목표신뢰도지수는 한계상태설계법에서 안전여유의 지표가 되며, 부분계수를 결정하는데 있어 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 한계상태설계법에서 필요로 하는 목표신뢰도지수의 결정을 위하여 쇄석다짐말뚝이 적용된 6개소의 설계-시공사례를 조사하였다. 쇄석다짐말뚝의 주요 파괴모드인 팽창파괴에 대한 한계상태함수를 정의하고, 일계신뢰성해석법(FORM)을 이용하여 극한지지력, 이론식별, 신뢰도수준을 평가하였다. 현행 쇄석다짐말뚝의 신뢰도지수는 허용응력설계법에 의해 산정된 안전율과 비례하는 경향을 보였으며, 평균 신뢰도지수는${\beta}$=2.30으로 평가되었다. 신뢰성해석에 의해 평가된 신뢰도 수준과 기존 구조물 기초에 대한 목표신뢰도지수를 비교 분석한바, 쇄석다짐말뚝 기초는 말뚝기초 및 얕은기초에 비하여 비교적 낮은 안정성 수준이 요구되며, 쇄석다짐말뚝의 현재 신뢰도수준은 보강토옹벽, 쏘일네일링에서 제안된 목표신뢰도지수와 유사한 범위를 보이므로 쇄석다짐말뚝의 목표신뢰도지수를 ${\beta}_T$= 2.33으로 제안하였다.
목표신뢰도지수는 한계상태설계법에서 안전여유의 지표가 되며, 부분계수를 결정하는데 있어 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 한계상태설계법에서 필요로 하는 목표신뢰도지수의 결정을 위하여 쇄석다짐말뚝이 적용된 6개소의 설계-시공사례를 조사하였다. 쇄석다짐말뚝의 주요 파괴모드인 팽창파괴에 대한 한계상태함수를 정의하고, 일계신뢰성해석법(FORM)을 이용하여 극한지지력, 이론식별, 신뢰도수준을 평가하였다. 현행 쇄석다짐말뚝의 신뢰도지수는 허용응력설계법에 의해 산정된 안전율과 비례하는 경향을 보였으며, 평균 신뢰도지수는${\beta}$=2.30으로 평가되었다. 신뢰성해석에 의해 평가된 신뢰도 수준과 기존 구조물 기초에 대한 목표신뢰도지수를 비교 분석한바, 쇄석다짐말뚝 기초는 말뚝기초 및 얕은기초에 비하여 비교적 낮은 안정성 수준이 요구되며, 쇄석다짐말뚝의 현재 신뢰도수준은 보강토옹벽, 쏘일네일링에서 제안된 목표신뢰도지수와 유사한 범위를 보이므로 쇄석다짐말뚝의 목표신뢰도지수를 ${\beta}_T$= 2.33으로 제안하였다.
Target reliability index in the limit state design indicated the safety margin and it is important to determine the partial factor. To determine the target reliability index which is needed in the limit state design, the six design and construction case histories of gravel compaction piles (GCP) wer...
Target reliability index in the limit state design indicated the safety margin and it is important to determine the partial factor. To determine the target reliability index which is needed in the limit state design, the six design and construction case histories of gravel compaction piles (GCP) were investigated. The limit state functions were defined by bulging failure for the major failure mode of GCP. The reliability analysis were performed using the first order reliability method (FORM) and the reliability index was calculated for each ultimate bearing capacity formulation. The reliability index of GCP tended to be penportional to the safety factor of allowable stress design and average value was ${\beta}$=2.30. Reliability level that was assessed by reliability analysis and target reliability index for existing structure foundations were compared and analyzed. As a result, The GCP was required a relatively low level of safety compared with deep and shallow foundations and the currd t reliability level were similar to the target reliability in the reinforced earth retaining-wall and soil-nailing. Therefore the target reliability index of GCP suggested as ${\beta}_T$=2.33 by various literatures together with the computed reliability level in this study.
