부마찰력과 중립면

부마찰력의 정의

부마찰력은 주변 지반이 말뚝보다 더 크게 침하할 때 말뚝 주면에 하향으로 작용하는 마찰력이다.

말뚝 쪽이 상대적으로 덜 침하하는 깊이가 중립면이다.

부마찰력은 말뚝을 아래로 끌어내리는 하중으로 작용해 지지력과 구조 안전을 좌우한다.

주면마찰력의 두 방향

흙이 말뚝보다 많이 내려가는 구간에서는 흙이 말뚝을 아래로 끌어내린다.

말뚝이 흙보다 많이 내려가는 구간에서는 위로 향하는 정상 주면마찰력이 생긴다.

두 방향이 만나는 지점이 중립면이며, 상대변위가 0이라 마찰력도 0이 된다.

계산 예제

중립면 깊이까지의 주면 마찰력을 적분하는 순서로 계산한다.

직경 0.4 m 말뚝의 주변장은 약 1.257 m이고 연약층 두께는 12 m다.

평균 부마찰력 20 kPa를 대입하면 약 300 kN이 된다.

헷갈리는 비교

지지말뚝은 연약한 압밀층을 관통해 견고한 층에 닿으므로 부마찰력이 문제가 된다.

마찰말뚝은 말뚝 침하가 커서 흙과 함께 내려가는 경우가 많아 부마찰력이 작다.

부마찰력 발생 조건은 압밀층 관통, 연약지반 위 성토, 연약층 관통의 세 가지다.

정답은 지지말뚝이다. 견고한 지지층에 닿아 말뚝 침하가 작기 때문이다.

중립점 결정 절차

중립점은 압밀 침하 곡선과 말뚝 침하 곡선의 차이가 0이 되는 깊이다.

그 깊이 위 구간의 부마찰력을 적분하고 구조물 하중에 더한다.

마지막으로 지지력과 주면 저항이 이 최댓값 이상인지 검토한다.

정리

부마찰력은 말뚝을 아래로 끌어내리는 하중이다.

중립면은 마찰력 방향이 바뀌고 축력이 최대가 되는 깊이다.

설계에서는 부마찰력을 하중에 더해 지지력과 구조를 함께 검토한다.