[논문]대형 깊은 기초의 지지거동 특성에 관한 연구

박춘식; 정광민

doi:10.12814/jkgss.2020.19.1.083

대형 깊은 기초의 지지거동 특성에 관한 연구
A Study on the Behavior Characteristics of Large Deep Foundations 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.19 no.1, 2020년, pp.83 - 91

박춘식 (Department of Civil Environment Chemical Engineering, Changwon National University) , 정광민 (Korea Engineering Consultants Corp.)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 대형 구조물 기초 및 교량 하부기초로 사용이 증가되고 있는 현장타설말뚝 및 대형 Caisson 기초의 지반조건 변화에 따른 지지거동 특성에 대하여 분석하였다. 현장타설말뚝의 항복하중 분석법을 이용하여 산정한 허용지지력은 각 방법마다 서로 유사한 허용지지력을 산정하는 것으로 분석되었다. 또한 극한하중 분석법으로 산정한 허용지지력은 각 방법에 따라 지지력의 차이가 큰 것으로 분석되었고, 기존의 유사 사례현장을 분석하여 재하하중과 침하량에 관한 관계를 제시하였으며, 이를 통하여 향후 설계 및 시공시 말뚝의 침하특성을 평가하기 위한 경험식으로 유용하게 활용 가능할 것으로 판단된다. 또한 대형케이슨의 침설시 발생하는 지반반력 분포에 대해 검토한 결과 풍화암층 구간은 기초 모서리부에서 항복이 발생된 후 지반반력이 감소하여 거의 일정한 지반반력 분포를 나타내었으며, 기반암층 구간에서는 중앙부의 지반반력 증가로 인해 기초 중앙부가 아래로 볼록한 형태의 지반반력 형태로 변형되었다. 이와 같은 결과를 이용하여 Fang(1991) 및 Kőgler(1936)가 기존에 제시한 이론을 증명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the characteristics of support behavior according to the change of ground condition of the cast-in-place pile and the large Caisson foundation, which are increasingly used as foundations of large structures and bridges. the allowable bearing capacity calculated using the yield load analysis method was analyzed to calculate similar allowable bearing capacity for each method. In addition, the allowable bearing capacity calculated by the ultimate load analysis method was found to have a large difference in bearing capacity for each method. Through this point, it can be usefully used as an empirical formula for evaluating the settlement characteristics of piles in future design and construction. In addition, as a result of examining the ground force distribution during sedimentation of large caissons, the section of the weathered rock layer showed almost constant ground force distribution as ground forces decreased after yield occurred at the base corner. And in the bed rock layer section, the foundation's center was transformed into a ground force in the form of a convex downward due to an increase in the ground resistance of the central part. Using these results, the theory previously presented by Fang (1991) and Kőgler (1936) was proved.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Ground property of static pile load test site and test pile distribution
그림 Fig. 2. Stratified distribution and status section plot
그림 Fig. 3. Pile installation status
그림 Fig. 4. Loading system
그림 Fig. 5. Allowable bearing capacity analysis result
그림 Fig. 6. Total settlement/pile diameter ratio and tatal settlement property
그림 Fig. 7. Residual settlement/pile diameter ratio and total settlement distribution
그림 Fig. 8. Property of the relationship between loading and settlement
그림 Fig. 9. Property of settlement according to the conditions of the layers
그림 Fig. 10. Settlement of settlement/pile length and slenderness ratio distribution
그림 Fig. 11. Property of settlement by R.Q.D. at the end of foundation
그림 Fig. 12. Ground reaction force by layers distribution property
그림 Fig. 13. Site ground reaction force by layers distribution property

