이음부 압축시험

험을 통해 중력 그라우트 PL을 설치하여도 고정되지 않으면 하중재하 시 침하가 증가 하게 된다. 이를 방지하기 위해 중력그라우트 PL과 내측말뚝 곡면부 상단에 용접을 하 게 되는데 용접방식을 검토하고자 전 둘레 용접과 중력그라우트 PL 내측 육각부와 내 측말뚝 곡면부 상단 육각부가 맞닿는 직선부 용접 방식을 비교하기 위하여 이음부 압 축시험을 수행하였다.

그림 2.10(b)는 인발말뚝일 경우 내측말뚝과 외측말뚝이 연결구조로 되어있지 않으면 외측말뚝이 뽑혀 올라가기 때문에 육각형 이음부에 고장력 볼트를 체결함으로서 일체 화를 시켰다. 즉 압축하중이 작용하는 구조물에서는 육각형 이음부가 효율적이지만 인 발하중이 작용하는 구조물에서는 기존 볼트 방식과 동일하나, 본 회전관입말뚝은 저층 구조물에 적용하는 말뚝으로 대부분 압축말뚝으로 사용되며, 인발말뚝의 경우 태양광 발전기초, 송전탑 등 수평력이 크거나 인발력을 받는 구조물에서 적용될 수 있다.

(a) 압축말뚝 (b) 인발말뚝

그림 2.10 압축 및 인발말뚝의 하중전달 개념도

육각형 이음부는 공장에서 상·하부 육각형으로 10분 압연 후 중력그라우트 PL이 내 측말뚝에 용접되어 출하되기 때문에 현장에서 시공 시 끼워 맞춰 시공하므로 단시간에 시공이 가능하나, 기존 회전관입말뚝은 인발말뚝과 같이 원형화된 강관 상·하부 말뚝을

끼워 맞춤 후 타공 구멍을 맞춰 볼트체결을 해야 하므로 15m 말뚝 기준 약 5번 이상 의 볼트 체결과정으로 시공하는데 시간이 많이 든다. 또한 플랜지방식의 경우 상·하부 말뚝을 서로 맞닿아 플랜지 둘레만큼 전 둘레용접을 수행해야 하므로 볼트방식 보다 시간과 비용이 증가하는 단점이 있다.

2.4.1.2 이음부 축하중 실험계획

(1) 실험체 제작계획 1) 압축말뚝의 이음부

본 연구에서 사용한 끼워 맞춤식 이음부는 볼트나 용접으로 고정을 시키는 방식이 아니기 때문에 외측말뚝이 하중재하시 내측말뚝을 타고 들어가는 문제점을 해결하기 위해 중력그라우트 PL을 설치하였다. 이때 중력그라우트 PL을 내측말뚝에 고정시키기 위해서 전 둘레용접방식, 중력그라우트 PL과 내측말뚝 절곡부의 접지면을 통한 하중전 달을 일부 고려하여 육각 이음부 중 직선부만 용접하는 방식으로 2가지 실험체에 대하 여 제작하였다(그림 2.11 참고).

2) 인발말뚝의 이음부

대상 지반에 따라서 인장말뚝이 포함되어야 하는 지반에서는 일반적으로 회전관입말 뚝에서 사용하는 볼트방식을 사용한다. 본 연구에서도 인발말뚝의 경우 볼트방식을 접 목하였으며, 볼트는 F10T M20, 4EA와 5EA를 사용하여 실험체를 제작하였다.

(2) 실험체 제작

실험체 제작 계획도면은 그림 2.11과 같으며, 실험체 제작 사진은 그림 2.12와 같다.

압축이음부 실험체 중 전 둘레용접은 1개, 직선부 용접은 2개, 인발이음 실험체 중 5EA는 볼트 1개, 4EA는 볼트 2개로 총 6개의 실험체를 제작하여 일축압축시험을 수행 하였다.

구분 단위수량 소재 내측 이음부 400mm 1EA STK490, 7.5t 외측 이음부 400mm 1EA STK490, 7.5t

PL-190×10t 1EA SM490

구분 단위수량 소재

내측 이음부 400mm 2EA STK490, 7.5t 외측 이음부 400mm 2EA STK490, 7.5t

PL-190×10t 2EA SM490

(a) 압축이음 실험체(전 둘레용접) (b) 압축이음 실험체(직선부 용접)

구분 단위수량 소재

내측 이음부 400mm 1EA STK490, 7.5t 외측 이음부 400mm 1EA STK490, 7.5t

M20, L=180이상 5EA F10T

구분 단위수량 소재

내측 이음부 400mm 2EA STK490, 7.5t 외측 이음부 400mm 2EA STK490, 7.5t

M20, L=180이상 8EA F10T

(c) 인발이음 실험체(볼트 5EA) (d) 인발이음 실험체(볼트 4EA) 그림 2.11 실험체 제작 계획도면

그림 2.12 제작 완료된 압축 및 인발 실험체

2.4.1.3 이음부 축하중 실험결과

그림 2.12와 같이 제작된 실험체는 한국건설생활환경시험연구원(KCL)에서 압축시험을 수행하였으며, 그림 2.13은 실험 전경이다. 목표하중은 현장시험시공 지역의 지반조사내 용을 토대로 중공형 축 직경 165.2mm, 원판크기 350mm, 400mm, 450mm 적용할 경우 Individual bearing method 방식으로 600.0kN으로 나타났다. 따라서 최대 재하하중은 목 표하중의 약 3배인 1,800.0kN까지 재하되는 것으로 계획하였고, 결과는 표 2.1과 같다.

(a) 실험 중 (b) 실험 완료

그림 2.13 이음부 축하중 실험전경

압축이음부 실험체 실험결과, #1의 경우 허용하중은 863kN, #2의 경우 허용하중은 821kN, #3의 경우 허용하중은 831kN으로 목표하중 600.0kN 이상 나타나 중력그라우트 PL과 내측말뚝 절곡부의 접지면과 직선부 용접에 의해 상부하중의 안전한 하중전달이 가능한 것으로 나타났다.

인발이음부 실험체 실험결과, #1의 경우 허용하중 753kN, #2의 경우 허용하중 774kN, #3의 경우 허용하중 773kN으로 목표하중 500.0kN 이상 나타나 볼트 4EA를 적 용하여도 원활한 하중전달이 가능한 것으로 나타났다.

표 2.1 이음부 축하중 실험 결과

구분 극한하중(kN) 허용하중(kN) 목표하중(kN) 비고

압 축 이 음 부

실험체 #1

(전둘레 용접) 1,725 863 600.0 O.K

실험체 #2

(직선부 용접) 1,642 821 600.0 O.K

실험체 #3

(직선부 용접) 1,663 831 600.0 O.K

인 발 이 음 부

실험체 #1

(볼트 5EA) 1,505 753 500.0 O.K

실험체 #2

(볼트 4EA) 1,547 774 500.0 O.K

실험체 #3

(볼트 4EA) 1,545 773 500.0 O.K