[논문]수직증축 공동주택 하부 신설 보강말뚝의 축강성 산정

김도현; 정상섬; 조현철

doi:10.7843/kgs.2019.35.12.35

수직증축 공동주택 하부 신설 보강말뚝의 축강성 산정
Estimation of the Axial Stiffness of Reinforcing Piles in Vertical Extension Structures 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.35 no.12, 2019년, pp.35 - 44

김도현 (매사추세츠 공과대학 토목환경공학과) , 정상섬 (연세대학교 건설환경공학과) , 조현철 (현대엔지니어링)

초록
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본 연구에서는 수직증축 공동주택 하부 신설 보강말뚝의 축강성(K_vr)을 기존말뚝의 열화를 고려한 이론적인 접근과 수치해석을 통하여 산정하였다. 3차원 유한요소 수치해석을 수행하는 과정에서, 이론적인 접근과 38본의 시험 말뚝계측 결과를 통하여 제안된 열화를 고려한 기존말뚝 축강성(K_ve)의 상한 값을 적용하였다. 이를 통해, 수직증축 리모델링으로 인하여 증가된 하중을 안정적으로 지지하기 위한 신설 보강말뚝의 최소 축강성을 산정하였다. 신설 보강말뚝의 축강성 제안은 선단지지 말뚝과 마찰말뚝에 대해 수행하였고, 다양한 세장비(L/D)에 따라 제안하였다. 해석기법은 기존말뚝의 설계 당시의 양호한 상태를 고려한 말뚝지지 전면기초 거동 해석과 열화가 고려된 기존말뚝의 축강성을 적용한 말뚝지지 전면기초 거동 해석을 수행하였다. 두 해석기법에 대한 검증을 수행한 결과 말뚝지지 전면기초 거동해석이 가능한 것으로 확인되었고, 이를 통하여 기존말뚝의 열화가 발생하였을 때 선단지지 신설 보강말뚝 축강성이 44 - 67% 증가되어야 수직증축 구조물의 안정성이 확보됨을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the axial stiffness of reinforcing piles (Kvr) for the vertical extension remodeling structures was estimated through 3D finite element analysis. In the computation of the minimum required axial stiffness of reinforcing piles, proposed maximum axial stiffness of old and deteriorated existing piles (Kve) based on theoretical and experimental approaches will be applied. Through this, the required increase rate of axial stiffness of reinforcing piles in order to support the increased structural loading was proposed for end-bearing and friction piles by different slenderness ratio (L/D). The numerical model was validated by comparing the computed results with actual field measurements. Based on the computed results, it was concluded that the end-bearing reinforcing pile needs 44% - 67% increase in axial stiffness to deal with the deterioration of existing piles and support the additional structural load due to vertical extension remodeling.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Schematic of structural load during vertical extension remodeling process
그림 Fig. 2. Axial stiffness of field test piles (theoretical and 38 field cases)
표 Table 1. Proposed axial stiffness of existing piles considering deterioration
표 Table 2. Summary of numerical analysis case
그림 Fig. 3. Summary of numerical computation
그림 Fig. 4. Numerical modeling (PLAXIS 3D)
그림 Fig. 5. Schematic of piled-raft modeling using YSPR (Jeong, 2015)
표 Table 3. Material and soil properties (PLAXIS 3D)
그림 Fig. 6. Flow chart of YSPR
그림 Fig. 7. Modeling of piled-raft system by using axial stiffness of existing piles (K_ve)
그림 Fig. 8. Schematic of numerical model validation case
그림 Fig. 9. Results of numerical model validation
그림 Fig. 10. Numerical analysis results of end-bearing reinforcing piles
그림 Fig. 11. Numerical analysis results of friction reinforcing piles
표 Table 4. Summary of computed results

