A Theoretical Study on Arching Effect of Embankment Pile Grid

The influence of the pile diameter, center to center pile spacing, internal friction angle of embankment soil, and height of embankment on the arching efficacy of the embankment pile was investigated. The arching efficacy, which was derived by the arch model developed in the embankment soil was calculated using two methods, one that considers crown failure of the arch and the other that considers load on the pile cap and critical relative spacing ratio for which the arching efficacy calculated by the two methods are the same. According to the computed results in this study, the arching efficacy calculated from a consideration of the load on pile cap governs when the relative spacing ratio becomes smaller and that calculated from the theory of crown failure governs when the relative spacing ratio becomes larger. The critical relative spacing ratio below which the arching efficacy calculated from a consideration of the load on pile cap governs the design decreases with increasing value, which is defined by the ratio of the pile diameter to the pile center to center spacing. Critical relative spacing ratios, which correspond to the values of 0.5 and 0.2 were 0.35 and 0.85, respectively. Considering the computed results, the critical relative spacing ratio decreases with increasing Rankine passive earth pressure coefficient and critical relative spacing ratios, which correspond to values of 5 and 2, were 0.23 and 0.85, respectively. The arching efficacy, which corresponds to the area ratio of 9%, was 54% and the one that corresponds to the value of 3 was 61%; the critical relative spacing ratios, which correspond to those arching efficacies, were greater than 0.5.

격자배치 성토지지말뚝의 아칭효과에 대한 이론적 연구

이론적 연구를 통하여 말뚝지름과 말뚝설치간격, 성토재의 내부마찰각 그리고 성토고가 성토지지말뚝의 아칭효율에 미치는 영향을 살펴보았다. 성토지지말뚝 상부의 성토체에 발생하는 아치모델에 대하여 아칭효율을 계산함에 있어 아치의 천정부파괴 및 말뚝캡에 작용하는 하중계산을 통한 아칭효율이 같게 되는 임계 상대간격비를 구할 수 있는 식을 제시하였으며 설계에 유용하게 쓰일 것으로 판단된다. 본 연구에서 수행된 계산결과에 따르면 상대간격비가 작은 경우는 말뚝캡에 작용하는 하중을 통해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 됨을 알 수 있으며 상대간격비가 커질수록 아치의 천정부파괴에 의한 아칭효율이 설계를 지배함을 알 수 있다. 말뚝중심간 설치간격에 대한 말뚝지름의 비를 나타내는 ${\beta}$값이 커질수록 말뚝 캡에 작용하는 하중에 의해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 되는 임계 상대간격비가 작아짐을 알 수 있었는데 ${\beta}$값이 0.5인 경우 임계 상대간격비는 0.35이며 ${\beta}$값이 0.2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다. 계산결과에 따르면 Rankine 수동토압계수($K_p$)가 클수록 임계 상대간격비는 작아져서 $K_p$가 5인 경우 임계 상대간격비는 0.23이었으며 $K_p$가 2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다. 말뚝캡이 성토지반에 대해 차지하는 면적비가 9%인 경우 아칭효율은 54%이었으며 성토재의 수동토압계수가 3인 경우 아칭효율은 61%이었는데 두 경우 모두 말뚝캡에 작용하는 하중에 의해 계산되는 아칭효율이 지배하는 상대간격비가 0.5보다 큼을 알 수 있어 실제적인 설계에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.