[토질 및 기초] 제 9장. 기초(말뚝의 지지력/부마찰력과 군말뚝/피어 기초(Pier foundation))#2

 4. 말뚝의 지지력

  ※깊은 기초(말뚝기초)의 지지력 산정방법

  (1)정역학적 공식

   1)Terzaghi의 공식

    ①극한지지력: 극한지지력은 선단지지력, 주면마찰력으로 이루어진다.

    (여기서, Q_u: 말뚝의 극한지지력(t), Q_p: 말뚝의 선단지지력(t), Q_f: 말뚝의 주면마찰력(t), q_p: 말뚝 선단의 극한지지력(t/m^2), A_p(=pi D^2/4): 말뚝의 선단지지단면적(m^2), f_s: 말뚝 주면의 평균마찰력(t/m^2), A_s(=uL=pi D L): 말뚝의 주면적(m^2))

    ※u=주면저항, f_s는 단위 면적(1m^2)당 마찰력이다.

    ②허용지지력

   2)Meyerhof의 공식(실기)

    ①극한지지력

    (여기서, N_p: 말뚝 선단지반(모래 지반)의 N치, bar(N_s): 말뚝 둘레의 모래층의 평균 N치, bar(N_c): 말뚝 둘레의 점토층의 평균 N치)

    ②말뚝 둘레의 모래층의 평균 N치(bar(N_s))

   3)정역학적 지지력 공식의 안전율 F_s=3이다.

 

  (2)동역학적 공식(항타 공식)

   :일-에너지 이론 즉, 말뚝에 가해진 에너지와 말뚝이 한 일은 같다는 조건으로 추정한다.

   1)Engineering news 공식

    ①Drop hammer의 극한지지력

    ②단동식 Steam hammer의 극한지지력

    (여기서, W_h: hammer의 중량(t), H: 낙하고(cm), S: 타격당 말뚝의 평균관입량(cm))

   2)Sander의 공식

    ①극한지지력

 

  (3)말뚝의 재하시험에 의한 방법

   1)개요: 재하시험에 의하여 말뚝의 지지력은 가장 실제에 가까운 값을 구할 수 있다.

종류		안전율
정역학(3)		3
동역학적	Hiley	3
	Engineering news	6
	Sander	8
말뚝재하시험		3

 

 5. 부마찰력과 군말뚝

  (1)부마찰력

   1)개요

    ①연약지반에 말뚝을 박은 다음 성토한 경우에는 성토하중에 의하여 압밀이 진행되어 말뚝 주면 침하량이 말뚝의 침하량보다 상대적으로 클 때 말뚝의 주면에 발생하는 (-)의 마찰력을 부주면마찰력이라 한다.

    ②부마찰력의 크기는 흙의 종류와 말뚝의 재질뿐만 아니라 말뚝과 흙의 상대적인 변위속도에 의존한다. 연약한 점토에 있어서는 상대변위속도가 클수록 부마찰력이 크다.

   2)극한지지력(정역학적 해석)

    (Q_p: 말뚝의 선단지지력(t), Q_ns: 부마찰력(t))

    즉, 부주면마찰력에 의해 극한지지력이 감소한다.

   3)부주면마찰력

    ①점토지반의 단위면적당 부주면마찰력

    (여기서, q_u: 일축압축강도)

   ②부주면마찰력(Q_ns)

    (여기서, A_s: 연약층 내의 말뚝주면적(Ul_s), f_ns: 단위면적당 부주면 마찰력)

 

  (2)군말뚝

   1)판정기준: 지반 중에 박은 2개 이상의 말뚝에서 지중응력이 서로 중복되는 경우 군항으로 판정한다.

    (여기서, D_0: 군말뚝의 최대중심간격, r: 말뚝의 반지름, L: 말뚝의 관입깊이)

    ①만약, S<D_0이면 군말뚝이다.

    ②만약, S>D_0이면 단말뚝이다.

    (여기서, S는 말뚝 중심간격이다.)

   2)군말뚝의 허용지지력

    ①phi각

    ②효율(Converse-Labarre) 공식

    (여기서, S: 말뚝 간격(m), D: 말뚝 지름(m), m: 각 열의 말뚝수, n: 말뚝 열의 수)

    ※m과 n은 바꿔 대입 해도 됨

    ③군말뚝의 허용지지력

    (여기서, E: 군말뚝의 효율, N_t: 말뚝의 총 개수(m*n), Q_a: 말뚝 1개의 허용지지력)

 

  6. 피어 기초(Pier foundation)

  (1)개요: 말뚝기초가 비교적 가늘고 긴 말뚝을 타격이나 진동으로 때려 박아서 견고한 지반에 도달하게 하는 데 비하여, 피어기초는 시공 전에 75㎝ 이상의 수직공을 굴착한 뒤 현장에서 콘크리트를 타설하여 구조물의 하중을 지지층에 전달하도록 하는 공법이다.

 

  (2)피어 기초의 특징

   1)무소음, 무진동 공법이므로 시가지 공사에 적합하다.

   2)히빙이나 진동을 일으키지 않는다.

   3)말뚝의 타입이 곤란한 곳도 기계 굴착에 의해 시공이 가능하다.

   4)수평력에 대한 휨강도의 저항성이 크다.

   5)인력굴착시 선단지반과 콘크리트와의 밀착을 잘 시켜서 선단지지력을 확실히 할 수 있고 토질조사가 용이하다.

 

  (3)피어 기초의 종류

   1)Gow 공법

    ①흙막이로서 강제 원통을 사용하는 공법이다.

    ②연약한 지반에 적당하다.

    ③인력 굴착을 한다.

   2)Chicago 공법

    ①수직흙막이판으로 흙막이한 다음 굴착하는 방법이다.

    ②굳기가 중간정도의 점토에 이용한다.

    ③인력 굴착을 한다.

   3)Benoto 공법

    ①개요: 프랑스 Benoto사에서 개발한 공법으로 케이싱 튜브(Cassing tube)를 땅 속에 압입하면서 해머 그래브(Hammer grab)라는 굴착기로 굴착하여 케이싱 내부에 콘크리트를 타설한 후 Cassing tube를 끌어올려 현장 타설 콘크리트 말뚝을 만드는 all cassing 공법이다.

    ②특징

장점	단점
·암반을 제외한 모든 토질에 적용이 가능하다. ·무소음, 무진동 공법이다. ·배출되는 흙으로 지질상태를 확인할 수 있다. ·15DEG정도의 경사말뚝의 시공이 가능하다. ·토사의 붕괴나 여굴을 방지할 수 있다. ·Heaving, Boiling 우려가 없다.	·Cassing tube를 뽑을 때 철근이 따라 나오는 공상현상의 우려가 있다. ·기계가 대형이고 고가이다. ·넓은 작업장(20m^2 이상)이 필요하다. ·지하수 처리가 어렵다. ·굴착속도가 느리다.

    8. 구조물의 침하 ⇒ 제 3장 5. 지중응력에서 다룸