현장에서 파일공사를 공삭공 시공을 하면서 파일 인양구 업체를 선정한다는 품의서가 올라와 관련 자료에 대해 이것저것 찿아보았는데, 생각보다 자료가 많이 없었다. 건설공무카페에서도 공삭공에 대한 것이 잘 나오지 않아 여기에 내가 알아본 것을 기록해보려고 합니다.
공삭공이란?
공삭공은 건축 및 토목 분야에서 지하구조물 기초 시공 시 사용되는 공법으로, 특히 지반 보강을 목적으로 한 파일 기초공사에서 활용됩니다. 일반적으로 파일은 구조물의 기초부터 지하 깊은 지반까지 시공되어야 하며, 이를 위해 지표면(GL)에서 터파기를 진행하여 기초레벨까지 도달한 후 시공하는 것이 원칙입니다.
그러나 대구경 파일드라이버나 천공기와 같은 중장비는 크고 무거워서 경사면이나 굴착된 지반 위에서의 이동이 어렵습니다. 즉, 기초레벨까지 터파기를 진행하면서 이러한 장비를 함께 하강시키는 것이 현실적으로 쉽지 않으며, PHC 파일 시공 후 장비를 지하에서 해체하여 인출하는 작업 역시 상당한 어려움이 따릅니다. 또한 협소한 장소로 흙막이공과 간섭 또는 흙막이공의 큰 변위 발생이 예상되거나 기초저면에 연약지반이 두껍게 분포해 지반보강비용이 과하게 발생하거나 장비의 안전사고를 방지하기 위해 적용할 수 있습니다.
이러한 이유로 기초레벨까지 터파기를 하지 않고, 굴착전 지표면(GL)에서 파일을 선시공하는 방식인 공삭공시공법이이 일반화되고 있습니다. 하지만 이 경우, 터파기 깊이가 깊어질수록 지면 위로 돌출된 파일을 후속 공정에서 절단·제거해야 하는 양이 많아지므로 불필요한 자재 손실이 발생하게 됩니다. 즉, 터파기 완료 후 기초부터 지표면까지의 파일이 지면 위로 우뚝 솟아 있는데 이 부분은 불필요하므로 다 절단해야 한다는 이야기입니다.
이를 보완하기 위해 사용하는 공법이 바로 공삭공입니다. 공삭공은 기초부터 지하층 하단까지의 파일을 천공 후 설치한 뒤, 상부의 비어있는 공간을 되메움 처리하여 실제 구조물의 기초부터 파일이 작용하도록 만드는 공법입니다. 이 방식은 불필요한 자재 낭비를 줄이고, 장비를 1회만 투입하여 운영의 효율성을 높일 수 있습니다.
공삭공의 원리 및 설명은 아래 하림엔지니어링 유튜브에서 자세하게 설명하고 있으니 글로 이해가 안 간다면 아래 영상을 참고하세요.
공삭공 시공법
시공법에 대한 설명은 유뷰터 채박사의 기초이야기에 자세히 나와있습니다. 영상과 사진자료가 많기 때문에 꼭 참고하시길 바랍니.
타입공법
보조말뚝 유압해머 방
보조말뚝(강관말뚝)을 사용하여 유압해머로 파일을 타격하여 시공하는 방법입니다.
- 말뚝 항타
- 상항 이음 후 항타
- 보조말뚝(쿠션재 부착) – 연직도 확인
- 항타하면서 평균관입량 측정
- 토사로 되메우기
이 방식은 항타가 가능한 지반조건이거나 소음 및 진동 민원이 없는 현장에서 적용됩니다. 단, 소음 및 진동에 대한 민원이 발생할 수 있는 지역에서는 사용이 제한되며, 파일의 솟아오름 및 손상 관리가 필요합니다.
알해머 경타방식
알해머 또는 램을 이용하여 말뚝머리에 부착된 쿠션재를 직접 타격하는 방식입니다. 시공관리 기준 설정이 어렵고 과타격이나 편타로 인해 파일 손상이 자주 발생하기 때문에 일반적으로 권장되지 않습니다. 그러나 타격에너지가 커서 설계지지력 확보에는 유리하며, 공삭공 깊이가 10m 이상인 경우에 사용됩니다. 탈착식 보조말뚝 방식에 비해 공사비는 저렴한 편입니다.
