• 한국방재안전학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.43-52
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• 2019

지하철 정거장의 하부에 비개착공법 적용하여 안정성 영향분석을 위하여 유한요소 변위 해석, 유한요소 응력해석, 강관추진 진행 과정에 따른 변위, 내부 굴착에 따른 변위 및 강관의 응력변화, 지반의 물리적 특성인 탄성 및 탄소성 이론 등을 도입하였다. 구조적으로 적당한 미소 요소로 분할해서 각 요소가 유한개의 점으로 연결되는 요소로 가정한 모델로 하여 수치적 해석을 통하여 비개착공법 적용시 구조물 안정성에 미치는 영향을 국토교통부와 외국 자료를 근간으로 한 구조물 관리기준과 비교 검토하였다. 그 결과 최대 변위 7.21 mm가 발생되어 허용변위 기준(25.00 mm) 이내, 최대 각 변위는 1/3,950으로 허용 각변위 기준(1/500) 이내, 비개착공법 강관다발 구조체의 최대 휨압축응력량도 70.29 MPa로 허용기준(210.00 MPa) 이내로 분석되었고, 최대 전단응력량은 47.38 MPa로 허용기준(120 MPa) 이내로 분석되어 유한요소 해석결과, 설계 및 시공 안정성을 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.187-196
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• 2005

풍화 및 절리가 발달한 암반에 근입된 말뚝의 허용지지력 결정에는 침하량이 매우 중요한 인자가 되며, 설계단계에서 말뚝두부의 침하량을 예측하기 위해서는 말뚝의 하중전이기구에 대한 이해가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 풍화된 암반에 근입된 현장타설말뚝의 하중전이기구에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 직경 1m의 총 5본의 현장 타설말뚝을 풍화된 편마암 부지에 시공하구 재하시험 및 하중전이 계측을 수행하여 말뚝의 축방향 지지거동을 분석하였다. 암반상태를 정량적으로 파악하기 위하여 재하시험 부지의 암반에 대한 엄밀한 현장/실내시험을 수행하고, 이를 토대로 암반상태가 말뚝의 하중전이기구에 미치는 영향을 분석하였다. 하중전이 계측을 통해 얻은 주면하중전이 (f-w) 곡선은 풍화상태가 상대적으로 양호한(MW) 연암의 경우, 수 mm의 변위에서 항복에 도달하며, 이후 변위에 따른 지지하중의 증가율이 급격히 둔화되는 경향을 보였다. 반면 풍화암/풍화토에 근입된 말뚝의 f-w 곡선은 뚜렷한 항복점을 보이지 않으며, 상대적으로 큰(>15m) 변위까지 주면하중이 쌍곡선 형태로 증가하였다. 선단하중전이(q-w) 곡선은 암반상태에 관계없이 선단변위 (q-w)까지는 선형적인 거동을 보였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.49-56
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• 2022

본 연구에서는 공동이 발생된 도로 하부지반에서의 영향인자 분석과 지반의 안정성을 평가하기 위하여 다양한 영향인자(공동형상 및 규모, 포장층 두께, 교통하중의 크기)를 고려한 유한요소 수치해석을 수행하였다. 본 연구에서 적용된 수치해석 방법 및 결과에 대한 신뢰성을 검증하기 위하여 기존 연구 및 현장계측 결과와 비교·분석하였다. 수치해석 결과로부터 얻은 연직변위분포, 지표침하분포 및 침하량, 응력비 분포, 안전율 분포를 통해 영향인자 간의 상관관계를 분석하였으며, 도로 하부지반의 전반적인 역학적 거동 분석을 통해 지반의 안정성을 평가하였다. 그 결과, 공동규모 및 교통하중이 증가하고 포장층 두께가 감소할수록 공동 상부의 연직변위 및 지표침하량이 크게 나타났으며 허용안전율 미만의 위험지반영역이 증가하여 지반의 안정성 감소가 크게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 또한 공동의 형상이 사각형일 경우 원형의 공동일 때보다 지반의 안정성 감소가 크게 나타났다. 이러한 결과를 통해 공동이 발생된 도로 하부지반의 전반적인 안정성에 대해 확인할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.5-16
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• 2011

현장타설말뚝의 포스트그라우팅 기법은 말뚝 시공시 발생하는 슬라임과 굴착으로 인해 교란된 원지반을 압축 및 보강함으로써 기초의 선단지지력을 현저히 증강시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 현재까지 국내외적으로 통용되는 설계지침 또는 시방은 없는 상태이며, 특히 국내에서는 말뚝 포스트그라우팅 기법이 설계지지력 증강 목적이 아닌, 소요지지력에 미달되는 말뚝에 대한 보수보강의 개념으로 이해되고 있어, 그 효과에 비해 관련 연구 및 실용화 실적이 미비한 실정이다. 본 연구에서는 포스트그라우팅 기법의 국내 풍화대소켓 현장타설말뚝에의 적용성을 검증하기 위해 풍화암 근입 대구경 현장타설 콘크리트말뚝 시공 현장을 선정하여 포스트그라우트 시험시공을 실시하였다. 또한 포스트그라우팅 말뚝, 그리고 인접한 미보강 말뚝에 대한 정재하시험을 수행함으로써, 포스트그라우팅이 현장타설말뚝의 축방향 지지력 증강에 미치는 효과를 정량적으로 비교분석해 보고자 하였다. 정재하시험 결과, 선단보강 말뚝 선단하중-침하곡선의 초기기울기가 미보강 말뚝 선단히중-침하곡선의 기울기에 비해 4배 이상 증가였으며, 허용침하량(1%D) 기준으로 보강 및 미보강 말뚝의 선단지지력은 각각 12.0MPa, 7.0MPa로 나타나, 포스트그라우팅 적용 후 말뚝의 허용선단지지력이 70% 이상 증가하는 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.319-327
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• 2002

