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말뚝시공
1.착수 전 준비작업
1.1기초현황 파악
가.원지형도상에 절토․성토구간을 표시하고 단지배치도를 작성, 전체현황 파악
-이때 단지배치도상 설계도면과 건물의 일치여부 확인
1)장애물 현황도 작성 (지하구조물 등)
①단지조성 전 원지형도와 단지 배치도를 비교 검토하여 장애물을 사전제거
②원지형도는 용지매수 부서에 있는 대지 매수전의 상황도를 참조
③원지형도가 없을 때는 인근현장 및 관공서와 주민들에게 지하 매설물에 관한 자료를 수집
④지하 매설물 및 지상의 장애물 현황
-지장물 잔재, 아스콘 등 매설된 도로
-지상전선, 지중 통신케이블 등
2)기초저변을 기준으로 하여 기초배치도에 원지반의 성토 및 절토구간 표시
【예】 성토:0~1m (노랑)/1~2m (분홍)/2~3m (빨강)
절토:0~1m (녹색)/1~2m (초록)/2~3m (파랑)
3)기초 시공자료 검토
①설계부서에서 송부된 기초시공자료 내용 검토
②지형 여건에 따라 별도 표시한 注記란 내용 숙지
③지반조사서상 토질상태 N치 등 확인
④기초심도 및 파일 관입깊이 검토
4)기초주상도 작성
①보링주상도와 기초 시공자료를 기준으로 지층의 역학적 구성 검토
②기초심도 검토
③파일 관입길이 검토
④지하수위 검토
⑤지표와 기초의 심도를 도상 비교하고 지반조사서상 설계된 내력지반의 심도를 대비하여 내림기초 또는 파일기초, 기초규격 적정여부를 검토
5)이질기초(파일기초+지내력기초 등), 기초높이가 상이할 경우는 부동침하에 대한 검토필요
①파일기초와 지내력 기초(35~50t/m2) 접합부위 등 상이한 기초구조로 급격한 변경이 될 경우 접합부위와 상부 구조물에 변형의 우려가 있으므로 완충부위를 설치
②이질기초는 가능한 건물폭 방향으로 설치되지 않도록 유의(부동침하)
③기초높이가 상이할 경우는 인접기초와 경사각, 여유폭 등에 대한 사전검토
④공동구(건축시공부위)접합부위에 토목에서 연결시공시 처짐(Crack발생) 방지를 위하여 Pile항타 등을 검토
6)파일기초인 경우 원지형도와 기초 시공관련자료를 검토하여 배치도에 지지 암반의 분포 흐름, 지하구조물 등을 표시하여 시항타 자료를 만든다
7)기초높이가 다른 경우 경사부위 지반의 보강방법 사전검토
【예】
그림 2.32
※세부내용은 구조공통도(기초판단 및 보강시공 상세도) 참조
나.지반의 고저차 확인
1)전면 도로와 단지 지반의 고저차 분석
2)인접 건물의 G.L과 시공 예정 건물의 G.L 차이 확인
다.대지조성 공사시 유의사항
대지조성 공사가 본공사와 별도로 발주, 시공되는 지구의 경우 대지조성 계획고가 본 공사 건축물의 BL선(기초바닥선) 이하가 되지 않도록 하여야 한다.
특히, 건축물의 기초가 지내력 기초일 경우는 원지반이 훼손되지 않도록 관리
1.2말뚝의 종류
가.말뚝공사에 적용되는 말뚝은 KS F 4303(PC), KS F 4306(PHC)에 규정
나.말뚝에 작용하는 하중형태에 따라 적절한 규격을 적용
다.PC-KS F 4303
종류 (3) | 균열 휨모멘트 tf․m{kN․m} | 바깥지름 (mm) | 두께 (mm) | 길이 m(1) | ||||||||
7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | ||||
A B C | 3.5{34.3} 5.0{49.0} 6.0{58.8} | 350 | 65 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
A B C | 5.5{53.0} 7.5{73.6} 9.0{88.3} | 400 | 75 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
1)A종, B종 및 C종의 유효 프리스트레스는 각각 약 40, 80, 100kgf/cm2
2)주문자가 승인하면 길이 7m 이하의 짧은 말뚝을 제조할 수 있다.
3)콘크리트 재령 28일 압축강도:500kgf/cm2(4.9kN/cm2)
라.PHC-KS F 4306
1)휨성능
바깥지름 (mm) | 종류 | 균열 휨모멘트 tf․m{kN․m} | 파괴 휨모멘트 tf․m{kN․m} |
350 | A | 3.5{34.3} | 5.3{52.0} |
B | 5.0{49.0} | 9.0{88.3} | |
C | 6.0{58.9} | 12.0{117.7} | |
400 | A | 5.5{54.0} | 8.3{81.4} |
B | 7.5{73.6} | 13.5{132.4} | |
C | 9.0{88.3} | 18.0{176.6} |
①A종, B종 및 C종의 유효 프리스트레스는 각각 약 40, 80, 100kgf/cm2
②콘크리트 재령 28일 압축강도:800kgf/cm2(7.85 KN/cm2)
2)치수
바깥지름(mm) | 두께(mm) | 종류 | 길이(m) | ||||||||
7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |||
350 | 60 | A B C | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ |
400 | 65 | A B C | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ | ○ ○ ○ |
※인수, 인도 당사자간의 협의에 따라 길이를 5m 및 6m로 할 수 있다.
마.당공사 시방서에는 PC말뚝은 KS F 4303, PHC(고강도말뚝)은 KS F 4306에 의해 사용토록 명기
바.주공적용 말뚝 설계내력(‘99년 시방기준)
ton/본
구분 | ø350 | ø400 |
PC | 40~50 | 50~60 |
PHC | 50~60 | 60~80 |
1.3기초공법 검토
1.3.1선정된 기초공법 검토
현장에서 기초공사 착수 전에 주어진 공법이 타당한 것인지의 여부와 지반조건 및 시공조건을 사전 검토
가.하중의 크기(하중조건):구조물의 기능을 손상시키는 변위나 침하가 발생치 않도록 지지성능에 맞는 공법을 선택
나.지반, 지질의 상황(지반조건) : 장비의 능력에 따라 관입심도의 제약이 되며 기성콘크리트 말뚝은 30m 정도까지, 강관말뚝은 50m를 초과하여 관입 가능
다.시공 주변으로의 영향(환경조건)
주변환경에 주는 소음, 진동문제와 인접한 기존건물에의 영향을 고려하여 항타시 방음커버 사용, 선굴착공법 등의 시공방법 검토
라.시공장소의 상태(시공조건)
시공시의 필요공간, 기자재의 반출입로 확보, 지형상태 등을 검토
1.3.2말뚝 기초공법의 종류
가.말뚝시공은 직타에 의한 방법과 선굴착에 의한 방법이 있음
나.말뚝의 지지력 및 공사비 측면에서 가장 유리한 공법은 직타공법
다.말뚝 기초공법을 선택할 때는 직타공법을 기본으로 하며, 그 타당성을 검토한 후 직타공법 적용이 불가능할 경우 선굴착 후 최종 직항타공법을 적용
라.선굴착 후 최종 직타공법도 불가능하면 선굴착․시멘트풀주입 후 최종 경타(SIP)공법을 검토하는 식으로 시공과정 및 공사비 측면에서 유리한 순서로 검토
마.2가지 이상의 말뚝 공법이 모두 적합하다는 판단이 될 경우에는 공사비 및 시공의 용이성․공법의 신뢰도 등을 종합적으로 검토하여 결정
1.3.3말뚝공법의 선정시 고려사항
가.우선 환경 규제사항(소음, 진동, 기름비산 등)을 검토하여 사용가능 여부를 판단
나.말뚝의 종류와 지반조건이 적합한지의 여부를 검토하여 선정
다.기성말뚝(PC, PHC, 강관 등)의 규격별․공법별 적정 항타기 용량, 램중량, 타격력 등의 적용은 아래 사항을 검토한 후 장비규격의 변경여부를 결정
-토질조건, 장비의 제원 및 성능, 시항타 후 관입심도와 지지력 추정, 최종관입량 산정 등
라.주거지역 등 규제구역에서의 소음 및 진동은 소음․진동 규제법 제23조, 동법 시행규칙 제29조의 2 참조
1.4장비 선정
1.4.1항타기 선정시 고려사항
가.해머는 말뚝을 파손시키지 않고 소정의 깊이까지 경제적으로 타입시킬 수 있는 기종을 선정
나.해머는 다음 사항을 충분히 고려하여 단시간에 연속하여 시공할 수 있는 기종으로 선정
1)말뚝의 형상․치수
2)지반강도 및 타입길이
3)현장의 시공조건 등
다.필요이상으로 큰 해머 사용시 말뚝의 파손 우려
라.해머의 효율
1)장비 제작사에서 추천하는 값이 있으나
2)사용하는 장비의 성능과 노후정도 등에 따라 차이가 있을 수 있으므로
3)실제 항타작업에 사용하는 장비의 효율을 실험에 의해 결정하거나 사용자의 경험 등에 의해 적절히 조정
마.해머종류의 선정에 필요한 기준
1)해머의 무게>말뚝의 무게
2)해머의 무게>10×말뚝의 meter당 무게
3)낙하고≥2m
바.드롭해머의 경우에는 말뚝무게의 2~5배의 중량을 선정
사.램중량, 낙하고, 최종침하량 등의 산정은 항타관입성, 지반조건, 설계내력 등을 종합적으로 고려하여 동재하시험으로 정하며 아래 사항을 참고할 것
<말뚝규격별 적정항타기 용량>
말뚝 규격 | 본당지지력 (ton) | 디젤항타기 | 유압항타기 | |||||
해머용량 | 램중량(t) | 시공표준 낙하고(m) | 타격력(t.m) | 해머용량 | 시공표준 낙하고(mm) | |||
ø350 | PC | 40-50 | D25 | 2.5 | 2.1 이상 | 5.25 | H-5,7 | 600 이상 |
PHC | 50-60 | D35 | 3.5 | 2.1 이상 | 7.35 | H-5,7 | 700 이상 | |
ø400 | PC | 50-60 | D35 | 3.5 | 2.1 이상 | 7.35 | H-5,7 | 700 이상 |
PHC | 60-80 | D45 | 4.5 | 2.1 이상 | 9.45 | H-5,7 | 800 이상 | |
ø450 | PHC | 70-90 | D45 | 4.5 | 2.1 이상 | 9.45 | H-5,7 | 800 이상 |
1.4.2크레인 선정시 고려사항
가.크레인은 습식과 건식의 2종류가 있다
1)습식:Catafiller의 폭이 넓고 (약 90cm 이상) 크레인 자중이 가볍고 차체 높이가 낮다.
2)건식:Catafiller의 폭이 좁고 (약 60cm 정도) 크레인 자중이 무겁고 차체 높이가 높다.
나.크레인 반입시 복공판 및 보조파일을 필히 반입시킬 것
다.리더 조립 후 수직확인용 추를 리더에 2면 이상 설치(정면:크레인기사 사용, 측면:확인자용)
라.유압식 항타기 선정시는 램의 낙하고 확인가능한 기종으로 선택을 유도할 것
마.선정된 기종의 사양서와 반입장비와의 일치여부 확인(램길이, 직경 등)후 자료 보관
1.5최종 관입량
가.공통사항
1)시항타 및 재하시험을 통해 실제 지지력과 동적 지지력 공식에 의한 지지력을 비교 검토하여 개별 현장(항타장비, 지반조건 등 반영)에 적정한 최종관입량을 산출하고 이를 기준으로 시공관리
2)최종관입량은 자립식의 측정대 또는 자동항타 검측기 등을 사용하여 정밀하게 측정해야 한다.
