• 한국지반공학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.5-21
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• 2015

에너지파일이란 새로운 형식의 지중열교환기로서, 건물의 기초 구조물인 말뚝 내부에 열교환 파이프를 삽입하고 파이프 내부로 유체를 순환시켜 지반과 말뚝 매질사이의 열교환을 유도한다. 에너지파일은 기존의 기초 구조물을 활용하여, 구조물의 지지 기능과 지중열교환기로서의 기능을 동시에 수행하는 에너지 구조체이다. 본 연구에서는 에너지파일의 실증연구를 위하여 총 6가지 형태의 열교환 파이프가 삽입된 실규모 현장타설 에너지파일을 시험 시공하였다. 열교환 파이프의 형태는 다양한 형태별 성능 및 시공성 비교를 위해 병렬 U형 3본(5쌍, 8쌍, 10쌍), 코일형 2본(피치간격 200mm와 500mm), S형 1본으로 선정하였다. 총 6가지 형태의 열교환 파이프를 시공하면서 시공 소요시간, 인력 소요, 필요 부대시설, 특이사항 등을 정리하여 각 형태별 시공성을 평가하였다. 또한 시공된 현장타설 에너지파일에 대한 열교환 성능 평가시험을 수행하였다. 열교환 성능 평가시험은 실제 상업 건물의 냉방 부하를 모사하기 위하여 8시간 가동 16시간 휴지의 간헐적 가동을 통하여 수행하였다. 열교환 성능 평가시험 결과를 통하여 각 현장타설 에너지파일의 열교환량을 산정하였으며, 이를 에너지파일 근입 깊이 및 열교환 파이프 길이로 정규화하여 각 형태별 열교환 효율을 평가하였다. 마지막으로 현장타설 에너지파일의 경제성을 분석하기 위하여 각 형태별 에너지파일의 시공비와 에너지파일 단위 길이 당 열교환 성능을 통해 1W/m 당 소요 비용을 산정하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권6호
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• pp.19-29
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• 2012

일반마이크로파일의 저항성능을 개선시키기 위해 최근에 토목섬유을 활용한 팩마이크로파일이 개발되었다. 팩마이크로파일은 일반마이크로파일의 강봉이나 강관을 토목섬유팩으로 감싸고 주입재와 주입압을 토목섬유팩 내부에 가하여 제작한다. 이 주입압에 의하여 천공 직경이 크게 확대된다. 동일한 한 지반 속에 설치된 세 개의 마이크로파일을 대상으로 일련의 말뚝인발시험을 실시하였다. 세 말뚝 중 두 개는 팩마이크로파일였고 나머지 하나는 강봉을 사용한 일반마이크로파일이였다. 토목섬유팩에 적용된 주입압에 의하여 팩마이크로파일의 경우 천공직경이 152mm에서 220mm으로 확대되었다. 마이크로파일의 주면에서 발달하는 단위주면마찰력은 말뚝두부의 인발변위량의 증가와 함께 서서히 증가하여 한계상태에 도달한 한계변위량에서 수렴치에 도달한다. 팩마이크로파일의 인발저항력은 일반마이크로파일의 인발저항력보다 크게 나타난다. 이와 같은 팩마이크로파일의 인발저항력을 증대시킬 수 있는 원인으로는 크게 두 가지를 생각할 수 있다; 첫째는 마이크로파일에 설치한 토목섬유팩내 주입압으로 마이크로파일의 단면적을 증대시키므로 말뚝주면의 마찰저항면적을 증대시킬 수 있기 때문이고, 둘째는 마이크로파일의 단면이 확대될 때 확대되는 부분의 체적만큼의 토사가 주변지반을 압축시켜 말뚝과 지반 사이의 마찰저항력을 증대시킬 수 있기 때문이다. 이 압축효과는 지표면 부근 보다 깊은 지층에서 크게 나타났다. 말뚝 주면에서 발휘되는 단위주면마찰력은 말뚝의 직경이 작은 경우가 더 크게 발휘된다. 즉 마이크로파일의 주면에서 발달되는 단위주면마찰력은 대구경 현장타설말뚝의 주면에서 발달되는 단위주면마찰력보다 크게 나타난다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권7호
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• pp.49-58
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• 2010

