[논문]사질토층을 지나 풍화암에 소켓된 매입 PHC말뚝에서 지반의 허용압축지지력 산정도표 및 산정공식 개발에 관한 연구(III) - 품질 성능 검사 자료 및 성능 제원 표 분석을 통한 PHC말뚝의 장기허용압축하중 성능의 올바른 활용 -

김채민; 윤대희; 이창욱; 최용규

doi:10.7843/kgs.2019.35.9.15

사질토층을 지나 풍화암에 소켓된 매입 PHC말뚝에서 지반의 허용압축지지력 산정도표 및 산정공식 개발에 관한 연구(III) - 품질 성능 검사 자료 및 성능 제원 표 분석을 통한 PHC말뚝의 장기허용압축하중 성능의 올바른 활용 -
Study(III) on the Development of Charts and Formulae Predicting Allowable Axial Bearing Capacity for Prebored PHC Pile Socketed into Weathered Rock through Sandy Soil Layer - The Proper Use of Long-term Allowable Compressive Load of PHC Piles by Analyzing Quality Test and Product Specifications Data - 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.35 no.9, 2019년, pp.15 - 28

김채민 (경성대학교 건설환경도시공학부) , 윤대희 ((주)신성엔지니어링) , 이창욱 (경성대학교 대학원 토목공학과) , 최용규 (경성대학교 공과대학 건설환경도시공학부)

초록
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PHC말뚝을 생산하는 17개 중소산업체의 품질 성능 검사 자료, 17개 중소산업체 및 6개 대기업 산업체의 장기허용압축하중 제원 표를 분석하였다. 현 단계의 국내 설계에서는 PHC말뚝의 장기허용압축하중의 평균 약 70% 수준을 반영하고 있고 품질이 우수함에도 불구하고 PHC말뚝의 장기허용압축하중에는 안전율 4.0을 적용하고 있다. 대부분의 품질 검사 기준은 KS F 4306에 명시되어 있다. 그러나 원심력으로 다져진 콘크리트 압축강도시험 기준은 KS F 2454에 명시되어 있다. 각 제조사의 품질 시험 자료를 분석한 결과 모든 항목에서 기준값 보다 높은 성능을 보였다. 따라서 PHC말뚝 설계 시 PHC말뚝의 지지력을 PHC말뚝의 허용연직압축하중의 최대값까지 사용할 수 있을 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Long-term allowable compressive Loads of PHC piles were analyzed based on qualification tests results by 17 small and medium PHC pile producing companies and product specifications by 6 major and 17 small and medium PHC pile producing companies. At the present stage, an average long-term allowable compressive load of PHC pile was designed at 70% level from current design data, and safety factor of 4.0 was applied to long-term allowable compressive loads of PHC pile despite of its excellent quality. Most quality standards of PHC pile are specified at KS F 4306. But compressive strength test method of spun concrete is specified at KS F 2454. As a result of analyzing quality test data supplied by each manufacturer, all quality test results showed higher performances than standard values. Therefore, it was considered that the capacity of PHC pile can be used up to the maximum allowable compressive load of PHC pile when PHC pile is designed.

주제어

표/그림 (14)

표 Table 1. Examples of test items and frequency for PHC piles
$Fig. 1. Flexural fracture strength of pile body$ 그림 Fig. 1. Flexural fracture strength of pile body
그림 Fig. 2. Axial bending strength of pile body
그림 Fig. 3. Shear strength of pile body
그림 Fig. 4. Compressive strength of concrete
그림 Fig. 5. Bending strength of pile welding joint
표 Table 2. Long-term Allowable Compressive Loads of PHC piles of 17 Small and Medium PHC pile Producing Companies (in KN)
그림 Fig. 6. Summary of long-term allowable compressive loads of PHC piles of 17 small and medium PHC pile producing companies
표 Table 3. Analysis of long-term allowable compressive loads of PHC piles of 17 small and medium PHC pile producing companies
표 Table 4. Long-term allowable compressive loads of PHC piles of 6 major PHC pile producing companies (in KN)
그림 Fig. 7. Comparison of long-term allowable compressive loads of PHC piles of 6 major PHC pile producing companies
표 Table 5. Analysis of long-term allowable compressive loads of PHC piles of 6 major PHC pile producing companies
표 Table 6. Summary of estimation method for long-term allowable compressive loads of PHC piles
표 Table 7. Summary of Effective Prestress of PC Steel bar

