건축/환경에너지

Nikkei Construction_2020.11.9 특집 요약 (p32-45)

팔리는 'Low Tech'
기존 공법의 개량과 시행착오로 생겨나는 새로운 기술

압도적인 노동력 부족, 한정된 공사기간, 품질 확보의 요구, 환경 보전. 많은 현장에서 공통적인 과제는 최첨단 ICT(정보통신기술)를 활용하기만 하면 반드시 해결되는 것은 아니다. 기존 공법의 꾸준한 개량이나 시행착오를 반복하며 생겨난 새로운 ‘Low Tech’ 기술도 실적을 확실하게 올리고 있다. 현장의 요구에 일찍부터 주목해 새로운 공법을 실용화한 현장을 취재했다.

Part 1. 페트병 음료 ‘뚜껑’으로 토크 관리
Torshear Nut (KFC)

“항상 진동이 가해지는 터널 내 배관이나 조명 기구, 표식 등을 확실하게 고정할 수 있는 새로운 공법은 없을까?” 건설자재의 개발 및 판매, 시공을 전개하는 KFC의 다케모토(竹本) 내진기술실장은 약 5년 정도 전에 회의실에서 머리를 싸매고 고민하고 있었다.

이완을 방지하는 너트는 우리 제품을 포함해 전세계에 많이 존재한다. 미 항공우주국(NASA)의 진동 시험에서 우수한 성적을 거둔 너트도 있다. 그러나 인프라 건설이나 유지관리 현장에서는 가끔 이완 등의 문제가 발생한다. 조이는 것을 잊거나 토크가 부족한지 여부를, 시공 후에 만지거나 추가로 조이면서 하나씩 확인하는 작업이 필요했었다. 발주자로부터 이 문제를 해결했으면 좋겠다는 요구가 다케모토 실장에게 많이 들어왔었다.

조임 토크를 적절하게 관리할 수 있는 전동 공구를 개발해야 하는지 고민했었다. 그러나 “작업자는 각자 자신에게 맞는 공구를 사용하고 있다. 발주자나 원청 건설회사가 공구를 지정해 시공하는 것은 현실적이지 않았다”(다케모토 실장).

그 때 눈에 들어온 것이 책상 위에 놓인 음료 페트병이었다. 뚜껑을 손으로 돌리면 하단의 링이 끊어지면서 뚜껑이 열린다. 다케모토 실장은 여기서 아이디어를 얻어서 너트에 수지 캡을 씌우게 되었다.

-- 너트에 수지 캡을 씌운다 --
-- 아마추어가 더 좋은 성적 --

Part 2. 인력으로 움직일 수 있는 중소 교량의 이동식 비계
Bridge Hanger (NISHIO RENT ALL)

“교량점검용 새로운 비계(scaffold)를 고안했으면 좋겠다. 예를 들면 강 위의 고무보트 네 귀퉁이에 끈을 달아 거더 아래 쪽까지 끌어올리는 이미지다”. 건설 기기 렌탈기업 NISHIO RENT ALL 기술개발부의 후지타(藤田) 부장은 니시오(西尾) 사장으로부터 이런 엉뚱한 지시를 받았을 때의 일을 지금도 잊지 못하고 있다.

길이 2m 이상의 모든 다리를 5년에 한 번씩 접근해 육안 점검하도록 국토교통성이 의무화한 것은 2014년. 얼마 지나지 않아 다양한 과제가 부각되기 시작했다.

그 하나가 주로 기초지방자치단체가 관리하는 폭 5.5m 이하, 길이 15m 이하의 소규모 다리의 점검 방법이었다. 지상에서 근접하기 어려운 경우, 다리 위에 정차한 교량점검 차량에서 붐을 아래로 뻗고, 사람이 붐 끝에 설치된 탑승 칸에 올라타 다리 밑으로 내려가는 것이 일반적이다.

그러나 교량점검 차량은 3m 이상의 폭을 차지한다. “폭이 좁은 다리에서는 작업 중에 통행금지를 해야 한다. 또는 주민 등의 차량이 올 때마다 교량점검 차량을 다리 밖으로 일시 대피시킬 필요가 있었다”(후지타 부장).