흙의 입자 크기에 따른 지반-말뚝 시스템의 동적 거동 차이를 알아보기 위해, 단말뚝 및 군말뚝에 대한 1g 진동대모형 실험을 수행하였다. 지반 조성에 사용된 시료는 주문진 표준사와 호주산 세사이며, 흙의 입자 크기에 따른 영향을 알아보기 위해 다른 실험 조건은 동일하게 하였다. 단말뚝 실험 결과 말뚝의 횡방향 변위는 말뚝 직경의 1%인 탄성 영역 이내로 발생하였다. 단말뚝의 p-y 거동을 살펴보면 동일 변위에서 주문진 표준사 모형 지반의 지반 반력 값이 호주산 세사 모형 지반에서의 지반 반력보다 더 크게 나타났으며, 이는 주문진 표준사 모형 지반에서의 초기 탄성 강성이 더 크게 평가됨을 의미한다. 이러한 입자 크기에 따른 초기 지반 강성 차이는 공진주 실험 및 삼축압축실험을 통해서 확인하였다. 또한 외삽을 통해 단말뚝의 동적 p-y 중추 곡선을 산정한 결과 동적 p-y 중추곡선의 강성이 주문진 표준사 지반에서 호주산세사 지반보다 더 크게 산정되었다. 그러므로 사질토 지반에서 입자크기에 관계없이 동일한 p-y곡선을 적용하여 말뚝의 동적 거동을 예측하는 방법에 오류가 있을 수 있다. 군말뚝 실험에서는 단말뚝 실험과 같은 실험 조건에서 말뚝 직경의 1% 이상의 횡방향 변위가 발생하였으며, 모형 지반 종류와 상관없이 유사한 p-y 거동이 나타났다. 이는 변형율이 큰 비선형 영역에서는 주문진 표준사와 호주산 세사의 강성 차이가 크지 않기 때문이다. 이러한 일련의 단말뚝 및 군말뚝 실험 결과로 볼 때, 군효과를 평가하기 위해 단말뚝의 p-y 곡선에 단순히 p-승수(p-multiplier)를 곱하여 군효과를 고려하는 방법에 오류가 있을 수 있다고 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권4C호
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• pp.139-147
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• 2012

본 연구에서는 모래의 수급 문제와 회처리장 부족으로 전력생산 위기에 처해진 화력발전소의 문제점을 해결하며, 쇄석다짐말뚝의 폐색 현상에 대처하기 위한 방안으로 모래와 공학적 성질이 유사한 화력발전소 부산물인 저회를 조립재료다짐말뚝 재료로 활용하기 위하여 다양한 공학적 시험을 실시하였다. 특히 연약지반에 쇄석다짐말뚝의 클로깅 현상을 줄이고 말뚝 내 공극을 감소시키기 위한 연구가 수행되었다. 각 재료의 배합비별 전단강도 시험을 통해 적정혼합비를 산정하고 연약지반에 적용 시 효율적인 치환율을 공학적 시험으로 도출하였다. 다짐 시험 및 대형직접전단 시험결과, 쇄석:저회 혼합비 80:20의 전단강도가 가장 크므로 쇄석과 저회 혼합다짐말뚝의 최적 혼합비로 결정하였다. 저회의 혼합비가 20% 이상의 영역에서는 혼합재료의 입자간 맞물림 효과 감소에 의한 내부마찰각 저하가 발생하였다. 동결융해법에 의한 모형시험 방법을 개발하여 압축시험을 수행한 결과, 저회혼합다짐말뚝의 치환율이 40% 이상일 경우 그 영향이 크게 증가하지 않았다. 따라서 저회혼합다짐말뚝을 연약지반에 시공 시 경제적인 치환율은 40%로 판단된다.

• 토지주택연구
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• 제3권2호
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• pp.177-185
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• 2012

LH공사는 기초설계 시 지반의 종류와 벽식공동주택의 층수에 따라 획일화된 PHC말뚝을 적용하고 있다. 최근 LH공사의 사업여건이 다양화됨에 따라 30층 이상의 벽식공동주택의 건설이 예상되고, 건설사업의 경쟁력 제고의 일환으로 건설공사비 절감이 지속적으로 요구되고 있어, 이의 일환으로 기초공사의 효율성 제고를 위한 노력이 필요하다. 이 연구에서는 LH공사에서 공급하는 벽식공동주택의 층수를 세분화하여 상부구조물에 대한 구조해석과 기초설계를 수행하였다. 기초설계 결과를 반영하여 벽식공동주택의 층수에 따른 경제성 평가를 수행하고 최적 PHC말뚝 직경을 제안하였다. 이 연구에서 제안한 벽식공동주택의 층수별 PHC말뚝 직경은 공사의 공동주택 기초설계 시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권3호
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• pp.41-49
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• 2013

