KR100392109B1 - 대구경 해상 경사 말뚝의 지지력 확인을 위한 재하 시험체구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상에 설치되는 대구경 경사 말뚝의 지지력을 시험하기 위해, 그 내부가 굴착되어 설치된 대구경 경사 말뚝 내부로 상대적으로 직경이 작고, 선단부가 폐쇄된 말뚝을 삽입하여, 상기 삽입된 말뚝에 하중을 가함으로써, 해상에서 경사 말뚝에 대한 정적 재하 시험을 할 수 있도록 한 시험체 구조에 관한 것으로,

본 발명은, 직경이 800mm 이상인 대구경 강관 말뚝을 해상에 경사지게 설치하고, 상기 대구경 강관 말뚝 내부를 굴착하며, 상기 대구경 강관 말뚝의 선단 하부 지반을 상기 대구경 강관 말뚝의 제1 직경보다는 작은 제2 직경으로 굴착한 대구경 해상 경사 말뚝의 지지력을 시험하기 위한 시험체 구조에 있어서, 상기 제2 직경보다 작은 직경을 갖는 내부 말뚝을 상기 대구경 강관 말뚝 내부에 삽입하되, 상기 내부 말뚝의 선단부와 두부는 보강판에 의해 폐쇄되며, 상기 내부 말뚝의 외 측벽에는 상기 내부 말뚝에 하중이 가해질 때, 상기 대구경 강관 말뚝과 상기 내부 말뚝간에 마찰이 최소화되고, 좌굴이 방지되며, 경사 방향 그대로 하중 방향을 유지할 수 있도록 하기 위해, 그 단부에 롤러가 부착된 안정화 빔이 다수 개 고정 부착되며, 상기 내부 말뚝의 두부에는 하중을 가하기 위한 유압 잭이 설치되며, 상기 대구경 강관 말뚝에는 상기 유압 잭을 위한 반력대가 설치되어, 상기 유압 잭을 이용해 상기 내부 말뚝에 하중을 가함으로써, 해상 경사 말뚝의 선단 지지력을 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

대구경 해상 경사 말뚝의 지지력 확인을 위한 재하 시험체 구조{THE CREATION OF LOAD TEST SET FOR LARGE DIAMETER BATTERED STEEL PIPE PILE CONSTRUCTED ON THE COASTAL AREA}

본 발명은 대구경 해상 경사 말뚝의 지지력 확인을 위한 재하 시험체 구조에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 해상에 설치되는 대구경 경사 말뚝의 지지력을 시험하기 위해, 시공된 대구경 경사 말뚝에 콘크리트를 속채움하기 전에 시공된 대구경 경사 말뚝 내부에 상대적으로 직경이 작고, 선단부가 폐쇄된 말뚝을 삽입하여, 상기 삽입된 말뚝에 하중을 가함으로써, 해상에서 경사 말뚝에 대한 정적 재하 시험을 할 수 있도록 한 시험체 구조에 관한 것이다.

일반적으로 말뚝 기초의 경우 품질관리 및 안전시공을 위해 재하 시험을 통한 지지력 확인이 필수적이다. 연직 방향 압축 재하 시험 방법으로는 정적 재하 시험(Static Load Test), 동적 재하 시험(Dynamic Load Test) 등이 많이 이용되며, 그 외에 정동적 재하 시험(Stanamic Load Test) 및 SPLT(Simple Pile Load Test) 방법 등이 이용되기도 한다. 정적 재하 시험의 경우 실제로 하중을 시공된 말뚝에 재현하므로 가장 신뢰성이 높으나 시간과 비용면에서 가장 불리하다.