본 연구에서는 국내 최근 SIP(Soil-Cement Injected Precast Pile) 공법의 문제점과 그 개선책에 대하여 현장재하시험 결과로부터 하중-침하량곡선과 지지력 특성을 이용하여 고찰하였다. 재하시험결과 전체침하량에 대한 탄성 및 소성침하량은 일정한 경향성을 갖으며, 이러한 경향성과 재하시험으로부터 결정한 지지력을 이용한 경험적인 차트가 SIP 설계에서 이용될 수 있다. 지지층의 지질조건이 화강암류를 갖는 국내 지역에서 N값을 이용한 SIP 설계는 매우 보수적인 결과를 보이고 있다. 반면 지지층의 지질학적 조건이 불리한 경우 불안정한 결과를 보일 수 있다. 또한, 말뚝선단에서 N값을 수정한 Meyerhof의 지지력식이 N값이 50으로 한정되고 선단지지력을 20NA$_p$으로 간주한 최근의 설계보다 적절하다는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들은 수정된 설계법이 말뚝의 지지력을 말뚝재료의 허용하중까지 이용하기 때문에 과거보다 경제적임을 시사한다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.21-35
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• 2016

최근 철도는 고속화를 위해 콘크리트궤도를 적용하는 추세이고 연약지반 구간에 건설된 철도는 장기간에 걸친 작은 양의 침하발생으로도 침하에 민감한 콘크리트 궤도의 침하량 허용범위를 초과하여 궤도의 손상과 뒤틀림을 초래할 수 있다. 연약지반에 건설된 철도의 잔류침하를 효과적으로 제어 할 수 있는 방법으로 성토지지말뚝공법을 들 수 있으며 성토하중을 말뚝머리로 전달하기 위해 콘크리트 슬라브가 사용되기도 하나 하중이 전달되는 과정에 나타나는 성토체 내부의 아칭효과를 극대화하는 토목섬유를 이용한 방법이 보다 경제적이다. 그러나 토목섬유 등으로 인해 집중된 성토하중을 받는 성토지지용 말뚝은 일반적으로 교량구조물에 사용하는 PHC말뚝을 그대로 사용하고 있으며 이는 필요이상으로 높은 강도의 재료를 사용함으로써 재료의 효율성이 크게 떨어지고 있는 실정이다. 이에 따라 해외의 적용사례 조사를 통해 성토지지용으로 가장 적합한 말뚝의 형식으로 현장타설 콘크리트 말뚝을 선정하고 산업부산물을 이용한 배합설계와 압축강도시험을 통해 성토지지용 말뚝재료의 최적 배합조건을 도출하였다. 그리고 최적배합조건을 적용한 성토지지용 현장타설말뚝이 기존 PHC말뚝에 비해 재료의 효율성이 약 2.8배 뛰어나다는 것을 수치해석을 통해 확인하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권1호
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• pp.43-51
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• 2013

현재 연약지반 처리에 있어 장기침하 및 부등침하, 지지력 부족으로 인한 지반 전단파괴 및 허용 침하량 초과 등과 같은 지반공학적 문제점들을 보완하고자 연약지반의 침하 저감 및 지지력 증대, 압밀촉진을 목적으로 SCP 공법과 GCP 공법이 대표적으로 적용되고 있다. 그러나 압밀촉진효과 즉, 두 다짐말뚝의 배수능 차이에 대해서는 아직 충분히 규명되지 않을 뿐 아니라 특히 실무에서는 GCP 공법의 간극막힘 현상을 최소화시키기 위한 노력으로 소정 비율의 모래를 혼입하여 다짐말뚝을 적용하고 있지만, 이 또한 정량적으로 명확하게 규명되어 있지 않고 경험적인 방법으로 수행되고 있는 실정에 있다. 따라서 본 연구에서는 SCP와 GCP, GCP에 소정의 모래를 혼합한 형태의 공법에 대한 압밀촉진효과를 비교 평가하기 위하여 각각의 다짐말뚝이 적용된 복합지반에 먼저 대형직접전단시험을 수행하여 큰 지지력을 나타낼 것으로 기대되는 배합비를 산정하여, PFC3D를 활용한 개별요소법과 MIDAS GTS를 활용한 유한요소해석을 수행하여 간극막힘 현상을 저감할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 대형직접전단시험 결과, 배합비쇄석:모래가 70:30에서 가장 큰 지지력이 기대되는 것으로 추정되며 수치해석을 수행한 결과, 기존 쇄석다짐말뚝에 소정의 모래를 혼입함으로써 지지력 확보와 간극막힘 현상 저감 및 간극수를 더 빨리 배출하여 연약지반을 더 빨리 안정화할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.263-272
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• 2019

