(3) 말뚝 기초의 시공 : 말뚝의 시공 방법은 지반 조건, 말뚝 구굑, 설계 하중, 사용 장비, 주변 여건과 건설 공해를 고려하여 결정하며 기성 제품 말뚝의 타입 공법과 매입 공법, 현장 타설 말뚝 등으로 분류한다.
1) 말뚝 재료의 특성
- 나무 말뚝 : 나무 말뚝은 옛날부터 사용되어 매우 오랜 역사를 가지고 있으나 현재에는 콘크리트 말뚝 등의 보급으로 거의 사용되고 있지 않다.
- 철근 콘크리트 말뚝 : 원심력을 이용하여 제작한 철근 콘크리트 말뚝은 형상고 치수가 다양하고 현장의 지반 상태에 따라 적당한 끝과 이음을 가지고 있다. 장점은 내구성이 크고 재질이 균질하며 강도가 크므로 지지 말뚝에 적합하고 말뚝 길이가 15m 이하에서 비교적 경제적이다. 단점은 무거워서 운반과 취급이 불편하고 지지층이 균일하지 않으면 비경제적이다. 단단한 지층의 관통이 어렵고 항타 시에 압축과 인장력이 작용하여 말뚝 머리에 손상을 주면 철근 부식의 원인이 된다.
- 프리스트레스트 콘크리트 말뚝 : 프리스트네스트 콘크리트 말뚝은 콘크리트에 프리스트레스를 가하여 콘크리트 부재를 만드는 방법으로 PC 말뚝이라고 하고 프리 스트레서를 가하는 방법에 따라 프리텐션 방식과 포스트 텐션 방식이 있다. PC 말뚝은 균열이 잘 생기지 않으므로 강재 부식의 우려가 없어서 내구성이 크고 휨이 적게 발생한다. 또한 타입 시에 인장력을 받아도 프리스트레스가 유효하게 작용하여 인장 파괴가 일어나지 않고 이음이 용이하여서 신뢰성이 있다.
- PHC 말뚝 : PHC 말뚝은 원심력을 이용하여 만든 콘크리트 압축 강도가 78.5 N/㎟ 이상의 프리텐션 방식에 의한 고강도 콘크리트 말뚝이며 바깥 지름에 따라 300 ~ 1200mm로 구분한다. PHC 말뚝은 유효 프리스트레스의 크기에 따라 A종, B종 및 C종으로 구분하며 유효 프리스트레스는 각각 3.92N/㎟, 7.85N/㎟ alc 9.81N/㎟이다. PHC 말뚝은 콘크리트의 설계 기준 강도가 PC 말뚝보다 크고 장기 허용 압축 응력이 커서 말뚝의 지지력도 커지며 Autoclave 양생으로 골재와 시멘트 풀과의 결합이 강해져서 압축 강도가 증대하여 타격 저항력이 높아지고 항타 횟수가 증가하여도 파손이 적어서 지지층까지 도달시킬 수 있다. 콘크리트의 휨 인장 응력이 크고 축력과 수평력을 동시에 부담할 수 있으며 크리프와 수축이 적다. 그러나 재료의 특성상 깨지거나 균열이 발생하기 쉬우므로 운반, 보관, 거치에 주의가 필요하다.
- 강말뚝 : 강 말뚝은 여러 가지 종류가 있으나 강관, H형강, 강널말뚝이 많이 사용되고 있다. 장점은 재질에 대한 신뢰성이 크고 재료의 강도가 커서 지지층(N=60)에 깊게 관입할 수 있으며 지지력이 크다. 운반과 취급이 용이하고 현장에서 절단과 용접이 가능하며 대구경 강관 말뚝의 제조가 가능하다.
단점은 부식하기 쉽고 지지층의 지지력이 크지 않으면 말뚝 길이가 길어져서 비경제적이다. 강 말뚝은 부식의 문제가 있으므로 콘크리트로 피복(7 ~ 10cm)하거나 전기 방식을 하고 설계 시에 미리 부식 두께만큼의 여분 두꼐를 반영하는 방법이 있다.
