1. SPT 영향요소
표준관입시험(Standard Penetration Test, 이하 SPT)의 N값에 영향을 미치는 요소는 해머의 에너지 효율을 비롯하여 여러 가지가 있다. 에너지 효율 자체도 해머 종류, 해머 인양 및 낙하 방식, 로프 및 강선 등 부속 도구의 상태 등 시험장비에 의한 요인과 시험자의 숙련도, 시험에 임하는 자세, 시험 환경 등 인위적인 요인에 따라 크게 달라진다.
인위적인 요인을 제거한 정상적인 조건에서 표준관입시험을 수행할 경우 N값의 가장 큰 영향요인은 해머의 타격 에너지 비라고 할 수 있으며, 이 외에 SPT 결과에 영향을 주는 대표적인 요소를 정리하면 다음과 같다.
1) 시추공 바닥면 상태
슬라임 처리 상태, 교란 정도에 따라 관입량과 타격 수가 달라진다. 또한 시추공의 직경이 커질수록 N값도 증가한다. 시추공의 직경은 10cm 이내가 바람직하다.
2) 샘플러의 위치
시험공 내의 샘플러 위치가 부적절할 경우 타격 수에 영향을 준다. 케이싱 선단이 샘플러보다 아래에 있게 되면 사질토에서는 N값이 증가하게 되며, 점성토에서는 감소한다.
3) 시추공 내 지하수위
사질토의 경우 시추공 내 정수압이 지하수위보다 낮으면 N값이 증가한다.
4) 슈의 상태
낡은 슈를 사용하거나, 샘플러가 자갈 등으로 막히게 되면 N값이 증가한다.
5) 롯드
규정 이상의 무거운 롯드를 사용하면 롯드가 타격 에너지를 많이 흡수하여 N값이 증가한다. 롯드가 짧을 경우(통상 10m 이내)은 압축파가 샘플러에 도달하기 전에 인장파와 중첩되어 에너지 감소가 발생하므로 N값이 증가한다.
6) 라이너 및 볼 밸브 유무
라이너가 없는 경우 N값이 감소한다(국내에서는 라이너를 거의 사용하지 않음). 점토층에서 신속한 굴진을 위해 볼 밸브가 없는 샘플러를 관입시키는 경우도 시험결과에 영향을 준다.
7) 관입지반의 배수 조건
지층 종류와 배수/비배수 조건에 따라 N-값에 차이 발생
8) 상재압력
상재하중의 크기에 따라 N값에 차이 발생
2. SPT N값 보정 방법
N값에 미치는 영향요인은 매우 다양하여 충분히 반영하기란 쉽지 않지만 일관성 있고 합리적인 지반평가와 설계의 내실화 및 최적화를 위해서는 일부 영향요인에 대한 N값의 보정이 필수적이다.
1) N값 보정 원칙
o 해머의 타격 에너지 효율(에너지 비)에 대한 보정은 반드시 포함. 가장 중요하며, 실제 사용되는 장비별로 동재하시험 등으로 확인하여 적용하여야 함.
o 국내에서 검증되지 않은 항목에 대해서는 보정 유보
o 적용 대상 설계법, 경험식에 따라 보정의 필요성을 사전 판단
o 적용 설계법에 따라 이미 N값의 보정효과가 포함된 경우가 있음
2) N값 보정식
N값 보정 항목은 다양하나, 일반적으로 가장 큰 영향인자인 해머 종류별 에너지 효율을 포함하여, 유효상재하중, 롯드(Rod) 길이, 샘플러 종류, 시추공 직경 등 5가지가 대표적이다.
N'60 = N × Cn × n1 × n2 × n3 × n4
여기서, N'60 : 해머효율 60%로 보정한 N값
N : 각 장비별 표준관입시험결과
Cn : 유효응력에 대한 보정(사질토에 대해서 수행)
n1 : 해머의 에너지효율 보정계수
n2 : 롯드길이 보정계수
n3 : 샘플러 종류에 대한 보정계수
n4 : 공경에 대한 보정계수
에너지 효율과 N값이 선형 관계를 유지하므로 n1값은 다음과 같이 정해진다.
n1 = 측정된 효율 / 60 (국제표준에너지비를 60%로 함)
유효상재하중에 대한 보정은 시험 위치의 유효상재압력을 lkg/cm2에 대한 값으로 다음 식 (Liao and Withman, 1986)과 같이 보정한다. 이 부분 보정은 N 값을 이용하여 액상화 평가를 하는 경우 외에는 생략하는 것이 적절할 수도 있다.
Cn = (1/P')0.5 P' : 시험위치의 유효상재압력(kg/cm2)
국내에서는 장비 종류별로 통계적으로 분류된 해머효율에 대한 보정 국내연구결과도 있지만 문헌에 제시된 값을 일률적으로 인용하여 적용하는 것은 적절하지 않다. 일반적으로 많이 쓰이는 자동형의 경우 평균적으로 국제표준에너지비 60%보다 작기 때문에 이를 설계시 감안하여야 한다.
- 도넛형 해머효율 : 46%
- Safety형 해머효율 : 65%
- 자동형 해머효율 : 54%
롯드 길이에 따른 보정계수 n2 (Skempton, 1986)
- 앤빌 아래의 롯드 길이가 10m보다 작으면 N값이 과다 측정된다.
- 롯드 길이 3~4m : 0.75
- 롯드 길이 4~6m : 0.85
- 롯드 길이 6~10m : 0.95
- 롯드 길이 10m : 1.00
샘플러 종류별 보정계수 n3 (Skempton, 1986)
라이너가 없으면 N치가 작게 측정된다.
- 라이너가 없는 경우 : 1.2
- 라이너가 있는 경우 : 1.0
시추공의 직경에 따른 보정계수 n4 (Skempton, 1986)
- 굴착홀이 크면 현장에서의 N치가 작게 측정된다.
- 굴착홀 직경 65~115 mm : 1.00
- 굴착홀 직경 150 mm : 1.05
- 굴착홀 직경 200 mm : 1.15