말뚝 지지력 산정

- 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)

- 인발
* Qu = Qf, Qa = (Qu+pile weight) / FS(3.)
* Concrete 인장 : 0.08 fc’ 와 비교. (0.5~0.6 sqrt(fc’))

- 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.

보강토 옹벽 관련 내용의 전반적인 정리

이것도 같이 보자.

흙막이 해석 (탄소성), 보강토 옹벽 Mohr circle - https://huedor2.tistory.com/m/704

힘들어도 힘을 내고-!!

1. 구성 : 보강재 (토목섬유, 메탈계, 폴리머계) + 전면판 (블록 등) + 뒷채움재 (마찰, 배수 등, 모래는 구하기 어려움)

2. 보강재 : 파단(보강재 자체의 인장력), 전단(전단력), 인발(흙과 보강재 마찰력)

- 지오그리드, Metal Strip (부식 우려, 아연도금, galvanized 필요.)
- 파단 FS=1, Ta (=w x t x fy ) / Tmax (=하중 x 간격)
- 인발 FS=1.5, Tpullout (=2 x le x w x 유효응력 x tan pi) / Tmax
- 인발저항계수 fb = tan / tan pi
- 수직간격 : 0.5~0.8m, 7m 후 소단, steel strip 은 1.5~2.0m 수직간격
- 내구성 : 설계인장강도 비교 및 안전율 검토 시 장기 설계인장강도를 고려하여야 함. (교체나 보수가 어려움.) – 금속재 부식 (Corrosion Allowance 고려), 크리프 감소계수 고려. (제품의 실험 결과 검토, 특성 검사 Data 보존 및 기록)

보강재 제원 하나
50(폭) x 4(두께), 파단강도 104 kN, 허용인장강도 44 kN, 무게 1.8 kg/m
보강재는 전면판과 이어주는 결속재를 이용하여 결합한다.
전면판(프리캐스트) 사이에 Dowel Bar 를 넣어 결합 및 결속

3. 유효길이 관련 :

주동영역 : 보강재에 전달된 응력이 전면판 쪽으로 발생
저항영역 : 보강재에 발생하는 응력은 뒤채움재 방향으로 생성
(보강재의 인장력이 최대인 지점을 연결)

Le : 전체 보강재 길이 중 인발에 저항하는 길이

4. 해석 Mechanism (연성구조체로 인정.)

- 내부에 발생하는 응력이 보강재로 전달되어 횡방향변형을 억제시킴으로 안정성 확보.
- 보강재 표면과 주변흙사이의 변형 차이에 따른 전단응력
- 보강재 자체의 전단저항력
- 보강재 상하의 흙요소 간의 저항력

- 사면안정해석법(한계평형) : 가상파괴면 설정, 안전율. (흙과 보강재, 보강재의 영향이 반영되지 못함)
전도, 활동, 지지력, 원호파괴 (외적안정성)

- 토압법 : 수평방향 활동력과 보강재의 저항력의 평형상태 (보강재와 주동토압의 비교)
- 마찰쐐기식(Tieback Wedge Method, 삼각형, 사각형 등 다양한 토압분포, 보강재의 강성이 작아 보강토체 내부가 주동상태에 도달하는 것으로 가정.)
- 복합중력식(Coherent Gravity Method, 내적안정해석, 보강재의 인발/파단, 보강재 강성을 크게보고 정지상태로 가정, 하부는 주동으로, 6m 기준)

- 프로그램 : Talren 97, 3차원 유한요소 Pentagon
- 장기안정고려인자 : 내구성, 내시공성, 장기적인 크리프 특성의 감소계수 고려.

5. 설계 순서 : 조사 – 예비설계 – 단면가정 – 외적안정성(활동,전도,지지력) – 내적안정(파단,인발,안정성) – 전체사면활동 – 지진안정성 – 사용성검토.
보강재 길이 0.7Hm 이상 고려.
비신장성(직선+경사), 신장성(경사)

6. 시공 시 유의사항

- 뒷채움재 (5mm 20% 이상, 0.08mm 15% 이하, CBR > 10, PI<6)
- 보강재를 강재로 사용하는 경우 부식으로 인한 내구성 저하를 막기 위하여 뒷채움재의 전기화학적 요구사항 준수 필요. (3000 ohm-cm 이상, Cl- 100 ppm 이하)
- 충분한 마찰력 필요.
- 배수, 입도, 내구성, 내마각,
- 균열, 배부름(과도한 수평변위), 벽체 사이 이격, 정위치 설치 어려움, 부등침하 발생
- 안전점검 항목 (주기, 방식 등), 하자담보 책임기간 규명 및 하자발생에 대한 보수, 보강방안 마련 필요.
- 그리드형의 경우 국부적인 과응력이 걸릴 수 있기 때문에 큰 안전율을 고려하여야 한다.
- 전면벽체를 위한 Leveling Pad 는 150mm 이상 타설 필요.
- 보통 9m 이상에서 전통적인 옹벽보다 경제적.

