WO2014088327A1 - 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법 및 이를 이용한 지지력 산정 방법 - Google Patents

변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법 및 이를 이용한 지지력 산정 방법 Download PDF

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WO2014088327A1
WO2014088327A1 PCT/KR2013/011181 KR2013011181W WO2014088327A1 WO 2014088327 A1 WO2014088327 A1 WO 2014088327A1 KR 2013011181 W KR2013011181 W KR 2013011181W WO 2014088327 A1 WO2014088327 A1 WO 2014088327A1
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송기용
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이엑스티 주식회사
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    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/48—Piles varying in construction along their length, i.e. along the body between head and shoe, e.g. made of different materials along their length
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/10—Deep foundations
    • E02D27/12—Pile foundations
    • E02D27/14—Pile framings, i.e. piles assembled to form the substructure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D33/00—Testing foundations or foundation structures

Definitions

  • the present invention relates to a method of calculating the physical properties of the ground on which the cross section pile is installed and a method of calculating the bearing capacity using the same, and more particularly, a method capable of simply converting the physical properties of the ground by converting the cross section file into an equivalent cylindrical pile.
  • the present invention relates to a method for calculating ground bearing capacity using the same.
  • piles are buried in the ground to support buildings or civil structures to secure supporting capacity.
  • the method of calculating the bearing capacity of the pile in which the pile is embedded is relatively simple.
  • the pile is complicated, it is difficult to calculate the physical properties and the bearing capacity of the pile in which the pile is embedded.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the problem to be solved in the present invention is to provide a method for estimating the bearing capacity of the ground in which the cross-sectional pile file is changed depending on the length of the pile.
  • a method of converting physical properties of a ground having a cross section pile is provided in the method of converting properties of a ground having a cross section pile including a head part, a cone part, and a tail part.
  • Equivalent file conversion step of converting into a combination of two cylindrical piles or into a single cylindrical pile and physical property conversion step of calculating the converted properties of the ground for one or more cylindrical piles in the equivalent file conversion step It is characterized by the technical features.
  • a method for converting properties of a ground having a cross section pile installed therein and a method for calculating bearing capacity using the same can simplify a complicated calculation by converting the cross section file into a cylindrical file of a simple shape to calculate the properties and bearing capacity of the ground.
  • FIG. 1 is a perspective and side cross-sectional view of a cross-sectional pile
  • Figure 2 is an excavation device for forming the cross section pile
  • Figure 3 is a side cross-sectional view of the edge file is installed under the base plate
  • Figure 4 is a bottom view of the state in which the cross-sectional file is installed under the base plate
  • FIG. 5 is a flowchart of a method for converting properties of soil having a cross-section pile according to the present invention and a method for calculating bearing capacity using the same;
  • FIG. 1 illustrates a cross-sectional pile file used when the method for converting the physical properties of the ground in which the cross-sectional pile file is installed according to the present invention
  • FIG. 2 illustrates an excavation apparatus used to form the cross-sectional pile file.
  • the end face pile 100 has a cylindrical head portion 10, a truncated cone portion 20 formed at the bottom of the head portion 10, and a cylindrical tail portion 30 formed at the bottom of the cone portion 20.
  • the head portion 10 and the cone portion 20 are collectively referred to as a bulb R.
  • the cross sectional pile is formed using the excavation apparatus shown in FIG. 2, and briefly describing a method of forming the cross sectional pile, the tail forming portion TM of the excavating apparatus enters the ground while stirring the ground, and the bulb forming portion RM When the ground enters while stirring, and the ground on which the tail portion 30 and the bulb R are to be formed is stirred up to a proper depth, the ground is formed through a blow hole (not shown) formed in the bit of the tail forming portion TM.
  • the filler which is a mixture of the agent, water and binder, the mixture of the soil and the filler is formed on the ground in the form of a cross-sectional pile. Thereafter, the mixture of the soil and the filler is cured, thereby completing the formation of the cross-sectional pile to which the present invention is applied.