AI 본문요약
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문제 정의

본 장에서는 제안된 기존말뚝의 축강성을 적용하여 신설 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 선정하였다. 기존말뚝의 노후화와 열화를 고려한 신설 보강말뚝의 설계 축강성 산정을 위하여 본 연구에서는 두 가지 수치해석을 수행하였다. 첫 번째는 상용 3차원 유한요소 프로그램인 PLAXIS 3D를 통해서는 양호한 상태의 기존말뚝 전단면(말뚝 물성치 + 단면)을 신설 보강말뚝과 함께 모델링하여 신설 보강말뚝의 하중-침하곡선을 도출하였다.
본 연구는 수직 증축 리모델링 구조물 말뚝지지 전면 기초의 말뚝 축강성을 이론적, 수치해석적 방법을 통하여 분석하고 산정하였다. 말뚝 지지 전면 기초의 말뚝 축강성에 따라 하중이 전이되는 것을 확인하고, 수직증축으로 인하여 증가한 구조물의 하중을 안정적으로 지지하기 위하여 기존말뚝의 열화를 고려한 신설 보강말뚝의 설계 축강성을 산정하고자 하였다. 수직증축 리모델링이 요구되는 사용 연한이 오래된 구조물의 기존말뚝은 열화가 발생하여 설계 당시의 지지력과 안정성 측면에서 불확실성을 많이 내포하고 있기 때문에 신설 보강말뚝의 시공이 필수적이다.
본 연구는 수직 증축 리모델링 구조물 말뚝지지 전면 기초의 말뚝 축강성을 이론적, 수치해석적 방법을 통하여 분석하고 산정하였다. 말뚝 지지 전면 기초의 말뚝 축강성에 따라 하중이 전이되는 것을 확인하고, 수직증축으로 인하여 증가한 구조물의 하중을 안정적으로 지지하기 위하여 기존말뚝의 열화를 고려한 신설 보강말뚝의 설계 축강성을 산정하고자 하였다.
K_ve^*는 노후화와 열화에 의해 감소된 기존말뚝 축강성의 제안 값이며, K_vr^*은 기존말뚝의 열화로 인하여 침하량이 과도하게 발생한 신설 보강말뚝의 축강성이다. 본 연구에서는 K_vr값과 K_vr^*값의 비교를 통하여 수직증축 공동주택이 증축 후에도 양호한 상태의 하중-침하 거동을 보이기 위한 하부 신설 보강말뚝의 축강성을 도출하고자 하였다.
본 연구에서는 현장 계측결과를 통하여 검증된 두 수치해석 모델을 이용하여 수직 증축 공동주택 하부 신설 보강말뚝의 강성 산정법을 제안하였다. 하지만 말뚝 지지 전면기초의 거동은 기존말뚝의 배열(configuration), 간격(spacing), 전면기초의 두께(raft thickness), 그리고 신설 보강말뚝의 설치 위치(relative position of reinforcing pile in raft) 등에 영향을 받아 신설 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 일반적인 수치로 정량화하는 것은 어렵다.
본 연구에서는, 이러한 상황에 대응하기 위하여 말뚝의 초기 침하량을 고려하여 말뚝기초의 축강성을 이용한 설계(stiffness-based design)를 제안하였다. 신설 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 제안하기 위하여, 축강성 산정 공식을 통한 실제 말뚝의 이론적인 상·하한 범위와 38본의 실제 말뚝의 축강성 계측 결과를 고려한 기존말뚝의 축강성 상한 값을 두 가지 해석기법에 적용하여 신설 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 산정하고자 한다.