본 연구에서는 중구경 현장타설말뚝의 활성화를 위하여, 말뚝재하시험을 이용한 지지력 특성을 평가하였으며, 그 결과를 설계지지력 예측방법과 비교하였다. 정재하시험 결과, 말뚝의 강도가 높은 경우에 낮은 강도에 비하여 약 2.4배 수준의 허용지지력을 나타내는 것으로 평가되었고, 동재하시험 결과에서는 높은 말뚝 강도의 경우가 낮은 경우보다 약 1.4배~1.5배 수준의 허용지지력을 나타내는 것으로 분석되었다. 정재하시험과 동재하시험의 허용지지력에 대한 비교 결과, 동일한 침하량 조건에서는 그 차이가 3%~6% 범위를 나타내었다. 그리고 재하시험 결과와 설계지지력 예측방법을 이용한 지지력 산정결과를 비교한 결과, 선단지지력 및 주면마찰력에 대한 하중분담율에 있어서, FHWA 제안식이 보다 합리적인 예측이 가능한 것으로 확인되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권12호
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• pp.69-89
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• 2019

사질토를 지나 풍화암에 4D 소켓된 매입 PHC말뚝에 대한 매개변수 수치해석 자료를 분석하여 지지력 표해 및 도해(I)이 제안된 바 있다(Choi et al., 2019a). 본 논문에서는 이를 활용하여 직경의 5% 침하량에서 발현되는 동원지지력을 산정할 수 있는 새로운 산정공식을 제안하였다. 제안식은 두 가지이며, 그 중에서 EQ-G1 제안식은 각각의 상대근입길이(L/D)에서 말뚝직경과 ${\bar{N}}$값(보정 N 값)을 고려하여 각 지지력 성분을 평가하며, 검증 결과는 다음과 같다. RQP는 약 71~94%로 나타났으며, 이는 일반 설계에서 사용하고 있는 지지력 산정공식으로 구한 SRF(26~37%)보다 큰 값을 나타냈다. RQP는 적정 설계의 범위로 분포하였는데, 4개 사례에서는 78, 136, 142, 180%로 나타났다. D_E는 β₁에 따라 달라질 수는 있는데, 본 연구에서는 0.85로 가정하였으므로 D_E는 약 85%로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제안한 EQ-G1 제안식을 사용하여 PHC말뚝 몸체의 허용압축하중(P_all)까지 활용할 수 있는 적정설계를 수행할 수 있는 것으로 판단된다. 그리고 EQ-G2-3 제안식은 D, ${\bar{N}}$ 및 L/D를 동시에 고려하여 지지력 성분들을 평가할 수 있으며, 매입 PHC말뚝에서 지반의 압축지지력 산정 시 근사해법으로 활용할 수 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권10호
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• pp.47-66
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• 2019

본 연구에서는 사질토층을 지나 풍화암에 4D 소켓된 매입 PHC말뚝에 대하여 PHC말뚝 직경과 길이 및 사질토 지반의 N값에 따른 매개변수 수치해석을 실시하였다. PHC말뚝과 지반은 Mohr-Coulomb의 탄 소성모델을 적용하였으며, 말뚝 주변 경계면은 가상두께의 인터페이스를 설정하였다. 10종류 직경의 PHC말뚝에 대한 수치해석 결과를 분석하여 사질토의 N값에 따른 말뚝머리 하중-침하 곡선과 말뚝의 근입길이에 따른 축하중 분포도 곡선을 구하였다. 또한 이들 결과로부터 각 하중 성분과 침하 사이의 관계 곡선을 구하였으며, 하중 성분은 전체 하중, 전체 주면마찰하중, 사질토의 주면마찰하중, 풍화암의 주면마찰하중 및 풍화암의 선단하중으로 구분하였다. 수치해석으로부터 구한 하중-침하 곡선에서 변곡상태가 나타나는 하중을 분석한 결과, 대체로 변곡상태를 나타내는 하중 단계는 말뚝 직경의 약 5~7% 수준의 침하량으로 나타났으며, 안전측으로 말뚝직경의 5% 침하량에 해당하는 하중으로 평가하였다. 이 하중 단계를 동원지지력($Q_m$)으로 정의하였으며, 본 연구의 지지력 분석에 사용하였다. 매개변수 수치해석 결과, PHC 말뚝 직경, 상대근입길이 및 사질토의 N값에 관계없이 SRF는 평균적으로 70% 이상으로 나타났다. 또한 전체마찰지지력에서 사질토의 주면마찰지지력이 평균 80% 이상으로 나타났다. 이러한 결과는 매입 PHC말뚝의 지지력 산정에 이용할 수 있으며, 또한 새로운 지지력 산정방법 제안을 위한 연구에도 활용할 수 있을 것으로 판단된다.