KR102511531B1 - 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법 - Google Patents

변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존말뚝의 정재하 시험방법에 관한 것으로서, 상세하게는 2개의 변위계와, 하중계 및 재하장치를 이용하여 정재하 하중, 변위차를 측정하고, 하중계로부터 측정된 정재하 하중, 하중 부여시 발생하는 2개 변위계간의 변위차, 기존말뚝의 절단시 발생하는 2개 변위계간의 변위차, 기존말뚝의 절단후 2개 변위계간의 초기 간격 및 기존말뚝의 절단전 2개 변위계간의 초기 간격을 이용하여 하중을 계산하여 정재하시험을 진행하여 기존말뚝이 가지고 있는 재하력과 정재하시험과의 결과산정을 일치시킴으로써 기존 구조물 하부에 설치된 기존말뚝이 받는 힘을 측정하고, 정재하시험결과를 가지고 산정할 때 측정된 변형율과 2개의 변위계를 통한 계산에 의해 문제를 극복하여 KS F 2445:2022에 근거한 계측센서 설치방법을 따르도록 하는 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법에 관한 것이다.

Description

변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법{STATIC LOAD TEST METHOD FOR EXISTING PILE USING DISPLACEMENT METER}
본 발명은 기존말뚝의 정재하 시험방법에 관한 것으로서, 상세하게는 2개의 변위계와, 하중계 및 재하장치를 이용하여 정재하 하중, 변위차를 측정하고, 하중계로부터 측정된 정재하 하중, 하중 부여시 발생하는 2개 변위계간의 변위차, 기존말뚝의 절단시 발생하는 2개 변위계간의 변위차, 기존말뚝의 절단후 2개 변위계간의 초기 간격 및 기존말뚝의 절단전 2개 변위계간의 초기 간격을 이용하여 하중을 계산하여 정재하시험을 진행하여 기존말뚝이 가지고 있는 재하력과 정재하시험과의 결과산정을 일치시킴으로써 기존 구조물 하부에 설치된 기존말뚝이 받는 힘을 측정하고, 정재하시험결과를 가지고 산정할 때 측정된 변형율과 2개의 변위계를 통한 계산에 의해 문제를 극복하여 KS F 2445:2022에 근거한 계측센서 설치방법을 따르도록 하는 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법에 관한 것이다.
기존 구조물의 기초는 전면기초와 말뚝기초로 나뉘게 되며, 말뚝기초의 경우 기존구조물을 증축하거나 리모델링 변경하려고 할 때, 상부 구조물의 무게를 받아주는 중요한 역할을 수행한다. 따라서 기존의 말뚝이 가지고 있는 지지력을 정확하게 파악하고 그에 맞는 설계를 수행하여야 한다.
일반적으로 기존 구조물의 말뚝의 지지력측정은 말뚝과 구조물 하부 기초바닥을 분리하고 추가적인 반력 말뚝을 설치하거나 기존 기초바닥을 이용해 앵커 등을 사용하여 반력을 받도록 하는 방법을 사용한다.
최근에는 기존 구조물 하부 기초바닥판을 일부 제거하고 기존말뚝의 상부를 일부 드러내면서 말뚝을 절단하되, 말뚝상부에 있는 전면슬래브를 반력체를 이용하는 방법으로 "아파트 건축물 리모델링시 기존에 시공된 기초말뚝 지지력을 확인하고 기존 구조물(기초판 및 내력벽체)을 재하물 반력체로 이용하는 정재하 시험장치(국내 등록특허공보 제10-2310572호)"와,"기성파일의 재하시험 방법 및 이를 이용한 기성파일의 보강방법(국내 등록특허공보 제10-1519111호)"이 개시되었다.
개시된 공법들은 반력체를 별도로 마련하지 않아도 되기 때문에 추가적인 작업이 안 들어가는 공법이며, 단지 기존 구조물 하부 기초바닥판의 일부를 제거하며 말뚝주변 일부를 노출시키도록 굴착해야하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 기존말뚝을 절단하기 전에 변형게이지를 미리 붙여서 기존에 말뚝이 받고있는 하중을 파악할 수 있는 "기존 파일의 정재하시험 방법(국내 등록특허공보 제10-2355940호)"이 개시되었다.
