182 ❙ 구조물공

53

구조물공

말뚝기초 재하시험 기준 개선 설계처-1123

(2015.04.29)

1 검토배경

말뚝기초 재하시험의 적정 시행기준 검토를 통하여 일관성 있는

기준을마련하고시험수행의신뢰성확보로구조물의안전성향상도모

※ 말뚝기초 재하시험

- 동재하시험 : 파일항타시 발생하는 응력과 변형을 파일항타 분석기(PDA:Pile Driving

Analyzer)로 측정하여 파일에 대한 지반 지지력을 확인하는 시험

- 정재하시험 : 말뚝 머리에 사하중을 재하하거나 주위말뚝의 인발저항 또는 반력앵카의

인발력을 이용하여 말뚝의 하중을 확인하는 시험 [별첨1 : 재하시험공법별특징]

2 관련기준

□ 말뚝기초 재하시험 설계 적용기준 검토 (설계삼16210-615, 1997.12.16)

구 분 기성말뚝 현장타설말뚝

교량별 말뚝수 처음 100본까지 동재하시험 정재하시험

다음 250본까지 정재하시험 정재하시험

이후 매 500본마다 동재하시험 정재하시험

ㅇ 수평재하시험 : 현장타설말뚝에만 적용(교량별 1회)

□ 말뚝기초 설계 최적화 방안 (설계처-1883, 2012.7.4)

ㅇ 재항타동재하시험(Restrike) 반영 및 동재하시험 신뢰도 향상 방안 마련

구 분

행선별 기초별 말뚝 본수

1~80본까지 81~160본까지 161본이상

실시

빈도

기존 E.O.I.D2) 2회 E.O.I.D 3회 E.O.I.D 4회

추가 Restrike 2회 Restrike 3회 Restrike 4회

구조물공 ❙ 183

구조물공

□ 성토부 교대변위 최소화 방안 (설계처-2315, 2014.9.17)

ㅇ 성토고 20m 이상 교대에 대하여 수평재하시험 반영 (1회/교대)

□ 구조물기초 설계기준 (2014, 5.4.4 말뚝기초의 설계 및 시공)

구 분 기 존 (2009) 개 정 (2014)

개 요 -

ㅇ말뚝 재하시험시 동재하시험 또는

정재하시험 중 선택적 고려 가능

동재하

시험

ㅇ전체 말뚝개수의 1% 이상(말뚝이

100개 미만인 경우 최소 1개) 실시

ㅇ전체 말뚝개수의 1% 이상(말뚝이

100개 미만인 경우 최소 1개) 실시

정재하

시험

ㅇ말뚝 250본당 1회 또는 구조물별 1회ㅇ전체 말뚝개수의 1% 이상 (100개 미만

일때최소1개)또는 구조물별1회 이상

ㅇ교대, 교각은 별도 구조물로 적용

3 현 실태

□ 『구조물기초 설계기준(2014)』개정 내용 미반영

ㅇ “동재하시험 또는 정재하시험 선택 적용” 가능하도록 기준 개선

ㅇ 현 기준 실효성 부족으로 시공 중 잦은 설계변경 발생 [별첨2]

- 건설사업단(수도권사업단 등 9개) 정재하시험 실행률 약 15%

교량개소 설계횟수 실시횟수 실행률(%)

348 579 86 15

※ 노선별 설계 상이

홍천∼양양 및 울산∼포항 정재하시험 설계 미반영

부산∼외곽 외 9개 노선 일관된 기준 없이 반영

* 별첨 3 : 재하시험 빈도 관련 기준 현황

2) E.O.I.D. : 시공 중 초기 동재하시험, Restrike : 재항타 동재하시험(시공 후 일정시간 경과 후 시행)

184 ❙ 구조물공

□ 동재하시험 수행의 신뢰성 확보 미흡

ㅇ 수행 기술자의 능력에 따라 시험결과의 편차 발생 [별첨4]