Target reliability index in the limit state design indicated the safety margin and it is important to determine the partial factor. To determine the target reliability index which is needed in the limit state design, the six design and construction case histories of gravel compaction piles (GCP) were investigated. The limit state functions were defined by bulging failure for the major failure mode of GCP. The reliability analysis were performed using the first order reliability method (FORM) and the reliability index was calculated for each ultimate bearing capacity formulation. The reliability index of GCP tended to be penportional to the safety factor of allowable stress design and average value was ${\beta}$=2.30. Reliability level that was assessed by reliability analysis and target reliability index for existing structure foundations were compared and analyzed. As a result, The GCP was required a relatively low level of safety compared with deep and shallow foundations and the currd t reliability level were similar to the target reliability in the reinforced earth retaining-wall and soil-nailing. Therefore the target reliability index of GCP suggested as ${\beta}_T$=2.33 by various literatures together with the computed reliability level in this study.
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문제 정의
본 연구에서는 국내･외 6개소에서 수집된 쇄석다짐말뚝에 대한 설계-시공자료를 수집하여 팽창파괴에 대한 극한지지력 이론식별로 신뢰성해석을 수행하고, 기존 구조물 기초의 목표신뢰도지수와 비교함으로써 쇄석다짐말뚝의 한계상태설계법을 위한 목표신뢰도수준을 평가하고자 하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
쇄석다짐말뚝으로 개량된 구조물 기초의 목표신뢰도지수는 상부 구조물과 일관된 신뢰도수준을 유지하면서도 과거 설계 및 시공된 기존 구조물의 안정성을 충분히 확보할 수 있어야 하므로 본 연구에서는 국내･외 쇄석다짐말뚝의 팽창파괴에 대한 신뢰성해석을 통하여 신뢰도 수준을 평가하고 기존 연구결과에서 제시하고 있는 구조물 기초에 대한목표신뢰도지수, 상부 구조물의 목표신뢰도지수 등과 비교･분석하여 합리적인 목표신뢰도지수(𝛽T)를 선정하는 방안을 제시하였다.
한계상태설계법에서는 구조물 기초의 부분계수를 결정하기 위한 구조물의 안정성 지표로 목표신뢰도지수(𝛽T)를 필수적으로 요구하고 있으며, 상부 구조물과의 일관된 신뢰도수준을 확보하여야 하므로 본 절에서는 상부 구조물 및 기초에 대하여 신뢰성 평가기준, 허용파괴확률, 목표파괴확률, 목표신뢰도지수 등으로 다양하게 불리는 목표신뢰도수준을 검토함으로써 하중저항계수설계법에서 목표신뢰도지수를 결정하는데 참고하고자 하였다.
제안 방법
국내･외에서 쇄석다짐말뚝공법이 적용된 설계 및 시공사례를 Table 4와 같이 수집하여 신뢰성해석을 수행하였다. 쇄석다짐말뚝은 하수, 우수, 구조물 등의 프리캐스트 박스기초와 빌딩, 도로의 기초로 이용되었으며, 국내 4개 현장 5개소와 해외 1개소 구성되었다(Fig.
흙과 쇄석다짐말뚝 간의 상호작용은 주로 다짐말뚝의 팽창을 억제하기 위한 원지반의 횡방향 구속압력의 증가에 지배되며, 횡방향 구속압력이 충분하게 발휘되지 않는 지반에서의 적용은 불가능하다(Barksdale & Bachus, 1983; Juran& Guermazi, 1988). 문헌에서 조사된 일반적인 쇄석다짐말뚝의 직경은 0.7～0.8 m이고, 길이는 3.5 m 이상으로 대부분 팽창파괴가 지배적인 파괴유형이므로 본 연구에서는 팽창파괴에 대한 목표신뢰도지수를 분석하였다.
