2020

도 로 설 계 요 령

AN01145-000145-12

발 간 등 록 번 호

제3권 교량

 

교 량

제8편 교량

제8-1편 교량 계획

제8-2편 교량 상부 구조물

제8-3편 교량 하부 구조물

제8-4편 내진 설계

제8-5편 교량 부대시설물

제8-6편 교량의 확폭

제8-7편 옹벽

제8-8편 가설 구조물

제3권

 

제 8-3 편 교량 하부 구조물

 

제8-3편 교량 하부 구조물

533

9.1 일반사항

9.1.1 설계의 기본

(1) 강관 널말뚝 기초에 하중이 작용함으로써 케이슨 바닥면에 발생하는 연직반력은 그 위치에서 허용

되는 강관 널말뚝의 허용지지력을 넘어서는 안 된다.

(2) 강관 널말뚝 기초의 변위량이 허용변위량을 넘어서는 안 된다.

이 장에서 규정하는 강관 널말뚝 기초의 구조는 모든 강관 널말뚝이 지지층까지 타입되는

우물통 형식으로 하며, ‘도로교설계기준(2010)’을 적용한다.

(1) 강관 널말뚝 기초의 각 강관 널말뚝에 발생하는 연직반력은 강관 널말뚝의 허용지지력을 넘

지 않도록 설계해야 한다. 케이슨 바닥면에서 발생하는 강관 널말뚝의 연직반력을 산정할

때, 강관 널말뚝의 주면마찰력에 따른 영향을 고려할 필요가 있지만, 주면마찰력 분포를 고

려하여 케이슨 바닥면의 연직반력을 산정하기 곤란하므로 주면마찰력에 의한 영향은 편의상

허용지지력에 포함시킨다.

(2) 허용변위량은 ʻ도로교설계기준(2010) 5.5.3 설계계산의 기본‘에서 규정하고 있는 바와 같이

상부구조와 하부구조의 조건에 따라 정하여지는 것을 각각 고려해야 한다.

하부구조로부터 정하여지는 허용 수평변위량은 다른 탄성체기초와 마찬가지로 기초폭의 1%

로 한다. 단 기초폭이 5 m 이상일 경우에는 기초폭에 관계없이 허용변위량을 50 mm로 한

다. 이 값들은 평상 시나 지진 시 모두 같다. 또한, 편토압이 작용하는 교대의 경우에는 설계

지반면의 기초폭에 관계없이 평상시 변위량을 15 mm까지로 억제하는 것이 좋다.

9. 강관 널말뚝 기초의 설계

제3권 교량

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9.2 하중분담

(1) 연직하중은 케이슨 저면 지반의 연직지반 반력만으로 저항하는 것으로 한다. 케이슨 기초의 주변

지반이 양질이어서 케이슨 시공에 의한 교란이 작은 경우에는 주변 지반에 의한 마찰저항을 고려

할 수도 있다.

(2) 수평하중은 주변 지반의 수평지반반력, 기초 저면 지반의 연직지반반력 및 저면 지반의 전단지반

반력으로 저항된다.

강관 널말뚝 기초의 강관 널말뚝 선단은 일반적으로 타격을 통하여 단단한 지지층에 타입되

므로, 원칙적으로 케이슨 바닥면 지반의 연직지반반력과 케이슨 주면지반의 마찰력이 연직하

중에 저항한다고 본다.

강관 널말뚝 기초에 작용하는 수평하중에 저항하는 요소로는 케이슨 전면지반의 수평지반반

력, 케이슨 바닥면 지반의 연직지반반력, 전단지반반력, 측면지반의 수평방향반력을 들 수

있다. 이 지반반력들은 저마다 특성이 다르므로 같은 정확도로 추정하기가 쉽지 않 및 연직

방향의 전단지반으나, 여기서는 신뢰성이 높은 케이슨 바닥면 지반의 연직지반반력과 전단지

반반력이 저항하도록 하고, 이들 지반반력을 동시에 고려하여 설계계산을 실시한다.

<그림 9.1> 하중분담

제8-3편 교량 하부 구조물

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(a) 원 형 (b) 트랙 형 (c) 사각형 형

<그림 9.2> 강관 널말뚝 기초의 단면 형상

<그림 9.3> 연결부의 형상

제3권 교량

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9.3 강관 널말뚝의 허용연직압축지지력

9.3.1 강관 널말뚝의 허용연직압축지지력

(1) 강관 널말뚝의 허용연직압축지지력은 식 9.1에 따라 산정한다.

Ra  n



Ru (9.1)

여기서, Ra : 강관 널말뚝의 허용지지력(kN/개)

n : 표 9.1에 제시된 안전율

Ru : 지반조건에 따라 결정되는 강관 널말뚝의 극한지지력(kN/개)

<표 9.1> 안전율

평 상 시 지 진 시

3 2

(2) 지반조건에 따라 결정되는 강관 널말뚝의 극한연직압축지지력은 지지력 추정식을 통하여 산정하

거나 연직재하시험을 실시하여 구한다.

