KR20190019551A - 무리 말뚝 기초 시공 방법 - Google Patents

Abstract

무리 말뚝 기초 시공 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 보강하고자 하는 지반 상부를 정지(整地)하는 단계; 0 < d < 1.5D를 만족하도록 다수의 말뚝을 서로 인접하여 지반에 근입하는 단계와; 상기 다수의 말뚝 상부에 기초판을 형성하는 단계를 포함하며, 서로 인접하는 상기 말뚝의 간격은 0 < d < 1.5D의 범위 내에서 상기 지반의 내부마찰각에 따라 설정되는 무리 말뚝 기초 시공 방법이 제공된다.

Description

무리 말뚝 기초 시공 방법{Construction method of group piles foundation}

본 발명은 무리 말뚝 기초 시공 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 무리 말뚝의 선단에서의 흙쐐기 작용을 이용하여 말뚝 기초의 수직지지력과 수평지지력을 증가시킬 수 있는 말뚝 기초 시공 방법에 관한 것이다.

건물 등의 구조물을 지반 상에 축조하는 경우, 구조물의 중량과 구조물에 가해진 하중을 안정적으로 지반에 전달하고, 허용치 이상의 침하, 경사, 이동, 변형, 진동 등의 장애가 발생하지 않도록 하기 위해 기초를 형성하게 된다.

기초의 형식은, 지반이 구조물의 하중을 충분히 지지할 수 있는 경우, 말뚝 등을 사용하지 않고 기초판으로 직접 지반에 전달하는 직접 기초(또는 얕은 기초)와, 지반의 지지력이 충분하지 못하거나 침하가 과도하게 일어날 수 있는 경우, 말뚝, 피어, 케이슨 등을 이용하여 지지력이 충분히 큰 하부지반에 구조물의 하중을 전달하는 깊은 기초로 대별할 수 있다.

한편, 말뚝의 수직지지력은, 말뚝의 주변 마찰력과 선단 지지력에 의해 결정되는데, 선단지지력이 우세한 경우를 선단지지 말뚝이라 한다. 다수의 말뚝을 서로 인접하여 설치하는 경우 말뚝에 의해 흙으로 전달되는 응력이 겹쳐 수직지지력이 감소하는 효과 즉, '무리 말뚝 효과'가 알려져 있다.

시방서나 각종 설계 지침에서는, 무리 말뚝 효과의 영향을 최소화하기 위한 말뚝 중심 사이의 간격을 최소한 2.5D(여기서, D = 말뚝의 직경)이상을 유지하도록 제시하고 있으며, 무리 말뚝의 영향을 무시할 수 있는 연직말뚝의 최소 중심간격(d_o)을

(여기서, r = 말뚝의 반경, L= 말뚝의 길이)로 제시하기도 한다.

그런데, 이러한 무리 말뚝의 수직지지력 결정은 매우 복잡한 문제로 아직 완전히 해결되지 않고 있는데, 단순히 무리 말뚝 효과로서 말뚝이 위에서 제시하는 이격거리 내에 있다는 것으로 응력이 겹쳐 수직지지력이 감소한다고 볼 수 없으며, 일정 거리 내에 위치하는 말뚝의 경우 말뚝의 선단에서 흙쐐기 작용에 따른 간섭 보강 효과로 말뚝의 단면적이 커지는 효과가 있어 선단 지지력 개선효과를 얻을 수 있어 선단지지말뚝인 경우 수직지지력을 증가시킬 수 있다.

한편, 지진, 바람 등에 의해 지상 구조물에 수평 방향 하중이 작용하는 경우, 수평 방향 하중에 저항하기 위해 말뚝의 수평지지력이 필요하게 된다.

수평 방향 하중을 받는 단일 말뚝의 거동은 말뚝머리의 고정상태와 말뚝과 흙의 상대적 강성에 따라 달라진다. 말뚝머리의 고정 상태는 힌지처럼 작용하면 두부자유(free head)라 하며, 고정단처럼 작용하면 두부구속(fixed head)라고 한다. 단일 말뚝과 무리 말뚝의 머리 고정 상태는 기초와 연결 조건에 따라 결정되는 요소이고, 말뚝과 흙의 상대적 강성은 말뚝 재료의 강성과 수평 지반 반력으로 결정된다.

