개념 한 쪽
말뚝기초의 지지력 평가는 정역학적·동역학적 방법을 구분하며, 항타 시 사용하는 경험식과 동역학식은 서로 다른 변수와 계수를 사용하여 허용지지력을 산정한다는 점이 핵심이다. 항타 후 연약지반에서는 주변 지반의 교란과 간극수압 소산을 기다려 재하시험을 실시하는 것이 필요하다. 말뚝과 지반의 상대 침하는 주동말뚝과 수동말뚝 개념으로 설명할 수 있으며, 성토 후 말뚝 시공 시 부의 주면마찰력 발생으로 지지력이 감소할 수 있다는 사실을 숙지한다.
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출제기준 단원 「말뚝기초 침하량」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 타입 후 재하시험 시기 판단 | 1 | 연약점토 타입 후 재하시험을 지연하는 이유를 묻는다 |
| 항타 경험식 계산 적용 | 1 | 해머 무게·낙하높이·관입량으로 허용지지력 계산 과정을 묻는다 |
| 항타공식 단위·계수 해석 | 1 | 단동식 계수와 계산 결과의 근사 선택 이유를 해석하도록 묻는다 |
항타 경험식(전통적 경험식)은 항타 말뚝의 허용지지력을 해머의 에너지와 말뚝의 관입량으로 간단히 산정하는 경험식이다. 기본 형태는 Ra = (W × H) / (Fs × S) 또는 단순화된 표기로 Ra = (W × H) / (6 × S) 등의 꼴로 주어지며, 여기서 W는 해머 무게, H는 낙하높이, S는 타격당 관입량, Fs는 안전율을 의미한다는 설명이 재료에 제시되어 있다.
항타공식은 해머 종류에 따라 분모의 계수가 달라질 수 있다. 재료에서는 단동식 증기해머의 경우 분모에 6을 쓰고, 복동식의 경우 10을 분모 계수로 기억할 것을 권한다는 지침이 제시되어 있다. 또한 일부 문제에서는 공식 적용 시 안전율의 적용 방식이나 효율 계수 유무에 따라 계산값과 선택지가 차이를 보일 수 있으므로 보기 중 가장 근접한 값을 선택하는 판단이 요구된다는 점이 언급되어 있다.
동역학적 지지력 공식 중 Hiley 공식은 말뚝 두부에서 측정된 반발량을 변수로 포함하여 에너지 손실 및 탄성 회복을 보정하여 지지력을 산정하는 방식임이 설명되어 있다. 반면 정역학적 방법은 지반의 강도정수에 기반하는 이론적 산정법으로, 지반정수 추정의 한계가 있어 실제 적용에 제한이 있을 수 있다는 특징이 제시되어 있다.
말뚝-지반 상호작용 관점에서는 주동말뚝과 수동말뚝의 정의를 명확히 구분해야 한다. 주동말뚝은 말뚝이 지반보다 먼저 침하하여 지반을 밀어내는 경우를 뜻하고, 수동말뚝은 지반이 먼저 변형하거나 침하하여 말뚝이 이를 저항하는 경우를 뜻한다는 설명이 재료에 포함되어 있다. 또한 연약점토에서의 타입 후 재하시험은 주변 흙의 교란과 상승한 간극수압이 소산되어 항복력이 안정될 때까지 대기해야 하므로 보통 20여일을 기다린다는 실무적 지침이 제시되어 있다.
성토 후 말뚝 시공 시에는 지반의 압밀 침하로 인해 말뚝 주변 지반이 말뚝보다 더 많이 내려가면 부의 주면마찰력이 발생하여 지지력이 감소할 수 있다는 현상 설명도 포함되어 있다. 이로써 말뚝의 시공 순서와 지반 조건이 지지력 평가와 침하 거동에 직접적인 영향을 미친다는 점을 확인한다.
(추가 예시는 필요시 위 두 계산 절차를 변형하여 적용하되, 재료에 없는 다른 계수나 값을 임의로 추가하지 않는다)
말뚝재하시험시 연약점토지반인 경우는 pile의 타입 후 20 여일이 지난 다음 말뚝재하시험을 한다. 그 이유는?
정답 ③ · 연약점토지반에서 말뚝재하시험을 타입 후 약 20일 경과하여 실시하는 이유를 묻는 문제이다. 말뚝 타설 시 주위 흙이 교란되어 간극수압이 상승하고 일시적으로 지지력이 저하되므로 교란이 회복되고 간극수압이 소산되어 지반 상태가 안정될 때까지 기다려야 한다.
연약점토지반에서 말뚝 타설 시 주변 흙이 교란되어 간극수압이 상승하므로, 항복력이 안정될 때까지 20여일 이상 대기한다.
단동식 증기 해머로 말뚝을 박았다. 해머의 무게 2.5 ton, 낙하고 3m, 타격당 말뚝의 평균 관입량 1cm, 안전율 6일 때 Engineering-News 공식으로 허용지지력을 구하면 얼마인가?
정답 ③ · 단동식 증기 해머를 사용할 때의 Engineering-News 허용지지력 공식은 Ra = (W × H) / (6 × S) 입니다. 여기서 W는 해머 무게(2.5 ton), H는 낙하고(3m = 300cm), S는 타격당 관입량(1cm), 안전율 6은 이미 공식의 분모에 반영되어 있습니다.
Engineering-News 공식은 해머에너지(중량×높이)를 안전율×관입량으로 나눈다.
항타 공식에 의한 마뚝의 허용지지력을 구하고자 한다. 이 때 말뚝햄머의 무게가 2.5ton, 햄머의 낙하고가 40cm, 타격당 말뚝의 평균 관입량이 1.5cm였고 안전율 Fs=6으로 보았다. Engineering News 공식에 의한 허용 지지력은? (단, 단동식 증기햄머를 사용하였다.)
정답 ③ · 단동식 증기햄머를 사용할 때의 Engineering-News 허용지지력 공식은 Ra = (W × H) / (6 × S) 입니다. 여기서 W=2.5ton, H=40cm, S=1.5cm를 대입합니다.
Engineering News 공식에서 단동식 증기햄머의 허용지지력은 햄머 무게와 낙하높이의 곱을 6과 관입량의 곱으로 나눈 값입니다.
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