- 케이싱, 스크류오거 배토 및 천공
- 시멘트밀크 1차 주입(2m 높이로 슬라임과 2회 이상 교반)
- 말뚝 인양, 삽입 후 알해머(쿠션재 부착) 경타 하면서 평균 관입량 측정
- 말뚝 압입상태에서 시멘트밀크 2차 주입하면서 케이싱 인발
- 굴착 토사로 되메우기
이 방식에서는 본말뚝과 동일한 직경의 알해머를 사용하며, 파일 손상을 방지하기 위해 인양구를 사용합니다.
분리식, 탈착식 보조말뚝 경타방식
분리식 및 탈착식 보조말뚝 방식은 강관말뚝 머리에 캡이나 충전재를 올려놓고 드해머로 타격하는 방식입니다. 공삭공 깊이 10m 이하에서 주로 사용되며, 인양러그를 통해 말뚝을 삽입합니다.
- 케이싱, 스크류오거 배토 및 천공
- 시멘트밀크 1차 주입(2m 높이로 슬라임과 2회 이상 교반)
- 말뚝 인양, 삽입 후 보조말뚝(쿠션재 부착) 경타 하면서 평균 관입량 측정
- 말뚝 압입상태에서 시멘트밀크 2차 주입하면서 케이싱 인발
- 굴착 토사로 되메우기
파일의 연직도 및 손상, 설계지지력 등 관리해야합니다.
분리식 보조말뚝 방식은 말뚝과 보조말뚝이 분리되어 있어 타격에너지가 감소하고 타격횟수가 증가하며, 이로 인해 편타 발생이나 보조말뚝 임피던스가 클 경우 말뚝 손상이 발생할 수 있습니다. 탈착식 보조말뚝 방식에 비해 공사비는 저렴하며, 알해머 방식보다 진동에는 유리하나 소음에는 다소 불리합니다.
반면 탈착식 방식은 큰 설계지지력 확보에 유리하여 공삭공이 10m 이상일 때 권장되며, 평균 관입량 측정과 말뚝의 연직도 및 수평오차 관리에 유리한 장점이 있습니다.
매입공법
매입공법은 말뚝을 타격하지 않고 압입하여 시공하는 방식으로, 저소음·저진동 시공 환경이 요구되는 현장에 적합합니다. 대표적으로는 말뚝 압입방식과 회전압입방식이 있으며, 각각의 시공 절차와 특징은 다음과 같습니다.
말뚝 압입방식
이 방식은 파일을 인양 및 삽입한 후, 쿠션재를 상부에 올려두고 오거비트를 이용하여 말뚝을 지중에 압입하는 방식입니다. 소음과 진동이 적어 민원 발생이 우려되는 도심지 등에서 적합하지만, 국내에서는 거의 사용되지 않고 주로 일본에서 활용되는 공법입니다.
- 케이싱, 스크류오거 배토 및 천공
- 시멘트밀크 1차 주입(2m 높이로 슬라임과 2회 이상 교반)
- 말뚝 인양, 삽입 후 쿠션재 올려놓고 오거비트로 압입
- 말뚝 압입상태에서 시멘트밀크 2차 주입하면서 케이싱 인발
- 굴착 토사로 되메우기
회전압입방식
회전압입방식은 케이싱 내부에서 회전압입장치를 이용해 강관말뚝을 회전시키며 지중에 정착시키는 시공법입니다. 이 공법 역시 저진동 시공이 가능하며, 특히 강한 지지력을 필요로 하는 현장에서 효과적입니다. 우리나라에서는 최초로 경부고속철도 현장에서 적용된 바 있으며, 이후 다양한 공공 인프라 현장에서도 도입된 바 있습니다.
- 케이싱, 스크류오거 배토 및 천공
- 시멘트밀크 1차 주입(2m 높이로 슬라임과 2회 이상 교반)
- 말뚝 인양, 삽입 후 회전압입장치로 파일 회전압입
- 말뚝 압입상태에서 시멘트밀크 2차 주입하면서 케이싱 인발
- 굴착 토사로 되메우기
공삭공 시공의 문제점
공삭공 공법은 시공의 편의성과 경제성 측면에서 많은 장점을 지니고 있지만, 단점은 파일 품질저하 및 설계지지력 미달 등이 있습니다.
