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문제 정의
- 본 연구에서는 말뚝 두부 허용침하량과 IGM 상단부 토층의 하중전이특성을 고려하고 말뚝의 탄성압축량에 기초한 IGM 상단부 기준 침하량 결정방법을 제안하여 IGM 설계이론이 합리적으로 적용될 수 있게 하였다.
제안 방법
- IGM내에서 축방향하중을 받는 현장타설말뚝에 대한 설계를 위해 표 1에 기술된 설계 이론을 바탕으로 2가지의 모델(모델 1, 2)이 제안되었으며, 모델 1은 점착성 IGM(분류 1, 2), 모델 2는 비점착성 IGM(분류 3)에 적용된다. IGM의 예측 모델들은 주로 하중침하 거동을 예측하므로 허용침하기준의 적용에 주의해야 하며, 어떤 침하량을 예측시 적용하는가가 매우 중요하다.
- 소켓 주면부는 “매끄러운” 조건이었으며, 5mm 두께의 교란영역이 발견되었다. 단기재하하중 방식으로 재하 하였으며, 말뚝의 예상 극한지지력의 1/10의 하중을 단계하중으로 하여 3～4분마다 증가시켰다. TAMU 현장의 경우 G.
- 하지만, 설계시나 재하시험 분석시에 대한 w t의 적용에 관한 기준이나 제안이 없어 IGM 이론을 설계실무에 활용하는 데는 w t 결정방법의 별도 제안이 요구되었다. 따라서, 설계시 IGM 소켓의 지지력 결정을 위한 상단부 기준침하량( w t)을 결정할 수 있는 제안식을 국내외 재하시험 결과를 분석하여 새롭게 제안하였다.
- 값과 관련된 상세분석은 4장에 나타내었다. 또한 하중전이 측정이 이루어진 국내 1개 현장의 재하시험 결과를 이용하여 제안식을 검증하였다.
- 이라는 보정계수가 적용되었다. 또한, 등방성, 균질성을 가정한 상태에서 경계조건을 제시하였다. 근본적으로 탄성거동의 경향을 보이는 경우에 적용성이 크나 탄성거동의 영역에 관한 명확한 제시는 향후 더 많은 현장시험 자료의 분석을 통해 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- (-)11m까지는 실트질 모래층이고 그 아래에는 과압밀된 해성 점토가 존재한다. 벤토나이트 슬러리와 임시 케이싱을 이용하여 모래층을 천공하였으며, 직경이 0.61m의 매끄러운 굴착공을 형성시켰다. Dallas 현장과 마찬가지로 주면마찰력만 관찰하기 위해 말뚝 선단에 약 0.
- 하중전이시험 결과와 하중전이에 의한 말뚝의 탄성압축량, 말뚝 근입길이에 대한 토사층의 두께비율, 하중전이특성 등을 고려하고 탄성론에 근거하여 토사층 하단부, 즉 그림 3에서의 IGM 소켓의 상단부 침하량( w t) 결정식을 다음의 식 (1)로 제안하였다.
대상 데이터
- 기존에 사용되어 온 지지력 산정법의 적용성과 변위를 고려한 지지력 해석 제안식의 검증을 위해 부산 수영만 매립지의 광안대로 육상부 제5공구 건설현장의 정재하시험 결과를 사용하였으며 시험말뚝들의 제원은 표 7과 같다.
- 모델 1의 주요 설계요소로는 IGM의 비배수 압축강도, IGM의 내부마찰각과 변형 특성, IGM과 현장타설콘크리트의 내면 거칠기, 접촉면의 교란도(콘크리트와 교란되지 않은 IGM 사이 재성형지반의 존재), IGM과 콘크리트의 탄성계수, 말뚝과 IGM내에 있는 콘크리트의 초기 접촉압력(콘크리트 슬럼프, 타설속도) 소켓의 깊이와 직경 등이 있다.
데이터처리
- 광안대로 현장의 경우 풍화암층 상단부에서의 침하량은 별도로 측정되지 않아 하중전이곡선을 이용한 시험결과 해석시의 w t 계산방법을 이용하였다. 하중단계별 k m 값 산정결과는 표 9와 같으며, 하중단계별 k m의 변화 특성은 그림 9와 같다.
성능/효과
- (1) IGM 이론의 경우 기존 이론에 비해 지반의 강도 이외의 매우 다양한 요소들을 설계에 반영할 수 있고, 변위를 고려한 지지력 산정이 가능한 특징을 보이며, 지층 내 임의 깊이에서의 변위량 결정식을 말뚝의 탄성압축 이론에 기초하여 제안한 후 재하시험결과를 이용하여 분석한 결과 제안식과 IGM 이론을 활용하여 향후 말뚝 설계시 변위를 고려한 지지력의 해석이 가능할 것으로 판단된다.
