Parametric Study on the Lateral Resistance of Offshore Piles with Enlarged Upper Section

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상부단면 확대형 해상 말뚝의 횡방향 지지 성능에 미치는 변수 연구 Parametric Study on the Lateral Resistance of Offshore Piles with

Enlarged Upper Section

장인성*·권오순*·정영훈**·윤희정*

In-Sung Jang, O-Soon Kwon, Young-Hoon Jung** and Hee-Jung Youn*

요 지 : 말뚝 상부에서 수평력 대부분을 저항한다는 매커니즘을 활용하여, 횡방향 하중이 대부분인 항만 및 해 양구조물에 효율적으로 적용할 수 있는 새로운 말뚝 형식을 고안하였다. 이번 연구에서는 버켓 기초식 보강기법, 팽 이 기초식 보강기법, 그라우팅식 보강기법 등 3가지 형태의 보강기법을 활용한 상부 확대형 횡방향 지지 증대 말 뚝에 대한 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 이를 통해 지반의 종류를 비롯하여, 각 보강 기법의 종류, 말뚝의 종 류 및 길이, 지반의 심도 등 다양한 변수가 말뚝의 횡방향 지지 거동에 미치는 영향을 검토하였다. 해석 결과, 버 켓 기초를 활용한 경우 팽이기초나 그라우팅 기법 등 전반적으로 다른 보강기법을 활용한 경우에 비해 횡방향 지 지력 효율이 상대적으로 가장 뛰어난 것으로 나타난다.

핵심용어 : 상부 확대형 말뚝, 변수 연구, 횡방향 지지력, 버켓 기초, 팽이기초, 그라우팅

Abstract : Pile reinforcement systems with enlarged upper section are newly introduced by using a mechanism that most of horizontal forces are resisted in the upper part of the pile. The new systems are expected to be effectively applicable to the marine structures including port and harbor facilities. In this study, three different reinforcement methods such as bucket pile type, top base pile type, and grouting reinforcement type were utilized in the 3-D.

numerical simulations. The parametric study deals with the effects of various factors including soil types and stratigraphy, reinforcement methods, type and dimension of the pile on the lateral behaviors of the pile. The results show that the reinforcement method with bucket pile is the most efficient one compared to the top base pile type and grouting reinforcement type.

Keywords : piles with enlarged upper section, parametric study, lateral resistance, Bucket pile, top base pile, grouting

1. 서 론

최근 들어 방파제나 안벽과 같은 일반적인 항만 구조물 이 외에도 해상 풍력구조물이나 부유식 구조물, 인공섬 등 다양 한 해양 구조물에 대한 관심과 연구가 증가하고 있다. 특히, 해양 구조물의 입지 조건이 점차적으로 대수심 및 연약지반 으로 바뀌어가고 있는 실정이다. 기존의 항만 및 해양 구조물 의 경우 주로 중력식 구조물을 많이 활용하지만, 지반이 연약 할 경우 상부 구조물의 무게로 인해 연약지반 개량에 많은 경 제적ㆍ환경적 비용이 소요된다는 문제점이 있다. 한편, 중력 식 구조물의 대안으로 시공되는 잔교식 안벽의 경우에는 횡 방향 지지력 확보를 위해 연직 말뚝과 함께 일반적으로 경사 말뚝을 혼용하게 되는데, 이 경우 내진에 대해 상당히 취약한 것으로 알려져 있다.

따라서 권 등(2009)은 말뚝 상부에서 수평력 대부분을 저항

한다는 매커니즘을 활용하여, 횡방향 하중이 대부분인 항만 및 해양구조물에 효율적으로 적용할 수 있는 새로운 말뚝 형식 을 고안하였다. 이러한 형식은 상부 단면만을 증가시켜 효과 적으로 횡방향 하중에 저항하게 하는 구조형식으로 Fig. 1에 나타난 바와 같이, 도넛 형태의 버켓파일을 상부에 장착하는 구조(버켓 기초식 보강기법)와 팽이 형태의 구조를 상부에 장 착하는 구조(팽이 기초식 보강기법), 그리고 상부에 그라우팅 을 하여 말뚝의 단면도 증가시키고 지반의 강성도 증가시키 는 구조 형식(그라우팅식 보강기법)을 가지고 있다. 권 등 (2009)은 이러한 말뚝 형식들에 대해 성능 평가 및 경제성 분 석을 수행한 바 있다.