회전관입형 말뚝은 말뚝설치 시 주변 흙의 변위가 발생하는 변위 말뚝으로 큰 지지력 및 인발력을 발휘할 수 있다. 또한 비배토 공법으로 슬라임이 발생하지 않고 시공 중 소음, 진동이 작아 환경친화적인 특성이 있어 외국의 경우 적용사례가 증가하고 있다. 하지만 대부분의 말뚝을 직접적으로 항타하는 항타말뚝, 선굴착 후 기 제작된 말뚝을 지중에 매입하는 매입말뚝이 주로 적용되고 있으며 회전관입형 말뚝의 사용은 제한적으로 이루어지고 있다. 지금까지 실시된 대부분의 실내시험에서는 말뚝을 설치한 후 지반을 조성하여 지지거동을 평가함에 따라 회전관입형 말뚝의 회전관입과정으로 인한 지지거동의 규명은 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 풍화토를 대상으로 회전관입과정을 모사한 실내실험을 실시하여 풍화토에 대한 지지력 거동을 평가하고자 하였으며, 더불어 나선형 판의 직경, 나선형 판의 간격, 나선형판의 개수, 나선형 판의 제원 등을 변화시켜가며 지지 거동을 평가하였다. 연구결과를 통하여 나선형 강관말뚝의 지지력 평가 결과 및 주요 제원에 따른 지지력 변화와 기존이론과의 비교분석 결과를 제시하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제18권1호
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• pp.39-53
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• 2019

현장에서의 양방향재하시험은 극한지지력을 판단할 수 있는 하중재하 단계까지의 재하시험이 실시되지 않기 때문에 항복하중 및 극한하중을 정확하게 알 수 없는 문제점이 있다. 그리고 정적압축재하시험과 달리 주면과 선단이 분리되어 하중이 전이되고, 주면부의 하중재하 방향이 반대이기 때문에 실제 말뚝의 거동과 다른 결과를 나타낼 우려가 있다. 따라서 본 연구에서는 대구경 현장타설말뚝인 바렛말뚝의 현장 양방향재하시험 결과로부터 3차원 유한요소해석을 실시하고, 재산정된 설계정수를 정적압축재하시험의 3차원 유한요소해석에 적용하여 수치해석을 실시하였으며, 그 결과로부터 현장타설말뚝의 실제 거동을 추정하는 방법을 제안하였다. 먼저, 현장타설말뚝의 현장 양방향재하시험 결과를 이용하여, 상 하향으로의 하중재하에 따른 하중-변위 분석을 실시하였다. 그리고 양방향재하시험을 3차원 유한요소해석을 통해 모사하고 역해석을 실시하여 재산정된 설계정수들을 정적압축재하시험의 3차원 유한요소해석에 적용하였으며, 이 결과로부터 양방향재하시험을 통한 정적압축재하시험의 거동을 분석하였다. 양방향재하시험을 통한 정적압축재하시험의 3차원 유한요소해석 결과를 {정적압축재하시험과 양방향재하시험의 지지력 비(y)} ~ {기준침하량과 말뚝주면장 비(x)}의 관계식으로 나타내었고, 10.0mm, 15.0 mm, 25.4mm일 때의 기준침하량에 따라 각각 구분하여 제안하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권10호
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• pp.63-72
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• 2011

초고층 건축물 기초의 고용량 하중 지지능력을 확인할 수 있는 가장 현실적인 방안인 고유압방식의 고용량 양방향 말뚝재하시험을 2개 현장에서 실시하였다. 고유압 복동식 양방향 말뚝재하시험은 정재하시험 시 재하용량 한계와 현장조건의 제약을 극복 할 수 있는 가장 현실적인 방안으로 볼 수 있었으며 고용량이 필요한 시험말뚝에 대한 재하시험에 매우 유용한 시험방법으로 판단되었다. 2개의 사례에서 계산된 설계하중 충족비는 각각 3.3, 2.1이었으므로 사례(P-2)에서 1방향 재하하중을 다소 작게 재하하였더라면 말뚝기초의 안정성을 실증적으로 확인하지 못하였을 것으로 판단되었다. 초고용량의 양방향 말뚝재하시험에서 설정한 최대하중까지 재하하더라도 말뚝 및 지반의 극한상태를 확인하는 것은 쉽지 않았으므로 대구경 현장타설말뚝의 극한지지력을 추정하기 위하여 2개의 고용량 대구경 현장타설말뚝에 대한 수치해석을 실시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권11호
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• pp.61-70
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• 2008