상기 기존 파일의 정재하시험 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 변위계(32)를 상부파일(21)과 하부파일(22) 사이의 절단면에 설치하여 정재하시험시 변위를 측정한다.
이러한 경우 기초바닥판이 정재하 시험시 반력체이며, 반력체는 어떤 변형도 가지고 있지 않다는 전재가 필요하나, 실재로 기존구조물의 기초바닥판은 반력체 역할은 가능할 것이나, 외력에 의한 변위가 발생하게 된다.
즉, 측정변위는 재하장치가 말뚝을 지반방향으로 누르는 동안 기초바닥판에서 반대방향의 변위를 수반하게 되는 데, KS F 2445:2022 말뚝의 압축 정재하 시험방법에 따르면 4.5절에 '계측센서를 설치할 때에는 시험의 진행에 의해 시험말뚝, 재하장치, 반력장치의 변위와 변형에 의해 지장을 받지 않도록 충분히 주의해야 한다'라고 명시되어 있다.
따라서 상기 기존 파일의 정재하시험 방법은 정재하 시험에서 재하장치의 작동에 의해 상부말뚝과 하부말뚝간의 변위를 측정하기 때문에 반력체의 변위가 추가적으로 변위에 더해 질 수 있는 문제가 있으며, 리모델링 등 구조물의 재설계시 말뚝 강성을 실제와 다르게 평가할 수 있는 오류를 내포하고 있어 KS F 2445:2022가 제시한 별도의 기준점을 새운 상태에서 측정한 변위와는 다른 문제점이 있다.
국내 등록특허공보 제10-2310572호 국내 등록특허공보 제10-1519111호 국내 등록특허공보 제10-2355940호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2개의 변위계와, 하중계 및 재하장치를 이용하여 정재하 하중, 변위차를 측정하고, 하중계로부터 측정된 정재하 하중, 하중 부여시 발생하는 2개 변위계간의 변위차, 기존말뚝의 절단시 발생하는 2개 변위계간의 변위차, 기존말뚝의 절단후 2개 변위계간의 초기 간격 및 기존말뚝의 절단전 2개 변위계간의 초기 간격을 이용하여 하중을 계산하여 정재하시험을 진행하여 기존말뚝이 가지고 있는 재하력과 정재하시험과의 결과산정을 일치시킴으로써 기존 구조물 하부에 설치된 기존말뚝이 받는 힘을 측정하고, 정재하시험결과를 가지고 산정할 때 측정된 변형율과 2개의 변위계를 통한 계산에 의해 문제를 극복하여 KS F 2445:2022에 근거한 계측센서 설치방법을 따르도록 하는 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 정재하시험이 완료되면, 기존말뚝이 받고 있는 내하력 만큼 재하장치를 이용하여 재하한 상태에서 절단된 상부말뚝과 하부말뚝에 설치된 하중 지지판에 추가연결부재를 체결하여 상호 연결시키고, 상부말뚝에서 하부말뚝까지 수직으로 연결하는 보강철물을 설치 고정한 후 거푸집을 덧대고 내부에 모르타르를 충전하여 상부말뚝과 하부말뚝을 재연결시켜 기존말뚝을 절단전과 같은 하중을 부여하여 재사용하도록 하는 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
기존 구조물 하부인 기초 바닥판에 설치되어 있는 기존말뚝에 대한 정재하 시험방법에 있어서, 상기 정재하 시험방법은 상기 기초 바닥판 아래의 지반을 굴착하는 제 1단계와; 기준말뚝과 기준보를 터파기 지반 위에 설치하는 제 2단계와; 상기 기존말뚝을 절단하기 전에 절단위치보다 아래에 상기 기준보를 이용하여 상기 기존말뚝의 상부에 제 1변위계, 하부에 제 2변위계를 설치하는 제 3단계와; 상기 제 1, 2변위계간 상기 기존말뚝의 절단전 초기 간격을 측정하는 제 4단계와; 상기 제 1, 2변위계를 이용하여 변위를 지속적으로 측정하는 제 5단계와; 상기 기존말뚝을 절단하는 제 6단계와; 상기 기존말뚝의 절단시 발생한 상기 제 1, 2변위계에서 측정된 값의 차인 변위차를 측정하는 제 7단계와; 절단된 상부말뚝과 하부말뚝 사이에 한 쌍의 하중 지지판, 하중계 및 재하장치를 설치하는 제 8단계와; 상기 제 1, 2변위계간 상기 기존말뚝의 절단후 초기 간격을 측정하는 제 9단계와; 상기 재하장치로 하중을 가하여 상기 제 1변위계를 이용하여 상기 재하장치로부터 하중 부여시 발생하는 정재하 하중 및 변위를 측정하여 정재하 시험을 실시하는 제 10단계와; 상기 기존말뚝의 절단후 발생한 상기 제 1, 2변위계에서 측정된 값의 차인 변위차를 측정하는 제 11단계; 및 상기 하중계로부터 측정된 정재하 하중, 상기 하중 부여시 발생하는 변위차, 상기 기존말뚝의 절단시 발생한 변위차, 상기 기존말뚝의 절단후 상기 제 1, 2변위계 간 초기 간격 및 상기 기존말뚝의 절단전 상기 제 1, 2변위계 간 초기 간격을 아래의 수식에 대입하여 하중(P)을 구하는 제 12단계를 포함한다.
