SL Pile(SL말뚝)공법 - 부마찰력 저감공법

SL Pile(SL말뚝)공법 최근 도시의 과밀화가 진행되어 매년 건설용지의 입지문제가 심각하게 대두되고 있다. 그 때문에 종래 개발을 피해왔던 연약 지반 지역이나 해안지역의 매립지에 대규모 구조물이 건설되게 되었다. 그러나 이런 지역에서는 흙의 압밀침하에 의한 지반 침하로 인해 이에 따라 부마찰력(NEGATIVE FRICTION)이 기초말뚝이나 지하 구조물에 작용한다. 그 결과 부등침하나 크랙이 발생해 구조물에 큰 영향을 준다.

SL말뚝 공법은 이 NEGATIVE FRICTION을 대폭 저감 시킬 수 있는 공법으로 네덜란드의 Shell Group 연구소 KSLA에서 개발되었으며, 저온 단시간에 탄성체, 고온 장시간에는 점성체인 SL Compound를 부마찰력이 발생되는 중립점 상부말뚝에 도포하여 미끄럼층(SL Layer)을 형성, 지반침하시에도 말뚝에는 마찰력에 걸리지 않도록 하는 공법으로서 부마찰력이 80%~90%나 감소되는 가장 경제적이고 확실한 기초말뚝공법이라고 할 수 있다. ◎ SL 말뚝공법의 도입 Shell Group 연구소(네덜란드 암스텔담)가 1960년 NF대책의 연구에 착수하였다. 아스팔트의 역학적 움직임에 대한 이론 해석과 실험말뚝에 의한 잔류 NF 측정 등을 반복해 결국 SL말뚝 공법을 완성시켰으며 동시에 특허를 취득하였다. 일본은 1973년(소화 48년)에 도입되어 곧바로 NF대책의 최적 공법으로 여러 현장에서 채택 되었다. 그리고 지금까지의 풍부한 시공실적이 그 우수한 경제성과 안정성을 대변하고 있다. 또한 강관말뚝, 콘크리트 말뚝등 각 제조 회사에는 이미 인정을 취득해 놓은 상태라 현재는 거의 일반적인 공법으로 사용하고 있다. 국내에서는 1984년 4월 국내에 도입되어 광양제철소 건설에 처음으로 적용된후 1995년 부산녹산공단 삼성자동차공장건설에 적용되면서 해안지역연약지반에 점차적으로 확대, 일반화되어 가고 있다. ◎ SL Pile의 구조 ◎ NEGATIVE FRICTION 이란 타설된 말뚝에 작용하고 있는 토층의 정(正)의 마찰력이 지반침하에 의해 부(負)의 마찰력으로 작용하게 되면 마찰력은 말뚝을 끌어내리는 방향으로 작용하여 부가적인 하중으로 작용하는데, 이때의 마찰력을 통상적인 마찰력의 상대개념으로서 부마찰력(NEGATIVE FRICTION) 혹은 부주면마찰력NEGATIVE SKIN FRICTION)이라 한다. 이에 대한 고려가 충분하지 못할 경우 말뚝의 파손이나 말뚝선단지반의 파괴 등에 의해 말뚝의 침하가 커져 구조물에 현저하게 손상을 줄 수 있다. ◎ NEGATIVE FRICTION에 의한 피해 국토가용면적의 축소로 연약지역이나 해안매립지의 국토개발이 대단위로 이루어지고, 그지역에 대형토목공사, 플렌트 등이 건설되고 있다. 그러나 연약지반의 장기침하나 지반개량으로 지반을 안정시킬 수 있으나 대도심의 기술상의 문제나 공기단축관계로 빠른 시일내에 시공하지 않으면 안되는 제약이 생겨 NF의 고려가 충분하지 않을 경우 구조물의 부등침하를 일으켜 벽면의 균열, 창문의 개폐불량, 급배수관의 사용불량 등 큰 장해가 발생된다. ◎ NEGATIVE FRICTION 감소이론 SL Compound는 아스팔트의 특성을 갖고 있다. 즉 단 시간의 부하에서는 탄성체로(말뚝 타설시), 장시간의 부하에서는 점성체로(지주에 타설후) 움직임을 보이기 때문에 말뚝 타설시에 벗겨지지 않고 지중에서는 미끄럼층으로서 NF를 줄이는데 유효하게 작용 한다. 