[논문]사질토층을 지나 풍화암에 소켓된 매입 PHC말뚝에서 지반의 허용압축지지력 산정도표 및 산정공식 개발에 관한 연구(IV) - 압축정재하시험 및 양방향재하시험 자료 분석을 통한 매입 PHC말뚝의 장기허용압축하중의 실증 성능 검증 -

이원제; 김채민; 윤도균; 최용규

doi:10.7843/kgs.2019.35.9.29

사질토층을 지나 풍화암에 소켓된 매입 PHC말뚝에서 지반의 허용압축지지력 산정도표 및 산정공식 개발에 관한 연구(IV) - 압축정재하시험 및 양방향재하시험 자료 분석을 통한 매입 PHC말뚝의 장기허용압축하중의 실증 성능 검증 -
Study(IV) on the Development of Charts and Formulae Predicting Allowable Axial Bearing Capacity for Prebored PHC Pile Socketed into Weathered Rock through Sandy Soil Layer - Field Verification of Long-term Allowable Compressive Load of PHC Piles by Analyzing Pile Load Test Results - 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.35 no.9, 2019년, pp.29 - 36

이원제 ((주)유니콘기연) , 김채민 (경성대학교 건설환경도시공학부) , 윤도균 (경성대학교 대학원 토목공학과) , 최용규 (경성대학교 공과대학 건설환경도시공학부)

초록
AI-Helper

직경 500mm 및 직경 600mm PHC말뚝 A종의 파괴 압축하중($P_n$)은 각각 7.7MN 및 10.6MN으로 계산할 수 있었다. 직경 500mm 및 직경 600mm 매입 PHC말뚝 A종에 대한 압축정재하시험 시 말뚝 두부에 재하된 최대 압축하중은 6.9MN 및 8.8MN으로 측정할 수 있었으며 따라서 이 측정하중은 각각 $P_n$의 90% 및 83% 수준이었다. 직경 500mm 및 직경 600mm PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중($P_a$)은 각각 1.7MN 및 2.3MN이었다. 모든 사례 매입 PHC말뚝의 양방향재하시험 자료로부터 계산된 지반의 허용지지력은 국내 현행 설계에서 사용하고 있는 극한지지력 산정공식으로 계산한 지반의 허용지지력보다 높은 수준으로 계산되었다. 따라서 매입 PHC말뚝의 설계에서 사용하는 극한지지력 산정공식은 매입 PHC말뚝의 실제 지지력 거동을 모사할 수 있도록 개선하여야 할 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Axial compressive failure loads ($P_n$) of diameter 500 mm and diameter 600 mm A type PHC pile were calculated as 7.7 MN and 10.6 MN, respectively. In the static pile load tests, the maximum axial compressive loads of the above 2 kinds of A type pile were measured as 6.9 MN and 8.8 MN respectively, therefore these measured maximum loads were at the level of 90% and 83% of $P_n$ respectively. Long-term allowable axial compressive loads ($P_a$) of the above 2 kinds of A type pile were 1.7 MN and 2.3 MN respectively. From the bi-directional pile load test data on the prebored PHC piles, it was confirmed that the allowable axial compressive bearing resistance was estimated as 131% of the long-term allowable compressive load of the PHC pile and showed higher than the allowable bearing capacity calculated by the current design method. Therefore, it has been verified that the PHC pile can be used up to the maximum long-term allowable compressive load, and it is suggested that the ultimate pile capacity formula used in the current design for prebored PHC piles should be improved to accommodate the actual capacity.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Summary of static pile load tests
그림 Fig. 1. Applied load at pile head and settlement curve for TP-1 (Diameter of 500 mm PHC piles)
그림 Fig. 2. Axial load transfer curve for TP-1 (Diameter of 500 mm PHC piles)
그림 Fig. 3. Pile load test results for PHC test with socket grouting (TP-5)
그림 Fig. 4. Estimation of end bearing by PDA_(EOID) (PHC 500 mm pile)
그림 Fig. 5. Applied load at pile head and settlement curve for TP-4 (Diameter of 600 mm PHC piles)
그림 Fig. 6. Axial load transfer curve for TP-4 (Diameter of 600 mm PHC piles)
그림 Fig. 7. Estimation of end bearing by PDA_(EOID) (PHC 600 mm pile)
표 Table 2. Summary of prebored PHC piles in diameter of 500 mm and 600 mm
표 Table 3. Pile capacity efficiency and design efficiency of PHC piles
표 Table 4. Calculation method for capacities of prebored precast piles

