▣ 시공성·경제성·안전성 3박자 갖춘 ‘높이조절 바체어’
반도건설-바로건설기술-에이앤유씨엠건축사사무소 합작 개발
[국토경제신문 최지희 기자] 최근 고층 건축물이 증가하면서 기초가 두꺼워지는 추세여서 철근의 양도 많아지고 있다.
기초공사에 상부 철근 배근량이 증가함에 따라 지지하는 받침 구조의 안전성이 강조되고 있으며 이에 따라 상부 철근 받침 구조체(바체어)의 중요성이 높아지고 있다.
국내에서는 일반적으로 모자형 바체어(Rebar-chair)와 H형강 바체어가 상부근 받침 구조체로 사용되고 있다.
모자형 바체어는 현장에서 철근을 구부려 만드는 받침 구조로, 상부 철근 받침 지지대로 기초 상부 철근 중 하나를 사용하고 그 위에 상부 철근을 배근하는 방식이다.
2m 이하 기초에 주로 사용한다.
2m 이상에는 주로 H형강을 바체어로 사용한다.
H형강 바체어는 하부 철근 배근 전 구조물 밑바닥에 까는 버림콘크리트에 세트앵커(Set Anchor)를 설치, 플레이트를 고정한 후 H형강을 수직으로 용접 고정하고 그 위에 수평으로 H형강을 용접 고정해 상부 철근 받침 지지대로 사용한다.
모자형 바체어의 경우는 안전성이 확보되지 않고 H형강 바체어는 시공성과 경제성이 크게 떨어진다는 단점이 있다.
모자형 바체어는 주로 철근 작업자의 경험에 의해 규격과 배치 간격을 산정한다.
신속히 시공하려는 의도에 따라 배치 간격을 넓게 배치하는 경향이 있는데 기초 상부근 하중에 비해 넓은 간격으로 배치함으로써 모자형 바체어에 무리한 하중이 전달돼 휘는 현상이 발생할 수 있다.
또 두 모자형 바체어 사이 상부 철근 중 하나를 받침 지지대로 사용하는데 철근은 처짐이 크게 발생하기 때문에 구조체 성능을 저하시키는 요인이 된다.
특히 굵기가 가는 철선으로 결속해 하부 철근 위에 세워져 철근 배근 작업자가 상부 작업 시 불안감을 느낄 수 있고 모자형 바체어의 전도 위험성도 있다.
H형강 바체어는 앵커볼트 위치를 표기하고 천공한 후 플레이트를 설치해야 하고 레벨이 일정하지 않은 버림콘크리트에 플레이트를 일정한 레벨로 설치하기 위해 모르타르를 채워줘야 한다.
이 같은 복잡한 선공정으로 인해 공기가 증가하게 된다.
또 H형강 바체어는 버림콘크리트 타설 후 가장 먼저 설치되기 때문에 하부 철근 배근 시 철골 받침대가 방해돼 작업성이 떨어지며 적지 않은 용접작업으로 공사비가 증가한다.
이를 개선하기 위해 바로건설기술과 에이앤유씨엠건축사사무소, 반도건설은 ‘1.5m 이상 기초의 상부 철근을 지지하는 높이조절이 가능한 철근 구조체(높이조절 바체어) 공법’을 개발했다.
높이조절이 가능하도록 바체어 상부에 볼트와 너트를 설치하며 너트 위 받침부에 ㄱ형강을 마주 보게 용접하고 너트 위에서 수평 이동할 수 있도록 해 상부 철근 받침용 ㄷ형강 또는 H형강을 고정한다.
또 수평 하중에 저항하도록 수평 연결재와 수평 방향 힘에 대한 보강재로 대각선 방향으로 빗대는 가새를 바체어에 전용클립으로 고정하는 방식이다.
버림콘크리트의 요철이 있어도 높이조절 장치를 이용해 상부 철근의 하중을 균등히 바체어가 받을 수 있도록 한다.
결합장치가 있어 바체어 설치 때 용접작업을 생략할 수 있다.
시공방법은 우선 기초 하부 철근 배근 전 도면에 따라 바체어 설치 위치를 스프레이 등으로 표기한다.
하부 철근을 배근한 후 바체어를 현장에 반입하고 설치 위치로 옮긴 다음 바체어를 세우고 기초 하부 철근과 결손한다.
바체어는 도면에 따라 간격을 유지하며 설치한다.
