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문제 정의
- (5)이러한 경향을 바탕으로 기초 크기 2m 이상과 이하에서의 항복하중과 항복침하량 예측식을 제시하 였다.
- 따라서, 본 논문에서는 국내에서 지내력 기초로 많이 적용되고 있는 화강풍화토지반을 대상으로 모형 토조 및 현장평판재하시험을 실시하고 재하판이 증가함에 따른 지지력 및 침하량의 상관관계를 분석하였다. 평판재하시 험에서 시험 결과가 재하판 크기의 2배까지 영향을 미친다는 이론을 고려하여 본 연구의 대상 지반은 영향범위 내 에서는 동일한지층을 구성하는 현장으로 선정하였다.
제안 방법
- 지반 밀도에 영향을 주는 요소인 다짐층수와 다짐 횟수는 각각 시험을 통해 보다 큰 변수를 예비시험을 통해 선정하였다. 3, 4, 7, 12, 20층 등으로 층수를 세분화하여 단위 밀도를 측정한 결과 층별 다짐 밀도차 가 크기 않아 동일한 층에 다짐 횟수를 달리하여 시험을 실시하였다. 시험 결과는 종전의 항복하중 판정법보다는 상대침하〜하중 관계식을 사용하였다.
- 공기건조시킨 사질토모형지반에서 얕은 기초에 대 한 평판 재하시험을 실시하고 다음과 같은 결론을 도출 하였다.
- 근입 깊이 76cm로 모래지반 위에 기초직경 1〜3m인 실험체를 설치하고 재하시험을 실시하였다. 기초 크기는 Ixlm, 1.
- 기초지반조건을 순수 모래 지반(100:0), 모래: 점토 혼합지반(75:25), (50:50), (25:75), 순수 점토 지반(0:100)으 로 5가지로 분류하여 모형 기초지반을 성형한 후 10cm, 15cm, 20cm, 25cm인 정사각형재하판을 이용하여 모형 토조에서 평판 재하시험을 실시하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 05인 경우로 한정하면 scale effect는 없어지고 실제로 하중-침하곡선이 압력-상대 침하곡선으로 작성되면 거의 대부분 하나의 동일한 곡선으로 표시되었다. 따라서, 일반적인 지지력 공식처럼 명백한 scale efffect가 재하시험에서 나타나지 않으므로 상대 침하 s/B가 0.1일때 지지력 산정식식 ⑴을 제안하였다.
- 평판재하시 험에서 시험 결과가 재하판 크기의 2배까지 영향을 미친다는 이론을 고려하여 본 연구의 대상 지반은 영향범위 내 에서는 동일한지층을 구성하는 현장으로 선정하였다. 또 재하시험 분석 결과로부터 화강풍화토 및 풍화암 지 반에서 재하판 증가에 따른 지지력 및 침하량 경향을 도출하고 수치해석을 통해 지내력 기초설계시 scale effect 를 반영하기 위한 지지력 및 침하량 산정식을 제시하였다
- 소성 시험 결과, 통일분류법에 의한 분류 결과는 표 2〜3 과 같다. 또, 점착력과 내부 마찰각을 구하기 위해 토조시험과 동일한 시료를 대상으로 직접 전단 시험을 실시하였고 그 결과는 표5와 같다.
- 모형시험에 사용된 화강풍화토는 현장에서 반입한 후 깊이 85cm 토조에 3층으로 나누어 투기하고 표면을 20회씩 간이 휴대용 다짐기를 사용하여 다졌다. 시험 종 료 후 캔을 이용하여 8회의 단위 중량 시험과 함수비를 측정하였으며 액 .
- 본 연구에서는 실내 토조시험과 현장 재하시험을 수행하였으나 하중재하의 한계성으로 인하여 최대 1.4m X 2.1m 재하판 크기까지의 지지력 측정시험이 수행되었다. 이보다 더 큰 재하판 크기의 지지력 거동은 실제 즉정된 지지력 시험의 하중-침하거동을 수치해 석적으 로 묘사하여 가장 적합한 하중-침하거동을 나타내는 입력물성과 하중 재하 시스템을 재현하고 이 방식으로 재하판 2, 5, 10m 크기까지 시뮬레이션하였다.
