기초(말뚝의 파손, 부마찰력, Caisson 기초, + 부마찰력 개요도, + 부마찰력의 대책)

오늘은 기초를 마무리하겠습니다. 말뚝의 파손과 부마찰력, Caisson 기초를 정리하겠습니다.

목차

1. 말뚝의 파손

2. 부마찰력

3. Caisson 기초

□ 삼각형

○ 명사 한 평면상에 있고 일직선상에는 없는 3개의 점을 선분으로 연결하여 이루어지는 도형

삼각형은 도형 중에서 힘을 받을 때 가장 튼튼한 도형입니다.

 

각을 가진 도형 중에서 말이죠. 원이 가장 튼튼하겠지만 완벽한 원을 만들기란 쉽지 않습니다.

 

삼각형을 기본으로 해서 꼭지점이 하나씩 늘어날 때마다 조금씩 약해진다고 볼 수 있습니다. 물론 원에 가까워질수록 꼭짓점과 꼭짓점을 잇는 선분이 짧아지기에 변에 대한 강도는 강해지겠지만 조금만 힘을 주어도 쉽게 찌그러질 것입니다.

 

다만 삼각형은 구조물로 활용하기에 적합하지 않은 형태입니다. 잉여공간이 많이 발생하기 때문입니다. 60°의 각을 가지는 공간은 활용하기가 쉽지 않습니다.

 

아무튼 이러한 이유로 우리 인간에게 가장 친숙한 공간은 사각형입니다.

 

Caisson 기초는 이런 사각형의 입체인, 육면체의 기성 구조물을 기초로 넣는 공법입니다.

 

1.  말뚝의 파손

 가. 내적 파손: 말뚝 구조 자체의 파손

  1) 콘크리트 말뚝

   가) 현타(현장 타설 말뚝): 현장 지반에 균열, 파쇄대, 공동의 형태로 나타남 → 지반 교란으로 말뚝 형태 문제 등 발생

   나) 기성 말뚝

    - 재질: 화학적 침식 - 황산(H2SO4) 등의 산에 의한 부식, 콘크리트의 팽창(CaSO4)

    - 구조: 응력 집중으로 인한 파손으로 특히, 이음부, 단부(두부, 선단)

  2) 강말뚝

   가) 재질: 부식

   나) 구조: 좌굴, 파열

 

 나. 외적 파손: 지반 등 주변 환경 변화 → 지반 교란

  1) 지반의 연약화와 공동 발생

  2) 지하수위의 변화 영향

 

2. 부마찰력

 가. 문제

  1) 내적: 말뚝 - 지반 침하 → 하중 증가 → 말뚝 파손

  2) 외적: 구조물 - 말뚝 파손 → 상부 구조물의 침하 → 균열(특히 부등 침하 시)

 

 나. 원인

지반 침하 발생 조건
재하중 증가	→	성토 하중 2m 이상
지하수위 저하		4m 이상 저하 시
연약층 존재		연약 지반 10m 이상
마찰 말뚝		말뚝 길이 25m 이상

 

 다. 부마찰력의 개요도

부마찰력 개요도

 

 라. 부마찰력의 대책

  1) 내적(말뚝)

   가) 부마찰력을 설계에 반영, 군항(군말뚝)으로 설계

   나) 시공

    - 주면 마찰력 저하: 이중관, 역청재 도포, Preboring 실시, 지반과 말뚝 사이 Bentonite 충진

    - 선단 지지력 증가: 선단 면적 증가(SL말뚝), 본수 증가, 근입심 증가

 

  2)  외적(지반)

   가) (연약)지반 개량 공법 적용

   나) 지수, 탈수, 치환, 다짐 공법 등

 

3. Caisson 기초

 가. 분류

  1) Open Caisson 공법: 우물통 기초(정통, 기초, Well)

  2) Pneumatic Caisson 공법: 압축공기기 케이슨 공법, 잠함 케이슨, 공기 케이슨 공법

   - 밀폐공간으로 요즘에 과연 시도할 수 있을까 싶은 공법, 산소결핍, 잠수병 등의 문제

  3) Box Caisson 공법: 육상에서 미리 만들어 시공장소에서 내부에 모래, 자갈, 물, 콘크리트를 채움

 

 나. 시공 순서

  준비 → Shoe 설치 → 구체 제작 → 굴착 → 침하 → 지지력 확인 → 지반 콘크리트 타설 → 속채움 → 상치 콘크리트(슬래브) 타설

 

 다. 시공 관리

  1) 편기(수평) 관리: 경사, 위치 등 계측 중요

  2) 침하 관리

침하 조건
하중(케이슨 + 재하중(구조)) > 저항력(선단 저항력 + 주면 마찰력 + 부력 + 양압력)

  3) 문제점

   가) 경질 지반: 침하가 난이함

   나) 연약 지반: 부등 침하 가능성

 

 라. 지반에 대한 사전 조사와 이후 계측을 통한 관리가 중요한 공법

 

□ 마무리

Caisson 기초의 경우 특히, Box Caisson의 경우는 한 때 유행했으나 산소의 중요성을 다시 한번 깨닫게 되며 쉽게 적용하기 어려운 공법이 되었습니다.

 

더욱이 지금 시행 중인 중대재해처벌법이 있으면 더욱 그러하겠지요. 산소 농도가 지상과 다르지 않고 가스와 같은 위험 요소가 전혀 없는 곳도 일괄적으로 밀폐공간으로 지정해 버리며 사업자들의 업무 진행에 큰 행정력을 소모하게끔 하고 있습니다.

 

물론 나라에서 직접 지정하는 것이 아니라 사업자의 해석에 맡겨버리긴 했습니다만, 그런 행동으로 인하여 더 큰 문제가 발생하고 있습니다.

 

아무튼 로봇과 같은 기술이 우리 건설 현장에도 조속히 도입이 되어 지금은 적용이 쉽지 않은 여러 가지 공법을 큰 고민없이 활용할 수 있는 시기가 곧 오지 않을까 싶습니다.

 

고맙습니다.