구조물의 고층화가 진행됨과 동시에 효율적인 기초 설계를 위해 대구경 PHC 말뚝의 사용이 증가하고 있으며, 특히 600mm PHC 말뚝의 사용량이 급증하고 있다. 본 연구에서는 현재 사용되고 있는 설계법의 적정성을 평가하기 위하여, 직경 600mm PHC 매입말뚝에 대하여 수행된 46본의 동재하시험 결과를 분석하였다. 선단지지력은 초기항타시험의 결과를 이용하였으며 주면마찰력은 재항타시험 결과를 이용하여 각각의 허용지지력을 산정하였다. 동재하시험으로부터 산정된 허용지지력을 현재 사용되는 설계법으로 평가된 허용지지력과 비교하였다. 분석결과, 동재하시험으로 산정된 허용선단지지력은 대부분의 말뚝에서 설계기준보다 컸지만, 허용주면마찰력은 많은 말뚝에서 설계기준보다 작게 산정되었다. 이와 같은 큰 선단지지력과 작은 주면마찰력은 천공장비의 성능 향상 및 굴착 깊이의 증가 때문이며 이로 인해 전체지지력에서 선단지지력이 차지하는 비율이 높아졌기 때문이다.
구조물의 고층화가 진행됨과 동시에 효율적인 기초 설계를 위해 대구경 PHC 말뚝의 사용이 증가하고 있으며, 특히 600mm PHC 말뚝의 사용량이 급증하고 있다. 본 연구에서는 현재 사용되고 있는 설계법의 적정성을 평가하기 위하여, 직경 600mm PHC 매입말뚝에 대하여 수행된 46본의 동재하시험 결과를 분석하였다. 선단지지력은 초기항타시험의 결과를 이용하였으며 주면마찰력은 재항타시험 결과를 이용하여 각각의 허용지지력을 산정하였다. 동재하시험으로부터 산정된 허용지지력을 현재 사용되는 설계법으로 평가된 허용지지력과 비교하였다. 분석결과, 동재하시험으로 산정된 허용선단지지력은 대부분의 말뚝에서 설계기준보다 컸지만, 허용주면마찰력은 많은 말뚝에서 설계기준보다 작게 산정되었다. 이와 같은 큰 선단지지력과 작은 주면마찰력은 천공장비의 성능 향상 및 굴착 깊이의 증가 때문이며 이로 인해 전체지지력에서 선단지지력이 차지하는 비율이 높아졌기 때문이다.
For the construction of high-rise structures and the optimized foundation design, the use of the large-diameter PHC pile has increased. Especially, the use of the 600 mm diameter PHC pile has significantly increased. In this study, for the evaluation of the suitability of the current design practice...
For the construction of high-rise structures and the optimized foundation design, the use of the large-diameter PHC pile has increased. Especially, the use of the 600 mm diameter PHC pile has significantly increased. In this study, for the evaluation of the suitability of the current design practice, the 46 dynamic pile load tests, which were carried out in the 600 mm diameter preboring PHC pile, are analyzed. The end bearing capacity is obtained from the end of initial driving test and the shaft capacity is estimated from the restrike test. The allowable capacities estimated by the dynamic load test are compared with those based on the current design practice. The analyses show that the allowable end bearing capacity evaluated by the dynamic pile load test is greater than the design practice in most piles. The allowable shaft capacity, however, is smaller than the design practice in many piles. The higher end bearing capacity and the smaller shaft capacity may result from the improvement of the drilling equipment and the increase in the penetration depth. Thus, the portion of the end bearing capacity in the total capacity increases.