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 현장타설말뚝 지지력 특성을 분석하기 위해 연구대상 현장에서 실시한 현장타설말뚝 정재하시험 자료를 이용하여 기초의 지지력 및 침하 특성을 파악하고, 허용지지력 산정 및 침하량 기준에 대해 분석하였으며, 기존에 실시한 다수 현장의 정재하시험 자료분석 및 연구대상 현장의 재하시험 자료분석 등을 통해 하중과 침하량의 관계특성에 대해 나타내었다. 이를 통하여 기초 근입 지반 및 기초형상, 선단 근입부 지반의 불연속 특성이 침하량에 미치는 영향을 분석하였다.
이를 통하여 기초 근입 지반 및 기초형상, 선단 근입부 지반의 불연속 특성이 침하량에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 강성기초의 지반반력 분포특성을 분석하기 위해 Caisson 침설시 측정한 지반반력 계측자료를 분석하여 반력 분포형태에 대한 분석 및 기존이론에 제시된 지반반력 분포 특성과 부합하는지 확인하여 국내 지반특성에 적합한 기초의 지지특성을 파악하는데 목적이 있다.
(2) 둘째, 현장타설말뚝 침하 특성을 파악하기 위해 기존의 유사 사례현장을 분석하여 재하하중과 침하량에 관한 관계를 제시하였으며, 이는 향후 설계 및 시공시 말뚝의 침하특성을 평가하기 위한 경험식으로 유용하게 활용 가능할 것으로 판단된다. 또한, 기초 근입지반에대해 검토결과 풍화암층도 지지층으로 적용 가능한 것으로 분석되었으며, 선단 근입부의 R.Q.D와 침하량의 관계를 제시하여 향후 동 공법 적용시 기초자료로 활용할 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 대형 구조물기초 및 교량 하부기초로 사용이 증가하고 있는 현장타설말뚝 및 대형 Caisson 기초 의 지반조건 변화에 따른 지지거동 특성에 대해 분석하였 으며, 그 결과는 정리하면 다음과 같다.

제안 방법

기초형상에 의한 침하량 특성을 분석하기 위해 침하량 및 말뚝길이 관계를 분석하였다.
지질은 매립토와 한강 하상부에 퇴적된 제 4기 충적토 및 경기 편마암 복합체에 속하는 변성암류인 호상 흑운모 편마암(Biotite banded Gneiss)이 분포한다. 또한, 교량현장의 강북측(P1)과 강남 측(A1)에서 정재하시험을 수행하였으며, 자세한 각 시험 말뚝 위치의 지층단면도 및 말뚝 설치 현황은 Fig. 1과 같다.
그러나, 연성기초의 경우 접지압은 등분포로 작용하게 되나 침하는 일정하게 발생되지 않는다. 상기 이론을 확인하기 위해 케이슨기초의 침설시 다층 지반에서 발생되는 지반반력분포 양상을 비교 분석하였다.
연구대상 현장에 적용한 하중재하 모식도는 Fig. 4와 같이 나타내었고, 기존 현장타설말뚝 재하시험사례와 동일하게 최대 재하하중이 1200tf 정도로 크게 작용하여 콘크리트블록을 이용한 사하중을 재하방식으로 적용하였으며, 재하하중 무게중심이 말뚝의 도심과 일치하도록 설치하여 편심이 발생되지 않게 하였다. 대상현장에서의 현장타설말뚝 지지력 특성 및 침하 특성에 대한 결과분석은 다음과 같다.
따라서, 본 연구에서는 현장타설말뚝 지지력 특성을 분석하기 위해 연구대상 현장에서 실시한 현장타설말뚝 정재하시험 자료를 이용하여 기초의 지지력 및 침하 특성을 파악하고, 허용지지력 산정 및 침하량 기준에 대해 분석하였으며, 기존에 실시한 다수 현장의 정재하시험 자료분석 및 연구대상 현장의 재하시험 자료분석 등을 통해 하중과 침하량의 관계특성에 대해 나타내었다. 이를 통하여 기초 근입 지반 및 기초형상, 선단 근입부 지반의 불연속 특성이 침하량에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 강성기초의 지반반력 분포특성을 분석하기 위해 Caisson 침설시 측정한 지반반력 계측자료를 분석하여 반력 분포형태에 대한 분석 및 기존이론에 제시된 지반반력 분포 특성과 부합하는지 확인하여 국내 지반특성에 적합한 기초의 지지특성을 파악하는데 목적이 있다.
현장타설말뚝 지지력 특성을 분석하기 위하여 대상현장(I)에서 실시한 정재하시험 자료를 이용하여 항복하중 및 극한하중에 대해 분석하였다. P-S분석법, LogP-LogS분석법, S-Log(t)분석법, P-ΔS분석법, ΔS/Δ(logt)-P분석법을 이용하여 항복하중을 산정한 결과 강북측의 경우 990∼1,100tf, 강남측의 경우 900∼1,200tf으로 분석되었다.

