암반 말뚝 지지력 1. 경험적 : 경암 250t/m2, 연암 60t/m2 등 2. 일축압축강도 활용 (CFE, Canadian Foundation Engineering) : qall = K x quc (K0.1~0.4, 불연속면 간격) 3. 정역학적지지력공식
장경비 : 감소율 (L/D-n) (현타 60, 강관 100) 용접이음 발생시 5% 씩 저감. - 말뚝의 편심이나 휨이 일어나는 경우 품질의 유지 어려움 등을 고려하기 위함. - 감소율 : 장경비에 의한 말뚝의 허용응력 감소율 - 장경비 상한계 (현타 80, PHC 110) 이상 긴 말뚝은 설계하지 않는 것이 좋다. - 보통은 (-) 가 되어 감소율이 없으나 정말 긴 경우에 감소율이 생김.
- 축력 * Qu = Qf + Qe, Qa = (Qu-pile weight) / FS(2.5) * Qf = fs As * fs = a Su (점성), ks p’ tan delta (사질) L=15D 정도까지만 전달되는 것으로
[[주면마찰력에 대하여 더 심도있게]]
(1) 사질토 (그냥 점성토를 알파, 사질을 베타로 보기도 함.) Alpha 법 : Ks(정지토압계수에서 공법이나 지하수를 고려한 보정) 법. fs ult = Ks x 유효응력 x tan delta 내부마찰각 = 27.1+0.3N60-0.00054[N60] 2 (Peck) delta 도 말뚝의 상황에 따라 보정. (보통 같은 값)
Beta 법 : 주면마찰력을 각 층의 Soil 상태를 반영하고 유효응력에 따라 계산. (과압밀비도 고려) beta : 0.2~0.7 (CIP), 0.3~1.5 (Driven) fs ult = beta x 유효응력
작게 나오지만, 하중 전이 시험을 통해 검증 및 추가 확보 가능.
(2) 점성토 f = a (0.3~0.5) Su 로 계산
점착력이 크면 alpha 로 보완해주는 형식
Alpha 는 Su 만 고려. Beta 는 과압밀비, 내부마찰각 고려. 주면마찰력 계수 - Alpha : Alpha x Cu (2~2.5 정도?) - Beta : Beta x 유효응력 (Ko x tan delta) (0.1~0.3 정도?) - 하중전이 시험 및 곡선을 통한 검증 필요.
* Qe = qe Ap (qe=500t/m2 (driven), 300t/m2 (pre-bored) max) * qe = Nc Su (점성), Nq ps (사질) * Concrete 강도 : 0.25 fc’ 와 비교. * Qf : 비례식, Qe : layer 별로. (N값에 따라)
- 횡력 * Top deflection limit : 6mm max. (고정단 기준) * 내부마찰각과 Cu 값을 통해 k 값 산정. (kg/cm3). Spring 으로 잡고 하중에 따른 각 층별 horizontal deflection 결정. * Fixed : Moment 커짐, Free : Moment 0 (deflection 커짐) * Concrete E (탄성계수), I 를 이용한 처짐값 계산 * Beta 값을 이용
- 항타기준 * 관입/리바운드량이 1.5cm 이하/1회 항타 가 되면 중단. * 10m 관입에 800 bls 이상이 되면 중단. * Hiley's formula : Q=Wh/s (ton) (W : ton, h : cm, s : cm 10 번에 대한 평균) * 25mm 설치 deviation 허용.
- 처짐기준 * 횡처짐 : - working load 에서 10mm - 2 working load 에서 20mm * 수직처짐 : - working load 에서 12mm - 1.5 working load 에서 20mm - residual settlement 6mm - 10% of diameter or 30mm whichever is lesser. Rate 가 달라지는 순간을 Ultimate Load 로 봄. (Preliminary Pile 의 경우 20mm), 아니면 Working Load 의 2배.
