1. 서 론

직경 300mm 이하의 소구경 말뚝을 의미하는 마이크로파일은 도심지 및 협소한 공간으로의 접근성과 시공성이 우수하여 1950년대 이탈리아에서 소개 된 이후 현재까지 국·내외의 건설현장에서 다양하게 활용되고 있다. 일반적으로 마이크로파일은 천공된 지반 내에 그라우트를 주입하고 강봉등의 보강재를 설치하는 방식으로 시공되며, 말뚝은 상부의 하중을 일체화 된 보강재와 그라우트체를 통해 주변 지반으로 전달함으로써 지지력을 발현하게 된다. 특히 마이크로파일은 선단부가 강도 높은 경암에 시공된 경우를 제외하고는 말뚝의 소구경으로 인한 선단지지력을 무시하고, 강봉-그라우트체-지반에서 발현되는 마찰력을 지지력으로 고려하는 것이 일반적이다(FHWA, 2005). 이러한 설계 특성은 마이크로파일의 지지력이 주변 지반의 특성 및 그라우트와 지반의 마찰 저항력 등과 밀접한 관계가 있음을 의미하며, 이에 따라 국외에서는 마이크로파일의 시공개선 및 설계방안 도출(Sabatini et al., 1999; Juran et al., 2001; Gomez et al., 2003; Seo et al., 2013), 말뚝의 시공 각도 변화(You et al., 2003; Sadek and Isam, 2004; Tsukade et al., 2006) 및 새로운 공법의 개발(Alnuaim et al., 2014)등을 통해 다양한 지반 조건 및 시공환경에서 마이크로파일의 지지력을 확보하기 위한 연구가 꾸준히 수행되어왔다.

현재 국내 마이크로파일 설계는 상기 설계 특성을 반영하되 상대적으로 연약한 상부 토사층에서의 주면 마찰력을 배제하고, 단단한 지층(풍화암 또는 연암층)에 정착된 말뚝깊이에 대한 저항력만을 설계 지지력으로 고려하는 방식으로 수행되고 있다. 이러한 설계 방식은 말뚝의 지지력을 실제 가능한 범위보다 보수적으로 예측함으로써 말뚝의 안정성을 확보하기 위한 목적을 갖지만, 동시에 토사층의 깊이 및 요구 지지력이 증가할수록 말뚝의 길이 또한 증가하게 되므로 시공성 및 경제성을 감소시키는 요인이 된다. 이에 따라, 국내에서는 말뚝과 지반 사이의 마찰저항성능을 개선시킴으로써 말뚝의 지지력을 증가시키기 위한 연구가 꾸준히 이루어져 왔다(Choi et al., 2009; Hong et al., 2012; Kyung et al., 2013; Lee and Kim, 2014).

또한 최근에 Han et al. (2013)은 일반 마이크로파일의 지지성능 및 시공성 개선을 위한 목적으로 파형 마이크로파일 공법을 제안하였다. 파형 마이크로파일은 일반 마이크로파일의 형상 개선을 통해 상부 토사층 내에서의 추가적인 저항력 발현을 목적으로 개발되었으며, 수치해석 및 실험적 연구를 통해 지지력과 시공 효율의 증대 효과가 뚜렷한 것으로 확인되었다(Han et al., 2014; Jang et al., 2015a; Jang et al., 2015b).

파형 마이크로파일은 제트 그라우팅(jet grouting)공법을 활용하여 토사층내에 파형의 그라우트체를 형성하고, 파형 그라우트체와 지반 접촉면에서의 추가적인 마찰저항을 도모하기 위한 공법이다. 본 공법은 천공홀 내에 가압식 공법인 제트 그라우팅을 통해 파형의 그라우트체를 형성 한 후 강봉 보강재를 설치하는 순서로 시공하는데, 그라우팅시 제트 그라우팅의 분사압과 시간을 조절하여 파형의 그라우트체를 형성할 수 있다. 고압의 그라우팅 분사를 통해 지반과 그라우트체를 교반하여 soil column을 형성시키는 제트 그라우팅 공법은 그라우트체의 고결로 인한 지반 보강 및 강도 증진에도 효과적인 것으로 알려져 있다(Bell, 1993; Covil and Skinner, 1994).

