[논문]매입기초와 토질에 따른 인발저항력 특성

임성윤; 김유용; 유석철; 김명환

doi:10.5389/ksae.2019.61.3.023

매입기초와 토질에 따른 인발저항력 특성
Characteristics of Uplift Capacity of a Embedded Foundation and Soil Type 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.61 no.3, 2019년, pp.23 - 30

임성윤 (Rural Development Administration, National Institute of Agricultural Sciences) , 김유용 (Rural Development Administration, National Institute of Agricultural Sciences) , 유석철 (Rural Development Administration, National Institute of Agricultural Sciences) , 김명환 (Geo Mechanics Technology Group)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we evaluated the applicability of proper embedded depth of fillings by examining the uplift resistance using spiral foundation and top base foundation. As a result of the model test, the maximum uplift resistance increased with the embedded depth. The maximum uplift resistance of each region was found to be 50cm depth. The spiral foundation was 335.14N of Sancheong, 312.32N of Seongju, 403.94N of Wanju, and the top base foundation was 745.06N of Sancheong, 1028.82N of Seongju and 950.76N of Wanju. The yield point after the elastic section in the stress-displacement graph of the top base foundation was calculated as the maximum uplift resistance. For this reason, farmers do not actually use top bases foundation. Therefore, it was considered that the additional load increase due to slip connector will not occur. Model test results show that the maximum uplift resistance increases with the purlinss installed under the ground. Therefore, additional comparative studies through purlins installation will be needed.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1 Sampling location
그림 Fig. 2 Grain size distribution curve of sampling soils
표 Table 1 Physical properties of soil
표 Table 2 Mechanical properties of soil
그림 Fig. 3 Spiral, Top base and Rafter foundation
그림 Photo 1 Test method
그림 Fig. 4 Uplift capacity by regional of spiral foundation
표 Table 3 Spiral foundation maximum uplift capacity according to embedded depth
그림 Fig. 5 Uplift capacity by regional of top base foundation
표 Table 4 Top base foundation maximum uplift capacity according to embedded depth
그림 Photo 2 Slip of connector
그림 Fig. 6 Uplift capacity by regional of rafter foundation
그림 Photo 3 Slip of connector
그림 Fig. 7 Comparison of result according to regional soil type
표 Table 5 Spiral foundation maximum uplift capacity according to embedded depth

AI 본문요약
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문제 정의

(2005)는 파이프하우스 건설에 사용되는 기초는 굴착 후 중량이 무거운 기초를 운반하여 세우거나 현장에서 직접 콘크리트 타설하여 기초를 제작한 후 흙으로 되메우기를 하기 때문에 많은 노력이 필요하다고 하였다. 따라서 작업의 효율화 및 경량화를 위해서 직접 굴착 하지 않고 시공할 수 있는 스파이럴의 올바른 시공 방법에 대한 연구를 수행하였다.
그러나 스파이럴기초 이외의 기초적인 연구는 아직 미미한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 토질의 종류에 따른 스파이럴기초와 팽이기초 및 줄기초를 이용해 인발저항력을 검토하여 적절한 매입깊이 등을 비교 평가해 보고자 한다.
본 연구에서는 스파이럴기초와 팽이기초 및 줄기초의 기초 설계 자료로 제공할 목적으로 매입깊이와 지역별 흙의 종류에 따른 실험을 진행하였다. 스파이럴기초와 팽이기초 및 줄기초의 인발저항력 모형시험 결과는 다음과 같다.