For the construction of high-rise structures and the optimized foundation design, the use of the large-diameter PHC pile has increased. Especially, the use of the 600 mm diameter PHC pile has significantly increased. In this study, for the evaluation of the suitability of the current design practice, the 46 dynamic pile load tests, which were carried out in the 600 mm diameter preboring PHC pile, are analyzed. The end bearing capacity is obtained from the end of initial driving test and the shaft capacity is estimated from the restrike test. The allowable capacities estimated by the dynamic load test are compared with those based on the current design practice. The analyses show that the allowable end bearing capacity evaluated by the dynamic pile load test is greater than the design practice in most piles. The allowable shaft capacity, however, is smaller than the design practice in many piles. The higher end bearing capacity and the smaller shaft capacity may result from the improvement of the drilling equipment and the increase in the penetration depth. Thus, the portion of the end bearing capacity in the total capacity increases.
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문제 정의
초기항타(EOID: End Of Initial Driving)시험의 선단지지력 결과와 재항타(RES: Restrike)시험의 주면마찰력 결과를 설계기준의 극한지지력과 허용지지력 측면에서 비교하였다. 또한 동재하시험으로 평가한 직경 600mm 매입말뚝의 지지력을 바탕으로 말뚝의 대구경화에 따른 시공조건 변화가 시공품질에 미치는 영향을 고찰하였다.
본 논문에서는 국내 공동주택 건설현장에서 수행한직경 600mm PHC 말뚝의 동재하시험으로 평가된 선단지지력 및 주면마찰력이 직경 400mm 및 450mm PHC말뚝을 근거로 하는 기존의 국내 매입말뚝 설계기준을 만족하는지 여부를 분석하였다. 이 때 국내 매입말뚝 설계기준의 단위 허용선단지지력 qa는 83.
본 논문은 국내 공동주택 건설현장에 시공된 직경 600mm PHC 말뚝의 동재하시험 결과를 분석하였다. 초기항타(EOID: End Of Initial Driving)시험의 선단지지력 결과와 재항타(RES: Restrike)시험의 주면마찰력 결과를 설계기준의 극한지지력과 허용지지력 측면에서 비교하였다.
본 연구에서는 동재하시험이 수행된 말뚝의 초기항타시험 시 산정된 선단지지력을 분석하였다. 초기항타시험에서 산정된 단위 극한선단지지력 qb와 말뚝 선단이 위치한 지점의 N값인 Nb를 비교하였으며, 이 때 Nb는 말뚝의 선단이 위치하는 지점의 상부 방향으로 4D, 하부 방향으로 1D인 구간의 N값들의 평균이다.
가설 설정
풍화토층에서의 표준관입시험 N값은 얕은 깊이에서 50 이하이나 풍화암 지지층에 가까워질수록 50 이상으로 증가한다. 이 때 관입량이 30cm 미만인 경우 관입량과 타격횟수가 비례한다고 가정하여 관입량이 30cm인 경우의 N값을 계산하였으며 이 값을 환산 N값으로 하였다. 풍화토층의 환산 N값은 깊이에 따라 편차가 크며 50에서 150사이의 분포를 가지고 있다.
제안 방법
3개 현장에 시공된 총 46본의 말뚝에 대하여 동재하시험을 수행하였으며 초기항타시험으로 선단지지력, 재항타시험으로 주면마찰력을 산정하였다. 산정된 극한지지력에 안전율 2.
46본의 말뚝에 대해 초기항타시험이 수행되었고, 재항타시험은 22본의 말뚝에 대해 수행되었다. 분석에 사용된 말뚝의 시공은 풍화암 지지층까지 지반을 굴착하고 말뚝의 선단부를 안착시켰으므로 말뚝의 관입 깊이는 지반조사 결과에서의 풍화암 지지층 깊이와 거의 동일하다.
말뚝의 주면마찰력을 평가하기 위하여 말뚝의 재항 타시험 시 산정된 주면지지력을 분석하였다. CAPWAP분석결과에서 말뚝과 관입깊이 별 구간에 따라 단위 극한주면마찰력 값을 구할 수 있으므로 말뚝을 5 m 간격으로 분할하여 각 구간의 단위 극한주면마찰력 fs와 말뚝 주면 구간의 N값인 Ns를 비교하였다. 관입깊이 0～5m 구간을 Fig.
