내부 콘 항타를 적용한 사질토에 설치된 헬리컬 파일의 군말뚝 거동 분석 :Analysis of group behavior of helical piles in sands with inner cone penetration

이준호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이준호 (인천대학교, 인천대학교 대학원)

지도교수: 김동욱

발행연도: 2018

저작권: 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

내부 콘 항타를 적용한 사질토에 설치된 헬리컬 파일의 군말뚝 거동 분석

이준호 건설환경공학과 2018.01 학위논문

2017

내부 콘 항타를 적용한 헬리컬 파일의 지지력 및 시공성 분석

이준호 , 이기철 , 김동욱 한국지반신소재학회 논문집 2017.12 학술저널

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헬리컬 파일(helical pile)은 고강도 강관으로 제작된 축(shaft)에 한 개 이상의 나선형 원판(helix plate)을 부착한 말뚝기초로서, 나선형 원판이 흙에 회전 관입되면 발생되는 추진력으로 설치된다. 헬리컬 파일은 아주 큰 축하중에 대응하기는 힘들지만 적정크기의 축하중에 대해서는 효율적으로 시공된다. 헬리컬 파일은 항타말뚝(driven pile)처럼 소음과 진동이 크게 발생하지 않고 소형인 회전 관입기(torque machine)로 설치가 가능하다는 장점이 있다. 또한 헬리컬 파일은 일반 기성말뚝에 비하여 인발 저항력이 크기 때문에 군말뚝 형식으로 설치될 경우, 수평력 또는 모멘트가 지배적일 경우 사용하기에 적합한 기초형식이다.
헬리컬 파일은 현재 기존 건물의 보강 기초, 태양광발전기 기초, 송전탑 기초, 교량 기초로 많이 사용되고 캐나다 지역에 분포되어 있는 오일샌드 현장에서 시공되는 등 쓰임새가 다양하다. 하지만 국내의 경우 화강풍화토 또는 연암이 지지층인 지반으로 구성되어 있어 헬리컬 파일 사용이 다른 말뚝에 비해 상대적으로 적고, 헬리컬 파일에 관련된 연구 또한 해외 연구에 비하여 상대적으로 부족한 실정이다.
본 연구는 다양한 방면으로 사용성이 우수한 헬리컬 파일의 활용성을 증대하기 위하여 새로운 형식의 헬리컬 파일인 헬리컬 파일 축내부 콘 항타를 적용한 군말뚝 형식의 신형식 기초를 고안하였다. 군말뚝 형식의 신형식 기초의 거동을 분석하기 위하여 단일 헬리컬 파일 실험을 수행하였다. 단일 헬리컬 파일 실험 조건으로 헬리컬 파일의 나선형 원판 간격, 축 내부 콘 장비 설치, 관입 시 재하하중, 관입 시 회전속도를 변화시켜가며 설치된 헬리컬 파일에 대한 재하시험을 하였다. 실험결과에 따르면 헬리컬 파일 내부 콘 항타 적용, 관입 시 재하하중 증가, 관입 시 회전속도 증가한 경우에서 헬리컬 파일 극한하중이 증가하였다.
군말뚝 형식의 신형식 기초 실험은 신형식 기초 연결체 중심으로부터 나선형 원판 간격이 50 mm인 헬리컬 파일과 나선형 원판 간격이 150 mm인 헬리컬 파일을 개별 중심까지의 거리가 150 mm, 250 mm, 300 mm, 450 mm, 600 mm, 800 mm인 경우에 대하여 재하시험 하였다. 실험 결과 신형식 기초 연결체 중심으로부터 개별 헬리컬 파일 중심까지의 거리가 나선형 원판 간격이 50 mm일 경우 250 mm에서 가장 큰 극한하중을 보였고, 나선형 원판 간격이 150 mm일 경우 300 mm에서 가장 큰 극한하중을 보였다.