- 시험 종 료 후 캔을 이용하여 8회의 단위 중량 시험과 함수비를 측정하였으며 액 . 소성, 체가름, 비중시험 등을 실시하였다. 토조시험에 사용된 시료의 단위 중량, 함수비, 액 .
- 시험 결과는 종전의 항복하중 판정법보다는 상대침하〜하중 관계식을 사용하였다. 이때, 지반 조건 에 관계없이 일정한 경향을 나타내는 추세선을 도출하여 재하판 직경 15, 25cm 이외의 지반 조건에 하중-침하량 거동을 추론하였다
- 따라서, 기초판 scale effect를 예측하는 방법도 기초판 크기 2m 이하와 2m 이상의 경우에 대하여 분리하여 다루는 것이 타당한 것으로 분석되었다. 이러한 분석 결과를 토대로 화강풍화토와 화강암 지반조건에서 재하판 크기에 따른 scale ef伝ct를 고려한 지반의 지지력값을 예측하는데 필요한 항복하중과 항복시의 침하량을 산정하 는 경향(그림 14〜19)과 식 (2)〜(5)를 제시하였다.
- 재하판 크기에 따른 지지력 거동을 보다 일목요연하게 파악해보기 위하여 여러 분석 방법 중 흐}중、침하 곡선에서 침하값을 재하판의 크기로 나누어 침하비로 나타내는 정규화 방법을 적용하였다. 이렇게 하여 측정된 하중-침하곡선으로부터 재하판 크기별로 각각의 경우에서의 항복하중과 그때의 침하량을 산정하여 재하판 크기별로 항복하중과 그때의 침하량이 어떻게 변화하는지를 예측할 수 있는 추정식을 도출하였다.
- 1m 재하판 크기까지의 지지력 측정시험이 수행되었다. 이보다 더 큰 재하판 크기의 지지력 거동은 실제 즉정된 지지력 시험의 하중-침하거동을 수치해 석적으 로 묘사하여 가장 적합한 하중-침하거동을 나타내는 입력물성과 하중 재하 시스템을 재현하고 이 방식으로 재하판 2, 5, 10m 크기까지 시뮬레이션하였다. 재하판 크기에 따른 지지력 거동을 보다 일목요연하게 파악해보기 위하여 여러 분석 방법 중 흐}중、침하 곡선에서 침하값을 재하판의 크기로 나누어 침하비로 나타내는 정규화 방법을 적용하였다.
- 이보다 더 큰 재하판 크기의 지지력 거동은 실제 즉정된 지지력 시험의 하중-침하거동을 수치해 석적으 로 묘사하여 가장 적합한 하중-침하거동을 나타내는 입력물성과 하중 재하 시스템을 재현하고 이 방식으로 재하판 2, 5, 10m 크기까지 시뮬레이션하였다. 재하판 크기에 따른 지지력 거동을 보다 일목요연하게 파악해보기 위하여 여러 분석 방법 중 흐}중、침하 곡선에서 침하값을 재하판의 크기로 나누어 침하비로 나타내는 정규화 방법을 적용하였다. 이렇게 하여 측정된 하중-침하곡선으로부터 재하판 크기별로 각각의 경우에서의 항복하중과 그때의 침하량을 산정하여 재하판 크기별로 항복하중과 그때의 침하량이 어떻게 변화하는지를 예측할 수 있는 추정식을 도출하였다.
- 지내력 기초에서 재하판 크기 증가에 따른 지지력 및 침하량 증가량을 예측하기 위해 모형 토조와 현장평판 재하시험를 실시하고 수치 해석을 통해 화강풍화토 및 풍화암(원지 반 조건)에서 기초 크기에 따른 scale effect 를 산정하기 위한 항복하중 및 침하량 산정식을 제안하고 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 95t/m3), 함수비(15〜30%), 재하판 직경(D15, 25cm)를 분류하여 5개 현장에서 시료를 현장 반입하여 실시하였다. 지반 밀도에 영향을 주는 요소인 다짐층수와 다짐 횟수는 각각 시험을 통해 보다 큰 변수를 예비시험을 통해 선정하였다. 3, 4, 7, 12, 20층 등으로 층수를 세분화하여 단위 밀도를 측정한 결과 층별 다짐 밀도차 가 크기 않아 동일한 층에 다짐 횟수를 달리하여 시험을 실시하였다.
