표제지

연구진

목차

요약문 18

ABSTRACT 19

제1장 서론 20

1.1. 연구 목적 20

1.2. 연구 내용 20

제2장 말뚝의 정적해석 22

2.1. 말뚝의 정역학적 지지력 추정식 22

2.1.1. 연직지지력 산정법 22

2.1.2. 인발저항력 산정법 36

2.1.3. 수평저항력 산정법 37

2.2. 말뚝의 정재하시험 39

2.2.1. 압축재하시험 39

제3장 말뚝의 동역학적 지지력 산정법 62

3.1. 항타공식에 의한 지지력 산정 62

3.1.1. 항타공식의 발전 62

3.1.2. 항타공식의 기본 이론 65

3.1.3. 여러 가지 항타공식 71

3.1.4. 기존 연구의 항타공식 신뢰성 81

3.1.5. 항타공식의 문제점 86

3.2. 파동방정식의 기존 이론 88

3.3. 동재하시험의 기본 이론 93

3.3.1. 기본이론 96

3.3.2. 지지력 산정 107

3.3.3. 항타에너지 산정법 124

3.3.4. 항타응력 산정법 128

3.3.5. 건전도 산정법 134

3.3.6. 동재하시험의 장·단점 137

3.3.7. 말뚝항타분석기(PDA)의 결과값 137

제4장 현장재하시험의 개요 140

4.1. 충청지역본부의 오창육교 140

4.2. 서해안 고속도로 3공구 현장 140

4.3. 수도권 외곽순환도로 8공구 현장 141

4.4. 수도권 외곽순환도로 11공구 현장 141

4.5. 신공항 고속도로 4공구 현장 141

제5장 동적해석방법을 이용한 말뚝 거동해석 142

5.1. 파동방정식 분석을 통한 말뚝항타 거동해석 142

5.1.1. 파동방정식 분석 방법의 개요 142

5.1.2. 파동방정식을 이용한 적용 프로그램 142

5.1.3. 파동방정식의 적용 144

5.1.4. 파동이론분석시 유의사항 146

5.1.5. WEAP 해석자료의 입력 149

5.1.6. PDA 및 CAPWAP 결과와의 비교 152

5.1.7. 파동방정식 해석결과 153

5.2. 동재하시험결과를 통한 말뚝 지지거동 분석 163

5.2.1. 동재하시험 개요 163

5.2.2. PDA 시험 및 CAPWAP 해석결과 163

제6장 정재하시험 결과를 이용한 말뚝의 지지거동 분석 192

6.1. 정재하시험시 하중전이 거동 계측 192

6.2. 정재하시험 수행 방법 193

6.3. 정재하시험 결과 분석 193

6.3.1. 정재하시험 결과 하중-변위 곡선 193

6.3.2. 허용지지력의 산정 결과 196

6.3.3. 하중전이 거동 계측 결과 197

제7장 현장재하시험 결과 분석 및 고찰 206

7.1. 정재하시험과 동재하시험 결과의 비교 206

7.1.1. 서해안 3공구 현장 206

7.1.2. 수도권 8공구 현장 207

7.1.3. 수도권 11공구 현장 208

7.1.4. 신공항 4공구 현장 209

7.2. 동재하시험 결과 해석시, 안전율 적용 210

7.3. 시간경과에 따른 지지력의 변화 213

7.3.1. 현장시험 결과 213

7.3.2. 시간에 따른 말뚝지지력의 변화에 대한 고찰 216

제8장 항타공식의 신뢰성 220

8.1. 시험 개요 220

8.2. 직타말뚝 220

8.2.1. 오창육교 224

8.2.2. 용암교 236

8.2.3. 방화대교 옹벽 241

8.2.4. 장수교 246

8.2.5. 타입말뚝에 대한 제안 식 248

8.3. 사전천공 말뚝 250

8.4. 기존의 항타공식에 대한 신뢰성 검토 256

8.5. N값에 대한 동적허용지지력 거동 260

8.5.1. 시험 개요 260

8.5.2. N값과 동적허용지지력 관계 260

제9장 항타말뚝 시공관리방안 264

9.1. 기존의 항타말뚝 시공관리 264

9.1.1. 적용공법 264

9.1.2. 항타장비의 선정 264

9.1.3. 항타높이 결정 272

9.1.4. 항타중 시공관리 276

