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수치해석을 이용한 파형 마이크로파일의 지지거동 분석
Evaluation of Bearing Capacity of Waveform Micropile by Numerical Analyses 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.11, 2013년, pp.5906 - 5914  

한진태 (한국건설기술연구원) ,  김성렬 (동아대학교 토목공학과) ,  장영은 (과학기술연합대학원대학교 지반신공간공학과) ,  이승현 (선문대학교 토목공학과)

초록
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최근 국내에서 철도부지 상부에 인공지반을 구축하고, 인공지반 위에 복합주거타운을 건설하는 정책이 추진되고 있다. 이에 상부 구조물 및 인공지반을 지지할 수 있는 적합한 기초형식이 요구되는데, 철로와 철로 사이의 좁은 공간에 급속 시공 가능한 기초 형식 중 가장 대표적인 방법은 마이크로파일로 알려져 있다. 그러나 주기초로 마이크로파일이 사용될 경우 기초 시공비가 크게 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 마이크로파일의 경제성 및 지지력을 향상시키면서 철도상부 인공지반에 적합한 신개념 마이크로파일을 제안하였다. 신개념 마이크로파일은 지반을 Jet Grouting 공법을 이용하여 지반의 일정 영역을 고결시킨 뒤 강봉을 시공하는 방법에 Jet Grouting 시 말뚝체를 파형(waveform)의 형상으로 시공하여 지지력을 향상시키고 기존 마이크로파일 대비 말뚝의 전체 길이를 줄여 경제성을 높이고자 한 방법이다. 본 연구에서는 2차원 축대칭 유한요소해석을 수행하여 이러한 파형 마이크로 파일의 지지거동을 분석하였다. 해석 결과 파형 마이크로파일은 일반 마이크로파일에 비해 길이가 15% 정도 감소하였음에도 불구하고 동일한 설계하중에서 변위가 감소하여 지지력 및 경제성 측면에서 효과가 있는 것으로 나타났다. 또한, 파형 마이크로파일의 요철에 의한 주면 마찰력 증가효과는 상대적으로 연약한 토층에서 큰 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently in Korea, the policy is being proceeded to build a intergenerational housing on artificial ground of railroad site for utilizing rental house. Due to narrow space of rail road site, suitable method have to be developed such as micropiles which is known as a method of a fast construction. Ho...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 2에서 보여주고 있는 Jet grouting 공법을 활용하여 생성한다. 본 연구에서는 Soil jet grouting 또는 Soilcrete라고도 알려져 있는 본 공법을 활용해 마이크로파일 시공을 위한 천공단계에서 천공경 주변의 토사를 고결시킴과 동시에 소요의 압력을 가하여 파형을 생성하는 방법을 제안하였다. 점차 마이크로파일의 적용이 기존의 보강기초 뿐만 아니라 지반개량, 지중 연속벽, 차수벽 및 직접기초로의 범위가 확대되고 있으므로, 그라우트체를 지지 저항체로 거동할 수 있도록 한다면 마이크로파일의 지지 저항성능 개선에 효과가 있을 것으로 예상된다.
  • 본 연구에서는 일반 마이크로파일, 일반 Jet grouting파일, 그리고 파형 마이크로파일의 지지거동과 파형 마이크로파일의 적용성을 분석하였다. 본 연구로부터 얻어진 결론은 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 파형 마이크로파일의 적용성을 분석하기 위하여 수치해석을 통해 지지력 발현 양상을 관찰하고, 요철 길이와 간격 등에 따른 지지력 변화에 대한 연구를 수행하였다.
  • 본 연구에서 제안하고자 하는 신개념 마이크로파일은 토사층의 일정영역을 고결시키기 위한 Jet grouting을 통해 그라우트체를 파형(waveform)의 형상으로 시공하는 파형 마이크로파일이다. 본 파형 마이크로파일은 파형요철을 통해 기존 마이크로파일 대비 지지력을 향상시키고 말뚝의 길이를 줄여 경제성을 향상시키고자 한 방법이다. Fig.

