토압, 지하수위 상승, 집중호우, 구조적 결함 등 여러 요인들로 인해 발생한 흙막이 벽체의 변위는 배면지반에 변위를 발생시키고, 과다한 지반의 변위로 인해 발생한 구조물의 부등침하는 구조물의 파손이나 파괴를 일으킨다. 이러한 경우, 벽체와 구조물의 보강대책이 강구되어야 한다. 최근 이러한 문제를 최소화하거나, 억제하기 위한 보강대책 중 하나는 마이크로 파일을 이용하는 방법이다. 본 연구는 벽체의 변위로 인해 발생할 인접구조물의 부등침하를 억제시키기 위해 설치한 마이크로 파일의 보강효과의 경향을 파악하고자 실시한 모형실험을 다루고 있다. 실험결과, 마이크로 파일의 설치길이는 2B(B:기초 폭), 간격은 2D(D:파일직경)로 설치하는 경우가 가장 발생한 침하율이 작았다. 또한 이 경우(L=2B, s=2D), 구조물에서 이격거리 0.1B 이내에서 지표면에 수직방향으로 설치할 때가 침하율이 가장 작게 발생하는 것으로 나타났다.
토압, 지하수위 상승, 집중호우, 구조적 결함 등 여러 요인들로 인해 발생한 흙막이 벽체의 변위는 배면지반에 변위를 발생시키고, 과다한 지반의 변위로 인해 발생한 구조물의 부등침하는 구조물의 파손이나 파괴를 일으킨다. 이러한 경우, 벽체와 구조물의 보강대책이 강구되어야 한다. 최근 이러한 문제를 최소화하거나, 억제하기 위한 보강대책 중 하나는 마이크로 파일을 이용하는 방법이다. 본 연구는 벽체의 변위로 인해 발생할 인접구조물의 부등침하를 억제시키기 위해 설치한 마이크로 파일의 보강효과의 경향을 파악하고자 실시한 모형실험을 다루고 있다. 실험결과, 마이크로 파일의 설치길이는 2B(B:기초 폭), 간격은 2D(D:파일직경)로 설치하는 경우가 가장 발생한 침하율이 작았다. 또한 이 경우(L=2B, s=2D), 구조물에서 이격거리 0.1B 이내에서 지표면에 수직방향으로 설치할 때가 침하율이 가장 작게 발생하는 것으로 나타났다.
Wall displacements caused by earth pressure, rainfalls, rise in ground water level, inappropriate deep excavation and structural defects of the wall may produce differential settlements to existing buildings, which often result in damages and/or collapses of the building structures. In this case, me...
Wall displacements caused by earth pressure, rainfalls, rise in ground water level, inappropriate deep excavation and structural defects of the wall may produce differential settlements to existing buildings, which often result in damages and/or collapses of the building structures. In this case, measures to protect the walls and nearby structures would be required. One of the recent measures to reduce differential settlements and protecting walls is to reinforce the ground using micro-piles. In this study physical model tests were carried out to evaluate the performance of the micro-pile method. It is revealed that reduction of the settlement was maximized when the length of micro-pile is twice of the foundation width, distance between piles is twice of the pile diameter and the distance to wall is one tenth of the foundation width. Based on the test results some design recommendations were made.
Wall displacements caused by earth pressure, rainfalls, rise in ground water level, inappropriate deep excavation and structural defects of the wall may produce differential settlements to existing buildings, which often result in damages and/or collapses of the building structures. In this case, measures to protect the walls and nearby structures would be required. One of the recent measures to reduce differential settlements and protecting walls is to reinforce the ground using micro-piles. In this study physical model tests were carried out to evaluate the performance of the micro-pile method. It is revealed that reduction of the settlement was maximized when the length of micro-pile is twice of the foundation width, distance between piles is twice of the pile diameter and the distance to wall is one tenth of the foundation width. Based on the test results some design recommendations were made.
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문제 정의
또한 기초 바닥의 지반 내에 지장물이 설치되어 있는 경우 역시 시공하는데 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 실험을 통해 얻은 결과(설치길이(L)=2B, 설치간격(s)=2D)를 토대로 설치 경사와 이격거리에 따른 보강효과를 평가하기 위한 실험을 진행하였다.