리프팅 비계를 장착하면 작업을 중단할 필요가 없어지지만 설치와 철거에 비용과 시간이 든다. 소규모 교량의 점검에서는 현실적이지 않다. 이러한 현장에서도 사용할 수 있는 비계를 생각하자! 이것이 후지타 부장의 과제였다.

-- 점검 작업 중에도 차량이 통과할 수 있다 --

Part 3. 2차 제품인 배수구덮개를 오더 메이드
Dimple f (GOTO-CONCRETE)

치수가 정해진 일본산업규격(JIS)의 제품은 만들지 않는다. 이런 경영방침을 내건 콘크리트 2차 제품 업체가 있다. 바로 GOTO-CONCRETE(아이치현)다. 마쓰바야시(松林) 사장은 “가격 경쟁에 빠지기 쉬운 JIS 제품이 아니라 독자 개발한 제품으로 승부하고 싶다”라고 말한다.

그런 GOTO-CONCRETE(이하 GOTO)가 개발한 기설 측구의 리뉴얼 공법 ‘Dimple f’가 18년에 ‘인프라 메인터넌스 대상’ 우수상을 받았다.

개발 경위는 98년으로 거슬러 올라간다. GOTO는 98년에 ‘Shape Up Slit’이라는 달걀형 단면 측구를 실용화. 수량(水量)이 적어도 큰 유속을 확보할 수 있기 때문에 측구 내부에 진흙이나 쓰레기가 잘 쌓이지 않는다. 단면 상부에는 폭 15mm 정도의 슬릿이 있어 뚜껑이나 격자(Grating)를 만들 필요가 없다. 뚜껑 자체가 없기 때문에 자동차가 측구 위를 지나가도 덜컹거리는 소리가 나지 않는다.

“주로 간선도로의 인도와 차도 경계 부분의 측구에 사용되며, 주택지 생활 도로의 측구로서는 그다지 인기가 없었다”(마쓰바야시 사장). 생소한 달걀형인데다가 주택지 측에서 빗물 배수관 등을 연결할 때 수고가 들었기 때문이다.

그 반성을 바탕으로 마쓰바야시 사장은 03년, 일반적인 U자형 측구에 가까운 모양의 측구 ‘Dimple’을 개발했다. U자형 단면의 안쪽 바닥에 종단 방향의 홈을 만들어 유속을 높이는 방법으로 진흙 등의 퇴적을 방지한다. 또한 슬릿이 달린 철근 콘크리트제 뚜껑을 준비, 현지에서 무수축 모르타르를 주입해 측구와 일체화할 수 있도록 했다. 뚜껑을 고정하기 때문에 덜컹거림이나 파손을 방지할 수 있다.

그러나 측구 본체가 아니라 뚜껑만 팔리는 경우가 많았다. 덜컹거리거나 파손된 기존의 뚜껑을 수리하고 싶다는 요구가 주민들로부터 많이 들어오게 되었다. 도로의 포장화와 함께 반세기 정도 전에 만들어진 현장 콘크리트 측구 뚜껑의 손상이 심각했었다.

낡은 측구는 크기가 제각각이다. 폭이 10cm 단위 규격의 뚜껑을 준비해도 현지에서 사용할 수 없다. “2차 제품 업체는 형틀을 판매하는 업체다. 하나의 형틀로 같은 모양의 제품을 많이 만듦으로써 이익을 창출한다. 그러나 시장의 요구는 달랐었다”(마쓰바야시 사장).

-- 좁은 측구에서 넓은 수로까지 대응 --
마쓰바야시 사장이 말하는 형틀 장사의 개념을 부순 것은 해외 건설박람회에서 본 유럽의 형틀 업체였다. 주택 콘크리트벽 등의 형틀을 자유자재로 재조합하며 거의 오더메이드로 시공하고 있었다.

“측구의 뚜껑도 그렇게 하지 말라는 법은 없다”라고 생각한 마쓰바야시 사장은 유럽의 형틀 등에 사용되었던 지그(Jig)나 재료를 입수. 자사의 공장 기술자들과 함께 연구를 거듭했다.