  • the base bottom plate 200 which is the base on which the structure is formed, is coupled to the top of the head portion 10 of the cross-sectional pile file 100 formed as described above.
  • One or a plurality of side face piles are installed in the base bottom plate 200.
  • An example of the base bottom plate 200 in which seven side face piles 100 are installed is illustrated in FIG. 4.
  • a concrete method of calculating the bearing capacity of the ground in which the side cross-section pile according to the present invention will be described below is based on the ground and the cross-sectional pile file vertically downward of the base plate.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of converting physical properties of a ground having a cross-section pile according to the present invention and a method of calculating bearing capacity using the same.
  • Property conversion method of the ground in which the cross section pile according to the present invention is installed comprises an equivalent file conversion step (S10), the property conversion step (S20), the bearing capacity calculation method according to the present invention is a cross-sectional file according to the present invention It is configured to further include a bearing capacity calculating step (S30) to the physical property conversion method of the installed ground.
  • Equivalent file conversion step (S10) is a step of dividing the cross-sectional file into a plurality of sections along the length and converting to a combination of a plurality of cylindrical piles or a single cylindrical pile, converted into a combination of a plurality of cylindrical piles
  • Embodiment 1 is a method of dividing the end face file into the head portion 10, the cone portion 20 and the tail portion 30, the head portion 10 and the tail portion 30 is formed in a cylindrical shape, so The cone portion 20 is converted into an equivalent cylindrical pile.
  • Equivalent file conversion step (S10) of Example 1 by dividing the volume of the cone portion 20 by the height of the cone portion 20 is converted into the equivalent cylindrical intermediate portion 40 to a total of three cylindrical piles It is a step of converting to a bonding structure of. Therefore, the end face pile that has undergone the equivalent file conversion step S10 is divided into three sections of the head portion 10, the middle portion 40, and the tail portion 30, depending on the depth as shown in FIG.
  • the middle part 40 needs to be converted into an equivalent pile, for convenience, 1 for the head part, 2 for the cone part and the middle part, and the tail part.
  • the converted cross-sectional area S 2 of the intermediate portion 40 is as shown in [Equation 1] below (V 2 is the volume of the cone portion, h 2 is the cone Height of wealth).
  • Example 2 is a method of dividing the sectional file into two sections, and FIG. 7 illustrates an equivalent file applied to Example 2 of the present invention.
  • Example 2 an equivalent cylinder is divided into an upper end portion 50 consisting of a head portion 10 and a portion of the cone portion 20, a lower portion 60 consisting of the rest of the cone portion 20, and a tail portion 30. Converted into a mold, the reference to divide the cone portion 20 into the upper portion 50 and the lower portion 60 is the center of gravity (M) of the cone portion 20. That is, when the end face pile is formed on the ground, the upper portion of the center of gravity of the cone portion 20 belongs to the upper portion 50 and the lower portion of the center of gravity belongs to the lower portion 60.
  • M center of gravity
  • the upper end portion 50 of the edge file including the head portion 10, the cone portion 20, and the tail portion 30 is based on the center of gravity of the cone portion 20.
  • a step of converting into a coupling structure of the lower part 60, the cross-sectional pile file that has undergone the equivalent file conversion step (S10) of the second embodiment according to the depth as shown in Figure 7 (b) 50 and the lower portion (60) It is divided into two sections.
  • the converted cross-sectional area S 5 of the upper part 50 and the converted cross-sectional area S 6 of the lower part 60 are as follows. 2] and [Equation 3] (V1 is the volume of the head portion, V3 is the volume of the tail portion, V5 is the volume of the cone portion belonging to the upper portion, V6 is the volume of the cone portion belonging to the lower portion, h5 is the height of the cone portion belonging to the upper portion, V6 is the height of the cone part belonging to the lower part).
  • Example 3 is a method of converting a cross-sectional file into a cylindrical pile
  • Figure 8 shows an equivalent file applied to the third embodiment of the present invention.