- 시험 : 최소 7일 보통 28일 이후 시험 필요. (현장타설말뚝, Thixotropy, Time Effect) * 수직 : 1% or 3 piles, Negative 고려. 30분 기 준 0.15mm 될 때까지. 25% 1hr 씩 100% 까지(제하는 10분), 25% 6hr 씩 150% 까지(제하는 10분). 총 하중이 재하되지 않더라도 한 25% 에서10mm 이상 처지면 중단, Total 0.15D 이상 처지면 중단. * 인발 : 1% or 3 piles 동일. * 횡력 : 1% or 3 piles 동일. 12.5% 씩 늘림. (25, 50, 75, 100% 로 늘림) * CRP : Load-displacement Curve 를 위한 일정한 rate. * Integrity : 항타 5%, 현타 전부. 탄성파, Sonic Logging, AE
- 위치 Deviation : 75mm Plan view, Test pile 의 위치에 관련된 기준 3D, 2m 이상 떨어져야 함. (Static Load test 2.5 working load, working pile 1.5 working load) - 수직도 : 1/100 기기, 실제 Pile 1/75. - 제작 오차 : 6mm 이하, 균열폭 0.05mm 이하. - Welding Joint : Welding Cap 등, Surface Preparation (Solvent), Welding 후 Zinc Rich Primer coat (Touch up painting) - 증기양생 필요 (품질 관리), 저장관리 (1/5 지점에 support, 3 layer 이상 금지, Damage 방지), Min. 압축강도 30MPa 등, 운반 및 leader Lifting 시 0.3L 에서 wire rope 로 lifting.
등방성 (Isotropy) : 수직, 수평방향으로 같은 물질의 성질, 변형률을 갖는 경우를 말함. 대기압 공법. 물. - 지중응력의 탄성해석에서 적용되는 가정사항.
이방성 (Anisotropy) : (=비등방성) 방향에 따라 물질의 성질과 변형률 등의 특성이 달라지는 경우를 말함. 수평토압계수, 수직토압계수. - 투수계수 : 수평이 크다. 여러층의 투수계수 산출방법 식. (수평 : 단순 나누기, 수직 : 나눠서 나누기) - 토압 : 수평/수직토압 다름 (Ko 곱해줌. 삼축압축시험) - 압밀계수 : 수평이 수직보다 4~5배 크다. 교란에 의해 수평 압밀이 줄어들 수 있어 그에 따른 보정으로 Cv 를 동일적용. - 물과 흙은 서로 등방과 이방으로 다르나, 토압을 계산할 때는 가정으로 동일하게 적용하는 경우에 대한 해석 조건 공유가 필요하다. - 고유이방성 (inherent anisotropy, 흙 자체가 가지고 있는 입자배열 등의 성질), 유도이방성 (stress-induced, 하중/응력 변화에 의해 발생되는, 일정 응력이상이 재하된 후에 보통 나타나는 이방성)
삼축압축 : 구속압력 (등방압밀(K=1.0) CIU, Ko 이방압밀 CAU), OCR = 2 로 Ko 제하 (선행하중의 반만큼이 될 때까지 제하한다는 의미)
지중 응력의 기본 조건 : 연직응력은 흙의 무게(유효응력)로 보고, 수평응력은 정지토압계수를 고려한다.
하중 종류에 따른 계산 (Boussinesq’s equation) 1. 집중 : 3QZ^3 / (2 pi R^5) = q 로도 적을 수 있음. (영향계수) 깊이의 제곱에 반비례한다. (그래프) 하중 중심에서 멀어질수록 연직응력 증가량은 감소.
해당 지점 바로 밑 : I = 0.4775
떨어진 곳에서는 무조건 반비례는 아니고, 영향계수가 극대화되는 지점까지 상승한 후 줄어든다.
2. 등분포 : q Ic 3. 2:1 간편법 : Q/(B+z)(L+z). 연직방향 힘이 평형하다는 조건. 4. Pressure bulb : 영향범위 2B, 4B 0.1q 가 되는 지점까지 원을 작성.
Pressure bulb (=Isobar) 압력구근
정사각형 : 2B (0.1 이 되는 부분), 연속기초 : 4B (0.1 이 되는 부분). 연속기초의 지중전달응력이 더 크다. 2차원이니 그렇다고 이해하는 것이 좋다.
Boussinesq - 균등선탄 - 집중하중 P x Ib /z^2
Westergaard - 얇은 탄성층들의 조합 - 집중하중 P x Iw /z^2
r/z = 0, 즉 집중하중과 같은 선상에 있다면, 지중응력 계수가 Iw 가 33% 작음. Boussinesq 가 보수적인 접근. 근접한(얕은) 깊이에서 Ib 가 더 큼.
