• 한국지반공학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.17-30
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• 2019

본 연구는 3차원 수치해석을 통해 기존말뚝과 보강말뚝의 하중분담율(Load Distribution Ratio)과 근사적 해석 기법으로 보강말뚝의 축방향 강성(Axial Stiffness)을 산정하였다. 시공단계를 고려하여 말뚝기초의 LDR에 영향을 미치는 인자를 파악하기 위해서 1) 말뚝기초의 강성, 2) 말뚝기초의 선단지지조건, 3) 기초판 접촉효과, 4) 보강말뚝의 설치위치에 따라 해석을 수행하여 기존말뚝과 신설말뚝의 하중분담율 거동을 확인하였다. 또한 5) 기존말뚝의 축방향 강성($K_{ve}$)를 사용하여 말뚝지지 전면기초의 3차원 근사적 해석기법(YSPR)으로 보강말뚝의 직경에 따른 강성($K_{vr}$)을 산정하고, 장기간 사용으로 인한 경화를 고려하여 $K_{ve}$를 3단계로 나누어 감소시켜 보강말뚝의 강성 변화의 경향을 살펴보고, 신설 말뚝의 강성 산정방법을 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권12호
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• pp.35-44
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• 2019

본 연구에서는 수직증축 공동주택 하부 신설 보강말뚝의 축강성(K_vr)을 기존말뚝의 열화를 고려한 이론적인 접근과 수치해석을 통하여 산정하였다. 3차원 유한요소 수치해석을 수행하는 과정에서, 이론적인 접근과 38본의 시험 말뚝계측 결과를 통하여 제안된 열화를 고려한 기존말뚝 축강성(K_ve)의 상한 값을 적용하였다. 이를 통해, 수직증축 리모델링으로 인하여 증가된 하중을 안정적으로 지지하기 위한 신설 보강말뚝의 최소 축강성을 산정하였다. 신설 보강말뚝의 축강성 제안은 선단지지 말뚝과 마찰말뚝에 대해 수행하였고, 다양한 세장비(L/D)에 따라 제안하였다. 해석기법은 기존말뚝의 설계 당시의 양호한 상태를 고려한 말뚝지지 전면기초 거동 해석과 열화가 고려된 기존말뚝의 축강성을 적용한 말뚝지지 전면기초 거동 해석을 수행하였다. 두 해석기법에 대한 검증을 수행한 결과 말뚝지지 전면기초 거동해석이 가능한 것으로 확인되었고, 이를 통하여 기존말뚝의 열화가 발생하였을 때 선단지지 신설 보강말뚝 축강성이 44 - 67% 증가되어야 수직증축 구조물의 안정성이 확보됨을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제10권2호
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• pp.57-68
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• 1994

뿌리말뚝을 이용하여 기초 지반을 보강할 때 효과적인 배치 방법을 알기 위하여, 사질토 지반에서 R.H. Bassets와 N.C. Last가 제안한 보강패턴에 대하여, 말뚝 길이, 기초 길이 방향의 말뚝 간격과 말뚝 열의 수를 변화시키며 물리 모형 실험을 실시하였다. 모형 실험 결과에 의하면, 뿌리말뚝 길이와 기초 폭의 비($L_p/B_f$)가 5이상일 때 지지력은 거의 증가하지 않는다. 그리고 기초 길이 방향의 말뚝 간격이 작을수록 지반 보강 효과는 크지만, 기초 길이,방향의 말뚝 간격이 말뚝 직경의 약 6배일 때 말뚝 1개당 보강효과가 가장 좋았다. R.H. Bassett와 N.C.Last가 제안한 보강패턴에서 둘째열 말뚝의 보강 효과가 가장 우수하였으며, 가장 바깥 열의 말뚝은 보강 효과가 거의 없었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권12호
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• pp.87-95
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• 2014

최근 공동주택 수직증축 리모델링 사업 등 기초구조물을 보강하기 위한 기술적 수요가 증가하고 있다. 본 논문에서는 기존 구조물을 지지하는 기존말뚝에 보강말뚝을 추가로 설치할 경우 추가하중에 의한 기존말뚝과 보강말뚝의 하중분담 특성을 연구하였다. 정사각형의 기초판에 설치된 기존말뚝 4본에 허용하중을 재하한 후, 기초판 중앙에 보강말뚝 1본을 추가로 설치하고 추가하중을 재하하였다. 실험결과로부터 기존말뚝에 재하되는 하중이 허용지지력을 초과한 이후에 기존말뚝과 보강말뚝이 하중을 균등하게 분담하는 것으로 분석되었다. 기존말뚝에 허용하중 재하 후, 허용하중 대비 60 %, 80 %, 100 %까지 제하(unloading)하고, 보강말뚝을 설치한 후 추가하중을 재재하(reloading)하는 실험을 수행하였다. 연구 결과 제하 하중의 양이 증가함에 따라 재재하 시 기존말뚝과 보강말뚝이 하중을 균등하게 분담하는 재재하 하중이 감소하는 경향을 파악하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.389-407
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• 2017