7. 기존 보강토 옹벽 : 보강재와 뒷채움 토사의 마찰력 이용 or Deadman Anchor 이용 등. 보강이 어려움. Creep 에 따른 변형이 발생함. 뒷채움재의 지하수위 상승이나, 침투 시 마찰저항력 감소
- 복합 보강토 옹벽 : 콘크리트 기초 사용, 배수재 삽입, Guide Wall 적용, 계측재 삽입, Soil Nail 과 조합 (Soil Nail 지압판과 Steel Strip 연결) 등.

흙막이벽은 지중 굴착 전후 발생하는 횡토압에 저항하는 구조물을 말합니다.

토압은 정지토압, 인장변형시의 주동토압, 압축변형시의 수동토압으로 나뉘고, 지중 토사의 무게인 수직토압에 토압계수를 곱하여 계산합니다.

구조물의 지점 조건에 따라 토압분포는 삼각형, 포물선 등을 그립니다.

흙막이 해석은
SUNNEX,
EXCAV
WALLAP 과 같은 프로그램을 사용하는데,
지점 조건을 스프링으로 놓고,
각 스프링의 지반반력계수(kN/m3) 를 입력하고
그에 따른 응력, 변위를 관찰하며 안정성을 확보하는지 확인합니다.
토류벽 자체의 안정성은 물론 배면지반의 변위도 파악하여 안정성(주동상태인지)을 확인하고,
굴착 단계별 해석을 할 수 있다는 장점이 있습니다.

구조체의 강성을 구할 때, kN/mm 과 같은 값을 주고, 10kN/mm 이상의 강성을 가져라. 라고 하면 10kN (1tonf) 의 하중이 가해졌을 때 1mm 처짐이나 변위만 발생해야 한다는 의미인데,
지반반력 계수도 단위면적당 하중을 가했을 때의 변위를 계수로 판단합니다.
응력-변위 곡선에서의 기울기 (탄성쪽) 가 지반 반력계수가 되고, 평판재하시험이 떠오르네요.

탄소성은 이처럼 흙막이와 부재를 탄성 혹은 그를 벗어난 탄소성 재료로 보고 구속이 아닌 변위를 허용하는 해석법으로 보면 되고, 초기 지점 조건에 따라 변위를 계산하고 그에 따라 재분배되는 토압을 관찰할 수 있어, 취약부나 침하 예상부를 예측할 수 있습니다.

1.     토압론
A.    지지구조 없는 경우 (중력식) : Rankine, Coulomb 토압을 정규화(선형화) 하여 적용
B.     지지구조 있는 경우 (Anchor, Strut) : 지지 형식에 따른 구분 (자유단 지지, 고정단 지지)
최소 근입장 관리 필요.

2.     탄성법 (탄성보법)
기존 토압론은 앵커의 장력이나 최대모멘트가 지나치게 크게 산정되는 경향.
지지구조가 없는 경우/ 있는 경우로 구분
-       배면의 하중 분포
-       저면의 스프링설치 : 지반 모델 (스프링 계수, 지반변력계수 산정)

3.     탄소성법
-       흙막이 벽체 : 탄성보로 모델
-       지보재 : 탄성 스프링
-       지반 : 탄소성 스프링 (유한요소 해석), 항복기준까지는 탄성으로 가정, 그 이후는 소성으로 (변형발생) 판단.
-       초기 토압에 따른 발생 변위 계산, 변위에 따른 토압보정. 반복 작업을 통해 벽체 변위, 응력, 지보재 반력 계산

기본 벽체의 방정식을 통해 계산.

벽체의 변위는 Terzaghi 등의 한계 허용변위 값으로 구속하여 흙막이 설계.

계측에 따른 실제와 변위 모델간의 일치성 확인 필요

Mohr Circle 은 최대주응력과 최소주응력을 통해 응력-전단 그래프를 그려 2차원응로 응력상태를 확인할 수 있는 원리입니다.

