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2011년도 설계실무자료집 - 교량공

5-6 현장타설말뚝 주철근 단면변화 적용성 검토 기술심사처-1888

(2011. 9. 7)

I 검토목적

o 현장타설말뚝의 단면설계에 대한 현행 설계기준 조사 및 적용성 검토

o 경제성, 시공성 개선 등 가치향상을 위한 합리적인 설계방법 제시

II 현장타설말뚝 단면 설계기준

□ 주철근 [도로교설계기준(건교부, 2005), 도로설계요령(한국도로공사, 2009.12)]

 

항 목	최 대	최 소
철근량	6%	0.4%
지 름	-	22mm
순간격	-	철근직경의 2배 이상 혹은 조골재 최대치수의 2배 이상
개 수	-	6개

 

 

 

□ 주철근 단면변화 [도로설계요령(한국도로공사, 2009.12)]

말뚝 머리부의 소요

철근량 변화 위치(1단계)

l1 = (1/2 Mmax의 위치) + 1.0m

l = 35φ + 0.1 + l1 + 40φ(m)

l1 : 확대기초 저면에서 철근변화

위치까지의 거리

l : 일단째의 철근길이

φ : 철근직경(m)

M0

Mt

Mmax

변위법에 의한

말뚝머리를 고정으로

구한 모멘트

말뚝머리를 힌지로서

구한 모멘트

l1

단면변화 위치(2단계) L = l1 + 11.0m

단면변화 시키는 경우

철근량

단면변화수 0 1 2

철근량 AS

계산상 필요한 양이상

단, 1/2AS 이상

계산상 필요한 양이상

단, 1/4AS 이상

단, 최하단 철근량 배치는 최소 0.4%

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2011년도 설계실무자료집 - 교량공

III 현장타설말뚝 단면설계 방법

□ 말뚝기초 설계 절차

상부하중 집계

(구조해석)

⇨ 말뚝별 하중분배 ⇨

외말뚝 단면설계

(변위법)

⇨

외말뚝 안정성 검토

(설계기준 및 지침)

□ 현행 외말뚝 단면설계 흐름도

말뚝지름, 말뚝본수 결정



말뚝머리를 고정으로 한 휨모멘트(Mt) 및 말뚝머리를

힌지로 한 휨모멘트(Mmo) 산출



Mt, Mmo중 큰 값을 Mmax로 정하고, 철근량 As를 결정



No

 Yes

As를 말뚝길이 전체에 걸쳐 배근

IV 현 실태 및 문제점

□ 현 실태

o 말뚝의 발생 단면력에 따라 주철근량을 감소(최대 2회), 배치하는

주철근 단면변화 규정이 있으나, 현행 설계 시 미적용하고 있음

- 목포-광양 등 5개 건설사업단 현장타설말뚝 설계교량 31개소

조사결과 주철근 단면변화 규정 미적용

As≧Asmin

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o 일괄입찰공사, 민자사업 등 주철근 단면변화 규정 적용 사례

 

사업명	교량명	공사기간	비 고
부산신항 진입철도 건설공사	녹산교	2004. 12 ~ 2008. 12	발주청 : 부산지방해양수산청 시공사 : 삼성물산 설계사 : 청석엔지니어링
인천대교 민자유치시설사업	인천대교	2004. 10 ~ 2009. 10	주무관청 : 건설교통부 시공사 : 삼성JV 설계자 : 서영엔지니어링

 

 

o 동일 개념으로 기성말뚝은 국내외적으로 말뚝의 단면력 변화에

따라 복합체로 구성된 말뚝재료 개발 및 사용 중(예, 복합말뚝)

국내사례 해외사례

□ 주철근 단면변화 규정 적용 시 문제점

o 하부 철근망(주철근 단면변화 구간)의 철근량은 상부 철근망(말뚝

머리부) 철근량의 1/2을 배치하는 것이 시공성 측면에서 바람직함

- 하부 철근망의 철근간격이 부등간격으로 설치되는 것을 배제

하여 검측 등 품질관리 용이

o 상부 철근망의 소요 철근량(AS)이 0.8% 미만으로 산정된 경우,

하부 철근망에 1/2AS 배치 시 최소 철근량(0.4%) 규정에 위배

o 한 교각(교대)내에 말뚝길이가 일정하지 않을 경우 말뚝상부

이음위치가 서로 달라 시공성 불리

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V 주철근 단면변화 적용 방안 검토

□ 적용방안 비교 검토

구 분 현 행 개 선

개념도

1단면 철근량  

1단면

2단면

철근량  

철근량 



 

