대형 깊은 기초의 지지거동 특성에 관한...

대형 깊은 기초의 지지거동 특성에 관한 연구 83

1. 서 론

현재 고층화 및 대형화 되고 있는 구조물의 하중을 지지

하기 위한 기초형식인 소규모 PHC말뚝 및 강관말뚝의 사

용이 감소되고 있는 반면 상부하중을 합리적으로 지지하

기 위하여 현장타설 말뚝 및 대형 Caisson 기초 등을 적용

하는 사례가 증가하는 추세이다. 그러나, 소규모 기초 형식

에 비하여 현장타설말뚝 및 대형 Caisson기초 등은 상부로

부터 큰 하중이 작용함으로 인해 하부기초가 부담하는 지

지능력이 크게 됨에 따라 현장특성을 고려한 각 기초의 역

학적인 거동 특성과 안정성에 대한 중요성이 인식되고 있다.

대형 깊은 기초의 지지거동 특성에 관한 연구

A Study on the Behavior Characteristics of Large Deep Foundations

박춘식1*, 정광민2

Choon-Sik Park1*, Kwang-Min Jung2

1Member, Professor, Department of Civil Environment Chemical Engineering, Changwon National University, 20-1 Changwondaehak-ro,

Uichang-gu, Changwon-si, Gyeongsangnam-do 51140, Republic of Korea2Member, Director, Korea Engineering Consultants Corp., 21 Sangil-Ro 6-gil, Gangdong-gu, Seoul 05288, Republic of Korea

ABSTRACT

In this study, the characteristics of support behavior according to the change of ground condition of the cast-in-place pile

and the large Caisson foundation, which are increasingly used as foundations of large structures and bridges. the allowable

bearing capacity calculated using the yield load analysis method was analyzed to calculate similar allowable bearing capacity

for each method. In addition, the allowable bearing capacity calculated by the ultimate load analysis method was found

to have a large difference in bearing capacity for each method. Through this point, it can be usefully used as an empirical

formula for evaluating the settlement characteristics of piles in future design and construction. In addition, as a result of

examining the ground force distribution during sedimentation of large caissons, the section of the weathered rock layer showed

almost constant ground force distribution as ground forces decreased after yield occurred at the base corner. And in the bed

rock layer section, the foundation’s center was transformed into a ground force in the form of a convex downward due

to an increase in the ground resistance of the central part. Using these results, the theory previously presented by Fang (1991)

and Kőgler (1936) was proved.

요 지

본 연구에서는 대형 구조물 기초 및 교량 하부기초로 사용이 증가되고 있는 현장타설말뚝 및 대형 Caisson 기초의 지반조건

변화에 따른 지지거동 특성에 대하여 분석하였다. 현장타설말뚝의 항복하중 분석법을 이용하여 산정한 허용지지력은 각 방법

마다 서로 유사한 허용지지력을 산정하는 것으로 분석되었다. 또한 극한하중 분석법으로 산정한 허용지지력은 각 방법에

따라 지지력의 차이가 큰 것으로 분석되었고, 기존의 유사 사례현장을 분석하여 재하하중과 침하량에 관한 관계를 제시하였으

며, 이를 통하여 향후 설계 및 시공시 말뚝의 침하특성을 평가하기 위한 경험식으로 유용하게 활용 가능할 것으로 판단된다.

또한 대형케이슨의 침설시 발생하는 지반반력 분포에 대해 검토한 결과 풍화암층 구간은 기초 모서리부에서 항복이 발생된

후 지반반력이 감소하여 거의 일정한 지반반력 분포를 나타내었으며, 기반암층 구간에서는 중앙부의 지반반력 증가로 인해

기초 중앙부가 아래로 볼록한 형태의 지반반력 형태로 변형되었다. 이와 같은 결과를 이용하여 Fang(1991) 및 Kőgler(1936)가

기존에 제시한 이론을 증명하였다.

