Re:표준관입 시험, 보링 테스트, 평판 재하 시험과 기초의 종류 특성

[김태환]

작성자=원경석

출처:http://www.best5.net

표준관입 시험, 보링 테스트, 평판 재하 시험과 기초의 종류 특성

ⅰ. 표준관입시험(Standard Penetration Test)
스풀릿 스푼 샘플러(split spoon sampler)를 지반에다 30㎝ 관입하는데 소요된 타격횟수(N)  
의 값으로 지반의 밀도를 측정한다.
① 추의무게 : 63.5㎏
② 낙하고 : 75㎝
③ 사질토 시험으로 적당하다.
④ N값에 따른 지반의 밀도를 판별한다.

·주로 모래의 다짐정도로 내압마찰력을 추정하는 것으로 표준sampler를 63.5㎏ 해머로       
  76㎝의 낙하고로 박아 관입량 30㎝에 달하는데 소요하는 타격횟수 n치(표준관입치)를 구      
  한다.
·사질지반의 다짐상태 파악에 적합하여 점토지반에서는 편차가 커서 신뢰성이 없다.
  점토지반 : 불교란 시료를 채취하여 압축시험을 실시한다.
·n값에서 흙의 내압 마찰각을 추정하기 위한 식
  n치의 압축강도= qu=0.1+0.15n
  φ =

(1)표준관입 시험의 간격
 표준관입 시험을 1회 시행하는데 필요한 최소깊이 45cm∼50cm 예비타 15cm+시험타30cm+
 여유0∼5cm이나 공벽의 보호작업 등이 필요하기 때문에 50cm간격으로 연속적으로 시행하는   
 것은 어렵고 75cm∼85cm 간격을 최소 간격으로 보는 것이 좋다.

(2)N값의측정 및 해석의 문제점
 ① 시험기구의 형상규격으로서 상세하게 규격화되어 있지 않다.
 ② 해머의 낙하방법(감독자의 관리소홀)
 ③ 측정자의 관리정도와 개인차
 ④ 지반의 상태에 따른 N값의 변화
 ⑤ 로드길이에 따른 영향과 그 보정방법
 ⑥ 상재압의 크기에 의한 영향과 그 보정방법

(3)N값의 수정공식제안
① 모래의 내부마찰각 φ와 N값과의 관계
 *Dunham의 식
              φ = (12N)1/2+C
  여기서, 토립자가 둥글고 균일한 입경일 때     C=15
         토립자가 둥글고 입도분포가 좋을 때   C=20
         토립자가 모나고 균일한 입경일 때    C=20
         토립자가 모나고 입도분포가 좋을 때   C=25

 *Terzaghi-Peck의 식
              φ= 0.3N+27

② 점토질 지반에 있어서 점착력 c와 N값과의 관계

  Terzaghi의 식
              c = 0.0625N

   Dunham의 식
              c = 0.066N

③ 점토의 일축압축강도 qu와 N치와의 관계

   Terzaghi-Peck의 식
             qu = N/8 (Kg/cm2)

(4)N값의 이용
① 말뚝의 연직 지지력 계산:Meyerhof, Dunham, Ohsai 등의 제안식
② 횡방향 지반반력 계수 계산: Reeseetal 등의 제안식
③ 지진시 지반 액상화 판정:seed-Idriss, Iwasak-Tasuoka, Chinese Building code  
   등의 평가방법

(5)N값으로로 추정되는 사항
  구성 토질의 층서, 심도에 따른 강도변화, 지지층의 심도, 연약층의 존재, 지층두께
  ① 모래지반일 경우
     상대밀도(Dr), 내부마찰각(φ), 지지력 계수(K), 침하량에 대한 허용지지력(Qa), 탄성계수  
     (E)
  ② 점토지반일 경우
     컨시스턴스, 일축압축강도(qu), 점착력(C), 파괴에 대한 극한 또는 허용 지지력.



