단일 현장타설말뚝의 설계시 지반 모델링 방법

Soil Modelling Method to Design Bent Foundation with Drilled Shaft Pier

암반의 심도가 얕은 국내지반에서는 푸팅을 사용하지 않는 벤트기초가 매우 경제적인 공법이다. 현장타설말뚝을 이용한 벤트기초공법은 탄성설계로 제한하여 설계를 수행하여 왔으나, 도로교 설계기준에서 제시하는 소성설계를 적용하는 경우 소성힌지 발생지점이 지중에 위치하여 유지관리가 불가하고 소성힌지부에 적용하는 심부구속 철근의 간격 및 보강범위에 대한 기준 제정이 필요하다. 또한 지반의 소성 거동을 모델링 하는 것은 구조 해석시 실무적으로 매우 어려움이 많아 정밀한 해석이 필요하지 않는 경우에 대한 근사 해석법 제시가 필요하다. 본 논문에서는 직경 1m의 현장타설말뚝을 사질토지반에 시공하여 지상 4m 높이에서 반복 재하시험을 수행하여 지반 및 말뚝의 거동을 파악하였으며, 기둥으로서의 거동을 함께 파악하였다. 소성힌지를 지상부에 유도하기 위하여 직경을 변화시키거나, 지중에 강관을 삽입하는 방법을 적용하였으며, 실험결과에 대하여 선형탄성 및 p-y 곡선등 다양한 예측방법과 교량에 대한 모의 설계를 통하여 지반 모델링 방법에 따른 해석결과를 비교하였으며, 실무적으로 적용할 수 있는 설계기준을 제시하였다.

The bent foundation with single drilled shafts is suitable and economical in South Korea, which has good rock in a shallow depth. This foundation has been designed with an elastic design concept. To apply a plastic design concept written in Korea Bridge Design Criteria, a detail design regulation, which includes the method for a plastic hinge point to occur above the ground, rebar arrangement and soil modelling, should be defined. Soil modelling should be considered in the respect of structural engineer's practicality. In this paper, single drilled shaft piers with 1m diameter are constructed, and cyclic lateral load tests loaded at 4m above the ground are taken to examine the behavior. Reduced diameter shaft above the ground and remaining the steel casing under the ground were used to induce plastic hinge to occur above the ground. Simplified soil models such as elastic relation and p-y curve are adapted, and the prediction results are compared with test results. Prediction results of a model bridge were compared according to soil models with time domain analyses, and design criteria of soil were proposed.