기술의 현장 활용 확대를
통한 기술/사업 경쟁력 제고를 도모하여 지속적며
강하고 알찬 회사를 만드는데 밑거름이 되는 기술
개발을 추진하겠다.
마지막으로 개발 PHC 파일을 적용할 수 있도록
공사일정 협의와 장비 수급 등을 직접 관리해 주시고
높은 관심과 격려를 주신 당시 김제용수로현장
최영록 소장님과 정일승 차장님께 깊은 감사를
드립니다.
▶▶ 녹색기술 인증
- 8 -
PSS 녹색기술 인증 획득(탄소배출량이 절감되는 PS-S 흙막이 가시설 기술)
1. 녹색기술 개요
당 기술연구소에서는 2014년 9월 19일 만료되
는 녹색기술인 "탄소배출량이 절감되는 PS-S 흙
막이 가시설 기술" 이 아래와 같이 연장심사를 통
과하여 인증 확정되었음을 알려드립니다.
1) 녹색기술 명칭
탄소배출량이 절감되는 PS-S 흙막이 가시설 기
술
PS-S공법 개요도
2) 녹색기술 요약
본 신청 기술(PS-S공법)은 건설신기술 제640호
(2011.12.12)로 지정된 공법으로써 개착공법에 의
하여 지하구조물을 시공할 때 노면하중, 토압, 수
압 등을 지지하여 굴착지반 및 주변지반의 안정을
확보, 인접지반의 붕괴를 막기 위해 설치되는 흙
막이 가시설 구조물에 관한 기술로 프리스트레스
가 도입된 띠장재와 폐단면 각관 버팀보를 결합하
여 H-형강을 이용한 재래식 공법 대비 버팀보 설
치 간격을 3∼4m에서 최대 10m로 증가시켰으며,
H-형강보다 상대적으로 좌굴 및 비틀림에 대응성
이 좋은 구조단면을 가지고 있는 폐단면 각관 버
팀보의 사용으로 약축보강이 불필요해져 강재사용
량이 감소되는 저탄소 기술임.
2. 신청 기술의 특징
1) PS-띠장의 사용을 통해 통상 3∼4m의 버팀
보 설치 간격을 최대 10m로 확장시켰으며, 이러
한 효과로 장비작업을 위한 충분한 공간이 확보
됨.
2) 버팀보 및 중간말뚝의 소요 수량 감소로 공
사비 절감이 가능함.
3) 폐단면 각관은 좌굴 및 비틀림에 구조적으로
안정한 단면으로써 수평 및 수직 보강재와 같은
부수적인 보강이 필요 없기 때문에 공사비, 공사
기간, 시공성 및 구조안정성 등 모든 측면에서 기
존 H-형강보다 상대적으로 유리함.
4) 폐단면 각관에 특화 개발된 연결장치 및 부
속장치의 사용으로 용접이음을 사용하지 않기 때
문에 설치 및 해체 작업의 편의성을 증가시켰으
며, 볼트 사용을 적정화하여 홀천공으로 인한 모
재손상을 최소화 하였음.
5) 현장 시공시 주요 부재(PS-띠장재 및 폐단면
사각강관)는 기존 일반 공법들과 동일한 설치 및
해체 과정을 거치며 별도의 특수공정은 불필요함.
6) 각각의 주요 부재는 공장제품으로 품질의 신
뢰성이 우수함.
▶▶ 녹색기술 인증
- 9 -
PS-S공법 현장사진
3. 신청 기술의 구성
PS 띠장 폐단면 각관 버팀보
신청 기술(PS-S 공법)의 주요자재
단부연결장치 중앙연결장치 고정장치
신청 기술(PS-S 공법)의 부속장치
4. 신청 기술의 기술수준
1) 본 신청기술이 속하는 분야는 첨단그린주택
도시>저에너지 친환경 주택>저탄소 친환경 건축
자재(T060402) 중 “사용단계 탄소배출 절감”으로
건물 사용단계에서 기존 기술 대비 CO2 배출량
20% 이상 저감을 요구하고 있음.