Keywords : Cast-In-Place Concrete Pile, Pile Load Test, Caisson Foundation, Ground Reaction Force

한국지반신소재학회논문집 제19권 1호 2020년 3월 pp. 83 ∼ 91

J. Korean Geosynthetics Society Vol.19 No.1 March 2020 pp. 83 ~ 91

DOI: https://doi.org/10.12814/jkgss.2020.19.1.083

ISSN: 2508-2876(Print) ISSN: 2287-9528(Online)

Received 3 Mar. 2020, Revised 24 Mar. 2020, Accepted 25 Mar. 2020

*Corresponding author

Tel: +82-55-213-3772; Fax: +82-55-285-9491

E-mail address: [email protected] (C. Park)

84 한국지반신소재학회논문집 제19권 제1호

기존 연구를 통하여 암반에 근입 된 깊은기초의 설계기

법과 관련된 연구가 상당한 관심을 끌게 되었으며, 암반에

근입 된 현장타설 말뚝의 지지거동에 관한 연구를 실시하였

다(Horvath and Kenny, 1979; Rowe and Armitage, 1987). 그

러나, Beak and Sa(2003)는 암반에 근입 된 현장타설 말뚝

의 지지력 산정방법은 그 기준이 명확하게 정립되어 있지

않아 국내에서 제정된 각종 설계기준은 대부분 외국기준을

그대로 사용하고 있는 실정이거나 외국에서 제안된 각종 설

계기준이나 연구결과가 그대로 적용되고 있다고 하였다.

Lee(2014)는 현장타설말뚝 재하시험 측정값을 이용하

여 각 지층조건에 따른 표준관입시험 값과 단위주면마찰

력의 상관관계를 제안하였다. 또한, Park(2010)은 기존

의 Caisson 제작 및 거치공법에 대한 자료를 분석하여

Caisson 제작 및 거치공법에 대한 위험요소 및 안전사고

예방 사항에 대해 제안하였다. Beak(2010)은 대형 Caisson의

진수 안정성 향상을 위해 모의실험의 중요성을 제안하였

으며, Kim(2012)은 대형 Caisson의 제작 및 운반 진수공법

의 현황 및 공법의 개선점을 제안하였다.

이외에도 많은 연구가 수행 되어졌지만, 현장타설말뚝

의 경우 국내외 제안식의 적정성 및 여러 식들 중 국내지

반에 적용성이 높은 제안식을 선정하는 연구에 초점이 맞

춰져야 하며, Caisson 기초의 경우 시공의 안정성만 고려

되어 지고 있어 지지거동에 대한 연구가 미흡한 실정이다.

따라서, 본 연구에서는 현장타설말뚝 지지력 특성을 분

석하기 위해 연구대상 현장에서 실시한 현장타설말뚝 정

재하시험 자료를 이용하여 기초의 지지력 및 침하 특성을

파악하고, 허용지지력 산정 및 침하량 기준에 대해 분석하

였으며, 기존에 실시한 다수 현장의 정재하시험 자료분석

및 연구대상 현장의 재하시험 자료분석 등을 통해 하중과

침하량의 관계특성에 대해 나타내었다. 이를 통하여 기초

근입 지반 및 기초형상, 선단 근입부 지반의 불연속 특성

이 침하량에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 강성기초의

지반반력 분포특성을 분석하기 위해 Caisson 침설시 측정

한 지반반력 계측자료를 분석하여 반력 분포형태에 대한

분석 및 기존이론에 제시된 지반반력 분포 특성과 부합하

는지 확인하여 국내 지반특성에 적합한 기초의 지지특성

을 파악하는데 목적이 있다.

2. 현장조건 및 지층특성

본 연구에서는 국내에서 실시된 현장타설말뚝 정재하

시험 자료 및 연육교 현장의 Caisson 침설시 측정한 자료

를 조사하여 연구에 활용하였다.

2.1 대상현장(I)

정재하시험 사례는 설계하중에 대한 안정성 평가를 주

목적으로 실시한 정재하시험 자료를 분석하였으며, 하중

재하방식은 말뚝의 인발저항력 및 Earth Anchor 반력을

이용하는 방법이 많이 적용되었고, 다음으로 사하중을 재

하하는 방법이 적용된 것으로 분석되었다.

