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토목기사 요약/얕은 기초: 두 판 사이의 차이

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2019년 9월 5일 (목) 14:58 판

출제 기준

2019-2021

  • 얕은기초
  • 깊은기초

기초 파괴 형태

07-2, 11-3

  • 전반전단파괴
  • 국부전단파괴
  • 관입전단파괴

폐기물 매립지반(sanitary landfill)의 파괴 형태 두 가지(96-2)

  • 관입전단파괴
  • 회전활동 전단파괴

설계 시 고려해야하는 하중

96-5

  • 기초 자중
  • 상부구조물 사하중, 활하중
  • 기초 위 흙 무게

기초의 요구조건

♣♣♣ 04-2, 11-3

  • 최소 근입깊이
  • 침하가 허용량을 넘지 않을 것
  • 하중을 안전하게 지지할 것
  • 경제적인 시공이 가능할 것.

얕은 기초

♣♣♣

테르자기의 극한 지지력 공식(19-2)

  • γ1, γ2는 흙의 단위중량. 지하수위 아래에선 수중 단위중량 써야 함
 : 기초 저면 흙의 단위 중량
 : 근입 깊이 흙의 단위 중량

19-2

B는 구형의 단변 길이, L은 구형의 장변 길이

형상 계수 연속 기초 정사각형 기초 원형 기초 직사각형 기초
(장방형 기초)
1.0 1.3 1.3 1.0+0.3
0.5 0.4 0.3 0.5-0.1


전반 전단 파괴가 아닌 국부 전단 파괴인 경우에 식 수정

여기서 c, Φ는 전반전단파괴 시의 값이다.

지하수가 존재하는 경우의 극한 지지력

지하수가 존재하는 경우 상재하중 q나 단위중량 γ를 적절하게 바꾸어주어야 한다. 그 이유는 지하수가 있을 때 수압이 차지하는 부분은 전단저항을 할 수 없기 때문이다. 지하수위가 기초 저면의 위에 있는지, 아래에 있는지에 따라 1차적으로 다르며, 기초 저면 아래에 지하수위가 있더라도 기초 저면 이하 B만큼의 깊이에 있는지, B보다 깊은 깊이에 있는지에 따라 2차적으로 다르다.

지하수위가 지표면과 기초저면 사이에 있는 경우


상재하중 q(= )를 바꾸어준다. D1을 지표면에서 지하수위까지의 깊이, D2를 지하수위에서 기초 저면까지의 깊이, γ2를 지표면에서 지하수위까지 있는 흙의 습윤 단위중량, 을 지하수위 이하 흙의 유효 단위중량(포화 단위중량에서 물의 단위중량만큼 뺀 것)이라고 하면 상재하중 q는 다음 식으로 변경한다.

또한 Meyerhof의 일반적인 극한 지지력 공식에서 기초 저면 아래의 흙 단위중량 γ1을 흙만이 받는 단위중량인 유효 단위중량 γ1'으로 바꾸어준다.

지하수위가 기초저면 이하 B 깊이 이내에 있는 경우

기초 저면 아래의 흙 단위중량 γ1을 평균 단위중량 γavg로 바꾸어준다.(08, 19-2 계산문제)

d : 기초저면에서 지하수위까지의 깊이

위의 꼴보다 아래 꼴이 더 암기하기 쉬움. 어차피 같은 식이다.

지하수위가 기초저면 이하 B 깊이보다 깊은 곳에 있는 경우

이 경우 지하수위가 기초의 지지력에 영향을 미치지 못한다. 따라서 기존의 Meyerhof의 일반적인 극한 지지력 공식을 사용하면 된다.

순극한지지력

97-1 용어 단답형 / 95-4, 99-3 계산

순극한지지력(net ultimate bearing capacity)은 극한지지력에서 흙의 무게에 의한 압력을 뺀 값

완전보상기초

흙에 작용하는 순압력 q가 전혀 없는(=0) 기초. q가 생기면 부분보상기초.