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 실제 시공된 매입 PHC말뚝 A종에 대한 압축정재하시험 사례 및 양방향재하시험 사례들을 분석하였다. 이를 통하여 PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중 성능을 실증적으로 검증하였다.
본 연구에서는 실제 시공된 매입 PHC말뚝의 압축정재하시험 자료 및 양방향재하시험 자료를 분석하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

(ⅰ) 압축정재하시험 결과를 활용한 방법(방법 1) : 매입 시공된 PHC말뚝 A종의 압축정재하시험의 최대재하하중에서 주면마찰력이 극한에 근접하였다고 가정하였다. 극한선단지지력은 선단부만 그라우팅한 PHC말뚝 A종의 압축정재하시험의 하중-침하량 관계로부터 추정하였다.
(ⅱ) 압축정재하시험과 PDA_(EOID)를 조합한 방법(방법 2) : 매입 시공된 PHC말뚝 A종의 압축정재하시험의 최대재하하중에서 주면마찰력이 극한에 근접하였다고 가정하였다. 극한선단지지력은 PDA_(EOID)로 추정하였다.
양방향 말뚝재하시험의 대상이 된 시험말뚝들의 시공 근입길이에 기초하여 매입 PHC말뚝 A종이 극한 상태에 도달하여 최댓값이 발현된다고 가정하였으며 이때 설계에서 사용하고 있는 극한지지력 산정공식(Table4 참조)을 적용하여 지반의 허용지지력( $Q$all,1)을 산정한 후 주어진 PHC말뚝 A종의 허용압축하중($P$a)과 비교하여 최대지지력 발현조건에서 설계 가능한 RQP1을 계산하였다.
2개 매입 PHC말뚝 A종의 압축정재하시험에서는 지반파괴가 유발되기 전에 말뚝 부재 파괴가 발생되었으므로 하중-침하량 관계를 이용하여 기존 분석 방법으로극한하중 또는 항복하중을 구할 수가 없었다. 여기서 2개 매입 PHC말뚝 A종의 압축정재하시험의 최대재하하중에서 말뚝머리 침하량이 20mm 이상 발생되었으므로 주면마찰력이 극한상태에 근접하였다고 가정하였다. 그러면 극한선단지지력만 추정할 수 있다면 이 2가지 값을 중첩하여 전체 극한지지력을 추정할 수 있을 것으로 판단되었다.

제안 방법

(ⅱ) 시공 시 상호 반대로 작동하는 이중 오거방식을 적용하여 천공 후(일명 SDA공법) 천공홀의 하단 및 말뚝의 주면부에 시멘트풀을 완전하게 충전하였다.
(ⅲ) 수치해석에 의한 방법(방법 3) : 압축정재하시험에서 재하한 최대재하하중 이후의 하중에 대한 하중-침하량 관계를 수치해석으로 모사하였다(Choi et al., 2017). 유한요소해석 자료의 말뚝머리 하중-침하량 관계를 이용하여 매입 PHC말뚝 A종의 극한지지력을 추정 해보았으나 전술한 방법 1 및 방법 2에서와는 달리 극한지지력을 추정할 수는 없었고, Davisson 판정기준과 25mm 판정기준에 따른 파괴하중(항복하중)이 산정되었다.
Table 3에 정리한 6개소 양방향재하시험 자료와 Table 4의 매입말뚝의 극한지지력산정식을 토대로 지반의 설계 효율($RQP =$ $Q$all,i / $P$all )및 PHC말뚝 A종의 설계효율( $D$e = $P$D / $P$all )을 분석하였다.
(ⅰ) 압축정재하시험 결과를 활용한 방법(방법 1) : 매입 시공된 PHC말뚝 A종의 압축정재하시험의 최대재하하중에서 주면마찰력이 극한에 근접하였다고 가정하였다. 극한선단지지력은 선단부만 그라우팅한 PHC말뚝 A종의 압축정재하시험의 하중-침하량 관계로부터 추정하였다. 이 2가지 값을 중첩하여 전체 극한지지력을 추정할 수 있었다.
아울러 동일 매입 PHC말뚝 A종의 양방향재하시험을 통해 판정된 지반의 허용지지력( $Q$all,2)을 $P$all와 비교하여 설계 가능한 RQP2를 계산하였다.
양방향재하시험 자료(Choi et al., 2019)를 토대로 PHC말뚝 A종의 지반의 허용지지력을 PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중의 최댓값 수준으로 상향 적용시킬 수 있는지의 여부를 분석하였다. Table 3에 정리한 6개소 양방향재하시험 자료와 Table 4의 매입말뚝의 극한지지력산정식을 토대로 지반의 설계 효율($RQP =$ $Q$_all,i/ $P$_all)및 PHC말뚝 A종의 설계효율( $D$_e = $P$_D/ $P$_all)을 분석하였다.
본 연구에서는 실제 시공된 매입 PHC말뚝 A종에 대한 압축정재하시험 사례 및 양방향재하시험 사례들을 분석하였다. 이를 통하여 PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중 성능을 실증적으로 검증하였다.
직경 500mm PHC말뚝 A종의 시험말뚝 1개와 반력말뚝 8개에 대한 시공 직후 PDA를 실시하여(Baekkyung G&C, 2017) 9개의 극한 PDA(EOID)를 구할수 있었으며(Fig. 4 참조) 이 평균값으로 극한선단지지력을 추정하였다.
직경 600mm PHC말뚝 A종의 시험말뚝 1개와 반력말뚝 8개에 대한 시공 직후 PDA를 실시하여(BaekkyungG&C, 2017) 9개의 극한 PDA(EOID)를 구할 수 있었으며 이 평균값으로 극한선단지지력으로 추정하였다(Fig. 7참조).

