현장타설말뚝기초

1. 굴착
(1) 굴착은 항상 연직을 유지하도록 해야 하며, 허용 연직도 또는 경사도는 시공허용오차 에 따른다.
① 올케이싱공법
가. 최초에 설치되는 케이싱튜브의 압입방향이 연직도를 결정하는 중요한 요인이 되므로 짧은 것을 사용하지 않아야 한다.
나. 중간층이나 지지층에서 케이싱 튜브의 관입을 용이하게 하기 위하여 먼저 굴착해 두는 경우를 제외하고는 해머그랩과 케이싱튜브 날끝은 거의 같은 깊이를 유지하면서 굴착해야 한다.
② RCD공법
연직성 유지를 위해 굴착로드에 대해 직교 2방향으로 측량을 하고, 경연(硬軟)이 있는 지층과 단단한 지층은 굴착속도를 다소 느리게 하며 스태빌라이저(Stabilizer)나 웨이트 (Weight)의 부착을 고려해야 한다.
③ 어스드릴공법
연직으로 굴착하기 위해서는 캘리버(Caliber)의 연직성을 항상 보정해야 한다. 굴착 초기캘리버의 첫 번째 단으로 굴착할 때에는 압입장비를 사용하지 않고 천천히 굴착하도록하며, 최초의 버켓을 올렸을 때 먼저 설치해 둔 참고 중심점 등을 이용하여 그 굴착공의
위치를 확인해야 한다.
(2) 굴착속도는 지반조건을 고려해야 한다.
① 올케이싱공법
공내 주수로 보일링에 의한 공저의 붕괴를 방지해야 하며 굴착속도에 대해서도 주의를 기울여 적절한 방법을 사용해야 한다.
② RCD공법
굴착속도는 지반조건이나 사용기계의 성능을 고려하여 적절한 값을 유지해야 한다.
③ 어스드릴공법
가. 굴착속도는 케이싱 파이프의 길이나 안정액의 상태를 고려하여 공벽이 붕괴되지 않을 정도의 속도를 유지해야 한다.
나. 버켓(Bucket)이 공벽에 부딪히거나 버켓을 올리고 내리는 속도가 빨라 발생하는 수압의 불균형으로 인해 굴착벽면이 붕괴되지 않도록 해야 한다.
다. 굴착속도는 점성토층에서 5-10분/m, 사질토층에서 10-20분/m, 사력층에서 30-60분/m, 암반층에서 1-2시간/m 정도가 일반적이나 사용장비 및 적용공법에 따라 결정해야 한다.
(3) 소정의 깊이까지 확실하게 굴착해야 한다.
① 말뚝의 근입을 위한 굴착깊이는 시추결과와 굴착장비로부터 배토된 시료를 확인하여 결정하되, 필요시 시료에 대한 시험을 실시한다.
② 굴착 중 선단부에 대한 지반조건을 확인해야 한다. 이를 위하여 기초판 1개소 당 최소 1개소 이상의 말뚝에 대해 굴착 하부로부터 말뚝지름의 2배 이상 깊이까지 시료를 채취하여 확인해야 한다.
(4) 인접한 구조물이나 이미 시공이 완료된 말뚝에 나쁜 영향이 미치지 않도록 해야 한다.

 

 