주응력면은 전단이 발생하지 않고 수직력만 발생하는 면을 의미합니다.

수평구속압력을 달리 해가며 원을 여러개 그리고, 그것의 접선을 이은 것이 c, pi 파괴 포락선이 됩니다. 이를 통해 점착력과 내부마찰각을 알아내거나, 역으로 지질정수를 아는 경우에 현재 응력으로 파괴에 닿는지를 확인할 수 있는 방법입니다.

보강토 옹벽은 층층이 들어 있는 마찰력이 큰 강재 혹은 합성섬유재의 보강재가 마찰력을 일으켜 횡변위를 구속함으로서 파괴포락선을 들어올리거나, 응력원을 오른쪽으로 또 작게 만들면서 더 큰 수직응력 즉 더 높은 성토고에도 버틸 수 있게 만들어주는 원리입니다.
계란을 층층이 쌓았을 때의 느낌이라고 어디서 들은 바 있습니다.

보강토 옹벽의 안정검토는 외적해석, 내적해석으로 나뉘고,

내적해석은 절단 (항복강도와 횡토압의 비교를 통해 보강띠 두께 검토), 인발 (마찰강도와 횡토압을 비교해, 유효길이 산출)을 체크하며, 45+pi/2 위쪽은 자유길이로 보고 마찰에 포함시키지 않도록 한다.

외적해석은 기본적인 옹벽과 같이 전도, 수평, 지지력, 사면의 활동 (원호, 대수나선), 그리고 채움재의 성질/다짐 정도를 판단해 부등침하 여부도 체크해야 한다.

유의사항은
- 전면판 조립 시 유의. (수직도 검토)
- 뒤채움재, 보강재 시공 유의. (정위치, 올바른 재료, 올바른 다짐)
- 벽면에 평행하게 다짐, 급정지/급선회 금지, 벽면측부터 다짐.
- 침투 방지
- 보강재 시험 : 전단시험, 현장 입고시험.

슈미트해머에만 꽂혀있었구려...

국부파괴시험 : pull out, 관입저항, 내시경

접촉식 : 표면타격, 초음파, 자기, 전위, AE(음파)

비접촉식 : Radar, 방사선, 적외선, 공진

자세한건 아래 경로로

https://m.blog.naver.com/thegoldman/30020047854

슈미트 해머 시험(Schimdit Hammer Test)

3cm , 20개
90도 타격
보정계수에 따른 보정 (재령, 표면 상태)
압축강도 상태 확인 가능

(사진 참조)

이렇게 생긴 것을 꾸욱 누르면서 딸깍 하고 타격

기록지에 기록을 하고 분석을 하면 되겠습니다.


초음파 시험(Ultrasonic Test)

철근의 위치 확인
균열깊이 확인
임신부 초음파 처럼 끈적한 젤을 바르고 수신기를 반대쪽에 위치해서 초음파의 상태를 확인

노후 구조물 판단 시 위와 같은 비파괴 시험 이외에도

탄산화 깊이 시험 (탈락이나 Needle 을 통해 떨어지는 가루를 페놀프탈레인 용액에 대고 산성이 얼만큼 진행되었는지 확인) 등이 있을 수 있다.

각종 노후 시설은 다양한 방법으로 다양한 열화의 정도를 확인하는 것이 중요하다.

키워드 : 압축 정재하, 압축 동재하, 인발, 수평
PDA, CAPWAP, 항타분석기, 건전도, 응력파 전달 속도, 가속도계 변형률계

압축정재하 : 앵커말뚝, Counterweight, 확실하나 비싸고 번거로움. 시간도 많이 걸림. 1.5-2배 하중을 8단계로 나누어 재하/제하 반복. 하중, 침하 곡선으로 지지력 판단. 콘크리트 압축강도 넘지 않도록, 1%

압축동재하: PDA 항타중, 항타후(set up / relaxation), 가속도계, 변형률계 설치하고 PDA 기계 연결하고, 타격하여 시험. 지지력, 침하량 예측, 간편, 시간 덜 걸림. (선단, 마찰), 5%

인발하중 : hydraulic jack, h beam, 주변 말뚝이나 앵커말뚝 활용

수평하중 : 주변 말뚝이나 앵커말뚝 기준 허용 변위 15mm 로 LPILE 이용.
https://huedor2.tistory.com/683

건전도 시험 : 이전 내용 참조. 공대공초음파 등.
https://huedor2.tistory.com/584

현타 비배토의 경우 Osterberg 심어서 테스트 할 수도 있음.