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문제 정의
- 본 연구에서는 플라스틱 온실의 인발력과 압축력(적설하중에 의한 기둥의 축력)으로부터 산정된 강재 나선말뚝기초에 대하여 간척지 시험포장에서 인발저항특성을 시험하고 해당 플라스틱 온실을 설치하여 일정 기간 경과 후의 기초의 안전성을 평가하였다.
제안 방법
- 3 월~’16. 3월까지 서까래의 인발량 및 침하량을 조사하였다 . 지하수위는 연동하우스의 후면부에 깊이 50cm의 가로 50cm×세로 30cm 웅덩이를 파고 줄자를 이용하여 지하수면과 지표면과의 차이로 측정하였다.
- Table 1. Specifications of the foundations for greenhouses to be installed and evaluated.
- 간척지 시험포장에 연동형 플라스틱 온실을 설치하고 부재의 수직변위를 계측하여 기초 인발 및 침하 여부를 평가하였다. 연동하우스의 경우 외부(기준점)와 내부(전면부, 중앙부 및 후면부 등 기둥 3개소, Fig 6)에 강재 줄자를 설치하고 레벨을 이용하여 기둥의 상대적 수직 변위를 측정하였으며 단동하우스의 경우에는 하우스 길이 중간 단면상에서 지면으로부터 높이 1.
- 간척지 시험포장의 N값을 2로 가정하여 연동하우스의모든 기둥에 φ100mm×L1,000×Lt1,500의 나선말뚝기초를, 방풍서까래에는 서까래 설치 간격의 3배수인 1.8m마다 φ50mm×L400×Lt550의 나선말뚝기초를 설치하였으며 나선말뚝기초가 설치된 서까래 사이의 중간 방풍서까래는 별도의 기초 없이 지중 삽입하였다.
- 허용 인발력은 침하량 기준에 의한 극한하중 판단기준과 도해법에 의한 항복하중 판단기준으로 구하였다. 극한하중의 경우 안전율은 단기하중 시 2.0~장기하중 시 3.0을 적용 (KGS, 2009)하도록 되어 있으나 본 연구에서는 구조물의 중요도, 내구연한과 설계하중의 작용 기간 등을 고려하여 극한하중 발견 시 2.0을 적용하였으며, 항복하중 판정 시에는 1.5를 고려하였다. 최종 허용인발력은 극한하중이 발견된 경우 극한하중판정법에 의한 결과치가 우선되므로 이를 반영하여 최종 허용인발력으로 산정하였다.
- 나선말뚝기초 규격별 최종 허용인발력은 침하량에 의한 극한하중 판단과 도해법에 의한 항복하중 판단에 따른 허용인발력으로부터 구하였다. φ50mm×L400의 경우 극한하중 판단기준으로 최대시험하중인 0.
- 나선말뚝기초를 적용한 연동하우스 1개동과 나선말뚝 기초와 파이프줄기초를 각각 적용한 단동하우스 2개동을 간척지 시험포장에 설치하여 온실의 인발 및 침하 여부를 조사하였다. 연동하우스는 폭 6m(측고 3.
- 따라서 외부 기준점이 위치한 콘크리트 바닥까지 전체적으로 지반이 침하되는 경우에 있어서의 기둥의 절대 변위는 구하지 못하였다. 단동하우스 수직변위 측정은 연동하우스에서의 상대 변위 측정방법 대신 절대 인발량과 침하량을 구하기 위해 터널 등 구조물의 거동 측정에 이용되는 전기식 경사보(Electric Tilt Beam, MEAS NS-10/44L2-UBG Model 7100)를 이용하여 센서 설치 시의 초기 값을 기준으로 측정 당시 기록된 전기신호를 변위로 환산하여 구하였다. 연동하우스의 경우 ‘14.
- 단동하우스의 서까래에는 φ75mm×L850×Lt1,050의 나선말뚝기초를 서까래 설치 간격의 3배수인 1.5m마다 설치하였으며 나선말뚝기초가 설치되지 않은 중간 방풍서까래는 연동하우스에서와 같이 별도의 기초 없이 지중 삽입하였다.
