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과제기본정보

CO2 발생량 30% 경감 및 다양한 기능의 말뚝시공이 가능한 급속시공 현장타설말뚝 공법 및 멀티형 시공장비 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 18CTAP-C116826-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 토목시공기술 적용분야 건설업
2순위 환경 | 환경보건 | 기후변화 환경보건 대응기술 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 시설물 설계 해석기술 | 지반구조 터널 과제유형 개발
과제명 CO2 발생량 30% 경감 및 다양한 기능의 말뚝시공이 가능한 급속시공 현장타설말뚝 공법 및 멀티형 시공장비 개발
주관연구기관 한국건설기술연구원
총괄연구 책임자 성명 이광우
소속 주식회사 아이디어스 직위 대표이사
전화번호 031-995-0827 FAX -
총 연구기간 2016-10-24 ~ 2019-06-26
당해연도 연구기간 2018-04-27 ~ 2019-06-26

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
3차년도 272,000,000 24,000,000 72,000,000 96,000,000 368,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 본 연구에서는 재활용 재료를 이용하여 CO2 배출량을 30% 경감시킬 수 있는 친환경 말뚝 재료의 말뚝 기능별 적정 배합비를 제시하고, 급속시공과 다양한 말뚝 기능/직경에 적용 가능한 멀티형 시공 장비 및 공법을 개발하고자 함.

○ 본 연구과제의 추진은 다음과 같이 크게 두 가지의 의문으로부터 시작됨.
① 지구온난화를 억제하기 위한 국제적인 기후변화 협정(1997년 교토의정서, 2015년 파리기후변화협약)에 대응하기 위해 개발 및 보급이 필요한 건설기술은 무엇인가 ?
- 2015년 파리기후협약에 따라 우리나라는 2030년까지 온실가스 배출전망치(BAU) 대비 37%를 감축시키기로 함.
- 지구온난화의 주원인인 온실가스 배출량의 약 77%가 CO2이고, 시멘트 생산시 배출되는 CO2가 전체 CO2 배출량의 7~8%를 차지함.
- 국내 온실가스 배출량 중 건설분야의 비중이 42.3%로 대단히 높음. 따라서, 국토부에서는 2020년 BAU 대비 31% 감축목표를 설정함.
- 따라서, 파리기후협약에 대응하기 위해 건설분야에서 필요한 가장 시급하고 효과적인 방안으로 시멘트의 사용량을 경감시킬 수 있는 건설기술의 개발이 필요함.

② 유럽과 북미 등에서 일반적인 말뚝기초 기술로 다양하게 활용되고 있는 중소구경 현장타설말뚝공법이 국내 건설시장에서는 왜 적극적으로 활용되지 못하는 것인가 ?
- 영국을 중심으로 한 유럽에서는 1960년대 중반부터 중소구경 현장타설말뚝(직경 800mm 이하) 시공이 활성화 되어 있으며 북미에서도 중소구경 현장타설말뚝이 널리 적용되고 있음.
- 국외의 경우 CFA(Continuos Flight Auger)공법, ACIP(Auger Cast-In Place Pile)공법 등으로 대표되는 배토말뚝(굴착토사 배출)과 Omega Pile, Atlas Pile 등과 같은 비배토말뚝이 다양한 현장 여건에 따라 설계/시공되고 있음.
- 국내에서도 1990년대 후반 이후 일부 시공업체와 주택도시연구원 등에서 중소구경 현장타설말뚝을 국내 현장에 적용하기 위한 시도를 하였으나, 설계 및 시공 경험의 부족과 기성말뚝인 고강도콘크리트말뚝(PHC 말뚝) 사용 대세에 따른 시장진입의 한계 등에 의해 활성화 되지 못함.
- 따라서, 중소구경 현장타설말뚝의 국내 보급을 위해서는 체계적인 연구를 통해 기존 문제점을 극복할 수 있는 효율적인 설계 및 시공 기술의 개발이 필요함.
최종목표 ○ CO2 30% 경감을 위하여 시멘트 사용량을 저감한 현장타설말뚝공법 및 기존기술대비 시공속도가 30%이상 빠른 시공 장비 개발
- 말뚝 사용 목적 및 기능에 따른 적정 배합설계 및 시공관리 지침(안) 제시
- 천공과 콘크리트 타설이 동시에 가능한 현장 이동형 시공장비 개발
- 말뚝 사용 목적 및 기능에 따른 중구경 현장타설말뚝 설계 프로그램 개발

○ 본 연구에서 최종 목표로 설정한 기술의 주요 특징을 요약하면 아래와 같음.
- CO2 30% 경감을 위하여 시멘트 사용량을 저감하는 친환경적인 말뚝 재료 적용
- 재활용재료(플라이애쉬, 고로슬래그, 순환골재 등)를 이용하여 경제성이 우수한 현장타설말뚝 재료 및 시공법
- 기존기술대비 시공속도가 30%이상 빠른 급속시공 기술 및 장비 (현장 이동형 소형장비 활용 및 천공과 콘크리트 타설이 동시에 가능한 장비)
- 수직하중이 지배적인 건축구조물, 버팀굴착에 사용되는 주열식벽체, 수평하중이 상대적으로 큰 교량구조물 등 말뚝의 요구 성능에 따른 효율적인 설계 및 시공
연구내용 및 범위 CO2 등 환경부하 저감형 중구경 현장타설말뚝 공법 및 급속 시공장비를 성공적으로 개발하고 개발기술의 사업화를 촉진하기 위해 효율적인 산, 학, 연 연구체계를 구성하였으며, 각 참여기관별 주요 연구 내용 및 범위는 다음과 같음.