이번 연구에서는 3가지 형태의 상부 확대형 횡방향 지지 증 대 말뚝을 대상으로, 지반의 종류를 비롯하여, 각 보강 기법 의 종류, 말뚝의 종류 및 길이, 지반의 심도 등 다양한 변수 가 말뚝의 횡방향 지지 거동에 미치는 영향에 대해 검토하였 *한국해양연구원 연안개발ㆍ에너지 연구부(Corresponding author: In Sung Jang, Coastal Development and Ocean Energy Department, KORDI,

Ansan P.O. Box 29, Seoul 425-600, Korea. [email protected])

**경희대학교 토목공학과(Department of civil engineering, Kyung Hee University)

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다. 3차원 유한요소해석을 통해 각 해석 조건에 대한 횡방향 하중-변위 곡선을 구하고, 기준변위에 따른 지지력 개념을 도 입하여 다양한 변수에 따른 결과를 서로 비교·분석하였다.

2. 수치해석 기법

2.1 개요

이번 연구에서는 수치모델링 기법으로 유한요소 범용 프로 그램인 ABAQUS Ver. 6.4를 사용하였으며, 모든 경우에 대하 여 3차원 해석을 수행하였다. 국내 대표적 해상 지반조건 고 려하여 연약 점성토 지반과 느슨한 사질토 지반에 대한 해석 을 각각 수행하였다. 점성토 지반의 경우, 횡방향 재하시 Biot 의 혼합 압밀이론 및 대변형 해석을 수행하였고, 사질토 지반 의 경우에는 Mohr-Coulomb 모델을 활용하였으며 최대한 느 슨한 모래지반을 모사하고자 하였다.

3가지 개념의 보강기법에 대하여 횡방향 지지 성능을 평가 하였으며, 각 개념에 대해 다양한 단면이나 길이 등 여러 가 지 변수 조건에 대한 해석도 함께 수행하였다. 해석을 통해 횡 방향 하중-변위 곡선을 각각 얻었으며, 기준 변위에 따른 횡 방향 지지력을 다양한 형식에 대하여 비교하였다. 또한, 횡방 향 지지력 효율을 산정하여 경제성 분석에 활용하였으며, 이 를 통해 상부 구조물에 따른 최적 단면을 결정하고자 하였다.

2.2 해석 방법

지반의 종류 및 두께, 말뚝 및 보강기법의 종류 등 다양한 조건을 최대한 반영하여 3차원 유한요소 격자망을 구축하였 다. 지반은 연속체 요소를 활용하였는데, 8절점 3차원 연속체

점성토 지반의 경우 Modified Cam-clay(MCC) 모델을 활용 하였고, 정규 압밀 상태로 가정하였다. 그리고 Biot의 혼합 압 밀이론을 이용하여 외부 하중으로 인한 지반의 과잉간극수압 발현 및 압밀 거동을 정확하게 예측하고자 하였다. 사질토 지 반의 경우에는 Mohr-Coulomb 모델을 활용하였다. 지반을 포 함한 다양한 부재의 물성은 아래의 Table 1에 나타나 있다.

이번 해석에서는 콘크리트 말뚝과 강관말뚝을 모두 활용하 였다. 강관말뚝을 3차원적으로 모델링하기 위해서는 쉘요소 (shell)를 사용하여 주변 지반에 포함시켜 해석해야 하지만, 해 석의 편의와 해석 시간 감소를 위해 강관말뚝을 12 mm 두께 의 연속체로 가정하였다. 별도의 해석을 통해 강관말뚝을 철 (steel)의 탄성계수를 가진 쉘요소로 3차원 모델링하고 이에 대 한 수평재하를 실시하여 하중재하곡선을 구하고, 이와 동일한 거동을 보이는 연속체의 등가 탄성계수를 반복계산을 통해 구 하였다. Table 2는 연속체 말뚝의 등가 탄성계수를 정리한 것 이다.

