중립점과 부마찰력

아시다시피 흙은 추가적인 압력을 받게 되면 꺼짐(침하)가 발생됩니다. 연약한 지반일수록 침하가 발생할 수 있는 가능성은 커지고, 침하량은 많이 발생될 것입니다.

 

예를 들어서 연약지반에 말뚝기초를 설치한 경우는 어떻게 될까요? 연약지반 층이 있어서 상부의 하중을 하부 지지층까지 도달토록 말뚝기초로 계획이 되어 있을 테고 말뚝으로 하중이 작용하고 연약지반에는 직접적인 추가하중은 없어보입니다.

 

말뚝도 완전 강성을 가진 것은 아니고, 하중으로 인해 말뚝자체도 변형이 발생될 것입니다. 성토나 추가적인 하중 또는 자중압밀등에 의해서 연약지반이 침하된다면? 말뚝의 침하량< 연약지반의 침하량이 크다면?

 

말뚝과 지반은 접해 있습니다. 이로 인해 말뚝의 주변에는 지반의 점착력, 마찰로 인해 주면마찰력이 생김니다. 말뚝으로 하부 견고한 지지층의 지지력 뿐만아니라 주면마찰력으로 인해 지지력을 발휘합니다. 이때 지반과 말뚝의 상대변위가 크다면 말뚝은 침하하는 지반으로 인해 지반침하방향으로 끌려내려가는 힘을 받습니다. 이를 부마찰력이라고 합니다.

 

그럼 부마찰력은 말뚝 전체에 작용되느냐, 어느 구간까지 부마찰력이 작용하는 것으로 보느냐가 궁금해집니다.

결론적으로 말하면 이 부분이 중립점이 됩니다. 중립점은 지표면에서 압밀층 최하단 즉 침하가 가장 큰 부분에서 침하가 0이 되는 압밀 층하부까지의 위치가 됩니다. 물론 이경우는 완전 굳은 지층에 지지된 경우가 될테고 덜굳은 지층의 경우 압밀층의 두께의 80~90%사이의 값으로 분포됩니다.(덜굳은 지층의 말뚝은 침하가 굳은 지층에 지지된 말뚝에 비해 침하가 클것이므로 중립축의 위치가 변하는 것입니다.)

이는 말뚝의 침하와 연약지반의 침하가 같아서 상대적인 이동이 없는 위치라고 문헌들에서는 표현하고 있습니다.

 

부마찰력으로 인한 지지력의 감소 및 부등침하의 발생은 상부하중, 말뚝길이, 인근 공사로 인한 부분침하, 지하수위 강하등 여러 요인이 복합적으로 작용할 수 있기 때문에 적용시 주의를 필요로 할 수 있습니다.