♣♣

편심하중을 받는 기초의 유효폭

♣♣ 02-2, 05-3, 06-3, 19-1

B와 L은 편심으로 인한 기초의 유효폭 B', 유효길이 L'으로 바꾸어준다. 기초의 중심에서 단변 방향으로 eB, 장변 방향으로 eL만큼 편심된 경우 다음 두 값을 계산해준 뒤, 작은 것을 유효폭 B'으로 하고, 긴 것을 유효길이 L'으로 한다.

형상계수 α, β, γavg도 B', L'을 가지고 판정한다.

극한 하중 Qu는 유효폭을 이용해서 구한다.

편심하중을 받는 기초의 극한 지지력

93-2

일 때 최대 접지압과 최소 접지압

93-1, 95-5

일 때

Meyerhof의 사질토 극한 지지력 공식

89-2, 92-3, 94-3

사질토의 경우

평판재하시험의 이용

평판재하시험에 의한 허용지지력

88-3, 95-3

허용지지력은 다음 두 값 중 작은 값 사용.

항복하중에 의한 단위면적당 실험 허용지지력

극한하중에 의한 단위면적당 실험 허용지지력


장기허용지지력

  • Nq : 지지력 계수

단기허용지지력

Housel의 기초폭 결정

98-4, 99-3, 10-3

Q = A m + P n에서 Q, m, n을 알면 기초폭 결정 가능.

평판 1 :

평판 2 :

A1, A2 : 평판 1, 2의 면적
P1, P2 : 평판 1, 2의 둘레
m, n : 상수

복합기초의 치수 결정

♣♣ 08-1, 09-1, 11-1, 12-3

직사각형 복합기초. 사다리꼴 기초라면 도심값을 다르게 넣어줘야 함.

허용지지력 qa

두 식을 연립하여 B, L을 결정한다.

전면기초

시공 단점

94-2

전면기초(mat foundation)
  • 부등침하
  • 시공관리

설계법

  • 지반을 무한개의 탄성스프링으로 보고 이 스프링 외의 영향은 받지 않는다고 가정하는 설계법(92-3) : 근사적인 연성설계법
  • 토압이 직선분포하며, 토압 중심이 기둥하중 작용선과 같다고 보는 설계법(96-3) : 강성설계법

탄성침하각

93-4, 97-3, 12-1

tan-1가 아니라 sin-1인 이유 추측... 정확한건지는 확인 못 했다.

  • S1 : 하중 작용점 기초 모서리에서 탄성침하
  • S2 : 하중 작용점 탄성침하
  • e : 편심거리

얕은 기초의 시공

  • 주변부 굴착, 축조 후 중앙부 굴착, 시공하는 방법. 중앙부 토질이 연약할 때 흙의 붕괴를 방지하여 안전하게 시공할 수 있다. 이 방법은?(93-4) : trench cut 공법.

깊은 기초

정의

♣ 84-1, 86-1, 86-2

대표적인 종류 : 말뚝기초, pier 기초, 케이슨 기초

축방향 지지력 산정 방법

85-1, 86-2, 18-2

  • 정역학적 지지력 공식
  • 동역학적 지지력 공식
  • 정재하 시험에 의한 방법


정역학적 지지력 공식

Meyerhof 공식

♣♣♣ 03-2, 06-2, 09-1, 09-3, 10-1

  • N : 말뚝의 선단부 N치
  • Ap : 선단부 단면적(m2)
  • : 모래층 N치 평균값
  • As : 모래층 말뚝의 주면적(m2)
  • : 점토층 N치 평균값
  • Ac : 점토층 말뚝의 주면적(m2)
테르자기 공식

♣♣♣ 02-2, 05-3, 10-3, 18-3

극한지지력

  • qp : 단위 선단지지력(t/m2)
  • fs : 단위 주면마찰저항력(t/m2)
  • N*값들 : 형상계수, 깊이계수, 경사하중 계수를 모두 고려한 지지력계수들
  • q' : 말뚝 선단에서 유효연직응력(t/m2)
  • u : 말뚝 둘레길이(m)
  • l : 말뚝 관입 깊이(m)
단위 선단지지력

단위 선단지지력 계산 시 포화된 점토에서 비배수 조건인 경우 이므로

단위 주면마찰저항력

fs는 흙과 구조체의 전단강도 식으로, 다음과 같이 구한다.

