무리말뚝을 구성하는 개별말뚝의 선단지지력에 대한 실험연구

Experimental Study on the End Bearing Capacity of the Pile in a Group Pile

Abstract

균질한 지반에서 말뚝의 지지력은 선단지지력과 주변마찰력의 합이며, 사질지반에서는 주변마찰력이 선단지지력보다 우세한 것으로 알려져 있다. 다수의 말뚝을 근접하여 설치하는 무리말뚝에서는 말뚝 하나하나의 지지력이 말뚝 상호간 간섭에 의해 달라질 수 있으므로, 말뚝의 근접도에 따라서 선단지지거동과 주변마찰거동의 변화를 정확하게 파악하여 말뚝을 설계해야 한다. 따라서 본 연구에서는 주면마찰거동의 영향을 배제한 상태에서 무리말뚝의 선단지지거동을 측정하기 위해 크기가 일정한 원형 토조에서 여러 가지 직경과 깊이로 말뚝을 설치하고 상대밀도가 균일한 모래지반을 조성한 후 선단지지력을 측정하여 무리말뚝의 근접도에 따른 영향을 확인하였다. 연구결과 말뚝의 선단저항력은 비교적 뚜렷하게 극한값을 나타냈다. 말뚝의 극한선단지지력은 주면마찰력과 말뚝의 직경에 의한 영향을 적게 받으며, 말뚝관입길이가 깊어질수록 일정한 값에 수렴하였다. 또한, 무리말뚝에서 인접한 말뚝이 말뚝 직경만큼 서로 이격되어 있으면 인접말뚝의 영향이 거의 없었다.

Bearing capacity of a pile in homogeneous soil is the sum of end bearing and skin resistance, and the skin resistance is more prominent in sandy soil. Bearing capacity of a pile in pile groups especially in sandy ground should be designed under the consideration of the influence by the adjacent piles. In this study, the end bearing capacity of a pile in pile groups was experimentally investigated. For this purpose, piles were installed in sandy ground in a circular test box, and end bearing - settlement behavior of the pile was measured while the pile was loaded. As the results, end bearing - settlement relation curves of the piles showed a distinct limit value. Limit value of the end bearing was little affected by skin friction and pile diameter, and it became a constant value as pile penetrates deeper. End bearing was not affected by the adjacent piles in a group of piles, when their clearance was larger than the pile diameter.

Fig. 1. End bearing of a pile (Lee, 2014b)

Fig. 2. Bearing capacity factor of Meyerhof (Meyerhof, 1976)

Fig. 3. Foundation failure modes depending on relative density in sand (Vesic, 1973)

Fig. 4. N_q in internal friction angle and rigidity index (Kulhawy, 1984)

Fig. 6. General view of model test apparatus

Fig. 7. Sequence of model testing

Fig. 8. Test results and calculation of ultimate end bearing capacity of piles

Fig. 9. Relationship between normalized end bearing capacity and normalized pile length

Fig. 10. End bearing - settlement curve depending on pile roughness

Fig. 11. End bearing - settlement curve depending on pile diameter

Fig. 12. Ultimate end bearing capacity in pile length

Fig. 13 Ultimate end bearing capacity of piles

Fig. 5. Basic properties

Table 1. Model test

Table 2. Physical properties of model ground