3)최종관입량의 산정은 특기사항이 없는 경우 지반조건에 따라 아래의 기준타격 횟수의 평균값으로 함
①일반 풍화토:10회
②사질섞인 지반:15회
③점토섞인 지반:20회
4)말뚝 항타시 쿠션재를 적정하게 사용하는지 여부에 따라 최종 관입량이 달라지므로 반드시 쿠션재를 사용하도록 해야한다. 쿠션재 미사용시에는 적정한 쿠션재를 사용할 때보다 2배 이상의 항타응력이 발생하게 되어 과잉 항타응력은 말뚝재료의 파손과 최종관입량의 급격한 감소로 이어지고, 이는 말뚝의 지지층 도달로 오인될 수 있다.
5)말뚝의 항타종료 판정은 설계도서(시공자료), 지반조사 보고서, 시항타 및 재하시험 결과에서 판단된 말뚝관입 심도, 항타 종료시의 1회 타격당 관입량, 동적 지지력공식에서 추정한 말뚝지지력 등을 종합적으로 검토 후 판단하여 시행
6)말뚝재료에 따른 타격횟수 및 최종 관입량 기준
구 분 | PC 말뚝 | PHC 말뚝 | 강관말뚝 |
총타격횟수 | 2,000회 이내 | 3,000회 이내 | 3,000회 이내 |
최종 1m의 타격횟수 | 100회 이내 | 200회 이내 | 500회 이내 |
최종 관입량 | 8 mm 이상 | 5 mm 이상 | 2 mm 이상 |
나.최종관입량의 산정식(참고자료)
1)Hiely공식
①기본산식
eh×Eh×KC S=- Ru2 |
C=Cp+Cc+Cq
Wr+n2 Wp
K=
Wr+Wp
S:말뚝의 최종관입량 (cm)
Ru:말뚝의 동적 극한지지력 (ton)
eh:해머의 효율
Eh:타격에너지 (ton․m)=Wr×H (해머의 낙하고)
Wr:해머의 무게 (ton)
Wp:말뚝과 말뚝머리 부착물의 중량 (ton)
n:해머와 말뚝의 반발계수
Cp:말뚝의 탄성변형량 (cm)
Cc:말뚝머리 부착물의 탄성변형량 (cm)
Cq:지반의 탄성변형량 (cm)
단, *Cp값:Cp=(Ru×L/(A×Ep) 콘크리트말뚝의 탄성계수
Ep=2.1×105 kgf/cm2
*Cq값:일반적인 값은 0.25cm이며 지반의 종류에 따라 0(암반층)에서 0.5cm (회복성이 큰 지반)의 값을 가진다.
만일, 항타기록이 있는 경우 (Cp+Cq)값은 항타기록치에서 리바운드(Rebound)량으로부터 파악할 수 있다.
②계산예 (ø350m/m, 길이 15m인 PC 말뚝을 K-25로 타입하는 경우)
▪허용지지력 40ton인 경우
Ru=40t×3=120 t
40×3×1,500×103
Cp==1.47
581.685×2.1×105
Cc : 0.46cm
Cq : 0.4
C≒2.33cm eh=0.72
Eh=7.0 t.m
C = Cp + Cc + Cq = 2.33
eh×Eh×kC
S = -
Ru2
Wr+n2 Wp
K=
Wr+Wp
2.5+(0.25)2 2.27
=
2.5+2.27
=0.55
Wp=2.27(t)
0.72×7×100×0.552.33
S=-
1202
=1.14 cm
2)ENR공식
①기본산식
eh×Eh×KWR+n2 Wp S=--C RuWR+Wp |
eh:해머의 효율 (0.72)
n:해머와 말뚝의 반발계수 (0.25)
WR:램 무게 (ton)
h:램낙하 높이 (m)
Wp:말뚝무게 (ton)
SF:안전율 (4~6)
C:0.254cm
②계산예 (ø350m/m, 길이 15m인 PC 말뚝을 K-25로 타입하는 경우)
WR+32 Wp2.5+(0.25)2×2.27
K = =
WR+Wp2.5+2.27
= 0.55
Wp=2.27t
0.72×7×100×0.55
S=-0.254
Ru
S.F=4인 경우 Ru=160→s=1.47cm
S.F=6인 경우 Ru=240→s=0.90cm
3)Danish공식
eh․Heeh․He․L S=- Ru2․Ap․Ep |
0.72×7000.72×700×1,500
S=-
Ru2×581.685×2.1×105
eh:해머의 효율
He:해머에너지(tm)
L:말뚝길이(cm)
h:램낙하 높이(cm)
Ap:말뚝단면적(cm2)
SF:안전율
SF=3일 때 Ru=120→s=4.19cm
SF=6일 때 Ru=240→s=2.09cm
1.6말뚝지지력에 영향을 주는 요인
가.말뚝 수직도 불량
1)수직도 불량시 말뚝의 휨발생
2)휨모멘트가 말뚝재료의 허용범위 초과시 말뚝재료의 파괴 또는 지지력 저하
3)용접이음 시공시 수직도 불량의 경우 휨 유발
합리적 시공 관리 -말뚝 재료 조건 -지반 조건 -항타장비 조건 -최적장비 선정 -적절한 시공 관리 -적절한 최종 관입량 관리 -합리적 지지력 평가 |
4)추 또는 Transit을 리더의 정면에 1개, 리더의 측면에 1개 등 총2개 이상을 설치하고 시공 준비와 시공시 Pile과 리더의 수직상태를 동시에 체크
그림 2.33
나.말뚝두부 조건
1) 두부 철판의 평탄성 불량시 타격에너지가 고루 전달되지 못하여 재료파손 발생
그림 2.34
2)PC 강선 고정부 돌출시
①돌출부에 타격력 집중
②PC 강선의 진동
③콘크리트 재료에 균열발생
다.쿠션재
1)말뚝 매본 항타시마다 쿠션재를 교환
2)쿠션 미사용시 적정 쿠션 사용의 경우보다 2배 이상의 항타응력 발생
3)과잉 항타응력 발생→말뚝재료의 파손 →최종관입량의 급격한 감소→지지층 도달로 오인
라.말뚝재료의 파손
1)부적절한 램 용량
2)과잉 항타응력 발생
3)해머 쿠션의 마모 또는 파손으로 편타발생
4)용접 이음부의 불량시공
5)말뚝재료의 불량
6)말뚝재료 파손시 말뚝 중공부에 물이 차는 등의 하자유발
1.7민원예방대책
가.소음 및 진동, 매연 대책
1)도심지 공사 또는 민가와 인접된 경우
기존건물의 민원을 예상하여 사전예방 또는 최소화할 수 있는 계획을 수립(설계부서 협조)
2)검토사항
①매연의 비산으로 인한 피해방지 대책으로 풍향고려, 차단막 설치여부 검토
②소음 및 진동량을 측정하여 결과에 따라 대책수립(연구보고서 ’90-14:’90. 6 대한주택공사 발행 참조)
③기종에 따른 허용거리기준 (현장 간이판별)
(단위:m)
건물 등급 항타기 | Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ |
문화재 (역사적으로 매우 오래된 건물) | 주택, 아파트, 상가 (작은 균열을 지닌 건물) | 주택, 아파트, 상가 (균열이 없는 양호한 건물) | 산업시설용공사 (철근 콘크리트 보강 건물) | |
K 13 K 22 K 25 K 35 | 15.0 19.4 21.5 26.4 | 8.3 10.7 11.9 14.6 | 5.3 6.8 7.6 9.3 | 2.1~5.3 2.8~6.8 3.1~7.6 3.8~9.3 |
3)K22형 항타기 사용:현장 주변에 벽돌 조적조의 낡은 집이 있을 경우
①항타장소에서 10.7m 이내:충분한 방진대책 수립
②항타장소에서 10.7~20m 이내:진동 측정 후 안전성 확인하고 시공
③항타장소에서 20m 이상 이격:진동 피해 없다고 판단
④방진호 파기 검토:피해가 예상되는 건물의 직각방향으로 깊은 호를 파서 진동의 전달을 일부차단 또는 약화시킴
⑤기초 구조변경 및 공사비 대비 검토:
말뚝기초→내림, Mat기초 등으로 변경해도 공사비가 크게 증액되지 않을 경우
⑥항타기종 변경검토:유압식 항타기
⑦공법변경 검토 (공사비 대비포함)
4)현장대리인은 항타기를 사용하는 공사를 하고자 할 때에는 공사개시 7일 전까지 신고서에 공사개황도를 첨부하여 시․도지사에게 제출하여야 한다.(소음진동 규제법 제25조 시행규칙 제33조)
나.인접 구조물의 진동예상 대책
1)인접동 콘크리트 타설 후 3~5시간 내 말뚝박기로 인한 진동:압축강도 및 철근콘크리트의 부착강도에 치명적인 저하를 가져온다.
