대부분의 설계지침서에서는 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력을 산출하기 위하여 암석의 일축압축강도를 사용한다. 그러나 최근에 도로교 설계기준 해설(대한토목학회, 2001)과 AASHTO 설계지침서(2000)에서는 현장조건을 보다 잘 반영할 수 있도록 RQD를 적용하여 산출한 암반의 일축압축강도를 사용하도록 개정되었다. 그런데 RQD를 이용하여 암반의 일축압축강도를 산정하는 식을 국내의 주요 기반암에 적용하는 데에 문제가 제기되었고, 여기에는 RQD 자체의 문제점, 즉 지하수, 절리면 상태 등을 반영하지 못한다는 점도 포함되었다. 결국 도로교 설계기준 해설(2001)은 암석의 일축압축강도를 이용하여 주면저항력을 산정하는 방법으로 다시 개정되었다(한국도로공사, 2002). 본 연구에서는 암석의 일축압축강도와 현장 암반의 일축압축강도를 연관시키는 수단으로 제시되어 있는 기존의 여러 방법을 비교 검토하였으며, 이 가운데 신뢰도가 있는 것으로 평가되고 있는 Hoek-Brown 파괴 규준을 이용하여 암반의 일축압축강도 추정식을 제시하였다. 또한 이를 이용하여 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력 예측 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 현장타설말뚝의 재하시험 데이터를 이용하여 기존의 여러 방법으로 구한 주면저항력과 비교한 결과 신뢰도가 있음을 알 수 있었다.
대부분의 설계지침서에서는 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력을 산출하기 위하여 암석의 일축압축강도를 사용한다. 그러나 최근에 도로교 설계기준 해설(대한토목학회, 2001)과 AASHTO 설계지침서(2000)에서는 현장조건을 보다 잘 반영할 수 있도록 RQD를 적용하여 산출한 암반의 일축압축강도를 사용하도록 개정되었다. 그런데 RQD를 이용하여 암반의 일축압축강도를 산정하는 식을 국내의 주요 기반암에 적용하는 데에 문제가 제기되었고, 여기에는 RQD 자체의 문제점, 즉 지하수, 절리면 상태 등을 반영하지 못한다는 점도 포함되었다. 결국 도로교 설계기준 해설(2001)은 암석의 일축압축강도를 이용하여 주면저항력을 산정하는 방법으로 다시 개정되었다(한국도로공사, 2002). 본 연구에서는 암석의 일축압축강도와 현장 암반의 일축압축강도를 연관시키는 수단으로 제시되어 있는 기존의 여러 방법을 비교 검토하였으며, 이 가운데 신뢰도가 있는 것으로 평가되고 있는 Hoek-Brown 파괴 규준을 이용하여 암반의 일축압축강도 추정식을 제시하였다. 또한 이를 이용하여 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력 예측 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 현장타설말뚝의 재하시험 데이터를 이용하여 기존의 여러 방법으로 구한 주면저항력과 비교한 결과 신뢰도가 있음을 알 수 있었다.
It is common to use the unconfined compressive strength (UCS) of intact rock to estimate the shaft resistance of rock socketed drilled shaft. Therefore the most design manuals give a guide to use the UCS of rock core to estimate the shaft resistance of rock-socketed drilled shaft. Recently, however ...
It is common to use the unconfined compressive strength (UCS) of intact rock to estimate the shaft resistance of rock socketed drilled shaft. Therefore the most design manuals give a guide to use the UCS of rock core to estimate the shaft resistance of rock-socketed drilled shaft. Recently, however the design manuals for highway bridge (KSCE, 2001) and of AASHTO (2000) were revised to use the UCS of rock mass with RQD instead of the UCS of rock core so that the estimated resistance could be representative of field conditions. Questions have been raised in application of the new guide to the domestic main bed rock types. The intrinsic drawbacks in terms of RQD were comprised in the questions, too. As the results, in 2002 the new guide in the design manual for highway bridge (KSCE, 2001) were again revised to use the UCS of rock core to estimate the shaft resistance of rock-socketed drilled shafts. In this paper, various methods which can estimate the UCS of rock mass from intact rock core were reviewed. It seems that among those, the Hoek-Brown method is very reliable and practical for the estimation of the UCS of rock mass from rock cores. As the results, using the Hoek-Brown failure criterion a modified guide for the estimation of the shaft resistance of rock-socketed drilled shafts was suggested in this paper. Through a case study it is shown that the suggested method gives a good agreement with the measured data.