동재하시험으로 산정한 말뚝의 주면마찰력을 허용지지력 측면에서 평가하기 위하여 주면마찰력의 단위 허용설계지지력과 비교하였다. 식 (2)와 같이 국내 설계기준에서 안전율 3이 적용되므로 주면마찰력의 단위허용설계기준은 0.
, 1985) 이를 통해 말뚝의 선단부가 지지층에 안착하였는지 여부를 판정하였다. 또한 시공 후 5일～15일이 경과한 시점에서 재항타시험을 수행하여 주면마찰력을 평가하였다. 분석을 위한 말뚝의 극한선단지지력 및 극한주면마찰력은 CAPWAP 분석결과의 선단지지력 Rb와 주면마찰력 Rs 값을 사용하였으며 재현한 하중침하곡선을 이용하여 산정된 지지력 값은 고려하지 않았다
말뚝의 주면마찰력을 평가하기 위하여 말뚝의 재항 타시험 시 산정된 주면지지력을 분석하였다. CAPWAP분석결과에서 말뚝과 관입깊이 별 구간에 따라 단위 극한주면마찰력 값을 구할 수 있으므로 말뚝을 5 m 간격으로 분할하여 각 구간의 단위 극한주면마찰력 fs와 말뚝 주면 구간의 N값인 Ns를 비교하였다.
말뚝이 시공될 지반에 표준관입시험을 수행한 결과, 풍화암 지지층의 N값은 모두 50, 관입량은 현장에 따라 상이하지만 15cm 미만이다. 모든 말뚝의 시공은 풍화암층까지 굴착 하여 말뚝의 선단부가 풍화암 지지층에 완전히 안착할 수 있도록 하였으며 굴착 후 기성 PHC 말뚝을 삽입하고 최종경타를 수행함과 동시에 초기항타시험을 수행하여 선단지지력을 평가하였다. 추가적으로 현장에서 동재하시험 시 CASE 방법으로 선단지지력을 산정하여 선단지지력이 충분히 발휘되었는지를 판단하였고(Rausche et al.
동재하시험 결과에서 CAPWAP 분석을 수행하여 말뚝의 극한지지력을 평가하는 방법은 크게 두 가지이다. 첫 번째는 CAPWAP으로 재하시험이 수행된 지반과 말뚝의 성질에 관한 인자들의 값을 산정한 후 프로그램 상에서 정재하시험을 모사하여 하중침하곡선을 재현하는 것이며, 두 번째는 CAPWAP 분석을 수행하여 산정한 하중침하곡선에서 최대저항력 Ru값을 극한지지력으로 평가하는 것이다. 말뚝의 극한지지력을 평가하는 방법과 말뚝의 거동에 따라 상이한 안전율을 적용한다.
본 논문은 국내 공동주택 건설현장에 시공된 직경 600mm PHC 말뚝의 동재하시험 결과를 분석하였다. 초기항타(EOID: End Of Initial Driving)시험의 선단지지력 결과와 재항타(RES: Restrike)시험의 주면마찰력 결과를 설계기준의 극한지지력과 허용지지력 측면에서 비교하였다. 또한 동재하시험으로 평가한 직경 600mm 매입말뚝의 지지력을 바탕으로 말뚝의 대구경화에 따른 시공조건 변화가 시공품질에 미치는 영향을 고찰하였다.
모든 말뚝의 시공은 풍화암층까지 굴착 하여 말뚝의 선단부가 풍화암 지지층에 완전히 안착할 수 있도록 하였으며 굴착 후 기성 PHC 말뚝을 삽입하고 최종경타를 수행함과 동시에 초기항타시험을 수행하여 선단지지력을 평가하였다. 추가적으로 현장에서 동재하시험 시 CASE 방법으로 선단지지력을 산정하여 선단지지력이 충분히 발휘되었는지를 판단하였고(Rausche et al., 1985) 이를 통해 말뚝의 선단부가 지지층에 안착하였는지 여부를 판정하였다. 또한 시공 후 5일～15일이 경과한 시점에서 재항타시험을 수행하여 주면마찰력을 평가하였다.