9.1.5. 시험말뚝 278

9.1.6. 타입말뚝 기초 278

9.1.7. 지지력 관리 281

9.1.8. 타입말뚝의 말뚝자체 파손과 말뚝시공시의 조건 287

9.2. 새로운 항타말뚝의 시공관리방안 288

9.2.1. 개요 288

9.2.2. 말뚝의 항타 관입성 및 결정방법 288

9.2.3. 항타 지지력 기준 290

9.2.4. 항타말뚝 시공 관리 방안 290

제10장 결론 296

참고문헌 302

부록 I. 사진첩 306

도서정보 321

INFORMATION 322

판권기 323

표 2.1-1. 최대주면마찰력이 발휘하는 말뚝-흙의 상대 변위 23

표 2.1-2. 단단한 또는 매우 단단한 점성토에 항타된 말뚝의 부착력 계수(α) 24

표 2.1-3. 여러 가지 구조용 재료 및 흙이나 암에 대한 마찰각 δ 26

표 2.1-4. 사질토에서의 K값 28

표 2.1-5. 말뚝의 단위주면마찰력과 콘관입저항값과의 관계 31

표 2.1-6. API Code에서 추천하는 설계상수값 32

표 3.1-1. 경험측에 의한 말뚝의 동적지지력 식의 예 63

표 3.1-2. 말뚝의 항타공식의 예 64

표 3.1-3. 해머 종류에 따른 효율, eh[이미지참조] 73

표 3.1-4. 항타공식에 사용하기 위한 대표적인 반발계수, n 73

표 3.1-5. 반발계수, n 74

표 3.1-6. 반발계수, n 75

표 3.1-7. 미시간 말뚝 해석용 프로그램에 사용된 항타공식에 대한 안전율 범위 86

표 3.3-1. 힘과 입자속도의 부호 규약 100

표 3.3-2. CASE Damping 상수(jc)의 제안값[이미지참조] 110

표 3.3-3. CAPWAP 해석 방법 113

표 3.3-4. 동재하시험에서 측정된 에너지 전달율 128

표 3.3-5. 미 연방 도로국의 항타응력 규정 131

표 3.3-6. 건전도 지수(β)와 말뚝상태 관계 136

표 3.3-7. 중요한 항타분석기 계산 출력치 138

표 5.1-1. WEAP 해석을 위한 입력자료 143

표 5.1-2. 지반물성치의 추천값 149

표 5.1-3. 해머종류별 효율 151

표 5.1-4. 현장별 적용해머 153

표 5.1-5. CONSTANT CAPACITY 해석결과 159

표 5.1-6. BEARING CAPACITY 해석결과 160

표 5.1-7. WEAP, PDA, CAPWAP 해석결과의 비교(수정 지반물성값) 161

표 5.1-8. PDA 및 CAPWAP 해석결과를 반영한 WEAP 해석결과 162

표 5.2-1. PDA실시현장 및 시험말뚝 165

표 5.2-2. PDA시험결과 및 CAPWAP 해석결과 166

표 5.2-3. 시험현장별 말뚝사양 및 시험일자 167

표 5.2-4. PDA 및 CAPWAP 해석결과(수도권 8공구) 169

표 5.2-5. 시험현장 및 말뚝사양 174

표 5.2-6. PDA 및 CAPWAP 분석결과 175

표 5.2-7. 시간경과에 따른 지지력 변화(서해안 3공구) 176

표 5.2-8. 시험현장별 말뚝사양 및 시험일자 179

표 5.2-9. PDA 및 CAPWAP 결과(신공항 4공구) 180

표 5.2-10. PDA 및 CAPWAP 결과(신공항 4공구, SIP말뚝) 186

표 5.2-11. 시험현장별 말뚝사양 및 시험일자(수도권 11공구) 189

표 5.2-12. PDA 및 CAPWAP 결과(수도권 11공구) 190

표 6.3-1. 정재하시험 결과를 통한 허용지지력의 산정 196

표 7.2-1. 정재하와 동재하시험 결과의 허용지지력의 비교 212

표 7.3-1. 초기항타와 재항타시 말뚝 지지력 214

표 7.3-2. 지반조건에 따른 Setup Factor 제안 값 217

표 8.2-1. 말뚝머리와 캡사이의 일시적인 탄성침하량, Cc[이미지참조] 227

