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문제 정의
- 본 장에서는 국내에서 실시된 다수의 정 . 동재하시험의 수집된 자료를 가지고 말뚝기초 설계에 사용되는 이론식을 실측값과 비교 분석함으로서 향후 설계하는데 있어서 합리적인 허용하중을 결정할 수 있는 기초자료를 제시하고자 하며, 대부분 경시효과를 고려하지 않고 설계가 이루어지고 있는데 이를 고려했을 시 말뚝 지지력에 미치는 영향도 고찰하고자 한다. 본 연구를 위하여 사용된 자료는 국내 여러 곳에서 시행한정재하시험 36개소와 동재하시험 29개소의 말뚝보고서를 분석하여 정역학적, 동역학적 지지력을 구하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 주변 반력말뚝을 이용한 36개소의 정재하시험 자료에 대한 Davisson의 허용하중 결정법을 기준으로 회귀분석을 하였고, 동재하시험은 29개소에서의실측 허용지지력에 대한 각종 항타공식의 이론 허용지지력을구하였다. 또한, 경시효과에 따른 말뚝 지지력 변화를 확인하기위하여 항타시 동재하시험(EOID)과 7일이 경과한 후의 재항타동재하시험(Restrike)을 실시한 5개소에서의 지지력 증가율, 그리고 그에 따른 항타공식과도 비교하였다.
- 본 연구에 사용된 동재하시험자료의 사용말뚝은 PHC pile과 Steel pile을 사용하였고항타기는 램머무게 7ton인 유압해머로 낙하고 600 ~800mm를적용하였으며, 실측 허용지지력은 말뚝의 상단부에 설치한 가속도계와 변형율계로부터 항타에 의한 말뚝의 가속도와 변형율을 측정한 PDA에서 CAPWAP 해석을 통해 말뚝의 지지력을구한 것이다. 또한, 오차를 최소한으로 줄이기 위해 Hiley 공식계산시 temparary compression 값은 실측값을 적용하였고, e* 값도 PDA 측정에 의한 실측 에너지 효율을 적용하였다.
- 동재하시험은 시험결과의 신뢰도가 비교적 양호할 뿐만 아니라 시험소요시간과 비용면에서경제적이므로 시험의 빈도수 증대로 기초의 시공관리차원에서상대적으로 유리하다. 본 연구에서는 주변 반력말뚝을 이용한 36개소의 정재하시험 자료에 대한 Davisson의 허용하중 결정법을 기준으로 회귀분석을 하였고, 동재하시험은 29개소에서의실측 허용지지력에 대한 각종 항타공식의 이론 허용지지력을구하였다. 또한, 경시효과에 따른 말뚝 지지력 변화를 확인하기위하여 항타시 동재하시험(EOID)과 7일이 경과한 후의 재항타동재하시험(Restrike)을 실시한 5개소에서의 지지력 증가율, 그리고 그에 따른 항타공식과도 비교하였다.
- 시험에 사용된 정재하시험의 재하방식은 유압Jack을 사용하였고 최대하중은 설계하중의 2배로하여 이를 6~8단계로 나누어 재하하는 방식으로 이루어졌다. 시험말뚝의 허용지지력은주변 반력말뚝을 이용한 36개소의 정재하시험 자료를 가지고 P-S 곡선에 전침하량 기준 25.
대상 데이터
- 동재하시험의 수집된 자료를 가지고 말뚝기초 설계에 사용되는 이론식을 실측값과 비교 분석함으로서 향후 설계하는데 있어서 합리적인 허용하중을 결정할 수 있는 기초자료를 제시하고자 하며, 대부분 경시효과를 고려하지 않고 설계가 이루어지고 있는데 이를 고려했을 시 말뚝 지지력에 미치는 영향도 고찰하고자 한다. 본 연구를 위하여 사용된 자료는 국내 여러 곳에서 시행한정재하시험 36개소와 동재하시험 29개소의 말뚝보고서를 분석하여 정역학적, 동역학적 지지력을 구하였다. 한편, 시험을 시행한 지반을 대표할 수 있는 시추주상도를 Fig.