대상 데이터

정재하시험 사례는 설계하중에 대한 안정성 평가를 주목적으로 실시한 정재하시험 자료를 분석하였으며, 하중재하방식은 말뚝의 인발저항력 및 Earth Anchor 반력을 이용하는 방법이 많이 적용되었고, 다음으로 사하중을 재하하는 방법이 적용된 것으로 분석되었다. 본 연구대상 지역은 비교적 완만한 지형을 형성하고 있고. 한강을 중심으로 구분되어 있다.
본 연구대상 현장은 인천공항 고속도로상의 연육교로 이중 중간지점에 교량연장 550m, 중앙경간 300m, 측경간 125m의 현수교로 구성된 현장이며, 하부 주탑기초 공법으로 케이슨공법이 적용되었다. 주탑부를 대상으로 총 12개소의 지반조사를 실시한 결과 지층분포는 해성퇴적층, 풍화토, 풍화암, 기반암층 순으로 분포하고 있다.
본 연구에서는 국내에서 실시된 현장타설말뚝 정재하시험 자료 및 연육교 현장의 Caisson 침설시 측정한 자료를 조사하여 연구에 활용하였다.
한강을 중심으로 구분되어 있다. 지질은 매립토와 한강 하상부에 퇴적된 제 4기 충적토 및 경기 편마암 복합체에 속하는 변성암류인 호상 흑운모 편마암(Biotite banded Gneiss)이 분포한다. 또한, 교량현장의 강북측(P1)과 강남 측(A1)에서 정재하시험을 수행하였으며, 자세한 각 시험 말뚝 위치의 지층단면도 및 말뚝 설치 현황은 Fig.
현장타설말뚝 침하특성을 분석하기 위하여 대상현장(I) 및 다수의 현장타설말뚝 정재하시험 자료를 조사하여 이용하였다. Fig.

데이터처리

잔류침하량 기준은 미국도로교 설계기준의 6.3mm와 DIN에서 제시한 말뚝직경의 2.5%에 해당하는 잔류침하량을 적용하여 기존 사례현장 결과와 비교 분석하였다. Fig.