- 시험수행 및 분석 오류 발생 방지를 위하여 기술자의 전문성 확보 필요

ㅇ 동재하시험 수행을 위한 적정 단가 미반영

- 현 설계 : 초급․중급기술자, 보통인부 노무비 적용

※ 국내외 논문 및 도로교통연구원 자문결과

저가의 동재하시험비 및 수행 기술자의 자질 부족으로 동재하시험

신뢰도 저하 발생 (관련 논문 : 동재하시험의 신뢰도, 동재하시험의 올바른 적용)

4 개선방안

 말뚝기초 재하시험 빈도 『구조물기초 설계기준』개정 내용 반영

□ 정재하시험 : 『구조물기초 설계기준』반영

기성말뚝 현장타설말뚝

ㅇ정재하시험 원칙적 삭제

ㅇ단, 현장여건에 따라 필요한 경우를 대비

하여 정재하시험 일부 수량 설계 반영

⇒ 공구별 교량 개소의 25%(별첨2 참고)

※ 공사 중 미시행시 정산

ㅇ전체 말뚝 개수*의 1% 이상, 구조물별

1회 이상의 조건 중 많은 횟수

* 전체 말뚝 개수 : 교량 1개소의 총 말뚝 본수

ㅇ 교량기초의 경우 교대, 교각을 별도

구조물로 구분하여 적용

□ 동재하시험(E.O.I.D, Restrike) : 현 기준 적용

ㅇ 기성말뚝의 경우 동재하시험만으로 지지력 확인 가능 [별첨5]

기성말뚝 현장타설말뚝

- 행선별 기초별 말뚝본수에 따른 시험횟수

구 분 E.O.I.D Restrike

1∼80본까지 2회 2회

81∼160본까지 3회 3회

161본이상 4회 4회

미시행

구조물공 ❙ 185

구조물공

□ 수평재하시험 : 『구조물기초 설계기준』및 현 기준 적용

ㅇ 현장타설말뚝 : 교량별 1회 반영

ㅇ 교대변위 최소화를 위해 성토고 20m이상 교대의 경우 교대별 1회 적용

ㅇ 그 외 교량의 규모, 중요도 및 안전성 등을 검토하여 필요한

경우 교량별 1회 적용

 동재하시험 수행의 신뢰성 확보

□ 전문인력 투입 변경 [별첨6]

ㅇ 노무비 (증 118,938원/1회)

당 초 변 경

중급기술자 : 0.46인×187,789 = 86,383

초급기술자 : 0.46인×140,332 = 64,553

보통인부 : 0.46인×84,166 = 37,814

소 계(노무비) : 188,750원/1회

기 술 사 : 0.46인×340,765 = 156,752

중급기술자 : 0.46인×187,789 = 86,383

초급기술자 : 0.46인×140,332 = 64,553

소 계(노무비) : 307,688원/1회

ㅇ 단가설명서 및 공사시방서 (동재하시험 수행 기술자 표기)

단가설명서 공사시방서

말뚝 동재하시험(E.O.I.D) : 회당

이 단가는 동재하시험(E.O.I.D) 비용으로

…기계경비 및 인건비(토목품질시험

기술사, 중급기술자 및 초급기술자

각 1인), 시험장비 손료비용을 포함한다.

2.2.2 동재하시험장치 및 시험수행자료

동재하시험은소정의…전문지식을갖춘전문

기술자(토목품질시험기술사, 중급기술자 및

초급기술자 각 1인)에 의해수행되어야 한다.

□ 동재하시험 관리 강화

ㅇ 재하시험 계획서 제출 시 기준 인력 투입 계획 확인 후 승인

ㅇ 재하시험 시 시험수행 및 인력의 적정성 여부 현장 확인

ㅇ PDA 검교정 시행(검교정 주기 2년) 확인

ㅇ 지반지지력 평가결과, 시험자와 검토자 준공도서에 기록 [별첨7]

