[논문]항타장비의 성능평가 연구

홍헌성; 이명환; 조천환; 김성회; 전영석

[국내논문] 항타장비의 성능평가 연구
A Study on Hammer Performance Evaluation 원문보기

홍헌성 ((주)파일테크) , 이명환 ((주)파일테크) , 조천환 ((주)파일테크) , 김성회 ((주)파일테크) , 전영석 ((주)파일테크)

The performance of a hammer/driving systems is a major factor which affects bearing capacity and integrity of installed piles. Hammer performance can be evaluated from the results of dynamic pile testing using Pile Driving Analyzer(PDA). By comparing the rated energy with measured maximum transferred energy(EMX), the energy transfer ratio(ETR) can be calculated. This paper based on the dynamic measurements of 442 cases in 130 piling projects and evaluated ETR according to the hammer types(hydraulic and drop hammers) and pile types(steel and concrete piles).

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문제 정의

본 논문에서는 최근 5년간 국내 130개의 말뚝 시공 현장에서 이루어진 442회의 동재하시험 결과를 토대로 해머 종류별, 말뚝 종류별 에너지 전달률률 측정 결과를 조사하여 분석, 평가하였다. 또한 말뚝 시공 시 항 타 장비의 문제점이 발생한 사례 및 항 타 장비 관련 시공관리사례를 제시하였다.
동재하시험은 현장 시 방서에 따라 지지력 확인 및 항타 장비의 성능측정을 목적으로 실시되었으며 측정된 에너지 전달률은 그림 9에서 보는 바와 같이 큰 편차 없이 일정하게 유지되고 있다. 본 현장에서는 동재하시험시 실측된 타격 에너지와 지지력을 항타공식 에 적용 상관관계를 도출하여 시공되는 모든 말뚝에 대해 신뢰성 있는 지지력 확인이이 이루어졌다.

제안 방법

본 논문에서는 최근 5년간 국내 130개의 말뚝 시공 현장에서 이루어진 442회의 동재하시험 결과를 토대로 해머 종류별, 말뚝 종류별 에너지 전달률률 측정 결과를 조사하여 분석, 평가하였다. 또한 말뚝 시공 시 항 타 장비의 문제점이 발생한 사례 및 항 타 장비 관련 시공관리사례를 제시하였다.
유압 해머는 현재 국내 말뚝 공사 현장에서 직항 타 또는 선 굴착 후 항타시 가장 많이 사용되는 것으로 단동식(single acting, 자유낙하식)과 복동식(double acting, 강압식)으로 구분되며 국내에서는 대부분 단동식(자유낙하식)이 사용되고 있다. 따라서 본 논문에서는 국내에서 가장 많이 사용되는 자유 낙하식 유압 해머와 드롭해머에 대해서만 조사하였으며 이들에 대한 해머 장치 도를 그림 2에 도시하였다.
본 논문에 소개된 항타 에너지 측정 결과는 국내 130개소 현장에서 442개소 말뚝에 대해 최근 5년간 실시된 PDA를 이용한 동재하시험 결과를 토대로 작성되었다. 즉정 대상 말뚝 종류는 기성 콘크리트말뚝 (PHC 및 PC 말뚝), 강관 말뚝, 현장 타설 콘크리트 말뚝이며 기성 말뚝은 항타 시공성(driveability) 측정을 위해 항타와 병행시험(E.O.I.D. : End of Initial Driving)시 항 타 응력, 지지력, 건전도 등과 함께 측정하였으며 현장 타설 말뚝은 콘크리트양생이 완료된 후 지지력 확인을 위한 동재하시험시 측정하였다、이상 측정 개요를 표 1에 정리하였으며 에너지 전달률 측정결과를 표 2 및 그림 3~그림 7에 도시하였다.
4X12(t)mm 강관 말뚝이며 해머는 램중량 lOton 유압해머를 사용하였다. 램 낙하고는 시험시공 시 동 재하시험 결과를 토대로 1.0m로 고정하여 항타하였으며 최초 장비반입 시 해머 쿠션의 재질 및 두께, 헬멧(캡포함) 상태, 낙하고 조절 장치 등을 확인/기록한 후 공사 기간 동안 일정한 주기(항타 시간을 기준으로 100시간, 또는 이상 발견 시)로 육안 확인하여 이상 발견 시 수리 또는 교체하였다. 동재하시험은 현장 시 방서에 따라 지지력 확인 및 항타 장비의 성능측정을 목적으로 실시되었으며 측정된 에너지 전달률은 그림 9에서 보는 바와 같이 큰 편차 없이 일정하게 유지되고 있다.

대상 데이터

본 논문에 소개된 항타 에너지 측정 결과는 국내 130개소 현장에서 442개소 말뚝에 대해 최근 5년간 실시된 PDA를 이용한 동재하시험 결과를 토대로 작성되었다. 즉정 대상 말뚝 종류는 기성 콘크리트말뚝 (PHC 및 PC 말뚝), 강관 말뚝, 현장 타설 콘크리트 말뚝이며 기성 말뚝은 항타 시공성(driveability) 측정을 위해 항타와 병행시험(E.
그림 9는 동일현장에서 약 3개월의 말뚝 공사 기간 동안 에너지 전달률을을 측정한 결과이다. 말뚝은 0406.4X12(t)mm 강관 말뚝이며 해머는 램중량 lOton 유압해머를 사용하였다. 램 낙하고는 시험시공 시 동 재하시험 결과를 토대로 1.

성능/효과

각 해머별, 말뚝 종류별 말뚝에 전달된 에너지 전달률 측정 결과 유압 해머가 드롭해머에 비해 높은 것으로 나타났다. 이와 같은 원인은 2.
1) 유압 해머로 강관 말뚝 및 기성콘크리트 말뚝을 항타할 때 측정된 에너지 전달률은 각각 50%~90%, 30%~90%의 범위를 나타내었으며 이들의 평균은 각각 80% 및 74% 정도로 측정되었다.
2) 드롭해머로 기성 콘크리트말뚝을 항타할 때 측정된 에너지 전달률은 10%~70%의 범위를 나타내었으며 평균값은 50% 정도로 측정되었다.
3) 전체적으로 유압 해머가 드롭해머에 비해 에너지 전달률이 높게 나타났는데 이는 기계적 특성차이때 문인 것으로 판단된다. 또한 강관 말뚝 말뚝에 전달된 에너지 전달률은 콘크리트 말뚝에 비해 높게 나타나고 편차는 작게 나타났는데 이는 말뚝 쿠션의 사용 여부가 주된 원인인 것으로 판단된다.

후속연구

4) 본 논문에서 제시된 에 너지 전달률 측정 결과는 파동 이론분석 시 계산된 값과 비교를 통하여 해머 효율 의 조정 등 참고자료가 될 수 있을 것으로 판단되며 현장에서 실제 측정된 에너지 전달률 결과와 비교하여 해당 장비의 성능에 대한 개략적인 판단기준이 될 수 있을 것으로 판단된다.
5) PDA를 이용하여 해머의 성능측정뿐만 아니라 공사기간중 육안검사 등 주기적으로 항타 장비를 관리할 경우 신뢰성 있는 말뚝 품질을 확보할 수 있을 것으로 예상된다.

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