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*@ 구조안| 부장| 처장본부장WH00겨설계획 처장 처 장 :342.건설 관a 리 처 장 :; / 갱|**민자 사업 처장: @67짤도로연구소 장 : 기술 심사 실장:A암반에 근입된 현장 타 말뚝설계기준 수2002. 7.문서 번호 ㅣ설계구10201- 36ㅇ/보 존 기간10년결재 일자 ㅣ2002.7. 22.도로설 부장UPSes ntKOREAHIGHWAYCORPORATION불임: 1.설계기준 (한) 해설24. 현장타설 말뚝의 재하시험 시방(안)1. 검토목적도준(2000)에서 제시 하고 있는로교설계기암반에 근입 된 현장타설 말뚝의 지지력 산정식은 기존 재하시험 결과와 비 교 하여 지지력을과소 하게 예측 하는 경 향이있으므국대암종에 적합한지지력산정 식을 수립적용 하여설계변경여지를줄이며경제적설계를 지 향 하고자 함 .2.도로교설계기준(한국도로교통 협회, 2000) 검토가.도로교설계기준(한국도로교통 협회, 2000)에 의한암반 근입 말뚝의설계절차1) 말뚝기초의설계는 " 예 비설계, 검증 시험, 예 비설계의 보완 "의 절차를 거 쳐 수행Ｌ2) 검증 시험 시 축방향 계 측 장치를이qJo트유3)설계단계에서 시험 말뚝에 대한 정 재하시험이 곤란한 경우에는공사 초 구조에설계 확인을 위한 말뚝 종나.도로교설계기목 학회, 2001) 검토4a모1) 국내에서 시공 되는 현장타설 말뚝은 대부분 연암에 시공 되므로 지지력 예측 식© AASHTO #HS Sx2) AASHTO #24력산성망법스 암반 근입부 침하량이 107이하인 경우: 주 면 마찰력 만 고려이상인경우:주면과 선단 지지력을 함께고려스 암반근입부 침하 량이 1000여 구조서,에: 암반의 일축 압축강도여 구조서,6, : 암반 근입 부의 직경,마 : 암반 근입 부의 길이086 : 극한주 면 마찰력도설(하부구조 편) 0231 참조)로 교설계기준 해@ 암반의 선단 지지력 (284AOpe= Nm * Co*s Ap여 구조서,86 : 암의 종류 별로 정 해 지는 값(부 편) 0135 참조)로 교설계기준 해설(하기Co: as선단 아 래 20이 내에서 채취 된 암석 코아의축 압축강도^6 : 말뚝의 선단단면적Ea도그 토고 오오그다.도로교설계기준에 의한설계( 예)1) 지 조건반풍화 |암 깊이지반 특성 ㅣ 말 Be연암 |ce |e깊이A|HHEA | ops평균제"em46_,토사Bt N’=15토사=15_N=50/2풍화암22024.0|Qu=150kg/cm연암 | 215 |800-30%RQD=0%_2풍화암연암qu=700kg/crm30.0JE =1,500kg/cm*30.0/E =40,000kg/cmn?2) 말뚝 조건-직 _ 경:1.50,- 일축 압축강도 : 24010/07- 탄성 계수: 230,000kg/em?-설계st 2: 800ton 3) 말뚝 으 | 허용지지력 기준(2000)4.00(2.70)1.5m(1.0D)9.00(6.00)6.0113.8ibsps허용지지력 (1020)라 .도로교설계기준가적용 시 문제점1)설계단계에서 재하시험을 수행 하여그 결과지지력을 산출 하는 것은 현적으불가 하므로 말뚝설계는도교설계기준 해설(하부구조,편 2001)에서 제시 하는 4481170 지지력 산정 식2) 미국의 퇴적 암에 비하여 890가 작으나FOL 일축 압축강도가 크게 나타나는 국내암종에 ^44&81110 지지력 산정 식을 적용 시 연암의 선단 지지력이 풍화암 선단지지력의 약 1/2 수으로준매우 저 평가 되제 점 발생9) 기존재하시험 결과와 비 교 하면 현재의 적정 근입 깊이를 유지하는 경우에도지지력이 충 분 하나, ^&461110 기준을 적용 시 암반 근입 깊이를 풍화암의 경우 기존설계의 약 2 배이상, 연암의 경우약 4 배이상 굴착 해야 하므로 매우3.설계기준수립가.설계 절차1) 현장인근의 동일암 종에 대한재하시험 결과가 있는경우2) 현장인근의 동일암 종에 대한재하시험 결과가 없는경 나. 지지력 산출기준(안)1) 말뚝의 지지력은 암반 근입부 변 위에 관계 없이주면 마찰= 력과 선단 지지력의QD(DoubleCoreBarrel7|2=)(10인지반지반상태설명: 비 보정한 \ 치가 50 타에 50이하로 관입 되고 채취된시료가 암으로편존 재하는 경우 또는890가 10%이하인 경우.스 주면마찰력： 토사부 마찰은FA\st=| CanadianFoundationsuduEngineeringManual(Canadian Geotechnicalsociety1992,300 60000)의 기준을 준용함.스 선단지지력 :도로교설계기준 해설하부구조편(2001)의 토사 부 기준준용©RQD(DoubleCoreBarrel 7/28))10 인지반스지반상태 설명: 800)10이상인상태로 일축 압축 시험을 위한Al채취가가능한지반주면 마찰력:토사부마찰력은무시 하되CanadianFoundationEngineeringManual(CanadianGeotechnicalsociety1992,3rd6010000)의 기준을 준용 함.스선단지지력 : 『ㅁ 60아히 .(1974)의 기준을 준용 .함스 암반 근입 깊이 : 양호한암반이 갑자 구조출 현 하는 경우시공 성을 고려하3) 주면 마찰력 산정기준 ©CanadianFoundationEngineeringManual(CanadianGeotechnicalsociety1992, 3rd edition)2| 7JZS4S.AQs=mbsLsqs반 근입부부극한 주 면 마찰력응 (007”®ds산정ㅇ 암반 근입 깊이가 90이상인 경우 국 부 적인 취약 부위 존재및 점진적인 파 괴(07009「0550/6 [801416)등을 고려하여 주 면 마찰력의 약 1/3을 감소 시켜 지지력을 산정ㅇ 암석 코아의 일축 압축강도 = 콘크리트의 일축 압축강도 인 경우105-a.