[논문]육각형 이음부를 이용한 회전관입말뚝의 현장적용성 평가

정상국

doi:10.9720/kseg.2020.4.635

육각형 이음부를 이용한 회전관입말뚝의 현장적용성 평가
Evaluation of Field Applicability of Helical Pile Using Hexagon Joints 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.30 no.4, 2020년, pp.635 - 648

초록
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본 연구는 회전관입말뚝의 이음부를 용접이나 볼트가 필요 없는 육각형 이음부로 개선하여 압축재하시험을 수행하였다. 또한 인발시험의 경우 기존 방법과 유사하게 볼트체결 방법으로 적용하여 인발시험을 수행하였다. 회전관입말뚝의 지지력을 평가하기 위해 현장시험 2지역을 선정하였다. 하중재하시험은 정재하시험과 인발시험을 수행하였으며 회전관입말뚝에 대한 지지력을 평가하였다. 현장시험결과, 정재하시험시 중력식 그라우트를 적용한 말뚝에서 AC 358 Code에 따른 지지력평가 결과 600 kN 이상으로 나타났으며, 그라우트가 없는 말뚝에서는 600 kN 이하의 지지력을 보여 중력 그라우팅이 필요함을 확인하였다. 또한 현장시험결과를 고려하여 지지력을 평가하였으며, 적은 표본에 의해서 도출된 결과로 추후 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Performance improvement of helical piles in static load tests using hexagon joints that do not require welding or bolting was investigated. Two sites were selected for pile field tests to evaluate their bearing capacity. Static and pull-out load tests were undertaken to assess the method for estimating bearing capacity. The field tests indicated that the bearing capacity of the gravity grout pile was ≥600 kN in the static load test, consistent with the AC 358 Code. The non-grout pile had a bearing capacity of ≤600 kN, suggesting that gravity grouting is required. Field pile load-test results were used to establish the bearing capacity equation, based on a small number of helical pile.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Mechanism of helical pile operation.
그림 Fig. 2. Hexagon joints.
표 Table 1. Plan of the in situ test
그림 Fig. 3. Pile arrangement in the in situ test.
그림 Fig. 4. Cross-sectional stratum diagram.
그림 Fig. 5. View of the in situ test.
그림 Fig. 5. Continued.
그림 Fig. 6. Analysis of bearing capacity based on safety standards.
그림 Fig. 7. Analysis of bearing capacity based on the helix standard.
표 Table 2. Results of the static pile load test
그림 Fig. 8. Results of the pull-out pile test.
표 Table 3. Results of pull-out pile load test

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 중공형 축의 모형을 육각형 이음부로 압연하여 압축재하 시 별도의 용접이나 볼트가 필요 없는 끼워 맞춤식으로 개선하였으며, 그에 따른 국내 지반에 적용하기 위해 가장 일반적인 지반(퇴적토, 풍화토, 풍화암, 연암)으로 구성된 현장 Site 2곳을 선택하여 현장시험시공 및 재하시험을 수행하였다. 현장재하시험 시 압축재하시험 및 인발 재하시험의 결과를 통해 현장적용성을 검토하고자 하였다.
본 연구는 육각형 이음부와 중공형 축(D) 165.2 mm 및 원판(D) 450 mm, 400 mm, 350 mm의 원판날개를 갖는 회전관 입말뚝을 활용하여 현장 적용성 평가와 국내 지반특성을 고려한 지지력 계산법과 검증을 위해 수행하였다.
회전관입말뚝의 국내 ‧ 외 선행연구 조사결과, 회전관입말뚝의 기하학적인 특성에 대한 연구와 실내시험 및 현장시험시 공의 사례들을 통하여 회전관입말뚝의 지지거동에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 왔다. 본 연구에서는 기존 적용되어 왔던 볼트, 용접 및 플랜지(Flange) 방식의 이음부 연결방식을 끼워 맞춤식인 육각형 이음부로 개발하여 국내지반 특성을 고려한 현장시험을 수행하였으며, 현장적용성 평가를 수행하였다.
따라서 본 연구에서는 중공형 축의 모형을 육각형 이음부로 압연하여 압축재하 시 별도의 용접이나 볼트가 필요 없는 끼워 맞춤식으로 개선하였으며, 그에 따른 국내 지반에 적용하기 위해 가장 일반적인 지반(퇴적토, 풍화토, 풍화암, 연암)으로 구성된 현장 Site 2곳을 선택하여 현장시험시공 및 재하시험을 수행하였다. 현장재하시험 시 압축재하시험 및 인발 재하시험의 결과를 통해 현장적용성을 검토하고자 하였다.