2. 공벽의 붕괴 방지
(1) 굴착기계의 종류, 지반조건 및 시공내용에 따라 케이싱튜브 또는 굴착안정액 등으로 공벽의 붕괴를 방지하도록 한다.
① 올케이싱공법
가. 케이싱튜브는 이중관을 사용하도록 하며 부득이하게 단일관을 사용하는 경우에는 작업의 상황에 견딜 수 있는 안전성과 강성을 갖는 것을 사용해야 한다.
나. 케이싱튜브의 조립은 공저로부터 길이 6m인 규격품으로 된 것을 잇고, 상부에서 짧은
치수의 것을 잇는 것이 일반적이며 필요 길이는 요동밴드가 차지하는 폭을 포함하여
[굴착깊이+1m]를 표준으로 한다.
② RCD공법
가. 스탠드파이프는 유해한 변형이 생기지 않는 강성이 있는 것을 사용해야 한다.
나. 스탠드파이프의 설치는 파이프 주변지반의 교란을 방지하기 위하여 1회의 작업으로 확실하게 완료해야 하며 지반에 따라서는 설치 후의 방치시간이 지수성 향상을 위하여 필요한 경우도 있으므로 이에 대해서는 신중히 검토해야 한다. 스탠드파이프의 길이는 지반이나 지하수의 조건과 밀접한 관계가 있으므로 시험말뚝의 결과를 참고로 하여 결정해야 한다.
다. 공벽붕괴 방지를 위해 필요하다고 판단될 경우는 케이싱튜브를 사용할 수 있다.
③ 어스드릴공법
가. 어스드릴공법은 안정액 또는 공벽붕괴 방지용 표층케이싱에 의하여 공벽의 붕괴를 방지하면서 굴착해야 한다.
나. 지표근처에서 붕괴의 위험이 있는 지반에 대해서는 표층케이싱을 삽입해야 한다.
다. 공벽붕괴 방지를 위해 필요하다고 판단될 경우는 케이싱튜브를 사용할 수 있다
(2) 굴착 중에 공내 수위를 바깥 수위보다 저하시켜서는 안 된다.
① 올케이싱공법
가. 지하수위가 공저보다 낮은 경우에는 공벽은 케이싱튜브에 의하여 보호되므로 굴착깊이와 튜브 하단 위치와의 관계를 엄수하면서 굴착해야 한다.
나. 지하수위가 높은 경우에는 그 수위 이상으로 공내 수위를 유지하여 보일링 발생을 방지해야 한다.

② RCD공법
가. 공벽의 붕괴를 방지하기 위하여 바깥 수위보다 2m 정도 높은 공내 수위를 유지해야 한다. 지하수위가 지표면으로부터 2m 이상의 경우와 2m 이내에 위치할 경우 공내 수위의 정도를 나타낸 것으로 스탠드파이프의 길이에 대하여 신중히 검토해야 한다.
나. 굴착 중 투수에 따른 급격한 공내 수위의 저하나 압력을 동반하는 지하수 공급에 의한 공내 수위 상승으로 인한 수위의 변화에 대응 가능한 설비를 비치하여 적절한 공내 수위를 유지해야 한다.
다. 굴착 중에 중간 불투수층을 뚫고 순간적으로 수위가 변동하는 긴급한 사태가 발생할 우려가 있는 경우에는 그에 대처할 수 있는 급수 설비를 비치해야 한다.

 

지하수위가 지표면으로 부터 2m 이상 깊어 공내 수위를 지표면 이하로 유지하는 경우

 

지하수위가 지표면으로 부터 2m 이내에 있어 공내 수위를 지표면 이상으로 유지하는 경우

 

③ 어스드릴공법
공벽의 붕괴를 방지하기 위하여 안정액의 품질과 수위의 관리를 적절히 해야 한다. 지반에 따른 안정액의 요구조건은 다음과 같다.

 

 

지반에 따른 안정액의 요구 조건

지반	점성	비중	pH
모래섞인 실트	20 - 30	1.02	7 - 11
모래 N<10	45 이상	1.06
10≤N≤20	25 - 45	1.05
N>20	23 - 25	1.03
점토섞인 모래 자갈	25 - 35	1.04
모래자갈	45 이상	1.07

 

주) 점성은 Funnel Cone 점도계(용량 500cc 기준)에 의한 측정치임

 

 

3. 굴착토사의 처리
(1) 현장타설말뚝의 굴착은 그 대부분이 지하수위 이하의 지반을 대상으로 하므로 굴착토사나 공내수는 주변환경에 나쁜 영향을 주지 않도록 처리해야 한다.
(2) 특히 시가지의 경우 굴착토사나 공내수의 처리방법이 적절치 못하면 공사의 진행에 중대한 영향을 미치는 일이 있으므로 특수한 덤프차나 탱크차, 그리고 기계적, 화학적인 처리법에 대해서도 검토하여 사용해야 한다.