현장 시공된 말뚝에 동재하시험을 수행하여 산정한 선단지지력의 단위 허용설계지지력 만족 여부를 판단하였다. 식 (2)와 같이 250Nb로 계산되는 단위 극한선단지지력에 안전율 3을 적용하므로 단위 허용선단설계지지력은 83.
대상 데이터
분석에 사용된 말뚝의 시공은 풍화암 지지층까지 지반을 굴착하고 말뚝의 선단부를 안착시켰으므로 말뚝의 관입 깊이는 지반조사 결과에서의 풍화암 지지층 깊이와 거의 동일하다. 동재하시험을 수행한 말뚝 규격은 직경 600mm인 PHC Pile(A-type, 강도 80MPa)로 목표 설계지지력은 1,600kN이다. 말뚝의 시공은 모두 최종 경타로 마무리되었으며 경타용 해머의 종류는 드롭해머로 램 중량은 50～60kN이며 낙하고는 1.
본 논문의 분석에 사용된 매입말뚝은 국내 공동주택 현장인 P, K, S 3개 현장에 시공되었다. 모든 현장의 지반은 지반 상부로부터 매립층, 퇴적층, 풍화토층, 풍화암층 순으로 구성되는 모래질 지반이다.
데이터처리
또한 시공 후 5일～15일이 경과한 시점에서 재항타시험을 수행하여 주면마찰력을 평가하였다. 분석을 위한 말뚝의 극한선단지지력 및 극한주면마찰력은 CAPWAP 분석결과의 선단지지력 Rb와 주면마찰력 Rs 값을 사용하였으며 재현한 하중침하곡선을 이용하여 산정된 지지력 값은 고려하지 않았다
본 연구에서는 동재하시험이 수행된 말뚝의 초기항타시험 시 산정된 선단지지력을 분석하였다. 초기항타시험에서 산정된 단위 극한선단지지력 qb와 말뚝 선단이 위치한 지점의 N값인 Nb를 비교하였으며, 이 때 Nb는 말뚝의 선단이 위치하는 지점의 상부 방향으로 4D, 하부 방향으로 1D인 구간의 N값들의 평균이다. Fig.
이론/모형
동재하시험을 수행하고 지지력을 산정하기 위하여 정밀분석 프로그램인 CAPWAP(CAse Pile Wave Analysis Program)이 이용된다. 동재하시험의 경우 정재하시험에 비하여 지반과 말뚝의 변위가 적게 발생하기 때문에 CAPWAP 분석으로 평가되는 말뚝의 지지력은 정재하시험 결과보다 적을 가능성이 높다.
일반적으로 국내에서는 CAPWPAP 분석 시 모사된 하중침하곡선을 이용하여 극한지지력을 산정하는 경우 Davisson 기준을 적용한다(Davisson, 1972). 그러나 동재하시험의 특성상 재현한 하중침하곡선에서 극한파괴상태가 나타나는 경우는 많지 않다.
성능/효과
이는 안전율 3을 적용할 시 28본의 말뚝이 허용설계기준을 만족시키지 못하는 것에 비해 크게 감소한 수치이다. 그러나 주면마찰력의 경우 안전율 3을 적용할 시 허용설계기준을 불만족하는 말뚝 본 수가 10본임을 고려할 때 안전율 2.5를 적용할 시 9본, 안전율 2를 적용할 시 8본의 말뚝이 허용설계기준을 불만족하여 작은 안전율을 적용하였음에도 불구하고 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 이처럼 동재하시험으로 얻은 결과에 안전율 3을 적용하는 것은 말뚝의 지지력을 작게 평가하므로 허용지지력 측면에서 안전율 3은 과다하다고 생각된다.
