• 한국지반신소재학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.21-32
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• 2020

세계적으로 대규모 인프라 구조 건설 시장이 확대됨에 따라 극한지 및 극서지와 같은 극한 환경에서의 토목 구조물 시공이 계획 혹은 시공 중에 있다. 이에 따라 구조물의 지지력 확보를 위한 말뚝 기초의 시공이 필수적이나 극한지 및 극서지의 지반 변형 가능성으로 인해 말뚝 기초의 안정성 및 기능 상실이 우려된다. 따라서 본 연구에서는 새로운 형식의 말뚝 기초를 개발함으로써 지반 변형에 대응하고자 하며, 극한지 및 극서지에서 발생 가능한 지반 변형을 크게 융기 및 침하로 구분하였다. 지반 변형 대응형 말뚝은 강관 말뚝 내부에 수축 및 팽창이 가능한 실린더가 삽입된 형태로 융기 및 침하 과정에서 실린더의 거동에 따른 말뚝 영향을 수치해석적으로 분석하였다. 수치해석 결과 지반 융기는 말뚝의 과도한 인장응력을 발생시켰으며, 실린더의 팽창 조건은 말뚝에 작용하는 인장 응력을 분담해 주어 전체적으로 말뚝에 작용하는 축 응력을 감소시켰다. 지반 침하는 부주면 마찰력 발생에 따른 말뚝의 압축응력을 증가시켜 주었는데, 실린더는 중립점 이하에 위치하여 수축 거동 시 최적의 효율을 보여주었다. 하지만 지반 변형 대응형 말뚝 시공 시 수축 및 팽창량은 상부 구조체의 허용 변위 범위를 준수하여야 하며, 설계 시 이에 따른 고려가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권5호
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• pp.5-17
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• 2022

말뚝(pile)은 연약한 지반에 구조물을 설치하기 위하여 지중에 관입시키는 매개체로서, 특히 PHC말뚝은 설계기준강도 80MPa 이상의 고강도 콘크리트를 사용하여 제작하므로 압축력과 휨모멘트에 대한 저항성이 우수하다. 또한 강관 말뚝 대비 경제성에서 유리하며 공장에서 생산되므로 품질확보 및 관리가 용이하다. 하지만 PHC말뚝의 설계 시 지지력에 영향을 미치는 주면마찰력은 단순히 경험식 또는 N값 등을 이용한 추정치에 의한 설계가 이루어지고 있으며, 특히 최근 빈도수가 급증하고 있는 국내 지진에 대하여 PHC말뚝 주면부에 형성되는 지반과의 접촉면 동적거동에 관한 실험적 연구 사례는 미미한 실정이다. 또한 지반 내 지하수의 pH 값과 같은 지반환경적 요소 역시 고려되지 않고 있다. 본 연구에서는 지하수의 pH 값을 고려하여 산성, 중성, 염기성 용액에 1개월간 수침시킨 콘크리트 시료를 점토의 구성광물인 카올리나이트 시료와 접촉시키고, 반복 단순전단시험을 수행하였다. 반복 단순전단시험은 상재압 0.2MPa 및 0.4MPa에 대하여 각각 수행하였고 그 결과를 비교하였다. 또한 접촉면의 동적 거동을 합리적으로 표현하기 위하여 교란상태개념(Disturbed State Concept)을 도입하여 교란상태함수를 구성하는 매개변수를 도출하였다. 그 결과 염기성 수침시료에 대하여 접촉면의 교란도가 가장 급격히 증가하였고 구속압이 작을 경우 보다 작은 누적 전단변형률에서 조기에 접촉면이 파괴상태에 근접하는 결과를 나타내었다. 또한 이러한 경향을 정량적으로 표현하는 교란상태함수의 매개변수를 새로이 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권12호
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• pp.7-13
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• 2019

현장타설말뚝인 경우에 연암 소켓부의 단위주면마찰응력을 산정하는 방법 중 벽면 거칠기에 의한 산정 방법이 있다. 이 방법은 현장타설말뚝을 시공하기 위한 굴착 단계에서 거칠기 측정 장치를 굴착공에 설치하여 암반 벽면의 거칠기 양상을 측정하여 주면마찰력을 산정하는 것이다. 본 연구에서는 현장타설말뚝의 암반 소켓부 벽면의 거칠기 양상을 천공홀에서 직접 측정하였으며 그 결과를 이용하여 암반의 주면마찰력 특성을 파악하고자 한다. 그리고, 거칠기 시험 결과를 검증하기 위하여 동일 말뚝에 정재하시험 및 하중전이시험을 수행하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제28권6호
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• pp.585-598
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• 2022