- 지반 조건에서 액성 한계 및 소성한계, N치, 비중은 지반조사 보고서를 참조하였고 변형계수 중 정적인 변형계수는 재하시험의 하중-침하곡선에서, 동적인 변형계수 는 동평 판 재하시험에서 측정한 값을 적용하였다.
- 화강풍화토를 대상으로 모형시험을 실시하기 위해 그림 3과 같은 모형 토조를 제작하였다. 지반의 전단파괴 시 발생하는 변위의 영향을 고려하여 재하직경의 6배 크기의 토조를 제작하였으며 크기는 2, 000 X 2, 000 X 1, 000mm이며 반력용 빔은 H빔 2OOxl5OX6x9mm 자재를 사용하여 토조 본체에 볼트로 연결하여 설치하였다.
- 토조시험은 동일한 지반조건 하에 다수의 시험을 수행하여 신뢰성 있는 결과를 도출하기 위해 실시하는 것으로 주요 장비로는 모형 토조, 계측장비 등으로 구성된다. 토조시험의 시험조건으로 크게 함수비(자연함 수비, 함수비 증가), 다짐 횟수(3층 3회, 20회), 습윤 단위 중량 (1.75 ~1.95t/m3), 함수비(15〜30%), 재하판 직경(D15, 25cm)를 분류하여 5개 현장에서 시료를 현장 반입하여 실시하였다. 지반 밀도에 영향을 주는 요소인 다짐층수와 다짐 횟수는 각각 시험을 통해 보다 큰 변수를 예비시험을 통해 선정하였다.
대상 데이터
- D15, D25, D30, D40 재하판은 백호우(용량1.0 必, 중량 26t)를 75x75, 140x210 재하판은 재하 하중 200t을 지지할 수 있는 반력식 H빔대(그림 4〜5)를 반력으로 사용하였다.
- 근입 깊이 76cm로 모래지반 위에 기초직경 1〜3m인 실험체를 설치하고 재하시험을 실시하였다. 기초 크기는 Ixlm, 1.5xl.5m, 2x2m, 3><3m로 시공하였다. 시험분석에 의하면 변위 150mm에 도달하는 압력을 지지력으로 간주하면 scale effect가 명백하지만 지지력이 상 대변위 0.
- 일반적으로 재하시험에 사용되는 주요 시험장비는 유압잭, 로드셀, 다이알게이지 등이 있는데 본 시험에서 는 20t 유압장치, 20t 측정용 로드셀, 50mm 변위 측정용 다이 알게이지 2조를 사용하였다. 재하판은 원형 형태로 직경이 15, 25cm를 사용하였다.
- 일반적으로 재하시험에 사용되는 주요 시험장비는 유압잭, 로드셀, 다이알게이지 등이 있는데 본 시험에서 는 20t 유압장치, 20t 측정용 로드셀, 50mm 변위 측정용 다이 알게이지 2조를 사용하였다. 재하판은 원형 형태로 직경이 15, 25cm를 사용하였다.
- 따라서, 본 논문에서는 국내에서 지내력 기초로 많이 적용되고 있는 화강풍화토지반을 대상으로 모형 토조 및 현장평판재하시험을 실시하고 재하판이 증가함에 따른 지지력 및 침하량의 상관관계를 분석하였다. 평판재하시 험에서 시험 결과가 재하판 크기의 2배까지 영향을 미친다는 이론을 고려하여 본 연구의 대상 지반은 영향범위 내 에서는 동일한지층을 구성하는 현장으로 선정하였다. 또 재하시험 분석 결과로부터 화강풍화토 및 풍화암 지 반에서 재하판 증가에 따른 지지력 및 침하량 경향을 도출하고 수치해석을 통해 지내력 기초설계시 scale effect 를 반영하기 위한 지지력 및 침하량 산정식을 제시하였다
- 현장 재하시험은 실제 현장에서 재하판 직경별 지지력 크기 변화를 측정하기 위해 D15, D25, D30, D40, 75x75, 140x210 크기의 재하판을 사용하여 실시하였다.