본 연구대상 지역은 비교적 완만한 지형을 형성하고 있

고. 한강을 중심으로 구분되어 있다. 지질은 매립토와 한

강 하상부에 퇴적된 제 4기 충적토 및 경기 편마암 복합체

에 속하는 변성암류인 호상 흑운모 편마암(Biotite banded

Gneiss)이 분포한다. 또한, 교량현장의 강북측(P1)과 강남

측(A1)에서 정재하시험을 수행하였으며, 자세한 각 시험

말뚝 위치의 지층단면도 및 말뚝 설치 현황은 Fig. 1과 같다.

(a) pile test (gang-buk side) (b) pile test (gang-nam side)

Fig. 1. Ground property of static pile load test site and test pile distribution


2.2 대상현장(II)

본 연구대상 현장은 인천공항 고속도로상의 연육교로

이중 중간지점에 교량연장 550m, 중앙경간 300m, 측경간

125m의 현수교로 구성된 현장이며, 하부 주탑기초 공법

으로 케이슨공법이 적용되었다. 주탑부를 대상으로 총 12

개소의 지반조사를 실시한 결과 지층분포는 해성퇴적층,

풍화토, 풍화암, 기반암층 순으로 분포하고 있다. 각 지층

분포에 따른 특성 및 말뚝 설치 현황은 다음 Fig. 2, Fig. 3과

같다.

3. 결과분석

연구대상 현장에 적용한 하중재하 모식도는 Fig. 4와 같

이 나타내었고, 기존 현장타설말뚝 재하시험사례와 동일하

게 최대 재하하중이 1200tf 정도로 크게 작용하여 콘크리트

블록을 이용한 사하중을 재하방식으로 적용하였으며, 재하

하중 무게중심이 말뚝의 도심과 일치하도록 설치하여 편심

이 발생되지 않게 하였다. 대상현장에서의 현장타설말뚝 지

지력 특성 및 침하 특성에 대한 결과분석은 다음과 같다.

(a) stratum cross-sectional view (east side)

(b) stratum cross-sectional view (west side)

Fig. 2. Stratified distribution and status section plot

Fig. 3. Pile installation status

Fig. 4. Loading system


3.1 현장타설말뚝 지지력 특성

3.1.1 정재하시험에 의한 하중 평가

현장타설말뚝 지지력 특성을 분석하기 위하여 대상현장

(I)에서 실시한 정재하시험 자료를 이용하여 항복하중 및

극한하중에 대해 분석하였다. P-S분석법, LogP-LogS분석

법, S-Log(t)분석법, P-ΔS분석법, ΔS/Δ(logt)-P분석법을 이

용하여 항복하중을 산정한 결과 강북측의 경우 990∼

1,100tf, 강남측의 경우 900∼1,200tf으로 분석되었다. 또한,

극한하중 산정을 위해 Chin분석법(Chin, 1971), Mazurkiewicz

분석법(Mazurkiewicz, 1972), Brinch Hansen분석법 및 芳

賀의 수정법(Brinch, 1961)에 의하여 극한하중을 분석한

결과 강북측의 경우 1,900∼3,300tf, 강남측의 경우 2,100∼

3,700tf으로 분석되었으며, Fig. 5는 각 분석법에 의해 산정

된 허용지지력을 도시한 결과이다. 이 결과 항복하중을 이

용하여 산정한 허용지지력은 각 방법마다 약간의 허용지

지력 차이가 발생하는 것을 제외하고는 서로 유사한 허용

지지력으로 분포하는 것으로 나타났으나, 극한하중을 이용

하여 산정한 허용지지력은 각 방법마다 허용지지력의 차

이가 큰 것으로 나타났다. 특히, 극한하중 분석법 중 Chin

분석법은 허용지지력을 과대평가하는 것으로 나타났다.

따라서, 허용지지력 평가 시 항복하중에 의한 분석법에

비하여 극한하중에 의한 분석법이 허용지지력을 과대평가

하고 있으므로 현장타설말뚝 허용지지력 평가 시 항복하

중에 의한 분석법으로 허용지지력을 평가하는 것이 타당

한 것으로 분석되었다.