186 ❙ 구조물공

5 적용방안

□ 설계 중 및 설계완료 노선 : 본 방침 적용

□ 공사 중 노선

ㅇ 기성말뚝 정재하시험 : 본 방침 적용

ㅇ 그 외 : 공사주관(시행)부서에서 적용여부 판단

※ 14년도 이후 착공 노선 본 방침 적용시 1,021백만원 예산절감

<당진-천안 외 7개 노선*(교량 368개소) 적용>

- 정재하시험 수량 조정시 △1,692백만원

- 동재하시험비 단가 개선시 증 671백만원

구 분 시험횟수 평균설계가 비 고

정재하시험 305 4.0백만원 반력말뚝이용법

E.O.I.D 1,982 0.7백만원 증 118,938원/회

Restrike 1,982 2.9백만원 증 118,938원/회

* 14년도 이후 착공 노선 : 당진-천안, 함양-창녕, 창녕-밀양, 성서-지천,

대구-순환, 밀양-울산, 수도권(화도양평, 평택-서평택)

별 첨 : 1. 재하시험 종류별 특징

2. 사업단별 정재하시험 설계 및 적용기준 현황

3. 재하시험 빈도 관련 기준 현황

4. 동재하시험 수행 기술자에 따른 시험결과 차이

5. 정재하시험 대비 동재하시험 신뢰성 검토

6. 동재하시험비 단가 개선

7. 재하시험 결과 준공도서 명기 방법

구조물공 ❙ 187

구조물공

[별첨 #1]

재하시험 종류별 특징

☐ 재하시험의 종류

☐ 재하시험 종류별 특징

ㅇ 동재하시험

특 징 개 요 도

원리

- 시험말뚝 두부에 가속도계와 변형률계 설치 후

항타해머의 충격 가속도와 말뚝 동적 변형률을

PDA로 측정

장점

- 정적 시험에 비하여 시험방법이 간단하고 소요

시간이 짧으며 비용이 저렴함

- 말뚝의 지지력 측정 뿐만아니라 항타 중 말뚝의

건전도 확인, 해머선정의 적정성 등 품질관리 가능

단점

- 동재하시험 실시 기술자의 수행능력에 따라

시험 결과 및 분석내용의 신뢰도 차이 발생

188 ❙ 구조물공

ㅇ 연직재하시험(정재하시험)

개

요

도

사하중 이용방법 주변 말뚝반력 이용방법 Anchor반력 이용방법

구 분 내 용

사하중을

이용하는

방법

원리 - 시험말뚝 두부에 설계하중 2배의 직접 중량물을 적재하여 시험

장점

- 실제하중이 전달되는 조건과 가장 유사하여 신뢰도가 높음

- 관입심도가 짧은말뚝 또는주변말뚝의 인발력 이용이어려운 경우 적용

단점

- 설계하중이 클 경우 적재를 위한 비용, 인원, 시간 등이 많이 소요

- 지지대의 변위, 변형으로 인한 안전 위험요소 존재

주변말뚝의

반력을

이용하는

방법

원리 - 기타설 말뚝의 인발력을 이용하여 시험

장점

- 재하대 설치 및 시험 시간, 비용 등 경비 절감가능

- 설치가 간편하여 가장 보편화됨

단점 - 주변말뚝의 관입심도가 짧을경우 시험시 인발 우려

주변Anchor

반력을

이용하는

방법

원리 - 앵커를 설치하여 앵커 반력을 이용하는 시험

장점 - 대규모의 설계하중에도 시험가능

단점 - 앵커설치 및 양생울 위한 많은 시간과 비용 소요

ㅇ 수평재하시험

특 징 개 요 도

원리

- 시험말뚝 부근에 사하중 또는 중장비를 반력으로

하여 유압잭으로 하중을 가하거나 반력말뚝을 이용

하여 수평하중-변위 측정

특징

- 말뚝과 지반 간의 실제 허용 수평하중 측정

- 지반의 소성화 및 파괴현상과 반복재하에 의한

영향 검토 가능

구조물공 ❙ 189

구조물공

ㅇ 양방향 재하시험(O-cell 시험)