2)콘크리트가 미경화한 구조물은 경화시간에 따라 진동에 의한 균열로 치명적이 될 수 있으므로 사전대책 수립
3)현장조사 철저
①지반조사서
②과거지반 형성과정 추적
③성토 전 원지형도 조사
4)말뚝박기시 일정한 방향으로 선단부가 미끄러져 말뚝의 기울어짐이 현저하거나 지면상에 말굽모양이 생기는 경우에는 경사각도 측정, 시험터파기 등을 통하여 원인을 분석하고 설계부서에 통보, 지침을 받아 시공
-원인:전석, 수직불량, 리더와 Pile의 평행불량, 항타기 Cap과 Pile 두부 유격 등
2.고강도 콘크리트(P.H.C)말뚝
2.1자재
2.1.1규격
가.관련 규정
KS F 4306:프리텐션방식 원심력 고강도 콘크리트(P.H.C)말뚝에 의한 KS 표시품
나.말뚝 규격별 치수 및 내력(‘99 시방기준)
바깥지름말뚝길이두께(mm)내력(ton/본)
ø3505~156050~60
ø4005~156560~80
다.말뚝의 허용오차
구 분허 용 치비 고
길 이길이의±0.3%
바깥지름+5, -2PC, PHC 공통
두 께+제한없음, 0
2.1.2자재검수
가.파일공장 검수
1)파일공장 확인사항
파일 반입 전 자재사용 선정 승인요청서를 제출받아 출하공장 확인
①제품제작 및 품질확인 (파일시험)
②1일 생산량 및 재고량 확인
2)파일시험
①시료채취
-로트에서 무작위로 2개 시료를 채취
②처음에 채취한 2개 중 1개에 대하여 시험실시
-2개 중 1개라도 균열시험에서 균열 발생시 그 로트에서 다시 4개를 채취하고 4개가 모두 합격하면 해당 로트 전부를 합격으로 처리
③균열시험
규 격 | 기준균열 휨모멘트(t․m ) | 기 준 치 | 비 고 | |
바깥지름(mm) | 두께(mm) | |||
ø350 ø400 | 65 75 | 3.5 5.5 | 기준균열 휨모멘트를 가했을 때 균열이 없어 야 한다 | 육안으로 구별할 수 있 는 균열폭은 0.05mm 정도임 |
④파괴시험
-파괴 휨모멘트는 기준 균열 휨모멘트의 1.5배 이상(PC 파일 기준)
-파괴시험 후 완전히 파쇄하여 배근상태, 두부 보강상태 등을 확인
⑤휨강도 시험
-파일길이의 3/5을 지간으로 중앙에 연직하중 P를 가함
※휨모멘트 계산식
M=1/40 W․L+P/4 (3L/5-1)
M:휨모멘트
L:파일의 길이(m)
P:하중 (t)
W:파일의 중량
다.현장 검수
1)K.S 표시 및 제작일자 확인
2)외관검사:균열, 길이, 외경, 휨, Shoe부분과 본체 연결부위, 파일 내부 골재분리 및 두께 미달여부
①균열이 의심나는 부위는 물을 부으면 확실히 나타남
②파일의 내외부는 미려하고 색상 및 두께가 균일하여야 함
3)재령검사
①재령 28일 이상(규정에는 14일 양생이나 현실적으로 제조회사의 설비들이 미흡하므로 압축․휨강도 등의 점검이 필수적임)
②일부 파일 제조회사에서는 연, 월만 표기하여 출하되므로 일자표시를 의무화시키고 부득이할 경우 사용일 2개월 전 생산품 사용
③슈미트해머로 강도를 체크하고 자연양생 기간이 길수록 파손율이 적으므로 제조일이 오래된 것부터 사용
예)’99. 10월 시공시→제품 반입은 ’99. 8월 제작 인정
4)현장에 반입된 말뚝중 허용오차를 벗어나거나 공사에 부적합한 것으로 판단되는 제품은 장외반출
※불합격 기준
①항두 내부두께 불균일
②규격미달 제품
③선단부 접합시 편심발생
④슈(Shoe) 부분 철보강대와 콘크리트 접합부 부실
⑤항두 파손 및 항두면 수평불량
⑥균열 발생여부:물을 뿌려 확인
⑦휨상태:ℓ/ 50 이상
2.2타격식 말뚝시공
2.2.1말뚝운반 및 저장
가.말뚝운반
1)말뚝의 운반 및 취급은 KS F 7001에따라 말뚝에 손상을 주지 않도록 함
2)말뚝은 공장제작 후 특수보양(고온, 고압양생)을 하여 재질에 영향을 주지 않는 범위 내에서 운반
3)주진입로 사전 정비
나.말뚝저장
1)저장장소
말뚝박기에 가깝고 배수가 양호하고 지반이 견고한 곳에 적치
2)적치상태
①단지 내 주적치장소를 선정하여 바닥에 침하 등이 없도록 다짐정리 후 일괄적치(적치방법은 공장적치 방법에 준하고 소운반시에는 지게차 활용)
②파일적치는 항타위치에서 가장 가깝고 항타기와 동일레벨에 가급적 2단 이하로 휘어지지 않게 적치
③사용규격, 길이, 사용순서에 의한 적치
④상하항의 이음길이 등을 감안하여 저장
⑤말뚝받침대는 동일 연직선상에 배치(90×90 각재 사용)
⑥현장반입 후 적치시 충격을 받지 않도록 유의
3)파일표시
파일의 길이 눈금표시는 매본마다 상단부에 붉은색 페인트로 3m까지 0.5m 간격으로 표시
2.2.2시공 준비
가.기초 시공자료상에 나타나는 각 건축물 종단도와 단지 배치도상에 나타나는 전체 종횡단도를 합성하여 추상단면도를 작성해서 건물의 말뚝길이 가상군을 결정한다.(말뚝群을 결정시는 15m 이내의 간격으로 분할하여 작성)
나.지반조사 보고서 및 기초시공자료, 설계도면의 사전체크․검토를 실시하고
1)지반상황 및 시공법 적합 여부 재확인
2)시공말뚝의 종류와 규격
3)장비의 적부
-항타기 제원 확인, 말뚝규격 및 1일박기 계획 수량 적합여부 등
4)지반의 중간층 구성과 타입 가능여부
-지반조사 결과 자갈층 또는 전석층이 확인될 경우 사전 치환하여 지반 개량
5)항타시 허용오차 및 정밀도
6)말뚝의 항타종료시점 등
시공관리에 필요한 자료 및 시공기록을 유지하여 활용
다.말뚝공사용 도서 작성
1)일련번호 기재한 항타 기록부 작성
2)말뚝 전체 주심도 작성(말뚝간 이격거리, 집수정위치, 공동구위치 표시)
라.말뚝시험에 대한 업체 선정
1)동재하 시험
2)정재하 시험
3)용접시험(현장이음:용접부위 검사)
①외관검사
②비파괴검사
③외부의뢰시험(강관말뚝 경우)
마.말뚝항타기에 따른 검측장비 준비
1)수직기 (수직계측기, 트랜싯, 다림추)
2)최종 관입량 기록대(자동검측기 등)
3)거울4)손전등
5)호각6)신호깃발
7)비닐나일론 줄8)항타기록부 기록대
9)기타
2.2.3말뚝 시공 전 확인 사항
가.말뚝박기용 장비는 말뚝의 종류, 크기, 중량 및 지반조건과 현장여건에 따라 감독원(감리원)의 승인하에 적정의 장비를 사용
나.항타장비가 지반조건상 소정의 관입량을 충족시키지 못하는 것으로 판단될 경우에는 검토 후 장비교체 또는 공법변경 시행
다. 시항타를 위한 항타기의 반입전에 항타장비의 제원 및 용도별 성능을 감독원(감리원)이 제출받아 확인 후 승인여부를 결정
라.모든 해머는 어느 때든지 최대의 효율을 발휘할 수 있는 완전한 상태를 유지
마.1회 타격에 발휘하는 타격에너지는 어떠한 경우에도 말뚝의 머리 및 본체에 손상을 주어서는 않됨
바.말뚝의 머리는 해머의 충격으로 손상이 없도록 쿠션장치로 보호하며 에너지의 흡수를 가능한 적게 하도록 설치
사.말뚝박기 공법이 병행된 경우 시공 우선순위 결정
【예】 직타+S.I.P:직타→S.I.P
아.PHC, 강관 Pile 등 용접이 수반되는 경우 용접공 및 시험준비를 완료한 후 시공에 임해야 용접시험 빈도 및 성능을 보장할 수 있음
2.2.4말뚝심 놓기
가.터파기 후 지반 고르기
건물의 구조 중심선 및 파일위치 표시 등이 원활하도록 지반면을 고르고 바닥이 건조한 상태가 되도록 유지한다.
나. 수평 규준틀을 가능한 지반면에 가깝도록 설치
다. 지반면에 먹줄놓기(구조 중심선)
라. 말뚝심 위치 표시
-상단에 리본 등을 부착한 각재(30×30×300) 또는 철심 등을 이용
마.말뚝구경 및 길이방향으로 석회석 가루 표시(말뚝위치 확인용이)
바.말뚝목심 위치 확인
1)보조 벤치마크(B.M) 사용 기준점 재확인
2)가설 수평규준틀에 나일론 줄을 띄우고 장척을 사용하여 종․횡으로 정확히 검측
2.2.5말뚝 세우기
가.말뚝 세울 때 말뚝끝과 지반면 사이를 약 10cm 이하로 들어올려 착지
나.말뚝 끌어올릴 때 기 시공된 말뚝에 충격방지
다.수직확인은 트랜싯 또는 가설 수직기를 말뚝에 직각되게 2개소 이상 설치하여 매본 확인하며 항타기 이동방향에 따라 수직 확인기도 함께 이동하여 수직확인을 철저히 시행
라.항타기 리더의 수직상태를 원거리에서도 확인이 가능하도록 리더의 직각 2방향에 수직다림추(길이 1.2m 이상)를 고정 설치하는 방법도 있다.
마.말뚝의 수직도가 유지되어야 하는 이유
1)수직 불량시에는 말뚝에 휨 발생
2)휨모멘트가 말뚝재료의 허용범위 초과시 말뚝재료의 파괴 또는 하중지지능력 저하
3)특히, 용접이음 시공시 용접불량의 경우 휨 유발
2.2.6시항타
가.시항타 방법
1)목적
①지반조사 보고서, 기초설계 자료를 토대로 본공사 착수 전에 말뚝설계의 적합성 확인
②항타장비의 적합성 확인
③지반조건의 확인 및 항타시공 관리기준 설정을 위한 최종관입량 확정
2)시항타 물량
지반조건이 비교적 변화가 크지 않은 경우 아파트 1개동당 3개소 이상 또는 15m이내로 실시하며, 지반상태가 불규칙하여 설계심도와 상이할 경우 시항타 본수를 적절히 증가하여 시행
3)시항타에 사용되는 항타장비:본공사에 사용될 장비와 같은 것이어야 한다.
4)말뚝재료에 따른 적정 타격에너지 즉, 압축 항타응력, 인장 항타응력, 항타시공 관입성 등의 판단은 아래표의 값을 기준으로 시행
말뚝종류 | PC말뚝 | PHC말뚝 | SPS 400 강재말뚝 | SPS 490 강재말뚝 | ||
A종 | B종 | A종 | B종 | |||
허용최대 압축항타응력 | 300kg/cm2 | 480kg/cm2 | 2,160kg/cm2 | 3,240kg/cm2 | ||
허용최대 인장항타응력 | 90kg/cm2 | 130kg/cm2 | 95kg/cm2 | 135kg/cm2 | 해당사항 없음 | |
총타격횟수 | 2,000회 이내 | 3,000회 이내 | 3,000회 이내 | |||
최종 1m 타격횟수 | 100회 이내 | 200회 이내 | 500회 이내 | |||
최종타격당관입량 | 8 mm 이상 | 5 mm 이상 | 2 mm 이상 |
나.시항타시 유의사항
1)지하주차장과 부속건물에서는 건물규모에 따라 시항타 물량을 결정
2)시항타 실시결과 지반조건상 변화가 큰 경우에는 지반조건 변화를 확인할 수 있도록 그 물량을 적절히 조정하여 실시
3)대규모의 공사로 2대 이상의 항타장비가 동원될 경우에는 동원되는 모든 항타 장비를 대상으로 하여 시항타를 실시하도록 한다.
만약, 현장여건상 시항타시 동원된 장비 외에 추가로 시항타 시점 이후에 항타장비가 투입된 경우에는 해당 항타장비에 대하여 장비투입시점에 시항타에 준하여 항타장비 확인을 실시하고 감독자의 승인을 득한 후 사용
4)항타장비의 타격력이 부족할 경우에는 장비교체를 지시
【예】 해머의 무게가 규정에 미달할 경우, 효율이 떨어지는 경우 등
5)항타응력이 말뚝재료의 허용범위를 초과할 경우에는 쿠션재의 보강, 램 낙하고의 조절 등이 필요하며 이러한 조치에도 불구하고 항타응력이 초과할 때는 항타장비를 교체하는 것이 필요
6)시항타시에 말뚝머리의 파손이 있는 경우의 대책
①콘크리트 강도가 높은 말뚝으로 변경
②해머의 용량을 바꾸거나 낙하높이를 조정
※같은 타격력이 필요할 때는 해머의 용량을 크게 하고 낙하고를 줄이는 것이 항타응력에 유리함
③중간층이 단단한 경우(전석, 자갈층)에는 중간층에 Preboring의 적용
④편타가 없는지 조사하여 시정 조치
⑤쿠션재의 마모, 편감이 없는지 조사하여 적정한 쿠션으로 교환․재설치
다.시항타 보고서
시항타 실시에서는 아래 사항들을 확인하여 보고서를 작성 제출
1)항타장비의 타격력
2)항타장비의 타격효율
3)쿠션재의 적합성
4)항타응력(압축, 인장)
5)항타시 말뚝지지력 6)재항타시 말뚝지지력(재항타할 경우)
7)설계하중의 적합성 8)최종관입량 기준
9)말뚝 관입깊이 10)지반조건의 확인
11)기타 항타와 관련한 특기사항
2.2.7본항타
가.타격식 공법 일반사항
1)시항타 결과 말뚝의 길이, 두께, 말뚝수, 시공방법을 변경할 필요가 생긴 경우는 지질조사의 주상도, 지반조건, 상부구조의 영향, 주변환경, 공기 등을 충분히 검토한 후 감독원의 승인 후 변경 가능
2)수급자가 제출한 항타기록 대장과 재하시험 결과가 불완전하거나 결함이 있어서 그 자료로서는 필요한 결론을 얻을 수 없을 경우 감독원은 수급자의 부담으로 시항타와 재하시험을 추가 시행토록 지시
3)수평규준틀 파손을 절대 금지하고, 이를 예방하기 위해 말뚝 주심 확인이 끝나면 말뚝 이동 동선과 중첩되는 규준틀은 부분적으로 제거
4)용량이 다른 기종을 사용할 경우 Hiley 공식 등으로 계산하여 말뚝의 안전지지력이 나올 수 있는 평균 관입길이가 될 때까지 관입
5)타입작업을 중지할 경우에는 해머를 밑으로 내리고 장기간 중지 또는 폭풍 등의 위험이 있을 때는 항타대를 보강하여 전도 방지
6)기존 말뚝(선타입한 말뚝)이 인접 말뚝의 타격력에 의한 밀림 현상을 방지하려면 항타 순서를 다음과 같이 조정한다.