파형 마이크로파일의 직경은 Fig. 1 에 나와있는 바와 같이 파형의 직경(D₁)과 파형이 없는 부분의 직경(D₂)로 표현할 수 있으며, 각 부분에 해당하는 직경은 500 mm와 300 mm이다. 또한 말뚝의 형상은 파형을 이루는 전단키의 배치 특성에 따라Fig. 1(a)의 단일 전단키 및 Fig. 1(b)의 복수 전단키를 가지는 파형 마이크로파일로 구분할 수 있는데, 전단키의 위치와 개수 등의 배열 방식은 파형 그라우트체와 지반 접촉면에서의 하중저항 특성과 밀접한 연관이 있을 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 파형 마이크로파일의 성능개선 효과 및 전단키 배치 특성에 따른 거동 특성을 검토하기 위해, 여러 가지 형상을 가지는 마이크로파일을 대상으로 원심모형실험을 수행하였다. 실험은 말뚝의 상부, 중앙 및 하부에 각각의 단일 전단키를 가지는 세 종류의 파형 마이크로파일과 복수의 전단키를 가지는 파형 마이크로파일, 일반 마이크로파일 및 제트 그라우팅 마이크로파일 등 여섯 종류의 말뚝을 대상으로 수행하였다.

Fig. 1

Concept of Waveform Micropile

2. 원심모형실험

2.1 실험모델 제작

원심모형실험은 일정 상사법칙에 따라 축소된 실험모형을 고속으로 회전하여 원심가속도를 가함으로써, 현장 지반의 응력 및 원형의 거동을 재현할 수 있는 실험이다. 원심모형실험은 대규모의 현장시험과 비교해 경제적으로 지반구조물의 정량적인 거동 평가가 가능한 장점으로 인해 다양한 지반공학 분야에서 폭넓게 활용되고 있다(Kim et al., 2013). 본 실험에서는 KAIST의 지오센트리퓨지를 활용하여 파형 마이크로파일 거동평가를 위한 시험을 수행하였다(Fig. 2). 또한 원심모형실험을 위해 Table 1 에 나타난 상사 법칙을 바탕으로 축소모형을 제작하였다.

Fig. 2

KOCED Geo-centrifuge, KAIST

Table 1. Scale Factors for Centrifuge Modeling (Ko, 1988)

원심모형실험에는 일반 마이크로파일(MP), 제트 그라우팅(JP) 마이크로파일 및 네 종류의 파형 마이크로파일 등 총 여섯 종류의 말뚝을 활용하였다. 제트 그라우팅 마이크로파일은 파형 마이크로파일과 동일한 시공과정 및 직경(D₂)을 갖지만 전단키는 없는 말뚝으로, 실험결과 비교를 통해 파형 마이크로파일의 전단키가 지지력 증대에 미치는 영향을 분석하기 위해 포함하였다. 네 종류의 파형 마이크로파일은 전단키의 위치에 따른 지지력 발현 특성을 살펴보기 위해 단일 전단키가 말뚝의 상부(SP-A), 중앙(SP-B) 및 하부(SP-C)에 위치한 말뚝, 그리고 전단키 길이(L)와 간격(S)이 1:1 비율인 복수의 전단키를 갖는 파형 마이크로파일(WM)로 구성하였다.

각 실험말뚝은 원심가속도 40 g에서의 실험을 목표로 원형말뚝의 1/40 규모로 제작하였으며, 원형 및 모형 말뚝의 제원을 정리하면 Table 2와 Fig. 3(a)와 같다. 모형말뚝의 재료는 원형말뚝의 강성 및 단면비의 합리적인 모사를 위해 Alnuaim et al. (2014)의 연구에서와 같이 PVC (polyvinyl chloride; 탄성계수, E=2,900 MPa; 포아송비, ν=0.4)를 활용하였다. 본 실험에서는 연직하중 재하에 따른 각 실험말뚝의 축방향 거동 평가를 목표로 하였으므로, 모형의 축변형과 관련 있는 강성비 검토 식(Eq. (1))을 통해 모형 말뚝의 형상을 결정하였다. 또한 실험 전 Fig. 3(b)와 같이 실험말뚝의 표면에 실험에 활용한 실리카 샌드(silica sand, 이하 규사)를 부착하여 말뚝과 지반의 마찰력을 증가시킴으로써 원형 말뚝에서의 제트그라우트체와 지반의 부착력을 모사하였다(Naggar and Sakr, 2000; Horikoshi et al., 2003; Tsukada et al., 2006). 모형 말뚝에는 Fig. 3(a)와 같이 축하중전이 평가를 위한 스트레인게이지를 부착하였으나, 이에 대한 분석 결과는 후속 논문에 수록하고자 한다.

