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O 연직말뚝 재하방식 종류
| 구분 | 주변 말뚝을 사용 | 반력 Anchor 사용 | 실하중재하 |
| 개요 | 시험 말뚝 주변의 말뚝 반력을 이용하여 재하하는 방식 | 시험 말뚝 주변에 앵커를 시공하고 앵커의 반력을 이용하는 방식 | 시험 말뚝 주분에 견고한 받침대와 빔을 설치하고 빔위에 중량물을 적재하여 시험하는 방식 |
| 설치시간 | 1~2시간 | 1~2시간 | 6~8시간 설계하중에 따라 시간이 늘어남 |
| 경제성 | 단가가 가장 저렴 | 시험비용 + 반력Anchor 시공비 (고비용) |
중량물을 현장에서 구하기 쉬운현장이라면 저렴 (ex, 제철소나 공장) |
| 안전성 | 작업공정이 간단하고 안전 | 작업공정이 간단하고 안전 | 재하시험 중 중량물의 전도, 낙하와 지반침하로 인한 전도 가능성이 큼 (견고한 지반에서 실시) |
| 적용성 | ①말뚝의 마찰력이 충분할 때 적용 ②주변 말뚝의 배치가 좌우대칭인 곳에서 시험 |
①말뚝의 근입심도가 짧거나 주면②마찰력이 적은 경우에 적용 ③외말뚝인경우 적용 중량물을 이용하기 곤란할때 적용 |
①재하물을 쉽게 구할 수 있는 경우에 적용 |
| 장점 | ①작업 공정이 간단하고 공기를 절약할 수 있음 ②공배치가 조밀한 아파트 현장에서 많이 이용 |
①시험 말뚝 위치에 관계 없이 시험이 가능 | ①시험 말뚝 위치에 관계 없이 시험이 가능 ②가장 정확한 재하방식 |
| 단점 | ①시험말뚝 배치로 인해 제한적 ②반력말뚝의 주면마찰력이 부족할때 인발되어 실패할 수 있고, 실패시 기성말뚝을 재시공해야하는 단점이 있음 |
①비용이 매우 고가이고 반력Anchor 양생 소요기간으로 인해 후속공정에 영향을 줌 ②앵커 시공이 확실치 않으면 실패할 가능성도 있음 |
①중량물의 전도 등의 안전상의 위험이 많음 |
| 국 가 | 계획최대하중 |
| ISSMFE(국제토질기초공학회 | 설계하중의 2배 여유가 있으면 설계하중의 0.1배를 추가 |
| ASTM | 단항 : 설계하중의 200% 군항 : 설계하중의 150% |
| DIN | 한계하중이 구해질때까지 |
| FRANCE | 설계하중의 1.5배 이상, 2배를 추천 |
| SWISS | 사용하중의 1.5배(지반파괴까지) |
| CHINA | 공사용 말뚝시험 : 설계하중의 1.2 ~ 1.5배 역학적 시험 : 파괴하중 |
| POLSKA | 파괴하중(설계하중의 3배) 또는 허용하중의 2배 |
| MEXICO | 설계하중의 2배 이상 |
| 일본 토질공학회 | 예상되는 극한지지력 이상 설계하중 × 안전율 이상 |
O 연직말뚝 재하방식 종류
말뚝의 압축재하시험방법을 다음과 같이 살펴보자
| 항목 | 하중단계 | 재하하중유지 | 종료하중 | 재하하중 | 관련기준 | 비고 |
| 완속재하시험 | 8단계(설계 하중의 25%, 50%,75%, 100%,125%, 150%,175%, 200%) |
말뚝머리 침하율이 시간당 0.25mm이하 (최대 2시간) |
설계하중의 200%에서 침하율이 시간 당 0.25mm 이하시12시간 0.25mm이상인 경우 24시간 유지 |
설계하중의 25%씩 단계별로 1시간씩 간격을 두어 재하 |
ASTM D 1143-81 |
KS F 2445-87 |
| 급속재하시험 | 각 단계의 하중이 설계 하중의 15～25% |
각 단계별 2.5～15분 (보통 5분) 유지 하고, 2～4차례 침하량 기록 |
극한하중 또는 허용범위까지 재하 후 2.5～ 15분 유지 |
4번 정도 나누어 5분씩 유지 하면서 재하 |
New York State DOT, FHA, ASTM D 1143-81 (optinal) |
KS F 2445-87 |
| 하중증가 평형시험법 |