연구를 시작한지 1년 후인 08년. 형틀의 조립 방식 등을 연구해 폭과 두께를 바꾸기만 하는 경우라면, 채산이 맞을 정도로 프리사이즈의 뚜껑을 만들 수 있게 되었다. ‘Dimple f’의 완성이다. ‘f’는 ‘Free’의 머리글자다. 어떤 사이즈의 뚜껑이라도 현장의 상황에 맞춰서 한 장부터 공장 제작한다. 폭 7cm의 뚜껑부터 수로 등을 덮는 폭 6m 이상의 뚜껑까지 대응할 수 있다.

지금까지 그 한 장의 뚜껑이 없어서 어려움을 겪고 있던 현장이 의외로 많았다고 한다. 어쩔 수 없이 뚜껑을 현장에서 만들어도 일찍 망가지기 때문에 여러 번 재보수가 필요하다. 공장 제작한 Dimple f의 뚜껑은, 재료비는 일반적인 JIS의 2차 제품과 비교해 50% 정도 비싸지지만 무수축 모르타르를 충전해 기설 측구와 일체화하기 때문에 라이프사이언스 비용에서는 유리해진다. 시공 시간도 현장 제작과 비교해 최대 90% 단축할 수 있다. 수 십 미터 구간에서 시공할 경우, 기설 뚜껑의 철거와 Dimple f 뚜껑 설치에 각 30분, 무수축 모르타르 충전에 1시간, 양생은 2시간 정도면 된다.

Dimple f는 현재 자사 매출의 30%를 차지할 정도로 성장했다. 행정이나 건설회사로부터 상담이 들어오면 현지 상황을 조사해 제품 선정의 상세 보고서를 작성하고 견적 내용 등을 설명한다.

Part 4. 평평한 철망 벽면재로 간단 시공
Flat Panel (OKASAN LIVIC)

국토교통성이 20년 6월, 신기술정보제공시스템(NETIS)의 준장려기술에 선정된 OKASAN LIVIC(도쿄)의 지오텍스타일(Geotextile) 보강 토벽 공법 ‘트리그리드(TRIGRID)’. 종합평가 낙찰 방식의 기술 제안이나 공사성적평정에서 가점 대상이 될 수 있는 공법이다.

“건설자재를 다루는 상사로서 사업기회 확대를 내다보고 독자적인 공법을 만들고 싶었다”. OKASAN LIVIC 기술개발부의 하야시(林) 차장은 공법 개발 계기를 이렇게 밝힌다.

트리그리드는 고강도 폴리에스테르 섬유를 묶은 심재(芯材)에 폴리프로필렌 수지를 피복한 4cm 격자 모양의 그리드 재료다. 크게 늘어나지 않고 강도나 내부식성이 뛰어나다. 한국 업체가 제조, 일본 국내에서도 보강 토벽 내부에 부설하는 보강재나 연약 지반의 침하 대책 등 다양한 용도에 사용되고 있다.

OKASAN LIVIC은 트리그리드와 조합하는 지오텍스타일 보강 토벽의 벽면 재료 개발에 도전했다. 완성한 것이 ‘Flat Panel’이라는 평면 모양의 용접 철망이다. 08년에 개발한 이래 300건 가까운 실적이 있다.

Flat Panel은 직경 6.5mm의 강재를 세로와 가로 격자무늬로 짠 철망으로, 용융아연도금으로 부식을 방지했다. 패널 1장의 크기는 폭 2m, 시공 높이 약 60cm, 무게는 9kg으로 가볍다.

현장에서 Flat Panel끼리 상하 좌우로 맞물리게 연결해 벽면재료로서 일체화한다. 각 Flat Panel의 중앙부를 보강재인 트리그리드와 연결하면 급경사의 성토가 가능해진다.

적용할 수 있는 벽 높이는 18m 정도까지다. 성토 재료에는 모래흙이나 자갈흙뿐 아니라 함수비가 높지만 않으면 실트나 점성토도 사용할 수 있다.

-- L형 철망의 과제를 해결 --
기존의 지오텍스타일 보강 토벽 공법은 벽면재로서 단면이 L자형인 용접 철망이 사용되었다. “L자형으로 구부러져 있기 때문에 안정적으로 설치할 수 있는 반면에 몇 개의 과제가 있었다”(하야시 차장).