- (2) 제안식에 도입된 침하량보정계수 k m은 지반상태나 하중전이 특성에 따라 다른 고유값을 가지고 하중 및 변형 증가에 따라 변화하는 특성을 보였다.
후속연구
- (3) 제안식의 개선 및 k m에 관한 보다 상세한 특성 연구를 위해서는 하중전이 측정과 함께 가능한 한 큰 하중이 재하된 시험자료의 추가 분석이 이루어 져야 하며, 이를 통해 지반조건별, 시공조건별 k m의 고유값에 대한 합리적인 분류와 설계시 적용 가능 범위 등에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- 또한, 등방성, 균질성을 가정한 상태에서 경계조건을 제시하였다. 근본적으로 탄성거동의 경향을 보이는 경우에 적용성이 크나 탄성거동의 영역에 관한 명확한 제시는 향후 더 많은 현장시험 자료의 분석을 통해 이루어져야 할 것으로 판단된다. 특히, 주목하여야 할 점은 k m값은 지반상태나 하중전이특성에 따라 다른 고유값을 가지지만 하중증가에 따라, 또는 변형증가에 따라 변화한다는 것이다.
- 즉, w T와 w t 값이 같은 값을 보이는 상태를 의미하며, 이러한 경우 k m = 1일 때의 하중은 항복하중을 지난 상태를 보이거나 항복하중을 넘어서도 k m값이 1이하를 보일 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 k m값이 0에 가까운 매우 연약한 토층 상태(하중전이가 거의 발생하지 않는 경우)에서는 k m값의 활용( k m = 1 ;항복하중)에 주의가 요망되며, 향후 많은 시험결과 분석을 통해 토층상태별 k m값의 범위나 활용에 관한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
- 또한 말뚝 직경, 근입길이 등을 적절히 변화시켜가며 최적의 설계가 되도록 하는 것이 바람직하다. 시험시 하중전이 측정이 이루어진 경우에 대해서만 k m의 평가가 가능하므로 제안식의 개선 및 k m에 관한 보다 상세한 특성 연구를 위해서는 하중전이 측정과 함께 가능한 한 큰 하중이 재하된 시험자료의 분석이 필요하다. 즉, 제안식은 지반 조건별, 시공조건별 k m의 고유값에 합리적인 분류를 통해 설계시 적용 가능 범위 등에 대한 체계적인 연구가 필요하다.
- 시험시 하중전이 측정이 이루어진 경우에 대해서만 k m의 평가가 가능하므로 제안식의 개선 및 k m에 관한 보다 상세한 특성 연구를 위해서는 하중전이 측정과 함께 가능한 한 큰 하중이 재하된 시험자료의 분석이 필요하다. 즉, 제안식은 지반 조건별, 시공조건별 k m의 고유값에 합리적인 분류를 통해 설계시 적용 가능 범위 등에 대한 체계적인 연구가 필요하다.
- 특히 국내 지반에 IGM의 설계이론을 적용할 경우 설계자에 따라 서로 다른 분류기준을 적용할 가능성이 있어 국내지반 중 IGM으로 분류될 수 있는 지반에 대한 별도의 분류기준이 필요하며, 상기 분류체계에 포함되지 않은 경우는 추가하는 등의 보다 체계적인 연구가 필요하다고 판단된다. 특히 IGM 이론이 미국 FHWA에서 주관하여 개발된 것을 감안하면, 미국과 국내의 암반의 지질학적, 공학적 특성이 다를 수 있어 설계를 위한 각종 설계정수의 추정식이 국내 지반조건에 적합하지 않을수 있다는 것을 유의해야 할 것이다.
- 예를 들어 분류 3 중에서 풍화잔류토의 경우 모암의 종류 및 모암의 광물성분, 모암의 지질학적인 생성과정 등에 따라 점성 조건에 가까운 특성을 보일 수 있다. 특히 국내 지반에 IGM의 설계이론을 적용할 경우 설계자에 따라 서로 다른 분류기준을 적용할 가능성이 있어 국내지반 중 IGM으로 분류될 수 있는 지반에 대한 별도의 분류기준이 필요하며, 상기 분류체계에 포함되지 않은 경우는 추가하는 등의 보다 체계적인 연구가 필요하다고 판단된다. 특히 IGM 이론이 미국 FHWA에서 주관하여 개발된 것을 감안하면, 미국과 국내의 암반의 지질학적, 공학적 특성이 다를 수 있어 설계를 위한 각종 설계정수의 추정식이 국내 지반조건에 적합하지 않을수 있다는 것을 유의해야 할 것이다.
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