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문제 정의
본 기술 기사는 사질토 지반에 근입된 말뚝의 지지력 산정에 이용되는 한계 깊이 개념의 제안배경을 살펴보고 재하시험 사례분석을 통하여 그 오류를 고찰하였다. 본 연구로부터 얻어진 결론 및 제안사항은 다음과 같다
Fellenius 등(1995)은 한계 깊이의 유래, 발생원인 그리고 그 오류에 대하여 지적한 바 있다. 본 기술 기사에서는 그 내용을 소개하면서 기존의 재하시험 사례와 낙동강 하구 대심도 연약지반에 항타 관입 되었던 PHC 말뚝의 재하시험 사례를 분석하여 한계 깊이 개념의 오류를 지적하고자 한다.
본 재하시험은 장대말뚝의 극한지지력을 측정하기 위해 앙방향 재하시험과 일반 말뚝두부정재하시험을 결합하여 수행하였다. 먼저, 말뚝 선단에 설치한。-oell을 이용하여 양방향 재하시험을 수행함으로써 말뚝선단지지 력을 제거하였다.
가설 설정
본 연구에서는 말뚝 잔류하중이 재하시험의 축하중 분포형태에 미치는 영향을 살펴보기 위해 그림 3 과 같은 하중 분포곡선을 가정하였다. 여기서, 말뚝은 균질한사질토 지반에 근입되었고, 주면 마찰력이 유효 응력에 비례하여 증가한다고 가정하였다 그림에서 'Residual' 곡선은 말뚝 재하시 험전 말뚝체 내에 존재하고 있던 잔류하중을 나타낸다.
같은 하중 분포곡선을 가정하였다. 여기서, 말뚝은 균질한사질토 지반에 근입되었고, 주면 마찰력이 유효 응력에 비례하여 증가한다고 가정하였다 그림에서 'Residual' 곡선은 말뚝 재하시 험전 말뚝체 내에 존재하고 있던 잔류하중을 나타낸다. FALSE 곡선은 거짓 지지력 곡선으로 국내 말뚝재하시험에서 일반적으로 수행하는 바와 같이 재하시험전의 잔류하중을 무시하고 재하시험만으로 얻어진 하중 분포곡선이다.
제안 방법
사례를 분석하였다. Altaee 등의 재하시험은균질한 사질토 지반에서 수행되었고, 동아대학교의재하시험은 점성토와 사질토 혼합지반에서 수행되었다 본 재하시험의 잔류하중은 말뚝 설치직후부터재하시험 직전까지 주의 깊게 계측하여 분석에 이용하였다.
한계 깊이 개념은 Vesic(1964, 1970, 1977)와 MeyerhoR1976)가 말뚝 현장시험 결과에 근거하여 처음으로 제안하였다. Vesic(1970)가 수행한 현장시험의 단위 주면 마찰력 분포는 그림 2와 같다.
한계 깊이 개념의 존재 여부를 검증하기 위해 Altaee 등(1993)의 재하시험과 동아대학교의 재하시험 사례를 분석하였다. Altaee 등의 재하시험은균질한 사질토 지반에서 수행되었고, 동아대학교의재하시험은 점성토와 사질토 혼합지반에서 수행되었다 본 재하시험의 잔류하중은 말뚝 설치직후부터재하시험 직전까지 주의 깊게 계측하여 분석에 이용하였다.
대상 데이터
본 사례는 부산 낙동강 하구 대심도 연약지반에 설치된 PHC 말뚝의 재하시험 사례이다 말뚝은 직경 6OTmm의 PHC B 종이며 56m의 깊이까지 항타관입되었다. 본 재하시험은 장대말뚝의 극한지지력을 측정하기 위해 앙방향 재하시험과 일반 말뚝두부정재하시험을 결합하여 수행하였다.
성능/효과
2) 잔류하중은 항타 말뚝과 천공 말뚝, 지반종류 등에 관계없이 발생할 수 있다. 재하시험시 잔류하중의 영향을 고려하지 못하면 정밀한 하중 전이 재하시험을 수행하더라도 선단지지력과 주면 마찰력의 크기 그리고 단위주면마찰력 분포를 잘못 산정하는 오류가 발생할 수 있으므로주의가 필요하다.
3) 한계 깊이 개념을 적용하면 말뚝지지력이 과소평가되어 국가 경제적으로 큰 손실이 발생할 수 있다. 또한, 기초공학 강의 서적 및 일부 시방기준에 한계깊이 개념이 기술되어 있어 설계 실무자들에게 큰 혼란을 발생시키고 있으므로 이에 대한 개념정립이 시급한 것으로 판단된다
잔류하중의 영향을 고려하여 현장재하시험 결과를 때분석하였을 때 한계 깊이는 존재하지 않는 것으로 나타났다. 또한, 균질한 사질토 지반 그리고 점성토와 사질토의 혼합지반 등과 같은 지층구성에 관계없이 한계깊이가 존재하지 않는 것을 확인할 수 있었다
본 시험은 얭방향재하시험을 먼저 수행하여 말뚝선단지지 력을 제거한이후에 수행되었으므로 말뚝 주면 마찰력의 극한값을 확인할 수 있었다 극한 주면마찰력은 약 8, 400 kN으로확인되었다.
분포이다. 잔류하중 영향을 무시한 'FALSE 곡선의 단위주면 마찰력은 약 12m 깊이 (말뚝직경의 20배)에서 최대값에 도달한 후 점차 감소하였고 약 20m 아래 깊이에서는 점성토와 사질토층의 구분 없이 일정한 것으로 나타났다. 그러나, 잔류하중 영향을 고려한 WUE 곡선의 경우 단위주면 마찰력이 지표면 근처 人}질 토에서는 점차 증가하고, 점성토에서 감소하였다가, 약 38m 아래의 사질토층에서 다시 증가하는 등 합리적인 결과를 보여준다.
제안된 것으로 판단된다. 잔류하중의 영향을 고려하여 현장재하시험 결과를 때분석하였을 때 한계 깊이는 존재하지 않는 것으로 나타났다. 또한, 균질한 사질토 지반 그리고 점성토와 사질토의 혼합지반 등과 같은 지층구성에 관계없이 한계깊이가 존재하지 않는 것을 확인할 수 있었다
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