 

4. 슬라임 처리
(1) 수중 굴착에 의한 안정액이나 흙탕물 중 부유물의 침전, 공벽의 표토탈락 및 철근망을 넣을 때 공벽과의 마찰로 인한 슬라임은 굴착 직후부터 콘크리트타설 전까지 공저에 잔류할 수밖에 없다. 이대로 콘크리트를 치면 말뚝의 품질이나 지지력 발휘에 악영향을 주
므로 반드시 슬라임을 처리해야 한다.
(2) 슬라임 처리 시기는 굴착 직후 시행하는 1차와 콘크리트 타설 직전 시행하는 2차로 나눌 수 있다.
(3) 1차 슬라임 처리방법은 Air Lift방식(Surging방식), 수중펌프방식, 흡입펌프방식, 공회전방식 등이 있으며 현장여건 및 사용공법을 고려하여 효과적인 것을 선정해야 한다.
(4) 2차 슬라임 처리방법은 철근망을 넣은 후 콘크리트 타설 직전 슬라임을 처리하는 방법으로 Air Jet방식 등이 있다.

 

5. 철근 배근 및 철근망 설치
(1) 철근의 가공 및 조립은 설계도서와 시공계획에 의해 주철근을 조립용 띠철근에 따라서 소정의 간격으로 배근해야 한다.
(2) 띠철근은 주철근과 직각으로 배근되게 하며 특히 철근망 상ㆍ하단의 조립용 띠철근은 철근망을 매달아 넣거나 세워 넣을 때 이용되므로 작업 시에 연직도가 확보될 수 있도록 배근해야 한다.
(3) 띠철근과 주철근의 접합은 일반적으로 아크필렛용접으로 하며 용접으로 인해 주철근 및 띠철근에 단면감소에 의한 결함이 생기지 않도록 주의하여 작업해야 한다.
(4) 철근망의 매달아 넣기는 철물로 철근망 상단의 조립용 띠철근을 매어 연직성을 유지하면서 흔들리는 것을 방지해야 한다.
(5) RCD공법이나 어스드릴공법에서는 철근망의 요동이나 경사에 의하여 공벽의 붕괴를 일으키기 쉬우므로 주의하여 굴착 공내에 강하시켜야 한다.

 

철근망 매달아 넣기 예

 

(6) 철근의 자중 및 공저에 도달하였을 때의 충격에 견딜 수 있도록 철근망의 이음을 견고한 구조로 해야 한다.
(7) 철근망을 넣을 때 상ㆍ하 철근망태의 이음은 겹이음으로 하며 주철근의 겹이음부를 철선으로 잇는 것만으로는 불충분할 경우에는 상ㆍ하 철근망의 조립용 철근을 서로 단단히 연결하거나 겹이음부의 주철근을 서로 필렛용접으로 접합해야 한다.
(8) 철근망에는 반드시 스페이서를 붙여서 소정의 덮개를 확보해야 한다. 스페이서는 철근망 삽입 시에 떨어져 나가든가 공벽을 깎는 일이 없는 형상으로 한다.
(9) 스페이서는 보통 깊이 방향으로 3～5m 간격, 같은 깊이에 4～6개 정도 붙이며 스페이서의 돌출높이 및 공벽 또는 케이싱 내면과의 빈틈은 공벽면의 굴착정밀도와 케이싱을 뽑을 때에 따라오는 것을 방지할 수 있도록 정해야 한다.
(10) 해양환경에 설치되는 말뚝의 철근은 KS D 3504에서 제시하는 도장된 철근을 사용하여 부식에 대하여 고려해야 한다.
(11) 콘크리트 타설 및 케이싱 인발시 철근망 부상방지를 위한 시설을 설치해야 한다.