Figure 112022124715514-pat00001
여기에서, 상기 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법은 계측 종료후 상기 기존말뚝이 받고 있는 내하력 만큼 상기 재하장치를 이용하여 재하한 상태에서 상기 상부말뚝과 하부말뚝을 추가연결부재로 연결하고, 상기 하중계와 재하장치를 제거하여 상기 기존말뚝을 절단전과 같은 하중을 부여하여 재사용하는 제 13단계;를 더 포함한다.
여기에서 또한, 각각의 상기 하중 지지판은 상기 기존말뚝의 지름보다 더 큰지름을 가지는 원판형태로 형성되고, 중심점을 기준으로 방사상으로 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀에 상기 추가연결부재를 체결하여 상호 연결시킨다.
여기에서 또, 각각의 상기 하중 지지판은 상기 상부말뚝과 하부말뚝의 전단저항력을 강화시키도록 상기 관통홀 사이에 요철홈이 형성되고, 상기 요철홈에 상기 상부말뚝에서 하부말뚝까지 수직으로 연결하는 보강철물을 설치 고정한다.
여기에서 또, 상기 제 13단계는 상기 하중계와 재하장치를 제거한 상태에서 상기 상부말뚝과 하부말뚝에서 이격되면서 상기 하중 지지판을 감싸도록 스페이서와 거푸집을 설치하고, 상기 거푸집 내부에 모르타르를 주입하여 상기 상부말뚝 및 하부말뚝을 연결한다.
여기에서 또, 각각의 상기 하중 지지판은 모르타르가 상기 하부말뚝의 상면에 설치된 하중 지지판 상부와, 상기 상부말뚝의 저면에 설치된 하중 지지판 상부로 유입되어 상기 거푸집 전체에 충전되도록 모르타르 유입홀이 형성된다.
여기에서 또, 상기 하중계, 제 1, 2변위계에서 측정된 데이터는 유무선통신을 통해 단말기로 전송되어 상기 단말기에서 계산이 이루어진다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법에 따르면, 변형게이지를 이용하고 정재하시험에 의한 기존 구조물 하부 말뚝기초의 재하 하중산정시 발생하는 변위왜곡문제를 기준말뚝과 기준보을 이용하여 기존말뚝 절단될 하부말뚝에 상하 2개의 변위계를 설치하고 정재하 시험을 하는 방법으로 극복할 수 있어서 구조물 하부 말뚝의 내구력산정을 보다 정확히 계산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 정재하시험 후 기존에 부여된 하중을 산정하고 다시 재하장치를 이용하여 기존하중을 부여한 채로 절단된 상부말뚝과 하부말뚝을 연결하여 기존말뚝을 재사용할 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 제 1, 2변위계를 현장상황에 따라서 간격조정이 가능하며, 게이지장이 고정된 변형게이지만을 사용하는 경우보다 유연한 정재하시험을 수행할 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 정재하시험을 하기 이전에 변위계를 사용하여 기존말뚝이 받는 하중을 측정하며, 동일한 변위계로부터 정재하시험을 실시하기 때문에 측정되는 변위값을 일관성 있게 구할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 기존 파일의 정재하시험 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법에 따라 정재하시험 후 기존말뚝이 재사용되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법에 적용된 하중 지지판의 평면도이다.