한편, 교량 및 도로의 해상 구간 기초로는 많은 경우에 대구경(직경 800mm 이상) 강관 말뚝이 이용되고 있으며, 이 경우 설계 하중이 크고 시험 여건이 나빠 허용 지지력 확인 시 상당한 어려움이 있다. 극히 제한적인 경우를 제외하고는 해상 말뚝 시공의 경우 지금까지 항타 공식으로 품질확인이 이루어진 경우가 많았고,최근과 같이 동적 재하 시험으로 다수 말뚝의 시공상태가 확인되기 전에는 1본 정도의 정적 재하 시험만으로 품질관리가 이루어지기도 했다. 그러나, 통상 경사 말뚝이 시공되어 동적 재하 시험의 경우도 편타 및 타격시의 말뚝 자체의 흔들림, 햄머 용량 부족 등으로 정밀한 평가는 어려운 실정이며, 정적 재하 시험도 별도의 시험용 말뚝을 경사방향이 아닌 연직 방향으로 시공하여, 시험 시공된 말뚝을 통해 간접 확인하는 실정이어서, 시공된 말뚝에 대한 대표성을 띄기에는 한계가 있는 실정이다. 특히, 직경이 2,500mm 내외인 초대구경 말뚝의 경우는 설계 하중이 상당히 커서 정적 재하용 하중 조달이나 동적 재하용 타격 햄머의 조달이 어려워 지반조사 자료나 시공 시에 회수되는 암편 등으로 경험에 의해 추정하고 있는 실정이다. 또한, 정적 재하 시험의 경우 설계 하중의 2배 이상을 시험하중으로 가해야 하는 것으로 규정되어 있어서, 시험하중을 조달하는 문제가 있고, 해상이라는 특수 조건과 경사 말뚝으로 시공되어 있다는 점 때문에, 시험 장치의 설치가 불가능하다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 해상에 설치되는 대구경 경사 말뚝의 지지력을 시험하기 위해, 시공된 대구경 경사 말뚝에 콘크리트를 속채움하기 전에 시공된 대구경 경사 말뚝 내부에 상대적으로 직경이 작고, 선단부가 폐쇄된 말뚝을 삽입하여, 상기 삽입된 말뚝에 하중을 가함으로써, 해상에서 경사 말뚝에 대한 정적 재하 시험을 할수 있도록 한 시험체 구조를 제공하는데 있다.

도1a 내지 도1f는 일반적인 해상 경사 말뚝을 시공 순서를 설명하기 위한 단면도.

도2는 일반적인 해상 경사 말뚝의 시공 상태를 나타내는 단면도.

도3a 및 도3b는 본 발명에 따른 해상 경사 말뚝의 정적 재하 시험체 구조를 설명하기 위한 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 대구경 말뚝 12 : 선단지지 확인용 내부말뚝

13 : 유압 잭

111 : 브라켓 112 : 연결 로드

113 : 주 반력 빔 114 : 홀드 빔

121 : 선단부 122 : 두부

123 : 안정화 빔 124 : 롤러

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 직경이 800mm 이상인 대구경 강관 말뚝을 해상에 경사지게 설치하고, 상기 대구경 강관 말뚝 내부를 굴착하며, 상기 대구경 강관 말뚝의 선단 하부 지반을 상기 대구경 강관 말뚝의 제1 직경보다는 작은 제2 직경으로 굴착한 대구경 해상 경사 말뚝의 지지력을 시험하기 위한 시험체 구조에 있어서, 상기 제2 직경보다 작은 직경을 갖는 내부 말뚝을 상기 대구경 강관 말뚝 내부에 삽입하되, 상기 내부 말뚝의 선단부와 두부는 보강판에 의해 폐쇄되며, 상기 내부 말뚝의 외 측벽에는 상기 내부 말뚝에 하중이 가해질 때, 상기 대구경 강관 말뚝과 상기 내부 말뚝간에 마찰이 최소화되고, 좌굴이 방지되며, 경사 방향 그대로 하중 방향을 유지할 수 있도록 하기 위해, 그 단부에 롤러가 부착된 안정화 빔이 다수 개 고정 부착되며, 상기 내부 말뚝의 두부에는 하중을 가하기 위한 유압 잭이 설치되며, 상기 대구경 강관 말뚝에는 상기 유압 잭을 위한 반력대가 설치되어, 상기 유압 잭을 이용해 상기 내부 말뚝에 하중을 가함으로써, 해상 경사 말뚝의 선단 지지력을 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

