사질토 지반에 설치된 버킷기초의 수직 하중전이 특성

Abstract

버킷기초에 작용하는 수직하중의 일부는 내부 흙을 통해 저면으로 나머지는 스커트 외주면과 지반 사이로 전달된다. 사질토 지반에 설치된 버킷기초의 설계를 위해서는 수직 하중전이 특성을 명확하게 규명해야 하나 아직 이에대한 연구가 수행되지 않았다. 본 연구에서는 2차원 축대칭 유한요소해석을 수행하여 사질토 지반에 설치된 버킷기초의 수직하중에 대한 지반의 응답을 계산하였다. 극한 상태에서 버킷기초의 선단지지력은 얕은기초의 지지력보다 크며주면마찰력은 말뚝의 설계식에 비하여 작은 것으로 나타났다. 선단지지력은 스커트 외주면에 작용하는 전단응력이 파괴면을 아래로 밀어내어 파괴면이 확장되기 때문에 얕은기초에 비하여 큰 것으로 분석되었다. 반면 주면마찰력은침하가 진행되면서 버킷기초 하부의 흙이 수평방향으로 밀려 이동하면서 스커트에 작용하는 수평응력이 감소하기때문에 작은 것으로 나타났다. 버킷기초의 극한지지력은 얕은기초의 선단지지력과 주면마찰력 설계식을 합한 값보다큰 것으로 계산되었다. 이는 주면마찰력은 설계식보다 작지만 크기가 선단지지력에 비하여 매우 작아 지지력에 큰 영향을 미치지 않는 반면 선단지지력은 주면마찰력에 비하여 증가폭이 크기 때문이다. The vertical load imposed on the bucket foundation is transferred from the soil inside the bucket to the bottom of the foundation, and also to the outer surface of the skirt. For the design of a bucket foundation installed in sand, the vertical load transfer characteristics have to be clearly identified. However, the response of bucket foundations in sand subjected to a vertical load has not been investigated. In this study, we performed two-dimensional axisymmetric finite element analyses and investigated the vertical load transfer mechanism of bucket foundation installed in sand. The end bearing capacity of bucket foundation is shown to be larger than that of the shallow foundation, whereas the frictional resistance is smaller than that for a pile. The end bearing capacity of the bucket foundation is larger than the shallow foundation because the shear stress acting on the skirt pushes down and enlarges the failure surface. The skin friction is smaller than the pile because the settlement induces horizontal movement of the soil below the tip of the foundation and reduces the normal stress acting at the bottom part of the skirt. The calculated bearing capacity of the bucket foundation is larger than the sum of end bearing capacity of shallow foundation and skin friction of pile. This is because the increment of the end bearing capacity is larger than the reduction in the skin friction.