04plan

▶ 자립식(캔틸레버) 널말뚝의 설계

(1) 벽체에 작용하는 토압 및 수압을 이용하여 사질토 및 점토에 근입된 강널말뚝에 대하여 각각의 강널말뚝 근입 깊이와 최대모멘트 및 휨응력, 소요단면계수를 구한다. 한편으로 탄성론에 근거를 둔 Chang의 방법을 이용하여 설계할 수 있다.

(2) 항만 구조물이나 굴착공사에 사용되는 널말뚝의 경우 벽체 왼쪽의 수위가 오른쪽의 수위보다 낮은 경우가 있다. 이 경우에는 설계 시 벽체 양쪽의 수위 차에 따른 수압을 고려하여야 한다.

▶ 앵커식(타이로드식) 강널말뚝의 설계

(1) 자립식 강널말뚝의 깊이가 약 10m를 초과할 경우 널말뚝 상단에 앵커를 설치하는 앵커식(타이로드식) 강널말뚝은 <그림 6.4>의 순서와 같이 설계한다.

-앵커식(타이로드식) 강널말뚝 설계 개요-

(2) 앵커식 강널말뚝의 설계는 사질토에 근입된 강널말뚝과 점토에 근입된 강널말뚝으로 구분하고 강널말뚝의 하부 지지형식에 따라 자유단지지법과 고정단지지법으로 구분하여 설계한다. 한편으로 Rowe의 모멘트 감소법과 탄성해법을 이용하여 설계할 수 있다.

▶ 강널말뚝의 설계 시 벽면마찰각 및 수압

강널말뚝의 설계 시 배면 지반과 강널말뚝 사이의 벽면마찰각을 고려하여야 하고 현장의 조건에 따라 수압은 널말뚝의 안정계산에는 정수압(hydro static pressure)과 침투수압(seepage force)을 다음과 같이 적용한다.

(1) 벽면마찰각(wall friction angle)

널말뚝의 벽면마찰각은 주로 다음의 값에 의존한다.

- 지반의 전단강도

- 벽체의 조도

- 벽체의 시공방법

- 벽체와 지반의 상대변위

일반적으로 널말뚝의 안정 계산에 적용하는 벽면마찰각은 벽체의 변위조건에 따라 다음값으로 한다. 참고로 슬러리월은 벽체의 강성이 커서 변위가 작게 발생되어 주동 및 수동토압이 완전히 동원되지 않을 수 있으므로 작은 벽면마찰각을 적용한다.

주동토압에서 벽면마찰각의 부호는 벽면에 수직인 선을 기준으로 반시계방향을 양으로 정하면 벽체의 변위에 따라 다르다. 즉, 다음 그림에서 벽체가 수평변위를 일으킬 때에는 다음 그림 (b)와 같이 부호가 결정되지만 벽체가 연직방향으로 변위를 일으키면 다음 그림  (a)와 같이 벽면마찰각의 부호가 바뀐다.

수동상태의 벽면마찰각의 방향은 연직방향의 힘의 평형을 고려하여 검토한다. 즉, 연직력,자중, 주동 및 수동토압의 연직성분의 합력 방향이 상향이면 수동영역의 수동토압이 과대적용된 것이므로 수동토압에 대한 벽면마찰각을 작게 조절한다.

(a)                                                  (b)

-벽체의 변위에 따른 벽면마찰각의 부호-

(2) 수압

널말뚝의 설계에는 정수압(hydro static pressure)과 침투압력(seepage force)을 고려하여 야 한다. 널말뚝의 선단이 불투수층에 관입되어 있으면 다음 그림의 (c)와 같이 지하수의 침투가 발생하지 않으므로 정수압만 고려하고, 선단이 투수층에 관입되어 있으면 다음그림의 (a)와 같이 지하수침투가 발생하므로 정수압 외에도 침투수압을 고려하여야 한다.

(a) 투수층에 관입된 널말뚝                (b) 침투를 고려한 수압

(c) 불투수층에 관입된 널말뚝        (d) 침투가 발생하지 않은 경우의 수압

-널말뚝에 작용하는 수압-