이암은 건조 조건에서는 일정한 강도와 강성을 가지나, 지하수 침투 등에 의한 습윤, 포화 시 고유의 강도 및 강성이 저하되어 급속히 풍화되는 특성을 가지며, 포항지역에서 자주 발생하는 절취사면의 활동은 주로 이암이 풍화되어 전단강도가 급격히 저하되는 것으로 볼 수 있다. 본 연구는 시추조사시 강성이 충분한 것으로 평가된 이암층에 PRD강관말뚝을 시공한 후 정재하 시험을 실시한 결과 소요지지력이 부족하여, 이를 보강하기 위한 가장 우수한 방법을 찾기 위하여 여러 가지 공법을 검토하였다. 말뚝지지력 증대에 가장 효과적인 방법을 찾기 위해 말뚝주변 및 선단부에 MSG공법, 마이크로파일 보강후 주변그라우팅공법, 선단보강 그라우팅 및 콘크리트 속채움 등의 방법으로 시험시공을 실시하였고, 시험말뚝에 대한 정재하시험 결과 MSG공법으로 보강한 말뚝의 지지력이 가장 우수함을 알 수 있었다.
이암은 건조 조건에서는 일정한 강도와 강성을 가지나, 지하수 침투 등에 의한 습윤, 포화 시 고유의 강도 및 강성이 저하되어 급속히 풍화되는 특성을 가지며, 포항지역에서 자주 발생하는 절취사면의 활동은 주로 이암이 풍화되어 전단강도가 급격히 저하되는 것으로 볼 수 있다. 본 연구는 시추조사시 강성이 충분한 것으로 평가된 이암층에 PRD강관말뚝을 시공한 후 정재하 시험을 실시한 결과 소요지지력이 부족하여, 이를 보강하기 위한 가장 우수한 방법을 찾기 위하여 여러 가지 공법을 검토하였다. 말뚝지지력 증대에 가장 효과적인 방법을 찾기 위해 말뚝주변 및 선단부에 MSG공법, 마이크로파일 보강후 주변그라우팅공법, 선단보강 그라우팅 및 콘크리트 속채움 등의 방법으로 시험시공을 실시하였고, 시험말뚝에 대한 정재하시험 결과 MSG공법으로 보강한 말뚝의 지지력이 가장 우수함을 알 수 있었다.
Mudstone has characteristics that it has high enough strength and stiffness in a dry condition, but the strength and stiffness decrease in a wet condition with groundwater infiltration. The sliding of cut slope frequently encountered in Pohang area has been reported due to the rapid reduction of she...
Mudstone has characteristics that it has high enough strength and stiffness in a dry condition, but the strength and stiffness decrease in a wet condition with groundwater infiltration. The sliding of cut slope frequently encountered in Pohang area has been reported due to the rapid reduction of shear strength in mudstone after being exposed to the air. The study in this paper shows that mudstone having enough strength in a boring stage has lost the strength after installing PRD (percussion rotary drill) steel pipe pile inducing an insufficient bearing capacity. Field test has been performed to investigate the most favorable method for increasing a pile bearing capacity in mudstone with various methods such as MSG (Micro Silica Grouting) around the tip and side of a pile, the perimeter grouting combined with Micro pile reinforcement, and concrete filling after tip reinforcing grouting. MSG has been turned out to be the most favorable method for increasing a pile bearing capacity in mudstone, confirmed by the static load test.
Mudstone has characteristics that it has high enough strength and stiffness in a dry condition, but the strength and stiffness decrease in a wet condition with groundwater infiltration. The sliding of cut slope frequently encountered in Pohang area has been reported due to the rapid reduction of shear strength in mudstone after being exposed to the air. The study in this paper shows that mudstone having enough strength in a boring stage has lost the strength after installing PRD (percussion rotary drill) steel pipe pile inducing an insufficient bearing capacity. Field test has been performed to investigate the most favorable method for increasing a pile bearing capacity in mudstone with various methods such as MSG (Micro Silica Grouting) around the tip and side of a pile, the perimeter grouting combined with Micro pile reinforcement, and concrete filling after tip reinforcing grouting. MSG has been turned out to be the most favorable method for increasing a pile bearing capacity in mudstone, confirmed by the static load test.