AI 본문요약
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문제 정의

1항의 규정에 적합하면 합격으로 한다. 또 이 때 파괴한 부분에서 PHC 말뚝의 두께에 대하여도 검사한다.
본 연구에서는 PHC말뚝을 생산하는 17개 중소산업체의 품질 성능 검사 자료, 17개 중소산업체 및 6개 대기업 산업체의 장기허용압축하중 제원 표를 분석하였다. 이에 기초하여 PHC말뚝의 장기허용압축하중 성능의 올바른 활용 방안을 제안하였다.
본 연구에서는 PHC말뚝을 생산하는 17개 중소산업체의 품질 성능 검사 자료, 17개 중소산업체 및 6개 대기업 산업체의 장기허용압축하중 제원 표를 분석하였다. 이에 기초하여 PHC말뚝의 장기허용압축하중 성능의 올바른 활용 방안을 제안하였다.

제안 방법

0이었으며 기성콘크리트말뚝(Precast concrete pile)에 적용된 값과 동일하였다. HDF(Hidden Defect Factor)는 이상적인(ideal) 경우 1.0, 정상적인(normal) 경우 0.85, 심각한(severe) 경우 0.70을 사용하도록 하였다. HDF에 따라 PC말뚝에 대한 장기 허용압축하중은 식 (4-1)∼식(4-3)으로 나타낼 수 있었다.
PHC말뚝 몸체의 전단강도는 몸체의 축력 휨 강도와 같이 바깥지름 300∼600mm에 대해서는 바깥지름 400mm를 대표 직경으로 시험을 실시하고, 바깥지름 700∼1200mm에 대해서는 바깥지름 800mm를 대표 직경으로 시험을 실시하였다.
PHC말뚝 몸체의 휨 균열 강도는 각 직경, 종류별 기준값에서 균열 발생 여부를 확인하고 균열이 발생하지 않으면 합격으로 처리하였다. 17개 중･소산업체의 시험 자료에서 균열이 발생하는 경우는 전혀 없는 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 PHC말뚝을 생산하는 17개 중소산업체의 품질 성능 검사 자료, 17개 중소산업체 및 6개 대기업 산업체의 장기허용압축하중 제원 표를 분석하였다. 이에 기초하여 PHC말뚝의 장기허용압축하중 성능의 올바른 활용 방안을 제안하였다.
각 산업체별 시험 축력이 상이하여 몸체 휨 파괴 강도 분석과 같은 방법을 이용하여 시험 자료를 분석하였다. 몸체의 축력 휨 강도는 최소 115%, 최대 170%로 나타났으며, 대부분의 산업체에서 최소 120%를 상회하도록 품질관리를 실시하고 있는 것으로 분석되었다(Fig.
각 산업체 사정에 따라 다른 직경의 말뚝으로 시험을 진행하기도 하였다. 그리고 축력 N₁, N₂, N₃ 중 하나의 대표 축력을 적용하여 시험을 실시하였다.
몸체 휨 파괴 강도 분석과 같은 방법을 이용하여 시험 자료 분석을 실시하였다. 몸체의 전단강도는 최소 111%, 최대 155%로 나타났으며, 대부분의 산업체에서 최소 120%를 상회하도록 품질관리를 실시하고 있는 것으로 분석되었다(Fig.
PHC말뚝 몸체의 휨 파괴 강도는 산업체별 제작하는 종류가 최소 200가지 이상이었다. 산업체별로 제작의 범위가 다양하였으므로 제공된 시험 자료를 이용하여 기준 값과 품질 시험 값을 비교하였다. 기준 값에 대한 최소, 최대의 비율을 계산하였으며 Fig.
PHC말뚝의 압축강도는 KS F 2454 ‘원심력으로 다져진 콘크리트의 압축 강도 시험방법’에 따라 시험을 실시하였다. 압축강도 시험의 빈도는 KS 표준에서 제시하지 않고 있지만 각 제조사에서는 품질관리를 위하여 1회당 3개의 공시체를 사용하여 매일 1회의 빈도로 시험을 실시하였다. 콘크리트의 압축 강도는 KS 표준에서 제시하는 기준 값(78.
’라고 규정하고 있다. 이 규정에서는 KS F 4306 및 KS F 7001에서 표준이음방식으로 정하고 있는 용접이음 PHC말뚝은 휨 모멘트 시험 시 용접이음부에서 균열이 발생하지 않기 때문에 휨 균열 모멘트 시험은 실시하지 않고 휨 파괴 모멘트 시험만 실시하도록 규정하였으며 나아가 용접이음말뚝의 말뚝체의 기본 성능(일체화 거동, 탄성 거동)에 대한 품질 시험도 실시하지 않도록 규정하였다.
6개 대기업 산업체에서는 PHC말뚝의 장기허용압축하중 계산 공식으로 식 (2)를 활용하였다. 콘크리트 압축강도와 PC강재의 유효프리스트레스에 각각 강도 감소계수를 적용하였으며 안전율은 콘크리트 압축강도와 PC강재의 유효프리스트레스 모두에 적용하였다. 적용하는 안전율에 따라 식 (2-1) 및 식 (2-2)로 나타낼 수 있으나 안전율 4.