각 단계의 하중이 설계 하중의 15-25% |
각 단계에서 5～15분 유지한 후 하중-침하량 이 평형 상태에 도할 때까지 하중 방치하여 이 단계에서 다음 단계의 하중을 재하 |
최종 시험하중 | Mohn et al (ASTM의 변형) |
||
| 일정침하율 시험법 |
단계별로 일정 침하율 (0.25～ 2.5mm/min내) 이 된 후 다음 단계 재하 |
점성토 0.25～ 1.25mm/min 사질토 0.75～ 25/min |
최종 시험하중 또는 총 침하량 50～75mm, D의 15% |
총 하중재하 재하 후 1시간 기록 |
ASTM D 1143-81 (optinal), N.Y.DOT, Swedish Pile Commission |
KS F 2445-87 D는 말뚝의 직경 또는 대각선길이 |
| 일정침하율 시험법 |
침하량이 D 의 1% 정도 되는 하중을 각 단계별 하중으로 결정 |
소정의 침하량이 나 재하하중 변화율이 시간당 총 재하하중의 1% 미만에 이를 때 |
총 침하량이 D의 10%에 도달할 때 |
4번 정도 나누어 재하하되, 각 단계의 리바운드율 이D의0.3% 이내가 된 후 재하 |
ASTM D 1143-81 (optinal) |
KS F 2445-87 D는 말뚝의 직경 또는 대각선 길이 |
| 반복하중 재하 시험법 |
표준재하 방법과 동일 |
50,100,150% 하중 단계에서 1시간씩 하중을 유지시키고 나머 지 하중 단계에 서는 20분유지. 하중이 완전히 제하되면 50% 씩 단계재하하되 20분씩 유지 |
표준재하 방법과 동일 |
표준재하 방법과 동일 |
ASTM D 1143-81 (optinal) |
KS F 2445-87 |
| 일정시간 간격 재하법 |
설계하중의 20%씩 재하 |
각 하중단계 당 1시간씩 유지 |
표준재하 방법과 동일 |
설계하중의 20%씩재하 하되 각 단계별 1시간씩 유지 |
KS F 2445-87 |
위에서 설명한 시험방법 중에서 표준재하방법은 매우 긴 시간이 소요된다는 것이(보통 30내지 70 시간) 가장 큰 결점이며 또한 안전침하율(Zero settlement) 기준인 시간당 침하량 0.25mm도 환산하여보면 2.19meter/year가 되어 대단히 잘못 인식되어 있는 것을 알 수 있다.
따라서 안전침하율 기준에 따라 각 하중재하 단계에서 경과시간을 조절하는 것은 별 의미가 없으면 실제로 각 하중단계마다 “동일한” 시간을 유지하는 것이 더 중요하다고 할 수 있다.
이런 인식 하에서 제안된 방법이 “급속재하방법”으로서 New York State Department of Transportation, The Federal Highway Administration 및 ASTM 1143-81(Optional)에 의해 권장 되고 있다.(깊은 기초, 한국지반공학회, P.278)
| 구 분 | 비 고 | |
| 하중단계수 | 14 단계 | |
| Cycle | 2 Cycle | |
| 계측시간 | 최초하중단계 | 0-1-2-3-4-5-10-15-20분 |
| 반복하중단계 | 0-1-2-4-5-10 이후는 다음하중단계로 올리기 직전 | |
| 0 하중단계 | 0-1-2-3-4-5-10-15-20분 | |
| 단계별 재하하중 (ton) |
재하 최대하중 : 200ton | |
| 1 Cycle : 0 - 25 - 50 - 75 - 100 - 50 - 0 2 Cycle : 0 - 50 - 100 - 125 - 150 - 175 - 200 - 100 - 0 |
||
| 기타 | ① 재하시험시 시간은 침하량에 따라 변경될 수 있음 ② 재하단계 및 Cycle 수는 변경될 수 있음 |
|
O 성과 분석
1) 항복하중 결정법
항복하중 결정법에는 다음과 같은 방법이 있으며 이들 결과를 종합하여 항복하중을 결정한다.