제안 방법

(1) ‘수직증축 공동주택 하부 기존말뚝의 열화를 고려한 축강성 제안(논문 1)’에서 이론적, 실험적 산정을 통하여 도출된 세장비에 따른 기존말뚝의 최대 축강성 값을 바탕으로 신설 보강말뚝 설계 시 요구되는 최소 설계 축강성 값을 제안하였다.
(2) 말뚝 지지 전면기초에 대한 두 가지 수치해석을 수행하여 논문 1의 기존말뚝 축강성을 활용하여 신설 보강말뚝의 축강성을 세장비 별로 산정하였다. 수치 해석 결과, 기존말뚝의 열화가 진행되면서 전면 기초에 작용하는 하중은 축강성이 상대적으로 높은 신설 보강말뚝으로 전이됨을 확인할 수 있었고, 선단지지 조건에 상관없이 기존말뚝의 열화가 발생한 경우 신설 보강말뚝의 설계 축강성을 증가하여 설계해야 수직증축으로 인한 하중 증가를 안정적으로 지지할 수 있는 것으로 확인되었다.
신설 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 제안하기 위하여, 축강성 산정 공식을 통한 실제 말뚝의 이론적인 상·하한 범위와 38본의 실제 말뚝의 축강성 계측 결과를 고려한 기존말뚝의 축강성 상한 값을 두 가지 해석기법에 적용하여 신설 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 산정하고자 한다. 두 가지 해석 기법을 적용하기 위하여 1) 말뚝지지 전면 기초 거동을 해석할 수 있도록 검증을 수행하고, 2) 열화가 고려된 기존말뚝의 축강성 상한 값을 적용한 수치 해석을 통하여 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 제안하였다.
3차원 유한 요소 해석프로그램인 PLAXIS 3D를 이용하여 Fig. 4와 같이 2×2의 기존말뚝 배열에 가운데에 신설 보강말뚝이 설치되어 있는 말뚝지지 전면 기초를 모델링하였다.
10은 세장비가 10, 20, 그리고 40일 때 신설 보강 선단지지말뚝의 하중-침하곡선을 나타낸 것이다. Fig. 10에 나타낸 PLAXIS 3D와 YSPR 해석 결과로 도출된 하중-침하 곡선을 이용하여 신설 보강말뚝의 축강성을 산정하였다.
PLAXIS 3D 해석과는 달리, YSPR을 통한 해석은 노후화와 열화가 발생한 기존말뚝을 실제 모델링이 아닌 위에서 제안한 감소된 축강성의 상한 값으로 대체하여 해석에 고려하였다. 전면 기초 중심에 있는 신설 보강말뚝은 직경 0.
Yonsei Piled-Raft(YSPR)은 말뚝 지지 전면 기초를 해석함에 있어서 기초의 연성도, 지반의 비선 형성 뿐만 아니라 말뚝-지반 사이의 상호작용까지 고려할 수 있다. YSPR은 향상된 지반 스프링 모델과 Flat-shell 요소를 사용함으로써 지반 내의 지점-지점 간의 영향을 고려하여 현실적으로 전면기초-말뚝-지반 시스템의 거동을 해석한다. 지반 스프링 모델과 탄성 Flat-shell 요소를 통하여 기존 해석의 한계를 극복하고 지반 내에 시공된 축하중이 작용하는 말뚝지지 전면기초의 거동을 정확하게 분석한다.
7은 이러한 모델링 과정을 도식화한 것이다. 기존말뚝을 PLAXIS 3D의 전체 모델링과는 다르게 축강성을 이용하여 모델링한 수치 해석을 수행함으로써, 신설 보강말뚝의 하중-침하 곡선을 도출하고, 이를 통하여 기존말뚝 열화의 고려 유무에 따른 축강성의 차이를 비교하였다.
노후화나 열화가 발생되지 않은 기존말뚝 전단면을 모델링한 말뚝지지 전면 기초에 대한 수치 해석을 수행하여 신설 보강말뚝 축강성의 기준 값을 산정하였다. 3차원 유한 요소 해석프로그램인 PLAXIS 3D를 이용하여 Fig.
논문 1에서 기술한 바와 같이, Randolph and Wroth(1978)가 제안한 공식을 통해 산정된 이론적인 축강성과 38개의 시험말뚝 재하시험으로부터 도출된 하중-침하곡선을 통해 산정된 축강성 결과를 바탕으로 기존말뚝의 축강성을 말뚝 세장비에 따라 제안하였다(Choi et al., 2017, Jeong et al., 2019). Fig.
