• 한국지반공학회논문집
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• 제38권3호
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• pp.5-16
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• 2022

극한 및 극서지에서는 환경적 요인으로 인하여 지반 침하가 발생할 수 있다. 지반의 침하는 부주면 마찰력을 발생시켜 선단 하중을 증가시켜 말뚝의 안정성을 저해할 수 있다. 본 연구에서는 지반 침하 시 부주면 마찰력에 의해 소폭 압축되는 지반 변형 대응 부재가 삽입되어 부주면 마찰력을 저감시키는 말뚝을 제안하였다. 지반 변형 대응 부재로는 스프링 및 스프링-대시팟 부재가 고려되었다. 제안된 말뚝의 성능을 검증하기 위해 모형 실험을 통해 지반 침하 시 일반 말뚝과 지반 변형 대응 부재가 적용된 말뚝의 선단 하중, 주면 마찰력, 횡 토압을 측정하고 분석하였다. 실험 결과, 스프링 부재 말뚝은 침하량이 작은 경우에는 스프링의 압축에 의해 상대변위가 줄어들며 부주면 마찰력이 감소하였다. 그러나 지반이 지속적으로 침하함에 따라 스프링이 더 이상 압축되지 않는 시점부터는 하중 전달 기전이 일반 말뚝과 유사해졌다. 스프링-대시팟 부재 말뚝의 경우, 대시팟이 스프링으로의 하중 전달을 지연시키고 하중 제하 곡선상에 주면 마찰력을 위치시키므로 지반 침하로 인한 부주면 마찰력이 지속적으로 감소하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권2호
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• pp.29-36
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• 2009

본 연구에서는 2차원 유한요소해석을 통하여 부마찰(negative skin friction) 이 작용하는 단독말뚝의 거동을 분석하였다. 압밀의 진행에 따른 부마찰의 변화를 검토하기 위하여 압밀해석을 실시하였으며, 말뚝과 주변지반 사이에서의 항복(yielding, slip)을 고려하였다. 일반적으로 널리 사용되는 -방법에 의해 부마찰력을 산정하는 경우 중립면 부근에서의 전단강도의 부분발현 및 지중응력의 감소를 반영할 수 없기 때문에 정밀유한요소 해석에 비하여 부마찰력이 25% 정도 과하게 평가된다. 압밀이 진행 중일 때 말뚝과 지반사이 대부분의 구간에서 항복이 발생하는 경우 더 이상의 부마찰력의 증가는 그리 크지 않은 것으로 나타났다. 부마찰이 발생하는 말뚝에 코팅을 실시하는 경우 부마찰력의 크기 및 말뚝의 침하를 효과적으로 감소시킬 수 있으나, 말뚝두부에 상재하중이 작용할 때 말뚝의 선단이 충분히 견고한 지지층에 설치되어 있지 않은 경우 말뚝의 마찰저항력이 매우 작아서 말뚝에 큰 침하가 발생할 우려가 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제6권1호
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• pp.45-51
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• 2005

말뚝을 설계함에 있어 극한지지력을 산정하는 것만으로는 말뚝의 장기 거동에 있어서의 하중분포를 고려할 수 없으므로 재하시험시 변형률계나 응력계를 사용하여 말뚝의 하중 재하에 따른 주면저항(the shaft resistance)의 분포를 측정하고 있다. 그러나 대부분의 재하시험시 하중이 '0'일 때를 'zero time'으로 하여 계측기의 값을 읽는 'zero reading'을 가정함으로써 현장타설말뚝이나 항타말뚝의 시공시 발생된 잔류응력(the residual stress 또는 the residual load)을 무시하고 있다. 이러한 'zero reading'의 가정은 말뚝 시공시 발생하는 말뚝 하방향으로의 부주면마찰력인 잔류응력을 고려하지 않으므로 실제 말뚝주면의 하중분포와는 다른 결과를 보이게 된다. 본 연구에서는 현장에 시험시공된 현장타설말뚝에 대하여 정재하시험을 수행하였고, 말뚝 주면의 하중분포 측정시 변형률계를 사용하여 콘크리트 타설 직후부터 계측을 실시함으로써 말뚝 시공에 따른 잔류응력을 측정하였다. 그 결과, 잔류응력이 고려된 경우는 초기에 부의 응력상태를 보이나 하중이 재하됨에 따라 부주면마찰력이 극복되면서 양의 주면마찰력으로 전환됨을 알 수 있었으나, 'zero reading'의 경우는 양의 주면마찰력 만을 보였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권1호
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• pp.5-14
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• 2023