①중앙에서 외부로 순차적으로 항타.
②기존 구조물의 변형 방지를 위해 구조물과 인접한 부위부터 항타
③단이 지는 경우에는 높은 곳에서부터 낮은 곳으로 항타
7)말뚝을 끌어올릴 때 추락으로 인한 균열을 예방하고 기시공된 말뚝과의 충돌을 피하기 위해 시공방향으로 항타 크레인을 수시이동
8)자동항타 검측기를 사용하여 최종관입량을 관리할 때 관입량이 급격히 줄어들면서 멈춤신호가 울릴 경우 전석, 암반 등에 의한 말뚝중파 위험이 있으므로 즉시 항타작업을 멈추고 원인 규명 후 항타 계속여부 결정
9)말뚝의 가로 흔들림 발생시 즉시 중단하고 말뚝수직 및 지하의 전석 등을 확인(무리한 타격의 경우 꺾임현상 발생)
10)말뚝 선단부가 땅속에서 호박돌 또는 전석층에 도달했을 경우의 조치
①징후
-인근 말뚝보다 현저하게 관입 길이가 짧을 경우
-말뚝이 소정의 깊이에 도달하지 못한 채 중파되는 경우
-말뚝이 관입 중 미끄러지는 현상 발생
②처리 방법
-굴착장비로 호박돌 또는 전석제거 후 재항타
-선굴착(SIP) 공법 등으로 변경시행
-전석층이 아닌 크기가 작은 호박돌로 판단될 경우는 일정위치에 보강항타
11)말뚝의 머리는 해머의 충격으로 인한 손상이 없도록 쿠션장치로 보호하여야 하고 편타가 발생하지 않도록 조치한다. 일반적으로 쿠션 미사용시는 적정 쿠션 사용의 경우보다 2배 이상의 항타응력이 발생한다.
12)횡(원주방향) 균열 발생시 대책
횡 균열은 외관상 발견하기 어려우며 항타 후에 전등 또는 다림추로 말뚝 내부를 조사하여 지하수의 유입을 확인
①프리스트레스가 큰 말뚝으로 변경
②해머의 용량을 변경
③쿠션재의 증가
13)종(말뚝 축 방향) 균열발생 대책
①극단적인 편타나 말뚝 내로 침투한 흙의 압력으로 말뚝체에 인장이 생겨 발생
②편타의 방지방법으로 쿠션의 마모, 편감, 캡과 말뚝 사이, 엔빌(Envil)과 쿠션 사이의 공극여부 등 편심이 없는지를 조사하여 기구의 교환, 쿠션의 교체 등 조치
14)말뚝 파손 방지 조치
①말뚝 재료의 파손에 영향을 미치는 요인들
-부적절한 램 용량
-과잉 항타
-해머쿠션의 마모 또는 파손으로 편타 발생
-말뚝쿠션의 부적합
-수직도 유지 불량으로 편타 발생
-용접 이음부의 불량시공
-말뚝재료의 불량 등
②말뚝재료의 파손이 미치는 영향
-부적절한 항타응력 발생
-침하량 저하(관입량이 저하되어 최종 관입량에 도달한 것으로 오인)
-말뚝 내부에 물이 차는 하자발생
∙말뚝 벽체에 균열 발생
∙균열을 통하여 지하수 침투
∙PC 강선의 부식 유발
∙말뚝재료의 파손
15)이음말뚝 시공시 상부말뚝에는 B종, C종을 사용하는 경우가 많고, 하부말뚝에는 A종을 사용하는 예가 많으므로 자재선정 및 반입시 이를 참고
16)캡, 쿠션 및 임시이음말뚝의 사용
①캡은 디젤해머 또는 유압해머와 말뚝머리를 접속시키는 기능을 가지고 있으며 말뚝의 종류와 해머에 따라 분류되어 사용
그림 2.35
②쿠션은 해머의 타격력을 완화함과 동시에 균일한 타격력을 말뚝머리에 전달하는 역할을 하며, 통상 두께 50mm 정도의 떡갈나무나 루빙거등 경질목 또는 합판쿠션(8~12mm) 3~5장을 겹쳐서 사용
③편타의 원인이 되는 해머와 말뚝의 어긋남을 방지하기 위해서 해머 및 말뚝 지름에 따른 적정한 캡을 사용하고 캡의 지름에 맞는 쿠션재를 사용
④쿠션은 마모, 편감이 없는 것으로 선정하고 수시 새로운 것으로 교환
⑤편감을 막기 위해서는 두 개의 쿠션재를 사용하고 나무결이 직각으로 되도록 겹친다.
⑥쿠션재 설치시 타격횟수와 항타응력의 관계는 지지력이 같은 경우에 목재 쿠션재를 10cm 설치하면 타격횟수는 20% 정도 증가하고 항타응력은 40% 정도 감소
⑦임시이음말뚝은 말뚝머리를 현지반 등의 작업위치에서 아래로 박아내리는 경우에 사용하는 이음말뚝으로, 캡과 말뚝머리 사이에 위치시키며 보통 강관제가 긴 말뚝캡으로 되어 있음
⑧임시이음말뚝을 사용하면 타격 효율이 떨어지므로 해머의 선정 및 동적 지지력의 산정에 그 저감을 고려하며, 마모와 변형이 없는 것을 사용하여 편타를 방지한다.
⑨캡 검사
말뚝의 중심을 캡의 중앙에 정확하게 일치시키는 구조로 하여 편심을 받지 않도록 하고 캡의 안쪽치수는 말뚝머리부의 직경으로 하여 1.5cm 내외의 여유를 두되 코너가 직각으로 마감처리 되었는지 여부 확인
그림 2.36
나.말뚝 현장이음
1)말뚝이음 방법
①장부식 이음 (Mortice and Tenon Joint)
-장부식 이음은 오래 전부터 사용되어온 방법
-제작 시공이 간단
-그러나 강성이 적고, 박을 때 <형으로 구부러지기 쉬우며
-충격력에 의해 말뚝 이음부에 파손이 생기기 쉽다.
-인장 내력은 기대할 수 없고
-연약한 점토 지반에서는 하부말뚝이 이음부에서 빠질 수 있음
②충전식 이음(Filling Joint)
-압축, 인장에 저항할 수 있는 이음 내력이 있고,
-내식성이 우수한 이음
③볼트식 이음(Bolt Joint)
-시공의 간이성, 확실성 및 내력의 신뢰성이 있는 우수한 이음
-그러나 이음 철물의 형상이 복잡하기 때문에 비교적 고가임
-볼트의 내식성이 문제임
④용접식 이음(Welded Joint)
-볼트식과 같이 이음부의 부식성이 문제임
-설계와 시공이 규정대로 시행되면 이음 내력면에서는 가장 우수한 이음
2)이음부위는 몸체와 동등이상의 성능을 가진 구조
3)PC강재의 단부는 이음부에서 이음철물에 정착
4)이음 시공시 상하 말뚝의 축선은 동일직선상 유지
5)이음부 철물 상호간 외경치수 차이는 2mm 이하
6)이음부의 청소를 철저히 하여 슬래그 등 용접부위에 이물질 혼입 방지
7)말뚝의 용접이음 방법은 KS F 7001의 방법에 따라 시행
8)현장이음은 아크용접
9)용접공은 소정의 자격을 갖춘 자 확인
10)시공 전 용접시험준비를 완전히 갖출 것(시공 중에 빈도에 맞추어 시험을 실시해야 하므로 시험실시 업체를 사전에 계약해야 함)
11)용접기구는 말뚝의 재질, 치수 및 이음에 적합한 것 사용
12)용접시 1회 용접으로는 소정의 목두께 확보가 않되므로 1회 용접 후 쇠브러시 등을 이용하여 이물질을 제거한 후 재차 용접할 것
13)0℃ 이하일 때는 감독 승인하에 용접 바탕재 부분을 36℃ 이상 예열한 후 작업가능
다.항타 후 관리
1)항타 후 말뚝 검사
①거울, 다림추 등으로 매본 중파여부 확인(그림 2.37)
②재차 기준줄을 설치, 위치 오차 측정
-위치허용오차:150mm 이하
-기초보강 없는 허용한계오차:75mm 이하
그림 2.37
-수직여부 확인:허용오차 ℓ/50
2)항타 완료 후 두부보양
항타 후 두부막기용 잡석 콘크리트 시공 전까지 충격손상 및 내부에 이물질 투입 방지
라.보강방법
1)설계위치에서 벗어난 경우
①75~150mm인 경우:중심선 외측으로 벗어난 만큼 기초 확대 및 철근 1.5배 보강(독립기초, 줄기초, Mat 기초판 외곽말뚝)
②150mm 초과시 : 구조검토를 하여 추가항타 및 기초보강
2)수직시공이 되지 않은 경우
기울기 ℓ/ 50 이상:보강말뚝 시공
3)중파된 경우
①거울, 전등 및 다림추 등으로 확인
②설계위치에 인접하여 추가 항타
③말뚝중심선 외측으로 벗어난 만큼 기초폭 확대 및 철근 1.5배 보강
4)말뚝머리가 전반적으로 낮은 경우
현장 여건상 기초판 전체를 낮추는 경우에는 기초판 두께를 증가시키고, 철근량을 D'/D 만큼 증대
그림 2.38
5)말뚝머리가 부분적으로 낮은 경우
①정착길이가 30cm 미만인 경우
그림 2.39
-보강요령 1
그림 2.40
-보강요령 2
전기용접
그림 2.41
②말뚝머리가 소요위치보다 낮은 경우
그림 2.42
-보강요령
그림 2.43
③철근용접은 전기 및 아크 양면용접
그림 2.44
마.두부정리
1)항타가 완료된 말뚝은 말뚝에 Cutting선, 버림콘크리트 상단면, 지반 조성면의 3개의 높이를 표시하고, Cutting선을 둥글게 전면에 표시하여 1cm 이상 깊이로 Cutting 실시(Cutting 위치의 오차를 줄이기 위해)
2)Cutting선 상단 30cm 상부를 해머 및 유압식 파쇄기를 사용하여 콘크리트를 파쇄후 30cm 여장길이를 확보하여 철근을 절단하고 두부정리 실시 전 철근을 수직으로 세운다. (두부정리 후 철근을 바로 세울 때 말뚝에 균열발생)
3)두부정리는 말뚝의 파손이나 균열을 방지하기 위하여 날망치나 넓적한 정을 사용하고, PHC말뚝의 경우 수직균열이 다수 발생하므로 강재 Band를 설치하여 조이고 두부정리 시행(강재 Band의 밀착을 위하여 안쪽에 고무판 부착)
4)말뚝의 두부절단 및 정리시에 종균열이 발생하지 않도록
①절단부분의 15cm 밑에 철밴드를 설치하여 말뚝을 단단히 보강
②말뚝커터를 사용해서 절단면에 구멍을 뚫는다.
③해머로 절단면을 파괴하여 PC강선을 노출
④PC강선을 절단하기 전에 잔여말뚝의 콘크리트를 완전히 파쇄한다.
⑤절단된 PC강선을 바르게 세운 후 길이 30cm 이상되게 정리
⑥절단면을 정 또는 날망치를 사용하여 평활하게 마무리
5)두부정리는 바닥면과 수평지게 하고 파손된 콘크리트가 붙어 있거나 오염되지 않도록 할 것
6)정의 끝을 내부 및 위로 향하게 하여 보강철선 내부 콘크리트가 파손되지 않도록 한다.
