EXCS11 50 40 말뚝재하시험(고속도로공사 전문시방서)
1. 일반사항
1.1 적용 범위
(1) 말뚝재하시험의 적용 범위는
1.2 참고 기준
·
1.3 용어의 정의
· 용어의 정의는
1.4 제출물
(1)
2. 자재
2.1 말뚝
2.1.1 말뚝
(1) 말뚝 자재는
2.2 장비
2.2.1 정재하시험 장치, 재하하중 및 시험기기
(1) 재하장치는 계획된 최대시험하중 이상을 안전하게 재하할 수 있는 것이어야 하며, 공사감독자의 확인을 받아야 한다.(2) 재하하중은 시험목적에 따라 예상된 말뚝의 극한지지력 이상, 혹은 허용지지력에 안전계수를 고려한 값 이상으로 한다.(3) 말뚝재하시험을 할 때 반력말뚝을 사용할 경우에는 인발저항력에 대하여 검토한 후 그 결과를 공사감독자에게 제출하여 확인을 받아야 한다.(4) 재하하중 측정에는 전자식 하중계 또는 유압계를 사용하여야 한다.(5) 재하시험에 사용되는 전자식 하중계(또는 유압잭), 변위계 및 유압계는 공인교정기관의 검증을 받은 것이어야 하며, 교정 유효기간(1년)이 경과하지 않은 것이어야 한다.
2.2.2 동재하시험장치 및 시험수행자료
(1) 동재하시험에는 항타분석기 또는 이와 동등한 성능을 가진 장비를 사용하여야 하며, 부수장비로는 변형률계, 가속도계 및 연결케이블 등이 있다. 이들 장비는 동재하시험 전문기술자에 의해 제공되어야 하며 ASTM D 4945:고변형률 표준 동재하시험 방법(standard test method for high-strain dynamic testing of piles)의 요구조건에 부합되는 것이어야 한다.(2) 동재하시험은 소정의 동재하시험 교육을 이수하고 파동이론에 대한 전문지식을 갖춘 전문기술자에 의해 수행되어야 한다.
3. 시공
3.1 시공조건 확인
(1) 현장조건이 재하시험을 위한 발판 및 하중을 지지할 수 있는지 확인하여야 한다.(2) 시험장비를 위한 안정된 작업표고를 설정하여야 한다.(3) 시험위치에 대하여 정밀한 지반조사를 실시하여야 한다.
3.2 축방향 정적 압축재하시험(정재하시험)
(1) 반력말뚝을 이용하여 재하시험을 하는 경우 설계도서에 지정된 위치나 본말뚝에 실시하여도 된다. 단, 본말뚝에서는 설계하중의 2.0배까지 재하하는 것으로 한다.① 시험말뚝은 연직으로 설치하여야 한다.② 반력말뚝은 인발하중에 저항하도록 필요할 때에는 보강하여야 한다.(2) 손상을 입지 않은 상태로 재하시험에 합격한 시험말뚝은 본말뚝으로 활용할 수 있다. 말뚝재하시험에 사용된 반력말뚝은 손상을 입지 않고, 3mm 이상 상향 이동되지 않았다면 본말뚝으로 활용할 수 있다.(3) 손상된 시험말뚝과 반력말뚝은 뽑아내어 제거하거나 기초하단에서 1.0m 아래부분까지 절단하여 제거하여야 한다. 제거된 구멍에는 콘크리트나 모르타르로 채워야 한다.(4) 말뚝재하시험장치, 하중재하 및 변위량 측정, 표준측정절차 등은 공사감독자가 확인한 것이어야 하며, 재하시험 절차는 다음과 같다.