제안 방법

말뚝은 각 시험부지에 15본(3 × 5 배열)을 시공하였으며, 말뚝 사이의 간격은 2 m, 압축재하시험 수행 시 인발말뚝을 반력말뚝으로 사용하기 위하여 가운데 열에 압축말뚝을 시공하고 첫 번째 열과 마지막 열에 인발말뚝을 시공하였다.
본 압축재하시험은 주변말뚝의 인발저항력을 이용한 압축재하시험방법으로 수행되었으며, 파괴하중을 결정하기 위하여 목표하중의 3배 하중을 최대시험하중으로 결정하여 급속재하시험 방법으로 수행되었다.
본 연구에서 개발한 직경 165.2 mm (t = 7.5 mm)의 현장 적용성 평가를 위해 회전관입말뚝을 2개의 시험시공부지에 각각 15본씩을 시험시공하고 부지별로 3본씩, 총 6본에 대하여 인발재하시험을 실시하였다.
본 연구에서는 중공형 축의 모형을 육각형 이음부로 개선하여 압축재하 시 별도의 용접이나 볼트가 필요 없는 방식으로 개선하였으며, 국내 지반에서 적용하기 위해 현장시험을 통한 압축재하 및 인발재하시험을 측정하여 현장적용성에 대한 평가를 수행하였으며, 분석결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 인발재하시험은 지반 접지압을 반력으로 이용한 인발재하시험방법으로 수행되었으며, 파괴하중을 결정하기 위해 목표하중의 3배 하중을 최대시험하중으로 결정하여 급속재하시험 방법으로 수행되었다.
압축재하시험을 위해서는 말뚝 목표하중의 2~3배에 달하는 재하하중이 필요하다. 재하방법으로는 사하중을 재하하는 방법, 반력말뚝의 주면마찰력을 이용하는 방법, Earth Anchor의 인발저항력을 이용하는 방법이 있으나, 본 연구에서는 반 력말뚝의 주면마찰력을 이용하는 방법으로 수행하였다. 또한 파괴하중을 결정하기 위해 목표하중의 3배 하중을 최대 시험하중으로 결정하였으며, 하중의 재하 및 재하방법은 KS 2445 및 ASTM D1143 규정에 근거한 급속재하시험 방법으로 수행되었다.
재하시험은 지반 접지압을 반력으로 이용한 재하시험방법으로 수행되었으며, 파괴하중을 결정하기 위해 목표하중의 3배 하중을 최대 시험하중으로 결정하여 급속재하시험 방법으로 수행되었다.
재하시험은 총 3 Cycle로 계획하였으며, 각 단계별 재하하중 유지시간은 5분으로 하여 1분 간격으로 침하량을 기록하였으며, Creep를 고려하여야 하는 경우 목표하중의 100%, 200%에서 60분간의 침하량을 기록하였다.

대상 데이터

대상지역은 Site-1의 경우 전북 정읍시 영원면과 Site-2의 경우 전북 부안군 백산면에 위치한 지방도로건설 현장에서 현장시험시공을 수행하였으며, 시공성 및 지지력을 평가하였다. Site-1과 Site-2의 지질구성을 살펴보면 퇴적토(매립토), 충적층, 풍화토, 풍화암으로 구성되어 있는 대표적인 국내 지반형상으로 해당지역을 현장시험시공 지역으로 선정하였다.
대상지역은 Site-1의 경우 전북 정읍시 영원면과 Site-2의 경우 전북 부안군 백산면에 위치한 지방도로건설 현장에서 현장시험시공을 수행하였으며, 시공성 및 지지력을 평가하였다. Site-1과 Site-2의 지질구성을 살펴보면 퇴적토(매립토), 충적층, 풍화토, 풍화암으로 구성되어 있는 대표적인 국내 지반형상으로 해당지역을 현장시험시공 지역으로 선정하였다.
5b는 회전관입장치(Earth drill 50, 000 Max) 연결 모습이다. 본 연구에서 사용한 회전관입장치는 0.8~1.0 m3 버킷 용량의 B/H에서 작동이 가능하며, 유압호스(Hose)를 B/H에 연결하여 사용할 수 있다. Fig.
시험말뚝은 일반구조용 탄소강관(KS D 3566)의 STK490을 사용하였으며, 직경은 165.2 mm, 두께는 7.5 mm, 나선형 원판의 직경은 각각 450 mm, 400 mm, 350 mm, 나선형원판의 두께는 20 mm이다.