7)두부 파손 및 균열발생(세로균열)의 경우 균열부 하단까지 재절단하여 내림시공을 할 경우에는 내림바닥면을 정리하고 바닥에 버림콘크리트를 선시공하며 Box를 설치하고 기초 버림콘크리트 타설시 일체로 시공
①내림시공의 한계는 말뚝두부가 버림콘크리트 하단보다 낮게 시공되었을 때로 하고 그 이외의 경우는 버림콘크리트를 경사지게 시공
그림 2.45
8)항두막이 C급 콘크리트는 PVC 캡을 고정시키고 C급 콘크리트를 타설하되, 상단을 매끈하게 하고 콘크리트가 항두에 덮히지 않도록 시공한다.
-PVC캡 결속시 3곳 이상 고정시켜서 타설 중 PVC 캡이 탈락하여 말뚝 두부상단 부분 콘크리트가 함몰하여 하부가 부실하게 되지 않도록 한다.
그림 2.46
3.선굴착, 시멘트 페이스트 주입 후 경타공법(S.I.P)
3.1일반사항
3.1.1공법의 개요
가.S.I.P공법이란 지반을 굴착 후 시멘트 페이스트와 하부토사를 교반하여 파일을 삽입시켜 파일 주변 마찰력을 증대시키고 아울러 선단부에서는 교반된 Soil Cement가 완전히 충전되어 말뚝의 침하량을 최소화시키는 공법
나.자갈, 호박층이 두껍게 있고 주변 환경(소음, 진동)으로 인한 민원이 예상되는 지역에서 가장 경제적으로 시공할 수 있는 기초 말뚝시공 방법
3.1.2S.I.P공법의 적용대상
가.Pile 항타시 소음․진동으로 인근주민의 민원발생이 예상되는 지구
나.Pile의 설계심도가 직타로 4m(10D)이상 관입이 어렵고 지내력 내림기초로 설계할 경우 내림깊이가 BL-2m이상이 될 경우
다.지층 중간에 자갈층, 전석 등이 매립되어 직타로는 지지층 관입이 불가능한 경우
라.지층구성이 얇은 연약층+암반층이며, 경사를 이루고 있어 Pile Sliding이 우려되는 경우
3.1.3사전 준비사항
가.토질별 장비적용
1)일반 오거:파일 지지층까지의 토층구성이 실트층, 점토층, 풍화토층 등으로 구성되어 있고 지지 선단부 토층이 풍화암인 경우
2)T4:파일 지지층 중간에 큰 전석 또는 호박돌층이 있거나 지지층 선단부가 연암 등의 암반으로 일반오거로 굴착이 불가능한 경우
3)케이싱 부착 천공기
모래 자갈층 및 연약 점토층 등 천공시 공벽이 붕괴되는 경우(굴착용과 케이싱용 2개의 오거가 역회전하면서 천공함)
나.사용장비의 기준
1)Crawler Crane(항타기)
굴착시 오거 또는 T4의 흔들림을 방지할 수 있는 3점지지 말뚝 항타기 반입유도
2)오거 구동장비:100HP 이상
3)말뚝삽입 보조장치
①Pile Driver(안전장비):20T 이상
②Drop Hammer
․S.I.P공법 경타 등에 사용하며 크레인 리터에 별도 장착
․램중량 2t 이상으로 자유낙하로 타격
4)Screw
①말뚝직경+100mm 정도
②봉형(토사와 시멘트 페이스트 교반)과 나선형(혼합토사를 상하로 이동시킴)으로 구분
5)Auger Head
①선단에 비트(Bit)가 부착되어 회전으로 굴착 및 배토
②Rod 내부가 비어 있어 오거 선단에서 시멘트 페이스트 주입
6)T4 (Rock Auger 또는 T4 Auger)
①선단에 다이아몬드가 부착되어 고압의 상․하 타격 및 회전력으로 굴착 및 배토
②Rod 내부를 통하여 고압의 압축공기를 이용하여 배토
③내부가 막혀 있으므로 인발하면서 시멘트 페이스트 주입이 불가능하며, 인발 후 주입하여야 함
7)Casing
①굴착용 Casing과 공벽 보호용 Casing이 있음
②오거 또는 T4 구동력에 의하여 회전하면서 Casing 내부에 설치된 굴착장비 외부의 공벽을 보호하는 기능 수행
8)Ground Plant(자동계량 플랜트)
①믹서용량 50ℓ×2조 이상, 모르터 펌프의 토출압력 10kgf/cm2 이상
②시멘트 페이스트의 W/C비(83%)를 정확히 측정할 수 있는 시멘트 및 물의 자동계량 장치가 부착되어 있는 장비 선정
9)발전기:125~175 kVA
3.2시험시공(시항타)
3.2.1사전 준비사항
가.굴착심도의 확인
1)지지층은 토층구성에 따른 주면 마찰력, 층두께, 함수비, 압밀정도 등에 따라 다소 차이가 있으며, 지반조사서상의 표준관입시험의 N치 50 정도(풍화토층 이상)를 지지층으로 함
2)천공선은 말뚝선단이 지지층 이하에 묻혀야 하므로 지지층에서 말뚝 직경의 3D 이상 굴착함
3)현장시공시는 기초 설계자료에 표시된 예상 천공선까지 굴착하는 것을 원칙으로 하되 토층 구성에 따른 여러 조건을 고려 시험시공을 시행
나.항타장비의 반입
1)토질별 장비 적용기준 및 현장여건을 감안하여 항타장비에 대한 사양을 검토한 후에 반입
2)검토기준
①소음, 진동의 정도
②토질의 여건에 따른 굴착 가능여부, Casing 사용여부
③굴착장비(오거 또는 T4)의 Screw 및 비트의 규격
④시멘트 페이스트 자동계량 플랜트의 적정성
⑤크레인의 안정성 및 오거 구동장비의 규격 등
3.2.2시험시공
가.동당 3본 이상 시행하며 지층의 변화가 심하거나 불규칙한 토층일 경우 토층의 변화시마다 2본 이상 시행
나.굴착심도(설계심도)까지 천공시 항타장비의 RPM 및 암페어(A)를 확인․기록하여 본시공시 천공심도 추정자료로 활용
다.시험시공 2주 경과 후 재하시험 결과치 확인한 다음 본항타 시행
3.3공법의 종류 및 시공순서
3.3.1천공 후 직항타공법
가.적용기준
천공깊이 중 조밀한 호박돌이나 전석층 또는 얇은 암반층이 있을 때 그 층 하부까지는 천공을 시행한 후 지지층 하부 3D까지 직타에 의한 삽입
나.시공순서
오거 천공(조밀층까지)→말뚝삽입→직항타(지지층+3D)
3.3.2천공 후 최종항타공법
가.적용기준
지반의 상태가 점토 및 실트층이 깊게 분포되어 설계심도 이하에도 점토 및 실트층이 분포되어 있을 때
나.시공순서
오거 천공(지지층까지)→교반(굴삭과 인발반복 2~3회)→오거인발→말뚝삽입→최종항타(지지층+3D)
3.3.3천공 후 경타공법
가.적용기준
설계심도(지지층)의 토층구성이 N치 50 이상의 풍화토 또는 암반층으로 구성되어 직항타로 관입이 불가능한 경우
나.시공순서
1)오거 천공시
오거천공(지지층+3D) → 교반 → 오거인발 → 말뚝삽입 → 경타(천공깊이-2D 이내까지)
2)T4 천공시
T4 천공(지지층+3D) → Rod 인발 → 시멘트 페이스트 주입 → 말뚝삽입 → 경타
3.3.4Casing부착 천공 후 경타공법
가.적용기준
T4 천공시 진동으로 지반의 액상화 현상이 생겨 공벽이 붕괴되는 경우와 모래 및 연약점토층 천공시 공벽이 붕괴되는 경우
나.시공순서
오거 또는 T4 천공(Casing 동시삽입)→오거 또는 T4 Rod 인발→시멘트 페이스트 주입→Casing 2~3회 교반→말뚝의 삽입→Casing 인발→시멘트 페이스트 재주입→경타
3.4본항타
3.4.1천공관리
가.파일시공 위치확인
최초 파일심 놓기는 굴착시 배토로 인하여 확인이 불가능하므로 실띄우기를 시행하여 시공위치 확보
나.오거 수직상태 확인
장비반입시 장비자체에 오거의 수직상태를 확인할 수 있는 계기판이 부착된 장비반입 유도
다.전류계(A)를 이용한 지지층 확인방법
1)오거 천공시
천공장비 용량, 토층의 구성상태, 천공깊이에 따라 전류치가 상이하므로 시험시공시 확정한 전류치 관리범위를 설정하여 활용
【예시】 천공장비의 용량 100HP→200A
120HP→150A
150HP→100A
2)T4 천공시
토층 구성상 N치 50 이상부터 설계심도 도달까지의 전류치가 변화가 없어 전류치로 관리가 곤란하며 주상도, 기초시공자료 등을 참고하여 천공선까지 굴착함
3)천공․케이싱 병행공법 적용시
고압사용 및 케이싱 오거에 의한 마찰력 감소로 일반오거 사용시보다 단단한 지층까지 천공이 가능하므로, 대개 천공선까지 굴착하는데 일반 오거보다 전류치를 하향조정하여 설정
3.4.2고정액(시멘트 페이스트) 관리
가.시멘트 페이스트 배합관리
1)자동 배처플랜트에서 시멘트와 물의 배합비를 83%(페이스트 m3당 물 730kg/시멘트 880kg)로 배합하여 압송로드를 통하여 주입
2)시멘트 페이스트 배합비를 수시로 확인
【확인방법】
①시멘트 페이스트 시료채취하여 중량 측정(a)
②가열하여 물 증발
③남은 시멘트 중량 측정(b)
④증발된 물의 중량 측정(c)
⑤물시멘트비 계산:W=(c)/(b)
3)자동 배처플랜트가 아닌 경우 관리요령
①시멘트 한 포당(40㎏) 물의 량 33.2ℓ로 배합하여 시험배합을 시행하여 배합비 확인
②급수탱크의 용량을 확인하여 시멘트량을 산정
③급수탱크의 물을 믹서에 투입한 후 산정된 시멘트를 투입하여 믹싱을 시행, 압송로드로 시멘트 페이스트를 완전히 배출 후 반복시행
④배처플랜트 옆에 계량된 시멘트와 물을 계량이 가능한 용기에 담아 전시하여 플랜트 관리원으로 하여금 기준을 설정하도록 교육
나.시멘트 페이스트의 주입 및 교반
1)오거 천공시
①배합된 페이스트는 오거 내부에 있는 압송로드를 통하여 주입
②오거를 상하 2~3회 왕복(3D 이상)하여 하부토사와 시멘트 페이스트 1차 교반하여 파일 구근 형성
③파일 1본에 소요되는 시멘트 페이스트량을 파악하여 1회 배합 후 전량 주입 교반
④자유낙하시킨 말뚝을 1~2m 정도 상하 왕복하여 2차 교반
2)T4 천공시
①천공 후 로드를 인발한 후 별도의 압송로드로 주입
②공벽의 붕괴로 하부의 구근형성이 어려우므로 파일 삽입시 파일과 공벽 사이로 압송로드를 설치하고 파일을 상하 왕복하면서 페이스트 2차 주입 시행