=0.68p,{은여 구조서6 : 극한주면마찰력 ”),응 (40106 : 대구조 압0003”콘크리트의 일축 압축강도인경우4) 선단 지지력 산정기준© RQD(10% 인 경우 토사 부의 지지력 산정기준을 적용 함도(로 교설계기준 해설(하부구조)편 00228 -230 참조)©RQD) 10%인경우아 래에 제시된『60(하히 .(1974)의 『?00와허용지지력과의 관계를 적용 함.허용지지력17?t/m200~ 3002,152~3, 228120~ 2001,291~2, 15265~ 120699~ 1,29130~65323~69910~30108~ 323단 , 제시된8@0값 사이의 값은 선형보간 법을이용 하여 허용지지력 산출© SHMaAl7|Zz =Roweand Armitage(1987)의수치 해석 결과를 이용© °H2} °N Beet 말뚝이외에는 본 구조물에 직접 사용 되는 말뚝이므로 극한@ 최대재하 하중은 당초설계 하중의 2 배 까지만재하 함허용지지력(102ㅁ)허용설계도로교금번지지력설계기준 ㅣ설계기준(ton)447.0,363.4689.9454.5:155.7361.4604.0:249.2613.8450.0.311.4658.4876.52295.9687.2702.5:285.5670.8698.00.304.1539.443 .0,16.644.7876.5:478.7630.0730.0.419.4882.71,100.0,467 .2963 .8900.0,167.9876.0,188.98000흐 10인경우: 지 치 50 타에 501이하로관입또는800가 10%이하인 경경우로 정함ad MLB x( 단, 침하 량은 전체 침| 랑이며, 탄성성압축 량은 (21)/(6&)로산출 함)[을 위3 극한 하중 까지 재하된 시험결과”설계 하중 작용 시 암반 근입 부에서 산다.재하시험 결과분석1) 극한 하중 까지 재하한 \1와 “씨의 경우(침하량)/( 탄성 암 축축 량)이 약 2이상을 나타 내고 있으며,(침하량)/( 탄성 입 축 량) 어 인 경우는 하중이 말뚝의 선단 까지가.설계및 시공1) 현장타설 말뚝의설계시 암aS 종 별 지지력 산출기준은 아래와 같이 적용) RD (10 el SSF (NAl7} SOEfO]] Som OleBE] HE RAD} 10% Olof)-2304o}4t4a:CanadianFoundationEngineeringManual(1992)224Ct,Stet Belzlol7} spolatel AS AHapse]1/38 AAAZ)선단 지지력 :도준로교설계기 (2000) 토사 부 기준준용- 주면마찰력: 680801390 000008[10ㅁ 14081066『108 4800431(1992)을 준용.(단, 암반근입 깊이는 10를 원으로칙하며,근입 깊이가 30이상인경우의 1/3을 감소 시킴)jz4ra- 선단 지지력 :Peck et al.(1974)9] Aol WSSa동종암 종에 대한시험 결과 분석에 의한지지력 산정이가능한 경우위설계기준에 우 선 하여 적용.공학적성질또는시공방법이특이하여금번수립된 기준을적용하는한 경우 기존의 연구결과및외국의 시방 기준을 참고로 하행하여설계의당 성을타 oo확인말뚝을 시공5) 재하시험을 수행 하는 말뚝에는 계측구조를 설치하여하중 전이 관계를 파악할매설방법등에대한구체적인시방 구조=로 연구소에 송 부 하여 자료축적= 재하시험 시행 부서다.설계기준 보완금번설계기준은 제한된 자료를이용하여 수립된 기준으로 향후 충분한 재하시험및 하중 전이 측정 자료가 축 적 되면 금번설계기준을 재 보완 Bt가.설계 중인 노선: 금번설계기준 적용나.공사 중인 노선 : 현장여건에 따라공사 시행 부서에서 결정※공사 중 인 노선의 암반에 근입 된 현장타설 말뚝설계 현황 시공(시 완 된 교량 제외)말뚝 직경1,5001,5001,8001,5001,5001,5001,5001,5001,5007. 참고 문헌가.대한 토목 학회,“도로교설계기준 해설( 하부구조편)(2001. 9.)”60.217243 LH.CanadianGeotechnicalSociety,"CanadianFoundationEngineeringManual3rd edit ion(1992)"pp.320~ 330Farmer,|.W.(1975),"Stressdistributionalongaresingroutedanchor",InternationalJournalofRockMech& Geomech.Abstr.,vol 12,.Ladanyi,B.(1977),"Frictionandendbearingtestsonbedrockforhighcapacitysocketdesign:Discussion.CanadianGeotechnicalJournalVol 14Ooi,L.H.andCarter,J.P.(1987),"Directshearbehaviorofconcrete-sandstoneinterfaces, Proc,6thInternationalConferenceonRockMechanics,Montreal,ISRMPeck,R.B.,Hanson,W.E.,andThornburn,T.H.(1974),"FoundationEngineering"JohnWileyandSons,pp.3617~ 374.. Pells,P.J.N.andTurner,R.M(1979),"ElasticSolutionsforDesignandAnalysisofRockSockedPiles",CanadianGeotechnicalJournal, Vol 16,No3,pp261-285Reese,L.C.,andO'Neil,M.W.(1988),"DrilledShafts:ConstructionProceduresandDesignMethods",FHWA PublicationNo.FHWA-H|-88-042. Rowe,R.K.andArmitage,H.H.