3.1.2 전체침하량 기준에 의한 침하 평가

현장타설말뚝 침하특성을 분석하기 위하여 대상현장(I)

및 다수의 현장타설말뚝 정재하시험 자료를 조사하여 이

용하였다. Fig. 6(a)는 전체침하량과 말뚝직경 비를 극한하

중 기준침하량 제안값과 비교 도시한 결과로 각 현장타설

말뚝에서 발생된 전체침하량을 말뚝직경으로 나누었을 때

상한선 1.2%에서 하한선 0.17% 범위에 분포하는 것으로

도출되었으며, 말뚝직경에 대한 최대 침하량은 1.2%로 De

Beer(1964)가 제안한 극한하중에 대응하는 말뚝직경의

30% 침하량과 비교할 경우 매우 작은 침하특성을 나타내

고 있다.

그러나 Van Impe(1988)가 제시한 말뚝직경의 5%에 대

한 기준침하량과 비교할 경우 훨씬 근접하는 것으로 나타

나 실용적인 면에서 더 합리적인 것으로 분석되었다. Fig.

6(b)는 전체침하량을 기준침하량 제안값과 비교 도시한 결

과로 전체침하량의 최대값은 17.9mm, 평균 7.1mm로 분

포하며, (Terzaghi and Peck, 1967; Touma and Reese,

1974)가 제안한 25.4mm 기준 이내에 분포하는 것으로 분

석되었다.

따라서, 전체침하량 기준에 의한 극한하중 평가는 적용

성이 없는 것으로 분석되었으며, 국내의 경우 말뚝을 마찰

말뚝이 아닌 단단한 기반암에 근입되어 있는 선단지지말

뚝으로 설계 시공되기 때문으로 판단되었다.

(a) total settlement/pile diameter ratio distribution (b) total settlement distribution

Fig. 6. Total settlement/pile diameter ratio and tatal settlement property

Fig. 5. Allowable bearing capacity analysis result


3.1.3 잔류침하량 기준에 의한 하중 평가

잔류침하량 기준은 미국도로교 설계기준의 6.3mm와 DIN

에서 제시한 말뚝직경의 2.5%에 해당하는 잔류침하량을

적용하여 기존 사례현장 결과와 비교 분석하였다. Fig. 7(a)

는 잔류침하량과 말뚝직경의 비를 검토하여 극한하중 기

준침하량 제안치와 비교 도시한 결과로 잔류침하량을 말

뚝직경으로 나누었을 때 최대 0.36% 이내 범위에 분포하

며, 말뚝직경에 대한 DIN에서 제안한 2.5% 기준과 비교

할 때 작은 침하특성을 나타내고 있다.

또한, Fig. 7(b)는 잔류침하량을 기준침하량 제안치와

비교 도시한 결과로 발생 잔류침하량의 최대값은 5.4mm,

평균 1.44mm로 나타났으며, 미국도로교 설계기준의 6.3mm

이내에 분포하는 것으로 분석되었다.

상기 방법에 의한 분석결과 국내의 경우 말뚝선단이 연

암층 또는 풍화암층에 근입되어 있으므로 침하가 작게 발

생되기 때문으로 극한하중을 판정하기가 어려운 것으로

판단된다. 따라서, 잔류 침하량기준 분석법에 의하여 극한

하중을 평가하는 것은 암반에 근입된 현장타설말뚝에 대

해서는 적용성이 없는 것으로 분석되었다.

3.2 현장타설말뚝 침하 특성

3.2.1 하중-침하 관계에 의한 방법

Fig. 8은 횡축에 재하하중을 도시하고 종축에 단계별 침

하량을 도시한 결과이다. 분석결과 최대 재하하중은 1860tf

을 적용하였을 경우 발생하는 전체침하량은 12.98mm으로

분석되었고, 최소 재하하중은 800tf을 적용하였을 경우 발

생하는 전체침하량은 5.43mm로 분석되었다. 또한, 하중-

침하량 곡선의 관계를 분석한 결과 침하량과 재하하중의

관계는 탄성거동 영역으로 가정시 직선 거동하는 것으로

나타났으며, 하중과 침하량의 관계를 직선으로 가정 할 경

우 기울기의 최소값은 0.0035이며, 최대값은 0.0075로 평

가되고, 평균 기울기는 0.0055로 분석되었다.

