An Experimental Study on the Performance of Expandable Steel Pipe Pile

확장형 강관말뚝의 성능에 대한 실험적 연구

Expandable steel pipe piles are installed by inserting expansion equipment to increase the cross-sectional area of steel pipes, which can improve the pile performance compared to micro-piles. In this paper, a hydraulic expansion device was developed to expand steel pipe piles in practice. A series of laboratory and field tests were conducted to verify the performance of the developed expansion device to expand steel pipes. The expansion capability and expandable range was evaluated by measuring the strain and expansion time at the maximum pressure of the hydraulic expansion device. The thinner steel pipe, the larger strain but longer expansion time required in the test. For example, the 4.0-mm-thick steel pipe showed strain reduction by 30% and a decrease in the required expansion time by 40% compared to the 2.9-mm-thick steel pipe. In addition, in-situ expansion tests were performed to verify the expandability of steel pipes under the ground, and the exhumed specimen showed clear expanded sections. The structural integrity was determined by comparing the material performance the original and expanded specimens.

확장형 강관말뚝은 강관말뚝 내부에 확관장비를 삽입하여 강관을 확관하여 강관의 단면적을 증가시키는 공법으로 기존에 사용되는 마이크로파일과 비교하여 말뚝의 성능을 향상시킬 수 있는 공법이다. 본 연구에서는 실제 현장에서 강관의 확관이 가능한 확관장비를 개발하였다. 일련의 실내시험 및 현장시험을 통해 개발된 확관 장비의 강관 확장 성능을 확인하였다. 확관장치의 강관확관능력과 확관이 가능한 범위를 평가하기 위해 강관 확관장치의 최대압력에 대한 변형량과 확관시간을 측정한 결과, 강관두께가 얇을수록 변형량이 크게 발생하였으며 확관시간은 증가하였다. 두께 4.0mm 강관의 경우 두께 2.9mm 강관과 비교하여 변형량은 약 30% 적게 발생하였으나, 확관시간이 줄어드는 효과(약 40% 감소)를 얻을 수 있었다. 그리고 실제 지중에서 강관의 확관이 가능한지 확인하기 위해 현장 확관시험을 수행하였으며 지중에서 확관 후 확관 상태를 확인한 결과, 본 연구에서 개발한 강관 확관장치는 지중응력 조건에서도 강관 확관 성능을 발휘할 수 있음을 확인하였다. 마지막으로 확관하기 전 원상태의 강관과 확관 후 강관의 재료성능을 비교하여 확관형 강관말뚝의 역학적 안정성을 검증하였다.