1/2 Mmax

+1.0m 지점

→

※ 1. 구조계산상 가능 시 3단면 적용

2. 최하단 철근량 배치는 최소 0.4%

장․단점

․말뚝 구조계산 간단

․철근 배근이 일률적이므로

시공 용이

․말뚝의 하부(축력 지배)는

철근이 과다하게 배근

․단면변화 위치 별 구조계산 필요

․지반조건 변화 시 철근 배치

조정 필요

․경제성 유리

사용

철근량

말뚝길이 50m, N치 6~10, 말뚝머리부의 소요철근량 0.7% 가정 시

개선방안을 적용 할 경우 철근량 약 20% 절감 기대

o 검토의견

- 현장타설말뚝 단면설계 시 경제적인 설계를 위해 도로설계요령의

「주철근 단면변화 규정」을 적용하여 설계하는 것이 바람직함

- 단, 말뚝의 길이가 짧거나, 경제적 효과에 비해 시공성이 떨어

지는 경우, 지반조건이 특수한 경우(경사지반, N값의 비균질·

비균등 변화 등) 등 적용 곤란 시 기존 배근 방법 적용

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2011년도 설계실무자료집 - 교량공

□ 말뚝머리부의 소요 철근량(AS)에 따른 설계적용 방법

o AS≧0.8% 인 경우 : 주철근 단면변화 적용

o AS < 0.8% 인 경우 : 현행 방법으로 설계한 경우와 주철근 단면

변화를 적용한 경우의 경제성을 비교 검토 후 적용여부 판단

단, 주철근 단면변화 적용 검토 시 말뚝머리부의 소요 철근량을

철근 갯수 조정 등을 통해 0.8%로 증가 시킨 후 검토

□ 적용 시 유의사항

o 공사착수 전 확인보링을 통해 지반조건의 변화여부 사전 검토

o 현장 지반조건이 설계 지반조건과 다른 경우(지반정수 N치가

다른 경우) 주철근 단면변화 위치를 지반조건에 맞게 조정

VI 시행 방안

□ 설계 중인 노선 및 VE 수행 시 : 본 방침 적용

□ 설계완료 및 공사 중인 노선 : 주관부서에서 적용여부 판단

붙 임 : 1. 주철근 단면변화 적용성 검토

2. 현장타설말뚝 주철근 설계 흐름도

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붙 임 #1

주철근 단면변화 적용성 검토

□ 검토 대상교량

o 교량명 : 목포-광양고속도로 제9공구 차산교

o 설계조건

￭왕복 4차로 ￭기 초 : B = 14.4m, L = 11m

￭말뚝직경 : D = 1.5m ￭말뚝길이 : L = 58.5 ~ 9.6m

￭탄성계수 : 23,236MPa ￭1/β m의 평균 N치 : 6~24

□ 주철근 단면변화 위치 검토

 

부위	말뚝설계길이(m)	말뚝본수	사용철근	주철근의 철근비(%)	말뚝머리 평균N치	1/β (m)	단면변화위치 1/2Mmax위치+1(m)
A1	28	18	D25-18개	0.5	28	5.520	11.0
P1	29.8	12	D25-18개	0.5	22	5.900	12.0
P2	41.1	"	D29-31개	1.2	15	6.499	13.0
P3	58.5	"	"	1.2	6	8.369	16.5
P4	52.9	"	"	1.2	6	8.369	16.5
P5	35	"	"	0.9	10	7.269	14.5
P6	53	"	"	0.9	7	8.020	16.0
P7	30.9	"	"	0.9	7	8.020	16.0
P8	51.3	"	"	0.9	6	8.369	16.5
P9	53.2	"	"	0.9	10	7.269	14.5
P10	53.7	"	"	0.9	7	8.020	16.0
P11	41.1	"	D25-18개	0.5	8	7.799	15.5
P12	18.1	"	“	0.5	20	6.057	12.0
P13	9.6	"	“	0.5	18	6.236	12.5
A2	30.8	18	“	0.5	14	6.684	13.5

 

 

 

※ 1/β : 탄성체 기초의 수평저항에 관여하는 지반 깊이

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2011년도 설계실무자료집 - 교량공

o A1, P1, P11~P13, A2 말뚝 : 주철근 단면변화 시 하단부 철근량이 최소

철근량 0.4%보다 부족

☞ 말뚝머리부 철근량을 0.8% 이상 조정 후 주철근 단면변화 시킨

경우와 경제성 비교 후 적용여부 검토

o P2~P10 말뚝 : 단면변화구간의 주철근량을 1/2로 감소시킨 후 단면해석한

결과 최소철근량과 단면력이 설계기준에 만족

※ 단면변화 설계 예시(P3)

구 분 사용철근 철근량 철근량(%)

제1단 길이(L=16.5m) D29-31개 199.144 1.127

제2단 길이(L=42.0m) D29-15개 96.360 0.545

※ 제3단 단면변화(기초 하면으로부터 27.5m 지점)는 최소철근량 미달로 미적용

구분 제1단계(말뚝 두부지점) 제2단계(기초하면에서 16.5m 지점)

교

축

방

향

교

축

직

각

방

향

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□ 공사비 절감액

o 수량 증감 현황

단위 : 톤(철근), 개(커플러)

 

부위	본당 철근량			본당 커플러			전체 수량
	기존	변경	증감	기존	변경	증감
P2	8.516	6.517	-1.999	155	95	-60	ㅇ 당 초 - 철근 : 1,238.034 - 커플러 : 23,244
P3	11.882	8.794	-3.088	217	142	-75
P4	10.839	8.174	-2.665	186	126	-60
P5	6.229	5.074	-1.155	124	94	-30	ㅇ 변 경 - 철근 : 1,018.074 - 커플러 : 17,304
P6	9.056	6.886	-2.170	186	126	-60
P7	5.657	4.866	-0.791	124	94	-30
P8	8.813	6.804	-2.009	186	126	-60	ㅇ 증 감 - 철근 : 감 219.960 (감18%) - 커플러 : 감 5,940 (감26%)
P9	9.023	6.782	-2.241	186	126	-60
P10	9.157	6.945	-2.212	186	126	-60

 

 

o 공사비 절감액(2006년 대안단가 기준) : 338,863천원

∙철근(자재비+시공비) : 219.960톤×779,922원/톤×1.5643(잡비율)= 268,358,235원

∙커플러 : 5,940개× 4,643원/개×1.5643(잡비율)= 43,142,486원

∙철근망 건입 : 219.960톤× 79,524원/톤×1.5643(잡비율)= 27,362,890원

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붙 임 #2

현장타설말뚝 주철근 설계흐름도