  • the cross-sectional pile file that has undergone the equivalent pile conversion step S10 of Embodiment 3 is converted into the equivalent pile 70 having a single cross-sectional area as shown in FIG.
  • Equation 4 V is the volume of the cross-sectional pile, h is the height of the cross-sectional pile.
  • Property conversion step (S20) is a step of calculating the converted physical properties of the ground for each section of the cylindrical pile divided in the equivalent file conversion step (S10).
  • S10 equivalent file conversion step
  • the cross-sectional area S 1 of the head portion 10 since the cross-sectional area S 1 of the head portion 10, the converted cross-sectional area S 2 of the middle portion 40, and the cross-sectional area S 3 of the tail portion 30 are different from each other, the cross-sectional area is divided by the same section to convert physical properties. do.
  • the physical properties to be converted are the unit weight F in terms of conversion, the adhesive force in terms of conversion, the elastic modulus in terms of conversion E, and the internal friction angle in terms of conversion, and each physical property has a portion where the edge file occupies the area and the edge file in the vertical bottom of the base plate. Is determined according to the ratio of the area of ie, the area of the base plate-the cross-sectional area of the sectional pile.
  • S i is the equivalent cross-sectional area of the head, middle and tail sections
  • S N is the area of the base plate
  • F p is the unit weight of the cross-sectional pile
  • F s is the unit weight of the ground
  • C s is the cohesion of the ground
  • E p is the elastic modulus of the cross-sectional pile
  • E s is the elastic modulus of the ground
  • ⁇ p is the internal friction angle of the cross-sectional pile
  • ⁇ s is the internal friction angle of the ground
  • Example 2 similarly to Example 1, since the converted cross-sectional area S 5 of the upper part 50 and the converted cross-sectional area S 6 of the lower part 60 are respectively different, the cross-sectional area is divided by the same section to convert the physical properties.
  • the physical properties to be converted are the unit weight F, the converted cohesion C, the converted elastic modulus E, and the internal friction angle ⁇ in the same manner as in Example 1, and each physical property is the area occupied by the end face pile and the end face pile in the vertical direction of the base plate. It is determined by the ratio of the area of the missing part, ie (the area of the base plate-the cross-sectional area of the sectional pile).
  • Example 3 since the converted cross-sectional area S 8 is constant, physical properties can be converted for the entire section h.
  • the physical properties to be converted are the unit weight F, the converted cohesion C, the converted elastic modulus E, and the internal friction angle ⁇ in the same manner as in Example 1, and each physical property is the area occupied by the end face pile and the end face pile in the vertical direction of the base plate. It is determined by the ratio of the area of the missing part, ie (the area of the base plate-the cross-sectional area of the sectional pile).
  • the supporting force calculating step (S30) is a step of calculating the total bearing capacity of the ground from the converted section-specific properties, and may be calculated by substituting the converted section-specific properties into any one of the formulas of Terzaghi, Meyerhof and Hansen. Terzaghi, Meyerhof, and Hansen's formulas are shown in Equations 17 to 19 below.
  • the Terzaghi model is a bearing formula that is mainly applied to shallow foundations designed for high cohesion ( ⁇ 1 is the unit weight of the upper base, ⁇ 2 is the unit weight of the lower base, c is the cohesion, ⁇ , ⁇ is the shape factor, B is the foundation width, D f is the root depth, N c , N r , and N q are the bearing coefficients for the total shear failure, and each coefficient can be derived according to the characteristics of the pile and the base).

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Abstract

본 발명은 변단면 파일을 등가의 원기둥형 파일로 환산하여 지반의 물성 및 지지력을 간략히 산정할 수 있는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법은 헤드부(10), 콘부(20), 테일부(30)로 구성된 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법에 있어서, 상기 변단면 파일을 길이를 따라 복수 개의 구간으로 나누고 복수 개의 원기둥형 파일의 결합으로 환산하거나 하나의 원기둥형 파일로 환산하는 등가 파일 환산단계(S10) 및 상기 등가 파일 환산단계(S10)에서 하나 이상의 원기둥형 파일에 대해 지반의 환산된 물성을 계산하는 물성 환산단계(S20)를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다. 본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법 및 이를 이용한 지지력 산정 방법은 변단면 파일을 단순한 형태의 원기둥형 파일로 환산하여 지반의 물성 및 지지력을 산정함으로써 복잡한 계산이 단순화된다.