대상 데이터

(ⅰ) 직경 600mm의 PHC말뚝 A종을 사용하였다. PHC말뚝 A종에서는 콘크리트 압축강도는 80MPa을,PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중은 2.
(ⅰ) 직경 600mm의 PHC말뚝 A종을 사용하였다. PHC말뚝 A종에서는 콘크리트 압축강도는 80MPa을,PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중은 2.3MN을 그리고 설계하중은 1.6MN을 사용하였다.
본 논문은 아래에 정리한 바와 같이 사질토층을 지나 풍화암에 소켓된 매입 PHC말뚝에서 지반의 허용압축지지력 산정도표 및 산정공식을 제안하는 연구에 대한 일련의 연속논문 중 제4편에 해당한다.
풍화토를 지나 풍화암에 소켓된 직경 500mm 및 직경 600mm 매입 PHC말뚝 A종에 대한 압축정재하시험 사례를 활용하였다(Table 1 참조). 시험 현장의 지반 특성치, 정재하시험 계획, 정재하시험 절차 및 방법 등에 관한 상세한 내용은 선행 연구(Choi et al.

이론/모형

(ⅴ) 경험식의 허용지지력은 안전율 3.0을 적용하였으며 양방향재하시험 결과에 의한 허용지지력은 Davisson 방법에 의한 파괴하중에 안전율 2.0을 적용하였다.
2개의 매입 PHC말뚝 A종이 시공된 지반의 극한지지력을 추정하는 방법으로는 아래와 같은 3가지 방법을 활용하였다(Choi and Kim, 2018).
를 조합한 방법(방법 2) : 매입 시공된 PHC말뚝 A종의 압축정재하시험의 최대재하하중에서 주면마찰력이 극한에 근접하였다고 가정하였다. 극한선단지지력은 PDA_(EOID)로 추정하였다. 이 2가지 값을 중첩하여 전체 극한지지력을 추정할 수 있었다.
본 연구에서 분석한 매입 PHC말뚝 A종은 국내에서 적용하는 대표적인 시공방법으로 시공되었다.
본 연구에서 분석한 매입 PHC말뚝 A종은 국내에서 적용하는 대표적인 시공방법으로 시공되었다. 설계에서는 현행 국내에서 사용하고 있는 대표적인 극한지지력산정공식(Table 4 참조)을 이용하였다. 양방향말뚝재하시험에서는 작용된 최대 재하 하중 범위 이내에서 파괴하중을 산정하였다.