(1) 강관 널말뚝 기초는 이를 구성하는 강관 널말뚝이 강관 말뚝에 가까운 성질을 지니고 있기

때문에 그 허용지지력은 여기서 규정하고 있는 바와 같이 강관 널말뚝 1개당의 지지력에 의

한다.

(2) 지반조건에 따라 결정되는 강관 널말뚝의 허용연직압축지지력을 계산을 통하여 산정할 경우

에 적절한 지반조사 결과를 토대로 아래와 같은 식을 이용하는 것이 좋다.

Ru  qdAl  nl



Uvlifi (9.2)

여기서, Ru : 지반조건에 따라 결정되는 강관 널말뚝의 극한연직압축지지력

Al : 강관 널말뚝의 폐쇄 단면적

qd : 강관 널말뚝 선단에서 지지하는 단위 면적 당의 극한지지력(kN/m2)

nl : 케이슨 외벽의 강관 널말뚝 개수

Uv : 케이슨 바깥 둘레 길이(m)

li : 주면마찰력을 고려하는 각 층의 두께(m)

fi : 주면마찰력을 고려하는 각 층의 최대 주면마찰력(kN/m2)

강관 널말뚝 선단의 극한지지력 qd 및 최대 주면마찰력 fi는 이 편 ʻ6.3.1 외말뚝의 허용연직

제8-3편 교량 하부 구조물

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압축지지력ʼ에 따라 계산하는 것이 좋다. 단, 타입공법을 사용하지 않는 경우에는 별도로 검

토할 필요가 있다.

9.3.2 강관 널말뚝의 허용연직인발력

(1) 강관 널말뚝의 허용인직인발력은 식 9.3에 따라 산정한다.

Pa  n



Pu  W (9.3)

여기서, Pa : 강관 널말뚝의 허용연직인발력

n : 표 9.2에 제시된 안전율

Pu : 지반조건에 따라 결정되는 강관 널말뚝의 극한인발력(kN/개)

W : 강관 널말뚝의 유효중량(kN)

<표 9.2> 안전율

평 상 시 지 진 시

6 3

(2) 지반조건에 따라 결정되는 강관 널말뚝의 극한연직인발력은 인발력 추정식을 통해하거나 인발시

험을 실시하여 구한다.

(1) 강관 널말뚝 기초는 이를 구성하는 강관 널말뚝이 강관 말뚝에 가까운 성질을 지니고 있으므

로 허용인발력은 여기서 규정하고 있는 바와 같이 강관 널말뚝 1개당의 인발력에 의한다.

(2) 지반조건에 따라 결정되는 강관 널말뚝의 극한인발력을 계산을 통하여 산정할 경우에는 적

절한 지반조사 결과를 토대로 아래와 같은 식을 이용하는 것이 좋다.

Ru  nl



Uvlifi (9.4)

여기서, Pu : 지반조건에 따라 결정되는 강관 널말뚝의 극한연직인발력(kN/개)

nl : 케이슨 외벽의 강관 널말뚝 개수(개)

Uv : 케이슨 바깥 둘레 길이(m)

li : 주면마찰력을 고려하는 각 층의 두께(m)

fi : 주면마찰력을 고려하는 각 층의 최대 주면마찰력(kN/m2)

강관 널말뚝의 최대 주면마찰력 fi는 이 편 ʻ6.3.1 외말뚝의 허용연직압축지지력ʼ에 따라 산정

하는 것이 좋다. 단, 타입공법으로 시공하지 않을 경우에는 별도로 검토할 필요가 있다.

제3권 교량

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9.4 지반반력계수

강관 널말뚝 기초를 설계할 때 사용하는 지반반력계수로는 저면의 연직방향 지반반력계수, 앞면의 수

평방향 지반반력계수, 그리고 저면의 수평방향 전단반력계수가 있으며 지반조사와 토질시험의 결과를

충분히 검토하여 결정한다.

(가) 연직방향 지반반력계수

연직방향 지반반력계수는 ‘도로교설계기준(2010) 5.7.6 지반반력계수와 지반탄성계수ʼ에

따라 산정한다.

기초의 폭 Bv는 다음 식으로 구한다.

Bv = Do (9.5)

여기서, Do : 강관 널말뚝의 바깥 지름(m)

(나) 수평방향 지반반력계수

강관 널말뚝의 수평방향 지반반력계수는 변형율(y/yo)의 함수임을 고려하여 식 9.6을 통하여

산정한다. 단 케이슨 측면의 수평방향 전단지반반력에 의한 하중분담 능력은 기초의 단면모

양에 따라 다르므로 재하시험을 통하여 결정하는 것이 바람직한데, 이를 생략할 경우에는 수

평방향 지반반력계수 kHl을 20% 정도 증가시킨다.

kH l  kH yo

y  



(9.6)

여기서, kHl : 변형율(y/yo)의 함수임을 고려할 경우의 수평방향 지반반력계수(kN/m3)

kH : ʻ도로교설계기준(2010) 하부구조 편 5.7.6 지반반력계수와 지반탄성계수ʼ에

따라 구하여지는 수평 지반반력계수(kN/m3)

y : 설계지반면에서의 기초의 수평변위량(m)

yo : 기준 변위량으로서 기초폭의 1%로 하는 것이 일반적이다.