본 연구는 벽체의 변위로 인해 영향을 받는 구조물을 마이크로 파일로 보강하는 경우, 파일의 보강효과를 평가하고 설치 방법을 제안하는데 목적이 있다. 이를 위해 그림 1과 같이 두 조건에서 발생한 부등침하량을 비교 분석하고, 파일의 부등침하 감소효과를 평가하였다.
본 연구에서는 가설 벽체의 횡 방향 변위로 인해 발생할 구조물의 부등침하를 마이크로 파일로 보강할 경우, 그에 대한 보강효과를 모형실험을 통해 평가하고, 적절한 설치방법을 제안하고자 하였다. 이를 위해 설치길이, 간격, 구조물에서 설치 이격거리, 파일의 경사 등 마이크로 파일의 설치 조건을 달리하여 실험하였다.
달라진다. 본 연구에서는 모형실험을 통해 마이크로 파일을 보강하였을 때의 침하감소 경향을 평가하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
가설 설정
모형 마이크로파일은 철선과 플라스틱 바(Plastic Bar)에 모래를 접착시켜 지반 내에서 최대한 주면 마찰력이 발휘되도록 하였다. 파일의 설치 각도에 따라 보강효과가 다르게 나타나지만, 얕은 기초를 보강하는 경우에는 군말뚝 효과를 고려하여 파일의 각도를 약 30。로 설치하는 것이 효과적이라 제안하였다. 또한 상대밀도를 달리하여 지반을 조성하고 재하시험을 통해 마이크로 파일의 지지력 보강효과에 관해 실험한 결과, 조밀한 지반이 느슨한 지반에 설치한 경우보다 마이크로 파일의 뿌리효과(Network effect) 가 증가하여 지지력이 증가하는 것으로 나타났다.
제안 방법
보이게 된다. 그리하여 파일 길이에 대한 실험을 하는 경우에는 파일 설치간격을 2D로 고정하고 실험을 행하였다. 실험 시, 파일의 길이가 부족한 경우에는 그림 7과 같이 파일의 두부에서 밀리는 현상이 나타났다.
辺) 에 비해 상대적으로 적게 발생하여 보강효과를 판단하는데 문제가 생길 수 있다. 따라서 이격거리를 0.5H로 고정하고 파일 보강효과에 관한 실험을 행하였다. 마이크로 파일로 보강하는 경우는 지반을 조성한 다음 모형 케이싱 장치를 활용하여 지반 내에 설치하고 정해진 위치에 모형 구조물을 설치하였다.
지반 상태, 말뚝의 배치 형태 그리고 사용 파일에 따라 보강효과는 달라지지만, 모형 실험을 통해 파일의 설치간격을 상대밀도가 느슨한 지반에서는 2D, 중간정도와 조밀한 지반에서는 2D~4D로 설치할 것을 제안하였다. 또한 현장 실험결과를 통해 말뚝 환산 직경의 3배 이상 간격으로 설치할 것을 제안하였다.
5H로 고정하고 파일 보강효과에 관한 실험을 행하였다. 마이크로 파일로 보강하는 경우는 지반을 조성한 다음 모형 케이싱 장치를 활용하여 지반 내에 설치하고 정해진 위치에 모형 구조물을 설치하였다. 모든 설치작업이 완료된 후, 무보강 실험과 동일하게 그림 4와 같이 벽체 지지대와 연결된 기어박스를 이용하여 지반 내의 변형이균 질하게 발생되도록 저속(Imm/min)으로 벽체 지지대를 이동시켜 벽체 변위량(&/丑)이 4%이상 발생하도록하였다.
마이크로 파일로 보강하는 경우는 지반을 조성한 다음 모형 케이싱 장치를 활용하여 지반 내에 설치하고 정해진 위치에 모형 구조물을 설치하였다. 모든 설치작업이 완료된 후, 무보강 실험과 동일하게 그림 4와 같이 벽체 지지대와 연결된 기어박스를 이용하여 지반 내의 변형이균 질하게 발생되도록 저속(Imm/min)으로 벽체 지지대를 이동시켜 벽체 변위량(&/丑)이 4%이상 발생하도록하였다.
모형 마이크로 파일의 직경은 국내에서 구조물 증추보강하는 경우의 시공사례를 토대로 하여 결정하였다. 일반적으로 줄기초를 보강하는 경우, 기초 폭(B)과 파일직경(D)의 길이 비(1】6)는 0.