성능/효과

(1) 직경 500mm 및 직경 600mm PHC말뚝 A종의 파괴압축하중( $P$n)은 각각 7.7MN 및 10.6MN으로 계산할 수 있었다.
(2) 양방향재하시험 자료로부터 극한지지력 산정공식에 의해 산정한 지반의 허용지지력으로 계산한 RPQ1은 83∼104% 범위로 나타났으며 평균적으로 86%를나타내었다.
(3) 모든 분석 대상 매입 PHC말뚝 A종의 양방향재하시험 자료로부터 계산된 지반의 허용지지력은 국내 설계에서 사용하고 있는 극한지지력 산정공식으로 계산한 지반의 허용지지력보다 크게 평가되었다. 이와 같은 설계에서 지반의 허용지지력이 낮은 수준으로 산정되는 주 요인은 국내 매입 PHC말뚝 A종에 대한 극한단위주면마찰력 및 극한단위선단지지력의 최댓값으로 크게 과소평가되는 상한 값을 사용하기 때문으로 추정되었다.
(4) 매입 PHC말뚝의 실제 설계에서는 지반의 허용지지력($Q$all)이 PHC말뚝 몸체의 설계허용압축하중($P$D,all)을 만족시키지 못하거나 크게 초과할 경우에는 PHC말뚝 몸체의 설계허용압축하중( $P$D,all)의 110% 수준으로 최적화하는 절차를 진행하는 것이 좋다.
극한지지력 산정공식에 의해 산정한 지반의 허용지지력으로 계산한RQP1은 83∼104% 범위로 나타났으며 평균적으로 86%를 나타내었으며 이는 $P$a보다 낮은 수준으로 나타났다.
0을 적용하고 있다. 따라서 설계에서 PHC말뚝의 장기허용압축하중의 최댓값까지 활용하여 PHC 말뚝의 우수한 성능 효율을 높일 것을 추천하였다.
한정된 자료를 통한 평가이지만 시공관리가 면밀하게 시행될 경우 실제 지반의 허용지지력은 PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중을 상회하는 수준으로 측정되었다. 따라서 지반의 허용지지력을 PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중과 같거나 근접하는 범위까지 적용 가능함을 확인할 수 있었다.
이와 같은 설계에서 지반의 허용지지력이 낮은 수준으로 산정되는 주요인은 국내 매입 PHC말뚝 A종에 대한 극한단위주면 마찰력 및 극한단위선단지지력의 최댓값으로 크게과소평가되는 제한 값을 사용하기 때문으로 추정되었다. 따라서 지지력 산정공식이 매입 PHC말뚝 A종의 실제 지지력 거동을 제대로 모사할 수 있도록 개선하여야 하며 이렇게 할 경우 PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중을 최댓값까지 활용할 수 있을 것으로 판단되었다.
여기서 말뚝 선단부의 외주면 및 내주면에 그라우팅된 부분의 마찰력은 따로 측정하지 못하였으므로 제외하지 못하였다. 따라서 직경 500mm PHC말뚝 A종의 전체 극한지지력은 최대 10.78MN으로 추정할 수 있었다(방법 1). 직경 500mm PHC말뚝 A종의 시험말뚝 1개와 반력말뚝 8개에 대한 시공 직후 PDA를 실시하여(Baekkyung G&C, 2017) 9개의 극한 PDA_(EOID)를 구할수 있었으며(Fig.
50MN으로 추정되었다. 따라서 직경500mm PHC말뚝 A종의 전체 극한지지력은 10.36MN으로 추정할 수 있었다(방법 2). 수치해석으로 추정한 전체 파괴하중은 7.
따라서 현행 설계에서 사용하고 있는 설계하중은 PHC말뚝 A종의 우수한 $P$a를 제대로 활용하고 있지 못하는 것을 알 수 있었다.
모든 분석 대상 매입 PHC말뚝 A종의 양방향재하시험 자료로부터 계산된 지반의 허용지지력은 국내 설계에서 사용하고 있는 극한지지력 산정공식으로 계산한 지반의 허용지지력보다 크게 평가되었다. 이와 같은 설계에서 지반의 허용지지력이 낮은 수준으로 산정되는 주요인은 국내 매입 PHC말뚝 A종에 대한 극한단위주면 마찰력 및 극한단위선단지지력의 최댓값으로 크게과소평가되는 제한 값을 사용하기 때문으로 추정되었다.
를 제대로 활용하고 있지 못하는 것을 알 수 있었다. 현행 설계에서 사용하고 있는 극한지지력 산정공식은 지반의 실제 허용지지력을 매우 낮은 수준으로 평가하고 있었으며 양방향재하시험으로 확인된 지반의 실제 허용지지력에 대하여 평균적으로 52%수준을 나타내었다.
설계에서는 PHC말뚝 A종의 설계하중을 PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중의 약 68% 수준으로 사용하고있는 것을 알 수 있었다. 이는 설계기술자들이 PHC말뚝의 장기허용압축하중의 우수한 성능을 신뢰하지 못하기 때문으로 판단되었다.
이는 설계기술자들이 PHC말뚝의 장기허용압축하중의 우수한 성능을 신뢰하지 못하기 때문으로 판단되었다. 양방향 재하시험 자료로부터PHC말뚝의 장기허용압축하중의 우수한 성능은 실증적으로 검증되었다.
양방향재하시험에서 측정된 파괴지지력으로 계산한 RPQ2는 103∼138%로 나타나 모든사례에서 100%를 상회하였고 평균적으로 131%를 나타내었다.
양방향재하시험에서 측정된 파괴지지력으로 계산한 RQP2는 103∼138%로 나타나 모든 사례에서 100%를 상회하였고 평균적으로 131%를 나타내었으며 이는 Pa을 크게 초과하는 수준으로 나타났다.
, 2017). 유한요소해석 자료의 말뚝머리 하중-침하량 관계를 이용하여 매입 PHC말뚝 A종의 극한지지력을 추정 해보았으나 전술한 방법 1 및 방법 2에서와는 달리 극한지지력을 추정할 수는 없었고, Davisson 판정기준과 25mm 판정기준에 따른 파괴하중(항복하중)이 산정되었다.
직경 500mm 및 직경 600mm 매입 PHC말뚝 A종에 대한 압축정재하시험 시 말뚝 두부에 재하된 최대압축하중인 6.9MN 및 8.8MN으로 측정할 수 있었으며 따라서 이 측정하중은 각각 $P$n의 90% 및 83% 수준이었다ㅜ.
직경 500mm 및 직경 600mm 매입PHC말뚝 A종에 대한 압축정재하시험 시 말뚝 두부에 재하된 최대 압축하중인 6.9MN 및 8.8MN으로 측정할 수 있었으며 따라서 이 측정하중은 각각 $P$n의 90% 및 83% 수준이었다.
여기서, PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중 및파괴압축하중의 계산값을 함께 나타내었다. 직경 500mm및 직경 600mm의 매입 PHC말뚝 A종의 극한압축지지력의 최솟값은 압축정재하시험에서 측정한 PHC말뚝 A종의 파괴압축하중의 측정값으로 정할 수 있었으며 각각 6.9MN, 8.8MN으로 나타났다.
를 제대로 활용하고 있지 못하는 것을 알 수 있었다. 현행 설계에서 사용하고 있는 극한지지력 산정공식은 지반의 실제 허용지지력을 매우 낮은 수준으로 평가하고 있었으며 양방향재하시험으로 확인된 지반의 실제 허용지지력에 대하여 평균적으로 52%수준을 나타내었다.

