R.C.D공법의 5가지 특징, 장점 및 단점, 시공 순서, 유의 사항 등 알아보기

이 글에서는 R.C.D공법의 특징과 적용성, 시공순서, 유의사항, 문제점 및 대책, 공법선정 시 고려사항 등에 대해 알아보겠습니다.

R.C.D공법이란?

R.C.D공법은 Reverse Circulation Drill의 약자로 역순환 굴착 공법이라고도 합니다. 이 공법은 1950년 중반 독일의 자르츠타사와 Wirth사가 개발한 공법으로 어스드릴(Earth Drill)공법과 함께 대표적인 대구경 현장타설 콘크리트 말뚝 시공 공법 중의 하나입니다.
 
R.C.D공법은 R.C.D장비를 이용해 정수압으로 공벽을 보호하며 드릴로드 끝부분에 장착된 특수한 드릴 비트(Drill Bit)를 360도 회전시켜 지반에 대구경 천공을 한 후 미리 조립된 철근망을 삽입하고, 콘크리트를 타설하여 대구경 현장타설 콘크리트 말뚝을 시공하는 방법입니다.

R.C.D공법의 특징

R.C.D공법은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

• 대구경으로 깊이 70~80m 정도까지 굴착 가능합니다. 일반적인 로터리식 타공(boring) 공법에서의 물의 순환과는 반대로 드릴 막대관(drill rod pipe)으로 순환수와 굴착토를 함께 흡입하여 지상으로 배출합니다.
• 경암 등의 암반을 포함한 대부분 종류의 지층에 적용 가능하며, 연속 시공 가능합니다. R.C.D비트를 이용하여 시공하는 것으로 연암, 경암층까지 무진동 무소음으로 굴착 가능합니다.
• 장비가 가벼워서 수상 시공이 가능합니다. 좁은 장소에도 효과적이며, 굴착속도가 빠릅니다(일 30~40m/day). 수상/해상 작업에도 유리합니다.
• 저소음, 저진동의 공법입니다. 공벽 유지가 확실하며, 시공 중에 지지층 확인이 용이합니다. 파일(Pile) 수직상태가 양호하며, 경사시공이 가능합니다(경사도 12°까지 가능).
• 희생강관 또는 케이싱 사용으로 굴착시 공벽유지 가능합니다. R.C.D공법은 R.C.D비트의 회전에 의해 깎아진 암석을 드릴 파이프 내부 통과해 물과 함께 떠올려 배토하는 것이 특징입니다. 이 공법에서 드릴파이프 외부와 공벽사이 수위를 유지(지하수위보다 2m 높게. 2kg/cm2)하는 것만으로도 연속된 굴착이 가능합니다(니막형성 효과증진을 위해 벤트나이트안정액 사용).

R.C.D공법의 적용성

R.C.D공법은 다음과 같은 경우에 적용할 수 있습니다.

• 대구경 현장타설 콘크리트 말뚝 시공에 적합합니다. 인천대교에 직경 3,000mm의 현장타설 콘크리트 말뚝 시공에 R.C.D공법이 이용되었습니다.
• 암반을 포함한 다양한 지층에 적용할 수 있습니다. 토사층의 경우는 Grab을 이용하거나 Earth Drill을 이용해 굴착을하고 암반층의 경우 R.C.D공법으로 시공할 수 있습니다.
• 수상/해상 작업에도 적용할 수 있습니다. 장비가 가벼워서 수상 시공이 가능하며, 정수압으로 공벽을 보호하기 때문에 케이싱(Casing Tube)은 필요 없습니다.

R.C.D공법의 시공 순서

R.C.D공법의 시공순서는 다음과 같습니다.

1. Casing 설치 및 토사굴착

토사 굴착시 공벽의 붕괴를 방지하기 위하여 Oscillator를 이용 Casing을 풍화암층까지 압입하고 내부의 토사를 Hammer Grab 로 배토하면서 굴착합니다.

2. R.C.D 굴착

Drill Rod에 360˚회전하는 Roller Bit를 장치하여 설계심도까지 굴착하고 굴착된 편암은 물과 함께 침전지로 배출하면서 굴착합니다(정수압 0.2 kgf/㎠ 이상 유지).

3. 연직도 검측

굴착된 Hole의 상부 중앙에 Koden 장비를 거치 Hole의 하부로 추를 내리면서 초음파 탐상 결과치 (Report Printing)로 수직도 오차 및 여굴 상태 등을 체크합니다.

4. Desanding (Slime 제거)

굴착저면에 침전된 토사 등 이물질 제거

5. 철근망 삽입

굴착된 Hole에 철근망을 삽입합니다. 철근망은 미리 조립된 형태로 준비하고, Crane을 이용하여 Hole에 삽입합니다. 철근망의 하단은 Drill Rod에 연결하여 정확한 위치에 설치하고, 상단은 Casing과 연결하여 고정합니다.