2) 본 신청기술은 기존기술 대비 강재사용량(버
팀보, 보강 앵글 등) 감소로 인한 건설자재 사용에
의한 탄소배출량 뿐 아니라 그로 인한 작업성 개
선 및 용접작업 최소화 등을 통하여 공사기간도
단축되기 때문에 건설장비 사용에 의한 탄소배출
량 감소에도 기여하여 결과적으로 시공단계 탄소
배출량을 기존기술 대비 평균 40% 정도 감소할
수 있는 것으로 분석되어 본 신청기술이 속하는
분야인 사용단계 탄소배출 절감에서 요구하는 기
술수준인 20% 이상 저감을 만족하고 있음.
- 3
- 3- 551% 38%
34%
시공단계 원단위 탄소배출량(kgCO2/㎡) 비교
5. 녹색기술 연장심사결과
1) 인증 사항
- 지정번호 : 제 GT-12-00186 호
- 연장기간 : 2014년9월20일~2016년9월19일
- 기술분야 : 첨단그린주택도시> 저에너지 친환
경 주택> 저탄소 친환경 건축자재> 사용단계 탄
소배출 절감(CO2 배출량 20% 이상 저감)
- 연구기관 : 극동건설, 쌍용건설, 삼보기술단,
피에스테크
▶▶ 녹색기술 인증
- 10 -
2) 최종평가 결과
- 기술수준 만족여부 : CO2 배출저감량 20%이
상 확보됨을 확인함.
- 기술우수성 : 건설신기술 640호 지정증서 및
관련서류를 통해 기술 우수성이 인정됨.
- 녹색성 : 탄소배출량이 절감되는 측면에서 녹
색성이 인정됨.
6. 녹색기술 인증효과
당사 PQ 가점 획득 : 신인도 점수 +2점 유지
▶▶ 기술기획 - 송파구 씽크홀의 원인규명
- 11 -
송파구 Sinkhole의 원인규명
1. 지반침하 형태에 따른 분류
①침하(沈下, settlement) :
지반의 하향 변위를 말하는 광의적 표현
②함몰(陷沒, sinking) :
지반이 움푹 패인 형태로 침하된 것
③싱크홀(sinkhole) :
지반 내의 동공(hole)이 붕괴된 것으로 지하수
또는 인위적인 영향으로 발생한 동공이 원인
④ 동공(洞空, cavity) :
지반 내의 빈 공간, 싱크홀의 발생 조건 중의
하나 주로 지하수의 작용에 의해 발생하며, 암반
층인 경우 용식작용으로, 토사층인 경우 지하수
흐름에 따른 세립분의 이동(토사유출)으로 발생
※ 침하나 함몰의 경우, 지지력 부족으로 인한
변형, 흙의 압밀,
다짐부족, 지하수의 영향, 지장물의 영향 등
다양한 원인이 있다.
2. 지반함몰 발생원인에 따른 분류
① 싱크홀(자연적) : 석회암 지대 싱크홀
주로 석회암 지반에서 오랜 시간 지하수에 용
해되어 동공(동굴)이 생겼다가 동공 내에 채워져
있던 지하수가 빠지는 경우와 화산재 지반에서
홍수시 균열부나 틈새로 빗물이 침투하면서 일
시에 지반이 세굴되는 경우에 싱크홀 현상 발생
주로 해외 사례가 많으며, 우리나라는 강원도
삼척, 영월 지역이 석회암 지반으로 구성되어 있
어 이런 지반에서의 자연적인 싱크홀은 발생 가
능함
수도권은 대부분 화강암・편마암 지반으로 이
▶▶ 기술기획 - 송파구 씽크홀의 원인규명
- 12 -
러한 자연적 싱크홀발생 가능성은 없음
콰테말라 씽크홀
플로리다 씽크홀
② 지반함몰(경우1) : 토사지반 터널 굴진 등
의 원인으로 발생
지하수가 높은 토사지반에서 터널 등을 굴착
할 때, 전방의 지반이 붕락되어 터널 단면상부에
동공을 형성하게 되는 경우 발생됨
인천 도시철도 원형지반함몰(2012.2)
인천 도시철도 원형지반함몰(2012.2)
2012년 인천 도심지에서 발생된 지름 16m 규
모의 원형 함몰 발생됨
지중에 지하철 터널 굴진으로 서서히 상부 지
반이 침하가 되고 지중에 있던 상수관 누수가
중첩되면서 대규모의 토사 유실과 지하 동공이
형성되어 발생
발생형태가 (자연적)싱크홀과 유사하여 (인위
적)싱크홀로 불리기도 함
③ 지반함몰(경우2) : 상・하수도 등 지하매설
물 손상에 의해 발생
상하수도 등 지하 시설물의 누수로 인해 발생
되는 현상으로 가장 빈도가 많음
상하수도 연결부의 노후화, 지반 침하와 같은
외적 요인에 의한 연결부 파손으로 인하여 연결
부에서 누수가 발생되고 이때 토사가 물과 함께
빠져나와 점점 지반에 동공이 생겨 최종적으로
지반 함몰 발생
④ 지반함몰(경우3) : 굴착에 따른 흙막이 가시
설 배면 토사유실로 발생
구조물 등의 시공을 위한 지하 굴착시 발생되는
경우 지하수가 높은 토사 지반을 굴착하는 경우,
벽체를 따라 지하수 및 토사가 유출됨으로써 배면
지반에 동공이 발생하여 지반 함몰이 발생됨.
