0. 본 지침에 앞서, 동재하시험에 대하여
- 말뚝의 동재하시험은 말뚝타격 시에 발생하는 충격파의 전달에 대한 파동방정식을 이론적 근거로 하여 미국 오하이오(Ohio) 주의 케이스 웨스턴(Case Western) 대학교에서 1964년에 개발되었다.
- 이 시험은 말뚝에 변형과 충격파 전달속도를 측정할 수 있는 장치를 한 후에 말뚝이 타격관입되는 과정에서 측정되는 변형과 응력파를 말뚝항타분석기(PDA, Pile Driving Analyzer)로 측정하여 CAPWAP(CAse Pile Wave Analysis Program) 프로그램으로 해석하고 그 결과로부터 말뚝의 지지력, 말뚝에 전달되는 응력분포, 말뚝에 발생하는 압축력과 인장력, 응력파의 전달속도 등의 자료를 얻으며 타격관입 중에 말뚝에 발생하는 이상을 검출해낼 수도 있다. 이외에 네덜란드의 TNO에서도 말뚝의 동재하시험방법을 개발하였으며 이 경우에는 TNO-WAVE프로그램으로 해석된다.
동재하시험의 방법은 ASTM D 4945(2000)는 물론 KS F 2591(2005)에도 등재되었다. 동재하시험의 장점은 다음과 같다.
- 시험 소요시간이 매우 짧다.
- 비용이 비교적 적게 든다.
- 말뚝관입 도중의 어느 시점에서도 말뚝지지력을 알 수 있다.
- 말뚝과 해머의 성능을 동시에 측정할 수 있으므로 합리적 시공관리를 할 수 있다.
- 말뚝타격 시에 발생하는 말뚝의 파괴 여부와 위치를 알 수 있다.
- 깊이별 저항력 분포를 알 수 있다.
- 항타 시와 일정시간이 경과한 후 시간경과에 따른 말뚝지지력 변화를 알 수 있다.
1. 검토목적
□ 말뚝 재하시험 중 기성말뚝에 대해 시행하는 재항타동재하시험(Restrike test, 이하 "재항타 시험") 시행방법에 대한 적정성 검토
□ 국토교통부 감사지적*(재항타 확인·분석 부적정)에 따른 개선 방안 마련
* 2017년 부실시공실태 특정감사 결과 [국토부 감사담당관-3934 (2017. 6.)]
2. 추진경위
□ 2012. 7 : 말뚝기초 설계 최적화 방안 (설계처-1883)
o 시간경과 효과를 고려한 재항타(Restrike) 시험 추가 실시
* E.O.I.D : 시공중 초기 동재하 시험
* Restrike : 재항타 동재하 시험 (시공 후 일정기간 경과 후 시행)
o 신뢰도 향상을 위해 재하시험 결과에 대한 「확인·분석*」실시
* 전문기술사(토질및기초, 토목구조 각 1인)가 수행토록 규정
□ 2015. 4 : 말뚝기초 재하시험 기준 개선 (설계처-1123)
o 「구조물기초 설계기준(2014 개정)」을 반영하여 기성말뚝의 정재하시험 삭제(단, 필요시 현장별 수행), 동재하 시험은 기존 기준 유지
o 동재하시험 전문인력(기술사 등) 투입 및 관리 강화
3. 현 실태 및 문제점
1) 재항타 시험 시행방법
o "E.O.I.D 시행 말뚝"에 대하여 동일 횟수*의 재항타 시험 시행
* 시간경과에 따른 지지력변화를 확인하기 위해서 E.O.I.D를 시행한 말뚝에 대하여 재항타 시험을 시행 [※ 붙임 #1 : 기성말뚝 동재하시험 관련기준]
** 시험방법(예시)
① E.O.I.D 시행말뚝 이외, 본 시공 말뚝에 대한 "품질확인" 필요
*「구조물기초 설계기준」: 2014년 개정 시, 품질확인 목적으로 재항타 시험 시행토록 규정
② E.O.I.D 시험결과 설계지지력의 100%이상 확보된 경우, 재항타 시험 횟수 조정*( "2~4회" → "1~2회" ) 필요
* Relaxation(시간경과에 따른 지지력 감소) 현상은 판상형 풍화암과 포화된 세립토 지반에서 간혹 나타나므로, 1∼2회 시험으로 판단 가능
2) 재항타 시험결과의 활용
o 말뚝 재하시험 비용은 상당*한 반면, 시험결과의 활용은 미흡
- 주로 "지지력 확인" 목적으로 시행, 자료분석·관리 및 활용 미흡
* [◎ 공구] 말뚝시공비(2,122백만원), 시험비(315백만원) ☞ 시험비 비율 15%
* [▣ 공구] 말뚝시공비(2,387백만원), 시험비(459백만원) ☞ 시험비 비율 19%
o 설계지지력이 확보되었다는 사유로, 재항타 시험결과에 대한 "확인·분석" 미시행
- 대부분의 현장에서 선단지지력(E.O.I.D 시험)만으로 설계지지력을 만족하고 있어, 現 지지력 산정방식에 대한 신뢰성 개선* 필요
* 현 말뚝설계는 예비설계단계로서 지반여건이 반영되는 설계가 아님에도, 재하시험결과와 연계 및 FeedBack 과정 없이 일률적으로 사용되고 있음
- "확인·분석"에 대한 과업내용서 부재, 현장별로 일관된 결과 도출 곤란
✓ 신뢰도 확보가 가능한 방식의 재항타 시험 "확인·분석" 시행으로 국내 지반여건에 맞는 지지력 공식 개발 등 개선 필요
3) 재항타 시험 설계단가