It is common to use the unconfined compressive strength (UCS) of intact rock to estimate the shaft resistance of rock socketed drilled shaft. Therefore the most design manuals give a guide to use the UCS of rock core to estimate the shaft resistance of rock-socketed drilled shaft. Recently, however the design manuals for highway bridge (KSCE, 2001) and of AASHTO (2000) were revised to use the UCS of rock mass with RQD instead of the UCS of rock core so that the estimated resistance could be representative of field conditions. Questions have been raised in application of the new guide to the domestic main bed rock types. The intrinsic drawbacks in terms of RQD were comprised in the questions, too. As the results, in 2002 the new guide in the design manual for highway bridge (KSCE, 2001) were again revised to use the UCS of rock core to estimate the shaft resistance of rock-socketed drilled shafts. In this paper, various methods which can estimate the UCS of rock mass from intact rock core were reviewed. It seems that among those, the Hoek-Brown method is very reliable and practical for the estimation of the UCS of rock mass from rock cores. As the results, using the Hoek-Brown failure criterion a modified guide for the estimation of the shaft resistance of rock-socketed drilled shafts was suggested in this paper. Through a case study it is shown that the suggested method gives a good agreement with the measured data.
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문제 정의
본 논문에서는 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력 산정을 위하여 사용되는 암반의 일축압축강도를 추정할 수 있는 식을 제시하였으며, 이를 이용하여 주면저항력을 산정하는 방법을 제안하였다. 이에 대한 결론을 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 국내 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력 산정을 위한 방법으로 사용되는 기존의 여러 방법을 비교, 검토하였다. 이를 통하여 암반의 강도를 가장 신뢰도 있게 추정할 수 있다고 사료되는 Hoek-Brown 파괴 규준과 이와 관련된 국내 암석에 대한 파괴 정수를 이용하여 암반의 일축압축강도를 추정할 수 있는 식을 제시하였다.
가설 설정
0에 대하여 도시하였다. 또한, 교란 계수(D)는 기계굴착이므로 0으로 가정하였다. 즉, mi =9, 18, 27에 대하여 D=0으로 취하고, GSI값을 변화시켜 가면서 각각의 GSI 값에 해당하는 암석에 대한 암반의 일축압축강도비(σcm/σc)를 산출하였다.
제안 방법
2. 상기 제시된 방법을 이용하여 기존의 방식대로 암반부의 주면저항력을 계산하는 방법을 제안하였다. 이에 대한 검증을 위하여 풍화된 암반에 근입된 현장타설말뚝의 정재하 시험 결과를 이용하여 기존 지지력 추정 방법과 비교한 결과, 제한된 자료이지만 본 연구에서 제시한 방법으로 예측한 주면저항력이 정재하시험 결과와 유사한 것으로 나타났다.
따라서 Hoek 등(1992), Hoek(1994) 및 Hoek 등(1995)에 의해서 GSI의 개념이 도입되게 되었으며, GSI는 Hoek 등(1998), Marinos and Hoek(2000, 2001)에 의해서 불량한 암반에까지 적용할 수 있게 되었다. 또한, 구속압(σ3)의 변화에 따라 도출되는 Mohr-Coulomb의 강도 정수(c, ø)의 값도 달라지게 되므로, 이들 논문에서는 구속압(σ3)의 범위를 공종별로 분리하여 강도정수 값을 제시하였으며, 교란 계수(disturbance factor, D)를 제시하여 시공 과정에서의 암반 강도정수의 감소 효과를 고려할 수 있게 하였다(Hoek 등, 2002).
본 장에서는 암반의 일축압축강도를 추정할 수 있는 식을 제시하였으며, 이 식을 이용하여 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력을 산정하는 식을 제안하였다.
여기에서는 상기의 시험자료와 기존의 설계기준 및 본 논문에서 제안하는 방법으로 암반부의 주면저항력을 계산하여 비교ㆍ평가해 보았다.
