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알앤디파트너-해석, 시뮬레이션, 구조계산, 구조검토, 건축환경분석, 풍동실험, 지반조사, 지하탐사, 02-2057-2564
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- 지하안전평가/토목설계감리/지질조사.물리탐사 사업분야
1. 정재하시험(KS F 2445기준)
말뚝재하 시험에는 정재하시험과 동재하시험이 있으며 정재하시험에는 압축 정재하시험, 인발 정재하시험, 수평정재하시험이 있고, 동재하시험에는 초기항타시험과 재항타시험이 있다.
정재하시험은 말뚝에 정적인 하중을 가하여 시험말뚝의 저항을 측정하는 방법으로서 시험위치에 대한 정밀한 지반 및 토질조사가 선행되어야 한다. 시공할 말뚝에 대해서 실제로 사용되는 상태, 또는 그것에 가까운 상태에서의 말뚝 하중-변위량 관계등 말뚝지지력 판정의 자료를 얻는것과 정해진 설계연직지지력의 타당성을 확인하는데 목적이 있다. (6~8시간 소요)
1) 압축재하시험의 종류
- 실중량물을 이용한 말뚝 압축재하시험
- Anchor를 이용한 말뚝 압축재하시험
- 주변말뚝의 반력을 이용한 말뚝 압축재하시험
2) 시험방법
- 완속재하 시험법
- 급속재하 시험법
- 반복하중재하 시험법
- 일정시간간격 시험법
- 일정침하율 시험법
- 일정침하량 시험법
3) 하중-침하량 관계에 의한 분석법
a. 항복하중 분석법
- P-S 분석법
- log P- log S 분석법
- S-log(t) 분석법
- P-△S/△log(t) 분석법
- Davisson 분석법
b. 극한하중 판정법
- Mazurkiewicz 판정법
- Chin 판정법
- Stability Plot 판정법
- Brinch Hansen의 90%, 80% 기준
- French 판정법
4) 침하량에 의한 분석법
a. 극한하중에 대응하는 잔류침하량 규정
- 독일 DIN 4026 기준
- 일본건축기초구조설계기준 ?동해설
- 미국 AASHTO 기준
- 미국 도로설계기준 (1958)
- 덴마크 기초실용기준 DS 415-1965
b. 극한하중에 대응하는 전침하량 규정
- 독일 DIN 4014 기준
- 일본토질공학회 (1993)
- 뉴욕시 기준
- 영국기초공업기준
- Terzaghi, Peck (1967)
2. 동재하시험
1) 동재하시험(KS F 2591기준)
동재하시험은 주로 말뚝의 정적지지력 산정, 항타 과정에 있어서의 말뚝과 지반간의 거동측정, 항타장비의 성능 검증 등의 목적으로 실시되며, 필요로 하는 정보 또는 시험의 목적에 따라 여러 가지 용도로 사용될 수 있다. 국내에서 동재하시험을 실시하는 주요 목적은 시공된 말뚝의 지지력을 측정하는 것이다. 그러나 동재하시험을 적절히 활용할 경우 말뚝의 항타와 관련한 제반 사항들을 확인하여 보다 합리적인 시공을 할 수 있게 된다. (30분
소요)
2) 동재하시험을 통한 확인 가능사항
a. 항타에너지 측정 : 말뚝에 실제로 전달되는 항타에너지를 측정할 수 있으며, 이로부터 항타장비의 효율 확인이 가능하다.
b. 항타응력 측정 : 말뚝재료에 발생하는 압축 및 인장 항타응력을 측정하므로 말뚝재료의 파손 가능성을 판단할 수 있다. 따라서 말뚝재료가 허용하는 범위까지 항타응력을 유지하는 시공기준을 적용함으로써 시공의 효율을 높일 수 있다.
c. 항타장비의 적합성 판정 : 항타에너지 및 항타응력 측정을 통하여 해당 지반조건과 말뚝조건에서 사용되고 있는 항타장비의 적합성을 판정할 수 있다.
d. 말뚝의 건전도 확인 : 말뚝재료의 손상이나 용접이음부위의 건전도를 확인할 수 있다.
e. 시간경과효과의 확인 : 타입말뚝의 지지력은 항타시점으로부터 경과한 시간에 따라 변화한다. 이 내용을 재래식 정재하시험으로 확인하는 것은 사실상 불가능하다. 그러나 동재하시험은 항타시 시험(E.O.I.D)과 일정시간 경과 후의 재항타시험(RESTRIKE)을 동일 말뚝에 대하여 시행함으로써 시간경과효과를 확인할 수 있다.