① 기성말뚝의 정재하시험은 말뚝을 타입한 후 30일 이상 경과한 후에 실시하여야 한다. 다만, 현장여건에 따라 공사감독자가 승인한 경우에는 30일이 경과하지 않은 경우라도 정재하시험을 실시할 수 있다.② 현장타설말뚝이 소정의 양생과정을 거친 후에 정재하시험을 실시하여야 한다.③ 하중은 개별말뚝에 대한 설계하중의 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200% 되도록 최소 8단계로 증대하여 재하한다.④ 각 단계별 하중재하 후 시간당으로 환산한 말뚝의 침하율이 0.25mm/h 미만이 되면 다음 단계의 하중을 증대시킨다. 만약 하중재하 후, 2시간이 경과하여도 시간당으로 환산한 말뚝의 침하율이 0.25mm/h 이상이 되면 해당 단계에서 말뚝이 안정되지 못한 것으로 간주하고 다음 단계의 하중을 증대시킨다. ⑤ 최대시험하중이 설계하중의 200% 에 도달하기 이전이라도 급격한 파괴현상이 발생되거나 말뚝 지름의 10% 에 해당하는 총 침하량이 발생하면 말뚝의 재하시험을 중단할 수 있다.⑥ 최대시험하중이 설계하중의 200% 에 도달하여도 말뚝의 극한지지력이 확인되지 않는 경우 200%의 하중을 장시간 유지하면서 침하량을 측정하여야 한다. 200% 하중재하 후, 시간당으로 환산한 말뚝의 침하율이 0.25mm/h 미만이 되면 12시간 동안 하중을 유지한 후 재하시험을 종료하여야 한다. 200% 하중재하 후 12시간이 경과하여도 시간당으로 환산한 말뚝의 침하율이 0.25mm/h 이상이 되면 24시간 동안 하중을 유지하도록 한 후, 하중을 제거하여야 한다.⑦ 최대시험하중 재하 후에는 말뚝설계하중의 25% 씩 1시간 간격을 두고 하중을 제거하여야 한다.(5) 본말뚝이 되는 반력말뚝은 소요지지력의 70% 보다 큰 인발하중을 받지 않게 하여야 한다.(6) 시험말뚝의 지내력 검토는 다음과 같다.① 말뚝의 지반지지력 (R)은 설계하중 또는 말뚝반력(P
max (3.2-1)② 재하시험에서 얻은 하중-침하 곡선에서 설계하중 또는 말뚝반력 (Pmax)에 해당하는 침하량(S
max)은 허용연직 침하량(S
)보다 작아야 한다. 즉,
S max ≤ S (3.2-2)여기서, S max : 설계하중 또는 말뚝반력에 해당하는 침하량 S : 상부구조물의 교대 및 교각의 지점침하량을 말하며, 상․하부 구조물의 형식에 따라 달라지는 허용연직침하량을 말한다. 만약 이 값을 설계도서에서 알 수 없는 경우에는 10mm를 사용한다.(7) 공사감독자는 시험말뚝 또는 다른 말뚝의 거동에 특이성 및 변태를 나타내거나, 지내력에 의문을 갖게 하는 경우에는 설계도서 및 특별조항에 명시되어 있지 않더라도 수급인에게 추가 재하시험을 요구할 수 있다.(8) 재하시험이 완료되면 수급인은 토질·지질 분야 특급기술자 이상의 전문기술자의 검토를 받아 즉시, 각 시험말뚝에 대한 시험보고서를 공사감독자에게 제출하여야 한다.
