조 내에 지반의 조성은 반자동 강사장치(Raining apparatus)로 600mm의 일정한 높이를 유지하며, 3cm/sec의 일정한 속도로 강사하여 소정의 상대밀도를 가진 지반을 조성하였다. 그리고 지반의 상대밀도는 실험결과 평균 Dr=68.3%정도로 흙의 상태의 조밀도는 중간이라 할 수 있겠다.
4.3 실험방법
본 실내모형실험은 정지하중 재하방식으로 실시됐으며, 재하하중은 무게 1, 2, 2.5, 5, 10kgf의 추에 의해 단계별로 최대 1300kgf까지 재하하였다. 하중은 piled raft에 균등하게 작용할 수 있도록 하기 위해 추에서 전달되는 집중하중을 강성재하판 (steel plate, 360mm360mm, t=12mm)에 전달시켜 piled raft에 하중이 등분포로 작용하도록 하였다. 또한, raft와 말뚝이 분담하는 각각의 하중을 측정하기 위해 말뚝과 raft사이를 고정링에 의해 연결시키고 그 사이에 load cell을 설치하여 말뚝머리에 작용하는 하중을 직접적으로 측정하였으며, raft에 작용하는 하중은 추에 의해 piled raft에 작용하는 전체하중에서 load cell로 측정된 개개의 말뚝에 작용하는 하중의 합을 감하여 간적접으로 측정하였다. 침하량은 raft에 총 3개의 LVDT를 설치하여 측정하였으며, LVDT의 위는 raftdml 중앙부와 좌측면 상단 부 및 우측중앙 모서리 부에 각각 설치하여 측정하였다.
Piled raft에 가해질 연직하중은 추에 의하여 가해지는 정적하중을 이용하여 하중재하가 된다. 추를 가해지면 추로 인하여 설치한 정적하중 장치는 지렛대 원리를 이용하여 단위하중 당 10kgf의 재하효과를 나타나게 고안되었다. 편심재하를 방지하기위하여 정확한 재하 위치를 지정하여, 정적하중 장치를 재하판 위에 가할 수 있도록 설치한다. 본 실험에 지반으로 사용된 주문진 표준사는, 즉시침하를 침하 대부분으로 보는 사질토로 하중재하에 일관된 실험을 위해 일정한 하중증가로 실험을 실시하였다. 각 재하하중 단계에서 1분동안 1/10mm 이내로 변화하면 다음단계의 하중을 재하하여 1300kgf까지 실험을 수행하였다. Load cell은 말뚝과 수직되게 하고 raft와 일체 거동을 할 수 잇게 재작되었으며, 각 말뚝에 설치된 load cell에서 측정된 하중을 무리말뚝이 받는 하중으로 보았다. 재하한 하중이 말뚝에 재한되는 하중의 차이를 raft가 받는 하중으로 보았다. 하중을 측정을 하는 load cell과 침하를 산정하기 위한 LVDT는 data lgger로 연결한 컴퓨터에 의하여 측정되어 하중-변위곡선을 작도하는데 자료로 이용된다.
제 5 장 실험의 결과 및 분석
5.1 단일말뚝의 실험
단일말뚝 실험에 있어서 본 실험은 사용한 말뚝의 길이를 달리한 두 가지 실험을 실시하였다. 길이 300mm와 길이 450mm길이를 상대밀도가 중간인 지반상태(D=68.3%)에서 실시하였다.
본 논문에서는 piled raft의 실험은 지지력 관전보다 침하량 관점에서 극한하중을 측정하였다. 이러한 관점으로 일관된 극한하중선정을 위해 말뚝직경을 고려한 침하량 기준을 삼았다. 침하량 기준법이란 말뚝기초를 설계함에 있어서 파괴에 대한 안전보다 허용침하 법위 내에 두도록 하는 침하량 개념의 판정법이다. 침하량기준법에는 전체침하량 기준과 전체침하량에서 탄성침하량을 공제한 순침하량기준이 있다. 말뚝기초의 재하시험을 해석함에 있어서 대부분이 시험하중 하에서 순침하량 또는 전체침하량을 고려하고 있다. 특정 침하량에 도달 때의 하중을 한하중으로 정의하는 방법은 개인적인 오차가 적고 적용이 간편하다는 장점으로 인해 폭 넓게 적용되고 있다. 말뚝의 직경이 300mm보다 작은 경우에는 실제 한하중과의 차이가 크다. 본 논문은 기초직경을 고려한 침하량 기준으로 항복하중을 선정하였다. 말뚝직경을 고려한 침하량 기준은 말뚝의 극한지지력은 일반적으로 기초선단직경의 함수이다. 따라서 이 판정법은 말뚝직경의 10-30%와 같아지는 단위에 해당하는 하중이 항복하중으로 취해진다. 본 논문에서 piled raft 실험의 하중-침하곡선의 변곡점이 확연히 나타나지 않고 침하량을 기준으로 지지력을 산정해야한다는 점에서 BS Bishop판정법을 사용한다. 침하량이 선단직경의 10%일 때의 하중을 항복하중으로 하는 기준을 사용한다.
단일말뚝의 하중-침하에 말뚝 H=300mm에서는 항복하중은 120kgf이고, 말뚝 H=450mm는 230kgf을 나타내고 있다. 말뚝길이 차이로 현격한 항복하중의 증가는 말뚝의 저항이 주면마찰력 증가에서 얻어지는 마찰말뚝특성과 사질토에서 선단부가 다짐으로 인한 선단지지력 증가의 차로 볼 수 있다.
제 6 장 결 론
본 연구에서는 실내모형실험을 통해 raft의 강성변화 및 말뚝의 설치간격에 따라 말뚝과 raft의 하중분담 정도를 파악하고, 본 연구에서 제시도니 하이브리드 방법을 이용한 piled raft 기초시스템의 최적설계기법을 실내모형실험을 통해 검증하였다.
Raft의 두께, 말뚝의 길이 및 말뚝의 강성 등과 같은 주요 설계인자들이 piled raft 기초 시스템의 최적설계에 미치는 영향을 분석하였다.
이상의 내용을 요약, 정리하면 다음과 같다.
Raft의 강성변화에 따른 piled raft의 하중-침하곡선은 일정한 경향으로 나타났으나, 하중분담률은 raft의 두께가 3mm로 raft의 강성이 상대적으로 작은 경우에는 초기침하에 대한 하중을 대부분 말뚝이 부담하는 경향으로 나타났으며, raft의 두께가 8mm로 raft의 강성이 상대적으로 큰 경우에는 초기침하에 대한 하중을 raft가 상당부분 부담하는 것으로 나타났다.
말뚝의 설치간격에 따른 piled raft의 하중분담률은 말뚝의 개수 및 raft의 강성에 의한 영향에 비해 적은 것으로 평가되었다.
실내모형실험결과, piled raft 기초시스템에서의 말뚝의 최적 설치위치는 raft의 중앙부에 말뚝을 집중적으로 배치할 경우 전체침하 및 부등침하가 최소화됨을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 하이브리드 방법(hybrid method)을 이용한 piled raft 기초시스템의 최적설계기법은 적용성이 인정된다고 판단되었다.