(1987),"Theoreticalsolutionsfortheaxialdeformationofdrilledshaftsinrock.CanadianGeotechnicalJournal,Vol24,po.114~ 125금번 수립 지지력 산정 식이용설계수행공사 초 구조에 재하 시 현 수행 지지력 확인CanadianFoundationEngineer ingManual (1992)=AASHTO31 z=600£10: AASHTOJIZ AAASRQD) 10: Peck et al(1974)다030 미만ds =0.63p,{ 2또는Qsr = qs = 0.050,mB,D,(0. 144qsr)30이상0~ 10EVIEAS토사 기준 적용10~ 25Peck et al(1974)2]JEAS250] 4 구조 효과대- 경제적설계유도설계기준 해설2002.7.Ste각 지 별역로 공학적성 질이 매우달라각 연구 자에 따라암반 입근 말뚝지지력 산정 식에 편차가 매우크게나타나고있는실으로정외국의 시방 구조=Ha증없이이용하는경우국내 암반의 성 질과 매우다른결과를 보이고있다.Hl리나라는암반근입 말뚝의지지력산줄공 싶을ㅋㄱ유77도힘 만한 시험 결과가 부족내의암반특성에 맞는만족+ OFoe수준의 지지력 산출 식이없어AAAAAA지력산출이 곤란 함은 물론설계자에 따라지지력 편차가 커서 국내에서 사용할있는암반 근입 말뚝의설계기준 제시가 절실한실정이다.말뚝두부에 작용 하는 하중은 말뚝주면상부에서 하부 방으로향하중이 전달되어결국선단 까지하중이 전이 되게 된다.즉하중초 구조에는 그1과 같이ow주면 마찰력이 먼저발휘 되고 선단 지지력은 크게발휘 되 지 못하나침하량이 증가되면서선단 지지력 부분이 점점크게발휘 된다.load in MNSettlement in mmOHSSA0|HALISSBSSAASHTO(Q0O)IIZSESHBAHAstSBol1001이하인경우주면 마찰력 만을고려하고 암반 근입부 침하량이 1007이상인주면과 선단 지지력을 동시에고려하고 있다.그러나48080/1(1977)등의연결과구에의하면그림2와 같이건설초 구조에는 주면마찰으로력상부 중이하대되나약4 년이 경과 된 후에는 선단 지지력이상부 하중의 8%를 지지하고 있으므로장 기초인관 점점 어에서 선단 지지력의 발휘를 고려하여것으로 판단 된다.본설계기준에서는작용 하중규것이곤란 하며 , 국내암반 근입 말뚝의 하중전면 또는선단 지지력 발휘가 곤란한경 End of0.8constructionEnd-bearing 9-6pressure(MPa)04100mHeight of0.2 50m} Structure (m)1972197319741975 Elapsed time, (years)그림3. 시간경과에 따른선단 지지력 증가(ㄴ 0080/71,1977)사부와 암반 근입 부에서의 주면마찰력과 변형 률과의 관계는 그림3,4과같이사 부에 설치된말뚝의 경우직경의 0.6^0.8%의침하량에서 최대주면마찰력이발 휘 되고 암반 근입 부에서는 약 0.501의 상대 변 위에서 최대주면 마찰력이 발휘 되므동시에토사 부와 암반 근입 부의주휘면 마찰력이 발 된다고간주 하기 곤란 하다.그러므로암반 근입 말뚝의 하중 전이 특성상통상의 암반 근입 말뚝설계시와 같이GA부주면마찰력은 무시 하고 암반 근입 부의지지 만으로력지지력을 산출 하도록하였요3Ultimate Side Load ransfor이은2 =08S로Side Load TransferBly osSSiegle315-Range df Results for이틀04-- Range of ResultsDeflection- Hardening Response5-- TrendLine--- Range df Results forDeflection-Softening Response---Trend Line0.0po으081.01.21.41.6 1.8 2.0000204080810 12 14 18 18 20Settiement__SettlementDiameter of ShaftDiameter of Shaft”123.GASSHOSSH-HESBAl(Reeseand O'Neill, 1988)k= 1.25MPa/mm = NAL.8BGS a201234:5Sheardisplacement(mm)그림4.암반 근입부 주 마면찰 력-변형 률 관계(001370 08「[6「,1987)마찰력은 083180181FoundationEngineeringManual(080801811060160710108|500161”,1992)에서제시 하는 기준을 준용 였다.하ㅜ면마찰력은 공 벽의유지가 주면마찰력발 휘에 중요한역할을한다. 풍화암,연암이란 용 어는 암을 성 상 적으로 개 략 분 류한 용어로 각 구조관및 제안 자에 따라 분 류 기준도 매우 다양하며 공학적 목적으로이러한 분 류는 큰의 미가 없으며 , 000, 일축 압축강도및 탄성계수등의공학적 성 질에 따라설계를 수행 하는HO! FSSC. 금번 수립 기준에서는 굴착시공벽이잘 유지될수 있는 기준을 표준 관입 시험 결과로는 50 타에501이하로 관입 되는경우로 규정 하였다.이은 그 동안의 현장타설 말뚝의시공경험및 토질조사시공 벽 유지사례등을거로규정한 것으로이것이타당 하다는 것은금번설계기준이 재하시험 결과와 잘맞는것으로확인할수 있었다.Seo]SseASSHPAAOeWESJSSesult,Sa된 경우근입 깊이를 2AloOSAOSS0|SlSa+USS설계 하는서부터하부로 전 되는이하중 전이메커니즘및국부 적인 취등으로 점진적인파(0709「688116괴131146)를일으킬수있고어 짐에 따라 전 깊이를 대 표 할수 있는 강도 선정의 곤란등1:금번설계기EQIt=SHPAZO I s0iselSASSHOSHS약 1/3 만 큼 감소 시키도록 하였다.정착 부가 길어서 주면 마 잘 력을 감소 시키는 개 념은 그림 5와 2이앵커의 주면마찰 응력 분포를 고려할 때 타당 하다는 것을 알 수 있으며, 실경우 그림6과 같이설계 지지력을 감소 시키고있다.