본 연구는 단독말뚝 또는 군말뚝 형태의 기초 하부를 터널이 근접통과할 경우 말뚝의 거동을 파악하기위해 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 이때 터널과 말뚝기초 사이의 지반보강 조건별로 수치해석을 수행하여 결과를 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 인해 유발된 말뚝침하, 축력, 전단응력 및 터널 주변지반의 전체변위를 고찰하였다. 단독말뚝의 두부침하는 지반보강의 범위가 가장 넓은 경우 지반보강을 고려하지 않은 말뚝에 비해 약 16% 감소하며, 말뚝의 최대 축력 또한 지반보강을 고려하지 않은 말뚝에 비해 약 30% 감소하는 것으로 분석되었다. 터널굴착에 따른 말뚝의 거동은 지반보강길이 (종방향 보강)보다는 보강각도(횡방향 보강)에 대해 더 크게 영향을 받는 것으로 분석되었다. 한편 오직 기초판 보강만을 실시한 군말뚝의 경우 선단부근 지반의 변위는 보강을 고려하지 않은 조건의 지반 변위와 비슷하게 나타났다. 이에 비해 말뚝두부에서는 기초판이 말뚝을 크게 구속하여 타 조건 말뚝의 경우에 비해 말뚝상부에서 축력이 약 2.5배 증가하는 것으로 분석되었다. 본 연구를 통해 보강조건에 따른 단독말뚝 및 군말뚝의 거동에 영향을 미치는 주요인자를 심도 있게 고찰하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.95-104
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• 2006

최근 경제적이고 안전한 기초 설계를 위하여 말뚝지지 전면기초(Piled raft) 또는 말뚝보강기초(Disconnected piled raft)에 대한 설계가 관심을 모으고 있다. 본 연구는 국내에서 연구가 미진한 말뚝보강기초의 거동과 그 효과를 실내 모형 시험을 대신하는 삼축압축시험을 통하여 규명하였다. 주문진 표준사와 탄소봉을 각각 지반과 말뚝으로 사용하여 삼축압축시험기에 보강 지반을 성형한 후 구속응력 상태에서 재하 시험을 실시하였다. 말뚝 보강에 따른 거동 차이를 규명하기 위하여 말뚝 개수, 말뚝 직경 및 말뚝 길이 등의 변화를 주어 하중-침하 관계를 도시하고 그 결과를 분석하였다. 시험 결과 기초지반 면적에 대한 보강 말뚝 면적비를 보강률이라 정의할 때 말뚝 수평단면 보강률이 약 18%이고, 수직단면 보강률이 약 70%일 경우 침하량은 무보강시에 비하여 약 80%까지 감소되는 것으로 나타났다. 또한 수평단면 보강률 및 수직단면 보강률에 따른 말뚝보강기초 지반의 변형계수 변화는 각각 직선식 E(Mpa) = 8.3p(%)+121.2와 E(Mpa) = 1.8p(%)+105.5로 나타났다. 본 연구의 결과 말뚝보강기초에서 소구경, 소량의 말뚝 보강으로도 비교적 큰 기초지반 침하 억제 효과가 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.5-15
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• 2021

교각기초 형식으로 적용되는 기초공법 중 하나는 단일형 현장타설말뚝이다. 이 말뚝에 대한 설계 시 주된 관심사항은 말뚝체에 작용하는 수평지지력 확보 여부이다. 현재 말뚝체의 강성증가를 위해 외부강관으로 말뚝체를 보강하여 말뚝의 수평지지력을 증가시키는 방법이 활용되고 있다. 그러나 지반조건에 따라 외부강관의 보강효과와 적정 강관보강 길이가 달라질 수 있음에도 이에 대한 연구가 미흡하여 현장에서는 대부분 말뚝체 전체를 외부강관으로 보강하고 있다. 그러나 시스템 내의 전체 말뚝길이를 외부강관으로 보강할 경우 공사 지연과 공사비의 증가로도 이어질 수 있다. 따라서 좀 더 효과적으로 외부강관을 활용하기 위해서는 외부 강관으로 보강된 말뚝체를 대상으로 말뚝의 수평지지특성을 평가하여 강관의 적정한 보강길이를 결정해야 한다. 이에 본 연구에서는 수치해석방법을 통해 각 조건별 외부강관의 보강길이를 적용한 단일형 현장타설말뚝의 말뚝체에 대한 지지특성을 평가하고, 이 해석결과를 바탕으로 외부강관의 적정 보강길이를 제안하였다. 본 연구결과, 단일형 현장타설말뚝의 말뚝체에 대한 수평지지력을 효과적으로 증가시키기 위해서는 강관의 보강길이가 말뚝의 휨거동 영향범위인 1/β의 2배를 적용해야 하는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제44권2호
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• pp.191-201
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• 2024