이 결과를 이용하여 현장타설말뚝의 재하하중과 전체

침하량의 관계는 식 (1)과 같이 나타나는 것으로 분석되

었다.

침하량평균 ×재하하중 (1)

상기 분석결과는 국내에서 실시한 24개소의 기존 재하

시험 사례와 연구대상 현장(I)의 재하시험 분석 결과이므

로, 조건이 유사한 현장타설말뚝의 침하특성을 평가하기

위한 경험식으로 유용하게 활용 가능할 것으로 판단된다.

3.2.2 기초 근입 지반에 의한 방법

기초 선단부 지층조건에 따른 침하특성을 파악하기 위

해 24개소의 기존 재하시험 사례와 연구대상 현장(I)의 현

장타설말뚝에 대하여 선단부가 풍화암 및 연암층에 근입

된 경우를 구분하여 최대 하중 재하 시 전체침하량과 잔류

(a) residual settlement distribution (b) total settlement distribution

Fig. 7. Residual settlement/pile diameter ratio and total settlement distribution

Fig. 8. Property of the relationship between loading and

settlement


침하량을 도시하면 Fig. 9와 같다.

분석결과 풍화암층에 근입된 경우 전체침하량은 3.15∼

8.80mm, 잔류침하량은 0.25∼1.90mm 발생하였다. 또한,

연암층에 근입된 경우 전체침하량은 2.5∼12.9mm, 잔류

침하량은 0.15∼5.4mm 발생하였다. 이와 같은 결과는 풍

화암층의 경우 발생침하량은 연암층과 유사하게 발생하였

는데, 이는 현장타설말뚝이 풍화암층에 근입 될 경우 연암

층에 비하여 강도가 낮기 때문에 풍화암층 근입 길이를 증

가시켜 시공하였기 때문으로 판단된다. 국내의 경우 현장

타설말뚝 설계 시 풍화암층이 깊은 경우 연암층에 지지하

기 위해서 말뚝길이를 증가하는 경향이 있다.

그러나, 위와 같이 풍화암층에 충분히 근입시켜 시공할

경우 침하량은 연암층에 지지된 것과 유사하게 침하가 발

생되므로 무리하게 연암층까지 말뚝을 계획할 필요가 없

음을 알 수 있다. 따라서, 풍화대에 시공된 현장타설말뚝

의 지지력도 연암층에 지지된 경우만큼 지지력이 충분히

확보될 수 있는 것으로 분석되었다.

3.2.3 기초 형상에 의한 방법

기초형상에 의한 침하량 특성을 분석하기 위해 침하량

및 말뚝길이 관계를 분석하였다.

Fig. 10(a)는 종축에 침하량에 따른 말뚝길이 비를 도시

하고, 횡축에 말뚝길이 도시한 결과이다. 분석결과 국내에

서 사용된 현장타설말뚝 길이는 11.1∼36.6m로, 침하량에

대한 말뚝길이 비는 최대 0.066으로 분포되었다. 따라서,

발생침하량은 말뚝길이 증가에 비례하지 않고 다소 감소

하는 경향을 나타내는 것으로 분석되었다.

Fig. 10(b)는 횡축에 말뚝길이에 대한 말뚝직경의 비 즉 세

장비를 도시하였으며, 종축에 발생한 전체침하량 및 잔류침하

량을 도시한 결과이다. 이 결과에 의하면 세장비는 8.1∼30.5

로 분포하며, 전체침하량은 세장비가 증가할수록 다소 감소하

는 경향을 나타내고 있는 것으로 분석되나 잔류침하량은 세장

비에 상관없이 일정한 값을 나타내는 것으로 분석되었다.