제안 방법

스파이럴기초는 Fig. 3의 (a)와 같이 강판을 나선형으로 비틀어서 제작하였으며 매입깊이에 따른 변화를 관찰하기 위해 나선부분을 각각 30㎝, 40㎝, 50㎝의 길이로 하였다. 팽이기초는 (b)와 같이 서까래 하단으로부터 10㎝ 상부에 가로대를 내재규격에 있는 선판조리개를 체결시킨 후에 팽이를 서까래 선단부에 결합시켜 사용하였다.
모형토조의 지반조성을 위해 사용된 시료는 경남 산청, 경북 성주, 전북 완주, 충북 청주, 전북 계화, 전북 전주의 단동온실에서 채취하였다. 각 시료채취 지역은 이하 산청 A, 성주 B, 완주 C, 청주 D, 계화 E, 전주 F로 편의상 구분하여 기술하였다. Table 1과 Table 2는 지역별 시료의 물리적, 역학적 특성 을 분석한 결과이며, Fig 2는 흙의 입도 시험방법(KS F 2302)을 통해 얻은 입도분포 곡선을 나타낸 것이다.
실험조건으로는 흙의 종류를 3지역으로 구분하였으며, 매입깊이를 30㎝, 40㎝, 50㎝로 하였다. 스파이럴 기초의 경우에는 바닥면을 기준으로 매입깊이를 측정하였으며, 팽이기초와 줄기초의 경우에는 가로대를 서까래 100mm 위쪽에 체결하였으며, 가로대를 기준으로 매입깊이를 측정하였다. Photo 1은 실험조건 및 방법을 나타낸 것이다.
0로 측정되었으며, 본 연구에 한해서만 인발저항력을 측정하기 위해 모형토조에 시료를 20㎝ 높이로 평균 다짐도 65%로 결정하여 조성하였으며, 각 층별 다짐도는 원형링을 이용하여 확인하였다. 실험조건으로는 흙의 종류를 3지역으로 구분하였으며, 매입깊이를 30㎝, 40㎝, 50㎝로 하였다. 스파이럴 기초의 경우에는 바닥면을 기준으로 매입깊이를 측정하였으며, 팽이기초와 줄기초의 경우에는 가로대를 서까래 100mm 위쪽에 체결하였으며, 가로대를 기준으로 매입깊이를 측정하였다.
모형실험에 사용한 토조는 1000(B) × 500(L) × 700(H)mm로 제작되었으며, 한쪽은 아크릴로 제작하여, 다짐도를 눈으로 확인할 수 있게 하였다. 인발저항력 측정을 위한 지반의 모델링 조건은 각 지역별 다짐도(%)를 측정한 결과 68.1, 55.1, 52.1, 70.7, 76.0로 측정되었으며, 본 연구에 한해서만 인발저항력을 측정하기 위해 모형토조에 시료를 20㎝ 높이로 평균 다짐도 65%로 결정하여 조성하였으며, 각 층별 다짐도는 원형링을 이용하여 확인하였다. 실험조건으로는 흙의 종류를 3지역으로 구분하였으며, 매입깊이를 30㎝, 40㎝, 50㎝로 하였다.

대상 데이터

모형실험에 사용한 토조는 1000(B) × 500(L) × 700(H)mm로 제작되었으며, 한쪽은 아크릴로 제작하여, 다짐도를 눈으로 확인할 수 있게 하였다.
모형토조의 지반조성을 위해 사용된 시료는 경남 산청, 경북 성주, 전북 완주, 충북 청주, 전북 계화, 전북 전주의 단동온실에서 채취하였다. 각 시료채취 지역은 이하 산청 A, 성주 B, 완주 C, 청주 D, 계화 E, 전주 F로 편의상 구분하여 기술하였다.

이론/모형

스파이럴기초 파이프의 규격은 상부 ∅=42.5㎜, 나선부 ∅=46.8㎜로 아연도금 제품으로 제작되었으며, 팽이기초 파이프 규격은 원예특작시설 내재해형 설계기준(MIFAFF& RDA, 2014)에서 제시한 내재규격으로 서까래는 ∅=31.8㎜, 가로대는 ∅=25.4㎜의 아연도금 제품을 사용하였다.

