2장. 기 초 (말뚝기초 1-1)

1. 개요

건축에서 말뚝기초란 연약지반이 있을 때 건물의 하중을 깊고 견고한 지반에 전달시키기 위하여 지반 속에 설치한 기둥모양의 지지대를 말한다. 연약한 지반에서는 직접기초로서는 건물을 안전하게 지지시키기가 곤란하므로 깊은 곳에 있는 단단한 지반까지 말뚝을 박아 간접적으로 하중을 전달하는 것이다. 말뚝은 시공하는 지층, 말뚝의 구성법, 말뚝의 재질, 제조방법, 설치공법, 기능 및 용도 등에 따라 분류할 수가 있다. 말뚝은 지지하는 구조물의 하중에 따라 대별하면 연직하중을 지지하는 말뚝과 수평하중을 지지하는 말뚝으로 나누지만, 보통은 양자를 모두 지지하게 된다. 다만 어느 쪽에 치중하는가에 달렸을 뿐 각기 구조물에 따라 다르다. 말뚝기초는 시공방식상 처박기말뚝, 압입말뚝, 매설말뚝공법과 제자리말뚝이 개발되었으며 이것은 시공상으로는 말뚝으로 다루지만 설계상으로는 케이슨공법으로 다룰 때가 많다. 말뚝은 기성말뚝과

제자리말뚝으로 대별되고 기성말뚝은 재료상으로 나무말뚝, 강재말뚝, 철근콘크리트말뚝 등이 있고 제자리말뚝에는 제자리붓기 콘크리트 말뚝, 기성 콘크리트말뚝 제자리 매설공법 등이 있다. 지반 조건 및 역학상으로는 지지말뚝과 마찰말뚝으로 대별된다.

 

2. 기성말뚝의 분류

(1) 재료상의 분류

기성말뚝은 재질상으로 나무말뚝, 강재말뚝, 콘크리트말뚝으로 3대별 할 수 있다. 또 콘크리트말뚝은 제조방식 양생방법에 따라 여러 종류가 있다. 제자리붓기 콘크리트말뚝은 현장에서 착공한 다음 조립철근 콘크리트를 부어놓아 만든 말뚝이며 현장붓기 콘크리트말뚝이라고 한다. 동종의 말뚝을 2개 이상을 이어서 쓰는 것을 이음말뚝이라 하고, 이종의 말뚝을 이어서 쓰는 것을 합성말뚝이라 한다. 타격말뚝은 기성말뚝의 온길이를 모두 지반 중에 처박은 말뚝이고 제자리붓기말뚝 매설말뚝에 대한 말이다. 이 외에 진동 압입하는 공법도 있다. 매설말뚝은 예정된 말뚝 깊이로 삭공된 구멍내에 기성말뚝을 설치하는 것이다. 

 

(2) 시공법상의 분류

말뚝은 기성말뚝과 제자리말뚝공법으로 대별된다. 기성말뚝은 타격, 진동, 압력 등의 방법에 의하여 지반 중에 처박기말뚝과 지반에 미리 삭공하고 기성말뚝을 꽂아 넣는 방법과 말뚝의 중공부 속에서 굴삭하거나 수사식으로 지반을 무르게  하면서 기성말뚝을 삽입하는 매설말뚝공법을 나누어진다.

 

# 처박기말뚝

이 공법은 드롭해머, 기동해머, 스팀해머, 디젤해머, 진동해머, 유압해머 등의 공법이 있다. 이 중에서 디젤 해머가 가장 많이 쓰이었으나 시가지의 소음, 진동, 유연 등의 공해문제가 있어 사용이 제한되며, 방음덮개를 쓰거나 공해가 작은 유압해머 또는 진동해머가 쓰인다. 기동해머, 스팀해머공법은 항만구조물의 대구경 장척 기성말뚝에 쓰인다. 

 

# 떨공이말뚝박기기

주철제의 떨공이를 사각틀의 심대, 또는 두줄틀에 2개의 도주를 써서 와이어로프와 윈치로 끌어올리고 낙하하는 타격으로 말뚝을 박는 것이다. 근래에는 트럭크레인에 장착한 것을 특수조건의 현장에서 사용된다.

