[논문]풍화대에 근입되는 현장타설 말뚝의 설계사례

윤주원; 송성권; 방윤경; 이정덕

문제 정의

다양하게 나타나고 있는 실정이다. 본 고 에서는, 풍화대에 지지된 현장타설 말뚝의 설계 예를 소개하므로서 우리 학회 회원들과 기술적 고민을 공유하고자 하였다. 기초설계시 현장타설 말뚝의 암반 근입부에 대해서만 주면마찰력을 고려하는 경우에는 N치가 높은 주변지반의 주면마찰력이 설계 시 충분히 고려되지 못하는 한계가 있고, 따라서 현행 설계기준으로는 과다 설계가 될 수 있는것으로 판단되었다.

제안 방법

4~6에서는다소과다한설계로판단하였다. 따라서, 기초의 근입심도를 상부 풍화대로계획하였다.
현장타설말뚝 기초의 선단지지력과 주면마찰력은 도로교 설계기준 및 구조물 기초 설계기준에 의해 산정하였고, 산정된 값과말뚝재료에 대한 허용지지력을 비교하여작은 값을 허용지지력 값으로 적용하였다. 전술한 내용을바탕으로 현장타설말뚝의 근입부가 N치 50/10 이하인풍화암에 지지되는 경우에 근입부의 주면마찰력을 고려하여 선단지지력 및 주면마찰력을 산정한 결과는 아래의표 4와같다 지지력 산정결과말뚝직경 2, (X»~2, 5(Dmm 의 현장타설말뚝을 풍화암에 4~5D이상 근입하는 경우, 평균 55.
기초설계시 현장타설 말뚝의 암반 근입부에 대해서만 주면마찰력을 고려하는 경우에는 N치가 높은 주변지반의 주면마찰력이 설계 시 충분히 고려되지 못하는 한계가 있고, 따라서 현행 설계기준으로는 과다 설계가 될 수 있는것으로 판단되었다. 본 설계에서는 리핑암으로 분류되는 N치 50/10 을 기준으로 선단 근입부를 결정하고, 원지반교란의 영향을 고려하여 N치 50/20 까지의 지층에 대한주면마찰력을 고려함으로써 기초의 안정성과 경제성을만족하도록 하였다. 향후 현장타설 말뚝의 정재하시험 (양방향 재하시험) 및 건전도 시험 등을 실시하여 말뚝의 지지력 및 침하량을 확인하여야할 것이며, 자갈층, 풍화토, 풍화암 등 이른바 IGMGntermediate Geo-material, 풍화대)지반에 근입되는 현장타설 말뚝의 설계 및 시공기술에 대한 연구개발과 아울러 관련 설계기준이 정립되어 경제적이고 안전한공법 적용이 가능해지길 기원해 본다.

대상 데이터

본 설계사례 대상교량은 연장 620.6m이고, 경간장 55.0m의 P.C.T 거더교이다. 기초지반 지질은 중생대 백악기의 불국사층군이 기반암으로 분포하고 있으며 화강암, 황반암, 각섬석반암 및 섬록암이 임맥류로 분포하고, 흑운 모 화강암과 각섬석 화강암이 저반형태로 최대심도 는약 80.
본 설계사례는 실시설계 단계로서, 2003년 수행된 기본설계시 지반조사가 일부 이루어진 바 있다. 기본설계시확인되었던 지지층 깊이는 약 3Qm로 실시설계단계의 조사결과와 차이가 있고 기초형식 또한 강관말뚝으로 계획되었었다.