단, 50 mm를 상회할 경우에는 50 mm로 한다.

(다) 케이슨 바닥면의 수평방향 전단지반반력계수

케이슨 바닥면의 수평방향 전단지반반력계수는 식 9.7에 따라 산정한다.

제8-3편 교량 하부 구조물

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  



 (9.7)

여기서, ks : 케이슨 바닥면의 수평방향 전단지반반력계수(kN/m3)

kv : 연직방향 지반반력계수(kN/m3)

9.5 기초 본체의 설계

기초 본체는 기초 전체의 휨강성을 평가하여 탄성지반 위에 놓인 유한길이의 보로 설계하는 것을 원

칙으로 한다. 단 기초 본체의 변형이 클 경우에는 기초의 변형특성을 고려하는 해석법을 따르는 것이

좋다.

탄성지반 위의 유한길이 보로 계산하는 방법은 이에 이용되는 기초 전체의 휨강성과 지반정

수가 알맞게 주어지면, 통상적인 구조 및 규모의 강관 널말뚝 기초(기초의 최대폭 B가 약

30 m 이하이고 L/B ＞ 1, L은 케이슨 근입깊이)에 대하여 충분한 정확도를 갖는다고 판단되

므로 여기서는 이 계산방법을 사용한다.

그러나 통상적인 구조 및 규모를 벗어나는 강관 널말뚝 기초의 경우에는 강관 널말뚝 사이의

전단 마찰변형이 크기 때문에, 수평력을 받았을 때 강관 널말뚝 기초의 거동과 각 부분에 발

생하는 응력은 각 강관 널말뚝 사이의 전단 마찰변형을 고려하지 않은 탄성 지반상의 유한길

이의 보로 계산한 값과 상당한 차이가 있다고 알려져 있다. 즉, 통상적인 범위의 구조 및 규

모에서는 휨변형이 커서 케이슨 전체를 큰 단독 말뚝으로 생각하는 경우의 응력 상태에 가까

우나, 통상적인 구조 및 범위를 벗어나는 경우에는 전단변형이 커서 강성을 충분히 발휘할

수 없기 때문에 머리 부분이 강결된 상태에서 각 강관 널말뚝이 따로따로 거동하는 응력상태

에 가까워진다. 따라서 과거의 실험 및 해석, 그리고 실적 등을 놓고 볼 때, L/B ≤ 1 또는

기초의 최대폭 B가 30 m를 넘는 경우에는 기초의 변형특성을 고려하는 해석법(3차원 해석,

입체 골조해석)에 따라 강관 널말뚝 기초의 경우에는 가물막이의 잔류응력을 고려해야 한다.

제3권 교량

540

9.6 상부슬래브의 설계

(1) 상부슬래브와 본체의 강성, 그리고 상부슬래브와 강관 널말뚝의 결합상태를 고려하여 상부슬래브

를 설계한다.

(2) 상부슬래브와 강관 널말뚝의 결합부는 상부슬래브에 작용하는 하중을 매끄럽고 안전하게 강관 널

말뚝에 전달하는 구조이어야 한다.

(1) 상부슬래브를 설계할 때 케이슨의 형상과 본체 형상의 관계에서 몇 가지 구조 모델을 생각할

수 있는데, 상부슬래브의 구조해석을 엄밀하게 수행하기는 사실상 힘들다. 그러나 강관 널말

뚝 기초의 상부슬래브는 일반적으로 강성이 크고 강관 널말뚝과 강결되므로, 일반적인 경우

에는 본체 하단을 고정단으로 하는 캔틸레버보로 계산하는 것이 좋다. 단 케이슨 내부의 흙

에는 하중을 분담시키지 않는다.

(2) 강관 널말뚝 기초 상부슬래브의 구조형식에는 일반적으로 강관 널말뚝 상부에 상부슬래브를

구축하는 입상(立上)방식, 가물막이와 강관 널말뚝 측면에 상부슬래브를 구축하는 가물막이

겸용방식의 두 가지가 있다. 전자의 경우에는 말뚝 기초에서 말뚝과 확대기초의 결합부를 설

계하는 방법에 준하여서 설계한다. 후자의 경우에는 보통 모멘트플레이트, 전단플레이트, 그

리고 브래킷을 강관 널말뚝에 부착하는 방법이 이용되며, 상부구조 및 상부슬래브의 연직반

력을 전단판 단독으로 또는 브래킷 단독으로도 지지하도록 설계한다. 또한 모멘트는 모멘트

플레이트 단독으로 지지하도록 설계한다.