편이[Oc200400600601185, SeR0/8BSHASHSSEZ (Farmer,1975)[앵커 정착 체 길이 10.0 ㅁ|그림6.설계시 고려되는 앵커 정착 부 주면 마찰력 분포 주면마찰력산출 식은 각연구 자에 따라다양하게제안되어 있으며,암종이Sood본설계기준을 적용하는 것이타당 하지 않다고판단 되는 경우후전문가의의견을 참 조 하여 기존의 다양한 관계 식에서 적합한 식을 선 별 하여설계를=e수행할수 있다. 기존의 관계 식은 다음과 같은것을예로들 수 있다.1) Williams et al. (1980))q.(tsf) = 1.842q9-%"2) Rowe and Armitage( 1987):00691) = 1.45 0, 매끈한소켓00151) = 1.9410, 거친소켓3) Horvath and 1(600/(1979))q,(tsf) = 0.67) a,4) Carterand Kulhawy( 1988))q,(tsf) = 0.63V5)Reynoldsand KarderabC}(1987):q,=0.3q,6) Guptonand Logan( 1984))q,=0.2q,7) Reese and O'Neil (1987))q,=0.15a,8)RosenbergandJourneaux(1976):q,=0.63q°-3!(EF, ge:S주면마력 ,01:암의 일축 압축도)강fat 기존의 연구결과 선단 지지력에 영향을 미치는요소로 일축 압축강도,절리면의간격및틈새크기등을고려 하고있다.ASSfLadanyiand 80/(1971)는 암의 일축 압축강도와 절리 면의 간격및틈 새를 모두고려하2H,Roweand Armitage(1987)2+ZhangandEinstein(1998)2Bo]Bsa강 만을도이용 하여 말뚝의 선단 지지력 산정 식을 제안 하였다.금번설계기rau24oO“I뜨MvMN하로작은 결과를 나타내고있으나이것은재하 초 구조에 선단에 전 달 되는 하중“x준 일 것으로추정 된다.이것은금번설계기준이재하픈He잘모 사용하는 것을통하여확인할수있었다.Peck]SHA=Og영향을 미치지 않도록 하{Oo$2JvowXJ [이30 다묘 위1으32XJ£2Ja=)브모노£2표 10.4+ APNE말뚝의 선단 지지력 산정공식제안자력dp = 게교696도로교설계기준(800 = 25^ 50 인 경우,"설(하스 부 구 ,2001)제 =0.0^ 150.024)Coates( 1967)06- 3qu7609(1962)=5~ 8a,Roweand Armitage( 1987)Q= 2.7duARGEMA (1992)p= 4.5q,(10MpaZhangand Einstein0.5" (10Mpa(1998)Si AbiSHA AEARO흐 10%인경우도로교설계기준과 AZO!AASHTO]A질토에 대한선단 지지력 구조였으며, 000) 10% 인준을 적용 하경우060((1974)의설계기준을 적용 하도록 하였다.6000가 10%이하인경우풍화가 매우진 되어토사 화된 지층이 다수존 재하므사 기준을 적용하는 것이타당 하다고판단되며 , 800가 10%를초과 하는 경우에 대하여거동이암반과 같은특성을 나타 낸디고가정 하였다.『60( 681(1974)이 제안한800와 암반의 허용지지력 관계는 그림 7과 같다.『ㅁ6061 81.(1974)의 ㅁ 00와 허용지지력과의 관계 10000드gr 1000xK020406080100RQD(%)그림7. 『60( 히히(1974)의 『?00와암반허용지지력의 관계라. 암반의 물성 치600산정은 004016140600「6ㅇ 8811[61으로시험한 경우산정된값을 구조으준하였으며,일축 압축강도의 측정은 풍화가 심한경우시료 성 형이 곤란 므로하점 하중시험을 수행 하여 추정할수있다.본설계기준에는서 구조치가 50 타에 501이하로 근 되는우로편 마 암에 대한시험결과로 판단 할 때점 하중 시 으험로 추정한owSt압축강도가 100(0/0/이상으로 나타나야한다.다만,암의 공학적성 질이 편 마 암괴크게다른경우전문가의의견에 따라100(0/07의 기준 강도를 변경 하여 별도의 기준을 적용할수 있다. 침하량 산정을 위한 암반의 탄성 계수는 공 내 재하시험을 수행하여 평가할수 있다.암반 근입 부의AsoaAASPellsandTurner(1979)또는RoweandArmitage(1987)2]SAHA SDEOlSctolHAS수있다.이수치 해석 결과는 암과 콘크리트사이의 1016「1806 요소를고려하지않고산출한 것으로원하는값이도표에 제시 되 지 않은경우지반 분야 수치 해석프로그램을이용 하여 침하량을 산정할수있다.말뚝의 허용침하량은 상부구조물에 영향을 미치지않는범위에서관리 되어야 하적용하는안전 율은 2로 적용 하였다.안전 율을 정하는개념은설계 하중하에서 지반이탄성 거 동을 하도록하는것이일반 적이다. 즉그림8과 같은재하그 곡선에서 극한지지력이 & 점이고 탄성 거 동을 하는점을 8 라 고 하면안전 율은 &/8가 된다.aes][무Ol!ol!owowJH==의 침하량을 나타낸다. 실제 침하량이 탄성 압축 량 보다 작 다는 것은 하의대부분이 주면 마찰력 만으로 지지 되는 것을의 미 하므로 말뚝에 작용 되는하중이 말뚝의 극한지지력에 비하여매우작은상태 임을 알 수있다.4.공사시설계변경및지지력 공식개정추진공사 초 구조에는 재하시험을 수행 하고 그 결과를 분석 하여 본설계기준으로 수행된설계의 적정성을 판단 하여 암반 근입 심도및 말뚝 본 수가 적정 하게 시공될수 있도록 말뚝설계를 재재 검토하여야 0한다.금번에 수립된설계기준은 충분한재하시험 자료가 부족한상태에 수립된 기준으로 각 암 종 별및 암의 공학적 특성별로 충분한 재하시험결과및 하중 전이과정 측정 자료가 축 적되면이에 따라 지지력 산정기준의 보완및 개정이 필요x단된다.