▶▶ 기술기획 - 송파구 씽크홀의 원인규명
- 13 -
교대역 사거리 지반함몰
방이동 먹자골목 지반함몰
⑤ 도로 포장면 포트홀(Pothole) - ※ 포트홀
(pothole) : 아스팔트 재료의 파손으로 생기며 지
반침하와 무관
침식 또는 마모로 도로 포장 표면에 발생한
움푹 꺼진 곳으로 지반 침하가 동반되지 않아도
발생하게 됨(지반 침하와는 무관)
아스팔트 포장면 균열부로 우수가 유입되는
경우, 차량의 반복하중에 의해 표면이 박리되어
움축 패이는 현상으로 우기에 많이 발생
3. 송파구 일대 동공 및 싱크홀 현황
공사가 한창인 서울 송파구 잠실동 제2롯데월
드 일대에서 싱크홀(sink hole)이 잇따라 발견되
면서 시민들이 불안감을 감추지 못하고 있습니
다. 싱크홀은 지하수가 유출돼 도로나 땅의 일부
분이 가라앉거나 무너져 깊은 구멍이 패이는 지
반침하 현상입니다.
그것도 최근 들어 부쩍 늘어났다는 제보가 들
어오고 있습니다. 이 때문에 일부에서는 제2롯데
월드 공사로 인해 인근 석촌호수의 수면이 계속
내려가고 있다는 보고와 맞물려 최근 잇따른 싱
크홀도 공사 때문이 아니냐는 우려 섞인 시선을
보내고 있습니다.
최근 언론에서 보도됐거나 제보, 신고가 들어
온 제2롯데월드 일대의 싱크홀 지점을 위치도에
모아 봤습니다. 주로 석촌호수 동쪽 방이동 일대
에 싱크홀이 집중된 것을 알 수 있습니다. 일반
시민들에게 이 정보를 공개하자 대중들의 반응
은 예상 밖으로 뜨거웠습니다. '당분간 롯데월드
쪽은 안 가야겠다' '위험하다, 여긴 가지 말자' '
이거 사고 나면 롯데에서 책임지는 건가?' 같은
우려의 글이 줄을 이었습니다. 안전에 대한 시민
들의 관심이 얼마나 높은지 알 수 있었습니다.
그런데 최근 새로운 조사결과가 나왔습니다.
서울시 전문가 자문단이 석촌호수 수위가 낮아
▶▶ 기술기획 - 송파구 씽크홀의 원인규명
- 14 -
지기 시작한 시점과 제2롯데월드 굴착 시기가
맞아떨어진다며, 제2롯데월드 공사로 지하 6층
깊이(37m)까지 터파기를 하면서 배수성이 좋은
지반에 균열이 생겨 지하수 유출량이 늘어난 것
으로 파악했다고 밝힌 겁니다. 2011년 11월에 1
차 굴착공사, 2012년 8월 2차 굴착공사가 완료
됐는데, 석촌호수의 수위 저하가 이 시점과 맞물
려 발생했다는 겁니다.