이론/모형

재하방법으로는 사하중을 재하하는 방법, 반력말뚝의 주면마찰력을 이용하는 방법, Earth Anchor의 인발저항력을 이용하는 방법이 있으나, 본 연구에서는 반 력말뚝의 주면마찰력을 이용하는 방법으로 수행하였다. 또한 파괴하중을 결정하기 위해 목표하중의 3배 하중을 최대 시험하중으로 결정하였으며, 하중의 재하 및 재하방법은 KS 2445 및 ASTM D1143 규정에 근거한 급속재하시험 방법으로 수행되었다.

성능/효과

(1) 육각형 이음부를 갖는 끼워 맞춤식 방법과 기존 볼트방식의 연결시간 측정결과, 육각형 이음부를 갖는 회전관입말 뚝이 3 m 길이당 약 5 min 이상의 공사시간을 감소할 수 있다. 이는 전체적인 공기의 영향에 미치며 일반적인 회전 관입말뚝 시공량은 200 m/day으로 육각형 이음부로 개선된 회전관입말뚝의 시공량은 약 250 m/day 이상으로 수행할 수 있다.
(2) 현장재하시험을 통한 압축재하시험 분석 결과, 중력 그라우트를 실시한 말뚝에서 확인된 허용지지력은 구릉지의 경우 678.6~800 kN/본, 충적지의 경우 627.3~664.7 kN/본으로 확인되었으며, 중력 그라우트 미실시 말뚝에서 확인된 허용지지력은 구릉지, 충적지 모두 목표하중인 600.0 kN/본 미만으로 나타나 회전관입말뚝 시공 시 중력 그라우트를 수행해야 할 것으로 판단된다. 또한 목표하중인 600.
(3) 현장재하시험을 통한 인발재하시험 분석 결과, 구릉지 말뚝들의 경우 허용인발력은 351.5~367.5 kN/본, 충적지 말뚝들의 경우 332.9~383.2 kN/본으로 확인되었다. 따라서 목표하중인 500.
2 kN/본으로 확인되었다. 따라서 목표하중인 500.0 kN/본에 미치지 못하였으나, 이는 압축재하시험 시 반력말뚝으로 1회 사용되어 인발저항력이 낮게 나타난 것으로 판단된다.
2 kN/본으로 확인되었다. 따라서 회전관입말뚝 시공 시 중력그라우트를 실시하는 것이 바람직할 것으로 판단되며, 중력그라우트 실시말뚝들의 경우 목표하중인 600.0 kN 재하시 허용침하량 기준인 1 inch (25.4 mm) 이내로 발생한 것으로 확인되어 침하에 대해서도 안정할 것으로 판단된다.
0 kN/본 미만으로 나타나 회전관입말뚝 시공 시 중력 그라우트를 수행해야 할 것으로 판단된다. 또한 목표하중인 600.0 kN 재하시 허용침하량 기준인 1 inch (25.4 mm) 이내로 발생한 것으로 확인되어 침하에 대해서도 안정할 것으로 판단된다.
육각형 이음부를 갖는 끼워 맞춤식 방법과 기존 볼트방식의 연결시간 측정결과, 육각형 이음부를 갖는 회전관입말뚝이 3 m 길이당 약 5 min 이상의 공사시간을 절약할 수 있었다. 이는 전체적인 공기의 영향에 미치며 일반적인 회전관입말뚝 시공량은 200 m/day으로 육각형 이음부로 개선된 회전관입말뚝의 시공량은 약 250 m/day 이상으로 수행할 수 있다.
육각형 이음부를 갖는 끼워 맞춤식 방법과 기존 볼트방식의 연결시간 측정결과, 육각형 이음부를 갖는 회전관입말뚝이 3 m 길이당 약 5 min 이상의 공사시간을 절약할 수 있었다. 이는 전체적인 공기의 영향에 미치며 일반적인 회전관입말뚝 시공량은 200 m/day으로 육각형 이음부로 개선된 회전관입말뚝의 시공량은 약 250 m/day 이상으로 수행할 수 있다.

후속연구

(4) 본 현장시험 결과는 적은 표본에 의해서 도출된 결과로 추후 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단되며, 더 많은 현장시험 결과를 바탕으로 지반조건에 따라 지지력을 비교 분석하면 신뢰성 있는 회전관입말뚝의 경험적 지지력 산정식을 제안할 수 있을 것으로 판단된다.
4 mm) 이내로 침하가 발생하여 회전관입말뚝을 풍화암에 지지할 경우 좀 더 큰 허용지지력을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 이에 회 전관입에 의한 시공된 말뚝을 풍화암에 지지할 수 있는 방법을 고안하여 좀 더 큰 목표하중에 도달할 수 있는 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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표제어: PCR

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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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