^ H형 강말뚝 : H형 강 말뚝은 압축과 인장 강도가 커서 운반, 취급, 타입 시공이 비교적 용이하다. 자갈층이나 호박 돌층이 포함된 지층에 타입 할 때에 선단의 파손이 우려되므로 주물로 만든 슈를 사용한다. 타입 시에 흙의 배 제량이 적어서 자갈층이나 좁은 장소에서 조밀한 시공이 가능하며 가설 말뚝이나 길지 않은 기초 말뚝에 적합하다. H형 강 말뚝의 타입은 모든 종류의 해머를 사용할 수 있고 말뚝이 긴 경우에는 말뚝이 휘거나 뒤틀리는 경향이 있으므로 주의가 필요하다.
^ 강관 말뚝 : 강관 말뚝은 교각, 잔교, 돌핀 등과 같이 횡하중을 받는 구조물의 기초 말뚝으로 이용한다. 강관 말뚝은 재질이 균일하여 강력한 타입이 가능하고 수평력에 저항하는 경사 말뚝의 시공이 용이하다. 단단한 지반이나 자갈층에 타입하는 경우에는 말뚝 선단부에 두께 10 ~ 20mm, 직경(D+20mm)의 철판을 부착하고 주철 슈를 사용한다. 모든 종류의 해머를 사용할 수 있고 해머는 파동 방정식으로 해석하여 결정한다.
^ 강널 말뚝 : 강널 말뚝은 중량에 비하여 강성이 커서 항만 구조물이나 흙막이 구조물에 사용되고 차수성이 좋아서 물막이 공사와 깊은 굴착에 적용하며 시공이 간단하고 반복 사용이 가능하다. 그러나 풍화암이나 자갈층에는 타입이 곤란하고 항타시에 소음과 진동이 발생한다. 또한 지하 매설물이 있으면 시공이 곤란하고 시공 이음의 정밀도가 불량하면 깊은 굴착이 곤란하다. 강널 말뚝은 수밀성이 우수하여 토사 유출을 방지하고 근입 깊이를 조절하면 heaving이나 boiling을 방지할 수 있다.
^ 벽강관 말뚝 : 벽강관 말뚝은 강관 널말뚝, 강관 시트 파일 등으로 불리며 강관 이음부를 용접하여 서로 연결이 되는 벽체를 형성하므로 항만의 안벽이나 방파제, 흙막이와 가물막이, 교각 기초 등에 사용된다. 강서이 커서 수평 및 수직 하중에 대한 지지력이 우수하다. 대부분 지반에 관입이 가능하고 충분한 지지력을 확보할 수 있다. 벽체 높이의 조정이 가능하고 여러 가지 형태의 벽체를 조성할 수 있다. 차수 효과가 우수하고 확실한 시공과 공기 단축이 가능하다.
^ 복합 말뚝 : 복합 말뚝은 이질 재료 또는 다른 특성을 갖는 말뚝을 연결하여 복합체로 활용하는 말뚝 형태이다. 강관 말뚝과 콘크리트 말뚝의 장점을 이용하여 효율성을 향상시킨 복합 말뚝은 큰 모멘트가 작용하는 상부는 수평력에 저항하도록 강관 말뚝을 사용하고 축하 중이 작용하는 하부에는 지지력 확보가 가능한 콘크리트 말뚝을 사용하여 말뚝 거동에 합리적인 구조를 가지므로 안정성이 우수하다. 복합 말뚝은 선단면의 형상이 막힌 단면이므로 열린 단면의 강관 말뚝에 비하여 산단 지지력의 확보가 용이하고 PHC 말뚝의 두부 정리 시에 발생하는 말뚝의 균열과 프리스트레스의 손실이 적어서 유리하다. 또한 매입 말뚝에 적용하는 경우에는 선단 폐색을 위한 선단 근고액이 필요하지 않고 주면 마찰력을 확보하기 위한 주면 고정액이 감소하여 환경 피해를 최소화할 수 있다.
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