도 7은 종래 기술과 본 발명에 따른 정재하시험결과에서 하중-변위관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법을 설명하기 위한 설명도이고, 도 5는 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법에 따라 정재하시험 후 기존말뚝이 재사용되는 모습을 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법에 적용된 하중 지지판의 평면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법을 설명하면 다음과 같다.
《제 1단계-S1》
먼저, 기초 바닥판(S) 아래의 지반을 굴착하여 기존말뚝(C)을 노출시킨다.
《제 2단계-S2》
제 1, 2변위계(10, 20)를 거치하기 위한 기준말뚝(A)과 기준보(B)를 터파기 지반 위에 설치한다.
《제 3단계-S3》
기존말뚝(C)을 절단하기 전에 절단위치보다 아래에 기준보(B)를 이용하여 기존말뚝(C)의 상부에 제 1변위계(10), 하부에 제 2변위계(20)를 설치한다. 이때, 제 1, 2변위계(10, 20)는 각각의 일단이 기존말뚝(C)에 고정된 브라켓에 설치되고, 타단이 기준보(B)에 설치된다.
또한, 제 1, 2변위계(10, 20)는 기존말뚝(C)의 길이 방향 중심선을 기준으로 방사상으로 등각도를 가지며 다수개가 설치될 수 있는 데, 예를 들어 상하로 1개를 설치하거나, 180도 간격으로 2개, 90도 간격으로 4개를 설치할 수 있다.
《제 4단계-S4》
제 1, 2변위계(10, 20)간 기존말뚝(C)의 절단전 초기 간격(ℓ0)을 측정한다. 이때, 초기 간격(ℓ0)은 제 1, 2변위계(10, 20)의 계측바늘이 있는 위치의 연직거리이고, 자나 버니어캘리퍼스 및 레이저거리 측정기 등으로 수동으로 측정한다.
《제 5단계-S5》
제 1, 2변위계(10, 20)를 이용하여 변위를 지속적으로 측정한다.
《제 6단계-S6》
이러한 상태에서 기존말뚝(C)을 장비를 이용하여 절단한다.
《제 7단계-S7》
계속해서, 제 1, 2변위계(10, 20)를 이용하여 기존말뚝(C)의 절단시 발생한 제 1, 2변위계(10, 20)에서 측정된 값의 차인 변위차(Δ11-Δ21)를 측정한다.
《제 8단계-S8》
기존말뚝(C)이 절단되면, 상부말뚝(C1)의 저면과 하부말뚝(C2)의 상면에 하중 지지판(30)을 접착제로 접합하고, 하중 지지판(30) 사이에 하중계(40) 및 재하장치(50)를 설치한다.
《제 9단계-S9》
설치가 완료되면, 제 1, 2변위계(10, 20)간 기존말뚝(C)의 절단후 초기 간격(ℓ1)을 측정한다. 이때, 절단후 초기 간격은 제 1, 2변위계(10, 20)의 계측바늘이 있는 위치의 연직거리이고, 자나 버니어캘리퍼스 및 레이저거리 측정기 등으로 수동으로 측정한다.
《제 10단계-S10》
이후, 재하장치(50)로 하중을 가하여 제 1변위계(10)를 이용하여 재하장치(50)로부터 하중 부여시 발생하는 정재하 하중(P3) 및 변위(Δ12)를 측정하여 정재하 시험을 실시한다.
《제 11단계-S11》
계속해서, 제 1, 2변위계(10, 20)를 이용하여 기존말뚝(C)의 절단후 발생한 제 1, 2변위계(10, 20)에서 측정된 값의 차인 변위(Δ12-Δ22)를 측정한다.
《제 12단계-S12》
그리고, 제 10단계의 하중계(40)로부터 측정된 정재하 하중, 하중 부여시 발생하는 변위차(Δ12-Δ22), 제 7단계의 기존말뚝(C)의 절단시 발생한 변위차(Δ11-Δ21), 제 9단계의 기존말뚝의 절단후 제 1, 2변위계(10, 20) 간 초기 간격(ℓ1) 및 제 4단계의 기존말뚝(C)의 절단전 제 1, 2변위계(10, 20) 간 초기 간격(ℓ0)을 아래의 수학식 1에 대입하여 하중(P)을 구한다. 이때, 하중계(40), 제 1, 2변위계(10, 20)에서 측정된 데이터는 유무선통신을 통해 단말기(미도시)로 전송되어 단말기에서 계산이 이루어진다.
