삼부토건 여규권 박사
▲ 삼부토건 여규권 박사
9월 2일 개최된 ‘강관파일 강점을 활용한 설계적용 및 최신 시공기술 세미나’에서 삼부토건 여규권 박사는 [건설용 파일 재료별 성능비교를 통한 강관파일의 강점과 경쟁력]이란 주제로 발표를 진행했다.

일반적으로 강관파일은 PHC 파일 대비 성능은 뛰어나지만 재료비 측면에서 불리한 것으로 인식되어 수평저항 등의 용도를 제외하고는 기피되고 있는 실정이다. 최근에는 강관파일 가격이 하락하고 있음에도 불구하고 수요자에게는 비경제적인 재료로 인식되어 적극적으로 검토되지 못하고 있다. 이에 따라 “강관파일의 장점과 경제성 확보 방안 등의 분석을 통하여 강관파일의 강점을 재조명 해야 할 필요가 있다”고 여 박사는 전했다.

여규권 박사는 여러 파일재료의 효율성을 비교하고, 강관파일의 효율적인 적용 사례를 찾아내기 위해 국토해양부, 대한토목학회 및 ** 도로 실제 설계 사례를 기준으로 삼아 실험을 진행했다.

국토해양부 관련 기준에 따라 해상조건에서는 최소 2mm의 부식두께가 적용되고, 육상(내륙)조선에서는 일반적으로 1mm의 부식두께를 적용한다. 한편, “최근 개정된 기준에서 강관파일의 부식두께를 감소해 적용할 수 있는 가능성을 열어두었고, 이를 통해 향후 강관파일 재료의 허용축력을 기존보다 상향 적용할 수 있는 근거가 마련되었다”고 여 박사는 설명했다.

여 박사의 실험 결과에 따르면, 같은 조건에서 PHC 파일 대비 강관파일(D508, t12)은 약 1.22배의 축하중을 지지할 수 있다. 고강도 강관파일(D508, t12)은 약 1.68배의 축하중을 지지할 수 있다. 또한 부식두께 1mm 적용 시, 강관파일 및 고강도 강관파일의 허용력을 10~14% 추가로 고려할 수 있다.

풍화암층 또는 약한 암반의 경우 강관파일의 재료효율이 가장 높은 것으로 나타났으며, 풍화암층이 1.7m 얕을 경우 파일을 연암층에 근입시켜 고강도강관을 사용하면 강관파일의 효율성을 제고할 수 있다.

파일 재료별 지지층에 따른 재료의 효율성 비교
▲ 파일 재료별 지지층에 따른 재료의 효율성 비교


한편, 구조물 기초의 재료로써 강관파일과 상대적으로 저렴한 PHC파일을 일대일로 비교하면 강관파일이 비경제적일 수 있다. 하지만 기초의 지지층과 하중조건을 고려하여 파일본수 및 푸팅의 크기를 최적화하여 경제성을 비교해야 한다.

여 박사는 전체 본 수와 간격 등을 지정해 풍화암 지지층에서 3차원 수치 해석을 진행했다. PHC를 적용할 경우, 단위 면적 당 최소 56본을 적용해야 허용응력 및 허용지지력을 만족시킬 수 있다. 하지만 강관파일은 49본으로 같은 효과를 낼 수 있다.

암반지지층에서는 강관파일 36본 CTC=3.0D를 적용해야 하는 상황에서, 고강도 강관을 적용할 경우, 30본 CTC=2.5D로 적용이 가능한 것으로 나타났다.

여 박사는 “풍화암 지지 PHC 파일 대비 암반지지 강관파일 적용 시 112.1%로 공사비가 다소 증가하나 본 수 및 푸팅크기의 감소로 공사기간 단축 및 시공성 향상이 가능하다”고 결론지었다. 또한 고강도 강관파일을 적용할 경우, PHC 파일 대비 83.7%로 경제성도 향상되는 것으로 나타났다.

한편, 시공 조건에 따라 PHC파일 공삭공 처리 시 폐자재가 발생하고, 지형 조건에 따라 지반굴착 및 가시설 비용을 추가할 경우, 강관파일의 경제성이 더 향상될 수 있다고 여 박사는 설명했다.

이와 더불어 두 파일 모두 공사비 구성항목 중에서 파일 재료가 차지하는 비율이 가장 크게 나타났다. 강관파일의 경우 파일 재료가 차지하는 비율이 69%에 달하며 PHC파일의 경우 44% 수준이다. “강관파일의 재료비가 낮아진다면 큰 폭의 공사비 절감이 가능한 구조”라고 여 박사는 조언했다.

선단부 확대를 통한 제품성 강관파일
▲ 선단부 확대를 통한 제품성 강관파일


또한 여 박사는 일본의 사례를 들어 강관파일 적용 확대 방안 사례를 소개했다. NSSMC와 JFE의 경우 회전 압입 시공을 위해 강관파일의 선반부를 보강한 제품성 강관파일을 적용하고 있다. 본 제품은 지하수의 흐름을 막지 않아 자연친화적 시공이 가능하며, 선단지지력이 증가하며, 재사용이 가능하다는 장점을 갖고 있다. 또한 소음의 감소로 도심지에서도 공사가 가능하다.

여 박사는 이러한 “일본의 강관파일 발전 방향을 벤치마킹을 할 필요는 있으나, 지반 조건에 차이가 많기 때문에 국내 실정에 맞게 개선이 필요하다”고 조언하며 발표를 마무리했다.

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