원 연구에서는 총 8본이 시공되었지만, 본 논문에서는 8본에 대한 정재하시험 결과를 말뚝별 근입 깊이에 따라 시공한 후 최종 평균한 암반의 평균 허용주면저항력 값을 사용하였다. 허용 주면저항력의 평균값은 0.
본 연구에서는 국내 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력 산정을 위한 방법으로 사용되는 기존의 여러 방법을 비교, 검토하였다. 이를 통하여 암반의 강도를 가장 신뢰도 있게 추정할 수 있다고 사료되는 Hoek-Brown 파괴 규준과 이와 관련된 국내 암석에 대한 파괴 정수를 이용하여 암반의 일축압축강도를 추정할 수 있는 식을 제시하였다. 최종적으로 이를 이용하여 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력을 추정할 수 있는 방법을 제시하였으며 현장시험자료를 이용하여 이를 검증해 보았다.
또한, 교란 계수(D)는 기계굴착이므로 0으로 가정하였다. 즉, mi =9, 18, 27에 대하여 D=0으로 취하고, GSI값을 변화시켜 가면서 각각의 GSI 값에 해당하는 암석에 대한 암반의 일축압축강도비(σcm/σc)를 산출하였다. 이들에 대한 계산은 RocLab(Rocscience Inc.
이를 통하여 암반의 강도를 가장 신뢰도 있게 추정할 수 있다고 사료되는 Hoek-Brown 파괴 규준과 이와 관련된 국내 암석에 대한 파괴 정수를 이용하여 암반의 일축압축강도를 추정할 수 있는 식을 제시하였다. 최종적으로 이를 이용하여 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력을 추정할 수 있는 방법을 제시하였으며 현장시험자료를 이용하여 이를 검증해 보았다.
대상 데이터
본 논문에서 제안된 식과 기존의 제안식들을 비교하기위해 풍화암(화강편마암)에 근입된 현장타설말뚝 지지거동에 관한 연구를 실시한 전경수(2000)의 재하시험자료를 이용하였다. 현장의 대표적인 지반 조사 결과를 요약하면 표 3과 같다.
시험말뚝(직경 400mm)은 오거(auger)와 암반파쇄기(개방형 T4)를 이용하여 굴착한 후 콘크리트를 타설하였다. 굴착공에 타설된 콘크리트 시료의 일축압축강도는 428kgf/cm2으로 보고되었다.
이론/모형
전 절에서는 암석의 일축압축강도와 암반의 일축압축강도를 관련시키는 방법으로서 Hoek-Brown 파괴 규준의 적합성을 언급한 바 있다. 따라서 본 절에서는 암반의 일축압축강도를 추정하기 위하여 Hoek-Brown의 파괴 규준에서 제시한 식 (12) 및 식 (14)를 사용하였다. 여기서 필요한 변수는 a, s, mb, σc이다.
국내의 구조물 기초 설계기준 해설집(2003)과 도로교 설계 기준 해설(2001)에서는 각각 NAVFAC(1986) 및 AASHTO (2000)의 설계 방법을 인용하였다. 여기서 AASHTO(2000)의 주면저항력 산정법은 Gardner(1987)의 연구결과를 준용한 것이다. 즉, 도로교 설계기준 해설(2001)에서는 식 (2)~(4)에서와 같이 암석의 일축압축강도(α')와 RQD를 이용한 압축 강도비()를 사용하여 암반의 일축압축강도(σcm)를 추정하고, 이 값을 이용하여 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력을 산정하는 방법을 채택하였다.
즉, mi =9, 18, 27에 대하여 D=0으로 취하고, GSI값을 변화시켜 가면서 각각의 GSI 값에 해당하는 암석에 대한 암반의 일축압축강도비(σcm/σc)를 산출하였다. 이들에 대한 계산은 RocLab(Rocscience Inc., 2002)을 사용하였다.