Figure 112022124715514-pat00002
한편, 이러한 수학식 1을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
기존말뚝(C)이 받고 있는 하중계산은 수학식 2와 같다.
Figure 112022124715514-pat00003
여기서, P : 기존말뚝이 받는 하중, A : 기존말뚝의 단면적, σ1 : 기존말뚝이 받는 응력, E : 기존말뚝의 탄성계수, Δ11 : 제 1변위계의 말뚝절단시 측정변위, Δ21 : 제 2변위계의 말뚝절단시 측정변위, Δ11-Δ21 : 기존말뚝의 절단시 발생한 변위차, ℓ0 : 기존말뚝의 절단 전 제 1, 2변위계간 초기 간격이다.
기존말뚝(C)을 절단 후 정재하 시험에서 구한 하중(P3)는 수학식 3과 같다.
Figure 112022124715514-pat00004
여기서, P3 : 기존말뚝에 재하한 정재하 하중, Δ12 : 제 1변위계가 정재하시 측정한 변위, Δ22 : 제 2변위계가 정재하시 측정한 변위, Δ12-Δ22 : 하중 부여시 발생하는 변위차, ℓ1 : 기존말뚝의 절단 후 제 1, 2변위계간 초기 간격이다.
수학식 3을 탄성계수(E)를 구하는 형태로 만들고 수학식 2에 대입하면 수학식4와 같이 된다.
Figure 112022124715514-pat00005
수학식 4와 같이 구조물에 의한 하중을 받고 있는 기존말뚝(C)을 절단전후의 제 1, 2변위계(10, 20) 간격 및 변위차를 이용하고 절단된 상태에서의 정재하 하중으로부터 기존말뚝(C)이 받고 있는 하중(P)을 구하는 것이 가능하다. 수학식 4는 수학식 1과 동일 수식이다.
수학식 2는 절단되기 전 기존말뚝(C)에 설치된 제 1, 2변위계(10, 20)에 의해 측정된 변위차로부터 구한 기존 말뚝(C)의 압축력을 구하는 식이다. 변위계의 경우 KS F 2445:2022에서 언급한 기준점(기준말뚝)을 설치하고 기준점으로부터 말뚝 특정위치에 연직방향으로 변위계를 설치하고 연직변위를 측정한다. 정재하 시험으로부터 정재하 하중 및 기존말뚝(C)의 절단전후의 계측기간 간격 및 계측결과의 변위차를 이용하면 기존말뚝(C) 절단 전에 받고 있는 압축력을 구할 수 있다.
국내 등록특허공보 제10-2355940호는 상세한 설명에서 제시한 도 3 및 5에서와 같이 절단된 말뚝의 변위측정을 위하여 반력체와 연결된 절단된 말뚝상부와 말뚝하부를 측정하도록 하였으며, 이때 반력체가 실재로는 변위가 발생할 수 있으며,배경기술에 기재된 바와 같이 반력체의 변위발생에 대한 문제가 있어서 KS F 2445:2022가 제시한 별도의 기준점을 새운 상태에서 측정한 변위와는 다르다. 상 하 말뚝간 측정된 변위로 부터의 변형율은 KS F 2445:2022가 제시한 측정방법과 차이가 있으며 반력체 변위가 추가적으로 정재하 시험에서 적용되게 된다. 이를 피하기 위해서는 국내 등록특허공보 제10-2355940호에서 제시한 침하량산정방식을 구하기 위해 본 발명과 같이 별도 기준점을 가지는 변위계 측으로 변경할 필요가 있다.
국내 등록특허공보 제10-2355940호의 정재하시험 방식은 기존 구조물 지하의 하부 기초바닥재를 일부 절개하여 굴착해야 하는 특성상 좁은 내부에서 변위측정을 간이화한 방식으로 정재하 시험에서 반력체의 변위를 고려하지 않은 방법이다.