해상 경사 말뚝은 콘크리트 현장 타설 말뚝(직경 2200mm, RCD 굴착)과 일부가 콘크리트로 속채움되는 강관말뚝(직경 2500mm)으로 이루어진 합성말뚝으로서,해상에서 바이브로 햄머에 의해 시공 가능한 심도까지 강관(직경 2556mm)을 타입하고, 강관 내부로 RCD(직경 2200mm)를 삽입하여 강관 내부 및 선단 하부 지반을 암반층까지 굴착한 다음, 내부에 콘크리트를 속채움하여 시공하였다. 이를 도1a 내지 도1f를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1a에 도시된 바와 같이, 먼저 직경 2500mm의 강관 말뚝을 도2에 도시된 바와 같이 약 11.3도의 경사각을 갖도록 경사지게 박아 설치한다. 다음에 도1b에 도시된 바와 같이, 강관 말뚝 내부를 굴착하고, 도1c에 도시된 바와 같이 직경 2200mm의 RCD를 강관 말뚝 내부로 삽입하여, 강관 말뚝 선단 하부 지반을 암반층까지 굴착한다. 그리고, 도1d에 도시된 바와 같이 RCD 굴착 구간에 철근망을 삽입하고, 도1e에 도시된 바와 같이 1차로 수중 콘크리트를 타설한 다음, 도1f에 도시된 바와 같이 2차로 수중 콘크리트를 타설한다. 이와 같은 과정을 통해 해상의 경사 말뚝은 시공되었다.

본 발명에서는 이와 같은 해상 경사 말뚝의 정적 재하 시험을 위해, 도1c에 도시된 바와 같은 RCD 굴착을 완료한 상태에서, 대구경 강관 말뚝보다 소구경인 직경 812.8mm의 말뚝을 이미 설치된 대구경 강관 말뚝 내부로 삽입하여, 상부 하중이 삽입된 말뚝의 선단부로 전달되도록 하였다. 이때 하중의 조달은 기 시공되어 있는 대구경 강관 말뚝의 주면 마찰력을 반력 하중으로 이용하였으며, 시험 하중은 설계 하중 1,500톤에 해당하는 선단부의 하중 강도의 200% 이상을 내부 삽입 말뚝에 해당하는 하중으로 환산(450톤)하여 재하 시험을 수행하였다.

도3a 및 도3b를 참조하여, 본 발명에 따른 시험체 구조를 구체적으로 살펴본다.

본 발명에서는 해상에 시공된 대구경 강관 말뚝(11) 내에 직경 812.8mm의 선단지지 확인용 내부 말뚝(12)이 RCD를 이용해 내부 굴착한 지점까지 닿도록 삽입한다. 선단지지 확인용 내부 말뚝(12)의 선단부(121)와 두부(122)는 집중 하중에 의한 변형을 방지하고, 선단부 지지력을 하중 강도로 측정하기 위해 보강판을 부착하여 폐쇄시켰다. 그리고, 내부 말뚝(12)의 측면에는 내부 말뚝에 하중을 가할 때, 좌굴을 방지하고, 11.3도의 경사 방향 그대로 하중 방향을 유지하기 위해, 단부에 롤러(124)가 부착된 안정화 빔(123)을 다수 개 고정 부착하였다. 여기서, 안정화 빔(123)은 0.8435m 길이의 H형 빔이다. 또한, 상기 안정화 빔(123)을 내부 말뚝(12)에 부착할 때, 하나의 단에는 4개의 안정화 빔이 서로 직각을 이루도록 부착하였다. 그리고, 본 발명의 실시 예에서는 7m간격으로 5단을 설치하였다. 이와 같은 구조에 의해, 내부 말뚝(12)에 하중이 가해질 때, 대구경 말뚝과 내부 말뚝간에 마찰이 최소화되고, 좌굴이 방지되며, 경사 방향 그대로 하중 방향을 유지할 수 있다. 한편, 내부 말뚝의 두부(122)에는 유압 잭(13)이 안착된다.

대구경 말뚝의 두부 측에는 상기 유압 잭(13)의 반력대가 설치되는데, 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

대구경 말뚝(11)의 외 측면에는 4개의 브라켓(111)이 고정 설치된다. 그리고, 반력대를 지지하기 위한 4개의 연결 로드(112)가 각각 브라켓(111)에 고정 결합된다. 그리고, 연결 로드(112)에는 두 개의 홀드 빔(114)이 결합되고, 상기 홀드 빔을 수직으로 가로질러 주 반력빔(113)이 상기 홀드 빔(114)의 중앙에 결합되어, 반력대를 구성하게 된다. 여기서, 연결 로드(112)에 반력대를 설치하는 기술은 일반적인 기술로서, 본 발명에서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

이와 같은 과정을 통해 해상에서 대구경 경사 말뚝에 대한 지지력을 측정하기 위한 시험체가 구성된다.