  • ca : 말뚝과 주변 흙 사이의 부착력
  • δ : 말뚝과 주변 흙 사이의 벽면마찰각
  • Ks : 말뚝면에 작용하는 토압계수

사질토

97-1

사질토의 단위 주면마찰저항력은 ca=0이므로 이다. 선단지지력과 마찬가지로 깊이가 깊어질수록 주면마찰저항력이 커지다가 말뚝 직경 D의 20배까지의 한계깊이 이하에서는 일정해진다. 즉 를 한계로 한다.(안전한 값인 15D로 구함) 토압계수 Ks는 말뚝이 타입 말뚝인지 굴착 말뚝인지에 따라 달라진다. 벽면마찰각 δ는 말뚝의 재료에 따라 달라진다.

점토

96-4, 97-1, 99-4

점토의 단위 주면마찰저항력은 전응력 해석법인 α계수법과 유효응력 해석법인 β계수법을 통해 구한다.

α계수법은 비배수 전단강도 cu를 사용하며, Φu=0이므로 δ=0이 되어 식으로 점토의 단위 주면마찰저항력을 구한다. 여기서 α는 부착력 계수이다.

β계수법은 포화 점토지반에 말뚝을 타입하고 지반에 과잉간극수압이 발생하며 점토가 교란되었다가 과잉간극수압이 소산된 후, 재성형된 점토에 대해 유효응력을 이용하여 해석하는 방법이다.

말뚝은 축방향 허용압입지지력에 따라 선단지지말뚝, 마찰말뚝으로 구분.(87-3)

동역학적 공식

엔지니어링 뉴스(Engineering News) 공식

안전율 . 해머의 중량을 , 해머 낙하고를 H(cm), 타격 당 말뚝의 평균 관입량을 S(cm)

단동식 증기 해머 공식

극한 지지력

허용 지지력

샌더(Sander) 공식

해머의 중량을 , 해머 낙하고를 H, 타격 당 말뚝의 평균 관입량을 S

샌더 공식에서의 안전율

극한 지지력

허용 지지력

정재하 시험

07-2, 11-3

  • 압축재하시험
  • 인발재하시험
  • 수평재하시험

항타분석기(Pile Driving Analyzer, PDA)

시공관리의 장점(99-1)

  • 항타 즉시 말뚝 지지력을 얻을 수 있다.
  • 항타 즉시 항타기 효율, 적합성 판단 가능
  • 시험 시간 짧고 간편. 저렴한 비용.
  • 말뚝 종류, 시공법에 관계없이 적용 가능.
  • 재하를 위한 사하중, 반력 말뚝이 필요 없음.

수평력에 대한 허용지지력

공내 수평재하시험에서 Kh(kg/cm3)을 구해 허용지지력을 계산함.

지반이 균일하고 말뚝 길이가 이상일 때

푸팅과 말뚝 상단 연결이 힌지인 경우 말뚝상단 수평변위량(cm)

  • 인데 문제에서 주어짐.
  • H : 말뚝 상단에 작용하는 수평력(kg)
  • Kh : 횡방향 지반반력계수 (kg/cm3)
  • D : 말뚝 폭 또는 직경(cm)

편심하중 작용 시 임의 말뚝에 가해지는 하중

원리를 이해하고 식을 세울 것. 식을 단순히 외우기만 하면 헷갈림. 편심하중 받는 기둥 문제랑 비슷한 듯.

  • P : 연직하중의 합력(사하중 + 활하중)
  • Mx, My : x축, y축에 대한 모멘트(편심하중에 의한 모멘트는 각 축에서 편심하중 P까지의 수직거리를 곱해준다)
  • xi, yi : i번째 말뚝에서 x, y축까지의 거리

06-1, 10-3, 18-2 기출 문제

A, B말뚝에 걸리는 축하중은? (말뚝의 부마찰력, 군항의 효과, 기초와 흙 사이 토압은 무시)


풀이

에 값을 대입하면 된다. 주의할 점은 파일캡 자중도 있으면 P에 더해줘야 함.

이때 분모의

대입해서 결과를 구하면

B의 경우에 x, y축 상에 있는 말뚝이 아니기때문에 항이 세 개 다 살아있을 것 같지만, 오른쪽 그림과 같이 Mx = 0이므로 항이 두개가 된다.