지지력 보강효과에 관해 연구하였다. 모형 마이크로파일은 철선과 플라스틱 바(Plastic Bar)에 모래를 접착시켜 지반 내에서 최대한 주면 마찰력이 발휘되도록 하였다. 파일의 설치 각도에 따라 보강효과가 다르게 나타나지만, 얕은 기초를 보강하는 경우에는 군말뚝 효과를 고려하여 파일의 각도를 약 30。로 설치하는 것이 효과적이라 제안하였다.
모형 파일의 표면은 Tsukada(2006)가 실험 시 사용한것과 같이, 파일의 표면에 모래를 부착하여 주면마찰력이 최대한 발휘되도록 제작하였다. 실험에 사용한 마이크로 파일의 크기와 형태는 그림 2와 같다.
설치 방법을 제안하는데 목적이 있다. 이를 위해 그림 1과 같이 두 조건에서 발생한 부등침하량을 비교 분석하고, 파일의 부등침하 감소효과를 평가하였다.
설치방법을 제안하고자 하였다. 이를 위해 설치길이, 간격, 구조물에서 설치 이격거리, 파일의 경사 등 마이크로 파일의 설치 조건을 달리하여 실험하였다.
인접구조물은 소규모 건물에 해당하는 6층의 건물을 모델로, 적용한 비율(Scale Effect=l/33)만큼의 무게가 되도록 강판의 두께를 조정하여 제작하였다. 실험에 사용한 강판의 크기는 300mm x 500mm x 20.
연구한 바 있다. 지반 상태, 말뚝의 배치 형태 그리고 사용 파일에 따라 보강효과는 달라지지만, 모형 실험을 통해 파일의 설치간격을 상대밀도가 느슨한 지반에서는 2D, 중간정도와 조밀한 지반에서는 2D~4D로 설치할 것을 제안하였다. 또한 현장 실험결과를 통해 말뚝 환산 직경의 3배 이상 간격으로 설치할 것을 제안하였다.
모형 벽체의 바닥면은 회전이 용이하도록 힌지를 두어 토조 바닥면에 고정시켰다. 토조 실험은 지반을 균질하게 조성하는 것이 무엇보다도 중요하므로 토조내의 지반이 균질하게 조성되도록 강사장치를 고정시킨 후 강사 시켰다. 지반을 조성하는데 사용한 재료는 주문진 표준사로 물성 값은 표 1과 같다.
대상 데이터
보강에 따른효괴를 비교 분석하기 위해 강성이 작은 아크릴 판을모형 벽체로 사용하였다. 벽체로 사용한 아크릴 판의 크기는 500mm x 800mm x 3mm(폭x 길이 x 두께)이며, 휨 강성 시험결과 탄성계수(E)는 3.21><103脇阳疽로 나타났다. 모형 벽체의 바닥면은 회전이 용이하도록 힌지를 두어 토조 바닥면에 고정시켰다.
X 800mm(높이) x 500mm(폭)이다. 보강에 따른효괴를 비교 분석하기 위해 강성이 작은 아크릴 판을모형 벽체로 사용하였다. 벽체로 사용한 아크릴 판의 크기는 500mm x 800mm x 3mm(폭x 길이 x 두께)이며, 휨 강성 시험결과 탄성계수(E)는 3.
본 연구에서 사용한 토조시험 장치의 규격은 1200mm (길이) X 800mm(높이) x 500mm(폭)이다. 보강에 따른효괴를 비교 분석하기 위해 강성이 작은 아크릴 판을모형 벽체로 사용하였다.
강판의 두께를 조정하여 제작하였다. 실험에 사용한 강판의 크기는 300mm x 500mm x 20.5mm(폭x 길이x 두께)이며 강판의 무게는 215.82奴V이다. 모형 건물의 바닥부에는 5mm두께의 고무를 부착시켜 기능한 접지압이 고르게 발생되도록 하였다.
토조 실험은 지반을 균질하게 조성하는 것이 무엇보다도 중요하므로 토조내의 지반이 균질하게 조성되도록 강사장치를 고정시킨 후 강사 시켰다. 지반을 조성하는데 사용한 재료는 주문진 표준사로 물성 값은 표 1과 같다.