이후, 시험장치가 설치되는데, 먼저 하중 증가에 따른 변위를 측정하기 위해 기준점으로 삼기 위한 기준 빔(도시되지 않음)을 내부 말뚝(12)과 대구경 말뚝(11)에 각각 설치하고, 내부 말뚝(12) 및 대구경 말뚝(11)에 각각 90도 방향으로 4개씩 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 설치한다. 그리고, 계측 센서를 내부 말뚝의 두부 및/또는 선단부에 부착하고, 유압 잭(13)을 가동시켜 내부 말뚝(12)의 두부에 아래 방향으로 하중을 가한다. 이렇게 되면, 내부 말뚝(12)에는 아래 방향으로 하중이 가해지나, 반력대가 설치된 대구경 말뚝(11)은 위쪽으로 힘이 가해지게 된다.

본 발명에서 내부 말뚝의 압축 재하 시험은 ASTM D1143-94(Standard Test Method for Piles Under Static Axial Compressive Load)를 적용하였으며, 반력 하중으로서 대구경 말뚝의 주면 마찰력을 이용하였으며, 이때의 인발 하중에 대한 재하 시험은 ASTM D3689-90(Standard Test Method for Individual Piles Under Static Axial Tensile Load)를 적용하였다. 한편, 시험 방법은 해상 구조물인 점을 감안하여 반복 재하 방법을 적용하였다.

상기와 같이 이루어진 본 발명에 의하면, 해상에 설치되는 대구경 경사 말뚝의 지지력을 시험하기 위해, 시공된 대구경 경사 말뚝에 콘크리트를 속채움하기 전에 시공된 대구경 경사 말뚝 내부에 상대적으로 직경이 작고, 선단부 및 두부가 폐쇄된 내부 말뚝을 삽입하여, 내부 말뚝에 유압 잭을 설치하고, 대구경 말뚝에 반력대를 설치하여, 내부 말뚝에 하중을 가함으로써, 해상에서 경사 말뚝에 대한 지지력을 직접 시험할 수 있다.

Claims (2)

1. 직경이 800mm 이상인 대구경 강관 말뚝을 해상에 경사지게 설치하고, 상기 대구경 강관 말뚝 내부를 굴착하며, 상기 대구경 강관 말뚝의 선단 하부 지반을 상기 대구경 강관 말뚝의 제1 직경보다는 작은 제2 직경으로 굴착한 대구경 해상 경사 말뚝의 지지력을 시험하기 위한 시험체 구조에 있어서,

   상기 제2 직경보다 작은 직경을 갖는 내부 말뚝을 상기 대구경 강관 말뚝 내부에 삽입하되,

   상기 내부 말뚝의 선단부와 두부는 보강판에 의해 폐쇄되며, 상기 내부 말뚝의 외 측벽에는 상기 내부 말뚝에 하중이 가해질 때, 상기 대구경 강관 말뚝과 상기 내부 말뚝간에 마찰이 최소화되고, 좌굴이 방지되며, 경사 방향 그대로 하중 방향을 유지할 수 있도록 하기 위해, 그 단부에 롤러가 부착된 안정화 빔이 다수 개 고정 부착되며,

   상기 내부 말뚝의 두부에는 하중을 가하기 위한 유압 잭이 설치되며,

   상기 대구경 강관 말뚝에는 상기 유압 잭을 위한 반력대가 설치되어, 상기 유압 잭을 이용해 상기 내부 말뚝에 하중을 가함으로써, 해상 경사 말뚝의 선단 지지력을 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 시험체 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 대구경 강관 말뚝에 설치되는 반력대는,

   상기 대구경 강관 말뚝의 외 측벽에 설치되는 다수 개의 브라켓;

   상기 각각의 브라켓에 고정 결합되는 다수개의 연결 로드;

   상기 연결 로드에 결합되는 홀드 빔; 및

   상기 홀드 빔을 수직방향으로 가로질러 상기 홀드 빔에 결합된 주 반력 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 시험체 구조.