 

6. 콘크리트 타설
(1) 현장콘크리트 타설 직전에 Air Jet 등 2차 슬라임 처리방법을 통하여 저면의 침전물을 제거하고, 콘크리트 타설 시는 콘크리트 운반계획을 수립하여 연속타설이 되도록 해야 한다.
(2) 트레미관의 뽑기 높이를 파악하고 말뚝의 공칭지름 확보여부를 확인하기 위하여 콘크리트 타설량과 타설높이, 케이싱튜브 묻힘깊이를 항상 측정해야 한다.
(3) 콘크리트의 유출 시에 타설면 부근의 레이턴스(Laitance) 및 밀고 올라가는 슬라임 등의 혼입을 막기 위하여 트레미를 굴착공의 중심에 설치하고 그 하단은 친 콘크리트 상면으로부터 항상 2m 이상 넣어두어야 한다.
(4) 케이싱튜브를 뽑을 때에 철근이 따라오는 것을 방지하기 위하여 케이싱튜브내면은 항상 청소해둔다. 케이싱튜브 하단을 콘크리트 타설면으로 부터 올리면 공벽토사가 타설된 콘크리트 속으로 혼입되는 일이 있으므로 케이싱튜브 하단은 콘크리트 상면으로부터 2m 이상 내려두어야 한다. 따라서 트레미관과 콘크리트타설 높이를 측정할 때 케이싱튜브의 하단 위치도 측정해야 한다.
(5) 말뚝머리부분은 일반적으로 콘크리트의 품질이 저하되므로 1m 정도의 콘크리트를 여분으로 타설하고 굳은 후에 설계높이까지 제거한다. 다만 이 여분의 콘크리트 타설량에 대해서는 말뚝길이나 지반조건에 따라서도 달라지므로 적절한 길이를 선정해야 한다.
(6) 지중에 콘크리트가 타설되는 경우에는 온도변화, 건조 등의 유해한 영향을 받는 일이 비교적 적으나 소정의 강도 확보 시까지 훼손되지 않도록 한다.
(7) 콘크리트의 수화열이 문제가 될 만한 지름의 말뚝에 대해서는 별도의 검토가 필요하다.
(8) 트레미관 인발 시는 트레미관 선단부의 수중 노출로 인한 콘크리트 재료분리가 발생하지 않도록 주의해야 하며, 콘크리트에 묻힌 깊이를 확인하면서 인발해야 한다.
(9) 콘크리트 타설이 끝난 후 케이싱튜브 인발시 콘크리트가 서서히 내려앉은 경우에 추가로 요구되는 콘크리트량을 고려해야 한다.
(10) 콘크리트 타설이 완료된 후 지체 없이 케이싱튜브를 인발해야 한다. 시간의 지연으로 인하여 발생하는 문제는 수급인 부담으로 원상복구 해야 한다.
(11) 케이싱튜브의 과도한 인발로 인한 공벽붕괴에 주의해야 한다.
(12) 수중콘크리트 타설 시 초기의 재료분리 방지를 위하여 트레미와 선단부분에 캡 또는 플란저(Plunger)를 삽입해야 한다.

 

7. 시공기록
현장타설말뚝의 시공에 있어서는 각 말뚝의 굴착 도중, 철근을 세워 넣을 때 및 콘크리트를 타설 할 때 각 단계마다 기록을 해 두어야 한다. 특히 콘크리트의 품질에 대해서는 시공 후의 검층이 곤란하므로 콘크리트의 타설(콘크리트량, 콘크리트 타설 높이, 트레미파이프 및 케이싱튜브의 묻힘깊이)에 대해서는 상세한 기록을 해야 한다.

 

8. 시공허용오차
(1) 말뚝머리의 기준고에 대한 허용오차는 ±50mm로 한다.
(2) 말뚝의 연직도나 경사도는 1/100 이내로 한다.
(3) 말뚝타입 후 평면상의 위치가 설계도면의 위치로부터 100mm 이상으로 벗어나지 않아야 한다.
(4) 상기의 시공허용오차 이상으로 설계도면과 상이한 경우에는 구조해석 등을 수행하여 안정성 확보여부를 판단해야 한다.

 

9. 현장품질관리
1) 건전도시험
(1) 적용범위

현장타설말뚝에 대하여 말뚝의 성능을 저하시킬 수 있는 결함의 존재 여부를 파악하는 건전도 검사로 공대공 초음파 검층을 실시할 경우에 적용한다.
(2) 검층용 튜브 설치
① 검층용 튜브의 내부는 녹발생이나 막힘이 없어야 하며, 연결부위는 커플링에 의한 나사연결 방식 또는 용접 방식으로 완전방수를 해야 한다.
② 검층용 튜브는 철근망 내에 <표 5-5-2>에 해당하는 수량을 결속하며, 전체 말뚝길이에 대하여 매설한다.