자문단은 제2롯데월드 공사 현장의 물막이 작
업에 대해서도 지적했습니다. 롯데 측과 블로거
들은 '슬러리월'이라 불리는 시멘트 구조물을 설
치해 물이 새지 못하게 막았다고 했지만, 전문가
들은 슬러리월 아랫 부분과 기반암 사이에 틈이
벌어져 지하수가 유출되고 있을 가능성을 제기
한 겁니다.
자문단은 또 이 경우 지하에 새로 생긴 물길
로 흙이 쓸려가 지반이 침하될 수 있다고 경고
했습니다. 하지만 롯데 측은 현장 일대가 튼튼한
호상편마암으로 이뤄져 있어 지반이 침하될 가
능성은 없다고 말하고 있습니다.
과연 누구의 말이 옳은 것인지 원인은 무엇인
지 살펴보도록 하겠습니다.
4. 송파구 일대 지질이력
먼저 송파구 일대의 지지현황을 객관적으로
살파보겠습니다.
다음 지도를 보면 제2롯데월드의 지층은 충적
층이며, 대표암석은 '흙, 모래, 자갈'이라는 지질
조사 결과가 나타납니다.
제2롯데월드 공사현장의 기반암은 서울시의
강남지역 동부 일대에 널리 분포하고 있는 호상
편마암이지만, 그 위에는 흙과 모래, 자갈로 구
성된 연약한 퇴적층인 충적층이 두껍게 자리잡
고 있습니다. 한국지질자원연구원이 제공하는 지
질정보검색시스템(mgeo.kigam.re.kr)에서 제공하
는 5만분의 1 지질도를 이용하면 곧바로 확인해
볼 수 있습니다.
또한, 제2롯데월드 일대를 비롯해 탄천과 양
재천 일대가 모두 연한 색의 충적층으로 구성돼
있는 것을 알 수 있습니다.
지금은 한강변에서 다소 떨어져 있지만, 제2
롯데월드와 석촌호수 일대는 과거 한강 본류가
지나는 강 한복판이었습니다. 과거 서울 잠실 일
▶▶ 기술기획 - 송파구 씽크홀의 원인규명
- 15 -
대의 지형을 지도에서 보면 잠실은 커다란 섬(하
중도)이었고, 한강이 그 잠실을 끼고 두 갈래로
갈라져 흐르는 것을 알 수 있습니다.
이 가운데 잠실 남쪽으로 흐르는 강이 한강의
본류이고, 잠실 북쪽과 오늘날의 광진구 사이를
흐르는 강은 홍수로 인해 생긴 물길이었다가 강
남과 잠실 일대의 개발이 시작되면서부터 오히
려 본류가 되어 오늘날의 모습을 갖게 되었습니
다. 그리고 남쪽의 구 한강 본류 가운데 그대로
남은 부분이 지금의 석촌호수입니다.
이 일대의 지층은 신생대 제4기에 조성된 퇴
적토양입니다.
한강이 상류에서부터 실어온 흙과 모래가 쌓
이고 덮여서 조성된 강바닥 지층이라 그리 튼튼
하지 않습니다. 지하 암반 사이사이에 지하수가
흐르는 수맥이 지나고, 이 지하수맥은 한강으로
곧바로 연결되어 있습니다.
5. 송파구 일대 씽크홀에 대한 의견
송파구 일대 씽크홀에 대한 롯데측과 서울시,
시민여러분등의 다양한 의견이 있습니다.
롯데 측은 제2롯데월드 공사를 위해 지하
37m까지 암반을 굴착해서 그 위에 대량의 콘크
리트를 들이부어 지반을 튼튼히 했다고 합니다.
막대한 공사비를 투입해 짓는 123층 건물이니만
큼 당연히 건물 자체는 튼튼할 것으로 예상됩니
다만, 문제는 제2롯데월드 주변의 약한 지층 위
에 살고 있는 수만 명의 주민들입니다.
전문가들은 지하수가 지속적으로 대량 유출될
경우 지하에 빈 공간이 생기고, 마침내 위에서
누르는 막대한 압력을 이기지 못해 싱크홀이나
토사 붕괴가 발생할 가능성을 배제할 수 없다고
말합니다.
