부마찰력

부마찰력의 정의

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

이 힘은 말뚝을 아래로 끌어내려 지지력을 떨어뜨린다.

보통의 주면마찰력은 말뚝이 흙보다 더 가라앉을 때 위로 작용한다. 두 힘은 방향이 반대다.

발생 원인

연약 점토층 위에 성토를 하면 점토층이 압밀로 가라앉는다.

주변 흙이 말뚝보다 더 많이 가라앉으면 흙이 말뚝을 아래로 끌고 내려간다.

그 결과 하향 부마찰력이 생기고, 말뚝의 지지력이 떨어진다.

압밀층을 관통해 견고층에 말뚝을 박는 경우에 특히 문제가 된다.

중립점과 축력

중립점은 말뚝과 흙의 상대변위가 0이 되는 깊이다.

중립점 위쪽은 부마찰력이, 아래쪽은 정(正)의 주면마찰력이 작용한다.

중립점에서 말뚝의 축력이 최대가 되므로, 이 깊이의 축력으로 설계를 검토한다.

중립점의 깊이는 침하량, 말뚝 강성, 지반 강성에 따라 달라진다.

계산 예제

단독말뚝에서 점토의 부마찰력을 계산해 본다.

먼저 말뚝 주변장을 구한다. U는 πD이므로 약 1.571 m다.

점성토의 단위 마찰력은 일축압축강도의 절반으로 본다. 여기서는 10 kN/m²다.

주변장, 단위 마찰력, 관입 깊이를 곱하면 약 236 kN이 된다.

이 값은 말뚝의 허용지지력 검토에서 하중으로 더해진다.

말뚝 형식별 대책

앞 문제의 정답은 10 kN/m²다. 단위 마찰력은 일축압축강도의 절반이다.

부마찰력 대책은 원인을 줄이는 방법과 말뚝 쪽에서 막는 방법으로 나뉜다.

지지말뚝은 부마찰력이 하중으로 그대로 더해져 가장 불리하다.

마찰말뚝은 중립점 아래에서만 상향 마찰을 기대할 수 있다.

슬리브 말뚝은 연약층 구간의 마찰을 차단해 부마찰력을 억제한다.

정리와 시험 포인트

정리하자. 부마찰력은 주변 지반 침하가 말뚝보다 커서 주면에 하향으로 작용하는 힘이다.

중립점은 상대변위가 0이고 축력이 최대가 되는 깊이다.

부마찰력은 지지력의 증가가 아니라 감소 요인이다. 설계하중에 더해 검토한다.

대책은 지반 개량, 표면 처리, 이중관 말뚝, 지하수위 저하 등이 있다.