Description

변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법 및 이를 이용한 지지력 산정 방법
본 발명은 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법 및 이를 이용한 지지력 산정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변단면 파일을 등가의 원기둥형 파일로 환산하여 지반의 물성을 간략히 환산할 수 있는 방법 및 이를 이용한 지반 지지력 산정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건물이나 토목구조물을 지지하기 위하여 지중에 파일(pile)을 매설하여 지지력을 확보한다. 대개의 경우는 파일이 원기둥 형상이기 때문에 파일이 매설된 지반의 지지력을 산정하는 방법이 비교적 간단하지만, 파일의 형상이 복잡한 경우 파일이 매설된 지반의 물성 및 지지력의 산정이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 파일의 단면적이 길이에 따라 변하는 변단면 파일이 설치된 지반의 지지력을 산정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법은 헤드부, 콘부, 테일부로 구성된 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법에 있어서, 상기 변단면 파일을 길이를 따라 복수 개의 구간으로 나누고 복수 개의 원기둥형 파일의 결합으로 환산하거나 하나의 원기둥형 파일로 환산하는 등가 파일 환산단계 및 상기 등가 파일 환산단계에서 하나 이상의 원기둥형 파일에 대해 지반의 환산된 물성을 계산하는 물성 환산단계를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법 및 이를 이용한 지지력 산정 방법은 변단면 파일을 단순한 형태의 원기둥형 파일로 환산하여 지반의 물성 및 지지력을 산정함으로써 복잡한 계산이 단순화된다.
도 1은 변단면 파일의 사시도 및 측단면도
도 2는 변단면 파일을 형성하기 위한 굴착장치
도 3은 변단면 파일이 기초저판 아래에 설치된 상태의 측단면도
도 4는 변단면 파일이 기초저판 아래에 설치된 상태의 저면도
도 5는 본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법 및 이를 이용한 지지력 산정 방법의 흐름도
도 6은 본 발명의 실시예 1의 경우에 적용되는 등가 파일
도 7은 본 발명의 실시예 2의 경우에 적용되는 등가 파일
도 8은 본 발명의 실시예 3의 경우에 적용되는 등가 파일
아래에서는 본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법 및 이를 이용한 지지력 산정 방법을 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법 적용 시 사용되는 변단면 파일을 도시한 것이고, 도 2는 변단면 파일의 형성에 사용되는 굴착장치를 도시한 것이다.
변단면 파일(100)은 원통 형상의 헤드부(10), 헤드부(10) 하단에 연장형성된 원뿔대 형상의 콘부(20) 및 콘부(20) 하단에 연장형성되는 원통 형상의 테일부(30)로 구성되고, 헤드부(10)와 콘부(20)를 합쳐 구근(R)이라 한다.
변단면 파일은 도 2에 도시된 굴착장치를 이용하여 형성되는데, 변단면 파일의 형성방법을 간략히 설명하면 굴착장치의 테일형성부(TM)가 지반을 교반하면서 진입한 후 구근형성부(RM)가 지반을 교반하면서 진입하고, 적정 깊이까지 테일부(30) 및 구근(R)이 형성될 지반이 교반되면 테일형성부(TM)의 바이트(Bite)에 형성된 분출공(미도시)을 통해 고화제, 물 및 바인더의 혼합물인 충진재가 분사됨으로써 토사와 충진재의 혼합물이 변단면 파일 형태로 지반에 형성된다. 이후 상기 토사와 충진재의 혼합물이 경화됨으로써 본 발명이 적용되는 변단면 파일의 형성이 완료된다.