성능/효과
1. 암반의 일축압축강도를 추정하기 위하여 제시된 기존 방법을 비교·검토한 결과, 현재로서 암반의 일축압축강도를 추정할 수 있는 가장 신뢰도 있는 방법은 Hoek-Brown 파괴 규준이라 판단된다. 또한 암반의 일축압축강도식을 얻기 위하여 Hoek-Brown 파괴 규준을 적용할 경우, 전체 암반강도 개념으로 제안된 식을 사용하는 것이 타당한 것으로 판단되어, 를 이용한 암반의 일축압축강도를 구하는 간편한 방법을 제시하였다.
암반의 일축압축강도를 추정하기 위하여 제시된 기존 방법을 비교·검토한 결과, 현재로서 암반의 일축압축강도를 추정할 수 있는 가장 신뢰도 있는 방법은 Hoek-Brown 파괴 규준이라 판단된다. 또한 암반의 일축압축강도식을 얻기 위하여 Hoek-Brown 파괴 규준을 적용할 경우, 전체 암반강도 개념으로 제안된 식을 사용하는 것이 타당한 것으로 판단되어, 를 이용한 암반의 일축압축강도를 구하는 간편한 방법을 제시하였다.
)는 GSI가 대략 50인 지점을 기점으로 GSI가 증가함에 따라서 급격하게 증가하는 양상을 나타낸다. 또한, 다른 모든 조건이 동일한 경우, mi가 증가함에 따라 일축압축강도비(σcm/σc)도 증가하는 것으로 나타났다.
상기 제시된 방법을 이용하여 기존의 방식대로 암반부의 주면저항력을 계산하는 방법을 제안하였다. 이에 대한 검증을 위하여 풍화된 암반에 근입된 현장타설말뚝의 정재하 시험 결과를 이용하여 기존 지지력 추정 방법과 비교한 결과, 제한된 자료이지만 본 연구에서 제시한 방법으로 예측한 주면저항력이 정재하시험 결과와 유사한 것으로 나타났다.
42를 사용할 경우, 가장 큰 오차율이 발생함을 알수 있다. 제한된 자료이지만 본 논문에서 제시한 지지력 추정법은 비교적 신뢰도가 있음을 보여주고 있다.
표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 국내외 설계 기준에서 제시된 방법을 이용하여 풍화된 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력을 산정해보면, 모든 기준으로 산출된 지지력이 정재하시험 결과에 의해 구해진 주면저항력보다 크게 예측되고 있음을 알 수 있다. 이는 기존 제시법을 이용하더라도 암반에 근입된 현장타설말뚝 설계시 주면저항력을 과대평가할 수 있다는 것을 의미한다.
후속연구
3. 본 연구의 결과는 향후 보다 많은 적용성 검토를 통하여, 제시된 산정식의 검증이 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
암석의 일축압축강도만을 사용하는 기존의 방법의 단점은 무엇인가?
암석의 일축압축강도만을 사용하는 기존의 방법은 간단한 실내 시험을 통하여 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력을 쉽게 추정할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 암석의 일축압축강도만을 사용하는 것은 실제 암반의 상태를 고려할 수 없기 때문에 상기의 식과 같이 RQD를 이용하여 암반의 일축압축강도를 산출한 후 이를 주면저항력의 산정에 활용하는 것은 하나의 대안이 될 수 있을 것이다.
현장타설말뚝은 어떤 역할을 하는가?
현장타설말뚝은 중량 구조물로부터의 큰 하중을 안정된 지지 지반에 전달하는 역할을 하기 때문에 암반에 근입되는 경우가 대부분이다. 많은 경우 선단부 슬라임 처리 등의 불확실성 때문에 암반에 근입된 현장타설말뚝에서는 주면저항력은 보다 중요한 요소가 된다.
근입된 현장타설말뚝에서 주면저항력은 보다 중요한 요소가 되는이유는?
현장타설말뚝은 중량 구조물로부터의 큰 하중을 안정된 지지 지반에 전달하는 역할을 하기 때문에 암반에 근입되는 경우가 대부분이다. 많은 경우 선단부 슬라임 처리 등의 불확실성 때문에 암반에 근입된 현장타설말뚝에서는 주면저항력은 보다 중요한 요소가 된다. 결국, 말뚝과 주변 암반과의 하중전이 거동에 대한 이해는 합리적이고 경제적인 설계를 위해서는 매우 중요하다.
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