[인 Ne*@ 구조안| 부장| 처장본부장WH00겨설계획 처장 처 장 :342.건설 관a 리 처 장 :; / 갱|**민자 사업 처장: @67짤도로연구소 장 : 기술 심사 실장:A암반에 근입된 현장 타 말뚝설계기준 수2002. 7.문서 번호 ㅣ설계구10201- 36ㅇ/보 존 기간10년결재 일자 ㅣ2002.7. 22.도로설 부장UPSes ntKOREAHIGHWAYCORPORATION불임: 1.설계기준 (한) 해설24. 현장타설 말뚝의 재하시험 시방(안)1. 검토목적도준(2000)에서 제시 하고 있는로교설계기암반에 근입 된 현장타설 말뚝의 지지력 산정식은 기존 재하시험 결과와 비 교 하여 지지력을과소 하게 예측 하는 경 향이있으므국대암종에 적합한지지력산정 식을 수립적용 하여설계변경여지를줄이며경제적설계를 지 향 하고자 함 .2.도로교설계기준(한국도로교통 협회, 2000) 검토가.도로교설계기준(한국도로교통 협회, 2000)에 의한암반 근입 말뚝의설계절차1) 말뚝기초의설계는 " 예 비설계, 검증 시험, 예 비설계의 보완 "의 절차를 거 쳐 수행Ｌ2) 검증 시험 시 축방향 계 측 장치를이qJo트유3)설계단계에서 시험 말뚝에 대한 정 재하시험이 곤란한 경우에는공사 초 구조에설계 확인을 위한 말뚝 종나.도로교설계기목 학회, 2001) 검토4a모1) 국내에서 시공 되는 현장타설 말뚝은 대부분 연암에 시공 되므로 지지력 예측 식© AASHTO #HS Sx2) AASHTO #24력산성망법스 암반 근입부 침하량이 107이하인 경우: 주 면 마찰력 만 고려이상인경우:주면과 선단 지지력을 함께고려스 암반근입부 침하 량이 1000여 구조서,에: 암반의 일축 압축강도여 구조서,6, : 암반 근입 부의 직경,마 : 암반 근입 부의 길이086 : 극한주 면 마찰력도설(하부구조 편) 0231 참조)로 교설계기준 해@ 암반의 선단 지지력 (284AOpe= Nm * Co*s Ap여 구조서,86 : 암의 종류 별로 정 해 지는 값(부 편) 0135 참조)로 교설계기준 해설(하기Co: as선단 아 래 20이 내에서 채취 된 암석 코아의축 압축강도^6 : 말뚝의 선단단면적Ea도그 토고 오오그다.도로교설계기준에 의한설계( 예)1) 지 조건반풍화 |암 깊이지반 특성 ㅣ 말 Be연암 |ce |e깊이A|HHEA | ops평균제"em46_,토사Bt N’=15토사=15_N=50/2풍화암22024.0|Qu=150kg/cm연암 | 215 |800-30%RQD=0%_2풍화암연암qu=700kg/crm30.0JE =1,500kg/cm*30.0/E =40,000kg/cmn?2) 말뚝 조건-직 _ 경:1.50,- 일축 압축강도 : 24010/07- 탄성 계수: 230,000kg/em?-설계st 2: 800ton 3) 말뚝 으 | 허용지지력 기준(2000)4.00(2.70)1.5m(1.0D)9.00(6.00)6.0113.8ibsps허용지지력 (1020)라 .도로교설계기준가적용 시 문제점1)설계단계에서 재하시험을 수행 하여그 결과지지력을 산출 하는 것은 현적으불가 하므로 말뚝설계는도교설계기준 해설(하부구조,편 2001)에서 제시 하는 4481170 지지력 산정 식2) 미국의 퇴적 암에 비하여 890가 작으나FOL 일축 압축강도가 크게 나타나는 국내암종에 ^44&81110 지지력 산정 식을 적용 시 연암의 선단 지지력이 풍화암 선단지지력의 약 1/2 수으로준매우 저 평가 되제 점 발생9) 기존재하시험 결과와 비 교 하면 현재의 적정 근입 깊이를 유지하는 경우에도지지력이 충 분 하나, ^&461110 기준을 적용 시 암반 근입 깊이를 풍화암의 경우 기존설계의 약 2 배이상, 연암의 경우약 4 배이상 굴착 해야 하므로 매우3.설계기준수립가.설계 절차1) 현장인근의 동일암 종에 대한재하시험 결과가 있는경우2) 현장인근의 동일암 종에 대한재하시험 결과가 없는경 나. 지지력 산출기준(안)1) 말뚝의 지지력은 암반 근입부 변 위에 관계 없이주면 마찰= 력과 선단 지지력의QD(DoubleCoreBarrel7|2=)(10인지반지반상태설명: 비 보정한 \ 치가 50 타에 50이하로 관입 되고 채취된시료가 암으로편존 재하는 경우 또는890가 10%이하인 경우.스 주면마찰력： 토사부 마찰은FA\st=| CanadianFoundationsuduEngineeringManual(Canadian Geotechnicalsociety1992,300 60000)의 기준을 준용함.스 선단지지력 :도로교설계기준 해설하부구조편(2001)의 토사 부 기준준용©RQD(DoubleCoreBarrel 7/28))10 인지반스지반상태 설명: 800)10이상인상태로 일축 압축 시험을 위한Al채취가가능한지반주면 마찰력:토사부마찰력은무시 하되CanadianFoundationEngineeringManual(CanadianGeotechnicalsociety1992,3rd6010000)의 기준을 준용 함.스선단지지력 : 『ㅁ 60아히 .(1974)의 기준을 준용 .함스 암반 근입 깊이 : 양호한암반이 갑자 구조출 현 하는 경우시공 성을 고려하3) 주면 마찰력 산정기준 ©CanadianFoundationEngineeringManual(CanadianGeotechnicalsociety1992, 3rd edition)2| 7JZS4S.AQs=mbsLsqs반 근입부부극한 주 면 마찰력응 (007”®ds산정ㅇ 암반 근입 깊이가 90이상인 경우 국 부 적인 취약 부위 존재및 점진적인 파 괴(07009「0550/6 [801416)등을 고려하여 주 면 마찰력의 약 1/3을 감소 시켜 지지력을 산정ㅇ 암석 코아의 일축 압축강도 = 콘크리트의 일축 압축강도 인 경우105-a.