말뚝 주면마찰력

정의

말뚝 주면마찰력은 말뚝 둘레면과 주변 흙 사이의 전단저항이다.

말뚝이 흙과 맞닿은 옆면이 흙을 붙잡아 버티는 힘이다.

핵심 키워드는 주면마찰력, 부착력 계수 α, 토압계수 Ks다.

극한 지지력 구성

극한 지지력은 선단지지력과 주면마찰력의 합으로 나타난다.

상부 하중은 말뚝 머리에서 주면을 따라 전달되고, 남은 하중은 선단이 받는다.

주면마찰력 Qs는 단위 마찰력 fs에 구간별 주면적 As를 곱해 합산한다.

두 성분은 발휘 변위가 달라 최대치를 동시에 더할 수 없다.

사질토 주면마찰력

사질토에서 단위 주면마찰력은 유효응력 기반으로 구한다.

수평 토압은 토압계수 Ks와 유효 상재압 σv′의 곱이다.

fs는 Ks·σv′·tanδ이며, δ는 말뚝과 흙 사이의 벽면마찰각이다.

깊이가 20D를 넘는 구간은 같은 값으로 계산한다.

점토 주면마찰력

점토는 사질토와 달리 α계수법과 β계수법 두 가지로 주면마찰력을 구한다.

α계수법은 전응력 해석으로 비배수 전단강도 cu를 쓴다.

α계수법의 fs는 α·cu이며, 포화 점토의 단기 조건에 적용한다.

β계수법은 유효응력 해석으로, 과잉간극수압이 소산된 장기 조건에 적용한다.

시공법별 차이

주면마찰력은 말뚝 시공법에 따라 크기가 달라진다.

타입말뚝은 주변 지반이 압밀되어 주면마찰력이 상대적으로 크다.

선굴착 말뚝이나 중공 말뚝은 타입 말뚝 주면저항의 1/3~1/2 수준이다.

현장타설말뚝은 슬라임 처리가 마찰력 확보의 핵심이다.

계산 예제

예제로 직경 0.5m, 길이 10m인 사질토 타입말뚝을 계산한다.

중간 깊이의 유효 상재압은 60kPa, Ks는 1.0, δ는 20도로 가정한다.

그러면 fs는 1.0×60×tan20°로 약 21.8kPa가 된다.

주면 둘레 πD에 길이 L을 곱하면 주면마찰력 Qs는 약 342.5kN이다.

정리와 시험 포인트

정리하면 주면마찰력은 극한 지지력을 이루는 한 성분이다.

사질토는 Ks, σv′, δ로, 점토는 α계수법과 β계수법으로 구한다.

주면마찰은 약 1cm 변위에서, 선단지지력은 직경의 10% 변위에서 발휘된다.

재하시험으로 계산값을 보정하는 것이 신뢰성 평가의 핵심이다.