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과제기본정보

관입성과 지지력이 향상된 매입말뚝용 선단정착장치(CU파일) 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 22TBIP-C160723-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 원자력 | None | None 과제유형 개발
과제명 관입성과 지지력이 향상된 매입말뚝용 선단정착장치(CU파일) 개발
주관연구기관 유진이엔씨 주식회사
총괄연구 책임자 성명 이만수
소속 유진이엔씨 주식회사 직위 부사장
전화번호 042-254-3252 FAX 042-623-3250
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 40,000,000 110,000,000 150,000,000 360,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 도심지 주거용/상업용 건물과 사회 인프라시설이 증가함에 따라 구조물 기초용으로 사용되는 말뚝은 소음/진동이 거의 없는 매입말뚝(bored pre-cast pile)이 압도적으로 증가하고 있다. 그러나 매입말뚝은 굴착잔토(슬라임) 내에 말뚝이 정착됨에 따라 지지력 저하가 늘 문제가 되고 있다. 이를 극복하고자 말뚝선단 정착장치(shoe)에 추가적인 부속물을 설치하여, 선단직경을 확장하는 방법이 주로 제안되어 왔다.
본 연구에서는 천공경의 확장이 필요 없고, 기존제품보다 슬라임 관입성과 지지력이 향상된 선단정착장치의 대체품을 개발하고자 한다.
본 연구의 성공시 경제성과 신뢰성을 높일수 있는 제품의 개발이 가능하여, 시장에서 아무 거부감없이 상용화가 이루어지리라 예상된다.
최종목표 ○ 국내외 건설현장 적용을 위한 신개념 선단정착장치(CU파일) 개발

- 기존 정착장치(마밀라슈) 대비 제작원가 동등 이하 및 성능향상

· 기존보다 매입말뚝의 선단지지력을 120%이상 향상시킬 수 있는 선단정착장치(CU파일) 개발 및 제품표준화
· 시험결과에 근거한 실무용 선단정착장치(CU파일)의 설계기법 개발
· 스마트 모니터링을 통한 시공관리기법 제안(무선 최종관입량 자동측정기, 광섬유 센서를 활용한 말뚝거동 계측시스템)
연구내용 및 범위 ○ 매입말뚝은 굴착장비로 소정의 깊이까지 천공을 먼저 한 후, 그 공간에 기성 말뚝을 투입하고, 타격 장비로 말뚝두부를 비교적 작은 에너지로 경타한 후, 빈 공간을 시멘트 밀크로 충진시키는 공법이다.

○ 이 공법은 천공시 발생하는 굴착잔토(슬라임)가 말뚝의 지지력이 발휘되야 하는 굴착저면에 쌓이게 되어, 지지력 저하와 장기 침하의 주요 원인이 되고 있어, 이를 극복하고자 많은 아이디어들이 고안되어 왔다.

○ 기존 개발품들은 선단지지력 향상을 위해 PHC파일의 선단에 파일보다 큰 직경의 철판을 부착하거나 PHC파일의 선단부 벽체를 두껍게 해서 파일의 선단부 직경을 확대시킨 선단확장형 PHC파일이 개발되었으나 현재까지 매입말뚝의 선단지지력 증대효과와 이에
따른 공사비 절감효과를 이론적으로나 실험적으로 증명하지 못함에 따라 그 효과에 대해 논란이 계속되고 있는 상황이다. 그 외의 아이디어들도 기존 제품에 용접이나 볼트결합을 통하여 추가적으로 설치해야 하는 불편함이 있어, 활용에 제약이 따른다.

○ 이러한 제약을 극복하고자 당사에서는 천공경의 확장이 필요없고, 기존 제품보다 슬라임 관입성과 지지력이 향상된 선단부착장치(CU pile)를 개발하여, LH공사의 <우수신기술>로 지정을(2018) 받았으나, 시장 수용성 확대와 더 많은 실증시험 자료를 요구받고 있는
실정이다.

○ 이에 본 연구에서는 선행 개발기술을 확장하여, 추가적인 공사비 증가없이, 고품질과 경제성을 높일 수 있는, 기존 선단정착장치(shoe)의 대체품을 개발하고자 한다. 또한 더 많은 실증시험을 거쳐서 신뢰도 있는 데이터를 축적한다면, 시장에서 아무 거부감없이
받아들일 있는 제품의 개발이 가능하리라 판단된다.