3)Casing 설치시
①천공 후 케이싱 내부에 시멘트 페이스트를 1차 주입시행
②케이싱을 상하로 2~3회 왕복하여 하부에 Soil 시멘트 구근을 형성
③파일 삽입 후 케이싱을 인발할 경우 시멘트 페이스트가 사질토 지반은 급격히 주변으로 침투하므로 구근형성 및 파일에 부착되지 않아 케이싱과 파일 사이 공간에 충분한 양의 페이스트를 주입하면서 서서히 인발함
다.고정액 시공관리시 유의사항
1)파일의 선단 고정액은 지지기반에 침투하여 Soil 시멘트가 형성되어 파일의 하중을 전달하므로 하부의 잔토와 충분히 교반하여야 함
2)사질토 지반의 경우 급격히 시멘트 페이스트가 유출됨으로 오거 인발속도를 늦추어 충분히 교반
3)굴착공과 말뚝 주변면 사이의 공간은 밀실하게 충전되도록 하고, 당일 시공한 파일은 시멘트 페이스트를 추가로 주입하고 파일시공 후 24시간 경과한 다음 시멘트 페이스트 충전상태를 재확인하여 부족한 경우 밀실하게 재충전함
3.4.3말뚝삽입 및 경타관리
가.파일 세우기시 Wire-Rope 1점지지 방식일 경우 경사진 상태로 자유낙하시키면 공벽의 붕괴로 수직도가 불량하므로 반드시 2점 지지방식으로 하여야 함
나.말뚝 삽입순서
Wire-Rope 2점지지 방식으로 파일세우기→파일을 공내에 1m 정도 삽입→파일수직도 보정→자유낙하
다.경타관리
1)안착된 말뚝은 수평대로 수직상태를 확인한 후 Drop Hammer로 경타하여 천공선에서 0~2D 이내에 도달하도록 함
2)적정 램 중량 2.5t, 낙하고 1m정도
3.4.4파일의 용접
가.해당 동의 인접한 곳에 미리 보조구멍을 천공(14m)한 후 지반에 따라 Casing 설치
나.하부말뚝을 보조구멍에 선삽입 후 수직되게 고정시키고, 상부 말뚝은 Crane으로 하부말뚝에 일직선이 되도록 맞대고 자격증이 있는 용접공이 시공
다.Pile 용접시 Service Crane 반입유도:품질, 작업성 확보유리
4.일반 콘크리트말뚝(PC)
4.1자재
4.1.1규격
가.관련 규정
KS F 4303:프리텐션방식 원심력 PC말뚝(PC말뚝)
나.PC파일 사용규격
바깥지름(mm)파일길이(m)두께(mm)
ø3504~1565
ø4004~1575
※파일의 관입길이가 최소 4m 이상이어야 구조설계에 합당한 내력을 확보할 수 있음
다.파일규격 및 허용치
구 분허 용 치(m/m)비 고
길 이길이의±0.3%P.C, P.H.C 공통
바깥지름+5, -2
두 께+제한없음, 0
4.1.2자재검수
가.공장 점검
고강도 콘크리트 파일공장 점검 참조
나.파일시험
고강도 콘크리트 파일시험에 준함
4.2시공
고강도 콘크리트 말뚝시공에 준함
5.강관말뚝공사
5.1자재
5.1.1규격
가.관련 규정
1)KS D 3566 (일반구조용 탄소강관)
2)KS D 4602 (강관말뚝)
3)강관파일 재질
-KS D 3566의 2종 (SPS 41) 사용
나.규격
외경(mm) | 내경(mm) | 두께(mm) | 중량(kgf/m) |
318.5 318.5 | 308.5 306.5 | 5.0 6.0 | 38.7 46.2 |
5.1.2자재검수
가.강관 파일시험
1)제조자는 KS D 3566에 의한 시험성적표 제출
2)현장 용접부위 강도
①파일모체강도 (SPS 41, бy=41kg/mm3) 이상
②시항타 후 동당 1개소 이상 샘플 용접편 시험의뢰 확인 후 본항타 시공
③용접결함이 없어야 함
※현장용접 시험시기를 놓치는 경우가 많으므로 서둘러 시행할 것
5.2시공
5.2.1말뚝 운반 및 저장
가.말뚝 운반
1)운반에 지장이 없을 정도의 긴 파일은 상항, 하항으로 구분
2)하항의 파일선단(하부)에는 외부에 파일재질과 같은 THK=5mm,
B=200mm 밴드를 두고 상부에는 내부에 Inner Ring을 부착
3)상항의 경우 하단에는 Inner Guide, 상부에는 Inner Ring이 설치될 것
나.저장
1)지면에 닿지 않게 적치
2)60일 이상 저장시 부식방지
3)현장용접을 하는 부분은 비바람을 맞지 않도록 조치
5.2.2시공준비
고강도 콘크리트 말뚝시공에 준함
5.2.3본항타
가.일반사항
1)말뚝의 가로 흔들림 발생시 즉시 중단하고 말뚝수직 및 지하의 전석 등을 확인(무리한 타격의 경우 꺾임현상 발생)
2)기타 사항은 일반 콘크리트 말뚝공사에 준하여 시행
나.현장이음용접
1)현장이음의 경우 아크용접
2)강관말뚝의 이음 재생시
①휨은 0.1% 이하
②용접(절단)부분의 단면 요철:2 mm 이하
③용접이음의 단면은 직각 또는 절단시 외경의 0.5% 이하, 최대 4mm 이하
3)용접공은 소정의 자격을 갖춘 자
4)용접기구는 말뚝의 재질, 치수 및 이음에 적합한 것 사용
-특히 용접봉의 KS 규격(KS F 7001 참조) 확인
5)외부기온이 0℃ 이하일 때 작업중지가 원칙
6)외부기온이 0℃ 이하일 때
①감독원 승인하에 용접선에서 10cm 이내의 용접 바탕재 부분은 36℃ 이상 예열한 후 작업
②가조임 연장 때문에 용접이 불가능한 곳은 남겨 두고 긴구간을 충분히 용접한 후 가조임 기구를 제거한 후 용접
7)허용오차
이음부위 외경치수차두 께
2mm 미만-0.6mm
8)현장용접 이음시 주의사항
①말뚝의 현장이음은 원주용접으로 하고, 강관말뚝은 하부말뚝에 뒷댐 링을 삽입하여 루트간격을 유지하는 용접을 한 후 상부말뚝의 오차와 루트간격을 수정하고 동밴드를 설치하여 용접
②콘크리트 말뚝은 뒷댐 링과 루트간격 유지에 용접이 없이 직접 상부말뚝을 관입하여 강관말뚝과 같은 순서로 용접하며, 보통 반자동용접이 사용되지만 용접이 적은 경우에는 손용접도 가능
③현장 용접시 강우, 강설, 강풍시는 작업을 중단하고 보통 기온이 0℃ 이하일 때는 용접작업을 중지하며, 0℃ 이하에서는 용접선에서 10cm 정도 이내 부분을 모두 36℃ 이상으로 예열을 한 후 용접
④상부 이음말뚝의 관입에서는 오차를 2mm 이내로, 루트간격은 강관말뚝에서 1~4mm, 콘크리트 말뚝에서는 4mm 이내로 하며 필요시 설치기구로서 소정의 범위 내로 조치(PHC 말뚝은 루트간격이 없으며, 상하 말뚝을 접촉이음하고 주변부를 모살 용접한다)
⑤말뚝의 현장이음은 말뚝 본체와 같은 강도가 되도록 하고, 항타시에 파손, 변형될 우려가 없으며 용접작업이 간단하고 신속해야 하므로 용접조건, 시공속도를 준수하여 성심껏 실시
⑥용접방법의 특징
항 목 | 전자동용접 | 반자동용접 | 손 용 접 |
1대당의 전원용량 장비구입비 용접공의 기량․경험 강관말뚝에 사용되고 있는 빈도 말뚝의 형상․치수 간접부분수 용 접 봉 용접속도 준비시간 | 40~50kVA 비싸다. 유자격자가 아니면 안된다. 적 다. 대경, 두꺼운 두께에 최적 많을 때 와이어식(2.4mm) 빠르다. 길 다. | 40~50kVA 중정도 유자격자가 아니면 안된다. 많 다. 중경관이 주요 와이어식이 많을 때 와이어식(2.4, 3.2mm) 빠르다. 짧 다. | 20kVA 싸 다. 유자격자가 아니면 안된다. 적 다. 중소경관, 앏은 두께 적을 때 용접봉(3.2~6mm) 늦 다. 짧 다. |
다.절단 및 두부정리
1)강관말뚝 두부절단
-몸체에 손상을 주지 않도록 수평으로 절단
2)두부정리 및 기초연결
-파일과 기초콘크리트 연결철물은 용접길이 100mm 이상 줄용접할 것
라.최종관입량 관리
1)최종 10~20회 타격의 평균값이 원칙이나, 강관 파일의 특성상 최종 타격횟수가 많을 경우 파일 손상이 심하므로 세심한 관리 필요
2)디젤해머의 표준용량은 램중량 2.5ton, 1회 타격력 7.5t․m을 표준, 관입량은 10mm 이하
3)해머의 용량이 다른 기종을 사용할 경우
Hiley 공식 등을 이용하여 말뚝의 안전 지지력이 나올 수 있는 평균 관입깊이가 될 때까지 관입
마.시공기록:일반 콘크리트 말뚝공사에 준함
바.사후관리:〃
사.보강방법:〃
6.재하시험
(세부적인 내용은 “말뚝 재하시험 및 분석방법에 관한 매뉴얼 작성” 참조-’98. 11월 대한주택공사 주택연구소)
6.1정재하시험
6.1.1일반사항
가.말뚝 재하시험에는 동재하시험과 정재하시험으로 분류
나.정재하시험은 일종의 실물시험으로 기존의 말뚝지지력 추정방법들 중 가장 신뢰할 수 있는 방법임
다.정재하시험에 의해 얻어진 값은 실제 말뚝지지력의 대표값으로 해도 무리가 없으며 시험비가 고가이므로 현장의 많은 말뚝에는 적용할 수 없음
라.현장의 지질조건은 근접한 위치라도 동일하지 않은 경우가 많기 때문에 지지력이 가장 취약하다고 판단되는 곳에 재하를 한다.
6.1.2재하시험 결과 판단시 주의사항
가.항타 시공된 말뚝의 경우 동 재하시험만으로 말뚝의 지지력을 확인하여도 큰 문제는 없으나, 그 내용 및 신뢰도에 대하여 의문을 가질 수 있으므로 시항타된 말뚝 중 동재하시험을 실시한 말뚝 1~2본에 대하여 정재하시험을 실시하여 그 결과를 비교
나.동재하시험 결과와 정재하시험 결과의 비교시에는 시간경과에 따른 말뚝지지력 변화현상과 동재하시험 결과가 적절하게 분석되었는지 여부를 판단
6.1.3시험기준
가.말뚝재하 시험방법, 시험빈도 등은 당공사 건축공사 표준시방서의 관리시험 기준에 의하되 현장여건 및 시험결과의 판단에 따라 필요시 감독원의 검토 후 동별로 시험횟수를 기준 이상으로 실시
1)시험종목:말뚝재하시험
2)시험방법:KS F 2445
3)시험빈도:당공사 적용기준은 아래와 같다.