본 연구에서는 국내 4개 지역에서 시공된 총 10본의 대구경 암반 근입 현장타설말뚝의 양방향 말뚝 선단재하시험과 일반적인 말뚝두부 재하시험을 토대로 하중 재하방식에 따른 말뚝의 침하거동 및 하중전이 거동 특성을 분석하였다. 이로부터 양방향 재하하중을 받는 현장타설말뚝의 등가 말뚝 두부하중침하 거동을 고찰하곤 기존 등가 두부하중침하 곡선 산정방법과의 비교분석을 통하여 주면하중에 의해 추가적인 선단침하량의 영향정도를 분석하였다. 본 연구결과, 주면하중에 의해 발생되는 선단침하량을 고려한 하중전이해석(coupled load transfer analysis)을 통한 하중-침하량 예측값은 정재하 시험결과를 적절히 예측하는 것으로 나타났으나, 근사적 해석법을 통한 등가 하중-침하 곡선 및 일반적인 하중전이해식(uncoupled load transfer analysis)의 예측값은 정재하 시험결과에 비해 침하량을 과소 평가할 수 있음을 알 수 있었다. 하지만, 시험말뚝 근입부분의 암반층이 매우 단단할 경우 주면하중에 의한 선단침하량이 매우 작은 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2009년도 세계 도시지반공학 심포지엄
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• pp.133-144
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• 2009

Incheon Bridge, 18.4 km long sea-crossing bridge, will be opened to the traffic in October 2009 and this will be the new landmark of the gearing up north-east Asia as well as the largest & longest bridge of Korea. Incheon Bridge is the integrated set of several special featured bridges including a magnificent cable-stayed girder bridge which has a main span of 800 m width to cross the navigation channel in and out of the Port of Incheon. Incheon Bridge is making an epoch of long-span bridge designs thanks to the fully application of the AASHTO LRFD (load & resistance factor design) to both the superstructures and the substructures. A state-of-the-art of the geotechnologies which were applied to the Incheon Bridge construction project is introduced. The most Large-diameter drilled shafts were penetrated into the bedrock to support the colossal superstructures. The bearing capacity and deformational characteristics of the foundations were verified through the world's largest static pile load test. 8 full-scale pilot piles were tested in both offshore site and onshore area prior to the commencement of constructions. Compressible load beyond 30,000 tonf pressed a single 3 m diameter foundation pile by means of bi-directional loading method including the Osterberg cell techniques. Detailed site investigation to characterize the subsurface properties had been carried out. Geotextile tubes, tied sheet pile walls, and trestles were utilized to overcome the very large tidal difference between ebb and flow at the foreshore site. 44 circular-cell type dolphins surround the piers near the navigation channel to protect the bridge against the collision with aberrant vessels. Each dolphin structure consists of the flat sheet piled wall and infilled aggregates to absorb the collision impact. Geo-centrifugal tests were performed to evaluate the behavior of the dolphin in the seabed and to verify the numerical model for the design. Rip-rap embankments on the seabed are expected to prevent the scouring of the foundation. Prefabricated vertical drains, sand compaction piles, deep cement mixings, horizontal natural-fiber drains, and other subsidiary methods were used to improve the soft ground for the site of abutments, toll plazas, and access roads. Light-weight backfill using EPS blocks helps to reduce the earth pressure behind the abutment on the soft ground. Some kinds of reinforced earth like as MSE using geosynthetics were utilized for the ring wall of the abutment. Soil steel bridges made of corrugated steel plates and engineered backfills were constructed for the open-cut tunnel and the culvert. Diverse experiences of advanced designs and constructions from the Incheon Bridge project have been propagated by relevant engineers and it is strongly expected that significant achievements in geotechnical engineering through this project will contribute to the national development of the longspan bridge technologies remarkably.