① 하중(P)-침하량(S)곡선법
재하중(P)와 이에 대응하는 전(全)침하량(S)을 일반 그래프 용지에 PlotPlot 하였을 때 곡선이 가 장 크게 변했을 때의 하중을 항복하중으로 결정한다.
그러나 이 곡선의 변곡점을 구하기가 매우 곤란할 때가 많다.
② log P - log S 곡선법
재하중(P)와 이에 대응하는 전침하량(S)을 양대수 그래프에 Plot하면 절선이 생기는데 이 절선에 대응하는 하중을 항복하중으로 한다.
이 곡선법은 간단하므로 많이 사용된다.
③ S - log t 곡선법
시간(t)에 따른 침하량(S)을 각 단계 하중(P)별로 반대수 그래프에 Plot하여 연결하면 각 단계 하중에 대한 S -log t 곡선중 하중이 증가함에 따라 직선상(狀)에서 상향(上向)으로 요(凹)형 이 되든가 또는 급절(急折)하는 하중을 구하여 이것을 항복하중으로 한다.
2) 극한하중 판법
파괴에 대하여 안전하도록 하는 지지력 개념의 설계에서는 파괴를 유발하는 극한지지력을 구하고 비교적 높은 2.0～3.0의 안전율을 적용한다. 지지력 개념의 설계는 극한 지지력의 확인에 의하는 것이 가장 바람직하며, 이 개념은 우리나라 건설부 제정 “구조물 기초설계 기준”에도 명시되어 있다. 또한, 각종 문헌에서도 아래표와 같이 극한 지지력을 기준으로 할 것을 제안하고 있다.
극한상태의 정의는 하중의 증가 없이 침하량이 무한대로 증가하는 상태이지만 대부분의 말뚝 재 하시험에서는 이와 같은 이론적인 극한지지력은 확인이 되지 않는다.
따라서, 인위적인 침하량에 도달하면 그때의 하중을 극한하중으로 인정하는 방법이 보다 폭넓게 적용되고 있다.
| 각국의 극한하중 결정방법 | 내 용 |
| 일본 건축학회 기준 | 극한하중 또는 극한하중이 명확하지 않은 경우는 말뚝직경의 10% 침하 시의 하중(또는 잔류침하량 기준인 경우는 말뚝 직경의 2.5%) |
| 영국(CP 2004) | 극한하중 또는 항두침하가 말뚝직경의 10% 일 때의 하중 |
| 캐나다 건축기준법 | 잔류침하량이 25mm 일때의 하중 |
| 미국 ASTM | 하중 11ton당 침하량이 1.27mm 또는 하중 11ton당 잔류침하량이 0.76mm 일 때의 하중 |
| 독일 DIN | 극한하중 또는 침하량 기준 (현장타설말뚝은 총 침하량이 20mm 일때의 하중, 항타말뚝은 잔류침하량이 직경의 2.5%일 때의 하중). 상기 기준이 만족스럽지 않을 경우는 최대하중을 항복하중으로 간주 |
| 스웨덴 | 극한하중(P), 또는 0.9P의 침하량을 S라고 할 때, P의 침하량이 2S일 경우의 하중(Hansen의 90% Method) |
① 전침하량에 의한 분석법
말뚝의 극한하중이 말뚝선단의 침하량에 관련한다는 것은 주의 사항이며, 따라서 말뚝 선단의 침하량을 규정하여 이에 대응하는 하중을 극한하중으로 결정한다면, 이것은 단순하면서도 명확 한 방법이다.
그러므로, 이 방법은 세계적으로 광범위하게 사용되고 있다.
극한하중에 대응하는 말뚝침하량의 규정치는 다음<표 4.2>와 같이 각 나라 기관 및 연구자에 따라 여러 가지 관점으로 불 일치되고 있다.
영국기초공법규격(CP. 1972및 1975), 스웨덴 규준과 Johnson and Kavangh, Capper and Cassie, Whitaker, Darid및 Tomlinsos등은 말뚝 직경의 10%에 해당하는 침하가 일어나는 하중 을 극한하중 또는 파괴하중이라고 하고 있다.