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문제 정의
따라서 본 연구는 슬레이킹 및 팽창이 발생되는 이암지역에서 “○○병원-○○간 도로개설공사” 중 선 시공된 PRD(Percussion Rotary Drill)말뚝의 소요지지력이 부족하게 평가되어 지지력 증가를 목적으로 여러 보강대책을 계획하고 시험시공을 실시한 내용으로 시험시공 결과를 바탕으로 경제적이고 합리적인 강관말뚝기초의 지지력 보강대책을 수립하고자 한다.
따라서 본 연구는 슬레이킹 및 팽창이 발생되는 이암지역에서 “○○병원-○○간 도로개설공사” 중 선 시공된 PRD(Percussion Rotary Drill)말뚝의 소요지지력이 부족하게 평가되어 지지력 증가를 목적으로 여러 보강대책을 계획하고 시험시공을 실시한 내용으로 시험시공 결과를 바탕으로 경제적이고 합리적인 강관말뚝기초의 지지력 보강대책을 수립하고자 한다. 본 연구의 범위는 이암지역에서 현장 PRD말뚝의 지지력 증가를 위한 보강공법의 시험시공 및 효과 확인시험 그리고 보강 후 말뚝의 정재하시험을 통한 지지력 증가와 경제적이고 합리적인 보강대책을 논하고자 한다.
말뚝의 지지력을 결정하는 기본적이고 일반적인 방법은 정재하시험이다. 정재하 시험은 현장에서 타설된 말뚝의 연직, 인발 및 수평력에 대한 거동해석과 설계하중의 타당성을 검토하여 구조물의 기초 자료로 사용하기 위해 실시된다. 정재하 시험은 실시목적에 따라 압축재하, 인발재하, 수평재하 시험으로 분류된다.
제안 방법
반력말뚝의 지지력이 부족하여 실물재하방법(사하중)으로 시험방법을 변경하였다.
PRD말뚝 선단부로부터 깊이 1m를 보통포틀랜드 시멘트로 그라우팅 주입을 실시하여 보강한 후 슬라임 믹싱기를 이용하여 PRD파일 내부 3m를 속채움 콘크리트로 타설하여 보강한다(그림 5).
보강전 6개의 반력말뚝(주면마찰력)을 이용하여 정재하시험(P3-#19)을 실시하였다. 그 결과 78tonf에 반력말뚝이 인발되었으므로 1개당 13tonf을 최대 인발저항력 T로 간주할 수 있다.
본 연구의 원 설계는 강관말뚝을 PRD 단단한 지지층에 관입시켜 지지력을 얻는 것이나, 말뚝 시공후 정재하시험 결과 지지력은 10∼20tonf으로서 설계값에 크게 미달하여 보강이 필요하였다.
연화된 이암층의 보강을 위해 크게 3가지 보강방법으로 시험 시공을 실시하였으며, ① 말뚝의 선단부와 주면부에 MSG(Micro Silica Grouting)공법을 이용한 방법, ② Micro Pile보강+주변 그 라우팅방법, ③ 선단보강 그라우팅 및 콘크리트 속 채움 등으로 시험시공을 시행하였으며, 시험말뚝에 대한 보강 후 정재하시험을 통하여 지지력 증가를 관찰하였다(김영수, 2006).
이에 연화된 이암층의 보강을 위해 말뚝주변 및 선단부에 공법 보강 및 주변 그라우팅MSG공법, Micro Pile보강, 선단 그라우팅 및 콘크리트 속채움 등의 보강대책을 적용하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
주변 그라우팅 양생 7일후 실물재하시험을 실시하였다(그림 4).
천공(H=8m) 지지기반의 양호한 부위까지 슬라임을 제거한 후 철근망을 설치(D22mm * 6본)하였다. 보통 포틀랜드 시멘트 주입재를 이용하여 Micro Pile 주변에 그라우팅을 하였으며, 본 파일 내부에도 보통 시멘트액으로 속채움하여 내부마찰력을 증대시켰다.
대상 데이터
말뚝의 지지력 증가를 위한 보강대책 시험시공에 앞서 원래의 말뚝 지지력을 알기 위하여 주면마찰력을 이용한 정재하시험 (반력말뚝 6개를 이용)을 ○○○○교 P3-#19 위치에서 실시하였으며, 말뚝의 종류는 Steel Ø508 Pile, 길이는 16m 말뚝을 이용하였다.