나.타격공법(천공 후 직항타 공법)인 경우
1)시항타시:동재하시험 1회/1개 동
(정재하시험도 가능하며 제일 불리한 위치 및 지반조건의 말뚝에 시행)
2)본항타시:정재하시험 1회/2개 동
(시항타시 재하시험 결과 지지력의 추정치가 작은 동에 실시하고인접 2개 동 모두 설계지지력 상회시에는 말뚝본수가 많은 동에 우선 실시)
다.천공 후 최종항타공법, 천공 후 경타공법인 경우
시항타시:정재하시험 2회/1개 동(Soil Cement 양생기간 14일 부여)
(불리한 조건의 말뚝에 실시하며 각 동의 좌우 1개소에 시행함)
6.1.4말뚝내력의 확정
가.말뚝내력은 항타시 동재하시험, 재항타시 동재하시험 및 정재하시험 결과를 종합적으로 고려하여 결정
나.많은 경우 항타시 동재하시험 결과로부터는 말뚝의 선단지지력을 분명하게 확인할 수 있으나, 시간경과에 따른 말뚝지지력 증가로 인하여 재항타시 동재하시험에서는 선단 지지력이 확인되지 못하는 경우가 대부분임
다.따라서 말뚝내력 확정을 위해서는 반드시 항타시 동재하시험을 실시(E.O.I.D)하고 동일한 말뚝에 대하여 재항타시 동재하시험을 실시(Restrike)하면 말뚝의 선단 지지력+주면마찰력의 합성내력을 파악할 수 있음
6.2동재하시험
6.2.1일반사항
동재하시험은 정재하시험의 문제를 보완하기 위해 많이 이용되고 있으며 시험이 간편하고 비용 측면도 유리하여 활용성이 높아지고 있으나, 정재하시험에 비하여 말뚝지지력에 대한 신뢰도는 약간 차이가 나타남
6.2.2말뚝지지력 확인
가.항타시 말뚝지지력 확인
1)현재까지 알려진 바에 의하면 말뚝항타에서는 선단지지력 성분이 우세하게 나타남
2)주변마찰력은 항타시 극심한 지반교란으로 지반조건에 따라 상이하지만 상당한 시간이 경과하여야 발휘되는 것으로 알려짐
3)따라서 시험시공시에는 말뚝두부 근처에 변형률계와 가속도계를 부착하고 말뚝항타분석기 측정을 실시하면서 항타를 계속하여 말뚝이 선단지지층에 관입되는 것을 확인함과 동시에 선단지지력을 확인하도록 한다.
4)물론 지반조건에 따라서는 항타시에도 상당히 큰 값의 주면마찰력이 나타나기도 하지만 대부분의 경우 말뚝의 선단지지력을 확인할 수 있다.
5)항타종료는 항타에너지, 항타응력, 개략 설계된 설계하중, 최종타격당 관입량 및 항타시 측정된 말뚝지지력을 종합하여 판단하여야 한다.
6)이때 항타시 측정된 말뚝지지력은 개략 설계된 설계하중에 미달될 수도 있으므로 전문가의 종합적인 판단이 중요
나.재항타 시험에 의한 말뚝지지력 확인
1)지금까지 연구된 바에 의하면 항타시공된 말뚝의 경우 말뚝항타로부터 시간이 경과하면 그 지지력이 크게 변화하는 것으로 알려짐
2)대부분의 경우 항타 시공된 말뚝의 지지력 중 특히 주면마찰력 성분은 항타로부터 시간이 경과함에 따라 증가하는 것으로 나타남
3)그러나 시간경과에 따른 말뚝지지력 증가현상이 모든 지반조건에서 나타나지는 않음
4)시간경과에 따른 말뚝지지력 증가율은 지반조건에 따라 크게 상이함
5)또 같은 지반조건에 항타한 말뚝에서도 말뚝선단부가 비교적 견고한 지지층에 어느 정도 관입된 경우에는 상당히 높은 지지력 증가현상이 나타난 반면, 그렇지 못한 말뚝에서는 지지력 증가가 거의 나타나지 않은 경우도 있음
6)어떤 지반조건에서는 항타로부터 상당한 시간이 경과해도 전반적으로 극히 낮은 지지력 증가만이 나타나거나 거의 증가되지 않은 지반도 발견됨
7)시간경과에 따른 말뚝지지력 변화에 대하여 보다 분명히 확인하기 위해서는 가급적 긴 시간이 경과한 후 재항타시험을 실시하는 것이 좋다.
그러나 실무적으로 이와 같은 긴 시간 경과 후 시험을 실시하는 것이 곤란할 경우에는 시험항타 후 1~2주일 정도 시간이 경과한 후 재항타 시험을 실시하여 내력 증대 여부를 확인할 수 있다.
6.2.3말뚝항타분석기(PDA:Pile Driving Analyzer)의 적용
가.개요
1)일종의 동적재하시험
2)항타시 말뚝에 계측장비를 설치하여 말뚝-지반-항타장비의 상호작용에 의한 특성치들을 파악하여 말뚝의 지지력을 추정하는 방법
3)말뚝 항타 분석기(PDA) 장비는 말뚝두부에서 계측된 가속도와 변형률을 즉시 분석하여 항타기의 효율, 말뚝의 항타응력, 말뚝의 예상 극한지지력 등을 출력하며 항타기의 효율 및 적정성을 판단하여 적절한 조합을 선택하도록 유도할 수 있다.
4)PDA를 사용하여 동적재하시험에 의한 지지력 예측법 중 간편계산법으로 Case방법이 있으며, 말뚝두부의 변형율과 가속도의 계측치를 가지고 추정 지지력 공식에 대입하여 구하는 방식임
나.항타 장비의 타격력 및 효율
1)파동이론 분석에서는 그간 수집된 수많은 항타장비들의 타격력을 통계 분석하여 그 평균값을 해당 항타장비 기종의 효율로 적용
2)항타장비의 효율은 파동이론 분석내용과 크게 상이하지 않으나 지반조건, 쿠션재의 조건에 따라 말뚝의 실제 관입에 차이가 있을 수 있음
3)이 경우 PC, PHC 또는 강관말뚝과 같이 큰 체적의 토사를 주변으로 밀어내는 말뚝 대신 H말뚝과 같이 주변으로 밀어내는 토사체적이 작은 말뚝으로 변경하는 방안을 강구
4)이와 같은 방법만으로 만족할 만한 결과를 얻지 못했을 경우에는 정밀 지반 조사를 실시하고 선굴착 공법 등으로 공법을 변경하는 방안을 강구
5)항타장비의 효율이 파동이론 분석내용과 크게 상이하며, 특히 효율이 파동 이론 분석 내용에서 가정한 값보다 크게 낮은 경우에는 항타장비를 교체하여 시험시공을 실시
다.압축 항타응력의 확인
1)기성말뚝을 항타할 때 말뚝재료의 기준 압축강도의 일정부분 이상의 항타응력이 가해지면 말뚝재료가 파손됨
2)PC 및 PHC말뚝의 경우 콘크리트 압축강도의 60%(PC말뚝의 경우 300kgf/cm2, PHC말뚝의 경우 480kgf/cm2) 이내가 되는 것을 확인
3)강재말뚝의 경우에는 항복응력의 90%(SPS 400 강재의 경우 2,160kgf/cm2, SPS 490 강재의 경우 3,240kgf/cm2) 이내가 되어야 함
4)기성 콘크리트 말뚝의 경우 항타응력 측정값이 이와 같은 범위 이내임에도 불구하고 말뚝재료가 파손될 경우에는 쿠션의 보완이 필요하거나 말뚝재료상 문제가 있는 것으로 판단
라.인장 항타응력의 확인
1)연약지반 조건에 기성말뚝을 항타하면 인장항타응력이 발생
2)인장 항타응력은 연약지반의 깊이가 깊어질수록 증가하며 항타에너지, 램의 중량 및 낙하고, 쿠션재의 특성에 따라서 그 값이 변화함
3)과대한 인장 항타응력 발생은 말뚝부재에 위해요소가 되며 특히 인장력에 대하여 취약한 PC 또는 PHC 말뚝의 경우에는 말뚝재료파손의 중요한 원인이 됨
4)파동이론 분석에서도 인장 항타응력은 예측이 되지만 시험시공을 통하여 확인하는 것이 말뚝재료의 파손을 방지하기 위하여 가장 바람직한 방안임
5)시험시공시 말뚝항타분석기를 사용하여 인장항타응력을 측정하기 위해서는 항타 착수 이전에 말뚝머리부에 변형률계 및 가속도계를 부착하고 항타를 진행하면서 인장 항타응력을 측정
6)측정결과 과대한 인장항타응력이 발생할 경우에는
①쿠션재를 보완하고
②디젤해머의 경우에는 낙하고 조절이 불가능한 바 낙하고를 조절할 수 있는 유압해머로 항타장비를 변경하되 가급적 큰 램중량의 해머를 사용하여 낙하고는 낮은 상태를 유지하면서 항타를 시행
7)이와 같은 조치에도 불구하고 인장항타응력이 허용범위 이상의 높은 값을 갖는 경우에는 A종 PC 또는 PHC말뚝을 B종 또는 C종 말뚝이나 강재 말뚝으로 변경
6.2.4항타시공 관입성의 확인
가.시험시공시 말뚝항타 분석기를 사용하여 측정한 항타장비의 타격력 및 효율, 압축항타 응력 및 인장 항타응력값이 모두 문제가 없더라도 개략 설계시 가정한 지지력을 얻기 위하여 과도한 항타가 필요한 경우가 있음
나.말뚝재료의 허용 응력범위 이내에서의 항타의 경우에도 항타횟수가 지나치게 증가하면 누적타격의 영향으로 말뚝재료의 손상을 초래할 수 있음
다.또한 1회 타격당 관입량이 지나치게 낮은 상태로 항타를 계속할 필요가 있는 경우에는 전체 시공에 소요되는 시간이 늘어나게 되어 시공 효율면에서 문제가 됨
라.따라서 아래와 같은 기준 이상으로 항타 타격횟수가 증가할 경우에는 사용 중인 해머를 램중량이 큰 해머로 교체하는 조치가 필요
6.2.5Check 항목
PDA 화면으로부터 아래와 같은 사항을 필히 Check하여 정확한 지지력을 예측하여야 한다.
-
그림 2.47
가.Gauge Check
1)Strain Transducer 및 Accelerometer에 대한 교정검사(Calibration Certificate) 확인
※ASTM D4945-96 규정에 의하면 동재하시험에 사용하는 Gauge는 연 2회씩 교정검사를 받도록 되어 있음
2)Gauge의 부착
①말뚝에 1쌍씩 대칭(180°)으로 부착
②부착위치
-말뚝 두부로부터 최소 2D~3D(D:말뚝 직경) 하부
-이음 말뚝의 경우 이음부에 근접한 곳(용접이음, Splice 이음 등)은 피하여야 한다.