ⅱ. 평판재하시험(Plate Bearing Test)
내력 저면에 재하판을 설치하고 하중을 가해 침하량을 측정하여 지반의 허용지내력을 측정하는 시  
험이다.
(1) 재하장치
· 재하장치는 직접 재하하는 방법과 잭에 의해 재하하는 방법이 있다.
① 직접 재하장치 : 재하시 하중의 편심과 충격에 유의한다.
② 잭에 의한 재하장치 : 반력보지지 방법의 보상부에 중량물 재하, 공말뚝에지지, 견고한 물체에  
                     앵커등이 있다.
                     일정 하중이 유지되도록 유의한다.
③ 재하판 : 2000㎠(0.2㎡)의 재하판으로 보통 45㎝각의 정사각형이며, 25㎜의 철판을 이용한  
          다.
(2) 재하방법
· 재하판에 하중을 가하여 20㎜ 침하될때까지 총하중을 당해 지반의 단기 지내력으로 추정한다.
· 일정하중을 5회 반복 재하하며 매회의 침하량을 측정한다.
· 재하중량은 1t씩 또는 예정파괴 하중의 1/5로 한다.
· 재하가 정지될때까지 방치한 후 침하량 측정 및 다음 재하를 한다.
· 침하량의 측정은 다이얼 게이지 또는 레벨을 이용한다.
(3) 허용지내력의 측정
① 단기 하중에 의한 단기 허용 지내력 산출
· 총 침하량이 2㎝ 에 도달하였을 때
· 침하량이 2㎝ 이하라도 침하곡선이 항복상태(침하의 증가가 2시간에 0.1㎜ 비율이하가 될 때)
   를 보일 때의 하중으로 처리한다.
② 장기 하중에 대한 허용 지내력 산출
· 소요되는 지반의 허용 지내력은 장기하중에 의한 값이어야 하며, 그 값은 단기하중에 의한 허  
   용지내력의 1/2 이다.
· 장기하중에 의한 허용 지내력은 다음 중 작은 값을 취한다.
  - 총침하량이 2㎝ 에 달했을때의 재하중량의 1/2
  - 침하곡선이 항복상황을 나타낼 때의 재하중량의 1/2
  - 극한 하중(파괴하중)의 1/3








ⅳ. 보링 테스트(Boring Test)
지중에 보통 10㎝의 구멍을 뚫어 토사를 채취하는 방법으로 지중의 토질 분포, 토층의 구성, 주상  
도를 개략적으로 파악할 수 있다.
① 실내시험(흙의 분류 판별, 역학적 성질 시험)을 위한 시료 채취
② 사운딩을 위한 자료 조사
③ 토층성상, 층두께, 지하수위 조사
④ 보링 계획
  ·깊이 : 기초폭의 1.5~2.0 배
  ·간격 : 약30㎝정도 중간지점은 물리적 탐사법으로 보충
  ·개소 : 부지내 최소 3개소 이상
  ·시공 : 보링구멍은 수직으로 굴착
  ·시료 : 채취 시료는 직사광선을 피하고 충분한 양생 처리
⑤ 보링 목적
 ·불교란 시료를 채취하여 토질, 전단, 압축시험을 한다.
 ·사운딩 시험 : S.P.T 베인시험
 ·지중토질의 분포 : 흙의 층상 및 구성파악
⑥ 보링의 종류 및 방법
 가.소규모(간단한) 보링
  ·오거 보링(Auger Boring)
    깊이 10㎝ 이하의 간단한 보링이며 핸드오거(hand auger)를 사용한다.
  ·와셔 보링(Wash Boring)
    끝에 충격을 주어 물을 뿜어 내어 파진 흙과 물을 같이 배출한다.
    흙탕물을 침전시켜 지층의 토질을 판별한다.
 나.충격식 보링(Percussion Boring)
  ·암석이 많은 지반에 유효하다.
  ·와이어 로프 끝에 달린 충격 비트의 주기적인 상하 작용에 의하여 토사 암석을 파쇄하여 토사  
   를 베일러(bailer)로 배출하면서 천공하는 방법이다.
  ·혼수를 사용(벤토나이트 또는 황색점토) 한다.
 다.회전식 보링(Rotary Type Boring)
  ·가장 많이 사용되는 방법이다.
  ·드릴 로드에 선단에 첨부한 비트(날)를 회전속도 40~50회/분 정도로 회전시켜 천공하는 방  
   법
  ·혼수를 드릴 로드를 통하여 연속적으로 송수하여 slime을 세굴하고 이것을 지상에 배출한다.




ⅴ.기초의 종류와 특징
기초는 상부 구조물 하중을 받아 지반에 전달하는 매체로서 기초 선정시는 상부구조형태, 지질, 지  
형, 시공성 주변여견, 경제성, 안전성 등을 고려하여 선정 채택함이 바람직하다.
1.기초의 분류
(1) 직접기초
 ·독립기초, 줄기초, 매트(mat)기초
(2) 말뚝기초
 ·기성 콘크리트 파일
 ·나무 말뚝
 ·콘크리트 P.H.C 파일
 ·PS 말뚝
 ·강관 파일(H형강, 원형)
(3) 현장타설 콘크리트 파일 기초
 ① 관입식
 ·Compressol Pile, Simplex Pile, Pedestal Pile, Franky Pile, Raymond     
   Pile
 ② 굴착공법
 ·베노토 공법, 어스드릴 공법, R.C.D 공법(Reverse Circulation Drill)
 ③ Prepact 공법
 ·CIP(Cast in Place), MIP(Mixed in Place), PIP(Packed in Place)
 
