말뚝재하시험 - 정재하시험

최근에는 매립지와 같이 연약한 지반에서의 공사나 초고층 건축물 공사가 증가하고 있어 말뚝기초가 널리 사용되고 있다.

말뚝기초를 설계하기 위해서는 지지력을 정확하게 예측하여야 하며, 예측된 지지력의 신뢰도에 따라 말뚝기초의 경제성 및 안정성이 좌우된다. 말뚝의 지지력을 구하는 방법 중 가장 신뢰할 수 있는 방법은 말뚝재하시험이다. 말뚝재하시험은 말뚝을 설계깇이까지 설치한 후 일련의 하중을 가하여 생기는 말뚝의 침하량을 측정하여 하중-침하량 공선을 구하고, 말뚝의 극한하중이나 허용침하량 이내에서 지지할 수 있는 하중의 크기를 구하는 시험이다.

 

사질토 지반에 타입한 말뚝의 재하시험은 말뚝 타입 후 3~4일 지나면 실시할 수 있으나, 점토지반에 타입한 말뚝의 재하시험은 말뚝 타입 후 30~60일 이상 경과한 후에 실시해야 한다. 그 이유는 말뚝 타입 시 교란된 점토의 강도가 원래대로 회복되는데 상당한 시간이 걸리기 때문이다. 점토지반에 타입한 말뚝의 지지력은 시간이 지남에 따라 증가하고, 사질토 지반에 타입한 말뚝의 지지력은 시간이 지남에 따라 증가하고, 사질토 지반에 타입한 말뚝의 지지력은 시간 경과와 관계없이 일정한 경향이 있는 것이 보통이나 시간 경과에 따라 지지력이 증가하는 사례도 있다.

 

말뚝재하시험은 현장을 대표할 수 있는 위치에서 실시해야 하며, 말뚝 250개 당 1회 이상 또는 건축물별로 1회 이상 실시하는 것이 좋으며, 지반이 불규칙하거나 말뚝의 종류가 바뀔 경우에는 추가로 실시한다. 시험말뚝의 길이, 직경, 설치방법 등은 실제로 시공될 말뚝과 같아야 한다. 동일한 지반에서도 말뚝의 압축지지력이 말뚝 시공 후 시간의 경과에 따라 변화하기도 하므로, 시공 직후 및 일정한 시간이 경과한 후에 두 차례 재하시험을 실시하여 시간경과 효과를 확인하여야 한다.

 

말뚝재하시험에는 평탄 재하시험과 같이 일정한 하중을 가하면서 시험을 실시하는 정재하 시험과 순간적인 타격을 가하여 말뚝의 거동을 파악하는 동재하 시험이 있으며, 정재하 시험이 신뢰성이 높다.

 

 

정재하시험

 

말뚝에 하중을 가하여 말뚝의 침하 및 인발, 수평변위 양상을 분석함으로써 말뚝의 허용 지지력을 도출하는 방법으로 신뢰성이 높다.

하중을 가하는 방법과 반력말뚝 또는 반력앵커의 인발 저항을 이용하는 방법으로 크게 나뉜다.

고정하중을 이용한 재하방법 / 반력을 이용한 재하방법

시험하중의 재하에는 보통 유압 잭을 사용하며, 약 500톤까지 가능하다. 재하하중의 측정은 일반적으로 로드셀을 이용한다.

말뚝 정재하시험은 평판재하시험과 유사한 방법으로 수행한다. 우리나라나 북미 등에서 가장 일반적으로 사용하는 완속재하시험방법에서 하중을 재하하고 침하량을 측정한다.

 

총 시험하중은 말뚝 설계하중의 2배 이상으로 하고, 단일 말뚝의 경우 설계하중의 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200%까지 단계별로 증가시키고, 무리말뚝의 경우는 설계 하중의 150%까지 하중을 재하한다. 각 하중단계에서 말뚝 부두의 침하율이 시간당 0.25mm 이하가 될 때까지, 단, 최대 2시간을 넘지 않도록 재하하중을 유지한다. 단말뚝이나 군말뚝이 재하하중의 최종단계에서 파괴되지 않았을 경우와 말뚝 두부의 시간당 침하량이 0.25mm 이하일 경우에는 12시간, 0.25mm 이상일 경우에는 24시간 동안 하중을 유지한다. 필요한 시간이 지난 후에 총 재하하중의 25%씩, 각 단계별로 1시간씩 간격을 두어 하중을 제거한다. 시험도중 말뚝이 파괴된 경우 총 침하량이 말뚝 두부의 직경 또는 대각선 길이의 15%에 달할 때까지 재하를 계속한다. 200%의 재하하중에서도 말뚝이 파괴되지 않은 경우 이 말뚝의 파괴상황을 알고 싶다면 설계 하중의 10%씩 각 단계별로 20분 간격으로 하중을 증가시킨다. 이 방법은 말뚝을 설치하기 이전에 현장조사 방법으로 사용되며, 소요시간이 길다는 단점이 있다.

 

최종단계에서 하중을 재하한 후 침하가 24시간 동안에 0.02mm 이하가 될 때까지 재하하중을 일정하게 유지시키면서 침하량을 측정한다. 최종단계 하중을 가한 후 하중을 재하하며 반발력을 측정한다. 각 단계별로 30분 이상의 간격을 유지하고 하중이 모두 제거된 후에도 24시간 방치한 후 최종 반발량을 다시 측정한다. 이후 하중의 75, 50, 25, 10% 순서로 제하한다. 시험결과는 하중-침하곡선, 시간-침하곡선, 시간-하중곡선으로 작성한다.

 

하중-시간-침하량의 관계로 항복하중을 구애하여 지지력을 판단할 수 있다. 구조물기초설계기준 곡선법도 이용할 수 있다.

 

완속재하시험방법이 가장 많이 사용되지만 시험에 소요되는 시간이 30~70시간이나 되기 때문에 각 하중 단계의 유지시간을 동일한 시간으로 단축시킨 것이 급속재하시험방법으로 2~5시간 소요된다. 시험방법으로는 재하하중 단계를 설계하중의 10~15%로 정하고, 각 하중단계의 유지시간을 2.5~15분으로 하며 마지막 하중단계 즉 설계하중의 200%에서 2.5~15분간 하중을 유지한 후 제하한다.

 

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