말뚝이 근입된 지반의 융기는 말뚝에 추가적인 상향 주면 마찰력을 발생시켜 말뚝의 안정성을 저해할 수 있다. 본 연구에서는 말뚝의 일부에 지반 변형에 능동적으로 대응 가능한 부재가 삽입되어 말뚝에 작용하는 상향 주면 마찰력을 감소시킬 수 있는 새로운 말뚝 기초 양식을 제안하였다. 제안된 말뚝의 실효성을 검증하기 위하여 지반 변형 대응 부재로서 유압 실린더가 적용된 말뚝을 설계 및 제작하였다. 일반 말뚝과 제안된 말뚝을 대상으로 지반 융기 모사 실험을 수행하여 선단 하중, 주면 마찰력과 지반 변형 대응 부재의 팽창량에 따른 선단 하중의 변화를 분석하였다. 실험 결과, 매우 적은 양의 실린더 부재의 팽창에도 말뚝에 작용하는 인발 마찰력이 완전히 상쇄되며 이에 따라 선단 하중이 증가하였다. 그러나 실린더 부재의 과도한 팽창은 상향 마찰력의 감소를 넘어 부주면 마찰력을 발생시키므로 지반 팽창량 및 말뚝의 허용 변위를 고려한 적절한 지반 변형 대응 부재의 팽챵량 산정이 필요하다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1997년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.373-382
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• 1997

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1996년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.145-154
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• 1996

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.65-74
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• 2005

압밀이 진행 중인 지반에 설치되는 말뚝은 부마찰력을 받으며 과도한 부마찰력은 기초 및 상부구조물의 안정에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 큰 잔류침하가 예상되는 연약지반에 교각 기초로 시공되는 말뚝의 부마찰력을 산정하여 기초의 지지력에 대한 안정성을 평가하였다. 본 연구에서는 연약 점성토 내에 설치될 말뚝기초가 큰압밀침하가 발생하는 지역에 적합한지 여부를 판단하였는데, 이를 위해 시기별 지반조사 자료로부터 얻은 대상지반의 압밀정수와 침하 계측자료를 이용하여 현재의 압밀도와 잔류침하량을 산정하였다. 말뚝의 깊이별 침하량은 부마찰력을 고려할 수 있도록 수정된 하중전이함수법과 수치해석적 방법의 두 가지 방법으로 예측하였는데, 두 방법으로 구한 깊이별 말뚝변위와 최대 축하중은 서로 유사한 값을 나타내었으며, 중립면의 위치도 유사하게 나타났다. 부마찰력을 고려하여 말뚝의 지지력에 대한 안전성 평가를 수행한 결과 말뚝이 설계지지력에 못미치 경우에는 slip layer코팅을 적용하여 부마찰력을 감소시키거나 말뚝의 지지층 근입깊이를 늘려 지지력을 증가시키는 방안을 추천하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.131-141
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• 2007