o "설계금액(표준품셈)" 대비 "실 소요금액(견적)"의 차이 발생
✓ 실제 투입되는 시험장비(이동식 항타장비 등)를 반영하여, 재하시험비 설계단가 산출 필요
4. 개선방안
1) 재항타 시험 시행방법 개선, 말뚝 품질수준 향상 도모
o E.O.I.D 시행말뚝의 지지력이 설계지지력의 100%이상인 경우
✓ 재항타시험(횟수 조정) + 품질확인用 동재하시험(조정횟수만큼 추가)
o E.O.I.D 시행말뚝의 지지력이 모두 설계지지력의 80%이상 100%미만 인 경우
E.O.I.D 시행말뚝 모두 재항타* 시험 시행 ("현 기준" 대로 시행)
* 재항타 시험에서 지지력 미확보 시, 추가시험(정재하 등)을 통한 지지력 확인
⇨ 최종 지지력 확보가 곤란한 것으로 판단된 경우 지지력 향상방안 검토 조치
* 재항타 시험 시행방법 : "붙임 #2" 참조
2) "재항타시험 확인·분석" 시행기준 정립
o "확인·분석" 시행 가이드라인 마련 연구용역 시행
- 시행목적 : "재항타 시험 확인ㆍ분석" 시행 절차 및 과업내용에 대한 "가이드라인" 마련과 "표준보고서" 작성
- 기간/소요예산 : '17. 10 ~ '18. 3 [5개월] / 20백만원 (VAT별도)
- 시행방법 : 양평-이천 실시설계용역에 특별과업*으로 설계변경
* 국토부 감사지적 후속조치 필요로 조속한 결과도출 필요
o 국내 지반여건에 맞는 지지력 공식 개발
- 일정기간 데이터 축적 후 국내 지반여건에 맞는 지지력 공식* 개발
* 연구용역 추진 (추진단계에서 별도계획 수립)
3) 재항타 시험비용 합리적 설계 적용
o 설계단계에서 최소 "2개 이상"의 견적을 받아 평균가격 반영
- 견적조건 : 이동식 항타장비, 하이드로크레인, 재항타시험비용
- 시행방법 : 관련방침[견적단가 설계적용방안 검토(2015. 7, 설계처)] 절차 준수
5. 참고사항(기존 동재하시험 수량 기준)
- 말뚝의 지지력은 말뚝을 시공한 시점으로부터 시간경과 효과에 의해 경과한 시간에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 또한 매입말뚝의 지지력은 말뚝을 시공한 시점으로부터 양생에 의해 지지력이 달라질 수 있다. 따라서 시공되는 말뚝의 품질을 확인하고 구조물의 안전을 기하기 위해서는 이와 같은 지지력의 변화를 반드시 검증하여야 한다. 시간경과효과 및 양생으로 인한 지지력의 변화를 확인하기 위해서 시공 중 동재하시험(end of initial driving test)이 실시된 말뚝에 대하여 일정한 시간(가급적이면 1~2주일)이 경과한 시점에서 재항타 동재하시험(restrike test)이 이루어져야 한다.
① 시공 중 동재하시험(end of initial driving test)은 시공장비의 성능 확인, 장비의 적합성 판정, 지반조건 확인, 말뚝의 건전도 판정, 지지력 확인 등을 목적으로 실시한다. 재하시험 수량은 지반조건에 큰 변화가 없는 경우 전체 말뚝 개수의 1% 이상(말뚝이 100개 미만인 경우에도 최소 1개)을 실시하도록 시방서에 명시한다.
② 시공 중 동재하시험이 실시된 말뚝에 대한 시간경과효과 확인을 위하여 지반조건에 따라 시공 후 일정한 시간이 경과한 후 재항타동재하시험(restrike test)을 실시한다. 재항타동재하시험의 빈도는 ①항에서 정한 수량으로 한다.
③ 시공이 완료되면 본시공 말뚝에 대해서 품질 확인 목적으로 재항타동재하시험을 실시하여야 하며 이의 시험빈도는 ①항에서 정한 수량으로 한다
- 시공 중 동재하시험(ⓒ항)의 최소 실시 빈도는 지반조건이 큰 변화가 없는 경우 전체 말뚝개수(공수)의 1% 이상(말뚝이 100개 미만인 경우에도 구조물 별로 최소 1개 수행)이다. 시공 중 동재하시험이 실시된 동일한 말뚝에 대하여 시간경과효과 확인을 위해 지반조건에 따라 일정시간 경과 후 재항타동재하시험(②항)을 실시하며 그 수량은 동일말뚝에 중복해서 수행하므로 시공 중 동재하시험횟수와 동일하다. 한편, 시공이 완료되면 본 시공 말뚝에 대해서 품질확인 목적으로 재항타동재하시험(③항)을 실시하며 실시빈도는 ①항에서 정한 수량으로 실시하도록 한다. 결과적으로 기성말뚝에 대한 동재하시험은 시항타 과정에서 전체 말뚝개수의 2% 이상(횟수는 2% 이상, 말뚝개수는 1% 이상)을 시행하고 본말뚝의 시공품질 평가를 위한 재항타동재하시험은 전체 말뚝개수의 1% 이상(100개 미만도 최소 1회)을 실시하여야 하므로 전체말뚝개수 대비 총 3%의 시험횟수가 적용되어야 한다.
- 현장타설말뚝에 대해서도 동재하시험방법이 적용될 수 있으나 시험결과의 신뢰도를 고려하여 적용여부를 결정하여야 한다.
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