=0.68p,{은여 구조서6 : 극한주면마찰력 ”),응 (40106 : 대구조 압0003”콘크리트의 일축 압축강도인경우4) 선단 지지력 산정기준© RQD(10% 인 경우 토사 부의 지지력 산정기준을 적용 함도(로 교설계기준 해설(하부구조)편 00228 -230 참조)©RQD) 10%인경우아 래에 제시된『60(하히 .(1974)의 『?00와허용지지력과의 관계를 적용 함.허용지지력17?t/m200~ 3002,152~3, 228120~ 2001,291~2, 15265~ 120699~ 1,29130~65323~69910~30108~ 323단 , 제시된8@0값 사이의 값은 선형보간 법을이용 하여 허용지지력 산출© SHMaAl7|Zz =Roweand Armitage(1987)의수치 해석 결과를 이용© °H2} °N Beet 말뚝이외에는 본 구조물에 직접 사용 되는 말뚝이므로 극한@ 최대재하 하중은 당초설계 하중의 2 배 까지만재하 함허용지지력(102ㅁ)허용설계도로교금번지지력설계기준 ㅣ설계기준(ton)447.0,363.4689.9454.5:155.7361.4604.0:249.2613.8450.0.311.4658.4876.52295.9687.2702.5:285.5670.8698.00.304.1539.443 .0,16.644.7876.5:478.7630.0730.0.419.4882.71,100.0,467 .2963 .8900.0,167.9876.0,188.98000흐 10인경우: 지 치 50 타에 501이하로관입또는800가 10%이하인 경경우로 정함ad MLB x( 단, 침하 량은 전체 침| 랑이며, 탄성성압축 량은 (21)/(6&)로산출 함)[을 위3 극한 하중 까지 재하된 시험결과”설계 하중 작용 시 암반 근입 부에서 산다.재하시험 결과분석1) 극한 하중 까지 재하한 \1와 “씨의 경우(침하량)/( 탄성 암 축축 량)이 약 2이상을 나타 내고 있으며,(침하량)/( 탄성 입 축 량) 어 인 경우는 하중이 말뚝의 선단 까지가.설계및 시공1) 현장타설 말뚝의설계시 암aS 종 별 지지력 산출기준은 아래와 같이 적용) RD (10 el SSF (NAl7} SOEfO]] Som OleBE] HE RAD} 10% Olof)-2304o}4t4a:CanadianFoundationEngineeringManual(1992)224Ct,Stet Belzlol7} spolatel AS AHapse]1/38 AAAZ)선단 지지력 :도준로교설계기 (2000) 토사 부 기준준용- 주면마찰력: 680801390 000008[10ㅁ 14081066『108 4800431(1992)을 준용.(단, 암반근입 깊이는 10를 원으로칙하며,근입 깊이가 30이상인경우의 1/3을 감소 시킴)jz4ra- 선단 지지력 :Peck et al.(1974)9] Aol WSSa동종암 종에 대한시험 결과 분석에 의한지지력 산정이가능한 경우위설계기준에 우 선 하여 적용.공학적성질또는시공방법이특이하여금번수립된 기준을적용하는한 경우 기존의 연구결과및외국의 시방 기준을 참고로 하행하여설계의당 성을타 oo확인말뚝을 시공5) 재하시험을 수행 하는 말뚝에는 계측구조를 설치하여하중 전이 관계를 파악할매설방법등에대한구체적인시방 구조=로 연구소에 송 부 하여 자료축적= 재하시험 시행 부서다.설계기준 보완금번설계기준은 제한된 자료를이용하여 수립된 기준으로 향후 충분한 재하시험및 하중 전이 측정 자료가 축 적 되면 금번설계기준을 재 보완 Bt가.설계 중인 노선: 금번설계기준 적용나.공사 중인 노선 : 현장여건에 따라공사 시행 부서에서 결정※공사 중 인 노선의 암반에 근입 된 현장타설 말뚝설계 현황 시공(시 완 된 교량 제외)말뚝 직경1,5001,5001,8001,5001,5001,5001,5001,5001,5007. 참고 문헌가.대한 토목 학회,“도로교설계기준 해설( 하부구조편)(2001. 9.)”60.217243 LH.CanadianGeotechnicalSociety,"CanadianFoundationEngineeringManual3rd edit ion(1992)"pp.320~ 330Farmer,|.W.(1975),"Stressdistributionalongaresingroutedanchor",InternationalJournalofRockMech& Geomech.Abstr.,vol 12,.Ladanyi,B.(1977),"Frictionandendbearingtestsonbedrockforhighcapacitysocketdesign:Discussion.CanadianGeotechnicalJournalVol 14Ooi,L.H.andCarter,J.P.(1987),"Directshearbehaviorofconcrete-sandstoneinterfaces, Proc,6thInternationalConferenceonRockMechanics,Montreal,ISRMPeck,R.B.,Hanson,W.E.,andThornburn,T.H.(1974),"FoundationEngineering"JohnWileyandSons,pp.3617~ 374.. Pells,P.J.N.andTurner,R.M(1979),"ElasticSolutionsforDesignandAnalysisofRockSockedPiles",CanadianGeotechnicalJournal, Vol 16,No3,pp261-285Reese,L.C.,andO'Neil,M.W.(1988),"DrilledShafts:ConstructionProceduresandDesignMethods",FHWA PublicationNo.FHWA-H|-88-042. Rowe,R.K.andArmitage,H.H.