이렇게 형성된 변단면 파일(100)의 헤드부(10)의 상단에는 도 3에 도시된 바와 같이 구조물이 형성되는 기반인 기초저판(200)이 결합된다. 기초저판(200)에는 하나 또는 복수 개의 변단면 파일이 설치되는데, 도 4에 7개의 변단면 파일(100)이 설치된 기초저판(200)의 예가 도시되어 있다. 이하에서 설명할 본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 지지력 산정의 구체적인 방법은 상기 기초저판의 연직하방에 있는 지반 및 변단면 파일을 지반 지지력 산정의 대상으로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법 및 이를 이용한 지지력 산정 방법의 흐름도이다. 본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법은 등가 파일 환산단계(S10), 물성 환산단계(S20)를 포함하여 구성되고, 본 발명에 따른 지지력 산정 방법은 본 발명에 따른 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법에 지지력 산출단계(S30)를 더 포함하여 구성된다.
등가 파일 환산단계(S10)는 변단면 파일을 길이를 따라 복수 개의 구간으로 나누고 복수 개의 원기둥형 파일의 결합으로 환산하거나 하나의 원기둥형 파일로 환산하는 단계로서, 복수 개의 원기둥형 파일의 결합으로 환산하는 단계는 크게 변단면 파일을 헤드부, 콘부, 테일부로 나눈 후 콘부만 등가의 원기둥형 파일로 환산하는 방법, 변단면 파일의 콘부를 무게중심을 기준으로 상부와 하부로 나눈 후 상부와 하부를 각각 등가의 원기둥 형태의 파일로 환산하는 방법이 있다.
[실시예 1]
실시예 1은 변단면 파일을 헤드부(10), 콘부(20) 및 테일부(30)로 나누는 방법으로서, 헤드부(10)와 테일부(30)는 원기둥 형태로 형성되어 있으므로 원뿔대 형상인 콘부(20)를 등가의 원기둥형 파일로 환산한다.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 경우에 적용되는 등가 파일을 도시한 것이다.
실시예 1의 등가 파일 환산단계(S10)는 콘부(20)의 부피를 콘부(20)의 높이로 나누어 등가의 원기둥 형태의 중간부(40)로 환산하여 변단면 파일을 총 3개의 원기둥형 파일의 결합구조로 환산하는 단계이다. 따라서 등가 파일 환산단계(S10)를 거친 변단면 파일은 도 6(b)와 같이 깊이에 따라 헤드부(10), 중간부(40) 및 테일부(30)의 3개 구간으로 나누어진다.
헤드부(10)와 테일부(30)는 원래부터 원기둥 형상을 하고 있으므로, 중간부(40)만 등가 파일로 환산하면 되는데, 편의상 헤드부에 대해 1, 콘부와 중간부에 대해 2, 테일부에 대해 3을 표기할 때(이하 각 파라미터에 대해 동일하게 적용한다), 중간부(40)의 환산 단면적 S2는 아래 [수학식 1]과 같다(V2는 콘부의 부피, h2는 콘부의 높이).
[수학식 1]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000001
[실시예 2]
실시예 2는 변단면 파일을 2구간으로 나누는 방법으로서, 도 7은 본 발명의 실시예 2에 적용되는 등가 파일을 도시한 것이다.
실시예 2에서는 변단면 파일을 헤드부(10)와 콘부(20) 일부로 구성되는 상부(50), 콘부(20)의 나머지와 테일부(30)로 구성되는 하부(60)로 나누어 등가의 원기둥형 파일로 환산하고, 콘부(20)를 상부(50)와 하부(60)로 나누는 기준은 콘부(20)의 무게중심(M)이다. 즉, 변단면 파일이 지반에 형성되었을 때에 콘부(20)의 무게중심 위쪽은 상부(50), 무게중심 아래쪽은 하부(60)에 속한다.
즉, 실시예 2의 등가 파일 환산단계(S10)는 헤드부(10), 콘부(20) 및 테일부(30)로 구성되는 변단면 파일을 콘부(20)의 무게중심을 기준으로 상부(50) 및 하부(60)의 결합구조로 환산하는 단계로서, 실시예 2의 등가 파일 환산단계(S10)를 거친 변단면 파일은 도 7(b)와 같이 깊이에 따라 상부(50) 및 하부(60)의 2개 구간으로 나누어진다.