지반의 초기 지중응력 상태가 구현된 이후 말뚝과 보강기 법을 각각 설치하고 횡방향 재하를 실시하였다. 이때 말뚝 및 보강기법의 시공 과정은 이번 모델링에는 고려하지 않았다. 점 성토 지반에 대한 해석에서는 비배수 압밀해석을 수행하였는 데, 이는 재하동안 압밀이 발생하지 않는다는 가정 하에 재하 로 인해 발생하는 과잉간극수압의 영향을 고려하고자 한 것 이다. 사질토 지반에 대한 해석에서는 점성토와는 달리 횡방 향 재하시 배수가 발생하는 배수 조건에 대한 해석을 수행하 였다. 두 가지 지반조건에 대하여 동일하게 변형률 제어 조건 으로 재하하여 횡방향 변위-하중 곡선을 산정하였다.

2.3 해석 종류

Fig. 2~Fig. 4는 버켓 기초식 보강기법(Type 1), 팽이 기초 Fig. 1. Conceptual design of new type pile.

Table 1. Input parameters in numerical simulations Material Elastic modulus

(t/m²)

Drained Poisson’s ratio (v')

MCC model parameter Mohr-Coulomb model parameter

λ k M e0 c(t/m²) φ(o) ψ (o)

Clay - 0.2 0.25 0.05 1.0 1.0 - - -

Sand 300 0.27 - - - - 0.7 25.0 5.0

Rock 5.0E+06 0.2 - - - -

Concrete pile 2.0E+06 0.3 - - - -

Steel pile 2.0E+07 0.1 - - - -

Table 2. Equivalent elastic modulus of continuum pile Pile diameter,

D (m)

Pile length, H (m)

Equivalent elastic modulus, E (kPa)

0.6 18 2.32E+07

0.8 15 1.66E+07

0.8 18 1.82E+07

0.8 21 1.89E+07

1.0 18 1.93E+07

1.2 18 1.30E+07

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식 보강기법(Type 2), 그라우팅식 보강기법(Type 3)에 대한 해 석 개념도를 각각 나타낸 것이고, Table 3~Table 5는 다양한 해석 종류를 표로 정리하여 나타낸 것이다. 표에서 알 수 있

듯이 말뚝의 종류 및 보강 유무, 보강기법의 제원, 말뚝의 길 이 및 직경 등 다양한 조건에 대한 해석을 수행하였다.

비교를 위한 목적으로 각 보강기법에 대해서 기본 조건을 Case 1로 설정하고 이를 바탕으로 각 해석 결과를 비교·분석 하였다. 모든 경우에 대하여 암반에 근입되는 말뚝의 길이는 3 m로 두고 해석하였다.

한편, 팽이 기초식 보강기법(Type 2) 및 그라우팅식 보강기 법(Type 3)에 대한 해석에서는 시공기법을 수치해석에서 모사 하지 않았기 때문에 팽이 기초의 타입과 그라우팅 주입시 주 변 지반의 다짐으로 인한 지반 보강 효과는 포함되지 않았다.

3. 보강기법에 따른 변수 연구

3.1 개요

점성토 지반 및 사질토 지반에 대한 수치해석 결과를 3가 지 Type의 보강기법, 그리고 각 보강기법에 대한 제원을 달리 Fig. 2. Conceptual diagram of bucket pile type reinforcement method

(Type 1).

Table 3. Numerical simulation cases of bucket pile type reinforcement method (Type 1)

Cases Db (m) z (m) D (m) H (m) Pile types Comments

Case 1 4 6 0.8 18 (=15+3) Concrete Basic case

Case 2 4 6 0.8 18 (=15+3) Steel Pile material

Case 3 3 6 0.8 18 (=15+3) Concrete Effect of bucket pile diameter

Case 6 4 4 0.8 18 (=15+3) Concrete Effect of bucket pile length

Case 9 4 6 0.6 18 (=15+3) Concrete Effect of pile diameter

Case 9-2 4 6 0.6 18 (=15+3) Steel Effect of pile material & diameter

Case 10 4 6 1 18 (=15+3) Concrete Effect of pile diameter

Case 11 4 6 1.2 18 (=15+3) Concrete Effect of pile diameter

Case 12 4 6 0.8 15 (=12+3) Concrete Effect of pile length

Case 15 - - 0.8 18 (=15+3) Concrete No reinforcement

*)Db: bucket pile diameter, z: bucket pile length, D: pile diameter, H: pile length(Ref. Fig. 2) Fig. 3. Conceptual diagram of top-base type reinforcement method

(Type 2).