5를 적용하는 것이라고 제시한 바 있다. 또한 CAPWAP분석으로 재현한 하중침하곡선은 극한파괴상태가 나타나지 않아 Davisson 방법을 통해 극한지지력을 산정하고 안전율 2를 적용하여 허용지지력을 구하였으나 이는 정재하시험의 허용지지력에 비해 큰 값을 나타냈다.
또한 이전에 주로 사용되던 직경 450mm PHC 말뚝은 설계지지력이 작기 때문에 말뚝의 선단을 지지층까지 관입시키지 않아 말뚝의 전체지지력에서 주면마찰력이 차지하는 비중이 컸다. 그러나 직경 600mm PHC말뚝은 설계지지력이 증가하여 관입깊이가 증가하였고 말뚝 선단을 풍화암 이상의 지지층에 안착시키기 때문에 말뚝의 전체지지력에서 주면마찰력의 비중이 감소하였다.
3개 현장에 시공된 총 46본의 말뚝에 대하여 동재하시험을 수행하였으며 초기항타시험으로 선단지지력, 재항타시험으로 주면마찰력을 산정하였다. 산정된 극한지지력에 안전율 2.5와 2를 적용하여 허용지지력을 산정하고 이를 허용 설계기준과 비교한 결과, 선단지지력의 경우 안전율 2.5를 적용할 시 9본, 안전율 2를 적용할시 1본의 말뚝을 제외한 경우 허용설계기준을 만족하는 것으로 나타났다. 이는 안전율 3을 적용할 시 28본의 말뚝이 허용설계기준을 만족시키지 못하는 것에 비해 크게 감소한 수치이다.
주면마찰력만 분석한 결과에서는 설계기준을 만족하지 못하는 경우가 있었지만, 선단지지력의 경우 대부분 설계기준보다 큰 값을 갖기 때문에 선단지지력과 주면 마찰력을 합한 전체지지력은 대체로 목표 설계지지력을 만족하는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주면 마찰력에 영향을 미치는 시공과정은 어떻게 되는가?
먼저 주면 마찰력에 영향을 미치는 시공과정은 다음과 같다. 지반을 선굴착함으로 인해 발생하는 지반과 말뚝 사이의 공 벽을 채우기 위해 시멘트 풀이 주입되며, 이 과정에서 시멘트 풀의 주입과 양생이 원활하지 않거나 주입된 시멘트 풀이 유실되는 경우가 발생할 수 있다. 시멘트 풀은 일반적으로 높은 물-시멘트 비인 83%로 배합되며 모래질 지반의 경우 현장의 지하수위에 따라 시멘트 풀의 유실이 발생할 수 있다. 또한 지반천공 및 오거의 인발시 공벽이 붕괴될 수 있으며 이 경우 시멘트 풀에 토사가 혼합되어 강도가 저하되므로 주면마찰력이 충분히 발휘되지 않을 수 있다(Lim et al., 2005). 이와 같이 매입말뚝 주면이 제대로 보강되지 않으면 매입말뚝의 지지력은 선단지지력에 의존하게 되며 이 경우 지지력 확보를 위하여 선단지지력의 충분한 발휘가 요구된다.
매입말뚝의 지지력은 무엇에 영향을 받는가?
매입말뚝의 지지력은 지반조건, 굴착방법, 시멘트 풀의 배합비와 양생조건 등의 영향을 받는다. 매입말뚝 공법이 국내에 도입된 이후 국내에서의 매입말뚝 시공법은 일본과 상이하여 일본의 설계기준을 따르기에는 무리가 있었으나 국내 실정에 맞는 설계기준이 없어 일본의 설계기준을 준용하는 수준에 그치고 있었다(Park et al.
매입말뚝 공법은 어떤 과정으로 이루어지는가?
매입말뚝 공법은 시공 중 발생할 수 있는 소음과 진동을 줄이기 위해 개발된 공법으로 지반을 선굴착하고기성말뚝을 삽입하는 과정으로 이루어진다. 먼저 주면 마찰력에 영향을 미치는 시공과정은 다음과 같다.
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