수치해석을 통한 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면부 거동특성 분석 및 설계차트 제시

Numerical Analyses on the Behavioral Characteristics of Side of Drilled Shafts in Rocks and Suggestion of Design Charts

현장타설말뚝이 주면저항력에 의해서만 지지되는 상황은 천공홀 바닥을 청소할 수 없어서 선단부 지지력의 반현 여부를 확신할 수 없을 때이다. 반대로, 신선한 기반암이 낮은 강도의 상부 재료 하부에 있는 경우는 암반에서의 선단지지력만으로 상부 하중을 지탱할 수 있으며, 상부 재료에서는 지지력 발현을 기대하지 않아도 된다. 그러나 신선암에서 일정 깊이 천공을 실시한 경우, 현장타설말뚝은 주면저항력과 선단지지력 모두를 기대할 수 있다. 암반에 근입된 현장타설말뚝의 거동에 관한 이론적 연구와 현장 시험을 통하여 작용 하중의 대부분이 통상 주면저항력에 의해서 지지되게 된다는 사실이 알려져 있다. 암-콘크리트 접촉면에서의 수직응력은 두 가지 기구에 의해 증가하게 된다. 먼저, 말뚝 상부에 작용하는 압축하중에 의해서 콘크리트는 탄성 다이레이션이 발생하고 두 번째로 거친 천공홀 표면에서 전단 변위를 통해서 접촉면의 역학적 다이레이션이 발생되게 된다. 수직 변위에 대한 근입부 주변 물질의 강성도가 일정하면, 작용하중이 증가함에 따라서 수직응력은 증가하게 되며 따라서, 전단강도의 증가 현상이 발생하게 된다. 본 연구에서는 수치해석을 통하여 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면부 거동특성을 조사하였다. 또한, 두부의 하중-침하량(선단부 침하량+말뚝의 탄성변형량) 관계가 비선형성을 띠는 원인 및 파괴기구를 충분히 조사함으로써 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력에 영향을 미치는 요소들을 모두 고려하여 국내 풍화암 및 연암에 근입되는 현장타설말뚝의 설계차트를 제시하고 이를 검증하였다.

Situations where support is provided solely in shaft resistance of drilled shafts are where the base of the drilled hole cannot be cleaned so that it is uncertain that any end bearing support will be developed. Alternatively, where sound bed rock underlies low strength overburden material, it may be possible to achieve the required support in end bearing on the rock only, and assume that no support is developed in the overburden. However, where the drilled shaft is drilled some depth into sound rock, a combination of side wall resistance and end bearing can be assumed. Both theoretical and field studies of the performance of rock socketed drilled shafts show that the major portion of applied load is usually carried in side wall resistance. Normal stress at the rock-concrete interface is induced by two mechanisms. First, application of a compressive load on the top of the pile results in elastic dilation of the concrete, and second, shear displacement at the rough surface of the drilled hole results in mechanical dilation of the interface. If the stiffness of the material surrounding the socket with respect to normal displacement is constant, then the normal stress will increase with increasing applied load, and there will be a corresponding increase in the shear strength. In this study, the numerical analyses are carried out to investigate the behavioral characteristics of side of rock socketed drilled shafts. The cause of non-linear head load-settlement relationship and failure mechanism at side are also investigated properly and the design charts are suggested and verified for the leading to greater efficiency and reliability in the pile design.