따라서 본 장에서는 제안한 산정법을 활용하여 정방형 2×2 배열을 가진 말뚝 지지 전면 기초의 중심에 신설 보강말뚝을 설치한 경우에 대한 대표 해석 케이스를 수행하였다. 도출된 결과는 선단지지 말뚝(선단지지력 + 주면마찰력)과 마찰말뚝(주면마찰력만 작용)으로 구분하여 나타내었다. 신설 보강말뚝의 축강성은 Table 3에 명시된 물성치와 직경을 적용하여 PLAXIS 3D에 의해 산정된 결과를 기준 값으로 설정하였다.
여기서 도출된 하중-침하곡선을 통해 산정된 신설 보강말뚝의 축강성을 기준 값(목표 값)으로 설정하였다. 두 번째는 자체 개발한 3차원 말뚝지지 전면기초 해석 프로그램인 Yonsei Piled-Raft(YSPR)을 이용하여 기존말뚝의 축강성 제안 값을 기존말뚝 위치에 대체 모델링하여 감소된 기존말뚝의 축강성에 따른 신설 보강말뚝 의 하중-침하곡선을 도출하고, 축강성을 산정하였다. 여기서 산출된 축강성을 기준으로, 수직증축된 구조물의 하중-침하곡선이 양호한 상태로 회복되기 위하여 요구되는 신설 보강말뚝 축강성의 증가율을 제안하였다.
따라서 본 장에서는 제안한 산정법을 활용하여 정방형 2×2 배열을 가진 말뚝 지지 전면 기초의 중심에 신설 보강말뚝을 설치한 경우에 대한 대표 해석 케이스를 수행하였다.
본 장에서는 제안된 기존말뚝의 축강성을 적용하여 신설 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 선정하였다. 기존말뚝의 노후화와 열화를 고려한 신설 보강말뚝의 설계 축강성 산정을 위하여 본 연구에서는 두 가지 수치해석을 수행하였다.
신설 보강말뚝의 축강성은 Table 3에 명시된 물성치와 직경을 적용하여 PLAXIS 3D에 의해 산정된 결과를 기준 값으로 설정하였다. 수치해석을 통한 축강성의 산정은 하중-침하곡선의 초기 탄성영역의 접선을 통하여 수행하였다(Das, 2015).
신설 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 제안하기 위하여, 축강성 산정 공식을 통한 실제 말뚝의 이론적인 상·하한 범위와 38본의 실제 말뚝의 축강성 계측 결과를 고려한 기존말뚝의 축강성 상한 값을 두 가지 해석기법에 적용하여 신설 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 산정하고자 한다.
두 번째는 자체 개발한 3차원 말뚝지지 전면기초 해석 프로그램인 Yonsei Piled-Raft(YSPR)을 이용하여 기존말뚝의 축강성 제안 값을 기존말뚝 위치에 대체 모델링하여 감소된 기존말뚝의 축강성에 따른 신설 보강말뚝 의 하중-침하곡선을 도출하고, 축강성을 산정하였다. 여기서 산출된 축강성을 기준으로, 수직증축된 구조물의 하중-침하곡선이 양호한 상태로 회복되기 위하여 요구되는 신설 보강말뚝 축강성의 증가율을 제안하였다. 본 연구에서 수행한 수치해석의 흐름은 Fig.
YSPR은 향상된 지반 스프링 모델과 Flat-shell 요소를 사용함으로써 지반 내의 지점-지점 간의 영향을 고려하여 현실적으로 전면기초-말뚝-지반 시스템의 거동을 해석한다. 지반 스프링 모델과 탄성 Flat-shell 요소를 통하여 기존 해석의 한계를 극복하고 지반 내에 시공된 축하중이 작용하는 말뚝지지 전면기초의 거동을 정확하게 분석한다. 뿐만 아니라, 지반 내의 말뚝의 물성치나 구조적인 정보가 확보되지 않은 경우 말뚝을 축강성으로 대체 모델링하여 말뚝 지지 전면 기초의 거동을 분석할 수 있다는 장점이 있다.
기존말뚝의 노후화와 열화를 고려한 신설 보강말뚝의 설계 축강성 산정을 위하여 본 연구에서는 두 가지 수치해석을 수행하였다. 첫 번째는 상용 3차원 유한요소 프로그램인 PLAXIS 3D를 통해서는 양호한 상태의 기존말뚝 전단면(말뚝 물성치 + 단면)을 신설 보강말뚝과 함께 모델링하여 신설 보강말뚝의 하중-침하곡선을 도출하였다. 여기서 도출된 하중-침하곡선을 통해 산정된 신설 보강말뚝의 축강성을 기준 값(목표 값)으로 설정하였다.