Fig. 4. Conceptual diagram of grouting type reinforcement method (Type 3).

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하여 다양한 Case로 구분하여 결과를 분석하였다. 각 조건에 대하여 횡방향 하중-변위 곡선을 구하였으며, 이를 바탕으로 다양한 변위 조건에 대한 반력(하중)을 지지력 개념으로 두고 결과를 비교하였다.

횡방향 하중을 받는 말뚝 시스템 중 주동말뚝 설계는 허용 수평 변위량에 해당하는 하중의 개념을 활용하거나 허용 수 평지지력의 개념을 활용하는 것으로 구분할 수 있다. 여기서, 변위량에 의한 방법은 Chang(1937) 등이 제시한 바와 같은 선 형의 지반반력법, 지반반력계수의 비선형성을 고려한 비선형 해석법인 p-y 곡선법(Matlock, 1970; Reese et al., 1974), Poulos(1971)와 Budha and Davies(1988) 등이 제시한 탄 성해석법 등으로 정리할 수 있다. 그리고 지지력의 개념을 활용한 방법은 모래지반 및 점성토 지반에 설치되어 수평력 을 받는 말뚝의 휨강성과 근입길이 및 지반 강성에 의해 말 뚝을 분류하고 말뚝의 극한 수평저항을 구하는 방법(Broms, 1964)이 대표적이다.

한편, Naggar and Wei(1999), Patra and Pise(2001), 배종 순 등(2004)은 실내에서 수행된 모형실험을 통해 경사진 형태 의 말뚝을 포함한 다양한 말뚝 형식 및 하중의 방향성 등이 군말뚝 및 단독말뚝의 횡방향 거동에 미치는 영향을 검토한 바 있고, 박영호 등(2001)과 천병식 등(2003)은 현장 수평재하실 험 및 수치해석 등을 통해 강관말뚝 및 H형 말뚝의 횡방향 거 동을 검토한 바 있다.

이번 연구에서는 각 변수 조건에 따른 영향을 상대적으로 분석하기 위해 말뚝의 각변위(=δ_a/H; δ_a: 수평방향 변위, H: 말 뚝의 길이)를 기준으로 해석을 수행하였다. 점성토 및 사질토 지반에 대하여 각 변위 조건은 아래와 같이 설정하였다.

① 0.5 cm(=δ_a/H=0.00028) 조건 : 말뚝 상부의 변위가 미소 하게 발생하였을 때, 즉 0.5 cm 변위가 발생할 때의 반력(초 기 강성)을 각 조건별로 비교검토

② δ_a/H=0.01(약 18 cm) 조건 : 수심을 10 m로, 천단고를 2 m로 가정하고, 천단고의 수평변위가 30 cm일 때의 말뚝 상

Case 1 3.8 4 0.8 18 (=15+3) Steel Basic case

Case 2 3.8 4 0.8 18 (=15+3) Concrete Pile material

Case 3 3.2 4 0.8 18 (=15+3) Steel Effect of top-base diameter

Case 6 3.8 3 0.8 18 (=15+3) Steel Effect of top-base height

Case 9 3.8 4 0.6 18 (=15+3) Steel Effect of pile diameter

Case 12 3.8 4 0.8 15 (=12+3) Steel Effect of pile length

Case 15 - - 0.8 18 (=15+3) Steel No reinforcement

*)Dt=top-base diameter, z=top-base height, D=pile diameter, H=pile length (Ref. Fig. 3) Table 5. Numerical simulation cases of grouting type reinforcement method (Type 3)