○ 주관연구기관 (한국건설기술연구원)
- 산업부산물 및 첨가제를 혼합한 콘크리트 제조 사례 조사 및 분석
- 국내·외 유동화 콘크리트 제조 관련 자료 조사 및 분석
- 말뚝 사용 목적에 따른 설계기준강도 및 요구성능 설정
- 산업부산물을 혼합한 말뚝 재료의 강도특성 및 환경성 평가를 위한 실내실험 수행 및 분석
- 재료 혼입율별 제작 공시체의 강도특성(압축, 전단, 휨 등) 평가
- 시멘트 사용량을 최소화하고 현장타설말뚝의 문제점인 저유동성, 재료분리 현상의 개선이 가능한 적정 재료 및 배합비 도출 (실내 요소시험 수행 및 분석 결과)
- 실내 요소시험으로 도출된 적정 배합비의 검증을 위한 모형실험 및 현장실험
- 말뚝 요구성능별 현장 적용성 평가를 위한 수치해석
- 최종보고서 작성 및 기술이전 준비

○ 공동연구기관 1 (대한건설ENG)
- 말뚝 기능 및 현장 여건에 따른 설계/시공법 조사 및 분석
- 현장 여건에 따른 중소구경 현장타설말뚝의 설계법 분석
- 중구경 현장타설말뚝 설계기법 최적화 및 개발기술 실용화를 위한 설계 프로그램 개발
- 현장여건에 따른 개발 설계프로그램의 검증
- 중구경 현장타설말뚝의 설계 및 시공 지침(안) 제시
- 기존 말뚝 종류별 현장 여건에 따른 경제성 분석
- 기존기술 대비 개발기술의 경제성 분석

○ 공동연구기관 2 (유니콘기연)
- 국내외 현장타설말뚝 시공 방법 및 장비 조사를 통한 문제점 분석 및 개선점 제시
- 급속 및 이동형 시공이 가능한 시공장비 제작 방안 제시
- 급속시공을 위한 시공방법 및 시공장비 개발
- 사용 목적 및 기능에 따라 가변적으로 적용할 수 있는 멀티형 시공장비 개발
- 급속시공장비로 시공된 중소구경 현장타설말뚝에 대한 재하시험 수행/분석 및 성능 개선
- 현장 시험시공 및 성능평가를 통한 기술 검증

○ 위탁연구기관 (명지전문대)
- 중소구경 현장타설말뚝의 거동해석을 위한 수치해석 모델 구성 및 수치해석 모델 검증을 위한 실내실험 수행
- 다양한 현장여건에 따른 적용성 평가를 위한 수치해석적 연구
- 설계법 및 실험결과 검증을 위한 수치해석 수행
- 수치해석을 이용한 설계 방안 제시
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 - 주관연구기관 (한국건설기술연구원)
· 말뚝 사용 목적별 요구 성능 설정
- 공동연구기관1 (대한건설 ENG)
· 중소구경 현장타설말뚝의 설계법 분석
- 공동연구기관2 (유니콘기연)
· 국내 현장 여건을 고려한 중소구경 현장타설말뚝 시공 장비의 개선점 도출
- 위탁연구기관1 (명지전문대학)
· 현장타설말뚝의 성능 평가를 위한 수치해석 모델 구성
- 주관연구기관 (한국건설기술연구원)
· 산업부산물 및 첨가제를 혼합한 콘크리트 제조 사례 조사 및 분석
· 국내·외 유동화 콘크리트 제조 관련 자료 조사 및 분석
· 산업부산물을 혼합한 말뚝 재료의 강도특성 및 환경성 평가를 위한 실내실험 수행 및 분석
· 말뚝 사용 목적에 따른 설계기준강도 설정
- 공동연구기관1 (대한건설 ENG)
· 말뚝 기능 및 현장 여건에 따른 설계/시공법 조사 및 분석
· 기존 말뚝 종류별 현장 여건에 따른 경제성 분석
· 현장 여건에 따른 현장타설말뚝의 설계법 분석
- 공동연구기관2 (유니콘기연)
· 국내외 현장타설말뚝 시공 방법 및 장비 조사를 통한 문제점 분석 및 개선점 제시
· 급속 및 이동형 시공이 가능한 시공장비 제작 방안 제시
- 위탁연구기관 (명지전문대학)
· 현장타설말뚝의 거동해석을 위한 수치해석 모델 구성
· 수치해석 모델 검증을 위한 실내실험 수행
연구성과 기술적 기대성과 ○ 제품의 생산계획
- 적용 대상 현장 및 말뚝 기능별 맞춤 설계/제작 및 납품
- 주요 말뚝 기능별로 개발된 오거는 OEM 방식 사전 제작 추진