 

# 진동말뚝박기기

원동기의 회전운동을 상하진동으로 바꾸어 그 하향력을 말뚝에 전달하며 말뚝체를 세로진동시켜서 말뚝의 주변마찰력을 단절하고, 기계 및 말뚝 자중으로 말뚝을 지중에 관입시키는 말뚝박기 기계이다. 이것은 말뚝을 뽑아내는 데도 응용되고

최근에는 저진동기종 또는 고주파 진동 해머도 개발되어 사용되고 있다. 진동말뚝박기기의 구조는 전동기이고 기둥기에 내장된 편심중추가 달린 한쌍의 편심축을 역회전구동시키게 되어 있고, 좌우방향의 원심력은 서로 상쇄되고 상하 방향의 원심력이 합성된다. 진동파일드라이버하고도 한다.

 

(3) 기능상의 분류

말뚝에 요구되는 여러 가지가 있으나 그 중 중요한 것은 말뚝 자체의 내력과 저항력이고 건물에서는 말뚝의 내력이 가장 장 중요하다. 말뚝은 연약한 지층을 꿰뚫고 곧은 지지층까지 도달시키고 그 선단저항으로 지지되는 것 곧 말뚝 끝이 견고한 지반에 도달되면 말뚝체는 기둥과 같은 작용을 하며 이것을 지지말뚝이라 한다. 지반이 깊은 점토층으로 되어 있을 때 말뚝은 그 표면에 작용하는 점성토의 부착력이나 마찰력에 의하여 지지되므로 이것을 마찰말뚝이라 한다. 그러나 어느 것이나 모두 말뚝 끝의 지지력과 말뚝 주변의 부착력이 유효하며 어느 것이 보다 유효하며 중요한가에 따른 것이며 지지말뚝과 마찰말뚝으로 나눈 것은 편의상의 표현일 뿐이다. 느슨한 모래땅에 말뚝을 처박거나 압입하면 말뚝자리의 모래는 옆으로 배제되면서 또한 박을 때의 전동작용으로 그 주위는 다져지는 효과가 있다. 말뚝간격이 작을 때의 무리말뚝은 한 덩어리로 다져지는 지반개량의 효과도 기대할 수 있다. 지지층의 상부에 연약층이 있을 때에 지반침하가 없으면 말뚝머리에 가해지는 하중을 지지하는 플러스 마찰력이 작용하지만 지반침하가 생기면 말뚝을 끌어내리는 마이너스 마찰력이 작용한다.

 

3. 시험말뚝

시험말뚝에 있어서 그 허용지지력은 공이의 무게 및 낙하높이 말뚝의 중량 및 최종관입량으로 산정되고 하중시험으로 정하는 것 외에는 말뚝 허용지지력의 산정식에 의한다. 다만, 산정식은 여러 가지가 있고 다음은 그 한 예일 뿐이다.

 

F : 복동공기공이의 타격에너지

S : 말뚝의 최종 관입량 

H': S 측정 후 관입량이 최소가 되도록 할 때의 낙하높이

F': S 측정 후 관입량이 최소가 되도록 할 때의 복동공기공이의 타격에너지

S': S 측정 후 H' 또는 F'의 조건으로 박은 말뚝의 관입량

 

# 말뚝의 재하시험

말뚝의 지지력은 흙의 응집력 관계로 시일의 경과에 따랄 증가한다. 말뚝을 박고 10여 일 경과 후 말뚝머리에 재하시험을 하여 그 침하상태를 측정한다. 이것으로 상기 지지력산정식의 결과를 확인할 수 있고 더 큰 허용지지력을 채용할 수도 있다. 기초의 내력은 말뚝의 지지력과 지반의 지내력의 합계가 되지만 지반의 내력은 무시하고 말뚝내력에 의하는 것으로 한다. 말뚝저항의 중심은 지지말뚝은 그 끝에 있고 마찰말뚝은 아래의 1/3 위에 있다.

 

4. 말뚝의 배치

말뚝의 배치는 정렬식으로 하거나 마름모식으로 한다. 말뚝의 최소 중심 간격은 말뚝 지름의 2.5배 이상 기초판 단부에서 1.25배 이상으로 한다. 또 나무말뚝은 거리간격 최소 60cm 이상, 기성콘크리트말뚝은 75cm 이상, 또 제자리콘크리트말뚝은 90cm 이상으로 한다. 말뚝이 장대한 것은 간격을 넓히고 사질토에서는 간격이 가까우면 지반다지기의 효과는 있으나 박기가 곤란하고 진흙층일 때는 간격이 가까우면 무리말뚝으로서 침몰되어 주위의 흙을 올려밀 때가 있다. 따라서 말뚝은 어느 때라도 기초판이 허용되는 한도 내에서는 간격을 크게 하여 박는 것이 효과적이다.