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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 마이크로파일과 지반의 수평거동 및 지지특성을 조사하기 위해 파일길이비와 파일 설치각도를 달리 적용하여 모형시험을 수행하였다. 그리고 시험결과를 종합적으로 비교･분석하여 각 조건별 마이크로파일의 수평지지특성을 평가하였다.
- 본 연구는 파일의 길이비와 설치각도에 따라 달라지는 마이크로파일의 수평지지특성을 조사하기 위해 모형시험을 수행하였고, 마이크로파일의 수평지지력은 파일길이비와 설치조건에 따라 파일조건에 따라 크게 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 또한 시험결과에 대한 세부사항은 다음과 같다.
제안 방법
- 각 조건별 마이크로파일의 수평지지력은 식 (1), (2)와 같이 수평지지력비(Horizontal bearing capacity ratio, BCR)로 환산해 비교･분석하였다.
- 따라서 본 연구에서는 마이크로파일과 지반의 수평거동 및 지지특성을 조사하기 위해 파일길이비와 파일 설치각도를 달리 적용하여 모형시험을 수행하였다. 그리고 시험결과를 종합적으로 비교･분석하여 각 조건별 마이크로파일의 수평지지특성을 평가하였다.
- 62). 그리고 흙의 물성값은 비중, 최대･최소 간극비시험, 전단시험 등 기본 물성 및 직접전단시험을 통해 구하였다.
- 또한 파일의 수평지지력은 FHWA(2005)가 제안한 것과 같이 파일의 수평변형률(εh)이 직경의 10%(εh =δh /d = 10%; 여기서 δh ;파일두부의 수평변위량)에 해당하는 하중을 지지력으로 결정하였다.
- 본 연구에서는 모형 마이크로파일에 수평하중을 가할 수 있도록 Fig. 1과 같이 수평하중재하장치를 고안해 활용하였다. 이 재하장치는 Fig.
- 지반에 설치된 파일들은 수평하중 재하장치(Fig. 1)을 활용해 변형률제어방식으로 분당 파일의 수평변위가 직경의 1%가 발생되도록 하중을 가하였다(v = εh/time = 1%/min; 여기서 v:하중재하속도, εh:파일두부 수평변형률).
- 파일두부 고정장치는 파일두부에 집중하중을 가할 수 있도록 역 L형으로 제작해 장치의 외부프레임에 고정하였다. 또한 외부프레임의 측면에는 토조와 마찰이 최소로 발휘되도록 바퀴(Wheel)을 설치하였다.
대상 데이터
- 4와 같이 1차로 소정의 깊이까지 지반을 조성한 후 제작한 모형파일을 설치하였다. 모형 마이크로파일은 FHWA(2005)에서 제안한 것과 같이 파일직경의 3배 간격(s = 3d, 여기서 s는 파일간격)으로 설치되었으며, 파일 본 수는 32본이다. 그리고 파일이 설치된 지반에 추가로 모래를 강사해 지반조성을 완료하였다.
- 2는 지반조성시 활용한 흙의 입도분포와 물성을 나타낸 것이다. 연구시 사용한 흙은 그림과 같이 균등한 입경의 건조된 모래이다(평균입경(D50)=0.55mm; 균등계수(Cu)=1.62). 그리고 흙의 물성값은 비중, 최대･최소 간극비시험, 전단시험 등 기본 물성 및 직접전단시험을 통해 구하였다.
- 3은 제작한 모형파일의 크기와 형태를 나타낸 것이다. 제작한 모형파일은 직경 200mm인 원형 마이크로파일을 모델로 하였고, 재료는 강봉(steel bar)를 활용하였다. 일반적으로 파일의 지지특성은 파일의 휨강성과 관계되므로, 모형파일의 직경은 휨강성에 대한 축소율(#, λL = 길이에 대한 축소율; Iai, 1989)을 적용하여 결정하였다.
성능/효과
- (1) 설치각도가 수직 또는 θ = +30°인 마이크로파일은 파일길이비가 60 이상인 경우 파일길이에 대한 지지력비가 일정해지는 것으로 나타났으며, 이 경우 마이크로파일 길이의 증가는 수평지지력의 증가에 기인하지 못한다.