그러나, 정재하 시험에서 얻어지는 하중 및 변위의 측정은 엄격한 절차 및 KS F 2445:2022에서 언급한 바를 최대한 따를 필요가 있으며, 변위의 경우 정재하 시험에서 발생할 수 있는 측정시 영향을 회피하기 위한 노력이 반드시 필요하다.
따라서, 본 발명이 제시하는 바와 같이 별도의 기준점을 세우고 변위측정시 사용되는 변위계를 하중시스템과 떨어져 별도로 설치할 필요가 있다.
본 발명의 경우 KS F 2445:2022가 제시하는 정재하공법을 충실히 따르되, 기존 말뚝이 받는 하중을 계산하기 위하여 절단될 말뚝 하부에 연직으로 제 1, 2변위계(10, 20)를 설치하여 변위차를 구하고 정재하 시험에서는 절단된 하부말뚝(C2)에 연직으로 설치된 제 1, 2변위계(10, 20)중 상위에 있는 제 1변위계(10)의 변위를 사용한다. 따라서 KS F 2445:2022가 제시하는 정재하공법을 충실히 따를 수 있다.
국내 등록특허공보 제10-2355940호의 정재하시험 방식은 재하장치의 작동에 의해 상부말뚝과 하부말뚝간의 변위를 측정하기 때문에 반력체의 변위가 추가적으로 변위에 더해 질 수 있는 문제가 있으며, 리모델링 등 구조물의 재설계시 말뚝 강성을 실재와 다르게 평가할 수 있는 오류를 내포하고 있다.
《제 13단계-S13》
계측이 종료되면, 도 5에 도시된 바와 같이 기존말뚝(C)이 받고 있는 내하력 만큼 재하장치(50)를 이용하여 재하한 상태에서 상부말뚝(C1)과 하부말뚝(C2)을 추가연결부재(80)로 연결하고, 하중계(40)와 재하장치(50)를 제거하여 기존말뚝(C)을 절단전과 같은 하중을 부여하여 재사용하는 데, 하중계(40)와 재하장치(50)를 제거한 상태에서 상부말뚝(C1)과 하부말뚝(C2)에서 이격되면서 하중 지지판(30)을 감싸도록 스페이서(60)와 거푸집(70)을 설치하고, 거푸집(70) 내부에 모르타르를 주입하여 상부말뚝(C1) 및 하부말뚝(C2)을 연결한다.
각각의 하중 지지판(30)은 기존말뚝(C)의 지름보다 더 큰지름을 가지는 원판형태로 형성되고, 중심점을 기준으로 방사상으로 관통홀(31)이 형성되며, 관통홀(31)에 추가연결부재(80)를 체결하여 상호 연결시킨다. 이때, 추가연결부재(80)는 나사산이 형성된 강봉을 너트로 고정시킨다.
각각의 하중 지지판(30)은 상부말뚝(C1)과 하부말뚝(C2)의 전단저항력을 강화시키도록 관통홀(31) 사이에 요철홈(33)이 형성되고, 요철홈(33)에 상부말뚝(C1)에서 하부말뚝(C2)까지 수직으로 연결하는 보강철물(90)을 설치 고정한다. 이때, 보강 철물(90)은 나사산이 형성된 강봉을 너트로 고정시키고, 보강 철물(90)은 거푸집(70) 설치 높이보다 낮게 설치하여 지반에 보강 철물(90)이 노출되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
각각의 하중 지지판(30)은 모르타르가 하부말뚝(C2)의 상면에 설치된 하중 지지판(30) 상부와, 상부말뚝(C1)의 저면에 설치된 하중 지지판(30) 상부로 유입되어 거푸집(70) 전체에 충전되도록 모르타르 유입홀(35)이 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법과 종래 기술인 기존 파일의 정재하시험 방법(국내 등록특허공보 제10-2355940호)을 대비한 결과 하중-변위관계가 도 7과 같다.