Helical pile is a pile with multiple helix plate attached to a shaft made of high strength steel pipe. The helical pile is installed in the propulsive force generated when the helix plate rotates the soil. The helical pile has an advantage that it is possible to install a torque machine which does not generate much noise and vibration as driven pile. In addition, the helical pile is a basic form suitable for use when horizontal force or moment is dominant when installing in a group pile form, since the helical pile has higher resistance to pull out than precast piles.
Helical pile is currently widely used as reinforcing foundations for existing buildings, foundations for photovoltaic power generators, foundations for a power line tower, bridge foundation and so on. However, the use of helical piles is relatively small compared to other piles, as most of the ground in Korea is made up of weathered bedrock and hard rock. As a result, Korean studies related to helical pile is also relatively lacking compared to overseas studies.
In this study, in order to increase the usability of a helical pile in ease of use, we devised a new type foundation in a group piles format that applied a new format helical pile with inner cone penetration. In order to analyze the behavior of the new style foundation in group piles form, a single helical pile experiment was conducted. Single helical pile loading test conditions are helix plate pitch, presence or absence of cone equipment, weight of penetration device, penetration speed. In the new type pile experiment of the group piles form, a helical pile with a helix plate interval of 50 mm and a helical pile with a helix plate interval of 150 mm are separated from the center of the new type pile connection to a distance of 150 mm, 250 mm, 300 mm, 450 mm, 600 mm, 800 mm. Experimental results, when the helix plate interval is 50 mm, the maximum ultimate load was shown at 250 mm from the center of the new type foundation connection. And when the helix plate interval is 150 mm, the maximum ultimate load was shown at 300 mm from the center of the new type foundation connection.

제 1 장 서 론 1
1.1. 연구 배경 및 목적 1
1.2. 연구 동향 2
1.3. 연구 내용 및 방법 3
제 2 장 이론적 배경 4
2.1. 헬리컬 파일 지지력 산정 이론식 4
2.1.1 Individual bearing method 6
2.1.2 Cylindrical shear method 9
2.1.3 Torque correlation method 10
2.2. 재하시험 종류 12
2.2.1 표준재하 시험방법 12
2.2.2 급속하중재하 시험방법 13
2.2.3 반복하중재하 시험방법 14
2.2.4 하중증가평형 시험방법 14
2.3. 재하시험 분석 방법 14
2.3.1. 하중(P) ? 침하량(S) 곡선 분석법 15
2.3.2. Log P ? Log S 곡선 분석법 15
2.3.3. S ? Log T 곡선 분석법 16
2.3.4. Chin’s criterion(1970) 17
2.3.5. 말뚝 직경 10% 침하량에 근거한 극한하중 분석 18
2.3.6. Davisson’s criterion(1972, 1975) 18
제 3 장 헬리컬 파일 모형실험 20
3.1. 실험 장비 20
3.1.1. 토조 20
3.1.2. 지반조성 장비 22
3.1.3. 헬리컬 파일 24
3.1.4. 콘 관입 장비 25
3.1.5. 헬리컬 파일 회전관입 장치 26
3.1.6 재하시험 장비 27
3.2. 실험 지반 조성 28
3.2.1. 사용 흙 시료의 기본 물성 시험 29
3.2.2. 실험 지반 조성 33
제 4 장 단일 헬리컬 파일 거동 분석 37
4.1. 단일 헬리컬 파일 실험 37
4.1.1 단일 헬리컬 파일 실험 개요 37
4.1.2 단일 헬리컬 파일 실험 조건 37
4.1.3 단일 헬리컬 파일 실험 방법 38
4.2. 단일 헬리컬 파일 재하시험 결과 40
4.2.1 Davisson’s criterion에 의한 극한하중 분석 40
4.2.2 말뚝 직경 10% 침하량 분석법에 의한 극한하중 분석 43
4.3. 단일 헬리컬 파일 재하시험 데이터 분석 46
4.3.1 단일 헬리컬 파일 극한하중 분석 46
4.3.2 단일 헬리컬 파일 실험 조건별 관입시간 분석 50
제 5 장 군말뚝 형식의 신형식 기초 거동 분석 52
5.1. 군말뚝 형식의 신형식 기초 실험 52
5.1.1 군말뚝 형식의 신형식 기초 실험 개요 52
5.1.2 군말뚝 형식의 신형식 기초 실험 조건 52
5.1.3 군말뚝 형식의 신형식 기초 실험 방법 54
5.2. 군말뚝 형식의 신형식 기초 재하시험 결과 55
5.2.1 Davisson’s criterion에 의한 극한하중 분석 55
5.2.2 말뚝 직경 10% 침하량 분석법에 의한 극한하중 분석 58
5.3. 군말뚝 형식의 신형식 기초 재하시험 데이터 분석 61
5.3.1 단일 헬리컬 파일과 신형식 기초 극한하중 비교 61
5.3.2 중앙지점으로부터 거리별 극한하중 비교 65
제 6 장 결 론 67
참 고 문 헌 70

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