○ 판로확보 및 시장 파급효과
- 기존 대구경 현장타설말뚝에서 중?소구경 현장타설말뚝으로 시장 확대
- φ400~800mm 중?소구경 말뚝시장 적극 공략으로 시장 진입

○ 국내 말뚝시장의 70% 정도를 점유하고 있는 PHC말뚝 대비 경쟁력 확보 추진
- 현장 지반조건, 말뚝 기능 및 직경에 따라, 적정 오거 형식을 제작하고, 오거를 보강재로 직접 활용할 수 있게 하는 등 현장 적용성 증대를 통한 시장경쟁력 확보 추진
- 기존 기성말뚝(PHC)을 적용한 건축물, 교량 및 플랜트 기초 시장 진입 추진

○ 개발기술은 저진동/저소음/급속시공기술로, 도심지 공사(재개발, 재건축 및 각종 SOC건설공사)에 있어 기존 기술 대비 시장경쟁력 양호
사회 경제적 파급효과 가. 사회적 이슈해결 기술로서의 활용 가능성

○ 친환경적이고 경제적인 재료의 활용
- CO2 발생량 30% 감소(시멘트 사용량 30% 저감)
- 재활용재료(플라이 애쉬, 고로슬래그, 순환골재 등)를 이용하여 친환경적이며 경제성이 우수한 재료 및 시공법 개발/적용
⇒ 유엔 기후변화회의에서 의결한 환경부하 저감에 기여함으로써 사회이슈에 대응

○ 저진동/저소음/급속시공이 가능한 멀티형 시공장비 개발
- 최근 사회적 문제인 도심지 재개발, 재건축 및 각종 SOC 건설공사시 발생하는 소음 및 진동을 저감시킬 수 있는 현장타설말뚝 적용
- 연속/급속시공이 가능한 멀티형 시공장비 개발을 통해 시공성, 경제성, 안정성을 확보
⇒ 민원 및 안전사고 발생요인 경감 및 경제적 공법으로 사회이슈에 대응

나. 개발 재료/장비의 인증 및 실용화 가능성

○ 신뢰성 인증 확보 계획
- 재료의 강도 및 내구성 등에 대한 특성평가를 실시하고 KOLAS인증기관의 인증 취득
- 출연연(주관) : 개발 기술에 대한 실내시험, 수치해석 수행 및 국가기준 반영 추진
- 대학(위탁/공동) : 모형실험 및 설계이론 분석 등을 통한 설계기술 정립
- 기업(참여/공동) : 장비제작 및 현장시험시공을 통한 성능 검증 실시
- 개발장비에 대한 성능평가 완료 후, 전문학회(한국지반공학회, 한국콘크리트학회 등) 등과의 협력을 통해 기술적 검증 평가 실시

○ 개발 장비의 실용화 가능성 평가
- 시제작품에 대한 모형 및 실대형시험을 실시하고, 성과를 바탕으로 다양한 현장 적응력을 갖는 멀티형 시공장비 개발 및 실용화 평가 수행
- 다양한 현장에 대한 시험(시범)적용을 실시하여 개발 기술, 장비의 성능 및 현장 적용성을 검증한 후 참여기업에서 수행하는 과업에 우선적으로 적용
- 최근 도심지 재개발, 재건축, 리모델링 및 각종 SOC 사업이 증가하고 있고 이와 더불어 소음/진동 발생에 의한 사회적 문제 발생이 증가하고 있음. 본 개발기술은 다양한 기능의 말뚝(구조물 기초, 주열식벽체, 성토지지 등)을 저진동/저소음/급속 시공할 수 있어 시장 경쟁력 및 확장성 우수
활용방안 - 말뚝 사용 목적 및 기능에 따른 적정 배합설계 및 시공관리를 통해 구조물기초, 주열식벽체, 성토지지용 등 다양한 현장에 효율적으로 적용
→ 재활용재료(플라이애쉬, 순환골재 등) 사용으로 CO2 발생량 최대 30% 경감, 급속시공 장비를 이용하여 공기 30% 단축 및 공사비 20% 절감
- 저진동/저소음/급속시공이 가능한 멀티형 시공장비 개발을 통해 시공성, 경제성, 안정성 확보 → 도심지 재개발, 재건축 및 각종 SOC 건설공사에 적용
→ 건설 공해로 인한 민원 발생 요인 저감
- 참여기업과 공동으로 건설신기술 획득 및 기술수출 추진
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 CO2 저감 재활용재료 경제적 시공 급속시공 현장타설말뚝
영문 CO2 Reduction Recycled Materials Cost Effective Construction Rapid Pile Installation Drilled-Shaft
최종보고서
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