암반의 응력은 얕은 곳은 횡방향응력이 크고, 깊은 곳에서는 횡방향과 수직방향 응력이 비슷해진다.
초기응력은 다음과 같은 방법으로 측정할 수 있다.
1. 플래트잭법 (Flat Jack) = 응력보상법 (Stress compensating method) - 암반 응력 측정을 위해 표면에 수행하는 시험 방법 - 시공된 터널이나 굴착면의 응력(지중응력)의 변화를 확인함. - 측정판을 삽입하여 압력을 측정. (압력 Pump 적용 필요.) - 굴착 후 암반의 이완에 따른 압력. (초기 간격으로 돌아가기 위한 압력) (떨어졌다가 회복하는 그래프) - 전반적인 확인을 위한 간격 확보 필요. (자료의 신빙성) - 절삭-초기변위확인-Jack 삽입-변위회복까지 가압 - 시험이 간단하나, 교란된 부분이라 신빙성이나 안전율 고려 필요.
2. 수압파쇄 (Hydraulic Fracture) - 시추 필요. (시추가 가능한 공간이어야 함.) - 지하수면 아래도 시험 가능, 대심도 시추공에서도 가능. 주응력면에 수직으로 가압된다는 가정. - 균열발생에 대한 응력을 확인.
3. 시추코어 이용법
- ASR (Anelastic Strain Recovery) 법 * 시추코어 회수시 회복 변형률 : 응력개방이 크면 회복량 큼. 회복변형률을 통해 초기응력 측정. * 온도, 함수비, 이방성, 잔류변형률, 측정 시간 등에 영향을 받음.
- DSCA (Differential Strain Curve Analysis) 법 * 회수 코어가 정수압을 가할 때 주 변형률 방향이 같음. * 균열발생을 응력한계(초기응력)으로 보고 추정
- AE (Acoustic Emission) 법 * Kaiser 효과 : 응력 제거 후 재가압 시에는 첫째 재하 과정에서의 최대응력이전까지는 AE가 작다가, 그 이후 급격히 커지는 현상. (하중을 가할 때 방출되는 음향을 측정하다가 커지는 포인트 확인) * 하중 증가에 따른 두개의 직선을 근사시키고 그 교점을 초기지압으로 추정. (갑자기 커지는 부분 접선의 교점)
- DRA (Deformation Rate Analysis) 법 * 주기적으로 압축하중을 가함. 변형률의 차이를 확인. (변형률이 증가하다가, 줄어드는 시점을 초기응력으로 추정)
RJP (Rodin Jet Pile) 공법 (3중관) - 초고속 분사교반공법 - 물분사가 커지는 경우 W/C 를 증가시켜 강도를 저하시킬 수 있음. -> 주입량 증가, 공사비 증가 - 구근 지름 : 1000 ~ 3500 mm
- 압축공기로 파쇄 : Cavitation, 물 분사 : 20MPa. 물의 양을 최소화할 필요 있음. - 3중관 경화재 분사 (40MPa) - Slime 제거 필요. Slime 상부로 유도/배출.
- JSP (Jumbo Special Pattern) : 물없이 2중관에서 Air + 경화재로 구근형성. 20Mpa
SIG : Super Injection Grouting,
200~500 ksc 고압수로 파쇄대 내부 점토분을 지표로 배출. 그 자리를 고압으로 시멘트로 채움. Curtain 형식의 적용 : 용해작용 방지. D 1.2m, L 30m, 2m spacing. - RJP 와 비슷하지만 더 강하게 - 파쇄대 사이 암반과 일체화되는 효과도 있음. 대부분 배출, 배출되지 않으면 시멘트 페이스트와 결합되어 Concrete 와 같은 역할. - 3중관 (압축공기(7~12ksc), 고압수(500~800ksc), 주입재(50~150ksc))
확인 방법 - 주입공 외곽에서 조사 (주입 범위, 상태 조사 – 시추, Topography, 탄성파속도) - 지반강도 증가확인 조사 (시추-일축압축강도, 탄성파속도, 탄성계수(정적, 동적))