- 또한 플라스틱 온실에 적용된 나선말뚝기초 3종(φ50, φ75 및 φ100)을 인근의 간척지 시험포장에 설치하여 인발저항특성을 시험하였다.
- 본 연구에서는 간척지에서 플라스틱 온실의 기초안전성을 평가하기 위하여 강재 나선말뚝기초를 갖는 폭 6m 연동하우스 1개동과 강재 나선말뚝기초와 파이프줄기초를 각각 적용한 폭 8.2m 단동하우스 2개동을 SPT N값이 2인 간척지 시험포장에 설치하여 플라스틱 온실의 인발량 및 침하량을 측정하였다. 또한 플라스틱 온실에 적용된 나선말뚝기초 3종(φ50, φ75 및 φ100)을 인근의 간척지 시험포장에 설치하여 인발저항특성을 시험하였다.
- 플라스틱 온실에 적용된 강재 나선말뚝기초 3종(φ50, φ75 및 φ100)을 간척지 시험포장에 설치하여 인발저항 특성을 시험하였다. 설치 시 토양을 파쇄하지 않도록 하기 위해 나선부가 회전하면서 지중에 압입되도록 하였으며 순수 인발저항력을 측정하기 위하여 나선말뚝기초의 나선부 최상단이 지표면에 놓이도록 하였다. 재하하중 및 변위량은 데이터로거(TDS-530, 30ch, 전기저항식)에 의해 자동으로 계측하였다.
- 연동하우스 기둥과 방풍서까래의 기초는 나선말뚝기초를 적용하였고, 단동하우스의 경우에는 나선말뚝기초와 파이프줄기초(φ25.4mm 파이프를 지중 25cm 깊이에 설치)를 적용한 경우로 구분하여 기초의 인발량과 침하량을 평가하였다.
- 간척지 시험포장에 연동형 플라스틱 온실을 설치하고 부재의 수직변위를 계측하여 기초 인발 및 침하 여부를 평가하였다. 연동하우스의 경우 외부(기준점)와 내부(전면부, 중앙부 및 후면부 등 기둥 3개소, Fig 6)에 강재 줄자를 설치하고 레벨을 이용하여 기둥의 상대적 수직 변위를 측정하였으며 단동하우스의 경우에는 하우스 길이 중간 단면상에서 지면으로부터 높이 1.5m 지점 좌우 측면 2개소에 계측 센서를 설치하여 서까래의 절대적 수직 변위를 측정하였다. 연동하우스의 외부 기준점은 온실이 설치된 시험 포장 바로 앞쪽에 위치하지만 간척지 시험포장 대비 지반 침하가 적을 것으로 예상되는 콘크리트 바닥으로 택하였으며 이를 기준으로 연동하우스 내부 기둥의 상대적 변위를 측정하였다.
- 5m 지점 좌우 측면 2개소에 계측 센서를 설치하여 서까래의 절대적 수직 변위를 측정하였다. 연동하우스의 외부 기준점은 온실이 설치된 시험 포장 바로 앞쪽에 위치하지만 간척지 시험포장 대비 지반 침하가 적을 것으로 예상되는 콘크리트 바닥으로 택하였으며 이를 기준으로 연동하우스 내부 기둥의 상대적 변위를 측정하였다. 따라서 외부 기준점이 위치한 콘크리트 바닥까지 전체적으로 지반이 침하되는 경우에 있어서의 기둥의 절대 변위는 구하지 못하였다.
- 설치 시 토양을 파쇄하지 않도록 하기 위해 나선부가 회전하면서 지중에 압입되도록 하였으며 순수 인발저항력을 측정하기 위하여 나선말뚝기초의 나선부 최상단이 지표면에 놓이도록 하였다. 재하하중 및 변위량은 데이터로거(TDS-530, 30ch, 전기저항식)에 의해 자동으로 계측하였다. 단계별 시험하중의 재하에는 800kN 용량의 유압잭 1개를 이용하였으며 재하하중의 측정은 100kN 로드셀 1조를 사용하였다.