- (2) 설치각도 θ = -30°인 마이크로파일은 길이비가 증가함에 따라 지지력 역시 증가하는 특성을 보였으며, 이 경우 파일길이의 증가는 마이크로파일의 수평지지력 증가에 기인한다.
- (3) 파일길이비 L/d ≤ 20인 경우 설치각도 +30°인 경사 마이크로파일이 수평하중에 대한 저항성이 가장 컸으며, 수직인 마이크로파일보다 약 25% 정도 지지력 증가효과를 기대할 수 있다.
- (4) 파일길이비 L/d ≥ 60인 경우에는 설치각도 -30°인 마이크로파일이 양 또는 수직인 경우보다 수평하중에 대한 저항성이 컸으며, 수직 마이크로파일보다 비해 최대 2.24배의 지지력 증가효과를 기대할 수 있다.
- 그리고 θ = -30°인 마이크로파일의 지지력비는 0.83～2.24로, 수직인 경우보다 지지력이 최대 2.24배 증가하는 것으로 나타났다.
- 그리고 L/d = 20인 경우와 달리 설치각도 -30°인 파일의 지지력이 가장 큰 것으로 나타났으며, 수직 마이크로파일의 수평지지력이 작은 것으로 나타났다.
- 그리고 각 조건별 지지력비를 비교한 결과, L/d ≤ 20인 마이크로파일은 설치각도 θ = +30°로 하는 것이 지지력 증가에 효과적인 것으로 나타났다.
- 시험결과 θ = ±30°인 마이크로파일에 인접한 지반의 변위는 L/d = 60인 경우와 유사하였다. 그리고 지표면에서 파일길이의 1/3에 인접한 지반에서 변위가 주로 발생하는 것으로 나타났다. 이와 같이 파일에 인접한 지반에 발생된 파괴영역이 달라지는 요인은 파일길이비에 따라 파일조건이 상이하고, 이 때문에 지반내 지반과 파일의 상호거동이 달라지기 때문으로 판단된다.
- 7(a)과 같이 θ=+30°인 긴 마이크로파일은, 짧은 마이크로파일과 달리, 전체 파일길이의 1/2에 인접한 상부지반에서 변위가 발생하였다. 또한 수동상태인 지반파괴면의 크게 형성되었고, 주동상태인 지반의 파괴면은 수동상태 지반에 비해 작게 발생하였다. 이 같은 지반거동은 Fig.
- 또한 시험결과를 통해 θ = 0°와 +30°인 경우에는 파일이 L/d = 60 이상부터 대체로 지지력비가 일정해지나, θ= 0°와 +30°인 경우에는 계속적으로 지지력비가 증가하는 것을 알 수 있다.
- 파일의 설치각도 θ=+30°인 마이크로파일의 수평지지력이 가장 큰 것으로 나타났다.
후속연구
- 또한 이들 연구들은 파일길이비와 설치각도에 따라 마이크로파일의 수평지지특성이 달라질 수 있음에도 종합적으로 이 같은 영향인자들을 고려하지 않고 있다. 따라서 명확한 마이크로파일의 수평지지특성을 조사하기 위해서는 보다 다양한 파일 설치조건이 고려된 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 일반적으로 마이크로파일의 두부에 작용하는 하중방향에 따라 지반과 마이크로파일의 상호거동을 달라지고, 이 때문에 지지력이 달라진다. 또한 마이크로파일의 지지력은 파일체의 강성조건과 인접지반의 특성 그리고 파일설치각도에 따라 지지특성이 달라지므로, 수평하중에 저항하는 마이크로파일의 지지특성에 관한 연구가 요구될 것으로 판단된다.
- 본 논문은 일부 시험조건을 고려한 모형시험결과만으로 제안된 것으로 보다 세부적인 마이크로파일 설치조건들을 고려한 수치해석 연구와 현장지반조건과 상이한 경우 지반과 파일의 상호거동이 다를 수 있어 현장시험을 통한 연구가 요구된다.
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