이 NF 줄이기에 관해서 Shell Group에서는 다음과 같은 이론을 도출하였다. ◎ SL말뚝의 NF장기 측정결과 SL말뚝이 NF대책 말뚝으로 유효하게 작용 하는지는 실험 말뚝에 의한 땅속의 말뚝에 걸리는 NF의 측정결과에서 명백해 졌다. SL말뚝은 말뚝에 작용하는 NF를 줄이는 것이 되기 때문에 무처리 말뚝에 비교해서 말뚝의 굵기를 감소 시키거나 본수를 적게 시공하는 것이 가능하다. 따라서 재료비, 시공비의 면에서 많이 경제적이다, 단, SL말뚝의 경제성은 연약 지반층의 지질에 따라 상당히 차이가 있고 연약 층이 두꺼워지면 그 효과가 커진다. 또한 지반조건이나 구조물의 중량 등에 따라 경제적 효과는 각각 차이가 있다. ◎ SL말뚝의 설계를 고려해야 되는 지역 -부주면 마찰력 고려가 필요한 지역 -충적점성토의 하층 면이 지반면 아래 15m 이상의 지역 -단, 아래의 지역은 적용을 제외하여도 된다. 1)지반 침하가 거의 정지된 지역 2)지반의 층순이 비교적 일정하여 충적층의 침하량이 매년 감소하는 경향이 있고, 최종 측정년도에 2㎝/년 이하인 지역 3)장래에도 지하수의 용출에 의한 지반 침하를 고려할 필요가 없는 지역 ◎ SL말뚝의 경제성 연약지반 대책에는 다음과 같은 공법이 있다. 1.마찰 말뚝 공법 2.SL 말뚝 공법 3.군 말뚝 공법 4.이중관 말뚝 공법 이런 방법 가운데 안정성, 실적은 물론 경제성면에서도 우수한 특성으로 인해 SL 말뚝공법이 많이 채택되고 있다. (부마찰력 대책을 고려한 각종 기초말뚝의 경제성 비교표) 대책구조물 건축기초구조물 설계기준 「부마찰력을 고려한 말뚝의 설계지침」(건설성 주택국 건축지도과장의 시달),「건축기초구조물 설계규준」(일본건축학회) 부마찰력대체말뚝 군말뚝 SL말뚝 이중관말뚝 하중(t) 300 300 300 말뚝관경(mm) 600 600 600 관두께(mm) 13 10 11 말뚝수효(본) 3 2 2 부마찰력 처리구간(m) 0 28.5 30 재료비(￥) 3,835,000 2,335,000 3,517,000 단가 (￥/t) 11,727 7,878 11,700 단가비율 1.00 0.67 0.92 비고 부마찰력 처리구간은 중립점 상부 부마찰력 처리구간은 기초면 하부1/8아래 외부관 ∮711.2×t9 ◎ SL Compound SL Compound는 NF 대책에 이용되며, 미끄럼층용 아스팔트로 개발 되었다. SL Compound는 지중온도 약 15℃에서 점서에로 장시간 지반 침하에 대응 가능한 성질이 있고 지핫나 산화 등에 의한 변화가 거의 없으며 구조물 등의 기초에 적용되어 장시간 그 성능이 유지시켜준다. 그 외에 말뚝의 표면에 도포하는 SL프라이머, SL컴파운드층의 보호재로 도포되는 에멀전계의 White Wash가 있다. SL프라이머 항 목 시험방법 특성치 점 도(25℃) BROOK-FIELD 33~55 cps 비 중(25/25℃) KS Ｍ 5440 0.900~1.000 인화점(P.M.C.C) KS M 5433 21℃이상 고형분 40~60% 용제분 40%이상 SL Compound 항 목 시험방법 특성치 침입도 5초, 100g 25℃ (1/10mm) KS M 2252 40~60 연화점 P&B (℃) KS M 2250 65~73 ◎ SL 말뚝공법의 응용 SL시트 공법 SL시트는 SL컴파운드 층을 시트 상으로 해 콘크리트 구조물이나 이형 말뚝 등 SL 컴파운드의 도포가 불가능한 경우 사용되는 것이다. 부직포를 떼어내 간단히 현장에서 붙일 수 있다.

위의 내용은 폐사의 제품에 대한 실험과 실제에 대한 데이타이지만 특이한 도장조건에서는 다소간차이가 있을 수 있음을 이해바라며, 폐사 연구진의 계속적인 제품향상 노력으로 각 수치는 경우에 따라 변경될 수도 있습니다. 보다 상세한 내용은 폐사 기술부로 문의 바랍니다.


출처 : 동서화학공업(주)