3.2.4 선단 근입부 R.Q.D에 의한 방법

Fig. 11은(Teng, 1962; Zhang and Einstein, 1998)와의 관계

를 나타낸 그래프이며, 횡축에 현장타설말뚝 선단부에서 조사

된 R.Q.D를 도시하고, 종축에 침하량을 도시한 결과이다. 말

뚝 선단부에서 조사된 R.Q.D는 0∼25% 범위에 주로 분포하며,

R.Q.D가 증가할수록 발생침하량은 감소하는 것으로 분석되었다.

(a) In case of penetration into the weathered rock layer (b) In case of penetration into the soft rock layer

Fig. 9. Property of settlement according to the conditions of the layers

(a) pile length and settlement/pile length distribution (b) settlement and slenderness ratio distribution

Fig. 10. Settlement of settlement/pile length and slenderness ratio distribution


또한, R.Q.D가 0%일 경우 발생한 최소침하량은 8.57mm

정도이고, 최대침하량 12.98mm로 다소 크게 분포하는 것

으로 나타나고 있다. R.Q.D가 25%일 경우 발생한 최대침

하량은 2.5mm로 R.Q.D가 0%일 경우 최대침하량과 비교시

5배 정도의 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 즉, R.Q.D가

증가할수록 발생침하량은 감소하는 것으로 나타나고 있어

현장타설말뚝 침하 특성을 평가할 때 선단부의 R.Q.D를

고려하는 것이 타당할 것으로 판단된다. R.Q.D와 침하량

의 관계를 분석한 결과 식 (2)와 같은 관계로 분석되었다.

침하량 (2)

3.3 강성기초의 지반반력 분포특성

대상현장(II)에서 실시한 시험자료를 통하여 기초하중

이 지반에 작용할 경우 기초와 지반사이 접지면에 발생되

는 지반반력과 침하의 분포형태는 지반과 기초의 강성에

크게 영향을 받는 것을 알 수 있다. 즉, 강성기초의 경우

접지면에서 변위는 일정하게 발생되나 지반반력은 등분포

로 발생되지 않는다. 그러나, 연성기초의 경우 접지압은

등분포로 작용하게 되나 침하는 일정하게 발생되지 않는

다. 상기 이론을 확인하기 위해 케이슨기초의 침설시 다층

지반에서 발생되는 지반반력분포 양상을 비교 분석하

였다.

케이슨 기초 침설시 선단부에서 측정된 최대지반반력

분포를 다음 Fig. 12에 도시하였다. 지반반력 측정결과에

의하면 구조물 모서리부에서 최대 지반반력은 해성퇴적토

층에서 313.0tfm, 풍화암층에서 80.0tfm, 기반암층에

서 61.0tfm으로 나타났으며, 구조물 중앙부 부근에서

최대 지반반력은 해성퇴적토층에서 145.0tfm, 풍화암

층에서 48.0tfm, 기반암층에서 92.0tfm로 분포하는

것으로 분석되었다.

해성퇴적토층에서 최대 접지압 분포는 모서리부에서

지반반력이 계속 증가하여 위로 볼록한 형태가 현저하게

나타나고, 풍화암 구간에서는 암반층으로 근입되면서 구

속효과에 의한 주면마찰력의 증가로 인하여 선단부에 작

용하는 하중이 상부 해성퇴적토층 보다 감소하여 전체적

으로 최대 지반반력의 크기가 감소하면서 위로 볼록한 접

지압 분포형태가 둔화 된다는 것을 알 수 있다. 그러나,

기반암 구간의 최대 지반반력을 풍화암층과 비교할 때 코

너부에서 최대지반반력은 감소하였고, 일반부에서 최대

지반반력은 증가하여 최대 접지압 분포가 아래로 볼록한

형태로 변한다는 것을 알 수 있다.

Fig. 13은 Caisson 침설시 발생한 지반반력을 지층에 따

라 전체 평균하여 나타내고, 이 결과를 이용하여 지층별

평균지반반력 분포형태로 분석하여 도식하였다.