당 연구소에서는 이러한 의견들 중 최대한 객
관적인 의견들을 종합해서 과연 씽크홀의 원인
은 무엇이고 향후 지반약화가 계속적으로 진행
이 될 것인가를 검토했습니다.
상기의 객관적인 사실들을 종합해 볼 때 지반
공학을 전공하는 엔지니어로서 검토한 결과 다
음과 같은 결론을 얻을 수 있었습니다.
첫째, 송파구일대의 하부 지반조건은 하상퇴적
▶▶ 기술기획 - 송파구 씽크홀의 원인규명
- 16 -
층과 호상편마암층임을 감안한 결과 자연적 씽
크홀은 발생하기 힘들며 현재 발생한 침하의 원
인은 전부 인위적인 공사에 의한 것입니다.
둘째, 롯데월드의 123층 대규모 공사 진행시
하부 37m 굴착을 할 경우 수위차에 의한 대규
모 펌핑작업이 불가피 했을 것으로 판단되며, 이
경우 토립자가 유실되어 상부 지반의 연약하는
불가피한 부분이고 공사 초기 호수의 수위 저하
는 롯데측의 공사영향이 주요 원인입니다.
셋째, 하부 연경암층은 암반으로서는 충분한
강도를 가지고 있지만 호상편마암임을 감안할
때 절리와 편리가 많을 것으로 추정되어 롯데월
드의 초고층 타워를 지지하기에는 지지력이 충
분히 나오지 않아 ∅1000 PRD 108개소에 의한
보강을 통한 직접기초로 시공된 것을 감안하면
롯데월드 본건물의 안정성은 이상이 없을 것입
니다.
넷째, 지반이 연경암임을 감안할 때 37m의 굴
착시 지하 슬러리월은 암반굴착이 매우 힘들어
근입깊이가 충분하지 못했을 것으로 예상되며
터파기 최대심도 전후에서 지반변형이 가장 심
했을 것으로 판단되고 이것은 가시설 계측데이
터와 시공시 롯데측이 계측양수량을 제시한다면
밝혀질 것으로 판단됩니다.
다섯째, 석촌역근처의 지하공동은 지하철9호
선 쉴드공법의 노선과 일치하고 충적층 내 장시
간 실드 기계가 멈춘 위치와도 일치하며, 상부
지하차도에 의한 제약조건으로 지반보강이 어려
운 곳에 집중되어 있는 것을 감안 할 때 롯데공
사의 영향과는 상관없으며 9호선 지하철 공사의
영향이 명백합니다.
여섯째, 9호선 노선과 일치하지 않은 석촌호
수 동쪽(송파구청쪽) 지반함몰의 경우 롯데월드
공사 영향에 의한 지하수 흐름에 의해 한강 본
류 매립지역의 토사가 석촌호수로 흘러 들어와
발생했을 가능성이 가장 클 것으로 판단됩니다.
일곱째, 롯데월드의 지하층이 주변에 비해 매
우 깊고 영구배수등을 지속적으로 진행한다면
지하수위 저하에 의한 유효응력의 감소와 하향
침투류에 의한 하중의 증가로 직접기초로 시공
된 소규모구조물과 도로등의 일부 지역에서의
국부적인 침하는 불가피할 것으로 판단되며 대
규모 씽크홀에 의한 붕괴등은 없을 것이며 시간
이 지나면서 안정화 될 것으로 판단됩니다.
위의 결론을 볼 때 근거 없는 소문과 루머로
마치 지금 살고 있는 집이 씽크홀에 빨려 들어
가 없어질 것 같은 불안감을 가질 필요는 없습
니다.
다만, 송파구일대의 지반은 자연적 씽크홀이
발생하는 지반이 아니므로 최근에 발생하는 침
하와 씽크홀은 대부분의 경우 공사영향에 의한
인위적인 영향으로 판단되며 제2롯데월드의 공
사의 가장 큰 문제점은 지하수위 감소에 따른
주변침하가 될 것으로 예상됩니다.