편의상 상부에 대해 5, 하부에 대해 6을 표기할 때(이하 각 파라미터에 대해 동일하게 적용한다), 상부(50)의 환산 단면적 S5 및 하부(60)의 환산 단면적 S6는 아래 [수학식 2] 및 [수학식 3]과 같다(V1은 헤드부의 부피, V3는 테일부의 부피, V5는 상부에 속하는 콘부의 부피, V6는 하부에 속하는 콘부의 부피, h5는 상부에 속하는 콘부의 높이, V6는 하부에 속하는 콘부의 높이).
[수학식 2]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000002
[수학식 3]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000003
[실시예 3]
실시예 3은 변단면 파일을 하나의 원기둥형 파일로 환산하는 방법으로서, 도 8은 본 발명의 실시예 3에 적용되는 등가 파일을 도시한 것이다. 실시예 3의 등가 파일 환산단계(S10)를 거친 변단면 파일은 도 8(b)와 같이 단일 단면적의 등가 파일(70)로 환산된다.
등가 파일의 단면적 S8은 아래 [수학식 4]와 같다(V는 변단면 파일의 부피, h는 변단면 파일의 높이).
[수학식 4]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000004
물성 환산단계(S20)는 등가 파일 환산단계(S10)에서 나누어진 원기둥형 파일 각각의 구간에 대해 지반의 환산된 물성을 계산하는 단계이다. 이하에서 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3 각각의 경우에 대해 설명한다.
실시예 1의 경우, 헤드부(10)의 단면적 S1, 중간부(40)의 환산 단면적 S2, 테일부(30)의 단면적 S3가 각각 상이하므로, 단면적이 동일한 구간별로 나누어 물성을 환산한다. 본 발명에서 환산하고자 하는 물성은 환산 단위중량 F, 환산 점착력 C, 환산 탄성계수 E 및 환산 내부마찰각 Φ이고, 각 물성은 기초저판의 연직하방에서 변단면 파일이 차지하는 면적과 변단면 파일이 없는 부분의 면적, 즉 (기초저판의 면적 - 변단면 파일의 단면적)의 비율에 따라 결정된다.
그리고 각 물성의 산출식은 아래 [수학식 5] 내지 [수학식 8]과 같다(i = 1, 2, 3이고, hi는 각각 헤드부, 중간부, 테일부의 높이, N은 기초저판 하부에 형성된 변단면 파일의 개수, Si는 각각 헤드부, 중간부, 테일부의 환산 단면적, SN은 기초저판의 면적, Fp는 변단면 파일의 단위중량, Fs는 지반의 단위중량, Cp는 변단면 파일의 점착력, Cs는 지반의 점착력, Ep는 변단면 파일의 탄성계수, Es는 지반의 탄성계수, Φp는 변단면 파일의 내부마찰각, Φs는 지반의 내부마찰각).
[수학식 5]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000005
[수학식 6]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000006
[수학식 7]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000007
[수학식 8]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000008
실시예 2의 경우도 실시예 1과 유사하게, 상부(50)의 환산 단면적 S5, 하부(60)의 환산 단면적 S6이 각각 상이하므로, 단면적이 동일한 구간별로 나누어 물성을 환산한다. 환산하고자 하는 물성은 실시예 1과 마찬가지로 환산 단위중량 F, 환산 점착력 C, 환산 탄성계수 E 및 환산 내부마찰각 Φ이고, 각 물성은 기초저판의 연직하방에서 변단면 파일이 차지하는 면적과 변단면 파일이 없는 부분의 면적, 즉 (기초저판의 면적 - 변단면 파일의 단면적)의 비율에 따라 결정된다.
그리고 각 물성의 산출식은 아래 [수학식 9] 내지 [수학식 12]와 같다(j = 5, 6이고, 파라미터들의 의미는 실시예 1에 대한 설명에서와 같다).
