1. 서론

 

언더피닝 공법 및 비용

 

• 구조물이 설계수명에 이르렀을 경우나 대규모 재개발 계획 내에 포함되었을 경우에는 대대적인 보수공사가 필요하게 된다. 이러한 언더피닝 공사로 인한 결과물은 가시적일 수도 있고 눈에 보이지 않을 수도 있다. 건물이나 구조물이 생애주기 막바지에 다다를 경우, 이러한 건물을 계속적으로 사용하기 위해서는 보수공사가 필수적이며, 이러한 보수공사는 적어도 한 번의 생애주기를 연장할 수 있을 만큼의 규모가 되어야만 한다.

 

• 대부분의 보수공사는 모든 건물 및 구조물 등에 적용되지만 언더피닝 공법은 빌딩구조에만 적용이 가능하며 이 때 이러한 빌딩의 기초가 목재 또는 강재파일로 지지되어 있거나 기초의 지지력이 증대되어야만 하는 경우에 적용된다. 예를 들어 빌딩에 몇 개의 층을 추가로 설치할 경우 등이 해당된다.

 

• 목재 파일의 건전도를 확인할 수 있는 조사방법은 다양하게 이미 개발되어 있다. 특히, 네덜란드에서는 주무기관에 의해 일정한 보수주기를 정해놓고 관리하는 조직적인 관리체계의 도입을 선호하고 있다.

 

• 기초구조물은 일반적으로 침하나 균열이 어느 정도이상 과도하게 발생하기 전 까지는 언더피닝 공법을 시행하지 않는다.

 

• 언더피닝 공법은 구조물의 안전성을 향상시키기 위해 지진발생이 빈번한 구역에서 시공되기도 한다. 다양한 언더피닝 공법이 개발되어 적용되어 왔지만 1980년대 까지는 기초심화공법, 이형파일공법, 소일네일링공법 및 케미칼 그라우팅공법 등이 주로 사용되었다. 1980년대 이후에 들어서는 마이크로 파일공법과 제트 그라우팅공법이 가장 대표적인 공법으로 자리를 잡아오고 있다.

 

• 마이크로 파일은 상부하중을 지반으로 전달하는 기능을 가진 구조부재로서 항타파일의 경우 최소직경 300MM를 적용하고, 매입파일의 경우 최소직경을 150MM 로 적용하고 있다. 현장여건과 장비수급 현황에 따라 강재 마이크로 파일이 항타, 굴입, 재킹 및 회전압입 등을 시행하기도 한다.

 

• 제트 그라우팅공법은 지반을 굴착한 후 액체 시멘트를 지반 내부로 고압 분사하는 시스템으로 구성되어 있다.

 

< 그림 1 B급 하중 전달 구조물 >

 

핀란드 Turku시의 언더피닝 사업

• Turku 시에서는 대단히 많은 언더피닝 사업이 진행되고 있는데, 국제적으로 비교해 보아도 상당히 많은 사업이 벌어지고 있는 실정임을 알 수 있다. Turku시(주민수 175,000명)는 핀란드의 과거 수도로서 Aura강 삼각주에 위치하고 있는 도시이다. Turku 시의 지반조건은 연약점토가 대단히 깊고 두껍게 분포하여 건설공사 수행에 난관이 도사리고 있는 지역이다.

 

< 그림 2. 마이크로 파일과 제트 그라우팅을 적용하고 있는 Turku시의 언더피닝 공사 >

 

• Turku 시에서는 (그림 2) 연약지반층이 15m 를 초과하면 일반적으로 마이크로 파일을 사용하며, 15m 미만일 경우에는 마이크로 파일이나 제트 그라우팅 공법을 적용한다.

 

• DATU 데이터 베이스에 포함되어 있는 언더피닝 공법의 공사비는 단위면적당 150~450/net m2 으로 상황에 따라 가변적이며, 또 다른 비용추정 자료에서는 단위면적당 170~675/net m2을 제시하고 있는데, 이 추정치를 적용하여 추정하기도 한다. 이들 데이터 베이스는 Turku 시에서 수행된 언더피닝 공사자료를 축적한 것인데, 대략 100여개의 사업으로 부터 200여 가지의 항목과 관련된 모수들을 저장하고 있다. DATU로 알려진 이 데이터 베이스는 현재 세계에서 가장 광범위한 이 분야의 데이터 베이스로 알려져 있으며 이 데이터들은 해당 자산소유주, 설계자 및 City of Tarku Building Inspection Office 의 노력에 의해서 작성되었다. 사용방식은 브라우져 기반의 그래픽 인터페이스를 사용하고 있으며 핀란드어와 영어모드를 지원하고 있다.

 

2. 연구 방법

 

목적

• 본 연구의 목적은 발주자의 입장에서 언더피닝 공사의 사업비를 도출해 내는 것이다. 이전의 언더피닝 사업에서는 사업 발주자는 의사 결정시에 단지 실적 비용분석 결과에만 의존 할 수 밖 에 없었다. 일반적으로 단순모델과 같은 용이한 방법이 사업 초기에 사용되는데, 경험적인 단위 면적당 공사비 또는 상세 투입재료비 등에 기초한 사업비의 열악한 신뢰도와 수준으로 인해서 발주 사업비용 추정 및 발주분석 등을 위한 비용분석 모델을 개발하게 되었다.

 

• 기능적 비용모델에는 효율적 모델관리, 비용추정의 정확도 및 신뢰도와 같은 개념들을 포함하고 있다. 모델에 대한 데이터는 적절한 형태와 분량 내에서는 자유롭게 사용될 수 있어야만 한다. 이 모델은 건설 산업의 변화양상을 반드시 반영하도록 하여야만 한다.