성능/효과

(1) 첫째, 현장타설말뚝 지지력 특성을 분석한 결과 항복하 중 분석법인 P-S방법, LogP-LogS 방법, S-Log(t)방법, P-ΔS방법, ΔS/Δ(logt)-P방법을 이용하여 산정한 허용지지력은 각 방법마다 서로 유사한 허용지지력을 산정하는 것으로 분석되었으며, 극한하중 분석법인 Chin방법, 芳賀방법, Mazurkiewicz방법, Brinch Hansen방법으로산정한 허용지지력은 각 방법마다 지지력의 차이가 큰 것으로 분석되었다.
(3) 셋째, 강성기초의 지반반력 분포특성을 분석하고자 케이슨의 침설시 발생하는 지반반력 분포에 대해 검토한 결과 해성퇴적층 구간은 선단부에서 지반반력의 증가가 급격히 발생하여 위로 볼록한 반력 분포형태를 나타내고 있는 것으로 분석되었다.
P-S분석법, LogP-LogS분석법, S-Log(t)분석법, P-ΔS분석법, ΔS/Δ(logt)-P분석법을 이용하여 항복하중을 산정한 결과 강북측의 경우 990∼1,100tf, 강남측의 경우 900∼1,200tf으로 분석되었다.
98mm로 다소 크게 분포하는 것으로 나타나고 있다. R.Q.D가 25%일 경우 발생한 최대침하량은 2.5mm로 R.Q.D가 0%일 경우 최대침하량과 비교시 5배 정도의 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 즉, R.
그 결과, 기초 침설심도가 깊어짐에 따라 아래로 볼록한 모양의 지반반력 분포 형태로 변화하고, 이러한 지반반력 분포형태는 Faber(1993)가 지중구조물에서 기존에 제안한 지반반력 분포와 동일한 결과를 나타내는 것으로 분석되었다.
해성퇴적토층에서 최대 접지압 분포는 모서리부에서 지반반력이 계속 증가하여 위로 볼록한 형태가 현저하게 나타나고, 풍화암 구간에서는 암반층으로 근입되면서 구속효과에 의한 주면마찰력의 증가로 인하여 선단부에 작용하는 하중이 상부 해성퇴적토층 보다 감소하여 전체적으로 최대 지반반력의 크기가 감소하면서 위로 볼록한 접지압 분포형태가 둔화 된다는 것을 알 수 있다. 그러나, 기반암 구간의 최대 지반반력을 풍화암층과 비교할 때 코너부에서 최대지반반력은 감소하였고, 일반부에서 최대지반반력은 증가하여 최대 접지압 분포가 아래로 볼록한 형태로 변한다는 것을 알 수 있다.
대상현장(II)에서 실시한 시험자료를 통하여 기초하중이 지반에 작용할 경우 기초와 지반사이 접지면에 발생되는 지반반력과 침하의 분포형태는 지반과 기초의 강성에 크게 영향을 받는 것을 알 수 있다. 즉, 강성기초의 경우 접지면에서 변위는 일정하게 발생되나 지반반력은 등분포로 발생되지 않는다.
066으로 분포되었다. 따라서, 발생침하량은 말뚝길이 증가에 비례하지 않고 다소 감소하는 경향을 나타내는 것으로 분석되었다.
상기 방법에 의한 분석결과 국내의 경우 말뚝선단이 연암층 또는 풍화암층에 근입되어 있으므로 침하가 작게 발생되기 때문으로 극한하중을 판정하기가 어려운 것으로 판단된다. 따라서, 잔류 침하량기준 분석법에 의하여 극한하중을 평가하는 것은 암반에 근입된 현장타설말뚝에 대해서는 적용성이 없는 것으로 분석되었다.
따라서, 전체침하량 기준에 의한 극한하중 평가는 적용성이 없는 것으로 분석되었으며, 국내의 경우 말뚝을 마찰 말뚝이 아닌 단단한 기반암에 근입되어 있는 선단지지말뚝으로 설계 시공되기 때문으로 판단되었다.
그러나, 위와 같이 풍화암층에 충분히 근입시켜 시공할경우 침하량은 연암층에 지지된 것과 유사하게 침하가 발생되므로 무리하게 연암층까지 말뚝을 계획할 필요가 없음을 알 수 있다. 따라서, 풍화대에 시공된 현장타설말뚝의 지지력도 연암층에 지지된 경우만큼 지지력이 충분히 확보될 수 있는 것으로 분석되었다.
따라서, 허용지지력 평가 시 항복하중에 의한 분석법에 비하여 극한하중에 의한 분석법이 허용지지력을 과대평가하고 있으므로 현장타설말뚝 허용지지력 평가 시 항복하중에 의한 분석법으로 허용지지력을 평가하는 것이 타당한 것으로 분석되었다.
또한, 기준침하량 분석법인 전체침하량 및 잔류침하량 기준에 의한 방법을 이용하여 극한하중을 평가한 결과 암반층과 같이 양호한 지층에 시공된 현장타설말뚝의 극한하중 평가에는 적용성이 없는 것으로 분석되었다.
43mm로 분석되었다. 또한, 하중침하량 곡선의 관계를 분석한 결과 침하량과 재하하중의 관계는 탄성거동 영역으로 가정시 직선 거동하는 것으로 나타났으며, 하중과 침하량의 관계를 직선으로 가정 할 경우 기울기의 최소값은 0.0035이며, 최대값은 0.0075로 평가되고, 평균 기울기는 0.0055로 분석되었다.
말뚝 선단부에서 조사된 R.Q.D는 0∼25% 범위에 주로 분포하며, R.Q.D가 증가할수록 발생침하량은 감소하는 것으로 분석되었다.
분석결과 국내에서 사용된 현장타설말뚝 길이는 11.1∼36.6m로, 침하량에 대한 말뚝길이 비는 최대 0.066으로 분포되었다.
8은 횡축에 재하하중을 도시하고 종축에 단계별 침하량을 도시한 결과이다. 분석결과 최대 재하하중은 1860tf 을 적용하였을 경우 발생하는 전체침하량은 12.98mm으로 분석되었고, 최소 재하하중은 800tf을 적용하였을 경우 발생하는 전체침하량은 5.43mm로 분석되었다. 또한, 하중침하량 곡선의 관계를 분석한 결과 침하량과 재하하중의 관계는 탄성거동 영역으로 가정시 직선 거동하는 것으로 나타났으며, 하중과 침하량의 관계를 직선으로 가정 할 경우 기울기의 최소값은 0.
분석결과 풍화암층에 근입된 경우 전체침하량은 3.15∼ 8.80mm, 잔류침하량은 0.25∼1.90mm 발생하였다.
5는 각 분석법에 의해 산정된 허용지지력을 도시한 결과이다. 이 결과 항복하중을 이용하여 산정한 허용지지력은 각 방법마다 약간의 허용지지력 차이가 발생하는 것을 제외하고는 서로 유사한 허용지지력으로 분포하는 것으로 나타났으나, 극한하중을 이용하여 산정한 허용지지력은 각 방법마다 허용지지력의 차이가 큰 것으로 나타났다. 특히, 극한하중 분석법 중 Chin 분석법은 허용지지력을 과대평가하는 것으로 나타났다.
이 결과에 의하면 세장비는 8.1∼30.5로 분포하며, 전체침하량은 세장비가 증가할수록 다소 감소하는 경향을 나타내고 있는 것으로 분석되나 잔류침하량은 세장비에 상관없이 일정한 값을 나타내는 것으로 분석되었다
정재하시험 사례는 설계하중에 대한 안정성 평가를 주목적으로 실시한 정재하시험 자료를 분석하였으며, 하중재하방식은 말뚝의 인발저항력 및 Earth Anchor 반력을 이용하는 방법이 많이 적용되었고, 다음으로 사하중을 재하하는 방법이 적용된 것으로 분석되었다. 본 연구대상 지역은 비교적 완만한 지형을 형성하고 있고.
D가 0%일 경우 최대침하량과 비교시 5배 정도의 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 즉, R.Q.D가 증가할수록 발생침하량은 감소하는 것으로 나타나고 있어 현장타설말뚝 침하 특성을 평가할 때 선단부의 R.Q.D를 고려하는 것이 타당할 것으로 판단된다. R.
12에 도시하였다. 지반반력 측정결과에 의하면 구조물 모서리부에서 최대 지반반력은 해성퇴적토층에서 313.0tf/m², 풍화암층에서 80.0tf/m², 기반암층에서 61.0tf/m²으로 나타났으며, 구조물 중앙부 부근에서 최대 지반반력은 해성퇴적토층에서 145.0tf/m², 풍화암층에서 48.0tf/m², 기반암층에서 92.0tf/m²로 분포하는 것으로 분석되었다.
해성퇴적토층에서 최대 접지압 분포는 모서리부에서 지반반력이 계속 증가하여 위로 볼록한 형태가 현저하게 나타나고, 풍화암 구간에서는 암반층으로 근입되면서 구속효과에 의한 주면마찰력의 증가로 인하여 선단부에 작용하는 하중이 상부 해성퇴적토층 보다 감소하여 전체적으로 최대 지반반력의 크기가 감소하면서 위로 볼록한 접지압 분포형태가 둔화 된다는 것을 알 수 있다. 그러나, 기반암 구간의 최대 지반반력을 풍화암층과 비교할 때 코너부에서 최대지반반력은 감소하였고, 일반부에서 최대지반반력은 증가하여 최대 접지압 분포가 아래로 볼록한 형태로 변한다는 것을 알 수 있다.