 

원형말뚝의 크기에 따른 검층용 튜브의 개수

원형말뚝의 크기(지름, D) (m)	검층용 튜브의 개수	비고
D ≤ 0.6	2 이상
0.6 〈D ≤ 1.2	3 이상
1.2 〈D ≤ 1.5	4 이상
1.5 〈D ≤ 2.0	5 이상
2.0 〈D ≤ 2.5	7 이상
2.5 〈D	8 이상

 

③ 검층용 튜브의 하단부는 철근망 하부면과 가능한 한 일치시키되 말뚝 선단부의 지반조건을 고려하여, 철근망 근입 시 튜브가 휘어지거나 튜브의 하단부가 파열되지 않도록 50～100mm 정도 짧게 설치할 수 있다.
④ 검층용 튜브와 튜브의 간격은 일정한 거리를 유지해야 하며, 가능한 한 서로 평행을 이루도록 해야 한다.
⑤ 검층용 튜브의 상단부는 검층이 용이하도록 현장타설말뚝의 완성 마무리면 이상으로 돌출되도록 해야 한다.
⑥ 검층용 튜브의 양단부(상ㆍ하부)는 이물질이 유입되지 않도록 방수마개를 해야 하며, 시공중에도 손상되지 않도록 주의해야 한다. 감독자/감리원이 검층 대상으로 선정한 말뚝에서 검층용 튜브의 막힘 또는 손상이 발생한 경우, 검층이 가능하도록 조치해야 한다.
⑦ 콘트리트 타설이 완료되면 즉시 검층용 튜브 내부를 깨끗한 물로 채워 두어야 한다.
(3) 현장타설말뚝에 대한 공대공 초음파검층 시험빈도 : <표>참조

 

공대공 초음파검층 시험빈도

평균말뚝길이(m)	시험수량 (%)	비고
30 미만	20	수량 : 교각기초(Footing)1)당 말뚝수량에 대한 백분율 (단, 교각기초(Footing)당 최소 1개소 이상)
30 이상	30

 

주1) : 상ㆍ하행선이 분리된 교각기초의 경우는 각각 별도의 교각기초로 간주하여 수량을 결정하며, 단일말뚝교각(Pile Bent)의 경우에는 말뚝별로 검층을 실시한다.

 

(4) 공대공 초음파 검층은 콘크리트를 타설하고 7일 이상 경과한 시점부터 30일 이상 경과하기 이전에 실시해야 한다.
(5) 검층방법
① 검층용 튜브 내부의 발신센서와 수신센서는 말뚝길이 방향과 직교하는 동일 평면상에 놓이도록 케이블의 인입ㆍ인발 길이를 조절해야 한다.
② 초음파 발신 및 수신케이블의 길이는 검층대상 말뚝의 길이가 고려된 길이를 확보해야 한다.
③ 초음파 검층의 측정심도는 초음파 발신과 동시에 기록하며, 말뚝의 선단부로부터 발신센서와 수신센서를 동시에 끌어올리면서 연속적으로 측정해야 한다.
④ 검층자는 한 쌍의 발신센서 및 수신센서에 대하여 초음파 전파시간, 에너지 강도, 주시곡선의 형태(Waveform)로 말뚝심도에 따라 나타낸 프로파일(Profile)을 모니터 화면상 또는 프린트 출력을 통하여 측정한다. 이때 말뚝에 설치된 검층용 튜브의 개수별로 조합 가능한 모든 경로에 대하여 측정을 실시하고, 경로별로 발ㆍ수신센서의 위치를 세로축으로 초음파 도달 시간을 가로축으로 하여 50mm 이하의 깊이 간격으로 수신센서가 감지한 초음파 신호를 기록 및 저장한다.
⑤ 검층이 끝난 후 검층용 튜브는 감독자/감리원의 검층에 대한 판정이 있을 때까지 이물질이 들어가지 않도록 보호덮개를 해야 한다.
(6) 건전도 판정
① 공대공 초음파 검층에 대한 건전도 등급은 <표>에 의거하여 판정하고, 깊이별, 경로별 등급 분류표를 공대공 초음파 검층 보고서에 수록해야 한다. 이 때 B, C, D 등급 구간이 존재하는 경우 초음파 신호 기록에 해당 구간 및 등급을 표시해야 한다.