종래에는 말뚝의 최소 이격거리를 유지하면서 무리 말뚝의 수평지지력을 단일 말뚝의 수평지지력의 합과 같거나 작게 적용하고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0926300호(2009년11월12일 공고)

본 발명은 무리 말뚝의 선단에서의 흙쐐기 작용을 이용하여 말뚝 기초의 수직지지력과 수평지지력을 증가시킬 수 있는 말뚝 기초 시공 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 보강하고자 하는 지반 상부를 정지(整地)하는 단계; 아래의 [식]을 만족하도록 다수의 말뚝을 서로 인접하여 지반에 근입하는 단계와;

[식]

0 < d < 1.5D

여기서,

D = 상기 말뚝 선단부의 원형 환산단면의 직경

d = 서로 인접하는 상기 말뚝의 순간격

상기 다수의 말뚝 상부에 기초판을 형성하는 단계를 포함하며, 서로 인접하는 상기 말뚝의 간격은 상기 [식]의 범위 내에서 상기 지반의 내부마찰각에 따라 설정되는, 무리 말뚝 기초 시공 방법이 제공된다.

다수의 상기 말뚝은 1열로 배치되어 상기 지반에 근입될 수 있다.

상기 지반에 근입하는 단계는, 인접한 세 개의 상기 말뚝의 단면의 도심이 정삼각형을 이루도록 상기 말뚝을 상기 지반에 근입하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 정삼각형의 한 꼭지점 또는 한 변을 공유하는 다수의 정삼각형이 규칙적으로 배열되도록 정삼각형의 꼭지점에 상기 말뚝이 위치할 수 있다.

그리고, 정삼각형을 이루는 서로 인접한 말뚝은 아래의 [식]을 만족하도록 배치될 수 있다.

[식]

0 < d ≤ 0.732D

여기서,

D = 상기 말뚝의 원형 환산단면의 직경

d = 서로 인접하는 상기 말뚝의 원형 환산단면의 순간격

한편, 상기 원형 환산단면은, 상기 말뚝의 폐색단면을 원형으로 환산한 단면일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무리 말뚝의 선단에서의 흙쐐기 작용을 이용하여 말뚝 기초 지지력을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법의 순서도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법의 흐름도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법에 따른 흙쐐기 작용에 따른 보강효과를 설명하기 위한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법에 따라 말뚝의 배치 상태를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초의 흙쐐기 작용을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법에 따른 두 개의 말뚝 간의 이격 거리 산출방법을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법에 따른 정삼각형의 말뚝 간의 이격 거리 산출방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초의 흙쐐기 작용에 따른 수평지지력 효과를 설명하기 위한 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법의 순서도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법의 흐름도이다. 그리고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법에 따른 흙쐐기 작용에 따른 보강효과를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법에 따라 말뚝의 배치 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 2 내지 도 8에는, 지반(12), 말뚝(14), 기초판(16), 흙쐐기 단면적(18), 전단파괴면(20)이 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법은, 보강하고자 하는 지반(12) 상부를 정지(整地)하는 단계; 아래의 [식 1]을 만족하도록 다수의 말뚝(14)을 서로 인접하여 지반(12)에 근입하는 단계와; 상기 다수의 말뚝(14) 상부에 기초판(16)을 형성하는 단계를 포함한다.

[식 1]

여기서,

D = 상기 말뚝(14) 선단부의 원형 환산단면의 직경

d = 서로 인접하는 상기 말뚝(14)의 순간격

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법을 설명하면, 먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 보강하고자 하는 지반(12) 상부를 정지(整地)한다(S100). 상부구조물에 대한 침하 및 지지력의 부족이 우려되는 지반(12)을 평탄하고 고르게 정리한다.

시공하고자 하는 상부구조물의 하중에 따라 원 지반(12)을 정지하거나, 정지된 지반(12) 상부에 기반재를 포설하고 다짐하여 지반(12) 상부를 양호한 지반으로 개량할 수 있다. 상부구조물은 건축물, 교각, 암거, 하수관로, 지하주차장, 옹벽 등 본 실시예에 따라 보강된 기초 상부에 축조되거나 놓여지는 구조물을 의미한다.

다음에, 도 3에 도시된 바와 같이, 위의 [식 1]을 만족하도록 다수의 말뚝(14)을 서로 인접하여 지반(12)에 근입한다(S200). 다수의 말뚝(14)을 지반(12) 상에 근입할 때, 말뚝(14) 간의 순간격을 [식 1]의 범위에서 결정할 수 있다. 즉, [식 1]의 범위 내에서 지반(12)의 내부마찰각에 따라 서로 인접하는 말뚝의 간격이 결정된다.