성능/효과
(1) 벽체의 최대 수평 변위링0“, 心/日)과 배면지반의 최대 수직변위랑(毎m/H)의 관제는 구조물의 존재여부와는 관계없이 句_/丑<丄5%인 경우, 6, mjH= (1.0)8hrnjH 인 것으로 나타났다. 그러나 眼mjHW.
(3) 파일의 길이(L)에 대한 침하감소는 기초 폭任)과 설치길이(L)의 베(L/B)가 1.5이상인 경우(L/B目 1.5)가가장 큰 것으로 나타났다. 그러나 L/B<L5인 경우, 그 효과가 급격하게 감소하는 것으로 나타났다
(5) 파일의 설치경사任1)는 기존의 지지력 보강에 관한연구결과(설치각도 0=30。~45。)와 달리 지표면에 수직으로 설치하는 경우가 부등침하 발생량이 가장작은 것으로 나타났다. 파일을 경사지게 설치하면 보강 효과는 있으나, 오히려 감소하는 것으로 나타났다.
구조물에 발생한 부등침하량은 예상과 달리 허용치(일반 건물의 허용 각변위(Angular distortion)=l/150) 를 모두 벗어났다. 그러나 벽체에서의 이격거리。)가 0.
파일에 작용하게 된다. 그리하여 저항하는 토압(%)보다 상대적으로 커짐에 따라 구조물에 발생된 부등침하량이 증가하는 것으로 판단된다.
파일의 설치 각도에 따라 보강효과가 다르게 나타나지만, 얕은 기초를 보강하는 경우에는 군말뚝 효과를 고려하여 파일의 각도를 약 30。로 설치하는 것이 효과적이라 제안하였다. 또한 상대밀도를 달리하여 지반을 조성하고 재하시험을 통해 마이크로 파일의 지지력 보강효과에 관해 실험한 결과, 조밀한 지반이 느슨한 지반에 설치한 경우보다 마이크로 파일의 뿌리효과(Network effect) 가 증가하여 지지력이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 마이크로 파일의 주면 마찰력이나 휨 강성이 파일 주위의 구속력에 의해 좌우되는 것으로 판단된다.
무 보강시의 실험결과, 인접 구조물의 존재 여부와 위치에 따라 지반의 파괴 거동은 달라지나, 지반 거동은 파괴선(45。+ 初2)을 넘지 않는 범위에서 발생하는 것으로 나타났다. 구조물에 발생한 부등침하량은 예상과 달리 허용치(일반 건물의 허용 각변위(Angular distortion)=l/150) 를 모두 벗어났다.
그림에서 보는 것과 같이 설치길이가 증가함에 따라 구조물에 발생되는 부등침하량이 상당히 감소하는 것을알 수 있다. 설치길이를 1-5B 이상으로 설치한 경우, 1B 로 설치한 경우에 비해 약 83%정도의 부등침하 감소 효과를 보이는 것으로 나타났다.
그림에서 보면 설치 각도가 점차 증가함에 따라 보강효과는 선형적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 실험 결과, 설치 각도를 40。이상으로 한 경우, 보강효과는 약 50%정도로 수직으로 설치한 경우에 비해 효과가 상당히 감소하는 것으로 나타났다.
것으로 나타났다. 파일을 경사지게 설치하면 보강 효과는 있으나, 오히려 감소하는 것으로 나타났다.
현장실험을 통해 마이크로 파일로 기초를 보강한 경우, 기존의 지지력보다 70~86%의 지지력 증대 효과를 보이는 것으로 나타났다.
참고문헌 (5)
이봉열, 김학문 (2004), '상재하중적용에 의한 흙막이 벽체 및 주변지반 거동에 관한 굴착모형실험연구', 한국토목학회논문집, 제24권, 제4C호, pp.223-233
한국지반공학회, '굴착 및 흙막이 공법', 구미서관, pp.320-321
Jie Han & Shu-Lin Ye (2006), 'A Field Study on The Behavior of A Foundation Underpinned by Micoro-Pile', Canadian Geotechnical Journal, Vol.43, pp.30-43
Lizzi, F. (1982), 'Satic Restoration of Monument', Sagep Publisher, Genoa, Italy
Yukihiro Tsukada et al (2006), 'Mechanism of Bearing Capacity of Spread Footings Reinforced with Micro-piles', Soils and Foundations, Vol.46, No.3, pp.367-376
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