대상 데이터

, 2018; Jeong and Kim, 2018; Kim and Jeong, 2019). 기존말뚝의 직경은 0.5m, 길이는 20m로 설정하였고, 신설 보강말뚝의 직경은 0.35m, 길이는 3.5m, 7.0m, 14.0m로 수치 해석에 반영되었다. 수치 해석에 사용된 말뚝과 지반의 물 성치는 Table 3에 나타내었으며, 말뚝의 강성은 PLAXIS 3D에서 말뚝의 물성이 반영되어 계산된 하중-침하곡선으로부터 도출하였다.
수치해석에 사용된 두 가지 프로그램에 대한 검증은 ○○대학교 제4공학관 시공 현장에서 계측된 말뚝의 하중-침하곡선을 이용하여 수행하였다(Jeong et al., 2017). 검증에 사용된 현장의 상태와 물성치는 Fig.
PLAXIS 3D 해석과는 달리, YSPR을 통한 해석은 노후화와 열화가 발생한 기존말뚝을 실제 모델링이 아닌 위에서 제안한 감소된 축강성의 상한 값으로 대체하여 해석에 고려하였다. 전면 기초 중심에 있는 신설 보강말뚝은 직경 0.35m로, 길이는 3.5m, 7.0m, 그리고 14.0m로 모델링하였다. 기존말뚝의 물성을 제외한 신설 보강말뚝과 지반의 물성치는 PLAXIS 3D와 동일하게 적용되었다.