3. 수평재하시험
1) 수평재하시험(ASTM D 3966기준)
수평재하시험은 자유두부인 조건으로 시행하는 것이 통상적이지만 말뚝의 실제 수평거동은 말뚝의 강성, 말뚝의 폭, 재하높이, 말뚝머리 고정조건, 지반조건 그리고 하중특성등에 의해 영향을 받으므로 수평재하시험 조건 설정시 고려하여야 한다.또한 일반적인 수평재하시험의 목적은 수평하중의 항복하중 및 극한하중을 구하는 것보다는 설계 및 해석에 필요한 지반정수, 수평거동등을 얻기 위한 것이다.
2) 수평재하시험의 종류
- 사하중(또는 주변구조물)을 반력으로 이용하는 방법
- 두 개의 말뚝을 서로 반력으로 사용하는 방법
3) 시험방법
- 표준재하방법
- 반복하중재하법
- 파동식재하법
- 역재하법
- 교번재하법
4) 분석법
일반적인 시험결과의 분석은 극한하중이 판정되지 않은 경우 하중-변위량 곡선에 일반적인 침하량 기준 15mm(도로교표준시방서,1996)을 적용하여 허용지지력을 구한다. 수평재하시험의 올바른 이용을 위해서는 수평재하시험의 결과로부터 필요한 지반정수(지반반력계수등)를 도출하여 수평말뚝에 대한 해석을 실시하되 이때의 해석조건은 말뚝의 실제하중조건(단말뚝 혹은 군말뚝, 말뚝머리 자유 또는 구속조건, 상재하중재하 등)과 일치시켜야 한다.
4. 양방향재하시험(KS F 7003기준)
양방향 재하시험은 말뚝 자체의 주면마찰력을 반력으로 이용해 말뚝의 선단부에 가력장치를 장착하여 가력장치의 작용과 반작용의 원리에 따라 상향력과 하향력을 발생시켜 상·하향 변위를 측정하는 방식으로, 기존의 정재하시험으로는 불가능하던 대규모 하중재하가 가능하게 되었다. 또한 선단부 지지력과 주면마찰력을 직접 분리하여 측정함으로써 정확한 선단지지력 측정이 가능하게 되었으며, 주면마찰력과 선단지지력이 작용하중의
반력으로 상호작용하게 함으로써 상향과 하향의 변위가 동일하게 발생하는 경우에는 절반의 하중으로도 주면 또는 선단이 파괴되기 전까지 재하장치 용량의 최대 2배의 하중을 가하는 효과가 있다.
1) 시험방법
- 표준재하방법
- 반복재하방법
2) 측정데이타를 기초로 한 곡선의 도시
- 하중-시간곡선
- 하판 변위량-시간 곡선
- 하중-하판 변위량 곡선
- 하중-하판 탄성회복량 곡선
- 하중-하판 잔류변위량 곡선
- 상판 변위량-시간 곡선
- 하중-상판 변위량 곡선
3) 등가하중-침하량 곡선의 작도
- 가력장치 상판의 상향 변위에 의한 주면마찰력-변위 곡선은 말뚝 정재하시험의 하향 주면마찰력-변위 곡선과 같다.
- 가력장치 하판의 하향 변위에 의한 선단지지력-변위곡선은 말뚝 정재하시험의 선단지지력-변위 곡선과 같다.
5. 인발재하시험
1) 인발재하시험(ASTM D 3689 기준)
인발재하시험은 수직이나 경사방향으로 설치된 단말뚝 또는 군말뚝의 정적 인발저항력을 측정하지 위한 것이다. 인발재하시험은 말뚝 설계시 풍하중 또는 인발하중에 저항하는 인발저항력 산정에도 중요하지만 압축재하시험 결과의 보완, 주면마찰력 크기의 규명등을 위해서도 효과적이다. 또한 말뚝의 부주면 마찰력의 예상을 위해서도 인발재하시험이 활용될 수 있다.