[식 1]에서 도출할 수 있는 말뚝(14) 간의 이격 거리는, 서로 인접한 말뚝(14) 선단에서의 흙쐐기 작용을 발생시킬 수 있는 이격 거리로서, 이에 대해서는 아래에서 자세하게 설명하기로 한다.

[식 1]의 범위를 적용하는 경우, 말뚝(14) 선단부의 단면을 원형 단면으로 환산하여 적용한다. 예를 들면, 말뚝(14)의 선단부가 속이 찬 중실 원형 단면의 경우 원형 단면의 직경 D를 적용하고, 중실의 다각형 단면의 경우에는 동일 면적의 원형 단면으로 환산하여 원형 환산단면의 직경 D를 적용하게 된다.

한편, 말뚝(14)으로는 선단부의 단면이 닫혀 있는 폐단 말뚝과 선단부가 열려 있는 개단 말뚝(open section pile) 등이 사용될 수 있는데, 내부에 중공이 형성된 폐단 말뚝이나 개단 말뚝의 경우에는, 말뚝의 폐색단면을 원형으로 환산한 단면을 원형 환산단면으로 하여 상기 [식 1]을 적용한다.

내부에 중공이 형성된 폐단 말뚝이나 개단 말뚝이 지반(12)에 근입될 때 말뚝의 선단부가 막힌 것과 흡사한 효과를 발휘하는 것을 말뚝의 폐색효과(plugging effect)라고 하는데, 이러한 폐색효과를 고려하여 폐색단면을 원형 단면으로 환산한 원형 환산단면으로 하여 상기 [식 1]을 적용한다. 예를 들면, 속이 빈 강관 말뚝(14)이나 H형 파일의 경우에는, 말뚝의 선단부가 막힌 폐색단면을 원형 단면으로 환산하여 위의 [식 1]을 적용하게 된다.

한편, 말뚝(14)의 순간격(d)은, 서로 인접하는 말뚝(14)에서, 두 개의 말뚝(14) 외주의 최단 거리를 의미한다. 원형 단면을 갖는 말뚝(14)의 경우에는, 도 9를 참조하면, 두 말뚝(14)의 원형 단면의 중심을 잇는 직선과 두 개의 원형 단면의 원주가 만나는 점 간의 거리이다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 말뚝(14) 상부에 기초판(16)을 형성한다(S300). 다수의 말뚝(14)을 지반(12)에 근입시킨 상태에서 말뚝(14)의 상부에 기초판(16)을 형성한다. 기초판(16)은 상부 구조물의 형태에 따라 결정될 수 있는데, 예를 들면, 상부구조물이 건축물의 경우 콘크리트를 타설하고 양생하여 콘크리트 기초판을 형성하고 콘크리트 기초판에 건축물을 축조하게 된다. 그리고, 상부구조물이 암거 또는 박스 구조의 경우에는 다수의 말뚝(14)의 상부에 양질의 쇄석이나 잡석을 도포하여 기초판을 형성하고 그 상부에 암거 또는 박스 등의 상부구조물을 직접 거치하는 것도 가능하다.

도 5 및 도 6은 본 실시예에 따라 위의 [식 1]에서 제시한 간격으로 무리 말뚝(14) 기초를 시공하는 경우 흙쐐기 작용에 따른 보강효과를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 서로 인접하는 두 개의 말뚝(14)의 선단부 하단에서 발생하는 흙쐐기 작용에 따른 간섭 보강 효과로 말뚝(14)의 단면적이 커지는 효과(도 5에서 빗금친 부분의 단면적)를 나타내고 있고, 도 6은 정삼각형을 이루는 세 개의 말뚝(14)의 선단부 하단에서 발생하는 흙쐐기 작용에 따른 간섭 보강 효과로 말뚝(14)의 단면적이 커지는 효과(도 6에서 빗금친 부분의 단면적)를 나타내고 있다. 따라서, 흙쐐기 작용에 따른 간섭 보강 효과로 단면적이 증가하여 결과적으로 무리 말뚝(14)의 지지력이 증가하게 되는 것이다.

설명의 편의를 위하여, 서로 인접하는 말뚝(14)의 선단부에서 흙쐐기 작용에 따른 간섭 보강 효과로 증가된 단면적을 '흙쐐기 단면적(18)'(도 5 및 도 6에서 빗금친 부분)이라 한다.