The monopile-friction wheel hybrid foundation is an innovative solution for offshore structures which are mainly subjected to large lateral eccentric load induced by winds, waves, and currents during their service life. This paper presents an extensive numerical analysis to investigate the lateral load and moment bearing performances of hybrid foundation, considering various potential influencing factors in sand-overlaying-clay soil deposits, with the complex lateral loads being simplified into a resultant lateral load acting at a certain height above the mudline. Finite element models are generated and validated against experimental data where very good agreements are obtained. The failure mechanisms of hybrid foundations under lateral loading are illustrated to demonstrate the effect of the friction wheel in the hybrid system. Parametric study shows that the load bearing performances of the hybrid foundation is significantly dependent of wheel diameter, pile embedment depth, internal friction angle of sand, loading eccentricity (distance from the load application point to the ground level), and the thickness of upper sandy layer. Simplified empirical formulae is proposed based on the numerical results to predict the corresponding lateral load and moment bearing capacities of the hybrid foundation for design application.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.37-42
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• 2012

국내에 시공되고 있는 매입말뚝의 충전재는 주로 시멘트 페이스트를 사용하고 있다. 시멘트 페이스트를 사용한 충전재는 현장 시공 시 실 주입량이 지나치게 커서 비효율적이며, 설계기준에 비해 지나친 강도를 발현하여 시멘트사용에 따른 환경성 문제를 지니고 있다. 이에 대한 대안으로 매입말뚝 시공 시 발생하는 굴착토사를 활용하여 적정 고화제를 혼합한 고화토를 충전함으로써 폐기물 처리비용 절약과 친환경적인 고화토 충전공법의 현장적용성을 검토하였다. 일축압축강도 시험과 현장 재하시험 결과를 토대로 고화토와 기존 시멘트 페이스트 주입재의 성능을 비교하고 설계기준에 적합한지 여부를 검토하였다. 그 결과 고화토 충전재는 시멘트 페이스트 충전재와 유사한 성능을 나타내며 설계기준에도 적합하여 매입말뚝 충전재로서 고화토의 적용성을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.171-187
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• 1991

본 연구에서는 항만공사에 이용되는 캔틸레버식 널말뚝 및 앵커로 지지된 널말뚝의 내진설계를 위한 해석방법의 제시가 이루어졌다. 제시된 해석방법은 침투에 의한 수압 및 유효수평응력의 변화를 고려하였으며, 또한 Mononobe-Okabe 토압이론 및 Westergaard, Matsuo-Ohara의 동수압 계산식이 적용되었다. 아울러 앵커로 지지된 널말뚝의 경우에 대해 안전율의 크기 선택에 관한 비교가 이루어졌으며, 또한 조밀한 모래지반의 경우에 대해, 준설저면의 경사각, 널말뚝 양쪽면의 수위차, 앵커의 위치, 벽마찰각 등이 근입깊이, 앵커하중 및 최대모멘트에 미치는 영향이 분석되었다. 이외에도 조밀한 모래지반에 설치되는 앵커로 지지된 널말뚝의 예비설계를 위한 표의 제시가 이루어졌으며, 본 연구 해석방법의 적용범위는 자유지지법의 경우로 한정된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권3호
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• pp.259-276
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• 2024

The undrained shear strength is widely acknowledged as a fundamental mechanical property of soil and is considered a critical engineering parameter. In recent years, researchers have employed various methodologies to evaluate the shear strength of soil under undrained conditions. These methods encompass both numerical analyses and empirical techniques, such as the cone penetration test (CPT), to gain insights into the properties and behavior of soil. However, several of these methods rely on correlation assumptions, which can lead to inconsistent accuracy and precision. The study involved the development of innovative methods using extreme gradient boosting (XGB) to predict the pile set-up component "A" based on two distinct data sets. The first data set includes average modified cone point bearing capacity (q_t), average wall friction (f_s), and effective vertical stress (σ_vo), while the second data set comprises plasticity index (PI), soil undrained shear cohesion (S_u), and the over consolidation ratio (OCR). These data sets were utilized to develop XGBoost-based methods for predicting the pile set-up component "A". To optimize the internal hyperparameters of the XGBoost model, four optimization algorithms were employed: Particle Swarm Optimization (PSO), Social Spider Optimization (SSO), Arithmetic Optimization Algorithm (AOA), and Sine Cosine Optimization Algorithm (SCOA). The results from the first data set indicate that the XGBoost model optimized using the Arithmetic Optimization Algorithm (XGB - AOA) achieved the highest accuracy, with R2 values of 0.9962 for the training part and 0.9807 for the testing part. The performance of the developed models was further evaluated using the RMSE, MAE, and VAF indices. The results revealed that the XGBoost model optimized using XGBoost - AOA outperformed other models in terms of accuracy, with RMSE, MAE, and VAF values of 0.0078, 0.0015, and 99.6189 for the training part and 0.0141, 0.0112, and 98.0394 for the testing part, respectively. These findings suggest that XGBoost - AOA is the most accurate model for predicting the pile set-up component.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제4권3호
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• pp.227-242
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• 1996

