1. 추진목적
1) 교량 하부기초 "매입말뚝"에 한계상태설계법 적용을 위한 기준 정립
- 우리공사와 LH의 협동연구 결과를 반영하여 매입말뚝에 대한 한계상태설계법 기준 정립 및 국가 설계기준으로 반영 추진
▶ 설계법 비교
✓ 허용응력설계법(ASD) : 매입말뚝 적용
구조물 내의 응력이 허용응력을 넘지 않도록 설계, 부재, 하중 특성 미고려
✓ 한계상태설계법(LRFD) : 매입말뚝 外 교량 전체 적용
구조물의 부재별 특성을 고려하여, 하중특성, 재료특성 고려 설계
2) 국내 지반조건 및 시공법에 적합한 합리적인 지지력 산정식 반영을 통해 말뚝설계 효율화 도모
2. 현 상황 및 문제점
1) 매입말뚝 설계법 관련
▶ 2015년부터 도로교에 한계상태설계법을 적용 중이나, "매입말뚝"은 관련기준이 없어 허용응력설계법을 적용함에 따라 설계법 이원화
▶ 매입말뚝은 국내와 일본에서 특화된 공법으로 한계상태설계법은 유럽·미국 기준을 준용함에 따라 한계상태설계법에는 매입말뚝 관련 기준이 없음
- 동일 교량에서 설계법이 상이하게 적용됨에 따른 불합리 발생
도로교 기준이 한계상태설계법으로 개정되면서, 차량 활하중 기준 변경
DB-24[43ton] → KL-510[51ton] 상부하중 약 5% 증가, 말뚝본수 증가
2) 매입말뚝 지지력 산정식 관련
- 우리나라는 일본과 지반조건 및 시공법이 상이함에도 일본과 유사한 지지력식을 적용함에 따라 일관되게 보수적인 결과 도출
[국 내]
선단지지층 : N>50, 단단한 풍화토, 풍화암
선단처리 : 주로 원지반 안착(경타)
[일 본]
선단지지층 : N<50, 토사층
선단처리 : 선단근고액 양생
- 2017년 기준 시공중인 교량에 대한 지지력 시험 분석결과, 1,649개 말뚝 중 1,579개 말뚝(96%)에서 "선단지지력" 만으로 소요지지력 만족
- 국내 지반조건과 시공법을 고려하여 지지력 공식 개선 필요
3. 매입말뚝 한계상태설계법 적용방안
1) 연직 지지력
▶ "강관말뚝"과 "복합/합성말뚝"의 설계법 차등 적용(선단조건 상이)
▶ 국내 지반시험에 대한 연구결과를 반영, "설계지지력" 상향
◎ 단위면적당 지지력 산정식
◎ 매입말뚝 저항계수 (동재하시험으로 품질관리, 신뢰도 지수 2.33)
2) 수평지지력
◎ 수평방향 지지력 산정 : "허용응력설계법" 적용
매입말뚝에 대한 "수평방향 저항계수" 등 기존 연구·설계기준에서 정립되지 않은 사항은 잠정적으로 기존설계법(허용응력설계법) 기준을 적용하며, 향후 국내·외 관련 연구성과가 축적되면 이를 반영토록 함.
◎ 허용응력설계법 병행 적용 근거
✔ FHWA HI-98-032 : Load and Resistance Factor Design(LRFD) for Highway Bridge Substructures
9.3.3 Lateral Resistance(A10.7.3.8, A10.7.3.11)
Method used for ASD to estimate the lateral resistance of a single pile or pile group can also be used for LRFD.
✔ 도로교설계기준(한계상태설계법) 해설_2015(p. 7-27)
표 7.5.1에서 7.5.1에 나타낸 저항계수는 통계자료를 이용할 수 있는 경우에 대하여 신뢰성 이론과 공학적 판단에 의해 산정되었다. 자료가 신뢰성 이론으로 보정하기에 충분치 않은 경우에는 LRFD 방법을 이용한 설계사 ASD 방법을 이용한 설계와 일치하도록 저항계수를 결정할 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 Barker(1991)을 참고할 수 있다.
