문제] 말뚝의 부마찰력 발생 원인 및 대책에 대해서 설명하시오
답]
Ⅰ. 개요
① 지지 말뚝은 일반적으로 선단 지지력과 주면 마찰력으로 상부 하중을 지지하게 되는데, 지반이 연약 지반일 때는 주면 마찰력이 하향으로 작용하는 데 이때의 마찰력을 부마찰력 또는 부주면 마찰력이라고 한다.
② 부마찰력은 마찰 말뚝에서는 발생하지 않고, 지지 말뚝에서만 발생하는데 그 원인을 규명하여 대비책을 강구해야 한다.
Ⅱ. 부마찰력의 영향
① 지반 침하
② 구조물 균열
③ 파일 지지력 감소
④ pile 파손
Ⅲ. Pile의 마찰력
1) 정마찰력 (Positive Friction)
① 지지 말뚝에서의 지지력 = 선단지지력 + 주면 마찰력
② 이 때 주면 마찰력은 상향의 점(TE, Positive) 마찰력으로 pile의 지지력을 증대시킨다.
③ Rp + RF > P
2) 부마찰력 (Negative Friction)
① 주면 마찰력이 지반의 침하로 인하여 하향으로 작용하여 pile의 지지력을 감소시킨다.
② Rp > NF + P
Ⅳ. 부마찰력 발생원인
1) 연약지반
① 지반 중에 연약지반이 있을 때
② 연약지반의 분포가 깊을수록
2) 성토지역
① 침하 진행중인 지역 항타 시
② 되메우기를 했거나 치환 상태가 불량지역에 항타 시
3) 조밀하게 Pile 항타
① pile 간격을 조밀하게 항타했을 때
② 지지 말뚝의 마찰력 증대로 인한 침하
4) 진동
① 진동으로 인한 주위지반 교란
② 진동으로 압밀침하
5) 함수율이 큰 지역
- 함수율이 큰 지반일수록 부마찰력 발생 증대
6) 피압수
- 피압수 영향이 큰 지반일수록 부마찰력 발생 증대
7) 지표면에 과하중
① Pile 박은 지표면에 하중 작용 시
② 지표면에 과적재물 장기 적재 시
8) pile 이음부의 시공 불량
① 타격 시 이음부 변형으로 이상 응력 발생
② 말뚝 이음부의 당면적이 기존 말뚝의 단면적보다 클 때
V. 부마찰력 방지 대책
1) 지반 개량
① 항타 이전에 연약지반을 개량하여 지지력 확보
② 치환공법, 재하공법, 혼합공법 등 사용
2) Pile 표면적
① Pile 표면적을 적게하여 마찰력 감소
② 사각형 pile 및 스크류 pile 사용
3) 진동 금지
① 말뚝에 진동을 주지 말 것.
② 진동 감소로 주위 지반 교란 억제
4) 지하수위
① 지하수위 저하시켜 수압 변화 방지
② 중력배수공법, 강제배수공법, 전기침투공법 등 사용
5) 마찰력 감소
① 말뚝 측면에 특수재로 도포하여 부착력 감소(slip layer pile 시공)
② 내,외관을 분리한 sliding 방식의 이중관 말뚝 시공
6) 지표면 적재 금지
① 지표면에 과적재물 적재 금지
② 지표면에 재하 금지로 압밀침하 억제
7) pile 이음부 시공 철저
① 말뚝 이음부의 강성 확보
② 말뚝 이음부의 단면적이 기존 말뚝의 단면적과 동일하게 시공 하여 마찰력 감소
8) 시공관리 철저
① 지하수위 check
② 토질조사
③ 상부 하중 제거
9) 기타
① 긴 말뚝 피할 것.
② Pile의 간격 및 허용 지지력 감안
VI. Pile의 중립점
1) 중립점 위치
① 말뚝 주변의 침하량은 지표면이 최대이고, 깊이에 따라 점점 감소하며, 압밀층 내에서 지반 침하와 말뚝의 침하량이 같아지는 지점
② 중립점의 위치는 말뚝이 박혀 있는 지지층의 굳기에 따라 달라진다.
2) 부(megative) 주면 마찰력이 발생하는 중립층까지의 두께 구하는 방법.
① 중립층까지의 두께 : NH
N : 말뚝에 따른 계수 H : 말뚝 길이
② N값
Ⅲ. 결론
1) 기성 Concrete Pile은 구조물의 하중을 지지하는 주요 구조물이므로 시공 시 품질관리와 인접지반의 영향을 검토해야 한다.
2) 부마찰력을 최소화하기 위해서는 토질의 성질 분석과 지하 수위를 저하시켜 흙의 전단력을 증대시켜야 한다.
2024.08.14 - [건축시공기술사 Sub Note] - 건축시공기술사 서브노트 : 도심지 지하 흙막이 공사의 계측관리에 대하여 설명하시오.