Table 2. Centrifuge Test Piles and Dimensions

Fig. 3

Scaled Models for Centrifuge Test

 (1)

여기서, 는 원형말뚝의 탄성계수, 는 원형말뚝의 단면적, 은 모형말뚝의 탄성계수, 은 모형말뚝의 단면적이며, 은 원심가속도를 의미한다.

2.2 지반조성 및 실험수행

본 실험에서는 사질토 지반에서의 말뚝거동을 살펴보기 위한 목적으로 파쇄 공정(hammer crusher)에 의해 인공적으로 생산된 규사를 사용하였다. 통일분류법상 SP로 분류되는 규사의 기본 물성정보는 Fig. 4 및 Table 3과 같다.

Fig. 4

Particle Size Distribution of Silica Sand

Table 3. Some Properties of Silica Sand

지반은 직경 0.9 m, 높이 0.7 m의 원형 토조내에 낙사법(air-pluviation)을 통하여 상대밀도 약 70%, 지반고 0.4 m로 조성하였다. 지반 조성시에는 약 0.25 m 높이까지 1차 낙사를 수행한 후 말뚝의 선단부 0.1 m를 설치하였으며, 2차 낙사를 통해 0.15 m의 지반을 추가 조성함으로써 말뚝 관입 및 전단키로 인한 지반의 교란을 최소화 하였다.

총 6본의 실험 말뚝을 Fig. 5(a)와 같이 3본씩 나누어 설치하고, 2회에 걸쳐 실험을 수행하였다. 말뚝 설치시에는 각 실험 말뚝의 간격을 최소 9D 이상으로 충분히 이격하여, 실험 진행에 따른 말뚝간의 간섭효과를 방지하였다. 말뚝 설치 완료 후에는 Fig. 5(b)와 같이 말뚝의 하중-변위 거동 계측을 위한 하중재하장치(actuator)와 2개의 변위계(LVDT)를 설치하였다. 실험은 변위제어 방식으로 수행되었으며, 이에 따른 하중속도는 0.05 mm/sec, 최종 변위는 2.5 mm (원형 100 mm)이다.

Fig. 5

Layout View of Test Models and Instrumentations

3. 실험말뚝의 설계지지력 산정

본 장에서는 상대밀도 약 70%의 지반에 설치된 6가지 시험말뚝의 설계 지지력을 산정하였다. 이를 위해 Fig. 6과 같이 상대밀도 약 65%의 규사에서 수행된 콘관입 시험결과(콘관입 저항, q_c)를 참조하였다(Kim et al., 2015). 또한 Table 4에 정리된 q_c와 SPT-N값, 내부 마찰각 및 상대밀도 등과의 관계를 바탕으로 지반 근입깊이 10 m (모형 250 mm)에 대한 지층의 특성을 분류하였다. 그 결과 Fig. 6에 나타난 q_c 결과에 따라 지표에서 2.7 m에 해당하는 깊이를 연약층(q_c<2), 다음 7.3 m까지의 구간을 중간 조밀층(q_c<12)으로 구분하였으며 7.3~10 m 지층을 조밀한 사질토층(12<q_c<20)으로 분류하였다.

Fig. 6

In-flight CPT Result of Silica Sand at Dr=65% (In Prototype) (Kim et al., 2015)

Table 4. Relationship between qc and Other Soil Parameters (Meyerhof, 1956)

말뚝별 설계 지지력은 FHWA (2005)의 마이크로파일 설계 가이드라인에서 제공하는 식(Eq. (2))를 활용하여 산정하였다.

 (2)