성능/효과

(3) 신설 보강말뚝의 축강성은 마찰말뚝의 경우 더 낮게 나타났고, 기존말뚝의 열화가 발생하면 선단지지 말뚝에 비하여 상대적으로 더 증가시켜 설계해야 되는 것으로 수치 해석 결과 확인되었다. 더욱이 마찰말뚝은 선단지지 말뚝에 비하여 지반조건, 세장비의 영향을 더 크게 받는 것으로 나타났다.
‘수직증축 공동주택 하부 기존말뚝의 열화를 고려한 축강성 제안(이하 ‘논문 1’)’에서 언급한 바와 같이 국토 교통부에서는 2013년 공동주택에 대한 수직증축 리모델링을 기존 전체 구조물 면적의 10%에서 최대 15%까지 허용하는 방침을 발표하였다(MOLIT, 2013). 구조물의 전체 용적이 증가함에 따라, 증가한 구조물의 하중을 안정적으로 지지하기 위한 신설 보강말뚝 시공의 중요성은 더 높아졌다. 일반적으로 국내에서 수직증축 리모델링 대상 구조물은 PC말뚝이나 PHC말뚝을 사용한 기존말뚝과 주로 강재로 제작된 소구경 말뚝으로 설치되는 보강말뚝으로 구성된다.
두 해석 프로그램을 이용하여 도출된 하중-침하곡선을 실제 계측된 결과보다는 더 많은 침하를 보이는 것으로 나타났으나, 대체로 해석 결과와 계측 결과가 비슷한 결과를 산정하는 것으로 확인되었다. 그러므로 본 해석 프로그램을 통하여 말뚝의 거동을 예측하는 것이 가능하고, 더 나아가 기존말뚝의 열화를 고려한 신설 보강말뚝의 설계 축강성을 제안함이 적절하다는 결론을 내릴 수 있다.
본 연구에서 수행한 기존말뚝을 고려한 해석결과와 고려하지 않은 해석 결과를 비교한 결과, 수직증축 리모델링을 한 구조물이 증축 이전의 안정적인 거동을 회복하기 위해서는 신설 보강말뚝은 선단지지 조건과 무관하게, 선단지지 말뚝과 마찰말뚝 모두 기존말뚝 보다 더 높은 축강성을 갖도록 하는 설계가 필수임을 확인할 수 있었다. 다만 마찰말뚝에서는 그 증가폭이 더 크고, 세장비에 더 민감하게 영향을 받는다는 것 또한 확인할 수 있었다. 수치 해석 결과의 정리는 Table 4에 나타내었다.
9와 같다. 두 해석 프로그램을 이용하여 도출된 하중-침하곡선을 실제 계측된 결과보다는 더 많은 침하를 보이는 것으로 나타났으나, 대체로 해석 결과와 계측 결과가 비슷한 결과를 산정하는 것으로 확인되었다. 그러므로 본 해석 프로그램을 통하여 말뚝의 거동을 예측하는 것이 가능하고, 더 나아가 기존말뚝의 열화를 고려한 신설 보강말뚝의 설계 축강성을 제안함이 적절하다는 결론을 내릴 수 있다.
정방형 2×2 말뚝 배열 중간에 신설 보강말뚝을 설치 한 경우 기존말뚝의 열화가 발생하였을 때 축강성을 산정한 결과, 신설 보강말뚝의 축강성은 양호한 기존말뚝과 함께 구조물을 지지할 때보다 축강성을 세장비 10, 20, 40일 때, 각각 45%, 40%, 37% 증가시켜 설계해야 수직 증축 과정 이전의 안정적인 구조적인 거동을 회복 할 수 있음을 알 수 있었다. 본 결과를 통하여, 기존말뚝의 열화가 발생하면 더 많은 하중이 축강성이 높은 신설 보강말뚝으로 전이되고, 세장비가 커질수록 그 경향성이 덜 뚜렷하게 나타나는 것으로 확인되었다.
하중-침하곡선을 이용하여 축강성을 산정한 결과, 마찰말뚝은 선단지지 말뚝에 비하여 낮은 축강성을 보였고, 기존말뚝의 열화가 발생하였을 때 신설 보강마찰말뚝의 축강성은 열화가 발생하지 않은 기존말뚝과 함 께 말뚝지지 전면기초를 구성하였을 때에 비하여 축강성을 세장비 10, 20, 40일 때, 각각 84%, 53%, 40% 증가시켜 설계해야 수직 증축 이전의 하중-침하거동을 회복하고 안정적으로 구조물을 지지할 수 있는 것으로 나타났다. 본 산정 결과를 통하여, 마찰말뚝 또한 선단지지 말뚝과 마찬가지로 기존말뚝의 열화가 발생하면 더 많은 하중이 축강성이 높은 신설 보강말뚝으로 전이되고, 세장비가 커질수록 그 경향성이 덜 뚜렷하게 나타나는 것으로 확인되었다. 하지만 마찰말뚝은 선단지지 말뚝인 경우와 비교하여 기존말뚝의 열화에 대하여 신설 보강말뚝의 축강성 증가폭을 다소 더 크게 설계해야 함과 지반 조건, 세장비의 영향을 더 많이 받는 것으로 확인되었다.
본 연구에서 수행한 기존말뚝을 고려한 해석결과와 고려하지 않은 해석 결과를 비교한 결과, 수직증축 리모델링을 한 구조물이 증축 이전의 안정적인 거동을 회복하기 위해서는 신설 보강말뚝은 선단지지 조건과 무관하게, 선단지지 말뚝과 마찰말뚝 모두 기존말뚝 보다 더 높은 축강성을 갖도록 하는 설계가 필수임을 확인할 수 있었다. 다만 마찰말뚝에서는 그 증가폭이 더 크고, 세장비에 더 민감하게 영향을 받는다는 것 또한 확인할 수 있었다.
(2) 말뚝 지지 전면기초에 대한 두 가지 수치해석을 수행하여 논문 1의 기존말뚝 축강성을 활용하여 신설 보강말뚝의 축강성을 세장비 별로 산정하였다. 수치 해석 결과, 기존말뚝의 열화가 진행되면서 전면 기초에 작용하는 하중은 축강성이 상대적으로 높은 신설 보강말뚝으로 전이됨을 확인할 수 있었고, 선단지지 조건에 상관없이 기존말뚝의 열화가 발생한 경우 신설 보강말뚝의 설계 축강성을 증가하여 설계해야 수직증축으로 인한 하중 증가를 안정적으로 지지할 수 있는 것으로 확인되었다.