3.3 동재하시험
(1) 동재하시험 말뚝으로 지정된 시험말뚝에 대하여는 박는 도중에 초기항타 동재하시험(End Of Initial Driving, EOID)을 실시하여야 한다. 또한 시간경과효과 확인 및 본 시공 말뚝에 대한 품질확인을 위하여 지반조건에 따라 시공 후 일정시간이 경과한 후 재항타 동재하시험(restrike)를 시행한다.(2) 말뚝은 재하시험을 위한 지주를 세우기 전에 각 말뚝의 파동속도를 측정하고, 필요한 기구를 부착할 수 있도록 준비하여야 한다. 파동속도를 측정할 때 말뚝은 수평위치에 두고 다른 말뚝과 접촉되지 않게 하여야 한다.(3) 말뚝이 지주에 세워진 후 시험기구를 부착시키기 위하여 말뚝에 접근할 수 있어야 하며, 말뚝이 지주에 위치하고 있는 동안에 말뚝머리까지 올라갈 수 있도록 최소 1.2×1.2m의 발판을 갖추어야 한다. (4) 동재하시험기구를 모든 상황에서 보호할 수 있도록 보관실을 갖추어야 하며, 보관실의 마루는 최소 2.5×2.5m, 지붕높이는 최소 2.1m 이어야 한다. 보관실의 내부온도는 8℃ 이상이어야 한다.(5) 말뚝은 동재하시험기구가 극한지지력에 도달되었다고 지시하는 깊이까지 박아야 한다. 말뚝에 작용하는 응력은 결정된 값이 허용값을 초과하지 않도록 동재하시험기구로 말뚝박기 중에 감시하여야 하며, 필요한 경우에는 응력을 허용값 이하로 유지하기 위하여 쿠션을 추가하거나 해머의 에너지 출력을 감소시켜서 말뚝에 전달되는 타격에너지를 감소시켜야 한다. 동재하시험을 할 때 전문기술자와 공사감독자가 축방향타격에 대한 조정을 지시하는 경우에는 즉시, 말뚝박기 시설을 다시 정돈하여야 한다.(6) 재항타 동재하시험을 할 때에는 변위(mobilize)시킬 만큼 충분한 에너지를 가하여야 한다.(7) 동재하시험이 완료되면 수급인은 웨이브 메카닉(wave mechanics) 등 해당분야 전문기술자의 검토를 받아 각 시험말뚝에 대한 시험보고서를 공사감독자에게 제출하여야 한다.(8) 동재하시험이 완료되면 공사에 필요한 시공관리기준(최종관입량, 램 낙하높이 등)을 결정하여야 한다.
3.4 수평재하시험
(1) 수평재하 시험은
3.5 항타말뚝 시공관리기준 작성방법
3.5.1 일반적인 방법
(1) 동재하시험 전에 시험말뚝에 가속도계와 변형률계를 부착하여야 한다.(2) 램낙하높이를 변화시키면서 말뚝의 관입깊이에 따라 항타응력, 지지력, 최종관입량, 항타장비의 적정성, 해머쿠션과 말뚝쿠션의 적정성, 말뚝이음부의 건전도, 편타분석 등을 조사하여야 한다. (3) (2)의 결과를 이용하여 본말뚝의 항타시공관리기준 즉, 램 낙하높이와 최종관입량을 결정하여 본말뚝을 시공하여야 한다.
3.5.2 간편법
(1) 항타장비가 원활하게 작동할 수 있는 램 낙하높이를 결정한다.(2) 3회 이상의 최종관입량 즉, 8, 5, 2mm 정도에서 시험말뚝에 가속도계와 변형율계를 부착하여 동재하시험(EOID 방법)을 수행한다. (3) 이 관입량에 대하여 동재하시험 결과에서 추정한 허용지지력을 작도한다.(4) 본말뚝의 항타시공관리에 필요한 최종관입량의 범위는 상시의 설계하중 또는 말뚝반력에 해당하는 최대관입량에서 허용항타응력을 만족하는 최소관입량까지로 한다.(5) 매입말뚝의 동재하시험은 본 당 1회 정도 수행하므로 최종관입량의 범위를 얻지 못 할 수도 있다. 이러한 경우 2~3본의 말뚝에서 최종관입량을 달리하여 최종관입량의 범위를 산정하는 것이 좋다.
3.6 현장품질관리
(1) 시험방법과 결과를 측정, 기록하기 위하여 독립적인 검사기관을 선정, 의뢰할 수 있다.(2) 기록에는 사용된 시험장비, 검증 및 기록방법, 시험결과, 말뚝박기 방법에 대한 건의 및 수정 등을 포함하여야 한다.(3) 시험한 말뚝의 실제치수와 위치, 시험으로 인한 이동 또는 비틀림 등을 정확하게 기록하여야 한다.(4) 공사 중, 확인 재하시험은 공사 초기에 실시하며, 설계에 사용한 지내력과 말뚝시공의 적합성을 확인하여야 한다.