표 8.2-2. Hiley 공식으로 동적허용지지력을 구하기 위한 매개변수 값들 229

표 8.2-3. 시간경과에 따른 최종상태의 말뚝박기 종료작업시의 동적지지력... 231

표 8.2-4. 관입깊이에 따른 동재하시험과 항타공식에 의한... 231

표 8.2-5. 동재하시험을 기준으로 한 증가율(TEST3)(교대 A1) 232

표 8.2-6. 관입깊이에 따른 동재하시험과 항타공식에 의한... 234

표 8.2-7. 용암교 교대 A2의 항타장비와 말뚝의 제원 236

표 8.2-8. 깊이별 Hiley 공식의 동적허용지지력 237

표 8.2-9. 남왕교 교대 A1의 항타장비와 말뚝의 제원 238

표 8.2-10. 깊이별 Hiley 공식의 동적허용지지력 238

표 8.2-11. 항타수에 따른 강관말뚝의 근입깊이와 최종침하량 관계 239

표 8.2-12. 근입깊이에 따른 CAFWAP과 Davisson's Offset Method의 지지력 239

표 8.2-13. 방화대교 옹벽 말뚝기초의 항타장비와 말뚝의 제원 242

표 8.2-14. 깊이별 항타공식의 동적허용지지력(방화대교, 4공구) 242

표 8.2-15. PHC말뚝 단위중량 표 243

표 8.2-16. 근입깊이에 따른 관입량 244

표 8.2-17. 근입깊이에 따른 CAPWAP과 Davisson's Offset Method의 지지력 245

표 8.2-18. 장수교 교각 말뚝기초의 항타장비와 말뚝의 제원 246

표 8.2-19. 근입깊이별 CAPWAP과 Davisson's Offset Method의 지지력 247

표 8.2-20. 직타말뚝의 동적허용지지력 식(제안식) 249

표 8.3-1. 남왕교 교각에서 사용한 항타장비와 말뚝의 제원 251

표 8.3-2. 관입깊이별 항타공식의 동적허용지지력(남왕교, Pile-1) 252

표 8.3-3. 관입깊이별 항타공식의 동적허용지지력(남왕교, Pile-2) 252

표 8.3-4. 근입깊이에 따른 관입량 253

표 8.3-5. 근입깊이에 따른 CAPWAP과 Davisson's Offset Method의 지지력 253

표 8.3-6. 사전천공말뚝의 동적허용지지력 식(제안식) 255

표 8.4-1. 동적지지력공식들의 신뢰성 분포 비교 257

표 9.1-1. 항타기의 장단점 270

표 9.1-2. 해머 종류별 특징 271

표 9.1-3. 말뚝 종류별 해머선택 기준 272

표 9.1-4. 말뚝종류에 따른 허용타격응력 274

표 9.1-5. 타격횟수 기준 277

표 9.1-6. 1개의 말뚝항타에 필요한 타격회수 279

표 9.1-7. 타입말뚝공법의 시공기록부 281

표 9.1-8. 해머의 효율(e) 282

표 9.1-9. 반발계수(n) 283

표 9.1-10. 말뚝길이와 시공방법에 따른 보정계수(eo, ef)[이미지참조] 285

표 9.1-11. eo값에 따른 말뚝길이의 보정[이미지참조] 285

표 9.1-12. 유압해머를 이용한 항타정지관리 적용기준 286

표 9.1-13. 타입말뚝의 말뚝자체 파손과 말뚝시공시의 조건 287

그림 2.1-1. 비배수 전단강도와 부착력 계수(α)와의 관계 25

그림 2.1-2. 말뚝근입에 따른 경함상수 λ값 27

그림 2.1-3. 흙의 마찰각에 대한 임계근입비와 지지력 계수와의 관계 33

그림 2.1-4. 내부마찰각을 이용한 계수의 산정 38

그림 2.2-1. 압축재하시험 41

그림 2.2-2. B.S.8004 방법에 의하여 얻어진 하중, 침하량 및 시간 관계 43

그림 2.2-3. 여러 가지 압축재하시험의 요구 시간에 대한 비교 46

그림 2.2-4. 여러 가지 압축재하시험의 하중-침하량 곡선의 비교 46

그림 2.2-5. 항복하중과 극한하중 48

그림 2.2-6. Davisson's Method에 의한 파괴하중 산정법 51

그림 2.2-7. Chin's Method에 의한 극한지지력 산정법 52