[수학식 9]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000009
[수학식 10]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000010
[수학식 11]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000011
[수학식 12]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000012
실시예 3의 경우는 환산 단면적 S8이 일정하므로 전체 구간 h에 대해 물성을 환산할 수 있다. 환산하고자 하는 물성은 실시예 1과 마찬가지로 환산 단위중량 F, 환산 점착력 C, 환산 탄성계수 E 및 환산 내부마찰각 Φ이고, 각 물성은 기초저판의 연직하방에서 변단면 파일이 차지하는 면적과 변단면 파일이 없는 부분의 면적, 즉 (기초저판의 면적 - 변단면 파일의 단면적)의 비율에 따라 결정된다.
그리고 각 물성의 산출식은 아래 [수학식 13] 내지 [수학식 16]과 같다(파라미터들의 의미는 실시예 1에 대한 설명에서와 같다).
[수학식 13]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000013
[수학식 14]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000014
[수학식 15]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000015
[수학식 16]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000016
이상으로, 헤드부(10), 콘부(20), 테일부(30)로 구성된 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법을 살펴보았는데, 위 [수학식 2] 내지 [수학식 16]은 h1 = 0 또는 h2 = 0 또는 h3 = 0인 경우, 즉, 헤드부(10)가 없거나 콘부(20)가 없거나 테일부(30)가 없는 경우에도 성립됨이 자명하다(단, h2 = 0인 경우 [수학식 1]에서 S2 = 0이다).
지지력 산출단계(S30)는 환산된 구간별 물성으로부터 지반의 총 지지력을 계산하는 단계로서, Terzaghi, Meyerhof, Hansen의 지지력 공식 중 어느 하나에 상기 환산된 구간별 물성을 대입함으로써 계산될 수 있다. Terzaghi, Meyerhof, Hansen의 지지력 공식은 아래 [수학식 17] 내지 [수학식 19]와 같다.
Terzaghi 모델은 점착력이 큰 지반에 설계된 얕은 기초에 주로 적용되는 지지력 공식이다(γ1은 기초저면 상부지반의 단위중량, γ2는 기초저면 하부지반의 단위중량, c는 점착력, α, β는 형상계수, B는 기초폭, Df는 근입깊이, Nc, Nr, Nq는 전반전단파괴에 대한 지지력 계수, 각 계수들은 파일 및 기초저면의 특성에 따라 도출될 수 있는 값이다).
[수학식 17]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000017
Meyerhof 모델은 근입깊이의 전단저항이 고려된 것으로, 기초의 형상, 근입깊이, 하중경사가 고려되기 때문에 실험결과와 비교적 상관관계가 좋다{Nq = eπtan Φtan2(45 + Φ/2), Nc = (Nq - 1) cot Φ, Nr = (Nq -1)tan(1.4Φ), Sc, Sr, Sq는 형상계수, dc, dr, dq는 깊이계수, ic, ir, iq는 하중경사계수}
[수학식 18]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000018
Hansen 모델은 Meyerhof 모델에 지반 및 기초계수가 추가된 모델이다(Nc, Nq는 Meyerhof 모델의 경우와 같고, Nr = 1.5(Nq -1)tan Φ, gc, gr, gq는 기초계수, bc, br, bq는 지반계수).