도 7은 종래 기술과 본 발명에 따른 정재하시험결과에서 하중-변위관계를 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명이 종래 기술보다 기존말뚝 두부변위(δ)가 작은 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10, 20 : 제 1, 2변위계 30 : 하중 지지판
40 : 하중계 50 : 재하장치
60 : 스페이서 70 : 거푸집
80 : 추가연결부재 90 : 보강 철물

Claims (7)

  1. 기존 구조물 하부인 기초 바닥판에 설치되어 있는 기존말뚝에 대한 정재하 시험방법에 있어서,
    상기 정재하 시험방법은,
    상기 기초 바닥판 아래의 지반을 굴착하는 제 1단계와;
    기준말뚝과 기준보를 터파기 지반 위에 설치하는 제 2단계와;
    상기 기존말뚝을 절단하기 전에 절단위치보다 아래에 상기 기준보를 이용하여 상기 기존말뚝의 상부에 제 1변위계, 하부에 제 2변위계를 설치하는 제 3단계와;
    상기 제 1, 2변위계간 상기 기존말뚝의 절단전 초기 간격을 측정하는 제 4단계와;
    상기 제 1, 2변위계를 이용하여 변위를 지속적으로 측정하는 제 5단계와;
    상기 기존말뚝을 절단하는 제 6단계와;
    상기 기존말뚝의 절단시 발생한 상기 제 1, 2변위계에서 측정된 값의 차인 변위차를 측정하는 제 7단계와;
    절단된 상부말뚝과 하부말뚝 사이에 한 쌍의 하중 지지판, 하중계 및 재하장치를 설치하는 제 8단계와;
    상기 제 1, 2변위계간 상기 기존말뚝의 절단후 초기 간격을 측정하는 제 9단계와;
    상기 재하장치로 하중을 가하여 상기 제 1변위계를 이용하여 상기 재하장치로부터 하중 부여시 발생하는 정재하 하중 및 변위를 측정하여 정재하 시험을 실시하는 제 10단계와;
    상기 기존말뚝의 절단후 발생한 상기 제 1, 2변위계에서 측정된 값의 차인 변위차를 측정하는 제 11단계; 및
    상기 하중계로부터 측정된 정재하 하중, 상기 하중 부여시 발생하는 변위차, 상기 기존말뚝의 절단시 발생한 변위차, 상기 기존말뚝의 절단후 상기 제 1, 2변위계 간 초기 간격 및 상기 기존말뚝의 절단전 상기 제 1, 2변위계 간 초기 간격을 아래의 수식에 대입하여 하중(P)을 구하는 제 12단계;를 포함하며,
    상기 하중계 및 제 1, 2변위계에서 측정된 데이터는,
    유무선통신을 통해 단말기로 전송되어 상기 단말기에서 계산이 이루어지는 것을 특징으로 하는 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법.
    Figure 112023021590769-pat00006
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법은,
    계측 종료후 상기 기존말뚝이 받고 있는 내하력 만큼 상기 재하장치를 이용하여 재하한 상태에서 상기 상부말뚝과 하부말뚝을 추가연결부재로 연결하고, 상기 하중계와 재하장치를 제거하여 상기 기존말뚝을 절단전과 같은 하중을 부여하여 재사용하는 제 13단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 상기 하중 지지판은,
    상기 기존말뚝의 지름보다 더 큰지름을 가지는 원판형태로 형성되고, 중심점을 기준으로 방사상으로 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀에 상기 추가연결부재를 체결하여 상호 연결시키는 것을 특징으로 하는 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    각각의 상기 하중 지지판은,
    상기 상부말뚝과 하부말뚝의 전단저항력을 강화시키도록 상기 관통홀 사이에 요철홈이 형성되고, 상기 요철홈에 상기 상부말뚝에서 하부말뚝까지 수직으로 연결하는 보강철물을 설치 고정하는 것을 특징으로 하는 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 13단계는,
    상기 하중계와 재하장치를 제거한 상태에서 상기 상부말뚝과 하부말뚝에서 이격되면서 상기 하중 지지판을 감싸도록 스페이서와 거푸집을 설치하고, 상기 거푸집 내부에 모르타르를 주입하여 상기 상부말뚝 및 하부말뚝을 연결하는 것을 특징으로 하는 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    각각의 상기 하중 지지판은,
    모르타르가 상기 하부말뚝의 상면에 설치된 하중 지지판 상부와, 상기 상부말뚝의 저면에 설치된 하중 지지판 상부로 유입되어 상기 거푸집 전체에 충전되도록 모르타르 유입홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 변위계를 이용한 기존말뚝의 정재하 시험방법.
  7. 삭제
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