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기초가 설치될 지반의 지내력이 충분하지 않으면 깊은 기초를 설치해야 합니다. 상부구조의 하중을 지탱할 수 있는 지반까지 말뚝을 박아 하중을 전달해야 합니다. 여기서는 일반적으로 많이 사용하는 PHC 말뚝(KS F 4306 프리텐션 방식 원심력 고강도 콘크리트 말뚝)을 살펴보겠습니다.
▶ 암반의 분류
PHC말뚝의 규격
PHC(Pretensioned spun High strength Concrete piles)말뚝은 원심력을 응용하여 만들며 압축강도가 78.5MPa 이상의 프리텐션 방식에 의한 고강도 콘크리트 말뚝을 말합니다.
PHC 말뚝은 바깥 지름에 따라 12종류 - 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200mm로 구분됩니다. 또 유효 프리스트레스의 크기에 따라 A종, B종 및 C종으로 구분합니다.
PHC 말뚝의 유효 프리스트레스의 크기인 A, B, C는 각각 3.92MPa, 7.85MPa, 9.81MPa로 구분됩니다.
위에 있는 말뚝의 기호를 보면 'PHC-A-500-15'라고 되어 있습니다. 유효 프리스트레스의 크기에 A종이고 바깥지름이500mm이며, 길이가15m인 PHC말뚝을 말합니다. 말뚝은 도로에서 운반하는데 한계가 있기 때문에 15m이상으로 생산하기는 어렵습니다. 이 말뚝은 현장에서 시공할 때 1본당 120ton을 부담하도록 시공했습니다.
이음부
지지층이 15m 이상 깊은 곳에 있다면 말뚝을 이어서 시공해야 합니다. PHC 말뚝의 단부 이음부는 이음 철물을 만들어 용접하는 방식으로 있는 구조로 만들어 집니다. PHC 말뚝의 이음부는 몸체와 동등 이상의 휨 파괴 강도를 가진 구조로 만들어집니다.
이음부의 끝선은 PHC 말뚝의 축선에 대해 직각이 되도록 해야 하며 단면 직각도의 오차는 20분 이내가 되도록 규정하고 있습니다.
제조 방법
PHC 말뚝의 제조방법에 대한 KS 기준을 살펴보면 다음과 같습니다.
PC 강재 및 철근
축 방향에 배치하는 PC 강재 및 축방향 철근은 그 합계 단면적에 의한 철근비가 0.4% 이상이고, 개수는 6개 이상으로 하며, PHC 말뚝의 각 단면에서 그 동심원의 원둘레를 따라 가능한 한 균등하게 배치하고, PHC 말뚝의 휨 강도에 방향성이 작게 되도록 하여야 한다. PC 강재 및 럴근의 간격은 그들 지름의 1배 이상이고, 굵은 골재 최대 치수의 4/3배 이상이어야 한다.
PC 강재 및 나선형 철근의 피복 두께는 15mm 이상이어야 한다.
콘크리트
콘크리트의 품질은 제품과 동일 양생을 한 공시체의 압축 강도가 정해진 양생 완료 시에 78.5MPa 이상이어야 한다.
콘크리트에 사용하는 재료를 무게로 계량한다. 다만 물 및 액상의 혼화제는 부피로 계량해도 좋다.
아직 굳지 않은 콘크리트에 포함되는 염화물 이온(Cl-)량은 0.20kg/m³ 이하이어야 한다.
성형
조립한 PC 강재 및 철근을 형틀 내에 배치하고, 콘크리트를 PHC 말뚝의 두께가 균일하게 되도록 형틀 속에 넣어, 원심력으로 다져 성형한다. 이 때 PC 강재에는 미리 정해진 긴장력을 주어야 한다.
프리스트레스의 도입 방법
초기 긴장력은 정해진 유효 프리스트레스를 얻을 수 있는 만큼으로 하고, 긴장 작업 직후 Pc 강재의 인장 응력도는 인장 강도의 0.7배 이하 또는 항복점 하중의 0.8배 이하 중 작은 값으로 한다. 다만 호칭명이 13mm의 전조 나사 가공 PC 강봉에서는 인장 강도의 0.665배 이하 또는 항복점 하중의 0.76배 이하 중 작은 값이어야 한다.
프리스트레스의 도입은 서서히 하여야 한다.
프리스트레스를 도입할 때의 콘크리트의 압축 강도는 고온 고압 중기 양생을 할 때 A종인 경우 29.4MPa 이상, B종 및 C종의 경우 39.2MPa 이상이어야 한다. 또한 상압 증기 양생만을 하는 경우는 58.8MPa 이상이어야 한다.
다음 표의 값은 PHC 말뚝의몸체에 휨 강도 시험을 할 때 파괴휨모멘트의 기준과, 균열 휨모멘트를 가했을 때 균열이 발생해서는 안 되는 기준 값입니다.
| 바깥 지름(mm) | 종류 | 균열 휨 모멘트(kN·m) | 파괴 휨 모멘트(kN·m) |
| 300 | A | 24.5 | 37.3 |
| B | 34.3 | 61.8 | |
| C | 39.2 | 78.5 | |
| 350 | A | 34.3 | 52.0 |
| B | 49.0 | 88.3 | |
| C | 58.9 | 117.7 | |
| 400 | A | 54.0 | 81.4 |
| B | 73.6 | 132.4 | |
| C | 88.3 | 176.6 | |
| 450 | A | 73.6 | 110.8 |
| B | 107.9 | 194.2 | |
| C | 122.6 | 245.2 | |
| 500 | A | 103.0 | 155.0 |
| B | 147.2 | 264.9 | |
| C | 166.8 | 333.5 | |
| 600 | A | 166.8 | 250.2 |
| B | 245.2 | 441.4 | |
| C | 284.5 | 569.0 | |
| 700 | A | 264.9 | 397.3 |
| B | 372.8 | 671.0 | |
| C | 441.4 | 882.9 | |
| 800 | A | 392.4 | 588.6 |
| B | 539.6 | 971.2 | |
| C | 637.6 | 1275 | |
| 900 | A | 539.6 | 809.3 |
| B | 735.8 | 1,324 | |
| C | 833.8 | 1,668 | |
| 1000 | A | 735.8 | 1,104 |
| B | 1,030 | 1,854 | |
| C | 1,177 | 2,354 | |
| 1100 | A | 932.0 | 1,398 |
| B | 1,324 | 2,384 | |
| C | 1,521 | 3,041 | |
| 1200 | A | 1,177 | 1,766 |
| B | 1,668 | 3,002 | |
| C | 1,962 | 3,924 |
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