그러므로, 지하수가 빠져나간 땅 위에 사는 사
람들의 불안감을 고려해서라도 정보를 공개하고
납득할 만한 조치를 취해야 할 것입니다.
▶▶ 기술기획 - 도로교설계기준(한계상태설계법) 도입
- 17 -
도로교설계기준
(한계상태설계법)도입
1. 개요
최근 해외 건설시장의 확대에 따른 국내 건설
기술의 해외진출이 급격히 증가하고 있는 상황이다.
국내 시공 및 설계 기술력의 향상으로 인천대교
(주경간장 800m 사장교) 및 이순신대교(세계 4위
규모의 주경간장 1,545m 현수교) 등의 세계적인
교량뿐 만 아니라 사장교(Cable-stayed Bridge),
엑스트라도즈드교(Extra-dosed Bridge) 및 일반
교량의 설계/시공은 이제는 어렵지 않게 수행할 수
있는 기술력을 확보하였으며, 세계적으로도 경쟁력
있는 수준이라 평가받고 있다.
그러나 국내 도로설계기준은 1960년대 제정된
이후로 기본적인 틀이 바꾸지 않는 범위에서 2010년
까지 부분개정을 진행하였다. 이러한 도로교설계기준은
국내 특성 및 시공/설계 기술이 반영되지 못한 기준
으로 대부분이 일본이나 미국에서 제정된 도로교설계
기준을 단순히 번역하여 국내 실정 및 특성을 고려
하지 못한다는 평가받고 있는 실정이었다. 이러한
제한적인 설계기준은 국제적인 기술변화의 흐름을
반영할 수 없을 뿐만 아니라 국내 기술자들이 해외
시장에서의 역량을 펼칠 수 있는 환경이 만들어지지
않아 시공 및 설계에 대한 해외 기술의 의존도가
높아지는 상황을 만들었다.
국제적인 기술변화의 흐름을 반영하고 국내 기술자
들이 해외시장에서도 시공 및 설계 경쟁력을 확보할
수 있는 기본적 환경을 만들기 위해서 국제적으로
채택하고 있는 신뢰도기반의 설계기준을 연구하여
2012년 도로교설계기준(한계상태설계법)을 제정하게
되었다. 변경된 설계기준 적응을 위하여 2012년부터
3년간 유예기간을 두었으며, 2015년 1월부터 신뢰도
기반의 한계상태설계법을 반영한 시공/설계가 시행된다.
아직까지 새롭게 개정되는 신뢰도기반 한계상태
설계법에 대해 대부분의 기술자들이 친숙하지 않은
관계로 시공 및 설계 모든 면에서 혼란을 초래하고
있는 상황이나, 당장 3개월 후에 발효되는 한계상태
설계법의 내용을 개략적으로나마 이해하고 변화된
설계기준에 대해 친숙하게 되는 계기를 마련하고자
기본적 범위내에서 신뢰도기반 한계상태설계법에
대해 소개하고자 한다.
인천대교(사장교) 이순신대교(현수교) 거가대교(사장교)
< 시공완료된 대표적 국내 장대교량 >
▶▶ 기술기획 - 도로교설계기준(한계상태설계법) 도입
- 18 -
2. 신뢰도기반 한계상태설계법 개요
국내 도로교설계기준은 전 세계적으로 유일하게
구조물의 재료별로 설계기준을 다르게 적용하는
국가이다. 이러한 문제는 설계 및 시공시 기준의 혼란
등의 불편을 초래할 뿐만 아니라 신기술 및 신재료의
반영에 어려움을 가져왔다. 특히 허용응력설계법은 우리
기술자들에게는 친숙한 설계법이긴 하지만 1960년대
부터 오랫동안 적용되어 온 설계법으로 단일 안전율을
전체 구조물에 일괄적으로 반영하여 구성 부재들의
특성을 반영하기 어렵도 안전도 확보에도 문제가 제기
되며, 전체적인 안전율 확보를 위하여 부재가 커지는
단점이 있는 설계법이다.