Cases Dg (m) z (m) D (m) H (m) Pile types Comments

Case 1 2.8 5 0.8 18 (=15+3) Steel Basic case

Case 2 2.4 5 0.8 18 (=15+3) Steel Effect of grouting diameter

Case 3 2.6 5 0.8 18 (=15+3) Steel Effect of grouting diameter

Case 4 3 5 0.8 18 (=15+3) Steel Effect of grouting diameter

Case 5 2.8 4 0.8 18 (=15+3) Steel Effect of grouting depth

Case 9 2.8 5 1 18 (=15+3) Steel Effect of pile diameter

*)Dg=grouting diameter, z=grouting height, D=pile diameter, H=pile length (Ref. Fig. 4)

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부의 변위를 고려함(선형 변형을 가정).

3.2 버켓 기초식 보강기법(Type 1)에 따른 변수 연구 Fig. 5는 버켓 기초식 보강기법(Type 1)에 대한 해석 결과 를 나타낸 것으로, 점성토 조건과 사질토 조건에 대하여 횡방 향 하중-변위 곡선을 다양한 버켓 기초식 보강기법의 제원에 대하여 보여주고 있다. 말뚝의 각변위(=δ_a/H)가 0.00028일 때 와 0.01일 때에 해당되는 횡방향 지지력을 점성토와 사질토로 구분하여 다양한 해석조건에 대해 비교한 것이 Fig. 6이다.

먼저, 말뚝 종류에 따른 결과를 비교해 보면 지반의 종류와 관계없이 콘크리트 말뚝(Case 1)과 강관말뚝(Case 2)에서 결 과의 차이가 나타나지 않는 것을 알 수 있다. 반면 무보강 조 건(Case 15)과 비교할 경우 지지력이 3배 정도로 크게 증가하 는데, 점성토 지반에 비해 사질토 지반에서 버켓 기초 보강에 따른 지지력 증대 효과가 훨씬 크게 나타났다. 이는 점성토 지

반에 비해 사질토 지반에서 버켓 기초의 활용도가 클 것이라 는 것을 의미한다.

버켓 기초의 제원(직경 및 길이)에 따른 경향을 살펴보면, 지반의 종류나 기준 각변위에 관계없이 버켓 기초의 크기가 커짐에 따라 횡방향 지지 효과가 크게 증가하는 것을 알 수 있다. 특히 버켓 기초의 직경을 크게 하는 것이 길이를 증대 하는 것보다 훨씬 더 큰 지지력 증대 효과를 얻을 수 있는 것 으로 판단된다. 따라서 지지력 효율 측면에서 볼 때, 버켓 기 초의 크기를 크게 하는 것이 좋지만, 경제성 및 시공성 등을 고려하여 보다 효율적인 버켓 기초의 제원을 결정할 필요가 있을 것으로 판단된다.

콘크리트 말뚝의 직경에 따른 결과(Case 1, Case 9~11)를 비교해 보면, D=0.6 m인 Case 9인 경우를 제외하면 콘크리트 말뚝의 직경이 커짐에 따라 지지력이 점차적으로 커지는 경 향을 보이고 있다. 한편, 콘크리트 말뚝의 길이(Case 1, Case

Fig. 5. Lateral load-displacement curve regarding to various reinforcement methods (Type 1).

Fig. 6. Comparison of lateral resistance regarding to various reinforcement methods (Type 1).

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12~14)에 대해서는 Fig. 5의 횡방향 변위-하중 곡선에서는 큰 결과의 차이가 나타나지 않는 것으로 보이지만, Fig. 6의 결 과는 말뚝의 횡방향 변위가 아닌 각변위를 기준으로 하였기 때문에 말뚝의 길이가 길어짐에 따라 각변위 기준 또한 길어 지게 되어 전체적인 지지력 효과가 증대되는 경향을 보이고 있다.

3.3 팽이기초식 보강기법(Type 2)에 따른 변수 연구 말뚝 상부에 팽이기초식 보강기법(Type 2)을 적용한 경우에 대한 횡방향 하중-변위 곡선은 Fig. 7에 나타나 있다. Fig. 8 은 점성토 지반과 사질토 지반으로 구분하여 팽이기초식 보 강기법에 대한 횡방향 지지력을 말뚝의 각변위(=δ_a/H) 조건에 따라 정리한 것이다.