말뚝 기초의 거동은 말뚝을 둘러싼 주변 지반의 특성에 좌우되므로, 항타 중의 지반거동을 계측하고 지반과 말뚝 거동간의 상관관계를 분석하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 말뚝 인접지반에 간극수압계, 경사계, 지표 변위말뚝, 그리고 말뚝 변형률계 등을 매설하여 낙동강 하구지역에 위치한 대심도 연약지반에 약 57m 관입깊이의 PHC 장대 말뚝을 항타하였을 때 말뚝 축하중 분포와 인접지반의 거동을 약 1년간 계측하고 그 결과를 분석하였다. 계측결과 매립하중과 항타에 의해 발생한 점토층 내의 과잉간극수압이 소산되면서 말뚝체 내에 부마찰력이 점차 증가하는 것으로 나타났다. 부마찰력에 의해 발생한 말뚝체의 최대 압축력 중 약 30%는 항타 중 증가한 과잉간극수압의 영향 때문으로 나타났다. 그러므로, 점성토 지반에 설치되는 대부분의 말뚝에 대하여 부마찰력을 고려한 설계를 수행할 필요성이 강조되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1C호
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• pp.33-39
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• 2009

부마찰이 작용하는 말뚝 주변지반의 수직 응력은 전단응력 전이 과정을 통해 감소하게 된다. 본 연구에서는 3차원 유한차분 해석을 실시하여 부마찰이 작용하는 단독말뚝 인근 지반의 수직응력 및 수평응력의 감소 및 그로 인한 말뚝의 거동변화에 대한 분석을 실시하였다. 또한 말뚝인근 지반의 수직응력 감소를 고려할 수 있는 간단한 식을 제안하였다. 말뚝에 부마찰이 작용하는 경우 Greenfield 조건에 비해 지반의 수직 및 수평응력이 상당히 크게 감소하는 것으로 나타났다. 수직응력이 감소되는 수평범위는 그리 넓지 않아서 최대 4-8 D 정도 인 것으로 분석되었다, 여기서 D는 말뚝의 직경이다. 본 연구를 통해 분석된 바에 의하면 부마찰력의 평가에 일반적으로 널리 이용되는 $\beta$-방법에 의해서는 부마찰력이 과다하게 평가될수 있는 것으로 나타났으며, 따라서 원래의 공식에 수직응력의 감소를 반영할 필요가 있는 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.191-200
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• 2003

본 연구는 말뚝 부마찰력 저감용으로 사용하는 역청재료의 유변학적 특성을 분석한 결과이다. 역청재료는 효과적으로 부마찰력을 저감시키고 경제적인 장점으로 인하여 말뚝의 부마찰력 저감 공법으로 사용하여 왔다. 본 연구에서는 세 종류의 말뚝용 역청재료를 선택하여 비교 시험을 실시하였다. 물리적 특성시험으로는 침입도 시험, 연화점 시험 및 침입도 지수를 실시하였으며 유변학적 시험으로는 동적전단 유동기를 사용하여 위상각, 복합계수, 크리프시험 및 흐름시험을 시험온도 15, 30, 45 및 6$0^{\circ}C$에서 수행하였다. 시험 결과는 역청재료의 유변학적 특성을 나타내는 위상각, G$^*$/sin $\delta$, 크리프 컴플라이언스 및 전단점도로 분석하여 상호 비교하였다. 시험 결과 온도와 위상각은 비례관계를 나타냈으며 G$^*$/sin $\delta$는 반비례 관계를 보였다. 또한, 크리프 컴플라이언스는 하중시간이 증가함에 따라 증가하여 역청재료가 시간의 변화에 따라 점성유체로 작용하는 것으로 나타났다. 크리프시험으로 인한 시간 및 온도의 변화는 크리프 컴플라이언스 값을 크게 변화 시켰으나 전단점도의 변화는 그다지 심하게 나타나지 않아서 말뚝 역청재료의 평가에는 크리프 컴플라이언스를 측정 할 수 있는 크리프시험이 적절한 것으로 평가되었다. 본 연구에서 유변학적 시험을 실시한 결과 물리적 시험으로부터 분석할 수 없는 온도와 시간의 변화에 따른 역청재료의 특성변화를 상세하게 분석할 수 있었는데 이러한 시험 결과는 말뚝용 역청재료의 선정에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.