이 공법에서는 지표면(GL)부터 지하층 하단까지 천공을 진행하지만, 실제로 삽입되는 파일의 길이는 구조물의 기초부터 지하층 하단까지만 해당되므로 천공 깊이보다 파일이 더 짧습니다. 이로 인해 파일을 천공된 구멍 안으로 자유낙하 방식으로 삽입하게 되는 경우가 많은데, 이때 파일이 측면에 부딪히거나 바닥에 강하게 충돌하면서 크랙(균열)이나 구조적 손상이 발생할 가능성이 높아집니다. 공삭공의 깊이와 말뚝 낙하 높이가 클수록 말뚝 선단부의 파손이 더 심해집니다.
문제는 이러한 손상이 터파기 완료 후에서야 시각적으로 확인 가능하다는 점입니다. 즉, 공정이 상당 부분 진행된 후에서야 품질 문제가 발견되며, 이로 인해 구조적 안전성을 확보하기 위해 추가적인 보강 작업이 요구되고, 그에 따른 비용 및 공정 지연이 발생하게 됩니다. 따라서 공삭공 시공 시에는 파일 낙하 시 충격을 최소화할 수 있는 장치의 도입이나 시공 방식의 개선이 필요하며, 시공 이후에는 정밀한 품질 검사를 통해 손상 여부를 사전에 파악하고 대응하는 절차가 필수적입니다.
또한 분리식 보조말뚝을 사용하더라도 알해머 경타로 인한 과잉 타격과 편타로 인한 말뚝 손상이 있을 수 있고, 천공홀과 물뚝의 연직도 관리가 부실할 경우 기울기가 발생하여 시공오차가 생길 수 있습니다. 마지막으로 굴착공사 토공장비와 말뚝 충돌 및 연약지반의 측방유동과 법면 붕괴로 파일이 손상될 수 있습니다.
시공시 유의사항
파일의 건전도와 설계지지력 확보를 위해 공삭공 방식의 시공 시에는 몇 가지 주요 사항을 반드시 확인해야 합니다. 먼저, 항심측량을 실시하고 케이싱과 말뚝의 연직도를 점검해야 하며, 연직도 기준은 일반적으로 1/100 또는 89.4도 이상을 유지해야 합니다. 이와 함께 천공홀의 연직도와 공벽 상태 또한 KODEN TEST를 통해 정밀하게 확인해야 합니다.
또한, 시멘트밀크의 배합비와 주입관리 상태도 철저히 점검해야 하며, 적절한 품질의 시멘트밀크가 일관되게 주입되도록 관리하는 것이 중요합니다. 이와 같은 사전 관리가 제대로 이루어져야 시공 후 말뚝의 지지력과 안정성이 확보될 수 있습니다.
시공이 완료된 이후에도, 후속 공정인 굴착 과정에서 말뚝이 파손되지 않도록 각별히 유의해야 합니다. 특히 굴착 장비 운용 시 충격이나 진동에 의한 손상이 발생하지 않도록 작업 조건을 신중하게 관리해야 합니다.
공삭공 현장
당 현장은 당초 파일시공 계획이 없었다가 생긴 현장으로 도면이나 물량산출이 늦어져 제대로 내역이 제대로 없는 상태에서 토목업체와 계약을 체결하였습니다. 그 후 해당부지에 파일을 500D 파일을 150공 정도 시공하게 되었으며, 공삭공 인양구 업체를 선정하여 진행하였습니다. 인양구 업체들은 각각의 특허를 가지고 있었고 우리가 선정한 업체는 154공 기준 800만원의 비용으로 진행하였습니다. (파일 반입시 마밀라 슈 150mm 천공 조건)
또한 도면 및 내역이 제대로 정비되어있지 않는 소규모 민간공사 특성상 건축주가 추가 비용을 굉장히 꺼려하다보니 보조파일 투입 자체가 불가능하여 파일인양구 공삭공 17m, 총길이 24m에 길이에 근입하게 되었습니다.
관공사에서는 정확하게 물량을 산출하고 도면과 내역서가 힘이 있는 반면, 민간공사는 투입되는 자금의 한계 때문에 이런 일이 비일비재합니다. 현장 담당자는 답답해하지만 건축주가 설계변경으로 인한 증액을 제대로 받아들이지 않으면 공사비 수금에도 큰 차질이 생기기 때문에 어쩔 수 없는 경우가 많습니다.
설계지지력이 잘 나오도록 빌어봐야겠네요.