부마찰력

= 부주면 마찰력(negative skin friction)

정의, 계산(06-2, 11-2)

말뚝을 시공 후 주변 연약지반 침하속도가 말뚝의 침하속도보다 상대적으로 클 때 말뚝을 아래로 끌어내리려는 힘.

  • U : 말뚝의 주변장 (D : 말뚝 직경)
  •  : 관입 깊이
  •  : 말뚝의 평균 마찰력 또는 일축 압축 강도의 절반값

부마찰력 발생원인

07-2, 09-3, 11-2

  • 점토층 압밀침하
  • 연약점토 위의 성토하중
  • 지하수위 저하
  • 말뚝 타설 후 과잉간극수압 발생, 이후 과잉간극수압이 소산되는 경우
  • 말뚝 주변지반 침하량이 말뚝 침하량보다 상대적으로 큰 경우

부마찰력 방지책

03-3, 05-3

  • 표면적이 작은 말뚝 사용(H형강 말뚝)
  • 말뚝 표면에 역청재 도포
  • 말뚝 지름보다 크게 pre boring
  • 말뚝 지름보다 약간 큰 케이싱 박기

말뚝 간격

89-2, 92-3

단항과 군항

02-1

중심간격 d, 말뚝 반지름이 r, 말뚝 길이가 l이면

  • 이면 군항
  • 이면 단항

군항의 효율 E (Converse-Labarre의 식)

♣♣♣

  • D : 말뚝의 직경, d : 말뚝 중심간의 간격

무리말뚝이 전체로 받는 하중

Rg= ENR

  • N : 전체 단항 수
  • R : 단항 1개가 받을 수 있는 지지력

말뚝 기초 공법 개요도

기성말뚝 공법

  • 매입공법
    • 압입공법
    • water jet 공법(사수식 공법) : 말뚝 선단에서 압력수 분출하면서 시공하는 방법
    • pre boring
    • SIP(Soil cement Injected Precast Pile)
  • 타입공법
    • 타격 공법
    • 진동 공법

현장말뚝 공법

  • 기계굴착 공법
    • benoto (all casing)
    • earth drill (Calwelde drill)
    • RCD(Reverse Circulation Drill)
  • 관입공법
    • franky
    • pedestal
    • raymond
  • 치환공법
    • CIP(Cast In Place)
    • MIP(Mixed In Place)
    • PIP(Packed In Place)

기성 말뚝 기초

재료에 따른 분류

원심력 철근콘크리트 말뚝

장점(08-3)

  • 15m 이하에서 경제적
  • 균일한 재질로 신뢰도가 높음.
  • 강도가 크다.

단점(94-3, 02-3)

  • 말뚝 이음 신뢰성 낮다
  • 중간정도 굳은 지층 관통이 어렵다.(N=30 정도)
  • 무겁다
  • 항타 시 말뚝 본체에 인장력 또는 압축력이 작용해 균열이 생기기 쉽다.
프리스트레스트 콘크리트 말뚝
PSC 말뚝

장점(84-1)

  • 균열발생이 적고 내구성이 좋다.
  • 타입 시 프리스트레스에 의해, 인장파괴가 발생하지 않는다.
  • 휨응력을 받을 때 변형이 적다.
  • 말뚝 이음이 쉽고 신뢰성이 높다.
  • 대구경 제조와 시공이 가능하다.
강말뚝(강관말뚝)
속이 콘크리트로 채워진 강관말뚝

부식 방지대책(95-1, 96-5)

  • 말뚝을 두껍게
  • 표면에 도료칠
  • 콘크리트로 피복
  • 전기 방식

장점(85-1)

  • 강도 큼
  • 균일한 재질. 신뢰성 큼.
  • 단단한 지층에(N=60) 깊게 관입 가능. 지지력 큼
  • 이음 확실하고 길이 조절 용이
  • 운반, 취급 쉬움
  • 대구경 강관말뚝 제조 가능