성능/효과

1. A, B, C지역에서 매입깊이가 증가함에 따라 최대인발하중이 증가하는 것으로 나타났지만, D, E, F지역은 일정한 경향을 보이지 않았다. 최대 인발저항력은 줄기초를 제외하고 최대 매입깊이에서 나타났다.
2. 기초의 종류별 인발저항력은 스파이럴기초보다 팽이기초와 줄기초의 인발저항력이 최소 2.19배에서 최대 5.20 배까지 더 큰 것으로 나타났다. 팽이기초와 줄기초의 인발저항력은 유사하지만, 줄기초에서 조금 더 큰 값이 측정되었다.
3. 토질에 따른 기초의 인발저항력은 스파이럴기초에서는 SM가 ML이 비슷한 값을 보이고 있으며, 팽이기초에서는 SM보다는 ML의 인발저항력이 큰 것으로 나타났다. 줄기초에서는 SM과 ML은 비슷하지만, SC에서 인발저항력이 가장 크게 측정되었다.
4. 토질의 종류에 따라 인발저항력의 차이는 팽이기초와 줄기초 하부에 결합된 가로대의 영향 때문으로 사료되면, 특히 서까래와 체결되는 조리개의 종류와 체결방향에 따라 인발저항력이 차이를 보일 수 있을 것으로 사료된다.
토질의 종류에 따라 결과값의 차이를 보이는 이유로는 팽이 기초와 줄기초 하부에 결합된 가로대의 영향 때문이며, 특히 서까래와 체결하는 조리개의 종류와 체결방향에 따라 인발저 항력의 차이를 보이는 것으로 사료된다. 각 기초별 인발저항력은 스파이럴기초에서 가장 낮은 결과를 보이고 있으며, 팽이기초와 줄기초의 인발저항력은 스파이럴기초보다 최소 2.19배 이상으로 나타나고 있지만, 농촌진흥청의 내재해 조리개 미끄럼 저항치 1329N보다는 작은 것을 알 수 있었다.
물리적 특성 실험 결과 지역별 시료의 비중은 2.61∼2.69의범위에 있으며, A, D는 #200 통과율이 50% 이하로 실트질 모래인 것으로 나타났으며, B, C, E는 #200 통과율이 50% 이상의 실트질이며, F는 #200 통과율이 50% 이하인 실트질 점토인 것으로 나타났다.
4는 지역별 스파이럴 기초의 매입깊이에 따른 인발저항력 실험결과 및 실험종료 후 지반파괴 양상을 나타낸 것이다. 스파이럴기초의 매입깊이가 증가할수록 인발저항력은 증가하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 최대인발저항력은 인발변위 20㎜ 내외에서 대부분 발생하는 것으로 나타났으며, 인발시 체적변화는 나선주변에서만 발생하여 뽑혀 올라오는 형상의 파괴를 보였다.
실내다짐실험과 현장들밀도 실험결과로 파악한 온실내부의 다짐도는 52.1∼76.0%의 범위를 보이는 것으로 나타났다.
하지만, 인발깊이 40㎝, 50㎝에서는 줄기초 주변의 균열은 발생하지 않고 있으며, 변위-인발저항 곡선에서는 조리개가 밀려나면서 인발저항력이 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 이는 상부 토피하중이 조리개의 미끄럼 저항력보다 크게 작용하여 나타난 것으로 사료되며, 농촌진흥청 내재해 기준치 1,362N보다 작은 결과를 보였지만, 강선조리개+ABS의 기준치 519N보다는 상회하는 값을 보이는 것으로 나타났다. Photo 3과 같이 D, E, F 지역의 매입깊이 50㎝에서 인발저항 시험 후 조리개가 밀리거나 이탈된 것을 알 수 있다.
다른 지역보다 느슨한 상태에서 인발시 지반이 촘촘하게 다짐이 진행된 이후 최대인발 저항력을 보인 것으로 사료된다. 인발시 매입깊이 30 ㎝에서는 줄기초 주변의 지반균열을 보였으며, 변위-인발저항 곡선에서도 지반 파괴 후 감소하는 곡선의 형태를 보였다. 하지만, 인발깊이 40㎝, 50㎝에서는 줄기초 주변의 균열은 발생하지 않고 있으며, 변위-인발저항 곡선에서는 조리개가 밀려나면서 인발저항력이 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다.
줄기 초에서는 매입깊이에 따라 인발저항력이 증가 또는 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 최대 인발저항력은 D 지역에 서는 인발변위 20㎜ 내외에서 발생하였으며, E 지역은 40㎜ 이후, F 지역은 10㎜ 이내에서 발생하는 것으로 나타났다. E 지역의 경우 다른 지역과 같이 동일한 다짐도로 모델링하였지만, 상대적으로 지반이 느슨한 상태였다.
A, B, C지역에서 매입깊이가 증가함에 따라 최대인발하중이 증가하는 것으로 나타났지만, D, E, F지역은 일정한 경향을 보이지 않았다. 최대 인발저항력은 줄기초를 제외하고 최대 매입깊이에서 나타났다.