- 즉, 무게 W인 해머가 H만큼의 높이에 있다면 이는 W - H 만큼의 에너지를 갖게 되며, 만일 이 햄머가낙하하여 말뚝을 항타하면, 이 에너지는 일을 하게 되고, 그 일의 근간이 항타에 의해 말뚝에 전달된 힘 (7?“) X말뚝의 관입깊이(S)가 된다는 근거를 두고 있다. 본 연구에 사용된 동재하시험자료의 사용말뚝은 PHC pile과 Steel pile을 사용하였고항타기는 램머무게 7ton인 유압해머로 낙하고 600 ~800mm를적용하였으며, 실측 허용지지력은 말뚝의 상단부에 설치한 가속도계와 변형율계로부터 항타에 의한 말뚝의 가속도와 변형율을 측정한 PDA에서 CAPWAP 해석을 통해 말뚝의 지지력을구한 것이다. 또한, 오차를 최소한으로 줄이기 위해 Hiley 공식계산시 temparary compression 값은 실측값을 적용하였고, e* 값도 PDA 측정에 의한 실측 에너지 효율을 적용하였다.
데이터처리
- Fig. 2는 재하시험 결과에 대한 Meyerhof 방법, Modified Meyerhof 방법, Terzaghi & Peck의 방법, Chin의 방법에 의한 허용하중의 분산도를 작도하고 Davisson의 방법이 지지력을 추정하는데 적용성이 매우 좋은 방법으로 평가되고 있으므로 Davisson의 방법의 허용하중을 기준으로 회귀분석을 실시하여 보았다. Davisson 방법을 기준으로 정도를 평가한 결과, Terzaghi & Peck > Chin > Meyerhof > Modified Meyerhof 방법 순으로 기준값에 근접함을 알 수 있었다.
이론/모형
- 재하하는 방식으로 이루어졌다. 시험말뚝의 허용지지력은주변 반력말뚝을 이용한 36개소의 정재하시험 자료를 가지고 P-S 곡선에 전침하량 기준 25.4mm일때를 극한하중으로 본 Terzaghi & Peck 방법과 Davisson 분석법을 적용하여 항복하중을 구한 후 안전율 2를, Chin의 방법을 이용해 항복하중을결정한 후 안전율 3을 적용하여 구하였다. 한편, 통상적으로 사용하고 있는 항복하중 판정법(F-S 분석법, logP-logS 분석법, S—logT 분석법, P—仏/d(logT)분석법)은 해석자의 개인오차나 축척 등의 영향으로 인해 항복하중을 결정하는데 신뢰성이 떨어지는 것으로 알려져 있어 본 연구에서는 사용하지 않았다.
- 4mm일때를 극한하중으로 본 Terzaghi & Peck 방법과 Davisson 분석법을 적용하여 항복하중을 구한 후 안전율 2를, Chin의 방법을 이용해 항복하중을결정한 후 안전율 3을 적용하여 구하였다. 한편, 통상적으로 사용하고 있는 항복하중 판정법(F-S 분석법, logP-logS 분석법, S—logT 분석법, P—仏/d(logT)분석법)은 해석자의 개인오차나 축척 등의 영향으로 인해 항복하중을 결정하는데 신뢰성이 떨어지는 것으로 알려져 있어 본 연구에서는 사용하지 않았다.
성능/효과
- 1) Davisson 방법을 기준으로 정도를 평가한 결과, Terzaghi & Peck > Chin > Meyerhof > Modified Meyerhof 방법 순으로 기준 값에 근접하게 나타났다.
- 2) 동재하시 험자료와 비교한 결과 항타공식 중 Modified Engineering News 공식이 가장 실측치와 근접한 결과를 주었다. 하지만, 동적지지력 공식간의 상당한 오차가발생하였는데 이는 해머 효율의 불확실성이라든가 변수의 자체특성, 경시효과 등이 고려되지 않았기 때문으로판단된다.