연약한 점성토 지반의 연성기초는 하중 재하시 중앙부

의 침하량이 단부의 침하량보다 크다. 그러나, 강성기초의

경우 기초아래 점토지반은 균등침하를 일으킨다. 이와 같

Fig. 11. Property of settlement by R.Q.D. at the end of

foundation

(a) marine sedimentary layer (b) weathered rock layer (c) bed rock layer

Fig. 12. Ground reaction force by layers distribution property


이 강성기초가 점성토 지반에서 균등한 침하가 발생되기

위해서는 하중이 기초중심에서 단부로 옮겨져야 하므로

지반반력은 코너부에서 최대가 된다. Caisson의 초기 침설

시 지표면 부근에서 발생하는 최대지반반력 분포는 코너

부 지반반력이 일반부 지반반력보다 크게 산정되고 있다.

상기와 같은 결과는 기존에 Fang(1991)이 제안한 연약

한 점토지반에서 강성기초의 지반반력 분포형태와 동일한

형태를 보이며, 해성퇴적층의 경우 증가되는 하중에 의해

코너부의 지반반력이 급격히 증가하는 반면 상대적으로

일반부의 지반반력은 일정한 상태를 나타내고 있어 위로

볼록한 형태의 분포양상이 나타내게 된다.

또한, 풍화암층에 기초가 근입될 경우 코너부의 지반반

력은 급격히 감소하는 반면에 일반부 지반반력 분포는 거

의 일정하므로 위로 볼록한 형태의 지반반력 분포 형태가

변화하게 된다. 암반층 구간의 경우 코너부 지반반력은 약

간 감소하거나 일정한 분포형태를 나타내고, 일반부 지반

반력이 지속적으로 증가하는 형태를 나타낸다.

그 결과, 기초 침설심도가 깊어짐에 따라 아래로 볼록한

모양의 지반반력 분포 형태로 변화하고, 이러한 지반반력

분포형태는 Faber(1993)가 지중구조물에서 기존에 제안

한 지반반력 분포와 동일한 결과를 나타내는 것으로 분석

되었다.

4. 결 론

본 연구에서는 대형 구조물기초 및 교량 하부기초로 사

용이 증가하고 있는 현장타설말뚝 및 대형 Caisson 기초

의 지반조건 변화에 따른 지지거동 특성에 대해 분석하였

으며, 그 결과는 정리하면 다음과 같다.

(1) 첫째, 현장타설말뚝 지지력 특성을 분석한 결과 항복하

중 분석법인 P-S방법, LogP-LogS 방법, S-Log(t)방법,

P-ΔS방법, ΔS/Δ(logt)-P방법을 이용하여 산정한 허용지

지력은 각 방법마다 서로 유사한 허용지지력을 산정하

는 것으로 분석되었으며, 극한하중 분석법인 Chin방법,

芳賀방법, Mazurkiewicz방법, Brinch Hansen방법으로

산정한 허용지지력은 각 방법마다 지지력의 차이가 큰

것으로 분석되었다.

또한, 기준침하량 분석법인 전체침하량 및 잔류침하량

기준에 의한 방법을 이용하여 극한하중을 평가한 결

과 암반층과 같이 양호한 지층에 시공된 현장타설말

뚝의 극한하중 평가에는 적용성이 없는 것으로 분석

되었다.

(2) 둘째, 현장타설말뚝 침하 특성을 파악하기 위해 기존의

유사 사례현장을 분석하여 재하하중과 침하량에 관한

관계를 제시하였으며, 이는 향후 설계 및 시공시 말뚝

의 침하특성을 평가하기 위한 경험식으로 유용하게

활용 가능할 것으로 판단된다. 또한, 기초 근입지반에

대해 검토결과 풍화암층도 지지층으로 적용 가능한

것으로 분석되었으며, 선단 근입부의 R.Q.D와 침하량

의 관계를 제시하여 향후 동 공법 적용시 기초자료로

활용할 수 있도록 하였다.

(3) 셋째, 강성기초의 지반반력 분포특성을 분석하고자

케이슨의 침설시 발생하는 지반반력 분포에 대해 검

토한 결과 해성퇴적층 구간은 선단부에서 지반반력의

증가가 급격히 발생하여 위로 볼록한 반력 분포형태

를 나타내고 있는 것으로 분석되었다.