도 5 및 도 6은 무리 말뚝(14)의 최소 단위 배열을 도시하고 있는데, 도 7은 다수의 말뚝(14)을 선형으로 지반(12)에 근입한 형태로서 무리 말뚝(14)을 1열로 배열한 경우이며, 도 8은 정삼각형으로 배치된 세 개의 말뚝(14)을 기본 단위로 하여 정삼각형의 한 꼭지점 또는 한 변을 공유하는 다수의 정삼각형이 규칙적으로 배열되도록 정삼각형의 꼭지점에 말뚝(14)이 위치시킨 형태들이다.

지지하고자 하는 상부구조물의 형태에 따라 도 7 및 도 8에 제시된 말뚝(14)의 배열 형태를 채택하여 무리 말뚝(14) 기초를 형성할 수 있다.

이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여 본 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법에 따라 무리 말뚝(14) 기초를 시공한 경우 지반(12) 거동을 살펴보고자 한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝(14) 기초의 흙쐐기 작용을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법에 따른 두 개의 말뚝(14) 간의 이격 거리 산출방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 Terzaghi가 제안한 기초 지반(12)의 지지력 상태를 기초로 하여 무리 말뚝(14) 하부의 지지력 상태를 도시하고 있다. 말뚝(14)에 상재하중이 가해짐에 따라 말뚝(14) 하부에서는 전단파괴면(20)을 따라 지반(12)에 파괴가 일어나게 된다.

도 9는 서로 인접한 말뚝(14)이 등간격을 이루도록 배치한 경우의 말뚝(14) 하부의 지지력 상태를 도시한 것으로, 각 말뚝(14)의 전단파괴면(20)은 서로 인접한 말뚝(14)들의 가운데(도 9의 수직의 점선)에서 마주하게 되고, 각 말뚝(14)의 전단파괴면(20)은 인접한 말뚝(14)의 전단파괴면(20)에 영향을 미치게 된다. 즉, 서로 인접한 말뚝(14)의 전단파괴면(20)들이 서로 만나게 되고, 상호간의 전단파괴힘이 인접한 말뚝(14)에 의한 지반(12)의 전단파괴를 억제하는 힘으로 작용하게 된다. 이때 인접한 말뚝(14)에 의한 지반(12)의 전단파괴힘은 수동토압(passive earth pressure, Pp)으로 작용하게 되고, 이러한 수동토압이 흙쐐기로 작용하여 서로 인접한 말뚝(14)의 선단부 하단에 흙쐐기가 마주하면서 간섭 보강 효과를 일으키게 된다.

인접한 말뚝(14)에 작용하는 상재하중이 하부지반(12)의 전단파괴면(20)을 따라서 전달되어 동일한 크기로 인접한 말뚝(14)의 파괴 거동을 억제하게 된다. 인접한 말뚝(14)의 파괴 거동을 억제하는 힘은 흙쐐기로 작용하며 인접한 말뚝(14)의 흙쐐기와 마주하면서 간섭 보강 효과를 나타내게 되는 것이다. 이러한 간섭 보강 효과는 서로 인접한 두 개의 말뚝(14) 사이의 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 단면적 증가를 유도하여 결과적으로 무리 말뚝(14)의 수직지지력이 증가하게 되는 것이다.

도 10의 (a)를 참조하면, 말뚝(14)의 선단부 하단에 생성되는 흙쐐기가 인접 말뚝(14)의 흙쐐기와 만나서 간섭 보강 효과를 일으키기 위해서는 아래의 [식 2]와 같이 전단파괴면(20)까지의 간섭 높이(hi)가 말뚝(14) 직경(D)와 같아야 한다.

도 10의 (a)에서,

를 의미한다.

[식 2]

다시 말해, 말뚝(14)의 선단부의 하부 지반(12)의 전단파괴면(20)으로 인접한 말뚝(14)의 상재하중이 전달되는데, 이러한 상재하중이 가장 큰 면적으로 전달되도록 하기 위해서는 전단파괴면(20)이 가장 큰 면적으로 만나야 하고, 이는 서로 만나는 전단파괴면(20)의 높이 h_i를 가장 크게 하는 이격 거리를 산출하여야 한다.

도 10의 (b)를 참조하여, 본 실시예에 따른 말뚝(14) 간의 이격 거리 산출방법을 설명한다.

도 10의 (b)를 참조하면, 전단파괴면(20)의 궤적은 아래의 [식 3]로 표시할 수 있다.