2에서 나타난 하한선을 기준으로 노후화와 열화에 의하여 감소한 기존말뚝 축강성의 상한 값을 Table 1에 나타내었다. 시험말뚝 38본의 현장 계측결과를 정규화 하여 분석한 결과, Table 1에 나타난 제안 축강성 값은 전체 계측결과의 정규분포화를 통하여 분석한 결과 하위 95%에 해당 값으로 확인되었고, 이를 바탕으로 신설 보강말뚝의 최소 설계 축강성을 산정하는 데에 적합하다고 결론지을 수 있다.
정방형 2×2 말뚝 배열 중간에 신설 보강말뚝을 설치 한 경우 기존말뚝의 열화가 발생하였을 때 축강성을 산정한 결과, 신설 보강말뚝의 축강성은 양호한 기존말뚝과 함께 구조물을 지지할 때보다 축강성을 세장비 10, 20, 40일 때, 각각 45%, 40%, 37% 증가시켜 설계해야 수직 증축 과정 이전의 안정적인 구조적인 거동을 회복 할 수 있음을 알 수 있었다.
하중-침하곡선을 이용하여 축강성을 산정한 결과, 마찰말뚝은 선단지지 말뚝에 비하여 낮은 축강성을 보였고, 기존말뚝의 열화가 발생하였을 때 신설 보강마찰말뚝의 축강성은 열화가 발생하지 않은 기존말뚝과 함 께 말뚝지지 전면기초를 구성하였을 때에 비하여 축강성을 세장비 10, 20, 40일 때, 각각 84%, 53%, 40% 증가시켜 설계해야 수직 증축 이전의 하중-침하거동을 회복하고 안정적으로 구조물을 지지할 수 있는 것으로 나타났다. 본 산정 결과를 통하여, 마찰말뚝 또한 선단지지 말뚝과 마찬가지로 기존말뚝의 열화가 발생하면 더 많은 하중이 축강성이 높은 신설 보강말뚝으로 전이되고, 세장비가 커질수록 그 경향성이 덜 뚜렷하게 나타나는 것으로 확인되었다.
본 산정 결과를 통하여, 마찰말뚝 또한 선단지지 말뚝과 마찬가지로 기존말뚝의 열화가 발생하면 더 많은 하중이 축강성이 높은 신설 보강말뚝으로 전이되고, 세장비가 커질수록 그 경향성이 덜 뚜렷하게 나타나는 것으로 확인되었다. 하지만 마찰말뚝은 선단지지 말뚝인 경우와 비교하여 기존말뚝의 열화에 대하여 신설 보강말뚝의 축강성 증가폭을 다소 더 크게 설계해야 함과 지반 조건, 세장비의 영향을 더 많이 받는 것으로 확인되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	신설 보강 말뚝 시공의 중요성이 더 높아진 이유는?	‘수직증축 공동주택 하부 기존 말뚝의 열화를 고려한 축강성 제안(이하 ‘논문 1’)’에서 언급한 바와 같이 국토 교통부에서는 2013년 공동주택에 대한 수직증축 리모델링을 기존 전체 구조물 면적의 10%에서 최대 15%까지 허용하는 방침을 발표하였다(MOLIT, 2013). 구조물의 전체 용적이 증가함에 따라, 증가한 구조물의 하중을 안정적으로 지지하기 위한 신설 보강 말뚝 시공의 중요성은 더 높아졌다. 일반적으로 국내에서 수직증축 리모델링 대상 구조물은 PC말뚝이나 PHC말뚝을 사용한 기존 말뚝과 주로 강재로 제작된 소구경 말뚝으로 설치되는 보강 말뚝으로 구성된다.
	기존의 허용 지지력 설계를 적용할 수 없는 경우가 많은 이유는?	일반적으로 국내에서 수직증축 리모델링 대상 구조물은 PC말뚝이나 PHC말뚝을 사용한 기존 말뚝과 주로 강재로 제작된 소구경 말뚝으로 설치되는 보강 말뚝으로 구성된다. 이와 같이 다른 재질의 말뚝은 일반적으로 물성치와 설치시기, 말뚝의 품질 상태에 따라 하중-침하 거동이 상이하게 나타난다. 또한 지지력 측면에서의 말뚝 기초 보강은 장기간 사용된 말뚝의 품질을 제대로 확인을 할 수 없고, 다양한 지반의 불확실성을 고려하지 못할 수도 있다. 그러한 이유로 기존의 허용 지지력 설계(capacity-based design)를 적용할 수 없는 경우가 많다(Cho, 2019; Jeong and Cho, 2019; Kim et al.
	일반적으로 국내에서 수직증축 리모델링 대상 구조물의 말뚝 구성은?	구조물의 전체 용적이 증가함에 따라, 증가한 구조물의 하중을 안정적으로 지지하기 위한 신설 보강 말뚝 시공의 중요성은 더 높아졌다. 일반적으로 국내에서 수직증축 리모델링 대상 구조물은 PC말뚝이나 PHC말뚝을 사용한 기존 말뚝과 주로 강재로 제작된 소구경 말뚝으로 설치되는 보강 말뚝으로 구성된다. 이와 같이 다른 재질의 말뚝은 일반적으로 물성치와 설치시기, 말뚝의 품질 상태에 따라 하중-침하 거동이 상이하게 나타난다.

참고문헌 (17)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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