특 징 개 요 도

원리

- 말뚝내부에 유압잭(O-Cell)을 이용하여 하중을

작용시키는 시험

- Jack이 설치된 위치를 기점으로 하부의 주면마찰력과

선단지지력이 상부의 주면 마찰력 성분에 대한 반력이

되고 반대로 하중장치 상부의 주면 저항력이 하부의

주면마찰력과 선단지지력의반력으로 작용되는 측정원리

특징

- 작용하중이 말뚝내부의 하단에 적용되므로 재하대의

용량이나 하중 전달 구조의 구성에 영향을 받지 않음

- 말뚝 시공과 동시에 설치 및 시험이 가능하여 공기에

영향 없음

ㅇ 간편재하시험(SPLT)

특 징 개 요 도

원리

- 시험말뚝의 선단부를 말뚝 몸체로부터 분리 할

수 있도록 하여 말뚝 내부에 설치된 하중 전달

장치를 통하여 선단부에만 하중을 전달

⇒ 극한 선단지지력 산출 가능

- 선단부 분리 전 하중 재하를 통하여 주면 마찰력 측정

선단말뚝 분리전선단말뚝 분리후

특징

- 선단지지력과 주면마찰력을 분리 측정하여 부분

안전율 적용이 가능하며 말뚝 설계의 경제성을

크게 향상 시킬 수 있음

- 재하장치 및 재하하중 불필요, 시간과 경비 절감 가능

ㅇ 정 동재하시험

특 징 개 요 도

원리

- Gas Chamber에서의 폭발력을 이용하여 장약이

폭발하는 순간 Reaction mass는 위쪽으로 반발

하여 말뚝에 하강압력이 작용

특징

- 대구경 말뚝의 극한 지지력 시험이나 지지력이

큰 현장타설말뚝의 재하시험을 간편하게 수행

- 정재하 시험과 일치율이 크나 장비 가격 고가

190 ❙ 구조물공

[별첨 #3]

재하시험 빈도 기준 현황

구 분 구조물기초 설계기준(2014) 우리공사 기준

기성

말뚝

동재하

시험

ㅇ 동재하시험 또는 정재하시험

선택 적용 가능

ㅇ 전체 말뚝 개수*의 1% 이상

(말뚝이 100개 미만인 경우

최소 1개)

* 전체 말뚝 개수 : 교량 1개소의

총 말뚝 본수

(1997년도)

ㅇ 교량 말뚝본수 1~100본 : 1회

250본 이후 매 500본마다 1회

(2012년도)

ㅇ 행선별, 기초별 말뚝본수에

따라 실시

1∼80본 1∼160본 161본이상

2회 3회 4회

정재하

시험

ㅇ 동재하시험 또는 정재하시험

선택 적용 가능

ㅇ 전체 말뚝 개수의 1% 이상

또는 구조물별 1회 이상

ㅇ 교량기초의 경우 교대, 교각을

별도 구조물로 구분하여 적용

(1997년도)

ㅇ 교량 말뚝본수 101~250본 : 1회

수평재

하

시험

ㅇ 교량 기초의 경우 교량의 규모,

중요도 및 안전성 등을 검토하여

필요한경우구조물별1회이상수행

(2014년도)

ㅇ 성토높이 20m 이상 교대 1회

현장

타설

말뚝

정재하

시험

ㅇ 전체 말뚝 개수의 1% 이상

또는 구조물별 1회 이상

ㅇ 교량기초의 경우 교대, 교각을

별도 구조물로 구분하여 적용

(1997년도)

ㅇ 교량 말뚝본수 1~100본 1회,

101~250본 1회, 이후 매 500본

마다 1회

수평재

하

시험

ㅇ 교량 기초의 경우 교량의 규모,

중요도 및 안전성 등을 검토하여

필요한경우구조물별1회이상수행

(1997년도)

ㅇ 교량별 1회(일방향재하시험)

(2014년도)

ㅇ 성토높이 20m 이상 교대 1회

기 타

ㅇ 제반 시공조건 변경시 또는 중요

구조물일 때는 시험 횟수 추가

(1997년도)

ㅇ 현장여건상 필요한 경우

정동재하시험 실시

구조물공 ❙ 191

구조물공

[별첨 #4]