구분 적용설계법
콘크리트 교량 강도설계법
강재 교량 허용응력설계법
PSC 콘크리트 교량 허용응력설계법+강도설계법
케이블 교량 허용응력설계법+강도설계법
< 국내 설계법 적용 현황 >
이렇듯 재료의 효율적 활용이 어렵고 합리적이지
못한 기존의 허용응력설계법 및 강도설계법을 국내
재료 및 환경 특성을 반영할 수 있으며 새로운 재료와
신기술 반영이 용이하고 보다 합리적인 설계가 가능
하도록 신뢰도기반 한계상태설계법을 개정하게 되었다.
또한 지금까지의 국내 연구성과 및 유지관리 데이터를
반영하였으며, 국제적으로 채택되고 있는 설계기준을
반영하여 국내 기술자가 국제적 경쟁력을 확보할 수
있는 계기를 마련하였다.
해외 건설시장을 보면 국가별로 독자적인 설계
기준을 제정하여 설계법을 도입한 국가는 대부분 한계
상태설계법을 채택하였으며, 특히 국내 다수의 업체
들이 진출하고 있는 동남아, 중남미, 중동 및 아프리
카 등의 국가에서는 자국의 독자적인 설계기준을 제
정하지 못한 상태로 Euro Code, BS Code, AASHTO
등의 선진 설계법(한계상태설계법)을 그대로 채택하여
설계 및 시공 발주를 하고 있는 실정이다.
도입배경 내용
국제기준 부합,국제적 경쟁력 강화
- 국제 표준에 부합하는 설계기준 필요
- 국제적 설계기준 도입으로 국내 설계기술의 국제적 경쟁력 강화
합리적 설계방법
- 오랜된 하중 모델 개선- 강구조와 콘크리트구조의
다른 설계법 통일- 비현실적이며 과다설계 개선
최신 기술 적용- 고성능 재료 적용이
가능하도록 유연성 확보- 국내 하중 및 재료 통계 반영
< 한계상태설계법 도입 배경 >
국가명 설계기준 명 국가명 설계기준 명
영국 BS Code 캐나다 CHBDC 2000
유럽 Euro Code 독일 DIN
일본 JSCE 2005 중국 콘크리트기준
미국AISC,
AASHTO
동남아,중남미,중동 등
Euro Code,BS Code,
AASHTO 등< 국가별 한계상태설계법 설계기준 현황 >
3. 한계상태설계법 기본 개념
개정되는 도로교설계기준(한계상태설계법)의 대표
적인 특징은 설계의 안전율에 대한 정의에 있어서
확률 및 통계에 기반한 신뢰도지수를 이용하여 나타
내고, 작용하중 모델의 결정과정에 축척된 실제 계측
자료를 활발하게 활용하거나 구조공학에 축적된 신
기술 및 신개념을 도입하여 지금까지의 국내 시공
및 설계 분야의 기술적 향상을 종합적으로 반영한
부분이다.
▶▶ 기술기획 - 도로교설계기준(한계상태설계법) 도입
- 19 -
3.1 한계상태 및 신뢰도지수
도로교설계기준(한계상태설계법)에서는 하중계수 및
저항계수와 같은 설계의 안전계수들을 결정하는데 있
어서 통계 및 확률 이론과 연관된 신뢰도지수를 이용
하여 보다 객관적이고 합리적인 방법을 도입하였다.
1) 신뢰도의 기본 개념
① 신뢰도
· 확률통계적 안전율의 개념을 수치적으로 객관화
시킨 지표
· 제시된 수명기간 동안 구조물이 의도된 성능에
대하여 파괴(failure)되지 않을 확률
· 신뢰도지수(β) 또는 파괴확률(Pf)로 표현
② 한계상태
· 파괴와 비파괴의 경계상태
· 파괴형태에 따라 여러 가지 한계상태가 존재
③ 신뢰도 이론
· 확률 및 통계의 기본이론을 바탕으로 구조물의
계획, 설계, 시공 및 유지관리에 발생하는
불확실성을 객관적인(수치적인) 방법으로 고려
하여 합리적인 구조물의 신뢰도를 확보하고자
개발된 이론
2) 신뢰도지수
<한계상태함수의 확률분포를 이용한 신뢰도지수 정의>
구 분 상 태g > 0 R > Q 안전(safe)g = 0 R = Q 한계상태g < 0 R < Q 파괴(fail)