(1987),"Theoreticalsolutionsfortheaxialdeformationofdrilledshaftsinrock.CanadianGeotechnicalJournal,Vol24,po.114~ 125금번 수립 지지력 산정 식이용설계수행공사 초 구조에 재하 시 현 수행 지지력 확인CanadianFoundationEngineer ingManual (1992)=AASHTO31 z=600£10: AASHTOJIZ AAASRQD) 10: Peck et al(1974)다030 미만ds =0.63p,{ 2또는Qsr = qs = 0.050,mB,D,(0. 144qsr)30이상0~ 10EVIEAS토사 기준 적용10~ 25Peck et al(1974)2]JEAS250] 4 구조 효과대- 경제적설계유도설계기준 해설2002.7.Ste각 지 별역로 공학적성 질이 매우달라각 연구 자에 따라암반 입근 말뚝지지력 산정 식에 편차가 매우크게나타나고있는실으로정외국의 시방 구조=Ha증없이이용하는경우국내 암반의 성 질과 매우다른결과를 보이고있다.Hl리나라는암반근입 말뚝의지지력산줄공 싶을ㅋㄱ유77도힘 만한 시험 결과가 부족내의암반특성에 맞는만족+ OFoe수준의 지지력 산출 식이없어AAAAAA지력산출이 곤란 함은 물론설계자에 따라지지력 편차가 커서 국내에서 사용할있는암반 근입 말뚝의설계기준 제시가 절실한실정이다.말뚝두부에 작용 하는 하중은 말뚝주면상부에서 하부 방으로향하중이 전달되어결국선단 까지하중이 전이 되게 된다.즉하중초 구조에는 그1과 같이ow주면 마찰력이 먼저발휘 되고 선단 지지력은 크게발휘 되 지 못하나침하량이 증가되면서선단 지지력 부분이 점점크게발휘 된다.load in MNSettlement in mmOHSSA0|HALISSBSSAASHTO(Q0O)IIZSESHBAHAstSBol1001이하인경우주면 마찰력 만을고려하고 암반 근입부 침하량이 1007이상인주면과 선단 지지력을 동시에고려하고 있다.그러나48080/1(1977)등의연결과구에의하면그림2와 같이건설초 구조에는 주면마찰으로력상부 중이하대되나약4 년이 경과 된 후에는 선단 지지력이상부 하중의 8%를 지지하고 있으므로장 기초인관 점점 어에서 선단 지지력의 발휘를 고려하여것으로 판단 된다.본설계기준에서는작용 하중규것이곤란 하며 , 국내암반 근입 말뚝의 하중전면 또는선단 지지력 발휘가 곤란한경 End of0.8constructionEnd-bearing 9-6pressure(MPa)04100mHeight of0.2 50m} Structure (m)1972197319741975 Elapsed time, (years)그림3. 시간경과에 따른선단 지지력 증가(ㄴ 0080/71,1977)사부와 암반 근입 부에서의 주면마찰력과 변형 률과의 관계는 그림3,4과같이사 부에 설치된말뚝의 경우직경의 0.6^0.8%의침하량에서 최대주면마찰력이발 휘 되고 암반 근입 부에서는 약 0.501의 상대 변 위에서 최대주면 마찰력이 발휘 되므동시에토사 부와 암반 근입 부의주휘면 마찰력이 발 된다고간주 하기 곤란 하다.그러므로암반 근입 말뚝의 하중 전이 특성상통상의 암반 근입 말뚝설계시와 같이GA부주면마찰력은 무시 하고 암반 근입 부의지지 만으로력지지력을 산출 하도록하였요3Ultimate Side Load ransfor이은2 =08S로Side Load TransferBly osSSiegle315-Range df Results for이틀04-- Range of ResultsDeflection- Hardening Response5-- TrendLine--- Range df Results forDeflection-Softening Response---Trend Line0.0po으081.01.21.41.6 1.8 2.0000204080810 12 14 18 18 20Settiement__SettlementDiameter of ShaftDiameter of Shaft”123.GASSHOSSH-HESBAl(Reeseand O'Neill, 1988)k= 1.25MPa/mm = NAL.8BGS a201234:5Sheardisplacement(mm)그림4.암반 근입부 주 마면찰 력-변형 률 관계(001370 08「[6「,1987)마찰력은 083180181FoundationEngineeringManual(080801811060160710108|500161”,1992)에서제시 하는 기준을 준용 였다.하ㅜ면마찰력은 공 벽의유지가 주면마찰력발 휘에 중요한역할을한다. 풍화암,연암이란 용 어는 암을 성 상 적으로 개 략 분 류한 용어로 각 구조관및 제안 자에 따라 분 류 기준도 매우 다양하며 공학적 목적으로이러한 분 류는 큰의 미가 없으며 , 000, 일축 압축강도및 탄성계수등의공학적 성 질에 따라설계를 수행 하는HO! FSSC. 금번 수립 기준에서는 굴착시공벽이잘 유지될수 있는 기준을 표준 관입 시험 결과로는 50 타에501이하로 관입 되는경우로 규정 하였다.이은 그 동안의 현장타설 말뚝의시공경험및 토질조사시공 벽 유지사례등을거로규정한 것으로이것이타당 하다는 것은금번설계기준이 재하시험 결과와 잘맞는것으로확인할수 있었다.Seo]SseASSHPAAOeWESJSSesult,Sa된 경우근입 깊이를 2AloOSAOSS0|SlSa+USS설계 하는서부터하부로 전 되는이하중 전이메커니즘및국부 적인 취등으로 점진적인파(0709「688116괴131146)를일으킬수있고어 짐에 따라 전 깊이를 대 표 할수 있는 강도 선정의 곤란등1:금번설계기EQIt=SHPAZO I s0iselSASSHOSHS약 1/3 만 큼 감소 시키도록 하였다.정착 부가 길어서 주면 마 잘 력을 감소 시키는 개 념은 그림 5와 2이앵커의 주면마찰 응력 분포를 고려할 때 타당 하다는 것을 알 수 있으며, 실경우 그림6과 같이설계 지지력을 감소 시키고있다.