가설 설정

  • 또한 Model-B와 Model-C의 Jet grouting을 적용한 마이크로파일의 경우 Jet grouting의 시공 가능 깊이 및 일반 마이크로파일 대비 경제성을 고려하여 풍화암 상단(파일근입깊이=13.7m)까지 근입되는 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
파형 마이크로파일은? 본 연구에서 제안하고자 하는 신개념 마이크로파일은 토사층의 일정영역을 고결시키기 위한 Jet grouting을 통해 그라우트체를 파형(waveform)의 형상으로 시공하는 파형 마이크로파일이다. 본 파형 마이크로파일은 파형요철을 통해 기존 마이크로파일 대비 지지력을 향상시키고 말뚝의 길이를 줄여 경제성을 향상시키고자 한 방법이다. Fig.
근접시공 또는 급속시공이 가능한 공법은? 현재까지 적용된 다양한 기초형식 가운데 근접시공 또는 급속시공이 가능한 공법은 심초기초(caisson type pile), 로터리파일(rotary pile), 마이크로파일(micropile) 등으로 알려져 있다. 각 기초형식마다 장단점이 존재하나, 지지력 및 경제성 측면에서 마이크로파일의 성능 개선을 수행한다면 인공지반 지지를 위한 가장 적합한 형식이 될 것으로 판단된다.
수치해석을 이용한 파형 마이크로파일의 적용성을 분석 연구 결과는? 1. 말뚝두부에서의 축하중-변위 곡선을 비교한 결과, 설계하중으로 가정한 1000kN에서는 파형 마이크로파일이 일반 마이크로파일에 비해 약 40% 정도의 변위 감소 효과가 나타나 큰 지지력 향상 효과를 나타내었다. 또한, 파형 마이크로파일이 길이가 일반 마이크로파일 대비 2.3m, 약 15% 정도 짧아졌음에도 불구하고 허용재료강도에 해당하는 말뚝 두부 변위는 파형 마이크로파일이 일반 마이크로파일에 비하여 31% 감소하므로, 기존 마이크로파일에 비하여 지지성능과 경제성이 우수한 것으로 판단된다. 2. 파형 마이크로파일의 해석결과 동일한 요철간격에서 요철길이가 2배 증가함에 따라 말뚝 두부변위값은 평균 4.3% 감소하였으며, 동일한 요철길이에서 요철간격이 1/5로 감소함에 따라 변위값은 평균 11.8% 감소하였다. 그러므로 요철길이가 증가하거나, 요철간격이 감소할수록 파형 마이크로파일의 지지력이 증가하는 것으로 판단된다. 3. 파형 마이크로파일의 경우 본 해석조건에서 상대적으로 연약한 표토층 부근에서는 요철부가 주면마찰력을 증가시키는 결과를 보여주었으나, 단단한 하부층에서는 요철부의 유무에 관계없이 동일한 주면 마찰력 크기를 나타내었다. 그러므로 향후 추가적인 해석 및 실험을 통하여 파형 마이크로파일의 최적 형상 및 적용 가능한 지반조건을 도출할 필요가 있다.
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참고문헌 (12)

  1. C. M. Lee, J. H. Shim, "A case study on a classified by characteristics of pedestrian deck", Journal of Architectural Institute of Korea, Vol. 24, No. 2, pp. 559-562, 2004. 

  2. T. H. Hwang, J. H. Kim, O. Y. Kwon, "The effects of the breath of foundation and rock layer on the installation method of micro-piles", Journal of Korea Geotechnical Society, Vol 26, No. 6, pp. 29-38. 2010. 

  3. F. Lizzi, Static of Monuments, Sagep publisher, Genoa, Italy, 1982. 

  4. Tsukada, K. Miura, Y. Tsubokawa, Y. Otani, G. L. You, "Mechanism of bearing capacity of spread footings reinforced with micropiles"Journal of soils and foundations, Vol. 46, No. 3, pp.367-376, 2006. 

  5. J. D. Kim, J. H. Im, T. Y. Lee, "An Experimental Study on the Increase of the Bearing Capacity on Sandy Ground due to Micropile Reinforcement", Proc. of Korea Geotechnical Society spring conference, pp. 411-416, 2003. 

  6. C. Choi, S.D. Cho, "Field verification study for micropile load capacity", Proc. of 10th ISM Workshop, pp. 1-10, 2010. 

  7. C. Choi, J. Goo, J. H. Lee, S. D. Cho, J. H. Jeong, "Development of New Micropiling Technique and Field Installation", Proc. of Korean Geotechnical Society Spring National Conference, pp.571-578, 2008. 

  8. C. Choi, J. Goo, J. H. Lee, S. D. Cho, "Development of new micropiling method enhancing frictional resistance with geotextile pack", Proc. of 9th International Workshop for Micropiles, 2009. 

  9. W. P. Hong, S. D. Cho, C. Choi, C. M. Lee,"Skin friction mobilized on pack micropiles subjected to uplift force". Journal of Korea Geotechnical Society, Vol 28, No. 6, pp. 19-29, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.7843/kgs.2012.28.6.19 

  10. B. Nikbakhtan, M. Osanloo, "Effect of grout pressure and grout flow on soil physical and mechanical properties in jet grouting operations", Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol 46, No. 3, pp. 498-505, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmms.2008.10.005 

  11. Brinkgreve, R.B.J. (2002), Reference manual V8. Plaxis Version 8, Netherlands: Balkema. 

  12. S. R. Kim, J. H. Lee, J. H. Park, M. K. Chung, "Analysis of reinforcement effect of steel-concrete composite piles by nemerical analysis(I)-material strenth", Journal of Korean Society of Civil Engineering, Vol. 29, No. 6, pp. 259-266. 2009. 

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