후속연구

이와 같은 설계에서 지반의 허용지지력이 낮은 수준으로 산정되는 주 요인은 국내 매입 PHC말뚝 A종에 대한 극한단위주면마찰력 및 극한단위선단지지력의 최댓값으로 크게 과소평가되는 상한 값을 사용하기 때문으로 추정되었다. 따라서 지지력 산정공식을 말뚝의 실제 지지력 거동을 모사할 수 있도록 개선하여야 할 것으로 판단되었다.
어떠한 경우에도 정밀한 지반조사와 철저한 시공 및 품질관리가 전제되어야 할 것이며, 말뚝재하시험의 재하용량을 충분하게 설정하여 최소한 항복하중, Davisson방법의 파괴하중(failure load), 기타 정의에 의한 항복하중의 판정이 가능할 수 있어야 신뢰성을 뒷받침할 수 있을 것으로 판단되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선단부만 그라우팅한 직경 500mm PHC말뚝 A종의 극한선단지지력은 얼마로 측정되는가?	2 참조). 선단부만 그라우팅한 직경 500mm PHC말뚝 A종의 극한선단지지력은 3.92MN으로 측정되었다(Fig. 3 참조).
	현행 설계에서 사용하고 있는 극한지지력의 개선점은 무엇인가?	모든 사례 매입 PHC말뚝의 양방향재하시험 자료로부터 계산된 지반의 허용지지력은 국내 현행 설계에서 사용하고 있는 극한지지력 산정공식으로 계산한 지반의 허용지지력보다 높은 수준으로 계산되었다. 따라서 매입 PHC말뚝의 설계에서 사용하는 극한지지력 산정공식은 매입 PHC말뚝의 실제 지지력 거동을 모사할 수 있도록 개선하여야 할 것으로 판단되었다.
	말뚝 두부에 재하된 최대 압축하중을 측정한 결과값은 얼마인가?	6MN으로 계산할 수 있었다. 직경 500mm 및 직경 600mm 매입 PHC말뚝 A종에 대한 압축정재하시험 시 말뚝 두부에 재하된 최대 압축하중은 6.9MN 및 8.8MN으로 측정할 수 있었으며 따라서 이 측정하중은 각각 $P_n$의 90% 및 83% 수준이었다. 직경 500mm 및 직경 600mm PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중($P_a$)은 각각 1.

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format