그림 2.2-8. De Beer's Method에 의한 파괴하중 산정법 53

그림 2.2-9. Brinch Hansen's 90 Percent Criterion에 의한 파괴하중 산정법 54

그림 2.2-10. Brinch Hansen's 90 Percent Criterion에 의한 항복하중 산정법 55

그림 2.2-11. Mazurkiewicz's Method에 의한 항복하중 산정법 56

그림 2.2-12. Fuller and Hoy's Method에 의한 항복하중 산정법 57

그림 2.2-13. Vander Veen's Method에 의한 항복하중 산정법 58

그림 2.2-14. S - Log t 분석법 59

그림 2.2-15. dS/dLogt - P 분석법[이미지참조] 60

그림 3.1-1. 동적말뚝 관입시에 사용되는 중요 항 67

그림 3.1-2(a) 항타공식의 계산값과 실측값의 비교(1) 82

그림 3.1-3(b) 항타공식의 계산값과 실측값의 비교 83

그림 3.1-4(c) 항타공식의 계산값과 실측값의 비교 84

그림 3.1-3. 파동방정식 해석에 의한 극한지지력과 set-up이나... 88

그림 3.2-1. 탄성봉 내에서의 응력파 89

그림 3.2-2. 미소요소내의 응력변화 90

그림 3.3-1. 동재하시험기의 배치도 94

그림 3.3-2. 동재하시험 방법 및 결과 95

그림 3.3-3. 힘과 속도의 비례관계(Proportionality) 96

그림 3.3-4. 파동방정식의 해 99

그림 3.3-5. 말뚝선단에서의 힘의 상태 100

그림 3.3-6. 힘과 속도 파형 및 상향파와 하향파 101

그림 3.3-7. 지지력에 의한 상향파와 하향파의 발생 102

그림 3.3-8. 저항력에 의한 상향파 및 하향파 도달 과정 103

그림 3.3-9. 힘과 속도파에서 저항력 측정 모습 104

그림 3.3-10. 흙의 저항력 모델과 힘과 속도의 파형 105

그림 3.3-11. 전형적인 힘과 속도 파형의 예 106

그림 3.3-12. CASE 계산예 111

그림 3.3-13. Conceptual Flow Diagram of CAPWAP Method 112

그림 3.3-14. CAPWAP : Signal Matching 과정 114

그림 3.3-15. CAPWAP 해석 예 115

그림 3.3-15. CAPWAP 해석 예 116

그림 3.3-16. CAPWAP과 정재하시험의 하중-침하량 곡선 비교 117

그림 3.3-17. CAPWAP과 정재하시험의 극한지지력 비교 118

그림 3.3-18. 극한지지력비에 대한 확률밀도함수 118

그림 3.3-19. 재항타시 Set-up 현상 예 122

그림 3.3-20. 재항타시 Relaxation의 예 123

그림 3.3-21. Easy Driving의 경우 힘과 속도 파형 및 에너지 전달 126

그림 3.3-22. Hard Driving의 경우 힘과 속도 파형 및 에너지 전달 127

그림 3.3-23. 말뚝에 작용하는 순수인장력 포락선 129

그림 3.3-24. 최대 인장응력 산정 과정 130

그림 3.3-25. 램중량과 항타응력과의 관계 132

그림 3.3-26. 임피던스 변화 예 134

그림 3.3-27. 항타시 말뚝의 손상 과정 136

그림 5.1-1. 말뚝 항타관입성 분석결과(서해안 3공구) 155

그림 5.1-2. 말뚝 항타관입성 분석(수도권 8공구) 156

그림 5.1-3. 말뚝 항타관입성 분석(수도권 11공구) 157

그림 5.1-4. 말뚝 항타관입성 분석(신공항 4공구) 158

그림 5.2-1. Davisson's offset(PR7-76) 169

그림 5.2-2. Davisson's offset(PR7-TST) 170

그림 5.2-3. Davisson's offset(AUG#1) 172