본 연구에서는 3차원 유한요소 해석을 이용하여 기존 건축물의 수직증축 리모델링을 위한 말뚝지지 조건에 따른 기존 및 보강말뚝의 거동에 대해 분석하였다. 수치해석에서 기존 및 보강말뚝 거동의 영향인자로는 캡지지 조건(군말뚝 기초, 말뚝지지 전면기초)과 기존말뚝의 선단근입조건(암반근입, 토사근입)을 고려하였다. 기존말뚝과 보강말뚝의 정량적 거동 분석을 위해 침하량, 하중분담률, 해석 단계에 따른 심도별 축력을 결과로 도출하였다. 분석 결과, 선재하공법 적용에 기인하여 보강말뚝에서 가장 큰 침하량이 발생한 것을 확인하였다. 특히 선단근입조건에 관계없이 군말뚝에서 큰 침하량이 발생하였다. 말뚝지지 전면기초에서는 기초판(Raft)의 영향으로 인해 침하량 및 기존말뚝과 보강말뚝의 하중분담률이 작아지는 것을 확인하였다. 심도별 축력 분포도에서는 군말뚝과 말뚝지지 전면기초 간의 축력 분포에 차이가 나타났으며, 이는 침하량과 하중분담률에 영향을 미치는 주요 요소로 작용하는 것으로 보인다. 수치해석 결과를 바탕으로 수직증축 리모델링을 위한 말뚝기초 설계에 있어서 캡지지 조건과 선단근입 조건을 고려해야 함을 확인하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제8권3호
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• pp.41-49
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• 2007

강관말뚝과 확대기초를 연결하는 대표적인 두부보강공법은 +자 보강 덮개판을 이용한 볼트식 말뚝두부 보강방법이다. 본 논문에서는 실물 크기의 +자 보강 덮개판을 이용한 말뚝머리 보강방법과 훅타입의 새로운 말뚝 두부보강공법을 적용한 실물크기의 확대기초를 제작하여 연직재하시험과 수평재하시험을 수행하여 말뚝두부 결합부의 안정성을 평가하였다. 실물모형 기초의 연직재하 시험결과 볼트타입 및 훅타입으로 보강된 말뚝기초는 강관말뚝 재료의 항복내력을 8.5~21% 초과하는 것으로 나타나 압축력에 대해 충분한 안전성을 확보하고 있는 것으로 확인되었다. 수평재하 시험결과 훅타입 두부보강장치의 최대 파괴하중은 41.1tonf으로 볼트타입 두부보강 시험체에 비해 약 33%정도 크게 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.169-189
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• 2024

본 연구에서는 Shield TBM 터널 근접 시공으로 인한 기 존재하는 단독말뚝 및 군말뚝의 공학적 거동을 파악하기 위해 다양한 보강조건을 고려한 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 수치해석에서는 말뚝 절단, 지반보강 및 기초판 보강을 고려하여 말뚝의 거동을 분석하였으며, 터널굴착으로 유발되는 지반침하, 말뚝두부 침하, 말뚝의 축력 및 말뚝-지반 사이 경계면에서 발생하는 전단응력을 고찰하였다. 말뚝선단이 풍화암에 지지되는 모든 말뚝에서는 전단응력의 분포가 비슷한 경향을 보였으며, 말뚝선단이 절단되는 말뚝의 경우 말뚝의 상대적 위치에 따라 인장력 혹은 압축력이 동시에 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 말뚝선단이 풍화암에 지지된 경우 약 70%가 주면마찰력에 지지되며, 나머지 약 30%가 말뚝선단에 지지되는 것으로 분석되었다. 추가적으로 보강을 고려하지 않은 말뚝의 경우 그라우팅 보강을 실시한 말뚝에 비해 최종침하가 약 70% 크게 발생하였다. 말뚝선단 절단 및 보강조건 유무에 따라 지반 침하와 말뚝 침하가 큰 영향을 받는 것으로 조사되었으며, 본 연구를 통해 말뚝절단, 지반보강 및 기초판 보강 조건에 따른 단독말뚝 및 군말뚝의 거동에 영향을 미치는 주요인자를 심도있게 고찰하였다.