본 절에서는 쇄석다짐말뚝공법의 적용 사례를 수집하여 쇄석다짐말뚝의 팽창파괴에 대한 지지력 이론식별로 일계신뢰성해석(FORM, First-Order Reliability Method)을 수행함으로써 현재 실무에서 적용되고 있는 쇄석다짐말뚝의 신뢰도 수준을 평가하고, 허용응력설계법에 의한 안전율과 신뢰도지수의 관계를 분석하였다.
대상 데이터
국내･외에서 쇄석다짐말뚝공법이 적용된 설계 및 시공사례를 Table 4와 같이 수집하여 신뢰성해석을 수행하였다. 쇄석다짐말뚝은 하수, 우수, 구조물 등의 프리캐스트 박스기초와 빌딩, 도로의 기초로 이용되었으며, 국내 4개 현장 5개소와 해외 1개소 구성되었다(Fig. 5). 쇄석다짐말뚝의 직경은 대부분 0.
데이터처리
한계상태함수를 구성하는 설계변수는 확률변수로 취급되며, 저항력과 관련된 확률변수는 원지반의 단위중량, 비배수전단강도, 탄성계수와 쇄석의 내부마찰각이다. 확률변수의 평균값은 설계 및 시공 자료로부터 분석하여 Table 6에 나타내었으며, 통계학적 자료는 설계기준이나 설계지침서에 명확하게 제안된 바가 없어 확률변수의 변동계수는Table 7과 같이 문헌연구 결과를 인용하여 결정하였다. 쇄석의 내부마찰각은 국내 대형직접전단시험 및 현장 전단시험 결과를 분석하여 적용하였고, 하중은 AASHTO(2010) 시방서를 인용하였다.
이론/모형
쇄석다짐말뚝의 팽창파괴에 대한 지지력 이론식은 공동확장이론을 이용한 Gibson & Anderson(1961), Vesic(1972), Huges & Withers(1974), Hansbo(1994)의 제안식과 소성평형론에 의한 수동토압 접근법을 이용한 Greenwood(1970), Brauns(1978)의 제안식 등이 있으나, 본 연구에서는 실제 지지력을 비교적 정확히 예측하는 것으로 알려진 지지력 이론식(Table 3)으로 신뢰성해석을 수행하였다.
확률변수의 평균값은 설계 및 시공 자료로부터 분석하여 Table 6에 나타내었으며, 통계학적 자료는 설계기준이나 설계지침서에 명확하게 제안된 바가 없어 확률변수의 변동계수는Table 7과 같이 문헌연구 결과를 인용하여 결정하였다. 쇄석의 내부마찰각은 국내 대형직접전단시험 및 현장 전단시험 결과를 분석하여 적용하였고, 하중은 AASHTO(2010) 시방서를 인용하였다.
성능/효과
LRFD와 Eurocode7(CEN, 2004)의 부분계수 산정식으로부터 목표신뢰도지수가 증가할수록 부분계수는 감소하는 것을 직관적으로 알 수 있다. 이는 심층혼합처리지반의 내부안정에 대한 부분계수 연구(Park, 2012)에서 Fig.
국내･외 쇄석다짐말뚝 대표 단면 6개소에 대한 4가지 극한지지력 이론식을 이용하여 산정된 안전율과 신뢰도지수의 범위는 Fs=1.50～3.91, 𝛽=0.93～3.75(Pf=0.01～17.5%)로 검토되었으며, 평균 안전율은 2.57, 평균 신뢰도지수는 2.30으로 분석되었다. 안전율과 신뢰도지수는 선형 비례하는 경향을 나타내었다.
본 연구에서 수행된 신뢰성해석으로부터 쇄석다짐말뚝의 팽창파괴에 대한 신뢰도 수준은 𝛽=0.933～3.747의 범위로 분석되었으며, 평균 신뢰도지수는 𝛽=2.30으로 산정되었다. 현재 쇄석다짐말뚝의 신뢰도 수준은 Fig.
