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문제 정의
- 따라서 본 연구는 국내에서 수행된 양방향 말뚝재하시험 사례들을 분석하여 재하용량 기준을 설정하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
- 따라서 상·하 방향으로 작용할 수 있는 합계하중을 재하용량으로 하지 않도록 정하였다.
- 그림 13~15에 나타낸 분석값들을 요약하여 표 4에 나타내었다. 설계하중 충족비의 분석에서는 재하용량기준 설정이 가능한 것으로 판단되었으므로 엄밀한 분석을 위하여 설계 하중 충족비가 2를 초과하는 사례와 미달하는 사례로 구분하여 나타내었다.
- 모든 시험사례들에서 설계하중 및 정격 재하용량을 보고된 자료에서 구하고자 노력하였으나 설계를 위한 시험말뚝의 경우 또는 문헌자료를 구할 수 없는 경우에는 설계하중을 알아낼 수가 없었으며 BD O-cell PLT의경우 정격재하용량을 제대로 파악하는 것은 곤란하였다. 설계하중의 확인이 불가능한 사례들은 최대등가시험하중, 재하하중 증가비, 재하용량증가비 분석에만 사용하였으며, 설계하중이 확인된 사례들은 최대등가시험하중, 재하하중 증가비, 재하용량 증가비 뿐만 아니라 설계하중 충족비 분석에도 사용하였다. 또한 정격재하용량을 알 수 없는 경우에는 재하용량 증가비 분석은 할 수 없었다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 BD O-cell PLT의 국내외 수행 사례 28개, BDL PLT의 국내 수행 사례 20개 및 BDH PLT의 국내 수행 사례 32개 등 총 80개의 사례를 분석하였다. 여기서 재하시험에서 나타난 파괴유형을 분석하여 그림 2 및 표 2에 나타내었다.
성능/효과
- 2. 1방향재하하중을 설계하중의 2배 이상(‘경우 A’)으로 하더라도 재하하중증가비(또는 최대등가시험하중/1방향최대재하하중) 및 재하용량증가비는 BD O-cell PLT, BDL PLT, BDH PLT에서 평균적으로 2.0에 미달되었으므로 재하용량 기준설정에는 활용할 수 없었다.
- 3. 1방향재하하중을 설계하중의 2배 이상으로 설정할 경우 설계하중충족비는 BD O-cell PLT, BDH PLT, BDL PLT에서 각각 평균 3.00, 2.89, 2.70 정도 되는 것을 알 수 있었으며 1.60~6.50, 0.90~6.45, 0.77~5.04의 범위에 있었다. 따라서, 1방향재하하중이 설계하중의 2배 이상일 경우에만 설계하중을 실증적으로 확인할 수 있는 것을 알수 있었다.
- 4. 재하용량은 1방향재하하중 즉, 유압잭의 용량으로 정의하여야 하며, 이 재하용량이 계획최대하중 이상이어야 한다는 것을 알 수 있었다. 따라서 상·하 방향으로 작용할수 있는 합계하중을 재하용량으로 정의하지 않아야 하며, 이 합계하중은 최대재하가능하중이라 부를 수 있으나 공학적 의미는 크지 않다.
- 5. 양방향말뚝재하시험에서는 상향 및 하향 변위가 상대적으로 크게 차이가 날 경우에는 1방향 하중밖에 사용할 수 없는 한계가 있다. 따라서 계획최대하중을 안전측으로 만족시키기 위한 방법으로 1방향 재하용량이 계획최대하중 이상이 되도록 하여야 한다는 것을 알 수 있었다.
- 0 이하인 사례 BD Ocell PLT, BDL PLT, BDH PLT에서 각각 1, 4, 2개로 나타나고 있었으므로 시험방법에 따른 차이는 없는 것으로 볼수 있었다. 7개 사례에 대한 파괴유형은 선단지반파괴, 슬라임부 파괴 및 미파괴가 각각 3, 3, 1개로 나타났으므로 파괴유형에 따른 차이도 아닌 것으로 볼 수 있었다. 7개 사례모두에서 재하하중 증가비가 1에 근접하고 있는 것을 볼 수 있었으므로 상향변위와 하향변위가 상대적으로 크게 차이가 나고 있어 최대등가시험하중을 큰 값으로 구할 수 없었기 때문이었다(그림 16(a) 참조).
- 경우 A일 때 BD O-cell PLT의 경우 1방향 최대재하하중의 평균 1.32배, BDL PLT의 경우 1방향 최대재하하중의 평균 1.56배, BDH PLT의 경우 평균 1.59배정도 되는 것을 알 수 있었다. 즉, 최대등가시험하중이 1방향최대하중의 2배만큼 유발되지 않는 것을 알 수 있었다.
- 여기서 재하하중증가비 및 재하용량증가비 분석 결과에서는 재하용량 기준 설정이 쉽지 않았다. 그러나 설계하중 충족비 분석에서는 재하용량기준을 설정하는 것이 가능할 수 있었는데 여기서 1방향재하용량이 설계하중의 2배 이상이어야 한다는 것을 알 수 있었다.