- 재하하중에 의한 나선말뚝의 변위는 2개의 게이지(JIS JDP-100, 최대 100mm까지 측정이 가능한 것으로 실제 최소 측정 단위는 1/100mm)를 180º간격으로 부착하고 각 하중 단계에서 재하가 완료된 후 동일하게 5분 동안 측정하였다.
- 지하수위는 연동하우스의 후면부에 깊이 50cm의 가로 50cm×세로 30cm 웅덩이를 파고 줄자를 이용하여 지하수면과 지표면과의 차이로 측정하였다.
- 5를 고려하였다. 최종 허용인발력은 극한하중이 발견된 경우 극한하중판정법에 의한 결과치가 우선되므로 이를 반영하여 최종 허용인발력으로 산정하였다.
- 플라스틱 온실에 적용된 강재 나선말뚝기초 3종(φ50, φ75 및 φ100)을 간척지 시험포장에 설치하여 인발저항 특성을 시험하였다.
- 플라스틱 온실의 적용성 평가 장소인 간척지 시험포장(전남 영암군 미암면 호포리 일원)과 나선말뚝기초 인발 저항특성시험 장소인 간척지 시험포장(전남 해남군 북일면 내포리 일원)에 대해 지층 분포상태를 조사하고 현장에서 채취한 불교란 시료에 대한 물성시험과 삼축압축시험을 수행하였으며 한국공업규격(KSF-2307)에 따라 표준관입시험(Standard Penetration Test, S.P.T.)을 수행하였다. 플라스틱 온실 설치 시험포장에서는 온실 측면부와 후면부 등 2개 공을, 나선말뚝기초 인발저항성능 시험 장소에서는 1개 공을 시추하였다(Fig.
대상 데이터
- 재하하중 및 변위량은 데이터로거(TDS-530, 30ch, 전기저항식)에 의해 자동으로 계측하였다. 단계별 시험하중의 재하에는 800kN 용량의 유압잭 1개를 이용하였으며 재하하중의 측정은 100kN 로드셀 1조를 사용하였다. 재하하중에 의한 나선말뚝의 변위는 2개의 게이지(JIS JDP-100, 최대 100mm까지 측정이 가능한 것으로 실제 최소 측정 단위는 1/100mm)를 180º간격으로 부착하고 각 하중 단계에서 재하가 완료된 후 동일하게 5분 동안 측정하였다.
- 연동하우스는 폭 6m(측고 3.0m×동고 3.8m) 트러스 골조의 벤로형 3연동×길이 24m 플라스틱 온실로 안전풍속 37m·s-1를 가지는 시설이며 단동하우스는 폭 8.2m의 내재해형 단동하우스(10-단동-4형, 측고 1.6m×동고 3.9m)에서 지붕도리의 개수를 5개에서 7개로 늘린 안전풍속 35m·s-1를 갖는 독립된 2개동(길이 25m)으로 단동하우스의 동간 간격은 5m로 하였다(Table 2, Fig. 3).
- 지하수위는 연동하우스의 후면부에 깊이 50cm의 가로 50cm×세로 30cm 웅덩이를 파고 줄자를 이용하여 지하수면과 지표면과의 차이로 측정하였다. 평가 기간 중의 최심 적설심은 목포시 기상관측 자료를, 최대순간풍속은 영암군 무인관측 자료를 참조하였다(KMA, 2016).
- )을 수행하였다. 플라스틱 온실 설치 시험포장에서는 온실 측면부와 후면부 등 2개 공을, 나선말뚝기초 인발저항성능 시험 장소에서는 1개 공을 시추하였다(Fig. 1).
이론/모형
- 00kN·본-1 단위로 하였다. 허용 인발력은 침하량 기준에 의한 극한하중 판단기준과 도해법에 의한 항복하중 판단기준으로 구하였다. 극한하중의 경우 안전율은 단기하중 시 2.