○ 아울러 말뚝의 시공관리 측면에서, 열악한 수준에 있는 계측관리 분야를 자동화/디지털화하여 정보화 시대에 걸맞는 관리 시스템을 제안하고자 한다.

- 말뚝시공의 마지막 단계에 실시하는 경타 때에, 최종관입량을 측정한다. 현재는 인력에 의해 대단히 위험하고, 조악하게 데이터가 취득되고 있는 바, 이를 레이저 계측을 이용하여, 사람의 접근없이 안전하고, 연속적으로 자동 계측되는 시스템을 개발하고자 한다.

- 또한 말뚝의 거동분석을 위해 필수적으로 수행되는 하중전이분석 (load transfer analysis)을 위하여는, 종래의 진동현식 변형률계 대신에 광섬유 기반 계측시스템을 구현해 보고자 한다. 광섬유는 설치방향의 연속적인 변형률 측정이 가능하고, 반영구 계측이 가능
하여, 한번 설치한 후, 상부구조물 수명기간 동안에 말뚝의 건전성을 평가하는 수단으로도 유용하게 쓰일 수 있는 장점이 있다. 반면 광섬유는 손상받기 쉬운 취성재료이고, 설치의 어려움 때문에 이러한 매입말뚝의 거동 분석에 사용되어 본적이 없으나, 본 연구에서
는 설치/보호 방법을 고안하여 분석에 사용하여, 그 가능성을 평가해 볼 계획이다.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 전산해석과 예비 현장시험을 통한 개선된 선단정착장치 초안 수립 ○ 현장시험용 부지 선정 및 전산해석에 의한 성능 개선효과 모의
- 시험부지 특성평가
- 2D/3D 전산해석을 활용한 선단정착장치 개선효과 모의

○ 시제품 제작을 위한 선단정착장치 개념정립 및 형상화
- 기존제품과의 물리/역학적 특성 비교
- 선단정착장치 개념 설계
- 제작도면 완성

○ 시험말뚝시공 및 예비현장실증(재하)시험 수행
- 기존파일과 제안된 파일의 비교 시험(3SET)
- 스마트 계측 시스템을 활용한 시공관리 적용성 평가
연구성과 기술적 기대성과 · 굴착공 저면에 형성된 슬라임과 이완영역을 관통해서 강도가 큰 원지반 지지층에 관입됨으로써 매입말뚝의 슬라임 공내 잔류 및 선단지지력 저하의 고질적인 문제 해결 가능

· 레이저를 활용한 최종관입량 자동화 계측으로 근로자 안전성 향상 및 시공관리기법 선진화

· 광섬유 기반 말뚝 변형률 측정은 반영구적 사용이 가능하여, 지진 등 재난시에 구조물 기초의 건전성 평가에 활용 가능

· 국내 매입말뚝 관련 품질성 및 시공성 향상 가능
사회 경제적 파급효과 · 건축 및 토목분야 건설현장의 공사비 절감과 공사기간 단축에 크게 기여

· 해외 기술이전이나 해외 건설현장 적용을 통한 외화획득이 가능할 것으로 전망

· 국내외 매입말뚝 생산 및 시공 전문업체의 매출증대 및 수주실적 증대

· 선단지지력 향상으로 인한 말뚝 시공본수 감소에 따른 파일두부 정리시 발생되는 폐기물 감소

· 기초공사현장에서 말뚝의 시공본수가 감소함에 따른 건설공해로 인한 민원 발생 가능성을 낮출 수 있음

· 말뚝의 시공본수 감소에 따른 시멘트 사용량 감소로 시멘트 생산시 발생하는 온실가스를 상당량 감축함으로서 환경효과 기대

· 마케팅 및 영업확대와 기술적용현장 컨설팅을 위한 전문인력 충원에 따른 고용창출 효과 기대

· 국가경쟁력 향상 및 예산절감 효과 기대
활용방안 · 각종 기술인증 획득 및 홍보를 통한 국내 외 건설현장 상용화

· 건설사, 설계사 및 각종 공기업에 당사의 신기술 홍보를 통한 판로개척
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 선단정착장치 슬라임관통 말뚝재하시험 선단지지력 매입말뚝
영문 Shoe Slime layer penetration Pile load test End bearing capacity Bored pre-cast pile
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