한국건설기술연구원(원장 김병석)은 건설 현장에서 안전사고를 예방하고, 휴먼에러를 방지할 수 있는 '비접촉식 말뚝 관입량 측정 장치(KPM)'를 개발했다고 19일 밝혔다.
말뚝은 상부구조물의 하중과 외력을 하부 지반에 전달하는 구조재다. 말뚝 기초는 땅 표면 지지력이 상부 구조의 하중을 지지하기에 부족한 경우 사용된다.
아파트, 교량 등 다양한 구조물의 기초가 된다. 따라서 안전한 구조물 건설을 위해서는 충분한 말뚝의 지지력을 확보하는 것이 중요하다.
국내 말뚝 시공 현장에서 지지력을 파악하는 방식은 전체 말뚝의 1∼3%는 동재하시험(항타 시 말뚝의 응력과 가속도를 측정하는 시험)이나 정재하시험(말뚝에 실제 하중을 가하여 지지력을 측정하는 시험)을 수행하고, 나머지 97~99% 말뚝은 시간과 비용 문제로 항타 관입량을 통해 수행한다.
말뚝이 충분한 지지력을 갖추게 되면 항타 시 관입되는 양이 줄어들게 된다. 즉, 단단한 지반에서는 상대적으로 관입량이 작게 나타난다. 이 값으로 말뚝이 충분한 지지력을 확보했는지 확인할 수 있다.
그러나 현재 97~99%의 말뚝에 행해지는 항타 시험 방식은 수기로 이뤄진다. 작업자가 말뚝에 종이와 펜을 대고, 말뚝을 때릴 때(항타), 말뚝이 땅속으로 얼마나 들어가는지 직접 손으로 그려 측정하는 방식이다.
이 수기 방식에는 두 가지 큰 문제점이 있다. 첫 번째로는 항타기(무거운 쇠달구를 말뚝 머리에 떨어뜨려 그 힘으로 말뚝을 땅에 박는 토목 기계) 아래에서의 수작업이 필요하기 때문에 작업자의 안전 문제가 발생할 수 있다. 또 수작업으로 진행되는 점 때문에 휴먼에러(실수) 발생 문제가 있다.
이에 건설연 지반연구본부 연구팀(팀장 김주형 선임연구위원)은 '비접촉식 말뚝 관입량 측정기(KPM)'를 개했였다.
KPM이란 발광다이오드 센서를 이용하여 원거리에서 관입량을 측정할 수 있는 장치다. KPM을 활용하면, 원거리에서 측정이 가능하기 때문에 항타기 아래에서 직접 작업할 필요가 없어, 안전사고 발생의 위험도가 현저히 낮아진다.
또 기존 수기 측정방식과 비교하여, 정밀한 기기를 사용해 측정하기 때문에 관입량과 리바운드 측정값에 대한 신뢰도가 높아진다. KPM은 20m 거리에서도 오차범위가 0.1% 미만의 높은 정밀도를 갖추고 있다.
더불어 연구팀은 '비접촉식 말뚝 관입량 측정 장치'를 활용하기 위한 시스템을 개발하여 실시간으로 말뚝의 성능 및 품질을 관리할 수 있는 환경을 구축했다.
김병석 원장은 “매년 안전사고가 끊이지 않는 국내 건설 환경에서 비접촉식 관입량 측정기의 개발은 안전하고 신뢰성 있는 말뚝 시공 환경을 조성하는 데 큰 도움이 될 것”이라고 밝혔다.
본 성과는 과학기술정보통신부의 지원으로 건설연 주요사업 “지반분야 재난재해 대응과 미래 건설산업 신성장을 위한 지반 기술 연구(2021~2023)”과제를 통해 개발됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