보강대상은 강관말뚝 개소(P3-#42) Pile이며, 보강 범위는 말뚝주변에 원형배열로 4공 말뚝 센터 1공으로 5공을 천공하여 확산반경 60cm와 천공 18m, MSG 주입 15m 로 계획하여 시공하였으며, 7일 양생 후 재하시험을 실시하였다(그림 2 및 3).
사하중을 이용한 반복 재하 시험을 P3-#31, P4-#44 위치에서 실시하였으며, 말뚝의 종류는 Steel Ø508mm Pile, 길이는 16m, 15m 말뚝을 이용하여 실시하였으며, 표 3과 같은 결과를 얻었다.
이론/모형
극한하중이 분명하지 않은 경우에 사용될 수 있는 방법들, S-logt 분석법, dS/d(logt)-P 분석법, logP-logS 분석법, Davisson 판정법 등을 이용하여 항복하중을 구하였다(박종배 외, 2004).
5tonf로서 세 번째였다. 항복(극한)하중 결정은 전침하량 0.1D기준과 Davisson 판정법 등을 사용하였다.
성능/효과
(1) 시험말뚝에 대한 정재하시험 결과 MSG공법이 가장 우수한 항복하중 150tonf을 확보함을 확인하였다. Micro Pile 보강 및 주변 그라우팅 공법이 64.
(2) PRD공법으로 시공시 말뚝의 설계하중은 주면마찰력은 무시하고 선단지지력에 의해 지지된다고 보지만 본 연구에서처럼 암반층이 풍화되어 선단지지력을 기대하기 어려운 경우, 그라우팅에 의해서 주면마찰력과 선단지지력을 증가시킬 수 있었다. 보강 전후의 시험결과를 분석해 본 결과(항복하중기준) MSG공법으로 보강한 경우의 주면마찰력은 13tonf에서 120tonf으로 9배 증가하였고 선단지지력은 2tonf에서 30tonf으로 약 15배 증가하였다.
(3) 이암지역에 시공된 강관말뚝은 시공 후 장기간 경과하면 지하수에 의해 선단부가 연화될 우려가 있어 지하수 차단 및 지반 보강과 강관 주변부 지반과의 이격부에 대한 주입재의 주입, 충전 그라우팅 공법을 채택하여 강관말뚝의 선단지지력과 주변마찰력을 보강하는 점이 가장 중요하였다.
또한 실리카 함량과 겔타임 조정제를 이용해서 3~5초의 초급결형, 7~15초의 급결형, 40~90초의 완결형 및 5~7분의 초완결형까지 겔타임을 폭넓게 조정할 수 있다.
보강 전후의 시험결과를 분석해 본 결과(항복하중기준) MSG공법으로 보강한 경우의 주면마찰력은 13tonf에서 120tonf으로 9배 증가하였고 선단지지력은 2tonf에서 30tonf으로 약 15배 증가하였다.
84mm로 나타났으며, 말뚝의 항복하중이나 극한파괴현상이 인지되었다. 시험분석 결과, 말뚝의 항복하중은 78ton 이하로 판정하였으며, 안전율(F.S=2.0)을 고려한 허용하중은 39ton/본으로 나타났다. 반력말뚝의 지지력이 부족하여 실물재하방법(사하중)으로 시험방법을 변경하였다.
말뚝의 지지력 증가를 위한 보강대책 시험시공에 앞서 원래의 말뚝 지지력을 알기 위하여 주면마찰력을 이용한 정재하시험 (반력말뚝 6개를 이용)을 ○○○○교 P3-#19 위치에서 실시하였으며, 말뚝의 종류는 Steel Ø508 Pile, 길이는 16m 말뚝을 이용하였다. 재하시험 결과, 재하 하중인 78ton에 이르기까지 말뚝의 전체 침하량은 42.84mm로 나타났으며, 말뚝의 항복하중이나 극한파괴현상이 인지되었다. 시험분석 결과, 말뚝의 항복하중은 78ton 이하로 판정하였으며, 안전율(F.