또, Terzaghi and Peck (1967), Touma and Reese (1974)이 제안치의 홀란드 및 New York 시 규준은 25.4mm 침하 시의 하중을 극한하중으로 정하고 있다.
| 기준명 또는 제안자 | Su(mm) | 허용지지력을 구할때의 안전율 | 비고 |
| 독일 DIN 4014 | 20 | ||
| 프랑스 | 20 | ||
| 벨기에 | 20 | ||
| 체코슬로바키아 | 15~20 | 2 | |
| 오스트리아 | 25 | ||
| 네덜란드 | 25.4 | ||
| 뉴욕시 기준 | 25.4 | ||
| 인도 IS 2911기준 | 12 | 1.5 | |
| Muns | 20 | ||
| Tezaghi and Peck(1967) | 25.4 | 1.5 | |
| WoodWard(1972) | 12.7 ~ 25.4 | 1.5~2 | |
| Touma and Reese(1974) | 25.4 | ||
| 중국 협서성 도로연구소(1973) | 60 | 대구경 현장타설말뚝 | |
| 중국 도로연구원(1976) | 40 | 대구경 현장타설말뚝 | |
| 중국 북경시 말뚝기초연구소 | 15~20 | 2 | 소구경 현장타설말뚝 |
| 일본 구건축학회 기준 | 25(항복하중) | 2 | 현장 타설말뚝 |
| 일본 토질공학회(1971) | 25(항복하중) | 2 | |
| Johnson(1973) | < 0.1D | ||
| 영국 기초공업 기준(1975) | < 0.1D | ||
| Capper and Cassie | < 0.1D | ||
| Darid | < 0.1D | ||
| Tomlinson | < 0.1D | ||
| Whitaker | < 0.1D | ||
| 특기사항 | D는 말뚝의 직경임 | ||
② 잔류침하량에 의한 분석법
말뚝의 길이가 길고, 재하하중이 큰 경우 지반 및 말뚝본체의 탄성적인 변형 중에는 특히 말뚝의 탄성변형이 차지하는 비율이 크다.
이러한, 탄성변형량을 포함하는 전침하에서 극한하중을 구한다는 것은 문제가 있으므로 전침하 량에서 탄성변형량을 뺀 잔류침하 즉, 소성침하에 의하여 극한하중을 판정하는 방법이다.
R.D.Chellis는 하중-잔류침하 변형곡선에서 급변하는 점의 하중을 극한하중이라고 판정하고 있으며,, 미국의 통일시공규준과 New York시 시공규준에서는 하중 ton당 잔류침하(Sr)가 0.254mm 즉 Sr/P가 0.254mm로 되는 하중을 극한하중으로 판정하고 있다.
| 기준명 또는 제안자 | Su(mm) | 허용지지력을 구할때의 안전율 |
비고 |
| 독일 DIN 4026 규준 | D의 2.5% | 타입말뚝 | |
| 미국 | D의 2.0% | ||
| 일본 건축기초구조 설계기준 | D의 2.5% | 3 | 타입말뚝 |
| 덴마크기초실용기준(DS-415-1965) | D의 1.0% | ||
| 미국 도로설계기준(1958) | 6.3 | ||
| 미국 AASHITO 기준 | 6.3 | ||
| 미국 루이지아나 도로국 | 6.3 | 2 | |
| 미국 보스톤 건축기준 | 12.7 | 2 | |
| 인도 IS 2911 기준 | 6 | 1.5 | |
| 캐나다 건축기준(1960) | 25 | ||
| 파리 Veritas 사무소(1964) | 20 | 2 | |
| Mahnel(1948) | 8 | ||
| Mansur and Kaufman | 6.3 | ||
| WoodWard(1972) | 12.7 | 1.5 | |
| 비 고 | D는 말뚝의 직경임 | ||
3) 허용지지력의 결정
일반적으로 허용지지력은 설계자가 하중조건, 침하조건, 현지조건 등을 종합적으로 판단하여 결 정하는바 재하시험 결과에 의해서 허용지지력을 구할 때는 다음 각 조항에 만족하는 최소값을 택 하게 된다.
① 항복하중의 1/2 이하
② 극한하중의 1/3 이하
③ 상부구조물에 따라 정한 허용침하량에 상당하는 하중이하
④ 침하량에 의해 구한 하중 1/2 이하
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