 

• 연구과제는 다음과 같이 정의할 수 있다 :

‐ 언더피닝 사업의 특성과 서로 상이한 설계기법들이 사업비에 어떤 영향을 미치는가?

‐ 언더피닝 사업의 비용모델에는 어떤 연관변수들이 존재하는가?

 

• 본 연구에서는 2 가지의 모델이 개발되었다. 단순모델(모델 1)과 계산모델(모델 2) 이 연구에 적용되었으며, 이들은 통계적인 검증과 상기 요구사항들을 모두 만족하도록 구성되었다.

 

• 단순모델(모델 1)에서는 공사비를 파일 길이의 함수로 표현하였고, 계산모델(모델 2)에서는 언더피닝 공사비를 실제 설계내용과 Finnish Talo 2000을 사용한 세분화된 항목을 적용하였다.

 

• 이렇게 작서왼 모델들은 DATU 데이터 베이스에서 추출한 비용자료를 적용하여 검증 및 조정을 수행하였다. 이 모델들은 각기 다은 용도로 사용되게 되는데 일반적으로 모델 1 의 경우 계획단계에서, 모델 2 의 경우 설계 및 발주분석 단계에서 적용된다.

 

3. 모델의 개발

비용 모델

Model 1

• 모델 1은 연구자료를 적용하여 가장 단순하게 제작된 비용모델이다.

• COST = PILE LENGTH*1.1

여기서, COST : 총 사업비용 (/m2)

PILE LENGTH : 파일의 길이(m)를 나타낸다.

 

• 단순모델 1은 선형 회괴분석에 의해 검증되었다. 실제 사업비용은 Building Code Index, Haahtela Price Index 및 Rapal Tender Price Index 등으로 산정되었다. 여기서, Building Code Index는 재료기반의 가격지수인 반면 나머지 2개의 지수는 시장가격기준의 이찰가격 기준에 의한 지수이다.

 

• 모델 1 에서 결과치의 변동분(100R2)은 실제비용 대비 23.2%에 불과한데, 이는 Building Code Index 추정치에 대해 23.9%, Haahtela 가격지수에 대해 24.7%, Rapal Tender 가격지수에 대해 25%의 변동성을 나타낸다.

 

• 모델의 95%는 73.42/m2 에서 283.84/m2 범위 내에 있다.

 

모델 2

• 모델 2 는 실제 설계 성과 및 설계 체계에 적용하여 하중을 전달하는 구조물의 재료기반의 비용을 추정물량과 성과물을 기준으로 계산한다. (표 6,7)

 

• COST = PROJECT MANAGEMENT + HVAC WORKS + SUPPORTS + PILE LENGTH * PRICE PER PILE METER + NUMBER OF PILES * PILE UNIT PRICE + NUMBER OF LOAD TRANSFER STRUCTURE * LT UNIT PRICE

COST : 총사업비용 ( €/M2) PROJECT MANAGEMENT : 사업관리 및 계획에 소요되는 비용 HVAC WORKS : HVAC 보수비용 SUPPORTS : 굴착을 위한 가시설 비용 PILE LENGTH : 평균 말뚝길이 (M) PRICE PER PILE METER : 파일 길이당 설계가 (/M) NUMBER OF PILES : 파일 설계 본수(PCS) PILE UNIT PRICE : 파일 선단 + 파일 절단에 소요되는 비용 (/PC) NUMBER OF LOAD TRANSFERS : 파일에 의해 지지되는 하중전달 구조물 LT UNIT PRICE : 재료단가를 기준으로 한 하중전달 구조물의 비용 ; 제트 그라우팅의 경우 0

 

< 그림 3. Model 1의 경우 Rapal Tender 가격지수로 추정한 실제비용과의 비교>

< 그림 3. Model 1의 경우 Rapal Tender 가격지수로 추정한 실제비용과의 비교>

 

4. 결 론

• 보다 상세한 모델의 경우에는 파일 형식, 하중전달 구조물의 종류 등을 포함하고 있다. 그 대신 비용추정은 순 층간면적과 파일길이를 기반으로 추정하는 경험적 모델을 사용하여 수행될 수 있지만, 보다 상세한 모델과 비교하였을 때 이 방법을 적용하여 도출된 결과는 상당히 큰 오차범위를 보여준다.

 

• 파일길이는 앞서 언급한 두 가지의 모델 모두에서 사용하는 공통적인 변수이며, 우선적으로 수량산출과 연계되는 항목이다.

 

• 보다 상세한 모델은 구조설계에 의한 스케치와 공통비용 분류 및 재료 또는 구조부재의 적용이 필요하다. 이 두 모델은 결정계수에 관련하여 상당한 차이점을 나타내고 있다. 사실, 일부 언더피닝 사업에 있어서 발주자는 제일 처음 지반조사와 개략적인 구조설계를 수행하게 된다. 이 개략구조설계를 이용하여 본 연구에서 개발된 보다 상세한 모델을 통해서 현재 산업계에서 다양하게 활용되는 단위면적당 공사비 보다 훨씬 정확한 발주 사업비를 추정할 수가 있다.

 

• 이 비용모델은 상대적으로 간단하게 사용하기가 쉽고, 기존의 다른 방법들의 비교용으로 사용할 수도 있으며, 그러므로 공통비용 파일로 집적화가 가능하다.

 

• 본 성과물인 이 모델들은 핀란드의 5~7층 주거 건물의 언더피닝 사업에 바로 적용될 수 있다. 그러나 이 개발된 모델들과 변수들의 구조는 언더피닝 사업의 비용추정에 적용하는 것이 보다 적절할 것으로 판단된다.

 

• 차후 진행될 연구는 보다 정확하고 효과적인 언더피닝 사업 비용모델을 도출하기 위해 가치관리 및 사업관리의 영향에 대해 중점을 두고 수행되어야 할 것이다.