  • 조밀한 자갈층, 혈암 및 연암층같이 단단한 층에 타입할 때 선단에 부착하는 것은?(02-3) : shoe

기성말뚝 지지력 저하요인

04-2

  • 이음
  • 부주면 마찰력
  • 군항 효과
  • 말뚝의 침하
  • 세장비

기성말뚝 설치 공법

매입 공법

93-2

  • 압입공법
  • water jet 공법(사수식 공법) : 말뚝 선단에서 압력수 분출하면서 시공하는 방법
  • pre boring
  • SIP(Soil cement Injected Precast Pile)

  • 오거 스크루, 회전식 버킷, 회전식 비트 등을 쓰고 벤토나이트 용액으로 공벽을 보호하면서 말뚝 구멍에 말뚝을 압입하는 공법은?(86-1) pre-boring 공법
  • 초고층(30층) 빌딩을 건축하려고 한다. 주위에 건축공사가 진행되고 있는 좁은 면적일 때 어떤 기초공법을 써야하는가?(94-1) : SIP 공법(Soil cement Injected Precast pile)
SIP 공법

장점(97-3)

  • 무소음, 무진동
  • 여러 종류 지반에 사용 가능.
  • 풍화암까지 시공 가능.
타입 공법

93-2

  • 타격 공법
  • 진동 공법


디젤해머

디젤해머 장점(85-2)

  • 취급 간단, 기동성 좋음.
  • 타격력 커서 시공능률 좋음
  • 연료비 싸서 경제적.
  • 굳은 지반에 적합.

진동해머(vibro hammer) 장점(85-2, 92-2)

  • 타입 시 소음 적음.
  • 말뚝 두부 손상 적음.
  • 말뚝 인발 가능.
  • 타입 속도 빠름.

영상, 그림 참고 : dns테크 - vibro hammer


  • 타격조절 가능, 소음 적고 인발 가능. 연약지반에 사용되며 최근 사용 증가되는 해머는?(08-1) : 유압해머

RC 파일 항타 시 두부손상 원인(93-4)

  • 편타
  • 과다한 해머 무게
  • 과다한 타격 에너지

현장타설 콘크리트 말뚝

기계굴착 공법

  • benoto (all casing)
  • earth drill (Calwelde drill)
  • RCD(Reverse Circulation Drill)


  • 현장타설 피어공법. 지반까지 구멍을 파서 콘크리트를 타설하여 원형의 주상 기초를 만듦. 무공해 시공. 유일하게 15도 정도의 경사말뚝 시공이 가능. 케이싱 튜브 인발 시 철근이 따라 뽑히는 공상(共上) 현상이 일어나는 단점이 있는 공법은? (91-3, 93-3) : benoto (all casing) 공법
  • 독일 개발 공법. 특수 비트의 회전으로 토사 굴착. 굴착된 토사는 저수탱크에 배출. 물은 다시 구멍으로 들어감. 정수압으로 구멍의 붕괴를 막는다. 연속굴착 가능하고 시공능률이 좋다. 이 공법은? (95-3) Reverse Circulation Drill 공법(역순환 공법, RCD 공법)
  • 나선형 오거를 회전하여 굴착한 뒤, 오거에 흙이 차면 지표면 위로 끌어올리는 공법. 표층 케이싱 파이프를 사용. 철근망 넣고 트레미관을 통해 콘크리트 타설. 표층 케이싱 인발.(96-1) : earth drill 공법(Calwelde 공법)

참고 : 기구미 - 대규모 현장타설 콘크리트 말뚝 : benoto, RCD, Calwelde 공법 설명, 그림 나와있음.

RCD


benoto 공법

시공순서(92-3, 95-3)

  1. 케이싱 압입, 굴착
  2. 양수
  3. 조립철근 내림
  4. 트레미관 삽입
  5. 콘크리트 타설, 케이싱 인발
  6. 말뚝머리 처리.

실제 시공 사진 : 대흥기초건설 - 안산 배곧신도시 육교 건설공사 시공현장

단점(96-2)

  • 굵은 자갈, 호박돌이 섞인 지층에선 케이싱 압입 힘들다.
  • 기계가 크고 무거워서 기동성이 떨어진다.
  • 케이싱 인발 시 공상 우려
  • 지하수위 하 세립 모래층이 5m 이상이면 케이싱 인발이 힘듦.
Calwelde 공법(Calwelde earth drill, earth drill)

benoto에 비해 좋은 점(84-1)

  • 소음, 진동 적음
  • 기계장치가 간단. 기동성 좋음
  • 빠른 시공 속도. 저렴한 공사비

시공 순서 (97-1)

  1. 굴착
  2. 케이싱 삽입
  3. 벤토나이트 주입
  4. 슬라임 처리
  5. 철근망 삽입
  6. 콘크리트 타설
  7. 케이싱 인발

슬러리 월 만들 때랑 비슷하네...