성능/효과
- φ50mm×L400의 경우 0.80kN 재하 시 급격한 인발량의 증가가 관찰되었으며 하중의 증가없이 인발량만 증가하는 이론적인 극한상태에 도달하는 것으로 나타났다.
- φ50mm×L400의 경우 극한하중 판단기준으로 최대시험하중인 0.80kN에 안전율 (F.S.=2.0)을 적용하여 허용인발력을 0.40kN으로 판단할 수 있었고, 도해법에 의한 경우 항복하중 판단기준으로 허용인발력을 0.33kN으로 판단할 수 있었다.
- φ75mm×L850과 φ100mm×L1,000 나선말뚝 기초의 경우 침하량에 의한 극한하중 판단기준으로 허용 인발력을 각각 1.0kN과 2.5kN으로 구할 수 있었으며, 도해법에 의한 항복하중 판단기준으로 허용인발력 1.09kN과 2.43kN을 구할 수 있었다.
- φ75mm×L850과 φ100mm×L1,000 나선말뚝기초에서도 모두 극한하중이 발견되어 극한하중 판정기준에 의한 허용인발력 1.0kN 과 2.5kN을 각각 φ75mm×L850과 φ100mm×L1,000 나선말뚝기초의 최종 허용인발력으로 판단할 수 있었다(Table 9).
- 2mm(침하)이었다. 나선말뚝기초와 파이프줄기초 모두 인발은 거의 나타나지 않았으나 침하량에 있어서는 나선말뚝기초가 전반적으로 파이프줄기초에서보다 작아 기초 설치 측면에서 다소 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 단동하우스의 적용성 평가기간이 만 1년으로 간척지 연약지반의 기초로 적용가능하다고 판단하기에는 다소 무리가 따를 수 있어 향후 이에 대한 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
- 나선말뚝기초와 파이프줄기초를 각각 적용한 단동하우스의 서까래 수직 변위를 조사한 결과, 나선말뚝기초를 설치한 경우가 파이프줄기초를 적용한 경우보다 최대 변위(침하량)가 다소 작은 것으로 나타났으며 평가모델 모두에서 좌우 변위가 각기 다른 부등침하 현상을 보였다. 단동하우스를 정면으로 보았을 때 왼쪽 서까래(풍하측) 에서 더 큰 수직 변위가 발생하였는데 풍상측과 풍하측의 차이로 인한 결과로 판단되었다.
- 나선말뚝기초의 인발저항특성을 시험한 전남 해남 간척지 시험포장의 지반조사 결과(Table 6, 7 및 8), 지층은 상부로부터 표토층, 퇴적층 그리고 풍화대인 풍화잔류토의 순서로 구성되는 것으로 조사되었다. 플라스틱 온실 기초 설계에 중요한 지층이라고 볼 수 있는 표토 층의 경우 층 두께는 0.
- 나선말뚝기초의 크기가 증가함에 따라 최대시험하중도 증가하였는데 φ75mm×L850과 φ100mm×L1,000의 경우 최대시험하중과 최대변위는 각각 2.0kN, 70.6mm와 5.0kN, 76.2mm인 것으로 나타났다(Fig. 7).
- 나선말뚝기초의 허용인발력은 모두 극한하중 판정기준에 의해 판단할 수 있었으며 φ50mm, φ75와 φ100 나선말뚝기초의 최종 허용인발력은 각각 0.40kN, 1.0kN과 2.5kN으로 산정할 수 있었다.
- 적용성 평가 플라스틱 온실에 적용된 나선말뚝기초 3종에 대한 전남 해남 간척지 시험포장에서의 인발저항력 특성시험 결과, 하중 재하 시 단계별로 인발량의 증가가 관찰되었는데 나선말뚝기초의 규격에 따라 임의 하중 단계에서 급격한 인발량의 증가가 나타났다. φ50mm×L400의 경우 0.
- 적용성 평가 플라스틱 온실을 설치한 전남 영암 간척지 시험포장에 대한 지반조사 결과(Table 3, 4 및 5), 지층 분포상태는 현 지표면으로부터 매립층(표토층), 퇴적토층 순으로 구성되어 있는 것으로 조사되었다. 표토층은 현 지표면으로부터 0.