- 또한 CAPWAP해석에 의한 시간경과에 따른 말뚝지지력변화는 Table. 2에서 볼 수 있듯이 선단지지력이 아니라 주로말뚝의 주면마찰력이 증가한다는 것을 알 수 있었으며, 주면마찰력은 항타시 대비 평균 약 2배정도 증가하였다.
- 3) 경시효과를 고려한 시험 결과 선단지지력에 비해 주면 마찰력이 뚜렷하게 증가하였으며 항타시 대비 주면 마찰력은 평균 약 2배정도 지지력이 증가하였다.
- 2는 재하시험 결과에 대한 Meyerhof 방법, Modified Meyerhof 방법, Terzaghi & Peck의 방법, Chin의 방법에 의한 허용하중의 분산도를 작도하고 Davisson의 방법이 지지력을 추정하는데 적용성이 매우 좋은 방법으로 평가되고 있으므로 Davisson의 방법의 허용하중을 기준으로 회귀분석을 실시하여 보았다. Davisson 방법을 기준으로 정도를 평가한 결과, Terzaghi & Peck > Chin > Meyerhof > Modified Meyerhof 방법 순으로 기준값에 근접함을 알 수 있었다.
- 3과 4는 Meyerhof, Modified Meyerhof 공식에서의 선단지지력 (Q») 과 주면 마찰력 (Q) 를 분리하여 시험현장의 주상도를 중심으로, 선단부 N값은 말뚝 선단의 아래로 4D와 위로 10D에서의 N값을 평균하여 구하였고, 말뚝 주면 N값은 주면부의 평균값을 대상으로 구하여 각각 하나의 관계식으로 표현한 것이다. Fig. 5는 동재하시험 결과를 파동방정식과CAPWAP 해석을 이용해 얻은 측정 허용지지력과 각각의 항타공식에 의한 이론허용지지력을 비교한 것으로 이론치는 Danish 공식에서 16%, Hiley에서 41%, Engineering News에서 22%, Modified Engineering News에서 2%정도 크게 나타났으며 각 모델간에 상당한 오차가 발생하였으나 그 중에서 Modified Engineering News 공식이 가장 근접하게 나타났다. 하지만, Gates 공식은 전체 시험결과에서 이론 허용지지력이 약 59%정도 적게 나타났다.
- Fig. 6에서 7일의 경시효과를 고려한 결과 각종 항타공식과 CAPWAP해석에 의한 관계식은 각각 Q成心桐I Q虹g = 0.971 £°七 0.968 t0A, 1.192101, 0.880 Z0 1, 0.889 Z0 1, 0.966 Z01 과 같이 성립되는 것으로 나타났다.
- Fig. 6에서는 경시효과를 확인하기 위하여 항타시 시험과 7 일이 경과한 후의 재항타시 시험을 비교한 5개소에서의 각종항타공식과 CAPWAP 해석한 결과로서 지지력이 평균적으로 Engineering News 공식에서는 약 19%, Modified Engineering News에서도 19%, Hiley 에서는 44%, Danish에서 9%, Gates 에서도 9%, CAPWAP 해석에서는 18%정도 증가하였다. 또한 CAPWAP해석에 의한 시간경과에 따른 말뚝지지력변화는 Table.
- 이상의 결과 항타 후 시간경과에 따라 말뚝의 지지력이 크게 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 지지력 변화율은 지반 조건이나 말뚝의 종류 등에 따라 상당한 차이가 있는데 시간 경과에 따른 지지력 변화는 증가(set-up 효과)할 수도 있고 감소 (relaxation 효과)할 수도 있으므로 경시효과를 고려한 시험이 많이 수행되어 차후 더 정밀한 관계식을 도출하기 위한 많은 연구가 있어야 할 것이다.
후속연구
- 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 지지력 변화율은 지반 조건이나 말뚝의 종류 등에 따라 상당한 차이가 있는데 시간 경과에 따른 지지력 변화는 증가(set-up 효과)할 수도 있고 감소 (relaxation 효과)할 수도 있으므로 경시효과를 고려한 시험이 많이 수행되어 차후 더 정밀한 관계식을 도출하기 위한 많은 연구가 있어야 할 것이다.
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