관입 공법

  • franky
  • pedestal
  • raymond

84-1

Franky 말뚝

Franky pile


  • 해머가 콘크리트를 타격하므로 소음, 진동이 적음.
  • 외관 사용

Pedestal 말뚝

  • 해머가 케이싱을 타격하므로 소음, 진동이 큼.
  • 내, 외관 사용
  • 굳은 지반에도 시공 가능.

치환공법

  • CIP(Cast In Place)
  • MIP(Mixed In Place)
  • PIP(Packed In Place)

  • earth auger로 구멍을 뚫고 오거의 선단에서 모르타르를 압출하면서 오거를 뽑고, 나중에 철근이나 형강을 삽입해서 현장말뚝을 시공하는 공법은?(93-4, 97-2) : PIP 공법(Packed In Place pile)

그 외 말뚝 명칭 묻는 문제

슬라임 제거법

04-3, 06-3, 11-1

  • air lift 방법
  • suction pump
  • water jet
  • 수중 펌프

현장말뚝 지지력 감소 요인

08-2

  • 슬라임 침전
  • 피압수에 의한 boiling
  • 말뚝 설치과정에서 응력 이력 없음.
  • 굴착기 충격, 진동에 의한 선단지반 교란
  • 굴착기 끌어올릴 때 선단지반 이완

재료 조합에 따른 말뚝의 종류

  • 현장 콘크리트 말뚝으로는 지지력이 부족할 때, 아랫부분은 강재, 윗부분은 현장 콘크리트로 시공하는 말뚝은? (94-2, 99-3) 합성말뚝(composite pile)


지지 조건에 따른 말뚝 종류

10-3

  • 횡방향 이동말뚝 : 두부자유말뚝
  • 횡방향으로 약간 이동하는 말뚝 : 두부고정말뚝
  • 천공말뚝 : 현장말뚝

수동말뚝 해석법

18-3

  • 간편법
  • 탄성법
  • 지반반력법
  • 유한요소법

수동말뚝 검토사항

10-1

응력, 변위, 연약층에 대한 사면안정

말뚝 박기 순서

94-2

  • 한 구조물의 말뚝 시공 시 : 중앙에서 바깥으로
  • 해안선 작업 시 : 육지에서 바다쪽으로
  • 기존 건물과 가까운 곳에서 작업 시 : 건물 부근에서 먼쪽으로

케이슨 시공 방법

07-1, 09-3, 10-2

  • 오픈케이슨(우물통, 정통) 기초 : 거치 - 굴착 - 침하
  • 공기케이슨(pneumatic caisson) 기초
  • 박스케이슨(box caisson) 기초

오픈 케이슨 수중 거치방법

05-1, 07-3, 08-2

  • 축도법
  • 비계식(발판식)법
  • 부동식(예항식)법

오픈케이슨 침하

침하조건식

01-2, 04-2, 05-2

  • W : 케이슨 수직하중(자중, 재하중) (t)
  • F : 총 주면마찰력(t)
  • Q : 케이슨 선단부 지지력(t)
  • B : 부력(t)

오픈케이슨 특수침하공법

94-4, 00-4, 11-3

  • jet(분사식) 공법
  • 물하중식 침하공법
  • 발파 공법
  • 케이슨 내 수위저하 공법

기초의 보강

  • 기존 구조물이 얕은 기초에 인접하여 새로 별도의 깊은 기초를 구축할 때 구 기초를 보강할 필요가 생긴다. 이 공법은 : under pining 공법 (96-5, 99-2)

구조물 기초 바닥에 작용하는 양압력(부력)에 저항하는 방법(09-1, 11-2)

  • 사하중 증가
  • 부력 앵커
  • 외부배수, 기초바닥 배수