대상 데이터

17개 중･소산업체에서는 KS F 4306에서 정하고 있는 콘크리트 압축강도와 PC강재의 유효프리스트레스를 그대로 사용하였다. 안전율은 콘크리트 압축강도에만 적용하였다.
본 논문은 아래에 정리한 바와 같이 사질토층을 지나 풍화암에 소켓된 매입 PHC말뚝에서 지반의 허용압축 지지력 산정도표 및 산정공식을 제안하는 연구에 대한 일련의 연속논문 중 제3편에 해당한다.

이론/모형

PHC말뚝의 압축강도는 KS F 2454 ‘원심력으로 다져진 콘크리트의 압축 강도 시험방법’에 따라 시험을 실시하였다.
시험항목별로 검사 방법을 KS F 4306의 10.2∼10.7항에 규정된 내용(KATS, 1983)을 독자들의 이해를 돕기 위하여 원문 그대로 아래에 인용하였다.

성능/효과

(2) PHC말뚝의 품질에 가장 큰 영향을 미치는 콘크리트 압축강도는 기준값의 107% 이상이었다. 2018년도에 생산된 PHC말뚝의 품질을 분석에 의하면 몸체의 경우 휨 균열은 발견되지 않았으며 휨 파괴 강도는 기준값의 104% 이상, 축력 휨 강도는 115% 이상, 전단 강도는 111% 이상이었으며 용접이음부의 휨 강도는 기준값의 119% 이상이었다.
(3) 생산 산업체별로 자체적인 시방에 의해 PHC말뚝의 장기허용압축하중을 상향시키려는 노력을 하고 있는 것으로 파악되었다. 특히 B종 및 C종의 경우 유효프리스트레스로 인한 장기허용압축하중의 감소를 극복하기 위한 자체적인 노력을 하고 있는 것으로 분석되었다.
(4) PHC말뚝의 장기허용압축하중이 A종에서는 비슷한 수준의 값을 가지고, B종 및 C종에서도 A종과 동등 수준의 값을 가질 수 있게 하려면 콘크리트 압축강도를 B종 및 C종에서는 각각 약 99MPa 및 105MPa 이상을 사용하여야 한다.
(ⅰ) PHC말뚝의 장기허용압축하중을 A종에서는 비슷한 수준의 값을 가지고, B종 및 C종에서도 A종과 동등 수준의 값을 가질 수 있게 하려면 콘크리트 압축강도를 B종 및 C종에서는 각각 약 99MPa 및 105MPa 이상을 사용하여야 한다. 이때 최소 소요 콘크리트 압축강도 (f_c,min )는 식 (5)로 산정할 수 있다.
PHC말뚝 몸체의 휨 균열 강도는 각 직경, 종류별 기준값에서 균열 발생 여부를 확인하고 균열이 발생하지 않으면 합격으로 처리하였다. 17개 중･소산업체의 시험 자료에서 균열이 발생하는 경우는 전혀 없는 것으로 분석되었다.
B종 및 C종의 장기허용압축하중 값이 A종의 그것과 동등 수준이 될 수 있도록 콘크리트 압축강도를 A종에는 78.5MPa을 사용하고, B, C종에는 동일하게 83.4∼85.0MPa을 사용하는 것으로 별도로 표기하는 산업체도 있었다.
PC강재의 유효프리스트레스는 문헌별로 약간의 차이는 있었으나(Table 7 참조) PHC말뚝의 장기허용압축하중에 큰 영향을 미치는 정도는 아닌 것으로 판단되었다. 어떠한 경우에도 KS F 4306에서 정한 기준을 위배하지 않았다.
PHC말뚝 몸체의 휨 파괴 강도는 산업체별 제작하는 종류가 최소 200가지 이상이었다. 산업체별로 제작의 범위가 다양하였으므로 제공된 시험 자료를 이용하여 기준 값과 품질 시험 값을 비교하였다.