동재하시험 수행

기술자에 따른 결과 검토

☐ 동재하시험 수행시 오류 발생 사례

ㅇ 말뚝의 지지력 과대(과소) 평가시 안전성 및 경제성 저하 우려

case 1 case 2 case 3

구 분 내 용

case 1 - PDA의 기본원리 미숙지 및 분석 능력 부족에 따른 편타 발생 방치

case 2 - PDA 자료 입력 및 CAPWAP 분석 미숙으로 지지력 과대 평가

case 3 - PDA 파동 분석 오류로 말뚝 지지력 과소 평가

☐ 동재하시험 신뢰성 확인 필요성

구 분 관련 내용

구조물기초

설계기준(2014)

동재하시험의 경우 실시 기술자의 자질에 따라 신뢰도가

크게 달라지므로 이에 대한 문제 해결 계획 마련 필요

도로교통

연구원 의견

국내에 만연한 저가의 동재하시험 비용 때문에 숙련된

기술자가 이탈하며, 이는 시험의 질적 저하로 이어짐

관련 논문

(동재하시험의

올바른 적용

,홍헌성, 1999)

전문성이 부족한 시험 기술자들에 의하여 말뚝 지지력이

과대(과소) 평가 되거나 말뚝 건정성 판정 오류가 발생할

경우 전체 구조물 건설에 치명적인 악영향을 미치며 공기

지연 초래

192 ❙ 구조물공

[별첨 #5]

정재하시험 대비

동재하시험 신뢰성 검토

□ 동재하시험 및 정재하시험 결과 비교 : 지지력 값 유사(±10~±20%)

국외 연구Case 97건 국외 연구Case 47건 국내 연구Case 15건

구 분 관입깊이 [Qu]s [Qu]D [Qu]D/[Qu]s 비 고

Ø350, PHC 13m 191 197 1.03 반력말뚝

Ø400, PHC 6.7m 229 239 1.04 반력말뚝

Ø400, PC 6.9m 72 64 0.89 사하중

Ø406, 강관 16m 207 252 1.22 반력말뚝

Ø508, 강관 8.6m 305 321 1.05 반력말뚝

Ø609, 강관 8.6m 421 443 1.05 반력말뚝

※ 출처: 동재하시험의신뢰도(The Reliability of Dynamic Pile Loading Test)_홍헌성, 조천환, 이명환

□ 도로교통연구원 의견

ㅇ 기성말뚝에 동재하시험 적용시 동일 말뚝에 대하여 정재하시험 불필요

① 동재하시험과 정재하시험의 결과가 유사함이 국내외 문헌을 통하여

증명되어 정재하시험을 통한 말뚝의 지지력 추가 확인 불필요

② 단, 동재하시험 수행의 신뢰성 확보를 위하여 장치에 대한 정기점검

및 기술자에 대한 관리 필요

※말뚝의시공관리, 건전도확인및지반의지지력변화파악목적으로는동재하시험이적절함

구조물공 ❙ 193

구조물공

[별첨 #6]

동재하시험비 단가 개선

☐ 단가설명서

ㅇ 말뚝 동재하시험(E.O.I.D) : 회당

이 단가는 동재하시험(E.O.I.D) 비용으로 동재하시험에 필요한 유압해머, 크레인,

리더(고정형)등 기계경비 및 인건비(토목품질시험기술사, 중급기술자 및 초급기술자

각 1인), 시험장비 손료비용을 포함한다.

ㅇ 말뚝 동재하시험(Restrike) : 회당

이 단가는 동재하시험(Restrike) 비용으로 본 항타장비와 별도로 장비운반비, 장비조립

및해체, 동재하시험에필요한유압해머, 크레인, 리더(고정형)등기계경비및인건비(토목품질시험기술사,

중급기술자및초급기술자각1인), 시험장비손료비용을포함한다. 단확인및분석비용은별산한다.

※ 동재하시험(E.O.I.D)의 경우 장비운반비, 장비조립 및 해체비 미반영

☐ 단가산출서

동재하시험(Restrike) /1회 동재하시험(E.O.I.D) /1회

194 ❙ 구조물공

[별첨 #7]