다만 버림콘크리트의 레벨 차이가 있거나 동절기 양생이 덜 됐을 경우 전용 슈(교좌장치)를 사용, 수평과 수직을 맞추게 된다.
이후 가새를 전용클립을 이용해 설치한다.
지면과의 각도는 45~65도 이내며 수평하중 및 변위에 대해 저항하기 위해 1개소당 2개를 엇갈리게 설치한다.
다음으로 바체어 상부 ㄷ형강과 직각 방향으로 수평 연결재를 설치하는데 수평 연결재는 1m 겹침 길이로 이음하고 철선으로 3군데 이상 결속한다.
레벨기 등 측정기를 이용, 바체어 상부 높이조절 너트를 수정해 바체어 높이를 맞춘다.
수평 연결재와 직각 방향으로 ㄷ형강을 설치하되 받침부 평철의 L앵글에 꼭 끼워 고정한다.
바체어 설치 완료 후 ㄷ형강 상부에 기초 상부 철근을 배근하면 된다.
건설현장의 안전관리가 강화 추세인 가운데 높이조절 바체어는 시공성과 경제성, 안전성 3가지를 모두 갖춘 철근 받침 구조체로서 기대를 모으고 있다.
구조 검토를 통해 안전한 배치 간격으로 설계하고 무용접 설치로 시공성 향상 및 공사비 절감이 가능한 신기술이라는 것이다.
우마 철근 대비 30% 전후, 철골 바체어 대비 40% 이상 원가 절감이 가능하다.
공사 기간도 우마 철근과 철골 바체어 대비 각각 25%, 57% 정도 단축할 수 있다.
높이조절 바체어는 설치 후 상부 천근 배근 작업이 완료되면 2~3일 내 기초 콘크리트를 타설, 별도의 유지관리비용도 필요 없다.
또 바체어 상단을 상하, 좌우로 조절할 수 있어 시공상 오차를 수정할 수 있고 용접이 아닌 전용클립을 통한 간단한 조립으로 시공하므로 작업자가 쉽게 설치할 수 있다는 장점이 있다.
기초 두께별로 표준화 설계 및 공장 생산이 가능해 건설현장 품질 향상과 안전성 확보에 기여할 전망이다.
▣ ‘수직굴착면에 경량 패널 부착’ 네일형 절토부 옹벽 공법
금호건설-계룡건설-세종이엔씨-다우컨설턴트-서현기술단 공동 개발
국토의 70% 이상이 산악 지형인 국내 지형조건상 건설공사를 위해서는 자연 지반을 일부 깎아 부지를 형성하는 것이 필수적이다.
특히 도로와 철도는 산악 지형을 통과하는 경우가 많아 대절토 비탈면 형성으로 토공량 증가에 따른 공기 지연 및 공사비 증가, 환경훼손 등의 문제가 빈번히 발생하고 있다.
이 같은 문제를 해소하기 위해 최근 지반 보강재와 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 절토부 옹벽 적용이 꾸준히 증가하고 있는 추세다
절토부 옹벽은 일반 중력식 옹벽과는 달리, 앵커 등 지보재 보강을 통해 원지반의 전단 강도를 증가시키고 프리캐스트 패널과 지보재를 체결, 개별적 중력식 벽체를 형성시킴으로써 원지반의 이완과 풍화를 막고 수평토압, 비탈면 활동에 대한 저항을 증가시키는 것이 특징이다.
현장타설 방식에서 벗어나 프리캐스트 패널을 이용, 콘크리트 현장타설에 의한 공기 지연 및 콘크리트 품질 저하 문제를 해결하고 지반 보강재를 함께 적용함으로써 비탈면 안정성을 확보하는 방향으로 개선돼 왔다.
절토부 옹벽은 지반 보강재 종류에 따라 앵커형과 네일형으로 구분된다.
네일형 절토부 옹벽의 경우 패널을 수직으로 적층시키기 위해 원지반을 1:0.3~1:0.5의 경사로 굴착한 후 패널과 원지반 사이를 되메우는 공종으로 인해 추가 토공량이 발생하고 이에 따른 환경 훼손을 피할 수 없다.
또 시공 중 굴착면의 이완, 패널을 적층하는 과정에서 발생하는 안전사고, 뒤채움으로 인한 시공 간섭 및 배면부 유지관리의 어려움이 있다.