)을 안전하게 확보할 수 있는 개선 방안을 다음과 같이 제시할 수 있었다. 각 산업체에서는 자체 생산 시방에 의해 KS F 4306에서 정한 콘크리트 압축강도 및 PC강재의 유효프리스트레스의 기준 값을 효율적으로 관리하고 있었다.
5를 적용시키는 것은 합리성이 결여될 여지가 있어 보였다. 국내에서도 PHC말뚝은 생산 제품의 신뢰성이 높아 안전율 3.5를 적용시켜도 될 수 있을 것으로 보였으며 초고강도 콘크리트말뚝은 생산 제품의 신뢰성이 아직은 낮은 수준으로 볼 수 있었으므로 오히려 안전율 4.0을 적용시켜야 할 것으로 보였다. 그러나 일본의 참고문헌(Concrete Pile Construction Technical Association, 2009)에서는 최근 생산 제품의 신뢰성이 충분하게 확보되어 초고강도 콘크리트말뚝은 안전율 3.
동일한 지반조건에서 지반의 평균 설계효율(RQP = Qall/Pall)(여기서, Qall = 지반의 허용지지력)은 약 80%로 나타났다.
2018년도에 생산된 PHC말뚝의 품질을 분석에 의하면 몸체의 경우 휨 균열은 발견되지 않았으며 휨 파괴 강도는 기준값의 104% 이상, 축력 휨 강도는 115% 이상, 전단 강도는 111% 이상이었으며 용접이음부의 휨 강도는 기준값의 119% 이상이었다. 따라서 생산된 PHC말뚝의 품질은 우수한 것으로 판단되었다.
0을 적용하고 있다. 따라서 설계에서 PHC말뚝의 장기허용압축하중의 최대값까지 활용하여 PHC말뚝의 우수한 성능효율을 높일 것을 추천한다.
1의 값을 계산하였으며, 여기서 KS 기준 값은 100%로 나타내어졌다. 몸체 휨 파괴 강도는 최소 104%, 최대 161%로 KS기준 값을 모두 상회하는 것으로 나타났으며, 대부분의 산업체에서 110% 이상으로 품질관리를 실시하는 것으로 분석되었다.
몸체 휨 파괴 강도 분석과 같은 방법을 이용하여 시험 자료 분석을 실시하였다. 몸체의 전단강도는 최소 111%, 최대 155%로 나타났으며, 대부분의 산업체에서 최소 120%를 상회하도록 품질관리를 실시하고 있는 것으로 분석되었다(Fig. 3 참조).
각 산업체별 시험 축력이 상이하여 몸체 휨 파괴 강도 분석과 같은 방법을 이용하여 시험 자료를 분석하였다. 몸체의 축력 휨 강도는 최소 115%, 최대 170%로 나타났으며, 대부분의 산업체에서 최소 120%를 상회하도록 품질관리를 실시하고 있는 것으로 분석되었다(Fig. 2 참조).
용접이음부의 휨강도는 몸체의 휨 파괴 강도 기준의 최소 119%에서 최대 146%를 유지하는 것으로 분석되었다. 각 산업체의 용접이음부의 휨강도 분석 자료를 Fig.
압축강도 시험의 빈도는 KS 표준에서 제시하지 않고 있지만 각 제조사에서는 품질관리를 위하여 1회당 3개의 공시체를 사용하여 매일 1회의 빈도로 시험을 실시하였다. 콘크리트의 압축 강도는 KS 표준에서 제시하는 기준 값(78.5MPa)의 107%이상을 나타내었고 최대 116%를 나타내었다(Fig. 4 참조).
(3) 생산 산업체별로 자체적인 시방에 의해 PHC말뚝의 장기허용압축하중을 상향시키려는 노력을 하고 있는 것으로 파악되었다. 특히 B종 및 C종의 경우 유효프리스트레스로 인한 장기허용압축하중의 감소를 극복하기 위한 자체적인 노력을 하고 있는 것으로 분석되었다.

