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압밀이 진행중인 지반에 설치된 말뚝의 공학적 거동을 지배하는 주요인자들에 대한 연구
A Study of Governing Factors on the Engineering Behaviour of a Single Pile in Consolidating Ground 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.18 no.5, 2017년, pp.5 - 16  

김성희 (Department of Civil Engineering, Kangwon National University) ,  전영진 (Department of Civil Engineering, Kangwon National University) ,  김정섭 (Department of Civil Engineering, Kangwon National University) ,  이철주 (Department of Civil Engineering, Kangwon National University)

초록
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본 연구에서는 압밀을 고려한 고등 3차원 유한요소해석을 통하여 압밀이 진행중인 지반에 근입된 단독말뚝의 거동을 지배하는 주요인자에 대한 검토를 실시하였다. 일반적으로 실무에서 고려되는 최소 및 최대 범위의 성토고 및 연약지반의 탄성계수를 가정하여 단독말뚝을 고려하였다. 성토고가 높을수록 그리고 점토의 탄성계수가 작을수록 말뚝에 작용하는 부마찰은 증가하는 것으로 나타났으며, 부마찰력 및 침하는 성토고 보다는 점토의 탄성계수에 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 부마찰에 의한 말뚝의 부마찰력 및 침하는 압밀 초기 단계에서 비교적 빠르게 발생하는 것으로 분석되었다. 정마찰은 압밀 초기에는 발현되지 않았다가 압밀도 50% 이후부터 급격하게 증가하였다. 말뚝이 압밀이 상당히 진행된 압밀도 50% 이상인 지반에 설치되어도 비교적 큰 크기의 부마찰이 말뚝에 발생할 수 있는 것으로 분석되었다. 한편 부마찰이 발생 중인 말뚝에 하중을 작용시키면 그렇지 않은 경우에 비해 말뚝의 최종침하가 최대 약 95% 증가하는 것으로 나타났다. 부마찰이 작용하는 말뚝의 설계지지력은 부마찰이 작용하지 않는 말뚝에 비해 약 4-11% 감소하는 것으로 분석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the present work, a number of advanced three-dimensional (3D) parametric finite element numerical analyses have been conducted to study the behaviour of a single pile in consolidating ground from coupled consolidation analyses. A single pile with typical minimum and maximum ranges of fill height ...

주제어

#말뚝의 설계   #말뚝   #연약지반   #부마찰   #수치해석  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
말뚝의 거동을 지배하는 주요 인자는? 압밀이 진행중인 지반에 근입된 말뚝의 거동은 주로 지반의 침하량에 영향을 받으므로(Lee & Charles, 2004) 그 거동을 지배하는 주요인자는 결국 성토고와 점토의 강성이다. 또한 말뚝은 성토 이후 점토지반이 일정한 압밀도에 도달된 이후 설치되는 경우가 많으며, 그 후 압밀이 진행되어 부마찰력이 점차 증가하는 가운데 말뚝두부에 상재하중이 작용할 수 있다.
상부구조물을 지지하기 위해 연약지반에 근입되는 말뚝이 적절하게 시공되지 못한 경우 어떻게 되는가? 상부구조물을 지지하기 위해 연약지반에 근입되는 말뚝이 적절하게 시공되지 못한 경우, 부마찰(negative skin friction)로 인해 상부구조물의 사용성 및 안정성이 심각하게 저하되는 지반재해가 발생할 우려가 있다. 이는 태풍, 국지성 집중호우 및 풍수해 등에 의해 유발되는 산사태나 토석류 같은 자연 지반재해와는 그 성격이 상이한 인공지반재해라고 할 수 있다.
기존 연구에서 압밀진행에 따른 말뚝의 거동 및 성토체와 말뚝 사이에서의 상호거동을 분석할 수 없었던 이유는? 이러한 현상에 대해 지난 50여 년간 다양한 현장, 실내실험 및 이론적인 연구가 수행되어 왔으며, 이를 통해 부마찰이 발생하는 기본 메커니즘에 대해 명확하게 규명되었다(Lee, 2001; Leung, 2009). 그러나 기존 이론연구의 대부분은 배수조건하에서 말뚝에 작용하는 부마찰에 대한 연구로 국한되어 있으며, 연약지반의 압밀은 연약지반 표면에 실시되는 성토가 아닌 연약점토 상부에 등분포응력을 작용시키는 방식으로 모델링 되어 왔다(Lee et al., 2002; Lee & Charles, 2004; Comodromos & Bareka, 2005; Lee et al.
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참고문헌 (19)

  1. Brinkgreve, R. B. J., Kumarswamy, S. and Swolfs, W. M. (2015), Reference Manual, Plaxis 3D 2015 user's manual (Edited by Brinkgreve, R. B. J., Kumarswamy, S. and Swolfs, W. M.), pp. 1-284. 

  2. Comodromos, E. and Bareka, S. (2005), Evaluation of negative skin friction effects in pile foundations using 3D nonlinear analysis, Computers and Geotechnics, Vol. 32, No. 3, pp. 210-221. 

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  3. Davisson, M. T. (1972), High capacity piles. Proceedings of Lecture Series in Innovations in Foundation Construction, ASCE, Illinois Section, pp. 81-112. 

  4. Jeong, S. S. (1992), Nonlinear three-dimensional analysis of downdrag on pile groups, PhD thesis, Texas A&M University, pp. 1-165. 

  5. Jeong, S. S., Ko, J. Y., Lee, C. J. and Kim, J. H. (2014), Response of single piles in marine deposits to negative skin friction from long-term field monitoring, Marine Georesources & Geotechnology, 32, pp. 239-263. 

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  13. Lee, C. J. (2009a), A study of the influence of negative skin friction on single piles from consolidation analyses, Journal of the Korean Geo-Environmental Society, Vol. 10, No. 2, pp. 29-36 (in Korean). 

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  17. Ng, C. W. W., Poulos, H. G., Chan, V. S. H., Lam, S. S. Y. and Chan, G. C. Y. (2008), Effects of tip location and shielding on piles in consolidating ground, Journal of Geotechnical & Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 134, No. 9, pp. 1245-1260. 

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  18. Phamvan, P. (1989), Negative skin friction on driven piles in Bangkok subsoils, Ph.D Thesis, AIT, Bangkok, Thailand, pp. 1-235. 

  19. Zeevaert, L. (1983), Foundation engineering for difficult subsoil conditions, 2nd Edition, Van Nostrand Reinhold Company, pp. 351-395. 

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