이론/모형
- 3, 4, 7, 12, 20층 등으로 층수를 세분화하여 단위 밀도를 측정한 결과 층별 다짐 밀도차 가 크기 않아 동일한 층에 다짐 횟수를 달리하여 시험을 실시하였다. 시험 결과는 종전의 항복하중 판정법보다는 상대침하〜하중 관계식을 사용하였다. 이때, 지반 조건 에 관계없이 일정한 경향을 나타내는 추세선을 도출하여 재하판 직경 15, 25cm 이외의 지반 조건에 하중-침하량 거동을 추론하였다
성능/효과
- (1) 기초 크기에 따른 항복하중과 항복시의 침하량 거동은 기초 크기 구간별로 다르게 나타났다.
- (2) 지내력 기초(얕은 기초)가 가능한 화강풍화토나 풍화암 지반에서는 기초 크기 약 2m를 경계로 scale efibcaF 크게 구분되었다.
- (3) 기초 크기 2m 이내에서는 기초 크기가 커질수록 항복 하중이 감소하는 경향을 보이며 기초 크기 2m 이상에서는 기초 크기가 커질수록 항복하중이 증가하는 것으로 나타났다.
- (b) 일정한 상대 밀도에서 재하판 폭이 증가할수록 기초지 반의 침하가 감소하고 상대 밀도의 증가에 따른 기초지반의 침하비는 재하판 폭이 증가할수록 감소하였다.
- -순수 점토(0:100) : 재하폭이 커지면 극한 지지력은 약간 증가하였고 재하판의 크기가 2.5배 커질 때 약 15% 정도 극한 지지력이 증가하는 것으로 나타났다.
- 화강풍화토와 풍화암에 대한 하중-침하, 하중-상대 침 하(침흐和1)를 분석한 결과(그림 6〜13)에 의하면 기초판 크기 2m를 전후로 경향이 다름을 알 수 있다. 따라서, 기초판 scale effect를 예측하는 방법도 기초판 크기 2m 이하와 2m 이상의 경우에 대하여 분리하여 다루는 것이 타당한 것으로 분석되었다. 이러한 분석 결과를 토대로 화강풍화토와 화강암 지반조건에서 재하판 크기에 따른 scale ef伝ct를 고려한 지반의 지지력값을 예측하는데 필요한 항복하중과 항복시의 침하량을 산정하 는 경향(그림 14〜19)과 식 (2)〜(5)를 제시하였다.
- 띠형기초와 원형 기초에 대해 수치 해석을 실시한 결과, 기초 크기가 증가할수록 지지력이 커지고 지지력 계 수 N, 은감소하였다. 단위 중량 15.
- 10배 정도 기초 크기를 증가시키면 지지력 계수N, 는 약 55% 감소하였는데 원심 모형 실험에서 유사한 결과가 나왔다. 수치해석과 실험에서 형상계수S, 은 기초폭이 증가할수록 커졌다. 수치 해석에서 원형 기초의 형상계수S'은 고전적인 값인 S, =0.
- 5m, 2x2m, 3><3m로 시공하였다. 시험분석에 의하면 변위 150mm에 도달하는 압력을 지지력으로 간주하면 scale effect가 명백하지만 지지력이 상 대변위 0.05인 경우로 한정하면 scale effect는 없어지고 실제로 하중-침하곡선이 압력-상대 침하곡선으로 작성되면 거의 대부분 하나의 동일한 곡선으로 표시되었다. 따라서, 일반적인 지지력 공식처럼 명백한 scale efffect가 재하시험에서 나타나지 않으므로 상대 침하 s/B가 0.
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