후속연구

(7) 콘크리트 압축강도 시험 및 용접이음이 아닌 이음말뚝의 휨 균열 모멘트 검사 및 말뚝체 기본성능(일체화 거동, 탄성 거동) 검사 등에 관한 내용도 KSF 4306에 추가되어야 할 것으로 생각된다.
, 2019)에 의하면 설계하중은 PHC말뚝의 허용연직압축하중에 크게 미달되게 설계되는 것을 알 수 있었다. 따라서 설계하중과 PHC말뚝의 장기허용압축하중 사이의 최적화 노력이 필요할 것으로 판단되었다. 이때 PHC말뚝의 우수한 장기허용압축하중 성능을 충분하게 활용하기 위하여 지반의 허용지지력은 PHC말뚝의 장기허용압축하중보다 높은 수준으로 산정되어야 할 것으로 판단되었다.
따라서 용접이음 이외의 이음말뚝에서는 휨 균열 모멘트 시험, 휨 파괴 모멘트 시험, 말뚝체의 기본 성능(일체화 거동, 탄성 거동) 시험은 반드시 실시되어야 한다. 따라서 향후 KS F 4306의 개정 시 용접이음 이외의 이음말뚝에 대한 품질 시험에 대한 내용을 상세하게 추가하여야 할 것으로 생각되었다.
0를 적용하고 있다. 따라서 향후 설계에서 PHC말뚝의 장기허용압축하중의 최대값까지 활용하여 PHC 말뚝의 우수한 장기허용압축하중의 성능 효율을 높일 것을 추천한다.
5MPa 이상이어야 하며 PHC말뚝의 장기허용압축하중을 만족시킬 수 있는 소요 압축강도 이상이어야 한다. 향후 KS F 4306의 개정 시 콘크리트의 압축 강도 검사에 관련된 내용을 추가하여야 할 것으로 생각되었다.
7항에 제시되어 있으나, 규정된 방법의 시험으로는 확인을 할 수 없었다. 향후 KS F 4306의 개정을 통하여 개정이 필요할 것으로 판단되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PHC말뚝의 품질에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 무엇인가?	(2) PHC말뚝의 품질에 가장 큰 영향을 미치는 콘크리트 압축강도는 기준값의 107% 이상이었다. 2018년도에 생산된 PHC말뚝의 품질을 분석에 의하면 몸체의 경우 휨 균열은 발견되지 않았으며 휨 파괴 강도는 기준값의 104% 이상, 축력 휨 강도는 115% 이상, 전단 강도는 111% 이상이었으며 용접이음부의 휨 강도는 기준값의 119% 이상이었다.
	풍화암에 소켓된 매입 PHC말뚝의 설계 자료를 통해 판단할 수 있는 것은 무엇인가?	, 2019)에 의하면 설계하중은 PHC말뚝의 허용연직압축하중에 크게 미달되게 설계되는 것을 알 수 있었다. 따라서 설계하중과 PHC말뚝의 장기허용압축하중 사이의 최적화 노력이 필요할 것으로 판단되었다. 이때 PHC말뚝의 우수한 장기허용압축하중 성능을 충분하게 활용하기 위하여 지반의 허용지지력은 PHC말뚝의 장기허용압축하중보다 높은 수준으로 산정되어야 할 것으로 판단되었다.
	PHC말뚝 생산제품에 대한 품질 검사 시험 항목은 무엇인가?	KS F 4306(KATS, 1983)의 10항에 나타나 있는 PHC말뚝 생산제품에 대한 품질 검사 시험 항목은 다음과 같다. 검사 항목은 겉모양 및 모양, 치수, 몸체의 휨 강도, 몸체의 축력 휨 강도, 몸체의 전단 강도, 이 음부의 휨 강도, PC 강재 및 철근의 배치이다. 콘크리트 압축강도 품질 검사 방법은 KS F 2454에 나타나 있다.

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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