1. 개요
평판재하시험은 널리 사용되고 있으며 이미 많은 실적을 가지고 있는 현장실험이다. 측정방법이나 결과의 평가, 설계에의 적용법 등이 거의 확립되어 있다. 평판재하시험은 얕은기초에서 지반의 지지력을 확인을 위한 시험과 도로나 비행장의 포장두께를 결정하기 위한 평판재하 시험으로 구분되어 있다. 포장설계를 위한 평판재하시험은 반복시험법과 비반복시험법으로 구분하고 있다.
- 얕은 기초 평판재하시험
"확대기초에서 정적하중에 대한 흙의 지지력 시험방법(KS F 2444)" = ASTM D 1194
- 포장설계 평판재하시험
국내 :
"비행장 및 도로 포장의 평가와 설계를 위한 흙과 가요성 포장의 반복 평판재하시험 방법(KSF F 2338)" = ASTM D 1195
"비행장 및 도로 포장의 평가와 설계를 위한 흙과 가요성 포장의 비반복 평판재하시험 방법(KSF F 2339)" = ASTM D 1196
"도로의 평판재하시험 방법(KSF 2310)" : 노상, 노반에서의 지지력 계수 확인
2. 평판재하시험의 목적
- 설계단계에서 추정한 지반의 지지력의 타당성 여부 확인
- 기초지반의 변형특성 및 극한지지력 확인
[유의사항]
1) 평판재하시험 지지판 지름의 2배에 해당하는 깊이까지만 흙에 대한 자료를 제공하고 시간효과를 일부만 고려하는 반면 실제 기초에서는 이보다 깊은 지층까지 응력이 미치게 되어 하부지층이 압축성이 큰 연약점토층일 경우 상부지층이 파괴되기 전에 하부의 연약층이 먼저 파괴되거나, 큰 침하가 발생되기 때문에 실제 기초폭의 2배 이상까지 하부지층을 정확하게 파악하여야 하며 지층이 균질할 경우에만 평판재하시험의 결과를 적용하는 것이 바람직하다.
2) 기초의 지지력 확인을 위한 평판재하시험은 비반복법(1사이클 방식)을 적용하고 있다. 그러나 시험목적이 지반의 지지특성 파악뿐만 아니라 각 하중단계에서의 지반의 변형특성을 파악하기 위해서는 다사이클 시험 방식인 반복법을 적용하는 것이 유리하다.
3. 평판재하시험 장비
- 앵커를 반력으로 이용하는 방법
- 재하보에 사하중을 작용시키는 방법
(반력이 크게 필요하지 않는 경우에는 현장에서 운용 중인 대형 백호나 덤프트럭에 화물을 적재하여 반력으로 이용하기도 함.)
1) 재하장치
(1) 지지판(bearing plate) : 재하 하중이 등분포가 될 수 있는 25mm 이상, 지름 30~75cm의 원형철판을 이용(주로 30cm). 지반에 자갈이 섞여 있는 경우는 자갈의 크기가 지지판의 치수에 비해 과대하게 되지 않도록 한다. 그리고 지지판이 놓이는 시험지반 표면은 반드시 평활하게 정리하여야 한다(필요에 따라 석고, 가는 모래 또는 시멘트 페이스트로 마무리).
(2) 유압잭(hydraulic jack) : 수동식 또는 전동식 유압잭을 사용(최대용량 50톤 이상, 시험하중의 120%이상)
2) 반력장치
사하중이나 앵커 등으로 최대하중의 120%이상의 반력을 얻을 수 있어야 한다. 앵커체를 이용할 경우에는 앵커시공에 따른 지반의 교란 및 응력간섭 등을 고려하여 접지점은 재하판 중심에서 1.5m 이상(재하판 지름의 5배) 이격하여 대칭으로 배치하는 것이 일반적이다.
3) 계측장치
(1) 하중계 : 하중계의 용량은 최대시험 하중의 120~200%
(2) 변위계 : 정밀도는 1/100mm로 하며, 최대 측정가능한 변위는 예상침하량 이상이어야함.
4. 평판재하시험 방법
1) 하중증가
- 하중제어방식 : 하중을 단계적으로 재하하여 각 하중단계마다 침하를 측정. 일반적인 방법. 하중 증가는 예상지지력의 1/5이 넘지 않는 하중으로 나누어 지반에 하중을 가하며 이때 각 단계별 하중은 10t/m2을 초과해서는 안된다.
- 침하제어방식 : 하중을 일정속도로 재하하면 서 각 침하량마다의 하중을 측정.
2) 재하시간
각 단계별 하중을 가하는 시간은 15분 이상 경과되어야 하며 침하가 중지하거나 침하 비율이 일정할 때까지 재하를 가하여야 한다. 이때 처음에 결정된 재하시간은 모든 하중 단계에서 동일하게 적용하여야 한다.
3) 침하측정
침하량 측정은 하중 증가 바로 전과 직후, 하중이 일정하게 유지되는 동안 동일한 시간 간격으로 6회 이상 측정하여야 한다.
침하측정은 침하율이 일정하게 되던가, 재하하중이 시험기의 용량을 초과하게 될 때까지 시험을 계속한다. 최종 하중에 대한 침하측정이 완료되면 하중을 제거하고 탄성반동(rebound)이 일어나지 않을 때까지 침하를 측정한다.
반복법을 적용하는 경우에는 각 하중단계에서 재하 및 제하 후 재재하의 과정을 5분간격으로 실시하여 회복량(소성변형량)을 기록한다.