후속연구

(2) 둘째, 현장타설말뚝 침하 특성을 파악하기 위해 기존의 유사 사례현장을 분석하여 재하하중과 침하량에 관한 관계를 제시하였으며, 이는 향후 설계 및 시공시 말뚝의 침하특성을 평가하기 위한 경험식으로 유용하게 활용 가능할 것으로 판단된다. 또한, 기초 근입지반에대해 검토결과 풍화암층도 지지층으로 적용 가능한 것으로 분석되었으며, 선단 근입부의 R.
상기 분석결과는 국내에서 실시한 24개소의 기존 재하 시험 사례와 연구대상 현장(I)의 재하시험 분석 결과이므로, 조건이 유사한 현장타설말뚝의 침하특성을 평가하기 위한 경험식으로 유용하게 활용 가능할 것으로 판단된다

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인천공항 고속도로상의 연육교의 주탑기초 공법은 무엇인가?	본 연구대상 현장은 인천공항 고속도로상의 연육교로 이중 중간지점에 교량연장 550m, 중앙경간 300m, 측경간 125m의 현수교로 구성된 현장이며, 하부 주탑기초 공법으로 케이슨공법이 적용되었다. 주탑부를 대상으로 총 12개소의 지반조사를 실시한 결과 지층분포는 해성퇴적층, 풍화토, 풍화암, 기반암층 순으로 분포하고 있다.
	암반층 구간의 지반반력 특징은?	또한, 풍화암층에 기초가 근입될 경우 코너부의 지반반력은 급격히 감소하는 반면에 일반부 지반반력 분포는 거의 일정하므로 위로 볼록한 형태의 지반반력 분포 형태가 변화하게 된다. 암반층 구간의 경우 코너부 지반반력은 약간 감소하거나 일정한 분포형태를 나타내고, 일반부 지반반력이 지속적으로 증가하는 형태를 나타낸다.

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

연합인증