6. 콘크리트 타설

콘크리트를 Hole에 타설 합니다. 콘크리트는 트레미(Tremie)를 이용하여 정수압 아래에서 타설 하며, 콘크리트의 수위가 Casing보다 1~2m 높아질 때까지 타설 합니다.

7. Casing 회수

콘크리트 타설이 완료되면 Oscillator를 이용하여 Casing을 회수합니다. Casing을 회수하면서 콘크리트의 수위를 유지하고, Casing과 철근망 사이의 간격을 충분히 확보합니다.

8. 시공 완료

R.C.D공법으로 시공된 현장타설 콘크리트 말뚝의 시공이 완료됩니다.

R.C.D공법의 유의 사항

R.C.D공법을 시공할 때 다음과 같은 사항에 유의해야 합니다.
 

• 정수압 유지: R.C.D공법은 정수압으로 공벽을 보호하는 공법이므로, 정수압을 유지하는 것이 중요합니다. 정수압이 불안정하면 공벽이 붕괴되거나, 굴착토가 배출되지 않거나, 콘크리트가 침투할 수 있습니다.
• 굴착속도 조절: R.C.D공법은 굴착속도가 빠른 공법이므로, 굴착속도를 적절히 조절해야 합니다. 굴착속도가 너무 빠르면 드릴 비트가 과열되거나, 드릴 막대관이 파손되거나, 굴착토가 배출되지 않을 수 있습니다.
• 철근망 설치 및 고정: R.C.D공법은 철근망을 미리 조립하여 Hole에 삽입하는 방식이므로, 철근망의 설치 및 고정이 중요합니다. 철근망의 하단은 Drill Rod에 연결하여 정확한 위치에 설치하고, 상단은 Casing과 연결하여 고정해야 합니다. 철근망이 느슨하거나, 비틀리거나, 이동하면 말뚝의 성능이 저하될 수 있습니다.
• 콘크리트 타설 및 Casing 회수: R.C.D공법은 콘크리트를 트레미를 이용하여 정수압 아래에서 타설 하는 방식이므로, 콘크리트의 품질과 타설방법이 중요합니다. 콘크리트는 충분한 액상도와 강인도를 가지고 있어야 하며, 트레미는 Hole의 바닥부터 시작하여 점진적으로 올리면서 타설해야 합니다. 콘크리트 타설이 완료되면 Casing을 회수하는데, 이때 콘크리트의 수위를 유지하고, Casing과 철근망 사이의 간격을 충분히 확보해야 합니다.

R.C.D공법의 문제점 및 대책

1. 문제점

R.C.D공법은 다음과 같은 문제점을 가지고 있습니다.
1) 비용이 높다
R.C.D공법은 대구경 현장타설 콘크리트 말뚝 시공에 적합한 공법이지만, 비용이 높은 편입니다. R.C.D장비의 구입 및 유지비용, 드릴 비트의 교체비용, 콘크리트의 소모량 등이 비용을 높이는 요인입니다.
2) 시공기간이 길다
R.C.D공법은 굴착속도가 빠른 공법이지만, 시공기간이 긴 편입니다. Casing 설치 및 회수, 철근망 삽입, 콘크리트 타설 등의 과정이 복잡하고 시간이 많이 소요됩니다.
3) 시공품질 관리가 어렵다
R.C.D공법은 정수압으로 공벽을 보호하는 공법이므로, 시공품질 관리가 어렵습니다. 정수압 유지, 굴착속도 조절, 철근망 설치 및 고정, 콘크리트 타설 및 Casing 회수 등의 과정에서 발생할 수 있는 문제점들을 사전에 예방하고, 발생 시 적절한 대책을 수행해야 합니다.

2. 대책

R.C.D공법의 문제점에 대한 대책은 다음과 같습니다.
1) 비용 절감
R.C.D공법의 비용을 절감하기 위해서는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.

• R.C.D장비의 구입 및 유지비용을 줄이기 위해 장비를 임대하거나 공동구매하는 방법을 사용할 수 있습니다.
• 드릴 비트의 교체비용을 줄이기 위해 드릴 비트의 내구성을 향상하거나, 드릴 비트를 재사용하거나, 드릴 비트를 재활용하는 방법을 사용할 수 있습니다.
• 콘크리트의 소모량을 줄이기 위해 콘크리트의 액상도와 강인도를 최적화하거나, 콘크리트를 재활용하거나, 콘크리트 대체재를 사용하는 방법을 사용할 수 있습니다.

2) 시공기간 단축
R.C.D공법의 시공기간을 단축하기 위해서는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.

