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[시론] 구조물 기초 공사에도 스마트 기술을 도입하자

   

첨단 기술이 발전하고 저출산, 고령화가 진행되면서 건설산업도 최근 디지털, 스마트 기술이 급속히 도입되고 있다. 국토교통부는 스마트 건설기술 로드맵(2010.10)을 수립하여 2025년까지 스마트 건설기술 활용기반을 구축하고 2030년까지 건설 자동화를 완성할 예정이다.

 

 건설분야의 설계, 시공 및 유지관리 분야에서 스마트 건설기술은 다양하게 변화하고 있다. 설계단계에서는 2D 설계, 단계별 부분 설계가 4D, BIM 설계와 전 단계 융복합 설계로, 시공단계에서는 현장 생산, 인력 의존이 모듈화, 제조업화, 자동화 및 현장과제로 진화하고 있다. 또, 유지관리 단계에서는 정보 단절, 현장 방문 등에서 드론 활용, 정보 피드백, 원격제어등으로 급속히 스마트화하고 있다. 특히, 시공단계의 세부적인 스마트 기술은 드론을 활용한 현장 모니터링, IoT 기반의 현장 안전관리, 장비 로봇화와 시공, 3D 프린터를 이용한 급속 시공 등이다.

 

최근, 한국토지주택공사(LH), ㈜두산인프라코어 등은 굴삭기 MG(Machine Guidance), MC(Machine Control) 중심의 운영과 관제 기술 사용화 등을 진행하고 있으며 대규모 현장을 중심으로 스마트 통합관제 시스템을 구축하여 상용화를 추진하고 있다. 또한 시공단계의 스마트 건설기술 개발과 적극적 적용 트렌드를 반영하여 아파트, 교량등 구조물 기초로 사용되는 고강도 PHC 말뚝, 강관말뚝 관리방안에 도입가능한 스마트 기술이 개발되고 있다.

 

기초는 구조물 하중을 땅속의 단단한 지반속으로 전달하는 역할을 하며 구조물 안전과 매우 밀접하다. 따라서, 건축, 토목 기술자들이 건설공사 초기에 매우 엄격히 관리하는 공정이다. 공동주택, 교량 등의 구조물 기초로 국내에서 가장 비중이 큰 매입말뚝은 지반을 천공하고 말뚝을 삽입 후 말뚝과 천공홀 사이를 시멘트풀로 충전하는 공법으로 주요한 품질관리 방안은 크게 최종 관입량(리바운드) 체크, 조기 설계지지력 확인, 정확한 말뚝 관입심도 측정 등이 있다.

 

 최종 관입량 체크는 천공홀에 말뚝근입 후 가볍게 타격 후 말뚝이 지반에 제대로 안착되었는지 확인하는 과정으로 작업자가 항타기의 해머 하부에서 수작업으로 진행하므로 해머 낙하나 파편물 낙하로 인한 손가락 절단, 깔림 사고 등에 의한 인명 사고에 노출되고 정확성에 많은 문제가 제기되고 있는 실정이다.

 

 최근, 이런 문제를 해결하고 위해 말뚝시공 시 드롭해머 옆면에 바코드를 부착하고 디지털 레벨기로 측정된 관입량을 실시간으로 운전석과 감독의 테블릿 PC, 클라우드 서버 등으로 전송하여 실시간으로 품질을 확인하는 스마트 관입량 자동 측정시스템을 개발되고 있다. 또, 전문 항타업체 등에서 특허 출원한 일체형 드롭 해머 장치는 말뚝을 박는 데 쓰는 망치 부분인 램(ram)을 고강도 스틸 케이스 내부에서만 상승, 하강하도록 하고 최종 관입량을 재는 센서와 낙하 높이를 알려주는 장치도 동시에 부착하여 사고 방지와 인위적인 데이터 조작에 의한 부실시공 위험 등을 방지할 수 있다.

 

 매입말뚝을 안전하게 시공되기 위해서는 천공된 홀과 PHC 말뚝 외벽사이에 채우는 충전재인 시멘트풀의 양생 정도(굳히기)와 설계지지력을 확인하는 품질관리가 중요하다. 이런 설계지지력을 조기에 확인하는 스마트 기술로서 굴착공에 근입된 매입말뚝의 내부 중공부에 가열용 용수를 투입하고 히터 및 온도센서를 수중설치한 다음, 히터를 이용하여 투입된 용수를 섭씨 60도 이상으로 가열하고 컨트롤 박스와 스마트형 온도 센서에 의해 용수 온도가 일정하게 유지되도록 히터를 제어하고 모바일 무선 원격 모니터링함으로써 매입말뚝의 주면에 충진된 시멘트풀을 고온으로 고속양생 후 재하시험을 통해 지지력 관리하는 신기술이 개발되었다. 이 신기술은 시멘트풀의 온도가 높을수록 양생속도가 빨라지는 원리를 이용한 것으로 양생기간을 기존 7일에서 1일 이내로 단축하고 과다 시공을 방지하고 효과가 있다.

 

 마지막으로 구조물 기초공사에 적용가능한 스마트 기술로서 말뚝 관입심도에 관한 정보인 말뚝 경사도, 수평위치, 관입저항치 등과 실제로 관입된 시공심도 등을 항타기 리더와 운전석에 부착된 스마트 측정장치를 이용하여 cm 단위로 테블릿 PC를 통해 실시간 제공하면 합리적인 말뚝 시공관리가 가능하다. 이를 통해 정확한 말뚝 길이를 주문, 생산할 수 있고 불필요한 말뚝 두부정리에 따른 폐기물량도 크게 절감할 수 있다.

 

 앞에서 언급한 말뚝 품질관리용 스마트 기술들은 개별 전문기업에서 개발 중이거나 완료한 실정으로 스마트 건설 디지털 플랫폼 탑재가 필수적이다. 여기에 말뚝의 설계지지력을 현장에서 종합적으로 실시간 확인하는 AI 기능까지 추가된다면 기초공사의 품질관리에 매우 효과적일 것으로 판단된다.

 

박 용 부 LH 토지주택연구원 연구위원



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