 

공대공 초음파 검층 등급 기준

등급	판정기준	비고
A (양호)	- 초음파 주시곡선의 신호 왜곡이 거의 없음 - 속도저감률 10% 미만	Rd(%) = (1-T0/T)×100 Rd : 결함부 속도저감률 T : 결함부 초음파 최초 도달시간 T0 : 결함부와 인접한 무결함부 초음파 최초 도달시간
B (결함의심)	- 초음파 주시곡선의 신호 왜곡이 다소 발견 - 속도저감률 10% 이상, 20% 미만
C (불량)	- 초음파 주시곡선의 신호 왜곡 정도가 심함 - 속도저감률 20% 이상
D (중대결함)	- 초음파 신호가 감지되지 않음 - 전파시간이 초음파 전파속도 1,500m/s에 근접

 

주) “초음파 주시곡선의 신호 왜곡”이란 도달시간의 감소, 찌그러짐, 불연속 등과 개별 초음파 파형 (Waveform)의 비정상적 변화 및 초음파 신호 강도(에너지)의 급감, 소멸 등을 포함

 

② ①항 의 절차에 의한 판정결과, ‘A(양호)’의 등급(속도저감률 10% 미만)에 해당하여 보강이 필요하지 않는 경우, 수급인은 공대공 초음파 검층 보고서를 감독자/감리원에게 제
출하여 승인을 받은 후 후속 작업을 진행하기에 앞서 검층용 튜브 내의 물을 완전히 제거하고, 말뚝 콘크리트의 설계 강도 이상의 무수축 재료로 그라우팅(Grouting)을 실시해야 한다.
③ ①항 의 절차에 의한 판정결과, ‘B, C, D’ 등급이 발생한 경우, 감독자/감리원은 초음파검층 전문가와 기초공학 전문가의 자문을 받아 해당 말뚝의 설계를 고려한 기술적 판단에 의하여 상기 ②항 의 후속 작업 또는 추가 검토 여부를 결정한다. 이 때, 추가 검토
를 위한 정밀조사가 필요한 경우에는 수급인이 부담하고, 보강이 필요한 경우에는 (7)결함의 보강 에 따른다.
(7) 결함의 보강
① 보강이 필요한 것으로 판정된 말뚝의 결함위치와 불량원인을 조사하기 위해 초음파 검층전문가 및 감독자/감리원의 입회하에 해당 말뚝에 대한 코어링(Coring)을 실시하여 원인을 규명하고, 추후 시공하는 말뚝의 시공과정에서 동일한 결함요인이 반복되지 않도록 이를 시공에 반영해야 한다.
② 결함위치에 대한 보강은 수급인 부담으로 기초공학 전문가의 자문을 받아 그라우팅, 마이크로파일, 재시공 등의 적용 가능한 보강 대책을 수립하여 감독자/감리원의 승인을 받은 후 실시한다.
③ 보강이 완료된 말뚝에 대하여 필요한 시험을 실시하고, 해당 시험방법에 따른 판정결과를 첨부하여 감독자/감리원에게 시험결과 보고서를 제출해야 한다.
2) 말뚝의 재하시험 및 빈도는 품질관리 의 해당요건에 따른다.
3) 대용량․대심도 현장타설말뚝의 경우에는 정재하시험의 대안으로 양방향 (Bi-directional Pile Load Test)재하시험을 수행할 수 있으며, 시험장치는 감독자/감리원의 승인을 받은 것으로 한다.
4) 말뚝의 정재하시험과 병행하여 하중전이시험을 실시할 경우, 측정된 결과를 통하여 설계 시에 고려된 선단지지력 및 주면마찰력을 비교ㆍ검토해야 한다.

 

철도건설공사 전문시방서(노반편)