말뚝

말뚝(pile)

말뚝(pile)은 땅에 박기 위하여 한쪽 끝을 삐죽하게 만든 기둥이나 몽둥이 모양의 물건 또는 그것을 땅에 박아 놓은 것을 가리키는 단어이다. 말뚝은 건물이 가라앉거나 무너지지 않게 하는 역할을 한다. 건물의 기초가 땅 위 상층부를 지지하기에 너무 약하면 말뚝을 사용해서 구조물의 무게를 지하의 단단한 흙이나 암반으로 전달하면 된다. 마천루와 같은 고층 건물의 기초는 지하 60m까지 말뚝을 박는 경우도 있다.

개요

말뚝은 두드려 박는 기둥 같은 것을 말한다. 주로 울타리 등을 만들기 위해서 땅에 말뚝을 박는 경우가 많다. 관용구로는 '말뚝을 박다', '호박에 말뚝 박기'가 있다.

민간 신앙에 의존하여 말뚝을 박는 경우도 있다. 여기서는 땅에 말뚝을 박으면 땅의 힘을 제어할 수 있다는 미신에서 의거한 것. 영국의 고전소설 카르밀라에서도 흡혈귀의 심장에 말뚝을 박아 죽이는 내용이 나온다. 이로 인한 음모론이나 사건사고도 많은 편이다. 대표적으로 일본이 한국에 쇠말뚝을 박아놓았다는 음모론으로, 자세한 것은 쇠말뚝 문서로. 이외에도 2011년 광신도들이 티베트 불교의 성지에 와서 성경구절이 적힌 말뚝을 박는 만행을 저지르기도 했고, 2012년에는 한 극우 일본인이 위안부 소녀상에 '독도는 일본땅'이라는 문구가 쓰인 말뚝을 박는 말뚝테러 사건이 일어나기도 했다.

건설에서 쓰는 철근 콘크리트나 H빔 등의 재질로 된 말뚝은 파일(Pile)이라고 부른다. 내진설계 등에 유리해서 의외로 기술력을 요구하는 제품. 이런 말뚝을 충격으로 박는 행위를 항타, 기구를 항타기라고 부른다. 군대에서 철조망용 지지대 세울 때 항타기란 쇳덩이를 다뤄 본 기억이 있는 사람도 있을 것이다. 이 파일이 부실하거나 잘못 설계되면 이렇게 아파트 같은 건축물이 통째로 기울게 된다.

배가 부두에 정박할 때 매어놓는 말뚝이나 자동차 진입을 막기 위해 세워 놓은 말뚝은 볼라드라고 한다.

분류

• 기성말뚝 : 공장 제작, 현장으로 운반하여 설치되는 말뚝
• 현장말뚝 : 현장에서 땅에 구멍을 뚫고 철근과 콘크리트를 채워 제작하는 말뚝

기성말뚝

• 원심력 철근콘크리트 말뚝

• 중간정도 굳은 지층에 불리
• 말뚝 이음 신뢰성 낮음.
• 항타 시 편심 타격으로 두부 손상 가능.
• 타격 해머 무게, 타격 에너지 과다로 두부 손상 가능.

• 프리스트레스트 콘크리트 말뚝

• 말뚝 이음 신뢰성 높음
• 프리스트레스에 의해 인장파괴 일어나지 않음.
• 대구경 제조 가능.

• 강관말뚝

• 굳은 지층 관통 가능.
• 이음 신뢰성 높음.
• 강도 큼
• 대구경 제조 가능.
• 부식 대책으로 두꺼운 강관을 쓰거나, 표면 도료칠, 전기 방식을 할 수 있음.

공법

기성말뚝 공법

• 매입공법

• 압입공법
• pre boring
• SIP(Soil cement Injected Precast pile) : 무소음, 무진동 공법.

• 타입공법

• 타격공법

• 디젤 해머 : 타격력 우수. 기동성 좋음.

• 진동공법

• 진동 해머 : 말뚝 인발 가능. 무소음. 시공 속도 빠름.

현장말뚝 공법

• 기계굴착 공법

• benoto 공법(all casing)
• Earth drill 공법(Calwelde drill)
• RCD 공법(Reverse Circulation Drill)

• 관입공법

• Franky pile
• Raymond pile
• Pedestal pile

• 기타

• CIP(Cast In Place pile)
• MIP(Mixed In Place pile)
• PIP(Packed In Place pile)

말뚝에 작용하는 하중

말뚝에 작용하는 하중은 축하중과 수평하중이 있다. n개의 말뚝으로 이루어진 말뚝기초에서 말뚝 하나가 받는 축하중은 다음 식으로 구한다. 축하중을 계산할 때는 편심하중이나 수평하중으로 인해 말뚝기초 상단의 확대기초(파일 캡)에 모멘트가 작용하기 때문에 각 말뚝이 받는 축하중은 단순히 전체 연직하중 P를 말뚝 개수 n으로 나눈 것이 아니다. i번째 말뚝이 받는 축하중을 Pi라 할 때,

P : 연직하중의 합력(사하중 + 활하중) Mx, My : x축, y축에 대한 모멘트(편심하중에 의한 모멘트는 각 축에서 편심하중 P까지의 수직거리를 곱해준다) xi, yi : i번째 말뚝에서 x, y축까지의 거리

각 말뚝이 받는 수평하중은 기초에 작용하는 수평하중 H를 말뚝 개수 n으로 나눠주면 된다.

Hi=H / n

상부구조물에 작용하는 수평하중이 말뚝에 전달되는 경우는 주동말뚝이라고 하고, 말뚝 주변 지반 변형이 말뚝에 하중으로 작용되는 경우는 수동말뚝이라고 한다.

지지력

말뚝의 축방향 극한 지지력 Qu는 말뚝 극한 선단지지력 Qp와 극한주면마찰저항력 Qs의 합과 같다.

Qu = Qp + Qs

말뚝의 지지력을 구하는 공식에는 동역학적 지지력 공식과 정역학적 지지력 공식이 있다. 사질토 지반에는 동역학적 지지력 공식이 적합하고, 점성토 지반에는 정역학적 지지력 공식을 사용한다. 공식 외에 항타분석기(PDA; Pile Driving Analyzer)를 통해 지지력을 구하는 방법도 있다.

참고자료

• 〈말뚝〉, 《위키백과》
• 〈말뚝〉, 《나무위키》

같이 보기

• 파일
• 볼라드
• 울타리

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