성능/효과

이는 당시 표준관입시험시 타격방식이 수동으로 이루어진데 따른 타격효율의 차이 등에 기인한 것으로판단되었다. 본 실시설계시 각 기초위치에 시추조사를 추가로 실시한 결과 약 40.0~71.4m 깊이까지 충적층이분포하는 것으로 나타났으며, 기초형식을 현장타설 말뚝으로 변경 계획하게 되었다 현장타설말뚝의 근입깊이는풍화암까지 근입되는 경우에 현장타설말뚝 계획시에는직경 2,000-2, 500mm, 최대 길이 80.0m 이상으로 산정되었으며, 부분적으로 N=50/l~50/20 의 매우 조밀한상태의 토사층이 최대 약20m두께로 분포하는 지반상태를고려할때, 특히 피어 No.4~6에서는다소과다한설계로판단하였다. 따라서, 기초의 근입심도를 상부 풍화대로계획하였다.
4~6에서는 다소 과다한 설계로 판단되었다 따라서, 표 2의 유사 설계사례를 참고로 하여 본 설계에서는 현장타설말뚝의 근입부를 풍화대로 하고, 일정 근입부의 주면마찰력을 고려하여 허용지지력을 산정하였다. 즉, 리퍼빌리티에 의한암반분류상 리핑암으로 분류되는 N값 50/10을 기준으로풍화대에 선단 근입부를 확보하고, 원지반 교란에 대한영향을 고려하여 말뚝 선단으로부터 N값 50/20 지점까지의 지층에 대해 주면마찰력을 고려하여 지지력을 산정한결과, 소요의 허용지지력을 만족하는 것으로 나타났다 (표 5). 표 4의 풍화암 근입의 경우 말뚝길이가 42~75m 인 반면, 표 5의 리핑암 근입시 말뚝길이가 평균 IQm 정도 감소한 41~51m 로 나타났으며 말뚝 직경도 다소 감소하는 것으로 나타났다.
즉, 리퍼빌리티에 의한암반분류상 리핑암으로 분류되는 N값 50/10을 기준으로풍화대에 선단 근입부를 확보하고, 원지반 교란에 대한영향을 고려하여 말뚝 선단으로부터 N값 50/20 지점까지의 지층에 대해 주면마찰력을 고려하여 지지력을 산정한결과, 소요의 허용지지력을 만족하는 것으로 나타났다 (표 5). 표 4의 풍화암 근입의 경우 말뚝길이가 42~75m 인 반면, 표 5의 리핑암 근입시 말뚝길이가 평균 IQm 정도 감소한 41~51m 로 나타났으며 말뚝 직경도 다소 감소하는 것으로 나타났다. 이는 본 현장의 지반조건이 충적층으로 N치 50/10~50/20의 조밀한 지층이 부분적으로깊이 33.
결론적으로, 본 설계방법에 의해 허용지지력을만족하면서 말뚝직경과 길이가 감소하는 효과를 나타내었다. 이는 앞에서언급하였듯이 매우 조밀한 풍화대에서의 주면마찰력 고려 여부가 현장타설 말뚝 설계에서 매우 중요한 요소로작용함을 의미하며, 추후 이와 관련하여 시공 시 현장재하시험 결과 등을 종합적으로 분석할 예정이다

후속연구

결론적으로, 본 설계방법에 의해 허용지지력을만족하면서 말뚝직경과 길이가 감소하는 효과를 나타내었다. 이는 앞에서언급하였듯이 매우 조밀한 풍화대에서의 주면마찰력 고려 여부가 현장타설 말뚝 설계에서 매우 중요한 요소로작용함을 의미하며, 추후 이와 관련하여 시공 시 현장재하시험 결과 등을 종합적으로 분석할 예정이다
본 설계에서는 리핑암으로 분류되는 N치 50/10 을 기준으로 선단 근입부를 결정하고, 원지반교란의 영향을 고려하여 N치 50/20 까지의 지층에 대한주면마찰력을 고려함으로써 기초의 안정성과 경제성을만족하도록 하였다. 향후 현장타설 말뚝의 정재하시험 (양방향 재하시험) 및 건전도 시험 등을 실시하여 말뚝의 지지력 및 침하량을 확인하여야할 것이며, 자갈층, 풍화토, 풍화암 등 이른바 IGMGntermediate Geo-material, 풍화대)지반에 근입되는 현장타설 말뚝의 설계 및 시공기술에 대한 연구개발과 아울러 관련 설계기준이 정립되어 경제적이고 안전한공법 적용이 가능해지길 기원해 본다.

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