- 설계하중 충족비 분석에서는 ‘경우 A’(즉, 1방향 재하하중을 설계하중의 2배)에서는 대부분의 사례들에서 설계하중을 확인하는 것이 가능할 수 있었고 ‘경우 B’와 ‘경우 C’에서는 대부분의 사례들에서 설계하중을 확인하는 것이 곤란하였다. 그러므로 반드시 1방향 재하용량이 설계하중의 2.0배 이상 이어야 설계하중을 확인할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
- 양방향말뚝재하시험에서는 상향 및 하향 변위가 상대적으로 크게 차이가 날 경우에는 1방향 하중밖에 사용할 수 없는 한계가 있다. 따라서 계획최대하중을 안전측으로 만족시키기 위한 방법으로 1방향 재하용량이 계획최대하중 이상이 되도록 하여야 한다는 것을 알 수 있었다.
- 굴착슬라임 잔류로 인하여 하향의 파괴가 유발되는 경우 시험말뚝의 시공 불완전성으로 인한 것이 대부분이므로 굴착슬라임만 제대로 배제시킨다면 설정된 재하용량에 근접하여 시험할 수 있을 것으로 생각되었다. 따라서 대형말뚝의 지지능력을 충분하게 확인하기 위해서는 재하용량을 증가시키는 것이 무엇보다 중요한 사항임을 알 수 있었다.
- 여기서 하향의 파괴는 선단지반의 지지력 부족으로 인한 선단지반 파괴는 12개이 었으며 굴착슬라임의 잔류로 인한 파괴 사례가 16개인 것으로 분석되었다. 따라서 시험용 말뚝의 시공 시 선단부에 잔류하기 쉬운 굴착슬라임을 제대로 제거하는 것이 양방향 말뚝재하시험의 승패를 좌우하는 중요한 요인이 될 수 있을 것으로 생각되었다.
- 최대등가시험하중분석에서는 어떠한 경우에도 설계하중의 확인이 곤란하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 양방향말뚝재하시험의 재하용량을 1방향 재하하중으로 정의하지 않고 양방향합계하중으로 정의하는 것은 다소 무리가 있을 것으로 판단되었다.
- 04의 범위에 있었다. 따라서, 1방향재하하중이 설계하중의 2배 이상일 경우에만 설계하중을 실증적으로 확인할 수 있는 것을 알수 있었다.
- 표 3의 사례들은 대부분 국내에서 수행된 시험들이며 BD O-cell PLT의 경우 국외에서 수행된 사례(7개)도 일부 포함하고 있다. 모든 시험사례들에서 설계하중 및 정격 재하용량을 보고된 자료에서 구하고자 노력하였으나 설계를 위한 시험말뚝의 경우 또는 문헌자료를 구할 수 없는 경우에는 설계하중을 알아낼 수가 없었으며 BD O-cell PLT의경우 정격재하용량을 제대로 파악하는 것은 곤란하였다. 설계하중의 확인이 불가능한 사례들은 최대등가시험하중, 재하하중 증가비, 재하용량증가비 분석에만 사용하였으며, 설계하중이 확인된 사례들은 최대등가시험하중, 재하하중 증가비, 재하용량 증가비 뿐만 아니라 설계하중 충족비 분석에도 사용하였다.
- 상기의 사례들을 통하여 계획최대하중이 설계하중(또는 지지력)을 안전측으로 만족시키기 위한 방법은 1방향 재하하중(즉, 유압잭 용량)이 계획최대하중 이상으로 되도록 하여야 한다는 것을 알 수 있었다. 상·하 방향으로 작용하는 합계하중을 재하용량으로 설정할 경우에는 설계하중마저도 확인하지 못하는 상황도 발생할 수 있음을 유의하여야 한다.
- 설계하중 충족비 분석에서는 ‘경우 A’(즉, 1방향 재하하중을 설계하중의 2배)에서는 대부분의 사례들에서 설계하중을 확인하는 것이 가능할 수 있었고 ‘경우 B’와 ‘경우 C’에서는 대부분의 사례들에서 설계하중을 확인하는 것이 곤란하였다.
- 그림 7의 BDH PLT에서는 1방향재하용량이 100MN내외인 사례가 1개이며 50MN내외인 사례가 다수 나타나 있다. 이것으로 보아 BDH PLT에서는 재하용량을 다소 크게 설정하고 있는 것을 알 수 있었다.
- 최대하중까지 재하 하더라도 파괴를 확인할 수 없는 경우가 다수를 차지하고 있었다. 이것으로 판단해 볼 때 현재까지 사용하고 있는 재하용량은 말뚝의 하중지지능력을 확인하기에는 상당히 부족한 수준인 것으로 생각되었다. 따라서 말뚝의 지지능력을 충분히 활용하기 위하여 재하용량을 더 상향시킬 필요성이 있는 것으로 판단되었다.
- 59배정도 되는 것을 알 수 있었다. 즉, 최대등가시험하중이 1방향최대하중의 2배만큼 유발되지 않는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 최대하중까지 재하 하더라도 파괴를 확인할 수 없는 경우가 다수 나타나고 있었다. 이것으로 판단해 볼 때 현재까지 사용하고 있는 재하용량은 말뚝의 하중지지능력을 확인하기에는 상당히 부족한 수준인 것을 알 수 있었으며 따라서 말뚝의 지지능력을 충분히 활용하기 위하여 재하 용량을 더 상향시킬 필요성이 있었다.
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