An important class of problems in the field of geotechnical engineering may be analyzed with the aid of a simple integro-differential equation. Behavior of "rigid" piles(say concrete piles), "deformable" piles(say gravel piles), pile groups, pile-raft foundations, heavily reinforced earth, flow within circular silos and down drag on cylindrical structures (for example the crusher unit of a mineral processing complex) are the type of situations that can be handled by this type of equation. The equation under consideration has the form; $$\frac{{\partial}w(r,\;z)}{{\partial}z}+f(z){\int}^z_0g({\xi})(\frac{{\partial}^2w(r,\;{\xi})}{{\partial}r^2}+\frac{1}{r}\frac{{\partial}w(r,\;{\xi})}{{\partial}r})d{\xi}+h(r,\;z)=0$$ where w(r, z) is the vertical displacement of a soil particle expressed as a function of the polar cylindrical space coordinates (r, z) and the symbols f, g and h represent soil properties and the loading conditions. The merit of the analysis is its simplicity (both in concept and in application) and the ease with which it can be expressed in a computer code. In the present paper the analysis is applied to investigate the behavior of a single rigid pile to bedrock. The emphasis, however, is placed on developing the equation, the numerical techique used in its evaluation and validation of the technique, hereafter called the ID technique, against a formal program, CRISP, which uses the FEM.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권4호
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• pp.387-396
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• 2023

Ground subsidence, which is a current concern that affects piled raft foundations, has occurred at a high rate in Ho Chi Minh City, Viet Nam, due primarily to groundwater pumping for water supply. In this study, the groundwater level (GWL) change affect on a piled raft foundation was investigated based on the three-dimensional finite element method (3D-FEM) using the PLAXIS 3D software. The GWL change due to global groundwater pumping and dewatering were simulated in PLAXIS 3D based on the GWL reduction and consolidation. Settlement and the pile axial force of the piled raft foundation in Ho Chi Minh subsoil were investigated based on the actual design and the proposed optimal case. The actual design used the piled foundation concept, while the optimal case applied a pile spacing of 6D using a piled raft concept to reduce the number of piles, with little increased settlement. The results indicated that the settlement increased with the GWL reduction, caused by groundwater pumping and dewatering. The subsidence started to affect the piled raft foundation 2.5 years after construction for the actual design and after 3.4 years for the optimal case due to global groundwater pumping. The pile's axial force, which was affected by negative skin friction, increased during that time.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권2호
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• pp.97-107
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• 2024

The accurate prediction of grouting upward diffusion height is crucial for estimating the bearing capacity of tip-grouted piles. Borehole construction during the installation of bored piles induces soil unloading, resulting in both radial stress loss in the surrounding soil and an impact on grouting fluid diffusion. In this study, a modified model is developed for predicting grout diffusion height. This model incorporates the classical rheological equation of power-law cement grout and the cavity reverse expansion model to account for different degrees of unloading. A series of single-pile tip grouting and static load tests are conducted with varying initial grouting pressures. The test results demonstrate a significant effect of vertical grout diffusion on improving pile lateral friction resistance and bearing capacity. Increasing the grouting pressure leads to an increase in the vertical height of the grout. A comparison between the predicted values using the proposed model and the actual measured results reveals a model error ranging from -12.3% to 8.0%. Parametric analysis shows that grout diffusion height increases with an increase in the degree of unloading, with a more pronounced effect observed at higher grouting pressures. Two case studies are presented to verify the applicability of the proposed model. Field measurements of grout diffusion height correspond to unloading ratios of 0.68 and 0.71, respectively, as predicted by the model. Neglecting the unloading effect would result in a conservative estimate.