• Casing 설치 및 회수 과정을 생략하거나 간소화하는 방법을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, Casing 없이 굴착하는 방법이나, Casing을 희생강관으로 사용하는 방법 등이 있습니다
• 철근망 삽입 과정을 생략하거나 간소화하는 방법을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 철근망을 미리 조립하지 않고, 굴착과 동시에 삽입하는 방법이나, 철근망을 희생강관으로 사용하는 방법 등이 있습니다. - 콘크리트 타설 과정을 생략하거나 간소화하는 방법을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 콘크리트를 트레미 없이 타설하는 방법이나, 콘크리트를 굴착과 동시에 타설하는 방법 등이 있습니다 .

3) 시공품질 관리 강화
R.C.D공법의 시공품질 관리를 강화하기 위해서는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.

• 정수압 유지를 위해 정수압계를 설치하고, 정수압을 실시간으로 모니터링하고, 정수압이 불안정할 때는 적절한 조치를 취하는 방법을 사용할 수 있습니다 .
• 굴착속도 조절을 위해 드릴 비트의 회전속도와 진행속도를 적절히 설정하고, 굴착속도를 실시간으로 모니터링하고, 굴착속도가 너무 빠르거나 느릴 때는 적절한 조치를 취하는 방법을 사용할 수 있습니다 .
• 철근망 설치 및 고정을 위해 철근망의 크기와 형태를 설계에 맞게 제작하고, 철근망의 상하단을 드릴 막대관과 Casing에 정확히 연결하고, 철근망의 수직도와 위치를 검사하고, 철근망이 느슨하거나 비틀리거나 이동하지 않도록 고정하는 방법을 사용할 수 있습니다 .
• 콘크리트 타설 및 Casing 회수를 위해 콘크리트의 액상도와 강인도를 적절히 조절하고, 트레미의 위치와 속도를 적절히 조절하고, 콘크리트의 수위를 유지하고, Casing과 철근망 사이의 간격을 충분히 확보하고, Casing의 회수속도를 적절히 조절하는 방법을 사용할 수 있습니다 .

R.C.D공법의 장점 및 단점

1. R.C.D공법 장점

R.C.D공법은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.

• 대구경으로 깊이 70~80m 정도까지 굴착 가능합니다.
• 경암 등의 암반을 포함한 대부분 종류의 지층에 적용 가능합니다.
• 장비가 가벼워서 수상 시공이 가능합니다.
• 저소음, 저진동의 공법입니다.
• 희생강관 또는 케이싱 사용으로 굴착시 공벽유지 가능합니다.

2. R.C.D공법 단점

R.C.D공법은 다음과 같은 단점도 가지고 있습니다.

• 비용이 높습니다.
• 시공기간이 길습니다.
• 시공품질 관리가 어렵습니다.

R.C.D공법의 공법선정 시 고려사항

R.C.D공법은 다른 공법과 비교하여 장단점이 있으므로, 공법선정 시 다음과 같은 사항을 고려해야 합니다.

1. 지반조건

R.C.D공법은 암반을 포함한 다양한 지층에 적용할 수 있지만, 지반조건에 따라서는 다른 공법이 더 유리할 수 있습니다. 예를 들어, 토사층만 있는 경우에는 Earth Drill 공법이 더 효율적일 수 있으며, 암반층만 있는 경우에는 DTH(Down The Hole) Hammer 공법이 더 효율적일 수 있습니다 .

2. 시공조건

R.C.D공법은 수상/해상 작업에도 적용할 수 있지만, 시공조건에 따라서는 다른 공법이 더 유리할 수 있습니다. 예를 들어, 수심이 깊은 경우에는 Casing을 설치하고 회수하는데 어려움이 있을 수 있으며, 파도나 풍력 등의 영향으로 시공이 불안정할 수 있습니다 .

3. 시공비용과 기간

R.C.D공법은 비용이 높고 시공기간이 긴 공법이므로, 시공비용과 기간에 제한이 있는 경우에는 다른 공법이 더 유리할 수 있습니다. 예를 들어, 비용과 기간을 절감하기 위해 Casing 없이 굴착하는 공법이나, 콘크리트를 굴착과 동시에 타설하는 공법 등이 있습니다 .

4. 시공품질과 성능

R.C.D공법은 시공품질과 성능이 높은 공법이지만, 시공품질과 성능에 영향을 미치는 요인들을 충분히 고려해야 합니다. 예를 들어, 정수압 유지, 굴착속도 조절, 철근망 설치 및 고정, 콘크리트 타설 및 Casing 회수 등의 과정에서 발생할 수 있는 문제점들을 사전에 예방하고, 발생 시 적절한 대책을 수행해야 합니다..

마치며

R.C.D공법은 대구경 현장타설 콘크리트 말뚝 시공에 사용되는 공법입니다. 이 글에서는 R.C.D공법의 정의, 특징, 적용성, 시공순서, 유의사항, 문제점 및 대책, 공법선정 시 고려사항에 대해 알아보았습니다.  R.C.D공법을 선택할 때는 지반조건, 시공조건, 시공비용과 기간, 시공품질과 성능 등의 요인들을 종합적으로 고려해야 합니다.

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