또한, 풍화암층 구간은 기초 모서리부에서 항복이 발

생된 후 지반반력이 감소하여 거의 일정한 지반반력

분포를 나타내다가, 기반암층 구간에서는 중앙부의

지반반력 증가로 인해 기초 중앙부가 아래로 볼록한

형태의 지반반력 형태로 변형되었다. 이와 같은 결과

(a) marine sedimentary layer (b) weathered rock layer (c) bed rock layer

Fig. 13. Site ground reaction force by layers distribution property


를 이용하여 Fang(1991) 및 Kőgler(1936)가 기존에

제시한 이론을 증명 할 수 있었다.

Acknowledgement

This paper was obtained from Ph. D. Thesis (Jung, Kwang-

min) of Changwon National University in 2015.

References

1. Beak, G. H. and Sa, G. M. (2003), “Assessment of Design

Criteria for Bearing Capacity of Rock Socketed Drilled

Shaft”, Jounal of the Korean Geotechnical Society, Vol.19,

No.4, pp.95-105.

2. Beak, G. U. (2010), “A Study on a Equipment System Con-

sideration Launching Safety Improve of a Large Sized Caisson”,

M.D. thesis, Pukyong National University.

3. Brinch Hansen, J. (1961), “The Ultimate Resistance of Rigid

Piles Against Transversal Forces”, Danish Geotechnical Institute

(Geoteknisk Institut) Bull. No.12, Copenhagen, pp.5-9.

4. Chin, F. K. (1971), “Discussion Pile Tests-Arkansas River

Project”, Journal Soil Mech. Found. Div. ASCE. vol.97,

no.SM6, pp.930-932.

5. De Beer, E. E. (1964), “Some Considerations Concerning the

point Bearing Capacity of Board Piles”, Proc. Symp. Bearing

Capacity of Piles, Roorkee, India.

6. Faber, O. (1933), “Pressure Distribution under Bases and

Stability of Foundations”, Structural Eng. Vol.11.

7. Fang, H. Y. (1991), “Foundation Engineering Handbook”,

2nd ed, Van Nostrand Reinhold.

8. Horvath, R. G. and Kenny, T. C. (1979), “Shaft Resistance

of Rock -Socketed Drilled Piers”, Symp. on Deep Foundations,

ASCE.

9. Kim, D. W. (2012), “Study on efficient automatic-construction

for large-scaled caisson”, M.D. thesis, Hanyang University.

10. Lee, C. G. (2014), “Behavior of Drilled shafts by Load-Bearing

capacity types”, Ph. D. thesis, Inje University.

11. Mazurkiewicz, B. K. (1972), “Test Loading of piles According

to polish Regulations”, Royal swedish Academy of Engineering

sciences commission on pile Research. Report No.35, Stockholm,

pp.20.

12. Park, B. J. (2010), “Study on Improvement of Caisson Pro-

duction and Installing Method”, M.D. thesis, Ulsan University.

13. Rowe, R. K. and Armitage, H. H. (1987), “Theoretical

Solutions for Axial Deformation of Drilled Shafts in Rock”,

Canadian Geotechnical Journal, Vol.24, pp.114-125.

14. Teng, W. C. (1962), “Foundation Design”, Prentice-Hall, Inc.,

Englewood Cliffs, N.J.

15. Terzaghi, K. and Peck, R. B. (1967), “Soil Mechanics in

Engineering Practice”, New York; Wiley.

16. Touma, F. T. and Reese, L. C. (1974), “Behavior of Board

Poles in Sand”, Journal of Geotechnical Enginnering, ASCE,

Div. Vol.100.

17. Van Impe, W. F. (1988), “Considerations on the auger pile

design”, Deep Foundation on Board and Auger Piles (Rotterdam).

pp.193-218.

18. Zhang, L. and Einstein, H. H. (1998), “End Bearing Capacity

of Drilled Shafts in Rock”, Journal of the Geotechnical and

Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.124, No.7, pp.574-584.

대형 깊은 기초의 지지거동 특성에 관한...

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