[식 3]

그리고,

이며,

이를 [식 3]에 따라 정리하면, 인접한 말뚝(14) 하부의 지반(12)의 서로 만나는 전단파괴면(20)의 높이 h는 다음 [식 4]로 나타낼 수 있다.

[식 4]

한편, 말뚝(14)의 순간격은 [식 5]와 같이 나타낼 수 있다.

[식 5]

상기 [식 4] 및 [식 5]에서 내부마찰각 φ는 보강하고자 하는 지반(12)에 의해 결정되는 값으로서, 상기 [식 2]에 따라 h=D를 만족하는 φ와 θ의 조합을 구하여 말뚝(14)의 순간격 범위를 설정한다.

아래의 [표 1]은 여러 내부마찰각 φ에 따라 산출된 θ 및 m=d/D의 값을 나타내고 있다.

φ	θ(°)	m=d/D
30°	60 < θ < 75	0 < m < 0.6363
33°	57 < θ < 83.5	0 < m < 1.3707
35°	55 < θ < 87.5	0 < m < 1.9109
40°	50 < θ < 94.5	0 < m < 3.6512

이를 정리하면, 아래의 [식 6]을 얻을 수 있고,

[식 6]

0 < m < 3.6512

여기서,

따라서, 상기 [식 6]으로부터 서로 인접하는 말뚝(14)의 순간격(d)는 위에서 제시한 [식 1]의 범위 내에서 말뚝(14)이 근입되는 지반(12)의 내부마찰각(φ)에 따라 설정될 수 있다.

한편, 극한하중상태에서 말뚝선단 주위의 흙파괴면은 관입전단파괴(punching shear failure)의 모양이 된다. 즉, 말뚝선단에 삼각형 흙쐐기 영역이 발생하고 조밀한 사질토나 단단한 점성토에서는 전단파괴면(20)이 완전하지(fully) 않고 부분적(partially)으로 발생한다.

이는 종래에 무리 말뚝 효과의 영향을 최소화하기 위한 말뚝 중심 사이의 간격을 최소한 2.5D이상을 유지하도록 제시하고 있는 것과 같은 맥락인데, 이를 순간격으로 변환하여 제시하면 d=1.5D 이상으로 말뚝의 순간격을 유지하도록 한다고 볼 수 있으며, 이러한 사항을 반영하면, [표 1]은 다음의 [표 2]와 같이 변환된다.

φ	θ(°)	m=d/D
30°	60 < θ < 75	0 < m < 0.6363
33°	57 < θ < 83.5	0 < m < 1.3707
35°	55 < θ < 87.5	0 < m < 1.5
40°	50 < θ < 94.5	0 < m < 1.5

따라서, 이를 정리하면, 아래의 [식 7] 얻을 수 있고,

[식 7]

0 < m < 1.5

여기서,

따라서, 상기 [식 7]로부터 서로 인접하는 말뚝(14)의 순간격(d)는 위에서 제시한 [식 1]의 범위 내에서 말뚝(14)이 근입되는 지반(12)의 내부마찰각(φ)에 따라 설정될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초 시공 방법에 따른 정삼각형의 말뚝(14) 간의 이격 거리 산출방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 인접한 세 개의 말뚝(14)의 단면의 도심의 이격 거리가 정삼각형을 이루도록 함으로써 지반(12)에 설치되는 모든 말뚝(14) 각각의 이격 거리가 동일하게 되는데, 말뚝(14) 하부의 지반(12)의 지지력 증가 효과가 실질적으로 동일하게 되어 보강하고자 하는 지반(12)의 전면에 걸쳐 균일한 지지력 증대 효과를 얻을 수 있다.

이 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 서로 인접하는 말뚝(14)의 흙쐐기 단면적(18)이 정삼각형을 이루는 세 개의 말뚝(14)의 내부를 완전히 채울 때 말뚝(14)의 지지력 측면에서 가장 효과적인 배치라고 할 수 있으므로, 도 11을 참조하면, 말뚝(14)의 원형 환산단면의 직경(D)와, 말뚝(14) 내부에 형성되는 흙쐐기 단면적(18)의 내부 정삼각형의 높이(H) 사이에는 다음의 [식 8]을 만족하여야 한다.