말뚝의 종류에 따른 결과를 비교해 보면, Type 1에서의 결

과와 마찬가지로 지반의 종류와 관계없이 콘크리트 말뚝과 강 관말뚝은 결과의 차이가 나타나지 않는 것을 알 수 있는 반 면 무보강 조건일 때에는 지지력이 크게 떨어지는 것으로 나 타났다.

팽이 기초의 제원(Case 3~8)에 따른 지지력 경향을 비교해 보면, 팽이기초의 직경 및 길이가 증가함에 따라 횡방향 지지 력 또한 증가하는 것으로 나타난다. 강관말뚝 제원에 따른 경 향은 버켓 기초를 활용할 때와 마찬가지로 말뚝의 직경 및 길 이가 커짐에 따라 횡방향 지지 효과가 그만큼 증대되고 있음 을 알 수 있다.

3.4 그라우팅식 보강기법(Type 3)에 따른 변수 연구 Fig. 9와 Fig. 10은 말뚝 상부에 그라우팅 기법을 활용하여 보강한 경우(Type 1)에 대한 해석 결과를 비교한 것으로, 횡 Fig. 7. Lateral load-displacement curve regarding to various reinforcement methods (Type 2).

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방향 하중-변위 곡선과 보강기법의 제원에 대한 횡방향 지지 력을 각각 비교한 것이다.

같은 강관말뚝에 대하여 보강 효과에 따른 경향을 비교 해 보면, 그라우팅으로 보강하였을 경우 점성토에서는 약 2배 정도, 사질토 조건에서는 약 2.5배로 지지력이 증가하 는 것으로 나타났다. 그라우팅 범위(Case 2~7)에 따른 경 향을 살펴보면, 그라우팅 직경보다는 그라우팅 깊이에 따 라 지지력 증대 효과가 더욱 크게 나타나는 것을 알 수 있 다. 따라서 그라우팅 기법을 활용할 경우 그라우팅체의 직 경보다는 말뚝 하부 쪽으로 그라우팅을 적용할 수 있는 방 안을 고려하여야 할 것으로 판단된다. 강관말뚝 직경 및 길 이에 따른 영향(Case 8~13)을 비교해 보면, Type 1이나 Type 2에서와 마찬가지로 말뚝의 직경이 커짐에 따라, 그 리고 길이가 길어짐에 따라 횡방향 지지 효과가 커짐을 알 수 있다.

4. 보강기법에 따른 지지 효율 비교

Fig. 11과 Fig. 12는 점성토 지반 및 사질토 지반에 대하여 보강기법에 따른 결과를 비교하여 나타낸 것이다. 여기에서는 다양한 보강기법에 따른 지지력을 무보강 조건에서의 횡방향 지지력으로 정규화하여 나타내었다. 먼저, 콘크리트 말뚝을 활 용하였을 때의 결과를 나타낸 Fig. 11을 보면, 횡방향 변위가 0.01H(H: 말뚝의 길이) 조건에서 버켓 기초를 활용하였을 경 우 무보강 조건에 비해 약 3배 정도(점성토 지반의 경우 약 2.7 배, 사질토 지반의 경우 약 2.9배) 크게 나타나는 반면, 팽이 기초를 활용하였을 경우(Type 2) 에는 약 2배 정도(점성토 지 반의 경우 약 1.7배, 사질토 지반의 경우 약 2.0배)로 크게 나 타난다. 이렇듯 팽이 기초를 활용하였을 경우에는 버켓 기초 를 활용할 때에 비해 횡방향 지지력이 상대적으로 작게 나타 나는데, 이는 팽이 기초의 크기가 버켓 기초보다 작은 이유도 Fig. 9. Lateral load-displacement curve regarding to various reinforcement methods (Type 3).

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있지만, 이번 수치해석에서 팽이 기초의 설치시 발생하는 지 반 다짐 효과를 제대로 반영하지 못했기 때문인 것으로 판단 된다. 따라서 실제 현장에서는 지반 보강 효과가 수치해석 결 과에 비해 크게 나타날 것으로 예상된다.