편이[Oc200400600601185, SeR0/8BSHASHSSEZ (Farmer,1975)[앵커 정착 체 길이 10.0 ㅁ|그림6.설계시 고려되는 앵커 정착 부 주면 마찰력 분포 주면마찰력산출 식은 각연구 자에 따라다양하게제안되어 있으며,암종이Sood본설계기준을 적용하는 것이타당 하지 않다고판단 되는 경우후전문가의의견을 참 조 하여 기존의 다양한 관계 식에서 적합한 식을 선 별 하여설계를=e수행할수 있다. 기존의 관계 식은 다음과 같은것을예로들 수 있다.1) Williams et al. (1980))q.(tsf) = 1.842q9-%"2) Rowe and Armitage( 1987):00691) = 1.45 0, 매끈한소켓00151) = 1.9410, 거친소켓3) Horvath and 1(600/(1979))q,(tsf) = 0.67) a,4) Carterand Kulhawy( 1988))q,(tsf) = 0.63V5)Reynoldsand KarderabC}(1987):q,=0.3q,6) Guptonand Logan( 1984))q,=0.2q,7) Reese and O'Neil (1987))q,=0.15a,8)RosenbergandJourneaux(1976):q,=0.63q°-3!(EF, ge:S주면마력 ,01:암의 일축 압축도)강fat 기존의 연구결과 선단 지지력에 영향을 미치는요소로 일축 압축강도,절리면의간격및틈새크기등을고려 하고있다.ASSfLadanyiand 80/(1971)는 암의 일축 압축강도와 절리 면의 간격및틈 새를 모두고려하2H,Roweand Armitage(1987)2+ZhangandEinstein(1998)2Bo]Bsa강 만을도이용 하여 말뚝의 선단 지지력 산정 식을 제안 하였다.금번설계기rau24oO“I뜨MvMN하로작은 결과를 나타내고있으나이것은재하 초 구조에 선단에 전 달 되는 하중“x준 일 것으로추정 된다.이것은금번설계기준이재하픈He잘모 사용하는 것을통하여확인할수있었다.Peck]SHA=Og영향을 미치지 않도록 하{Oo$2JvowXJ [이30 다묘 위1으32XJ£2Ja=)브모노£2표 10.4+ APNE말뚝의 선단 지지력 산정공식제안자력dp = 게교696도로교설계기준(800 = 25^ 50 인 경우,"설(하스 부 구 ,2001)제 =0.0^ 150.024)Coates( 1967)06- 3qu7609(1962)=5~ 8a,Roweand Armitage( 1987)Q= 2.7duARGEMA (1992)p= 4.5q,(10MpaZhangand Einstein0.5" (10Mpa(1998)Si AbiSHA AEARO흐 10%인경우도로교설계기준과 AZO!AASHTO]A질토에 대한선단 지지력 구조였으며, 000) 10% 인준을 적용 하경우060((1974)의설계기준을 적용 하도록 하였다.6000가 10%이하인경우풍화가 매우진 되어토사 화된 지층이 다수존 재하므사 기준을 적용하는 것이타당 하다고판단되며 , 800가 10%를초과 하는 경우에 대하여거동이암반과 같은특성을 나타 낸디고가정 하였다.『60( 681(1974)이 제안한800와 암반의 허용지지력 관계는 그림 7과 같다.『ㅁ6061 81.(1974)의 ㅁ 00와 허용지지력과의 관계 10000드gr 1000xK020406080100RQD(%)그림7. 『60( 히히(1974)의 『?00와암반허용지지력의 관계라. 암반의 물성 치600산정은 004016140600「6ㅇ 8811[61으로시험한 경우산정된값을 구조으준하였으며,일축 압축강도의 측정은 풍화가 심한경우시료 성 형이 곤란 므로하점 하중시험을 수행 하여 추정할수있다.본설계기준에는서 구조치가 50 타에 501이하로 근 되는우로편 마 암에 대한시험결과로 판단 할 때점 하중 시 으험로 추정한owSt압축강도가 100(0/0/이상으로 나타나야한다.다만,암의 공학적성 질이 편 마 암괴크게다른경우전문가의의견에 따라100(0/07의 기준 강도를 변경 하여 별도의 기준을 적용할수 있다. 침하량 산정을 위한 암반의 탄성 계수는 공 내 재하시험을 수행하여 평가할수 있다.암반 근입 부의AsoaAASPellsandTurner(1979)또는RoweandArmitage(1987)2]SAHA SDEOlSctolHAS수있다.이수치 해석 결과는 암과 콘크리트사이의 1016「1806 요소를고려하지않고산출한 것으로원하는값이도표에 제시 되 지 않은경우지반 분야 수치 해석프로그램을이용 하여 침하량을 산정할수있다.말뚝의 허용침하량은 상부구조물에 영향을 미치지않는범위에서관리 되어야 하적용하는안전 율은 2로 적용 하였다.안전 율을 정하는개념은설계 하중하에서 지반이탄성 거 동을 하도록하는것이일반 적이다. 즉그림8과 같은재하그 곡선에서 극한지지력이 & 점이고 탄성 거 동을 하는점을 8 라 고 하면안전 율은 &/8가 된다.aes][무Ol!ol!owowJH==의 침하량을 나타낸다. 실제 침하량이 탄성 압축 량 보다 작 다는 것은 하의대부분이 주면 마찰력 만으로 지지 되는 것을의 미 하므로 말뚝에 작용 되는하중이 말뚝의 극한지지력에 비하여매우작은상태 임을 알 수있다.4.공사시설계변경및지지력 공식개정추진공사 초 구조에는 재하시험을 수행 하고 그 결과를 분석 하여 본설계기준으로 수행된설계의 적정성을 판단 하여 암반 근입 심도및 말뚝 본 수가 적정 하게 시공될수 있도록 말뚝설계를 재재 검토하여야 0한다.금번에 수립된설계기준은 충분한재하시험 자료가 부족한상태에 수립된 기준으로 각 암 종 별및 암의 공학적 특성별로 충분한 재하시험결과및 하중 전이과정 측정 자료가 축 적되면이에 따라 지지력 산정기준의 보완및 개정이 필요x단된다.[인 Ne

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