사하중을 이용한 반복 재하 시험을 P3-#31, P4-#44 위치에서 실시하였으며, 말뚝의 종류는 Steel Ø508mm Pile, 길이는 16m, 15m 말뚝을 이용하여 실시하였으며, 표 3과 같은 결과를 얻었다. 정재하시험을 실시한 결과 허용지지력은 20tonf 미만으로 설계하중 보다 적게 측정이 되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
포항지역에 분포되어 있는 퇴적층은 어떻게 생성되었는가?
포항지역에 분포되어 있는 퇴적층은 영일만 일대를 관통하는 양산단층과 울산단층 같은 주향이동단층에 의하여 형성된 함몰지에 운반 퇴적된 해성점토가 고결되어 생성된 것으로 보고되고 있다(한종환 등 , 1986). 지질학적으로 현재로부터 약 7 ~26백만년전인 제 3기의 마이오세(Miocene)에 생성된 포항이암 지층에서 자주 발생되는 자연사면의 활동이나 주택단지, 도로 및 공업단지건설을 위해 시공된 절취사면에 예외 없이 발생되는 크고 작은 규모의 지반활동은 이암이 풍화되어 그 전단강도가 급격히 저하되기 때문이고, 이암이 풍화되는 주된 원인은 강우 또는 계절적 건습반복 작용에 의한 슬레이킹 및 팽창에 의한 영향으로볼 수 있다.
퇴적암의 특징은 무엇인가?
암반의 강도는 암반의 상태에 좌우되는데 건설공사시 , 지표부근의 풍화가 진행중이거나 토사에 가까운 암반의 경우는 암반의 상태가 시간에 따라 변하기도 하므로 암반의 강도를 결정하기가 어렵다 암 중에서도 퇴적암은 일반 . 적으로 환경변화에 따른 풍화의 정도가 화성암이나 변성암보다 빠르고 암석의 풍화정도가 강도에 미치는 영향이 큰데 비해 풍화등급이 육안관찰에 의하여 정성적으로 분 , 류되기 때문에 주관적인 기준 차이로 풍화도 결정에 혼란을 초래한다.
연화된 이암층의 보강을 위해 말뚝주변 및 선단부에 공법 보강 및 주변 그라우팅공법 선단 MSG , Micro Pile , 보강 그라우팅 및 콘크리트 속채움 등의 보강대책을 적용 하여 어떤 결과를 얻었는가?
(1) MSG 시험말뚝에 대한 정재하시험 결과 공법이 가장 우수한 항복하중 을 확보함을 확인하였다 150tonf . Micro Pile 64.5tonf 보강 및 주변 그라우팅 공법이 으로서 두번째였으며 선단보강 그라우팅 및 콘크리트 속채움에 , 의한 경우 로서 세 번째였다 항복 극한 하중 37.5tonf . ( ) 결정은 전침하량 기준과 판정법 등을 사 0.1D Davisson 용하였다.
(2) PRD공법으로 시공시 말뚝의 설계하중은 주면마찰력은 무시하고 선단지지력에 의해 지지된다고 보지만 본 연구에서처럼 암반층이 풍화되어 선단지지력을 기대하기 어려운 경우 그라우팅에 의해서 주면마찰력과 선단지 , 지력을 증가시킬 수 있었다 보강 전후의 시험결과를 . 분석해 본 결과 항복하중기준 공법으로 보강한 ( ) MSG 경우의 주면마찰력은 에서 으로 배 증가 13tonf 120tonf 9하였고 선단지지력은 에서 으로 약 배 증 2tonf 30tonf 15가하였다.
(3) 이암지역에 시공된 강관말뚝은 시공 후 장기간 경과하면 지하수에 의해 선단부가 연화될 우려가 있어 지하수 차단 및 지반 보강과 강관 주변부 지반과의 이격부에 대한 주입재의 주입 충전 그라우팅 공법을 채택하여 , 강관말뚝의 선단지지력과 주변마찰력을 보강하는 점이 가장 중요하였다 주입 대상지층이 침투효율이 낮은 . 이암층이기 때문에 를 제외한 공법들의 보강 효 MSG 과가 기대에 미치지 못한 반면 의 경우는 주입재 , MSG 로 사용된 의 침투성이 우수하고 Micro Silica Cement 강도 및 내구성이 양호하기 때문에 주변마찰력 및 선단지지력이 크게 증가한 것으로 판단 된다.
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