양방향 말뚝 재하시험

1. 정의

1) 말뚝의 선단부 또는 중간부에 유압 잭(O-Cell)을 매설하여 상향력(주면마찰력)

과 하향력(선단지지력)을 동시에 가해 지지력을 측정하는 시험

2) 사하중(Dead Load)이나 반력말뚝(Reaction Pile) 없이 말뚝 자체의 저항력을

이용하여 고하중 재하가 가능한 시험법

2. 시험원리 및 개념도

시험 원리

말뚝 내부에 설치된 잭(O-Cell) 통해 상하 방향으로 균형 하중 가함 → 선단지지력과 주면마찰력 분리 측정

• 상부 : 유압잭이 위로 밀어올리는 힘 → 주면마찰력 측정
• 하부 : 유압잭이 아래로 미는 힘 → 선단지지력 측정

기본 재하 원리 : 시험말뚝 선정 → 재하장치 조립 → 하중 재하(단계별) → 침하량 측정(시간 경과별)

시험 개념도

3. 시험 목적 및 기능

양방향재하시험의 목적

극한·허용지지력 확인

하중-침하량 관계 분석

말뚝 구조 안정성 확보

양방향재하시험의 기능

선단·주면 지지력 분리 측정

지반의 정확한 거동 및 특성 파악

대구경 말뚝 적용 용이성

말뚝 설계 최적화 및 경제성

기초공사비 약 20% 절감 효과

도심지 협소 공간 극복

• 협소한 부지, 경사지, 수상 등
• 반력 장치 설치 어려운 현장 적용
• ① 철근망 제작 → 유압잭(O-Cell) 조립 → 계측센서 부착
• ② 굴착 → 철근망 삽입 → 연결전선 및 유압호스 정리 → 철근망 안착
• ③ 트레미관 설치 → 콘크리트 타설 → 양생
• ④ 유압펌프 작동 → 단계별 가력 및 변위 측정
• ⑤ 종료시점 결정(3가지 중 1가지 발생 시)
• 주면마찰력 극한 도달 시 시험종료
• 선단지지력 극한 도달 시 시험종료
• 잭 용량 초과 시 시험종료
• ⑥ 잭 내부 및 말뚝 빈공간 그라우팅 충전

4. 양방향 재하시험 절차

5. 지지력 판정 기준 (등가 하중-침하량 곡선 활용)

1) 기본 원리

말뚝 두부에서 하중을 가했을 때의 거동을 모사하기 위해 상·하향 측정값을 합성하여 등가 곡선을 도출

2) 작성 가정

• 말뚝의 강체 거동 가정
• 압축 변형 무시 가능
• 양방향 재하장치 상향 인발 및 하향 압축의 마찰력 동일하다고 가정

3) 판정 절차

• 상향(주면마찰력) 및 하향(선단지지력)의 하중-변위 곡선 확보
• 동일한 변위량에서 상향 하중과 하향 하중을 합산 후 등가 하중 산출
• 작성된 등가 곡선에서 항복하중 및 극한하중 결정
• 안전율(F.S=3 or 항복점/2) 적용 후 허용지지력 산정

6. 사전 검토사항

평형점(Null Point) 산정

• 상부 주면마찰력과 하부 지지력 평형을 이루는 지점
• 최적의 잭 설치 위치 결정 시 적용

지반 조사 검토

• 지층 구성 및 심도 파악
• 예상 지지력 산출 및 잭 용량 결정

설계 하중 검토

1방향 재하 용량이 설계 하중의 2배 이상 확보 가능한지 검토

7. 양방양재하시험 시 문제점

1) 재하 용량 부족

• 저유압 잭 사용 시 다수의 셀 필요
• 철근망 배치 곤란
• 콘크리트 타설 공간 부족 발생

2) 공극 발생

• 단동식 잭 사용 시 시험 후 오일 회수 난해
• 말뚝 내부 빈 공간 잔존 우려

3) 지지력 불균형

• 잭 설치 위치 오류
• 한쪽 조기 파괴로 전체 지지력 확인 불가

4) 평형 실패

• 잭 설치 위치 선정 오류 시 한쪽 반력이 부족
• 목표 하중 재하 불가능

5) 시공성 저하

• 고하중 시험 위해 다수의 저유압 셀 배치 시
• 콘크리트 타설 공간 부족 및 충전성 저하

8. 개선대책

1) BDH PLT 적용

• 100MPa 이상의 고유압 잭 사용
• 잭 개수 최소화 및 재하 용량 증대

2) 복동식 잭 활용

• 시험 종료 후 강제 수축 통해 오일 회수
• 발생된 빈 공간 그라우팅 충전 확실성 확보

3) 최적 위치 선정

• 정밀 지반조사 실시
• 상·하부 저항력이 균형을 이루는 위치에 셀 설치

9. AI 및 스마트 기술 활용방안

• 자동 계측 시스템 통한 이상 거동 즉시 경보
• AI로 분석하여 최적의 잭 설치 위치(Null Point) 결정
• AI시스템 도입 예상 지지력 자동 산출
• 시험 스마트센서 분석 통한 말뚝의 건전도 실시간 모니터링

말뚝 재하시험 방식별 특성 비교 (양방향 vs 정재하 vs 동재하)