쇄석다짐말뚝의 팽창파괴에 대한 평균 신뢰도지수는 𝛽=2.30으로 평가되었으며, 쇄석다짐말뚝 기초는 말뚝기초 및 얕은 기초에 비하여 비교적 낮은 안정성 수준이 요구되고, 쇄석다짐말뚝의 현재 신뢰도수준은 보강토옹벽, 쏘일네일링에서 제안된 목표신뢰도지수와 유사한 범위를 보이므로 쇄석다짐말뚝의 목표신뢰도지수는 𝛽T = 2.33으로 제안할 수 있다.
실제 쇄석다짐말뚝을 설계할 경우 모든 극한지지력 이론식을 이용하여 안정성을 검토하지 않으므로 해석대상 지역과 극한지지력 이론식에 따라 허용응력설계법의 기준안전율(Fs=2.0)을 만족하지 못하는 경우가 있음을 발견하였으며, 안전율과 신뢰성해석에 의한 신뢰도지수는 비례하는 경향을 나타내었다.
0으로 결정하였다. 얕은 기초의 목표신뢰도지수의 범위는 𝛽T=3.2～4.0으로 말뚝기초의 목표신뢰도지수의 범위(𝛽T=1.4～3.6)보다는 좁게 분포하며, 목표신뢰도지수는 유사한 것으로 평가되었다(Fig. 2).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
쇄석다짐말뚝이란 무엇인가?
쇄석다짐말뚝은 연약지반에 쇄석재료를 다져 넣어 강성이 큰 원통형의 쇄석말뚝을 형성시킴으로써 상부의 하중을 분담하도록 치환하는 공법으로 성토체, 탱크, 암거와 같이 비교적 작은 하중이 작용하는 기초에 적용한다. 쇄석다짐말뚝은 Stone Column, Gravel Compaction Pile, Aggregate Pier 등으로 시공방법에 따라 다양하게 명명되고 있으며, 진동다짐방식인 경우에 Stone Column으로 표현하고 램머다짐방식인 경우에는 Aggregate Pier로 표현하고 있다.
신뢰성설계법의 한계점은 무엇인가?
다짐말뚝의 지지력 및 침하량, 파괴거동에 대한 연구와 더불어 구조물에 작용하는 설계하중, 원지반 및 다짐말뚝의 강도에 대한 불확실성을 고려하여 보다 합리적인 설계가 될 수 있도록 Matsuo & Suzuki(1983), Kitazume & Nagao(2007), Chae & Jung(2009)은 신뢰성설계법을 제시하였다. 이 설계법은 현행 안전율 개념의 허용응력설계법을 보완할 수 있는 최적의 설계법으로 평가되었지만, 일반 설계자들이 신뢰성해석을 통하여 파괴확률을 산정하기는 매우 어렵기 때문에 실제 설계기준으로 채택되지는 못하였다.
시공방법에 따라 쇄석다짐말뚝은 무엇으로도 명명하는가?
쇄석다짐말뚝은 연약지반에 쇄석재료를 다져 넣어 강성이 큰 원통형의 쇄석말뚝을 형성시킴으로써 상부의 하중을 분담하도록 치환하는 공법으로 성토체, 탱크, 암거와 같이 비교적 작은 하중이 작용하는 기초에 적용한다. 쇄석다짐말뚝은 Stone Column, Gravel Compaction Pile, Aggregate Pier 등으로 시공방법에 따라 다양하게 명명되고 있으며, 진동다짐방식인 경우에 Stone Column으로 표현하고 램머다짐방식인 경우에는 Aggregate Pier로 표현하고 있다. 국내에서는 구조물 기초 용도로 적용되는 경우에는 램머다짐방식을 다수 적용하고 있으며, 진동다짐방식은 사면의 활동 억제와연직배수를 병용한 지반개량에 적용되고 있다.
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