[식 8]

도 11을 참조하면, 정삼각형의 높이(H)는 아래와 같고,

여기서,

이를 [식 8]에 대입하고,

정리하면,

즉, d = 0.732D를 초과할 때 흙쐐기 단면적(18)이 세 개의 말뚝(14)의 내부를 완전히 채울 수 없으므로, 다음의 [식 9]를 만족할 때 지지력 측면에서 최적의 효과를 얻을 수 있다.

[식 9]

0 < d ≤ 0.732D

따라서, 정삼각형을 이루도록 세 개의 말뚝(14)을 배치할 때, 상기 [식 9]으로부터 서로 인접하는 말뚝(14)의 순간격(d)는 위에서 제시한 [식 9]의 범위 내에서 말뚝(14)이 근입되는 지반(12)의 내부마찰각(φ)에 따라 설정될 수 있다.

한편, 말뚝(14) 기초의 수직지지력을 증가시키기 위해 무리 말뚝 선단의 흙쐐기 작용을 이용할 수 있도록 무리 말뚝을 상술한 방법에 따라 배치하는 경우 말뚝의 수평지지력에서도 간섭 보강 효과를 얻을 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무리 말뚝 기초의 흙쐐기 작용에 따른 수평지지력 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 12의 (a)는 무리 말뚝(14)의 이격거리가 큰 경우이고, 도12의 (b) 무리 말뚝(14)의 이격거리가 상대적으로 작은 경우를 도시하고 있다.

도 12의 (a)의 경우 지반의 강성은 [식 10]와 같고,

[식 10]

도 12의 (b)의 경우 지반의 강성은 [식 11]과 같다.

[식 11]

위의 [식 10]과 [식 11]을 비교하여 보면, 다음의 [식 12]와 같이 무리 말뚝의 간격이 좁은 경우가 말뚝과 주변의 토사가 일체로 거동할 수 있어 넓은 경우 보다 지반의 강성 및 말뚝과 주변 토사의 복합 강성이 증대되어 말뚝의 수평지지력이 증가하게 됨을 알 수 있다.

[식 12]

말뚝의 수평지지력은 말뚝(14)과 지반(12)의 강성에 의해 결정되기 때문에 통일한 크기 및 재질의 말뚝에서는 말뚝 머리 주변의 토사와 말뚝의 복합강성에 비례해서 증가하게 된다. 또한, 보다 더 큰 수평지지력을 얻기 위해서는 말뚝 머리 주변의 토사를 마찰 성능이 우수한 양질의 토사로 치환하고 다짐하면 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

12: 지반 14: 말뚝
16: 기초판 18: 흙쐐기 단면적
20: 전단파괴면

Claims (6)

1. 보강하고자 하는 지반 상부를 정지(整地)하는 단계;
   아래의 [식]을 만족하도록 다수의 말뚝을 서로 인접하여 지반에 근입하는 단계와;
   
   [식]
   0 < d < 1.5D
   여기서,
   D = 상기 말뚝 선단부의 원형 환산단면의 직경
   d = 서로 인접하는 상기 말뚝의 순간격
   
   상기 다수의 말뚝 상부에 기초판을 형성하는 단계를 포함하며,
   서로 인접하는 상기 말뚝의 간격은 상기 [식]의 범위 내에서 상기 지반의 내부마찰각에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는, 무리 말뚝 기초 시공 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   다수의 상기 말뚝은 1열로 배치되어 상기 지반에 근입되는 것을 특징으로 하는, 무리 말뚝 기초 시공 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 지반에 근입하는 단계는,
   인접한 세 개의 상기 말뚝의 단면의 도심이 정삼각형을 이루도록 상기 말뚝을 상기 지반에 근입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무리 말뚝 기초 시공 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   정삼각형의 한 꼭지점 또는 한 변을 공유하는 다수의 정삼각형이 규칙적으로 배열되도록 정삼각형의 꼭지점에 상기 말뚝이 위치하는 것을 특징으로 하는, 무리 말뚝 기초 시공 방법.
   
5. 제3항에 있어서,
   정삼각형을 이루는 서로 인접한 말뚝은 아래의 [식]을 만족하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 무리 말뚝 기초 시공 방법.
   
   [식]
   0 < d ≤ 0.732D
   여기서,
   D = 상기 말뚝의 원형 환산단면의 직경
   d = 서로 인접하는 상기 말뚝의 원형 환산단면의 순간격
   
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
   상기 원형 환산단면은,
   상기 말뚝의 폐색단면을 원형으로 환산한 단면인 것을 특징으로 하는, 무리 말뚝 기초 시공 방법.
   

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