특히 뒤채움재는 불량토사를 사용할 경우 배면 토압의 불균등한 분포, 배수 불량 등이 발생하게 되고 뒤채움이 제대로 시공되지 않으면 채움재 침하는 물론, 부재에 전단 변형이 일어나 보강재에 악영향을 끼칠 수 있다.
이로 인해 옹벽 구조물을 포함한 전체 비탈면의 안정성에 문제가 될 우려가 있다.
지반 보강재와 패널을 연결하는 별도의 연결장치를 필요로 해 공종이 복잡하다는 단점도 있다.
연결장치 결속이 불량한 경우에는 뒤채움으로 확인이 어려워 시공 중과 시공 후 패널 전도에 의한 작업자 안전사고위험이 내재해 있고 유지관리도 곤란하게 된다.
이에 따라 적층식 패널 설치는 뒤채움에 대한 별도의 품질관리가 필요해 유지관리비가 증가하게 된다.
세종이엔씨와 다우컨설턴트, 서현기술단, 금호건설, 대전도시공사, 계룡건설산업은 네일형 절토부 옹벽 개량에 나서 ‘경량 패널을 이용한 수직굴착면 부착 방식의 네일형 절토부 옹벽 공법’을 개발했다.
이 공법은 풍화대 지반의 깎기 비탈면에서 패널 높이 만큼 수직굴착한 후 굴착면에 500㎏ 이하로 경량화시킨 프리캐스트 패널을 설치하고 배면 틈새부는 시멘트 몰탈 충전을 통해 원지반과 패널이 일체화되도록 하는 방식이다.
우선 원지반 수직굴착 후 천공하고 보강재를 설치한다.
이후 옹벽 배수공과 경량 패널을 설치하고 속채움 몰탈을 주입하는 것을 반복해 시공한다.
이러한 시공방식은 배면 터파기 및 되메우기 과정이 필요 없어 공종이 간소화되고 시공 안정성과 시공 속도가 향상된다는 장점이 있다.
또 옹벽 구축 방식에 있어 기존 적층식 시공방법은 무거운 패널을 사용하고 패널 배면의 뒤채움에 의해 기초지반 침하, 변형 등이 발생하는 문제점이 있었지만 새로운 공법은 패널 높이 만큼의 단계별 굴착과 원지반 부착 방식의 톱다운(Top-Down) 시공으로 원지반 이완을 최소화할 수 있고 별도의 기초 처리 없이 패널 설치가 가능하다.
신공법에 적용되는 원지반 부착식 경량 프리캐스트 패널은 성능인증 제품으로 패널 무게를 500㎏로 낮춰 시공이 편리하고 기초공 설치가 필요하지 않으며 운반비용을 절감할수 있다.
경량화된 패널은 기존의 적층식 패널과는 달리, 시멘트 몰탈을 이용해 원지반 부착방식의 설치가 가능하므로 설치 공종이 간소화되고 옹벽의 시공속도를 향상시킨다.
전면 문양은 특수 제작된 거푸집을 사용해 자연석 질감으로 표현함으로써 시각적 피로감과 심리적 압박감을 최소화한다.
수직굴착 및 톱다운 방식의 옹벽 시공은 경사굴착에 의한 바텀업(Bottom-Up) 방식의 기존 기술 대비 관리면적이 최소화된다.
지반 보강재로 소일 네일(Soil Nail)을 사용해 영구앵커와 같은 긴장력 감소에 따른 재긴장 등의 공정이 없어 유지관리가 편리하다.
주요 재료가 검증 및 규격화된 공장 제품이므로 품질이 우수하고 별도의 유지보수가 필요 없다.
경제성도 우수하다.
패널 배면 뒤채움 및 다짐이 없는 시공으로 토공 처리비 및 용지 매입비용을 최소화할 수 있으며 경량 패널을 이용한 원지반 부착식 시공으로 별도의 기초처리가 불필요하고 시공속도가 개선돼 공사비를 절감할 수 있다.
신공법은 경사에 의해 부지 경계 확보가 어려운 지형이나 추가 용지 확보를 필요로 하는 현장에서 기존 기술 대비 적용성이 우수해 시장성이 확대될 것으로 기대를 모으고 있다.
또 패널 높이 만큼 단계별 톱다운 시공이 이뤄지므로 작업자가 안전하게 옹벽을 구축할 수 있고 뒤채움 공종을 간소화함으로써 시공 간섭 영향 최소화, 공기 단축, 공사비 절감 등이 가능해 국내외 다른 기술 대비 경쟁 우위를 점할 수 있을 것으로 전망되고 있다.