2)시험방법
- 표준재하 방법
- 급속재하 방법
- 반복하중재하 방법
- 일정시간간격 재하법
- 일정변위율 재하법
3) 분석방법
인발재하시험 결과를 해석하는데 범용으로 적용되는 방버은 사실상 없는 실정이다. 따라서 시험으로 극한하중이 결정되었을 경우는 허용 인발력을 구하는데 문제가 없지만, 극한하중이 확인되지 않을 경우는 적절할 방법을 이용하여 허용인발력을 구해야 한다. 허용인발력을 구하는 방법으로는 정적압축재하시험의 분석에서 적용하는 항복하중 판정법이나 Fuller(1983)가 제안한 방법을 사용할 수 있다. Fuller의 방법은 재하시험결과로부터 얻은
하중-변위량 곡선이 offset line과 만나는 점을 파괴하중으로 결정한다. 말뚝의 허용인발력은 말뚝의 극한인발력을 안전율로 나눈 후 말뚝의 유효중량을 더한 값으로 구하되, 이것은 말뚝의 재료허용인장하중보다도 작아야 하며 일반적으로 말뚝의 유효중량은 무시한다.
6. 평판재하시험(KS F 2444기준)
평판재하시험은 지반에 설치한 재하판의 하중과 침하량의 관계로부터 지반반력계수나 극한지지력 또는 지반의 변형 및 가상 구조물의 침하량을 예측하여 시공에 필요한 자료를 제공함을 목적으로 한다.
1) 시험방법
- 예상 기초바닥의 지층저면이 암반일 경우 소량의 사질토(모래등)을 깔고 재하판을 설치한다.
- 초기의 즉시 침하를 발생시키기 위하여 소량(설계하중의 15%가량)의 하중을 가한후 감압한다.
- 설계하중의 300%를 6단계이상으로 나누어 재하한다.
- 각 하중별 침하량을 기록한다.
2) 시험종료시점
- 시험 하중이 허용하중의 3배이상되었을 때
- 재하판 지름의 10%를 초과하는 침하가 발생하였을 때
- 현장에서 항복점을 넘었을때
3) 분석법
a. 항복하중의 결정
- logP-logS 곡선법
- P-S 곡선법
b. 극한하중의 결정
- 하중의 증가없이 침하량이 계속 발생되는 지점
- 재하판 지름의 10%를 초과하는 침하가 발생되는 지점
7. 건전도시험(ASATM D 6760기준)
현장타설 말뚝은 직경이 크고, 소수의 말뚝이 상부 구조물 전체를 지지하는 형식으로 시공되어 하나의 말뚝이 구조물의 하중을 지지하는데 큰 비중을 차지한다. 따라서, 말뚝내부의 결함은 말뚝의 변형 및 파손을 유발하고, 상부 구조물의 안전에 치명적인 영향을 미치게 된다. 그러므로 시공 단계에서부터 말뚝 기초에 대한 엄격한 품질관리 및 결함 조사법이 절실히 요구되고 있다. 이를 위해 개발된 시험방법이 초음파를 이용한 소닉테스트이다.
1) Crosshole Sonic Logging(CSL)기법
본 방법은 현장타설 말뚝기초의 원주를 따라 일정한 간격으로 여러 개의 검측공(borehole)을 매설해 놓은 후 한쪽 검측공에 발진자를, 그리고 다른 검측공에 수신자를 넣고 말뚝의 깊이 방향으로 이들 발진자와 수신자를 이동시키면서 말뚝 내부의 결함을 검사하는 방법이다.
2) 검측공 설치개수
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말뚝직경(D)
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추천 검측공 개수
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검측경로수
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D < 0.75m
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최소 2개
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1
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0.75m < D < 1.0m
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최소 3개
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3
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1.0m < D 1.5m
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최소 4개
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6
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1.5m < D <2.4m
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최소 6개
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15
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2.4m < D
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최소 8개
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28
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3) 시험결과의 해석
일반적으로 콘크리트의 초음파의 전달 속도는 3,000~4,200m/s 사이의 값을 가지며, 콘크리트의 품질에 문제가 있거나 결함이 존재하여 전달경로가 길어질 경우, 초음파의 도달 시간이 지연된다. 또한 공벽의 붕괴나 soil Intrusion등으로 인하여 콘크리트가 균질하게 형성되지 못하였을 경우, 초음파 에너지는 급격히 감쇠되어 수신기에는 매우 미약한 신호만이 감지된다.
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