한편, 강관말뚝(직경 D=0.8 m)에 대한 해석 결과를 나타낸 Fig. 12를 보면, 그라우팅체나 팽이 기초를 활용할 때보다 버 켓 기초를 활용할 때 지지력 증대 효과가 크게 나타난다. 이 러한 경향이 나타나는 것은 앞서 Fig. 11에서 설명한 바와 같 이 버켓 기초의 보강 범위가 그만큼 크기 때문인 것으로 판단 되며, 실제 현장에서는 그라우팅과 팽이기초 사용시 횡방향 지 지력 증대 효과가 해석 결과보다 크게 나타날 것으로 예상된 다. 보다 효율적인 비교를 위해서는 경제성 및 시공성에 대한 검토가 반드시 수반되어야 할 것이다.

5. 요약 및 결론

횡방향 하중을 주로 받는 해상말뚝의 횡방향 지지력을 증 대시키기 위한 목적으로 3가지 형태의 상부 확대형 횡방향 지 지 증대 말뚝을 개발하였다. 이번 연구는 지반의 종류를 비롯 하여, 각 보강 기법의 종류, 말뚝의 종류 및 길이, 지반의 심 도 등 다양한 변수가 말뚝의 횡방향 지지 거동에 미치는 영 향을 검토하였다. 이에 대한 결과를 정리하면 아래와 같다.

1. 지반의 종류나 기준 각변위에 관계없이 버켓 기초의 크 기가 커짐에 따라 횡방향 지지 효과가 크게 증가하는 것을 알 수 있다. 특히 버켓 기초의 직경을 크게 하는 것이 길이를 증 대하는 것보다 훨씬 더 큰 지지력 증대 효과를 얻을 수 있는 것으로 판단된다.

Fig. 11. Comparison of lateral resistance regarding to reinforcement methods for concrete pile.

Fig. 12. Comparison of lateral resistance regarding to reinforcement for steel pile (D=0.8 m).

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2. 팽이기초를 활용하였을 경우 횡방향 지지력 또한 증가하 지만 버켓 기초에 비해 증가 효율이 크지 않게 나타났다. 이는 팽이 기초의 보강 범위가 상대적으로 작은 이유도 있지만, 수 치해석에서 팽이 기초의 설치시 발생하는 지반 다짐 효과를 제대로 반영하지 못했기 때문인 것으로 판단된다.

3. 그라우팅으로 보강하였을 경우 2배 이상의 지지력 증가 효과가 나타났으며, 그라우팅 직경보다는 그라우팅 깊이에 따 라 지지력 증대 효과가 크게 나타났다.

4. 버켓 기초를 활용한 경우 팽이기초나 그라우팅 기법 등 전반적으로 다른 보강기법을 활용한 경우에 비해 상대적으로 횡방향 지지력 효율이 뛰어난 것으로 나타난다. 하지만, 실제 현장에 적용하기 위해서는 지지력 효율뿐만 아니라 세부적인 경제성 비교를 비롯하여 시공성에 대한 정밀한 검토가 반드 시 수반되어야 할 것으로 판단된다.

감사의 글

이 논문은 한라건설(주)의 연구비 지원과제인 ‘횡방향지지 증대를 위한 상부단면 확대형 해상말뚝 실용화 연구’의 일부이 며, 연구 지원에 감사드립니다.

참고문헌

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원고접수일: 2009년 10월 29일 수정본채택: 2009년 12월 24일 게재확정일: 2010년 1월 3일

Parametric Study on the Lateral Resistance of Offshore Piles with Enlarged Upper Section

상부단면 확대형 해상 말뚝의 횡방향 지지 성능에 미치는 변수 연구 Parametric Study on the Lateral Resistance of Offshore Piles with

Enlarged Upper Section

In-Sung Jang*, O-Soon Kwon*, Young-Hoon Jung** and Hee-Jung Youn*

In-Sung Jang, O-Soon Kwon, Young-Hoon Jung** and Hee-Jung Youn*