스파이럴기초의 매입깊이가 증가할수록 인발저항력은 증가하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 최대인발저항력은 인발변위 20㎜ 내외에서 대부분 발생하는 것으로 나타났으며, 인발시 체적변화는 나선주변에서만 발생하여 뽑혀 올라오는 형상의 파괴를 보였다. Table 3에서 지역별 매입깊이에 따른 최대인발저항력 결과를 정리한 것이며, 지역별로 매입깊이에 따른 인발저항력은 A는 1.
통일분류 ML의 경우 스파이럴보다는 팽이기초와 줄기초가 큰 값을 보이고 있다. 팽이기초와 줄기초는 매입깊이가 증가할수록 증가하는 경향을 보이고 있으며, 기초의 종류에는 큰 차이를 보이지 않음을 알 수 있다. 토질의 종류에 따라 결과값의 차이를 보이는 이유로는 팽이 기초와 줄기초 하부에 결합된 가로대의 영향 때문이며, 특히 서까래와 체결하는 조리개의 종류와 체결방향에 따라 인발저 항력의 차이를 보이는 것으로 사료된다.
20 배까지 더 큰 것으로 나타났다. 팽이기초와 줄기초의 인발저항력은 유사하지만, 줄기초에서 조금 더 큰 값이 측정되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	단동온실의 단점은 무엇인가?	단동형 파이프 온실의 경우에는 유지관리 및 기상재해로 인해 최근까지도 국가, 지자체 및 농업인의 경제적 손실이 속출하였다. 단동온실의 경우에는 경량구조물로서 구조적으로 태풍과 같은 기상재해에 매우 취약한 모습을 보인다. 구조적 취약점을 보완하기 위한 장치로는 지표면에서 30∼40㎝ 깊이의 서까래파이프 부분을 땅속으로 매입하여 시공하는 방법이 가장 일반적이지만 기상재해가 발생하는 경우 지반과 고정은 매우 취약한 것으로 나타나고 있다.
	스파이럴 기초와 팽이 기초 및 줄기초의 인발저항력 모형시험 결과에서 기초의 종류별 인발저항력은 어떻게 나타났는가?	2. 기초의 종류별 인발저항력은 스파이럴기초보다 팽이기초와 줄기초의 인발저항력이 최소 2.19배에서 최대 5.20 배까지 더 큰 것으로 나타났다. 팽이기초와 줄기초의 인발저항력은 유사하지만, 줄기초에서 조금 더 큰 값이 측정되었다.
	파이프하우스 건설에 사용되는 기초의 특징은 무엇인가?	이러한 이유로 온실기초의 보강을 통한 취약점을 보완하기 위해 스파이럴을 사용한 사례가 있으나, Tanaka et al.(2005)는 파이프하우스 건설에 사용되는 기초는 굴착 후 중량이 무거운 기초를 운반하여 세우거나 현장에서 직접 콘크리트 타설하여 기초를 제작한 후 흙으로 되메우기를 하기 때문에 많은 노력이 필요하다고 하였다. 따라서 작업의 효율화 및 경량화를 위해서 직접 굴착 하지 않고 시공할 수 있는 스파이럴의 올바른 시공 방법에 대한 연구를 수행하였다.

참고문헌 (9)

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Lee, B. G., S. W. Yun, M. K. Choi, S. Y. Lee, S. D. Moon, C. Yu, and Y. C. Yoon, 2014. Uplift bearing capacity of spiral steel peg for the single span greenhouse. Protected Horticulture Plant Factory 23(2): 109-115. doi:10.12791/KSBEC.2014.23.2.109.

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Kim, D. H., and C. S. Yoo, 2013. Pull-out capacity of screw anchor pile in sand using reduced-scale model tests. J. KGS 29(1): 121-133. doi:10.7843/kgs.2013.29.1.121.
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Tanaka, H., M. Fujikawa, T. Matsuzaki, O. Sumikawa, M. Daikoku, and K. Inooku, 2005. Application of a screw type pile for the foundation of greenhouse. Misc. Pub. NARO. West. Reg. Agric. Res. Cent. 3: 21-37.
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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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