- )의 매우 연약한 연경도인 것으로 나타났다(Table 5). 적용성 평가 플라스틱 온실의 기초인 나선말뚝기초의 길이가 1m 수준이므로 나선말뚝기초 설계 시 N값을 첫 번째 시추공에서의 표준 관입시험 결과 값인 2로 보는 것이 적정할 것으로 판단되었다.
- 80kN 재하 시 급격한 인발량의 증가가 관찰되었으며 하중의 증가없이 인발량만 증가하는 이론적인 극한상태에 도달하는 것으로 나타났다. 전체 변위량은 47.8mm, 하중 제거 후 잔류 변위량은 47.1mm로 대부분의 인발량이 잔류하는 소성거동을 보이는 것으로 나타났다. 나선말뚝기초의 크기가 증가함에 따라 최대시험하중도 증가하였는데 φ75mm×L850과 φ100mm×L1,000의 경우 최대시험하중과 최대변위는 각각 2.
- 작용하중과의 관련성이 적었던 온실의 기둥 변위는 어느 정도 지하수위에 따라 변화되는 양상을 보였다. 즉, 지하수위가 높을 때 온실 기둥의 변위는 작고, 낮을 때 변위가 크게 나타났다(Fig. 8). 그러나 평가기간 후반부(‘15.
- 그러나 단동하우스의 적용성 평가기간이 만 1년으로 간척지 연약지반의 기초로 적용가능하다고 판단하기에는 다소 무리가 따를 수 있어 향후 이에 대한 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단되었다. 지하수위는 단동하우스와 연동하우스의 설치 위치가 반경 100m 안에 있어 따로 계측하지 않았으며 연동하우스에서와는 달리 지하수위와 변위에는 큰 관련이 없는 것으로 나타났다(Fig. 9).
- 토층에 따른 표준관입시험 결과, N값은 시추공별 다소 차이를 보이나 0/30~2/30(회·cm-1)의 매우 연약한 연경도인 것으로 나타났다(Table 5).
- 평가 기간 중 플라스틱 온실의 수직변위 움직임이 관측되었지만 온실의 규모와 비교하여 그 변위는 무시할만한 수준이었다. 평가 기간 중의 최대 수직변위는 나선말뚝 기초를 적용한 연동하우스의 경우 +9.0mm(인발)~-11.5mm(침하), 나선말뚝기초를 적용한 단동하우스의 경우 +1.3mm~-7.7mm, 파이프줄기초를 적용한 단동하우스의 경우 +0.9mm~-11.2mm로 나타났다. 나선말뚝기초의 허용인발력은 모두 극한하중 판정기준에 의해 판단할 수 있었으며 φ50mm, φ75와 φ100 나선말뚝기초의 최종 허용인발력은 각각 0.
- 5kN으로 산정할 수 있었다. 평가기간 중 나선말뚝기초를 적용한 플라스틱 온실의 기초안전성을 최종적으로 판단하기에는 다소 무리가 있다고 판단되나 강재 나선말뚝기초를 간척지 플라스틱 온실의 기초로 사용하더라도 큰 문제는 없을 것으로 판단되었다.
후속연구
- 나선말뚝기초와 파이프줄기초 모두 인발은 거의 나타나지 않았으나 침하량에 있어서는 나선말뚝기초가 전반적으로 파이프줄기초에서보다 작아 기초 설치 측면에서 다소 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 단동하우스의 적용성 평가기간이 만 1년으로 간척지 연약지반의 기초로 적용가능하다고 판단하기에는 다소 무리가 따를 수 있어 향후 이에 대한 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단되었다. 지하수위는 단동하우스와 연동하우스의 설치 위치가 반경 100m 안에 있어 따로 계측하지 않았으며 연동하우스에서와는 달리 지하수위와 변위에는 큰 관련이 없는 것으로 나타났다(Fig.
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