◎ 수평방향 지지력 검토[허용응력설계법] 시 하중조합
✔ 상 시 : "사용한계상태" 하중조합
✔ 지진시 : 도로교설계기준(2010) "6.4.7.2항"의 하중조합
3) 말뚝본체 구조설계
◎ 말뚝본체의 구조설계 : "한계상태설계법(도로교설계기준)" 적용
4. 지지력 평가 및 관리 방안
■ 현장지지력 시험방법 개선
◎ 한계상태설계법을 적용할 경우, 지지력 확인시험 "1회" 추가 시행
✓ 품질확인용 동재하시험(Restrike)을 1 회 추가하여 품질관리 강화
◎ 동재하 시험 결과에 따른 현장 지지력의 적정성 판단 방법
• 동재하 시험은 산정된 지지력을 극한지지력으로 간주하고, 여기에 안전율(통상 2.5)을 적용하여 허용지지력으로 판정
• 동재하 시험 결과는 설계도서에 명기된 "사용한계상태" 지지력과 비교
• 설계도서(구조물도)에 "사용한계상태" 하중 별도 명시
◎ 동재하시험(Restrike) "확인 및 분석(PS단가 설계반영 중)"은 미시행
5. 동재하시험[EOID，Restrike] 시행 방법
◎ 동재하 시험 관련 규정(구조물기초 설계기준, 2016)
① 시공중 동재하 시험(E.O.I.D)
: 지반조건에 큰 변화가 없는 경우, 전체 말뚝의 1%이상 실시(말뚝이 100개 미만인 경우에도 최소 1개)
② 재항타 동재하시험(Restrike Test)
: 시간경과효과 확인을 위하여 지반조건에 따라 시공 후 일정한 시간이 경과한 후 재항타 동재하 시험을 실시, 시험빈도는 "①"항에서 정한 수량으로 함
③ 본시공 말뚝에 대한 품질확인 목적의 재항타동재하 시험
: 시공이 완료되면 본시공 말뚝에 대해서 품질확인 목적으로 재항타동재하시험을 실시하여야 하며, 시험빈도는 "①"항에서 정한 수량으로 함
◎ E.O.I.D 시행말뚝의 지지력이 설계지지력의 100%이상인 경우 또는 E.O.I.D 시행말뚝 중 일부만 설계지지력의 100%이상인 경우
◎ E.O.I.D 시행말뚝의 지지력이 모두 설계지지력의 80%이상 ~ 100%미만 인 경우
[재항타 동재하시험 시행방법 예시(말뚝본수 80본 이하인 경우)]
① E.O.I.D 대상 말뚝이 모두 설계지지력의 100%이상인 경우
→ EOID 대상말뚝 2개소 중 1개소만 리스트라이크 시행
→ 감독원이 임의 지정한 위치에 품질확인용 시험 2회 시행
② E.O.I.D 대상 말뚝 중 일부만 설계지지력의 100%이상인 경우
→ EOID 대상말뚝 2개소 중 말뚝지지력이 100% 이하인 말뚝은 리스트라이크 시행, 100% 이상인 말뚝은 리스트라이크 미시행
→ 감독원이 임의 지정한 위치에 품질확인용 시험 2회 시행
③ E.O.I.D 대상 말뚝이 모두 설계지지력의 80%이상 100%미만인 경우
→ EOID 대상말뚝 2개소 모두 리스트라이크 시행
→ 감독원이 임의 지정한 위치에 품질확인용 시험 1회 시행
6. 기 대 효 과
■ 교량 설계법 일원화로 구조물 설계 신뢰도 향상
■ 국내 지반여건을 반영한 최적설계로 공사비 절감
■ "국가설계기준"으로 반영하여 말뚝기초 기술향상 유도
7. 원본 다운로드