[수학식 19]
Figure PCTKR2013011181-appb-I000019
[부호의 설명]
10 헤드부 20 콘부
30 테일부 40 중간부
50 상부 60 하부
70 단일 단면적의 등가 파일
100 변단면 파일 200 기초저판
S10 등가 파일 환산단계 S20 물성 환산단계
S30 지지력 산출단계

Claims (9)

  1. 헤드부(10), 콘부(20), 테일부(30)로 구성된 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법에 있어서,
    상기 변단면 파일을 길이를 따라 복수 개의 구간으로 나누고 복수 개의 원기둥형 파일의 결합으로 환산하거나 하나의 원기둥형 파일로 환산하는 등가 파일 환산단계(S10) 및
    상기 등가 파일 환산단계(S10)에서 하나 이상의 원기둥형 파일에 대해 지반의 환산된 물성을 계산하는 물성 환산단계(S20)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 등가 파일 환산단계(S10)는 상기 변단면 파일을 헤드부(10), 콘부(20) 및 테일부(30)로 나누고, 원뿔대 형상인 상기 콘부(20)를 등가의 원기둥형 파일인 중간부(40)로 환산하는 것을 특징으로 하는 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 환산된 물성은 환산 단위중량 F, 환산 점착력 C, 환산 탄성계수 E 및 환산 내부마찰각 Φ 중 어느 하나 이상이고, 그 각각은 아래의 수학식에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법(i = 1, 2, 3이고, i = 1은 헤드부, i = 2는 중간부, i = 3은 테일부이며, hi는 각각 헤드부, 중간부, 테일부의 높이, N은 기초저판 하부에 형성된 변단면 파일의 개수, Si는 각각 헤드부, 중간부, 테일부의 환산 단면적, SN은 기초저판의 면적, Fp는 변단면 파일의 단위중량, Fs는 지반의 단위중량, Cp는 변단면 파일의 점착력, Cs는 지반의 점착력, Ep는 변단면 파일의 탄성계수, Es는 지반의 탄성계수, Φp는 변단면 파일의 내부마찰각, Φs는 지반의 내부마찰각).
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000020
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000021
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000022
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000023
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 등가 파일 환산단계(S10)는 상기 변단면 파일을 헤드부(10)와 콘부(20) 일부로 구성되는 상부(50), 콘부(20)의 나머지와 테일부(30)로 구성되는 하부(60)로 나누어 등가의 원기둥형 파일로 환산하는 단계이고, 상기 콘부(20)를 상부(50)와 하부(60)로 나누는 기준은 콘부(20)의 무게중심(M)인 것을 특징으로 하는 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 환산된 물성은 환산 단위중량 F, 환산 점착력 C, 환산 탄성계수 E 및 환산 내부마찰각 Φ 중 어느 하나 이상이고, 그 각각은 아래의 수학식에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법(j = 5, 6이고, j = 5는 상부, j = 6은 하부이며, Sj는 각각 상부, 하부의 환산 단면적이고, 그외 파라미터들은 청구항 3과 같다).
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000024
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000025
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000026
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000027
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 등가 파일 환산단계(S10)는 상기 변단면 파일을 단일 직경의 파일로 환산하는 단계인 것을 특징으로 하는 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 환산된 물성은 환산 단위중량 F, 환산 점착력 C, 환산 탄성계수 E 및 환산 내부마찰각 Φ 중 어느 하나 이상이고, 그 각각은 아래의 수학식에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 변단면 파일이 설치된 지반의 물성 환산 방법(S8은 상기 단일 직경 파일의 환산된 단면적이고, 그외 파라미터들은 청구항 3과 같다).
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000028
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000029
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000030
    Figure PCTKR2013011181-appb-I000031
  8. 헤드부(10), 콘부(20), 테일부(30)로 구성된 변단면 파일이 설치된 지반의 지지력 산정 방법에 있어서,
    상기 변단면 파일을 길이를 따라 복수 개의 구간으로 나누고 복수 개의 원기둥형 파일의 결합으로 환산하거나 하나의 원기둥형 파일로 환산하는 등가 파일 환산단계(S10);
    상기 등가 파일 환산단계(S10)에서 하나 이상의 원기둥형 파일에 대해 지반의 환산된 물성을 계산하는 물성 환산단계(S20) 및
    상기 환산된 물성으로부터 지반의 총 지지력을 계산하는 지지력 산출단계(S30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 변단면 파일이 설치된 지반의 지지력 산정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 지지력 산출단계(S30)는 Terzaghi, Meyerhof, Hansen의 지지력 공식 중 어느 하나에 상기 환산된 물성을 대입함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 변단면 파일이 설치된 지반의 지지력 산정 방법.
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