2. 직접기초
(1) 독립기초
지반을 굴착하여 건물 각 기초별로 독립해서 지반에 직접 설치하는 기초
 * 적 용
 ·저층건물과 고층건물에 공통 적용
 ·허용지내력 이상의 지반일 때 적용
 ·기초 설치가 용이
(2) 줄기초
상부 과적재 하중 구조물에 따라 길게 줄로서 기초를 형성하는 기초
 * 적 용
·내력벽식 구조(예 APT 기초, 조적조 기초 등)
·지반이 허용 지내력 이상일 때
(3) 매트(Mat) 기초 (방석 기초 = 온통 기초)
건물 혹은 구축물 하부 전체에 기초판을 설치하는 기초
* 적 용
·지반이 양호 하고 등분포 하중을 받도록 한 구조물
·지반이 부분적으로 연약층이 있어 부동침하 방지를 위해서 매트기초을 설치

3. 말뚝기초(간접 기초)
(1) 나물말뚝
소나무, 낙엽송 등의 생나무 껍질을 벗겨 지반에 심어 설치하는 기초
① 특 징
·획득, 취급, 이음이 용이하다
·부식되기 쉽고 장척재의 구입의 어려움이 있다.
·강도가 약하다.
② 적 용
·깊이 3m 이내에 적용된다.
(2) 콘크피트 파일 또는 P.H.C 파일
원심력을 이용하여 콘크리트 밀도와 강도을 높인 중공말뚝
① 말 뚝
·재료가 균일하고 경제적이며 강도가 양호하다.
·타격시 균열, 이음 곤란, 취급에 불리하다.
② 적 용
·길이(L)=15m, φ450 이하
(3) P.S 파일
Pre-tension, Post- tension 방법으로 제작하여 콘크피트 파일(RC pile)의 파괴·휨을 보
강한 파일이다.
① 특 징
·타격시 파손이 적고 취급이 용이하다.
·경질 지반의 관통력 보완이 요구된다.
(4) 강재말뚝
철재의 H형강, 원형, 강관 파일을 지중에 관입시키는 기초 말뚝
① 특 징
·경질 지반에 관통이 가능하다.
·휨강도가 커서 수평저항력이 크다.
·이음, 절단, 가공이 용이하다.
·고가이고 부식성이 강하다.

4.현장타설 말뚝
(1) 관입식
지중에 철관을 박고 철관 속에 콘크리트를 형성하는 공법
① 컴프레솔 파일(Compressol Pile)
·원추형 추를 낙하시켜 지중에 구멍을 뚫고 콘크리트를 다져 넣는 방법
·현재 거의 사용 안하는 공법
② 심플렉스 파일(Simplex pile)
·철관을 소정 깊이까지 박고 철관속에 콘크리트를 다져 넣으면서 철관을 서서히 뽑아내는 공법
③ 프랭키 파일(Franky pile)
·2중관을 지중에 박아 타입용구를 빼낸후 콘크리트를 넣고 외관을 인발하는 공법
·구근형성, 압축효과가 양호하다.
④ 레이먼드 파일(Raymond Pile)
·내·외관을 지중에 박고 내관을 빼내고 외관속에 콘크리트를 타설하는 공법
⑤페티스털 파일(Pedestal Pile)
·내·외관을 지중에 박고 내관을 빼내고 내관속에 콘크리트를 타설하는 공법

(2) 굴착공법
① 인력 굴착공법(인력+기계)
·시카고(Chicago) 공법
·고우(Gow) 공법
② 베네토(Benoto) 공법(All Casing 공법)
·지반을 천공하여 공내에 철근을 세운 뒤 생 콘크리트를 충진하면서 케이싱 튜브를 용동해서 빼고  
 현장치기 콘크리트 말뚝을 축조하는 공법
가. 장 점
·주위 지반 영향을 주지 않는다.
·수중굴착이 가능하며 연암층까지 굴착이 가능하다.
·확실한 지지층을 확보하며 길이 50~60㎝까지 가능하다.
나. 단 점
·기계가 대형이다.
·횡하중에 대한 저항력이 약하다.
·지하수 처리가 불량하다.
③ 어스드릴 머신(Earth Drill Machine) 공법
·지중에 필요한 깊이까지 '막파기'를 하고 그 굴착공에 철근을 삽입하여 생 콘크리트를 타설하는  
  공법
 가. 장 점
 ·지하수가 없는 곳에 유리하다.
 ·소음, 진동이 적다.
 ·공사비가 저렴하다.
 ·공기가 단축된다.
 ·기계가 작고 간단하다.
 나. 단 점
 ·벤토나이트 용액처리가 문제점으로 대두된다.
 ·긴 말뚝에는 부적합하다.
 ·인공혼수가 사용된다.
④ R.C.D 공법=리버스 서큘레이션(Reverse Circulation Drill)
·물을 이용 정수압으로 구멍 벽을 보호하면서 굴착하는 공법
 가. 장 점
 ·깊을수록 유리하다.
 ·수상공사에 유리하다.
 ·저소음 이며 속도가 빠르다.
 나. 단 점
 ·굴착토 처리 문제가 있다.
 ·호박돌 발생시 작업이 불가능 하다.
 ·심한 피압수, 복류수 발생시 작업이 곤란하다.

[장미]

좋은자료 감사합니다