예를 들면, 입체적인 모양이기 때문에 트럭을 이용한 운반이나 가거치를 할 때 자리를 많이 차지한다. 시공 시에는 벽면재의 설치 장소가 평평해지도록 미리 신중하게 정비해 둘 필요가 있다. 각 층의 성토가 완료된 후에 다음 층의 벽면재를 설치하게 된다. 전락 사고에 주의하면서 고소 작업을 해야 한다. 시공 후에 성토가 침하하면 L자형의 벽면재도 움직일 우려가 있었다.

“Flat Panel은 이러한 L자형 용접 철망의 결점을 해결할 수 있다”라고 하야시 차장은 자신감을 보인다. 평평한 모양이기 때문에 쉽게 쌓을 수 있어 효율적으로 운반 및 보관이 가능하다. 성토가 완료되지 않아도 벽면재의 Flat Panel을 먼저 위에 덧붙일 수 있기 때문에 시공 시의 시각적인 전락 억지 효과를 기대할 수 있다.

한편, Flat Panel을 사용하면 성토의 경사에 따라서 성토 속에 부설하는 트리그리드의 높이 방향의 간격이 변해 버리기 때문에 성토의 압축 작업에 영향을 미친다. “앞으로 경사에 좌우되지 않고 트리그리드를 일정 간격으로 부설할 수 있도록 개량하고 싶다”(하야시 차장).

Part 5. 관로 갱생과 동시에 하수열을 회수
Heat Liner 공법(도아그라우트공업(東亜GROUT工業)

많은 눈이 내려도 왜 맨홀 위에는 눈이 쌓이지 않고 녹는 것일까? 도아그라우트공업(도쿄) 기술개발실의 다구마(田熊) 실장의 연구는 소박한 의문에서 시작했다.

겨울에는 외기 온도보다 하수가 따뜻하고, 여름에는 하수가 차갑다. 하수의 수온은 연간 15~25℃로 안정적이다. 일반적인 공조기의 냉난방처럼 공기에서 열을 흡수하거나 방열하는 것보다 하수를 사용하는 편이 효율적이다.

다구마 실장은 14년, ‘Heat Liner 공법’으로 결실을 맺었다. 하수도의 관로 갱생과 동시에 하수열을 회수하는 시스템이다. 이 공법은 18년부터 19년에 걸쳐 국립환경연구소 등이 주최하는 환경상을 포함해 국토교통성의 인프라 메인터넌스 대상 우수상, 에너지절약센서의 에너지절약 대상 중소기업청 장관상 등을 잇달아 수상했다.

Heat Liner 공법은 우선 하수관의 바닥에 열교환 매트를 부설해 부동액을 순환시킨다. 다음으로 내산성 유리섬유에 광경화성 불포화 폴리에스테르 수지를 함침한 갱생재를 하수관 안으로 끌어온 후, 압축 공기를 보내 갱생재를 팽창시켜 관 내면에 밀착. 마지막으로 관내에서 자외선을 조사해 갱생재를 경화시킨다. 관의 직경은 250~900mm로, 항상 직경의 10% 이상의 깊이에서 물이 흐르는 하수관이 주요 적용 대상이다.

관로 갱생 공법은 도아그라우트공업 등이 개발해 일본하수도신기술기구로부터 건설 기술 심사 증명을 받은 심리스 시스템 공법이 기본이 되었다. “심리스 시스템 공법은 갱생재의 강도가 높아 갱생관의 두께가 얇아도 된다. 열전도가 좋기 때문에 Heat Liner 공법에 적합하다”(다구마 실장). 열교환 매트 등의 내용 연수는 일반적인 하수관과 동일한 50년 정도를 전망한다.

-- 1시간 3cm의 적설을 녹인다 --
관 바닥의 열교환 매트를 매개로 회수한 하수열은 보도나 주차장의 눈 융해와 보육원, 병원의 공조나 급탕에 사용되고 있다. 북쪽의 홋카이도에서 남쪽의 사가현까지 전국 14곳에서 도입된 실적이 있다. 15년의 개정 하수도법으로 인해 민간 열수요자가 열교환기를 하수관 내에 설치할 수 있도록 된 영향도 크다.

직경 250mm의 하수관에, 길이 50m의 열교환 매트를 부설함으로써 회수할 수 있는 열량은 5kW 정도로 결코 많은 것은 아니다. 그래도 “지금까지 버려졌던 하수열을 24시간 활용할 수 있다는 이점은 크다”(다구마 실장).

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