3)Gauge 및 PDA에 대한 Calibration Test(Gauge를 말뚝에 부착한 상태에서 실시)
①Strain Tranducer(변형률 계)의 Offset Check:Offset 허용범위 -5~+4 (volts) (PDA 화면 왼쪽 상단 Description Area에 표시됨)
②PDA의 Calibration Test
나.Input Data Check
1)LE:Gauge 부착 위치로부터 말뚝 선단까지의 길이(최소 2D~3D)
2)AR:말뚝의 순단면적(※전단면적이 아님)
【예】 PHC ø350 Pile:546 cm2
PHC ø400 Pile:684 cm2
PHC ø450 Pile:835 cm2
3)EM:말뚝 재료의 탄성계수
【예】 PHC 및 PC Pile:EM=400t/cm2
4)SP:말뚝의 단위 중량
【예】 PHC 및 PC Pile:SP=2.45t/m3
5)JC:Dampilg Factor
【예】 SandJC=0.1~0.15
Silty SandJC=0.15~0.25
SiltsJC=0.25~0.4
Silty ClayJC=0.4~0.7
ClaysJC≥0.7
6)FR:Digitizing Frequency(3,333, 4,000, 5,000, 6,667, 10,000, 20,000 Hz)
【예】 ∙장말뚝의 경우:낮은 Frequency 사용
∙단말뚝의 경우:높은 Frequency 사용
∙보통 5,000 Hz
다.Output Check
-손상된 말뚝의 예-
그림 2.48
1)PDA 화면에 표시되는 Damage Line 유무 확인
2)각 Sensor의 작동상황 확인
3)측정 결과에 대한 중요 Check 사항
측정 결과치는 PDA 화면 오른쪽 하단부에 나타남
①항타 응력
측정된 응력값이 허용 응력도 이하이어야 함
-CSX:Gauge 부착 위치에서의 최대 압축응력
-CSB:말뚝 선단부에 작용하는 압축 응력
-TSX:Gauge 부착위치 하부에 작용하는 최대인장응력
(연약지반이 깊은 지층에 콘크리트 말뚝을 항타하는 경우 매우 중요)
※허용 최대응력
말뚝 종류 | PC 말뚝 | PHC 말뚝 | SPS41 강재말뚝 | SPS50 강재말뚝 |
허용 최대 압축항타응력 | 0.3t/cm2 | 0.48t/cm2 | 2.16t/cm2 | 3.24t/cm2 |
허용 최대 인장항타응력 | 0.09t/cm2 | 0.095t/cm2 | 해당사항 없음 |
-항타응력 측정값이 위의 값 이내이어도 말뚝 재료가 파손될 경우 쿠션의 보완이 필요하거나 말뚝 재료상 문제가 있으므로 보완조치
-측정된 인장 항타 응력이 위의 값을 초과하는 경우 쿠션재를 보완하거나 가급적 큰 해머를 사용하여 낙하고는 낮은 상태를 유지하면서 항타
②해머의 능률 및 낙하고
-EMX:말뚝에 전달된 최대 항타 에너지(Gauge 부착위치)
이론적인 정격 항타 에너지 값(낙하고×램중량)과 비교하여 과다 차이 발생시 낙하고 조정
③Damage 여부(BTA)
측정 결과치는 PDA 화면 오른쪽 하단부에 나타남(BTA:말뚝의 손상 지수)
※BTA 값과 손상정도와의 관계
BTA 값 | 손상정도 |
100 | Uniform Pile |
80~100 | Slight Damage |
60~80 | Damaged Pile |
60 이하 | Broken Pile |
라.지지력 추정
1)안전율 적용 방법
①말뚝의 극한 하중이 항복 하중 이전에 규명되었을 경우:2.0
②〃항복 하중과 동시에 규명〃:2.5
③〃항복 하중 이후에 규명〃:3.0
2)Case 방법
경험에 의한 Damping rPtn(JC)를 가정하여 항타와 동시에 말뚝의 예상지지력, 말뚝의 손상정도를 계산 가능
①RS1(or RS2) 및 RMX 값을 위주로 지지력을 추정하되 Case Damping 값 JC의 변화에 의한 영향을 점검 → CAPWAP 분석법에 의해 확인
②E.O.I.D(End Of Initial Driving) 시험시 선단 지지력 위주의 지지력이 추정되므로 JC값과 무관한 RAU 또는 RA2 값을 함께 비교
③Restrike 시험시의 지지력값은 가능한 초기 타격(2~3타 이내)에 의한 Data를 사용
3)CAPWAP(Case Pile Wave Analysis Program) 분석
PDA를 통해 얻은 힘과 속도를 항타 완료 후 컴퓨터를 이용하여 말뚝 지지력에 영향을 주는 각종 토질 정수를 가정한 후 이를 시행 착오법으로 반복 계산하여 최종적으로 말뚝의 지지력, 하중-침하량 관계 등을 결정하는 방법
①OutPut 내용
-Final Summary Table
-Pile Profile Table
-Case Method Results
-Extrema Table
-CAPWAP Annotations
-Match(F&V), Distribution Plot
-Static Plot
-Depth Plot
②주요 Check 사항
-Final Summary Table:시험일자 및 말뚝길이(LE, LP) 확인
-Pile Profile Table:말뚝길이(LE), 말뚝 순단면적, 주면장 및 Wave Speed 확인
-Case Method Table:Case Damping 값 [J(Rs), J(Rx)] 확인
-Extrema Table:max compress stress 및 max tension stress 확인
-CAPWAP Annotations:OutPut에 아래의 값들을 필히 확인
․QSkn:1.0-7.5mm(표준값=2.54mm)
․QToe:1.0mm-선단 침하량
․CSkn:0.2-1.0
․CToe:0.2-1.0
․SSkn:0.075-1.3 sec/m
․SToe:0.075-1.3 sec/m
․JToe:0.075-1.0
․M-Blct와 C-Blct 비교
․MQno(Match Quality No):일반적으로 3 내외면 acceptable
-Match Plot 및 Distribution Plot:Measured/Computed 파형의 Match 상태 확인(Shaft Resistance Distribution 과 지질 주상도 조건 비교)
-Static Plot:Davisson 판정법을 적용하여 항복하중 판단
-기타:CAPWAP 분석에 사용한 타격에 해당하는 PDA 화면 첨부 여부를 필히 확인
※Davisson 판정법(참고사항)
말뚝의 전침하량과 말뚝 직경, 단면적, 탄성계수 및 말뚝길이 등으로 고려한 순침하량 판정을 복합적으로 적용하여 말뚝 기초의 허용 하중을 결정하는 방법으로 이때의 안전율은 2.0을 적용
【예】
x=0.15+D/120(in)
단, A:pile의 순단면적E:pile의 탄성계수
P:하중L:관입길이D:pile의 직경
6.3체크리스트
6.3.1정재하시험 체크리스트
구 분 | 검 토 내 용 |
시험전 | 1.설계지지력 확인 및 시험하중 결정-설계지지력의 200%, 225%, 300% 2.현장조건 및 지반상태 확인-재하방식 결정 ①실재하방식-가장 정확. 비용, 시간 많이 소요 ②반력말뚝방식-주위 말뚝을 반력으로 이용. 주위 말뚝의 마찰저항력 검토 ③반력앵커방식-현장주위에 사하중으로 이용할 철근등이 없거나 반력으로 이용할 말뚝이 없어도 시험가능. 앵커의 시공에 시간과 비용 과다 소요 |
시험장치 세팅 | 1.부지정지-재하대가 빠지지 않도록 부지정지 2.두부정리-무수축 모르터나 에폭시 등으로 말뚝머리 보강 필요 |
구 분 | 검 토 내 용 |
시험장치 세팅 | 3.재하대 설치-시험하중의 110%를 견딜 수 있도록 파괴, 전도, 활동에 대해 안전하도록 시험말뚝에 편심이 걸리지 않도록 시험말뚝과 재하하중의 무게중심 일치시킴 4.재하장치 설치-유압잭 용량 확인, 유압잭 피스톤 행정거리 확인 정밀한 재하중 관리를 위하여 유압게이지와 로드셀 사용 추천 유압게이지와 로드셀은 1년에 1회 이상 검측한 것을 사용 5.측정장치 설치-다이얼 게이지 제원 확인(정밀도:1/100mm, 측정거리:50mm) 다이얼 게이지도 1년에 1회 이상 검측한 것 사용 다이얼 게이지는 시험말뚝 본체의 양 옆에 부착 시험말뚝과 반력말뚝으로부터 5D 이상 띄어서 레퍼런스 빔을 설치 |
시험 수행 | 설계목적과 지반조건에 맞는 재하시험 방법 선택 및 수행 1.표준재하시험방법(ASTM 1183)-가장 정확한 방법. 시험시간 과다 소요 1.1하중단계-8단계(설계하중의 25%, 50%, 75%, 100%, 125%, 150%, 175%, 200%) 1.2재하하중-설계하중의 25%씩 단계별로 1시간씩 간격을 두어 재하 1.3재하하중 유지-말뚝머리 침하율이 시간당 0.25mm 이하(최대 2시간) 1.4시험종료-설계하중의 200%에서 침하율이 시간당 0.25mm 이하시 12시간, 2 이상인 경우 24시간 유지 2.급속재하시험방법-신속한 시간 내에 비교적 정확한 시험결과 제공 2.1하중단계-각 단계의 하중이 설계하중의 15~25% 2.2재하하중-4번정도 나누어 5분씩 유지하면서 재하 2.3재하하중 유지-각 단계별 2.5~15분(보통 5분) 유지하고, 2~4차례 침하량 기록 2.4시험종료-극한하중 또는 허용범위까지 재하 후 2.5~15분 유지 3.반복하중재하시험방법-잔류침하기준에 의한 지지력 해석 가능 3.1하중단계-표준재하방법과 동일 3.2재하하중-표준재하방법과 동일 3.3재하하중 유지-50, 100, 150% 하중단계에서 1시간씩 하중을 유지시키고 나머지 하중 단계에서는 20분 유지. 하중이 완전히 재하되면 50%씩 단계제하하되 20분씩 유지 (※재하-하중실음, 제하-하중제거) 3.4시험종료-표준재하방법과 동일 4.지반공학회 추천 시험방법-시험시간이 신속하고 잔류침하기준에 의한 지지력 해석가능 4.1하중단계-재하시 5단계로 각 단계의 설계하중의 25%, 설계하중의 50%마다 하중 제하 4.2재하하중-설계하중의 최소 225% 재하 4.3재하하중 유지-침하량이 0.01inch/hr(0.25mm/hr) 이내이면 다음 단계 넘어감 4.4시험종료-재하하중 유지시간과 동일 |
지지력 판정 | 말뚝특징, 지반조건 및 시공조건을 고려한 지지력 판정 1.하중-침하-시간관계 분석 1.1항복하중 판정:S-logt, dS/d(logt)-P, logP-logS, Davisson 방법 1.2극한하중 판정:Mazurkiewicz 방법, Hansen 방법, Chin 방법, Stability Plot 방법 2.전침하기준:Van Impe 5%D, B.S code 10%D, Terzaghi & Peck 25.4mm 3.잔류침하기준:DIN 4026 2.5%D, 미국도로교설계기준 6.3mm |
6.3.2동재하시험 체크리스트
가.동재하시험 방법의 선정
-초기항타(E.O.I.D), 재항타(Restrike)방법
나.재하시험 준비과정
점 검 사 항 | ||
게이지 교정검사 | -Strain Transducer, Accelerometer에 대한 교정검사서 (Calibration Certificate)을 통해 확인 -ASTM D4945-96 규정에 의해 연간 2회씩 보정시험 실시 | |
게이지 부착상태 | -말뚝두부와 최소거리 1.5D(D:말뚝직경)상태 -게이지 1쌍씩 대칭성(180°) -천공직경 및 조임상태 확인 | |
게이지 보정시험 | Offset 범위 (OF명령) | -Strain Transducer(변형률계)의 Offset 범위:-5~+4 -Offset범위의 수렴성 조사 |
파형 (CT명령) | -시험말뚝에 부착상태에서 게이지 고유의 파형을 확인 -측정파 저장위치 및 초기 근입깊이, 관입길이 증가량의 입력여부 | |
자료입력 | 말뚝 및 지반조건 | -LE, AR, EM, SP, JC, FR, WS 등에 관한 확인 -적정 댐핑계수의 선택여부 |
보정계수 | -게이지 고유의 보정계수의 입력상태확인 |
다.재하시험 중 확인사항
점 검 사 항 | |
Warning Sign | Proportionality, BTA 등 측정상태에 대한 점검 |
비례성 | PDA 화면상에 측정된 파의 F와 V파의 비례성(Proportionality)확인 |
항타응력, 편타 | CSI, CSB, CBX, TSX, EMX값 등을 수시로 파악하여 과잉항타, 편타 여부를 확인하고 항타조건을 조정 |
말뚝건전도(BTA) | BTA, LTD 등 건전도 확인 및 원인제거 |
라.결과분석시 점검사항
점 검 사 항 | |
Case해석에 의한 지지력 | 간이지지력 산정값임을 고려 |
분석용 측정파의 선정 | CAPWAP 분석을 위한 파의 선택기준 점검 |
Matching Quality | Force 매칭, Velocity매칭을 통한 매칭결과(MQ)가 3전후가 되는지 점검 |
CAPWAP분석 변수 | QSkn, UNkn, CSkn, LSkn 등 40가지의 계수가 허용범위에 있는지 분석 |
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첫댓글
좋은 정보 고맙습니다
정보 감사합니다
참고하겠습니다.
감사합니다.
자료 감사합니다~