그림 5.2-4. Davisson's offset(AUG#2) 173

그림 5.2-5. Davisson's offset(A#1) 175

그림 5.2-6. 시간경과에 따른 지지력 변화(A#1) 177

그림 5.2-7. 시간경과에 따른 지지력 변화(A#1) 178

그림 5.2-8. Davisson's offset(A#2 STATIC) 178

그림 5.2-9. Davisson's offset(PC#2) 181

그림 5.2-10. Davisson's offset(PC#2RE) 181

그림 5.2-11. Davisson's offset(BH-TST) 183

그림 5.2-12. Davisson's offset(BH-PHC) 184

그림 5.2-13. Davisson's offset(BH-PHC-RE) 184

그림 5.2-14. 시간경과에 따른 지지력 변화(BH-PHC) 185

그림 5.2-15. Davisson's offset(BH-SIP) 187

그림 5.2-16. Davisson's offset(BH-SIP-RE) 188

그림 5.2-17. Davisson's offset(PR#3) 189

그림 6.1-1. 변형율게이지 부착 위치 192

그림 6.2-1. 반력장치와 유압 잭을 이용한 재하장치도 193

그림 6.3-1. 서해안 3공구 정재하시험 결과(하중-변위 곡선) 194

그림 6.3-2. 수도권 8공구 정재하시험 결과(하중-변위 곡선) 194

그림 6.3-3. 수도권 11공구 정재하시험 결과(하중-변위 곡선) 195

그림 6.3-4. 신공항 4공구 현장 정재하시험 결과(하중-변위 곡선) 195

그림 6.3-5. 하중전이 거동(서해안 3공구) 197

그림 6.3-6. 지지력 분리 결과(서해안 3공구) 198

그림 6.3-7. 단위면적당 주면지지력(서해안 3공구) 199

그림 6.3-8. 하중전이 거동(수도권 8공구) 200

그림 6.3-9. 지지력 분리 결과(수도권 8공구) 200

그림 6.3-10. 단위면적당 주면지지력(수도권 8공구) 201

그림 6.3-11. 하중전이 거동(수도권 11공구) 202

그림 6.3-12. 지지력 분리 결과(수도권 11공구) 203

그림 6.3-13. 단위면적당 주면지지력(수도권 11공구) 204

그림 7.1-1. 정재하시험과 동재하시험 결과 비교(서해안 3공구) 207

그림 7.1-2. 정재하시험과 동재하시험 결과 비교(수도권 8공구) 208

그림 7.1-3. 정재하시험과 동재하시험 결과 비교(수도권 11공구) 209

그림 7.1-4. 정재하시험과 동재하시험 결과 비교(신공항 4공구) 210

그림 7.3-1. 재항타시 동재하시험 결과(서해안 3공구) 213

그림 7.3-2. PHC 말뚝에 대한 재항타시 동재하시험 결과(신공항 4공구) 215

그림 7.3-3. PC 말뚝에 대한 재항타시 동재하시험 결과(신공항 4공구) 216

그림 8.2-1. 시험지역의 시추위치평면도 221

그림 8.2-2. 재하시험 위치도와 기초평면도(교대 A1) 222

그림 8.2-3. 재하시험 위치도와 기초평면도(교대 A2) 223

그림 8.2-4. 오창육교 교대 A1에서 동재하시험과 확인지질주상도 224

그림 8.2-5. 교대 A2의 동재하시험과 지질주상도(풍화암 : N＝50/15 기준) 233

그림 8.2-6. 최종관입량에 따른 말뚝의 동적허용지지력 비교(오창육교) 235

그림 8.2-7. 최종관입량에 따른 말뚝의 동적허용지지력 비교(용암교) 240

그림 8.2-8. PHC말뚝의 단위길이당 무게 243

그림 8.2-9. 최종관입량에 따른 말뚝의 동적허용지지력 비교(방화대교 옹벽, PHC말뚝) 245

그림 8.2-10. 최종관입량에 따른 말뚝의 동적허용지지력(장수교, 강관말뚝) 247

그림 8.2-11. CAPWAP 해석(FS＝2.5)에 의한 직타말뚝의 동적허용지지력 거동 248

그림 8.2-12. Davisson's offset 방법(FS＝2.0)으로 구한 직타말뚝의 동적허용지지력 거동 249

그림 8.3-1. 사전천공말뚝의 E.O.I.D 실험 (남왕교, 프리보링말뚝) 250

그림 8.3-2. 최종관입량에 따른 사전천공말뚝의 동적허용지지력(남왕교) 254

그림 8.3-3. 사전천공말뚝의 CAPWAP 해석의 동적허용지지력 거동 255

그림 8.4-1. 최종관입량에 따른 동적허용지지력 거동 258

그림 8.5-1. SPT의 N치에 따른 말뚝의 동적허용지지력 비교(오창육교) 260

그림 8.5-2. 평균 N값에 따른 말뚝의 동적허용지지력 비교(오창육교 교대) 261

그림 9.1-1. 말뚝종류에 따른 해머 선정 도표 269

그림 9.1-2. 해머의 종류 270

그림 9.1-3. 항타과정 순서도 273

그림 9.1-4. 램의 허용낙하높이 275

그림 9.1-5. 말뚝종류에 따른 타격중지 램 낙하고 선정도표 예 275

그림 9.1-6. 편심타격의 원인들 276

그림 9.1-7. 항타기록지(Pile Driving Trace) 280

그림 9.1-8. 말뚝길이 보정 284

그림 9.2-l(a) 새로 제안한 항타말뚝의 시공관리 절차 293

그림 9.2-l(b) 새로 제안한 항타말뚝의 시공관리 절차 294

사진 1. 진동형 변형률게이지 설치(변형률게이지 선정을 위한 사전시험) 307

사진 2. 동재하시험 장비 및 진동형 변형률게이지 Read Out 준비 307

사진 3. 진동형 변형률게이지(변형률게이지 선정을 위한 사전시험) 308

사진 4. 접착형(방수) 및 용접형 전기저항식 변형률게이지(변형률게이지 선정을 위한 사전시험) 308

사진 5. 각 형식별 변형률게이지와 동재하시험 센서설치(변형률게이지 선정을 위한 사전시험) 309

사진 6. 온도보정을 위한 Dummy 게이지 및 전기저항식 변형률게이지 설치 도구... 309

사진 7. Dummy 게이지 방수 및 방충액 도포(수도권 외곽순환 고속도로 제8공구 남왕교 현장) 310

사진 8. 시험말뚝에 전기저항식 변형률게이지 설치... 310

사진 9. 변형률게이지 연결 케이블 고리 용접... 311

사진 10. 변형률게이지 설치를 위한 말뚝면 처리... 311

사진 11. 전기저항식 변형률게이지 설치... 312

사진 12. 보호채널 용접시 열전달에 의해 케이블 손상방지를 위한 물뿌리기... 312

사진 13. 변형률게이지 설치, 케이블 보호 및 물뿌리기 완료... 313

사진 14. 변형률게이지 보호용 채널 용접 완료... 313

사진 15. 항타시 케이블 망실 방지를 위한 보호기구... 314

사진 16. 항타시공 완료(서해안 고속도로 제3공구 용암교 현장) 314

사진 17. 항타시공 완료 후 여분의 보호채널 제거... 315

사진 18. 정재하시험을 위한 말뚝머리 처리(서해안 고속도로 제3공구 용암교 현장) 315

사진 19. 정재하시험을 위한 반력말뚝 준비... 316

사진 20. 정재하시험시, 전기저항식 변형률게이지 계측을 위한 Read Out 설치... 316

사진 21. 정재하시험(서해안 고속도로 제3공구 용암교 현장) 317

사진 22. 시항타말뚝의 동재하시험(서해안 고속도로 제3공구 용암교 현장) 317

사진 23. PHC 시항타말뚝의 동재하시험용 센서설치(신공항 고속도로 제4공구 방화대교 현장) 318

사진 24. PHC 시항타말뚝에 대한 동재하시험(신공항고속도로 제4공구 방화대교 현장) 318

사진 25. 선굴착 항타말뚝 시공 #1(신공항 고속도로 제4공구 방화대교 현장) 319

사진 26. 선굴착 항타말뚝 시공 #2(신공항고속도로 제4공구 방화대교 현장) 319

사진 27. 선굴착 항타말뚝에 대한 동재하시험(신공항 고속도로 제4공구 방화대교 현장) 320