여기서 는 그라우트체와 지반의 부착강도, 는 말뚝의 직경, 는 말뚝의 지지 깊이, .는 안전율을 의미한다. FHWA (2005) 가이드라인에서는 중력식 그라우팅(type A), 가압식 그라우팅(type B) 및 압력 재주입 그라우팅(type C, type D) 방식에 따른 범위를 제시하고 있다. 본 논문에서는 일반 마이크로파일, 제트 그라우팅 마이크로파일, 파형 마이크로파일 모형의 표면에 모래를 부착하여 제트 그라우팅 공법에 의한 표면 거칠기 증가 효과를 모사하였으므로, FHWA에 제시된 중 사질토에 관입된 가압식 그라우팅 말뚝을 의미하는 70~190 kPa 범위로부터 지층별 강도에 부합하는 값을 적용하였다. 또한 안전율 2.5를 적용하여 일반 마이크로파일과 제트 그라우팅 마이크로파일에 대한 허용 지지력 323.0 kN과 538.3 kN을 산정하였다. 파형 마이크로파일의 경우에는 말뚝의 형상을 고려한 설계 방안이 도출되지 않았으므로, 전단키를 제외한 말뚝의 직경이 같은 제트 그라우팅 마이크로파일과 동일한 지지력을 갖는다고 가정하였다. 그러나 실제로는 파형의 형상으로 인하여 제트 그라우팅 마이크로파일에 비해 증가된 지지력을 보일 것으로 예상됨에 따라 평균직경 400 mm 및 전단키의 최대 직경 500 mm에 대한 설계 지지력을 추가로 계산하였으며, 그 결과는 각 717.8 kN과 897.2 kN으로 나타났다.

4. 파형 마이크로파일 지지성능 평가

4.1 하중-침하 특성 비교

Fig. 7(a)는 실험을 통해 도출된 6개 말뚝의 하중–침하 곡선을 원형의 크기로 보여준다. 그래프를 바탕으로 최종변위 100 mm에서의 각 말뚝 지지력이 일반 마이크로파일(MP), 제트 그라우팅 마이크로파일(JP) 및 전단키가 있는 마이크로파일(SP-A, SP-B, SP-C, WM)순으로 나타난 것을 확인할 수 있다. 이중 상기 설계 지지력 결과에서 나타난 것과 같이 일반 마이크로파일(d=180 mm)에 비해 확대된 직경(d=300 mm)을 갖는 제트 그라우팅 마이크로파일의 지지력이 증가한 것을 볼 수 있다. 또한 제트 그라우팅 마이크로파일에 단일/복수개의 전단키가 추가된 파형 마이크로파일의 지지력이 증가한 것을 볼 때 파형 형상의 그라우트체가 토층에서의 추가적인 마찰 저항력을 발현 시킨 것으로 판단된다.

Fig. 7

Centrifuge Test Results (In Prototype)

Fig. 7(a)의 하중-침하 곡선은 전단키가 말뚝의 상부, 중앙 및 하부에 적용된 SP-A, SP-B, SP-C 모델을 포함한 각 말뚝의 지지력이 하중 재하에 따라 점차적으로 증가하였음을 보여준다. 그러나 그래프 상에서 표시된 구간(section)에서 말뚝 침하량에 따라 파형 마이크로파일의 거동에 확연한 차이가 나타났는데, 특히Fig. 7(b)와 같이 상단 구간(section 1)을 제외한 나머지 구간(section 2, section 3)에서의 말뚝 지지력은 모두 SP-A, SP-B, SP-C 순으로 측정되었다. 하중-침하 곡선의 상단 구간(section 1)에서는 상대적으로 느슨하게 조성된 상부 지반 조건으로 인해, 상부 지반 조건이 말뚝 거동에 큰 영향을 미치는 하중재하 초기구간에서 각 말뚝의 거동이 안정화 되지 않았던 것으로 판단된다. 이로 인해 하중재하 초기 구간에서는 전단키로 인한 지지력 증가 효과가 크게 발현되지 않은 것으로 나타났다. 또한 다수의 전단키를 갖는 WM 모델의 지지력이 하중재하 초기와 달리 하부 구간(section 3)에서 가장 크게 나타났음을 볼 수 있다. 이러한 결과는 상기 2.2절의 낙사법을 통한 지반조성시 전단키 하부의 지반이 주변 지반에 비해 느슨하게 조성되었기 때문으로 판단되는데, 느슨한 지반으로 인해 단일 전단키 말뚝과 비교해 복수개의 전단키를 갖는 WM 모델과 지반의 상호거동이 안정적으로 나타나기까지 상대적으로 긴 시간이 걸린 것으로 보인다. 그러나 상기 지반 조성 오차로 인한 영향을 제외하면 전반적으로 파형 마이크로파일의 전단키 위치에 따른 지지력은 Fig. 8과 같이 지반의 구속압에 비례하여 증가 하는 것으로 판단되며, 그 중 전단키가 구속압이 높은 지층 또는 단단한 지층에 형성될 경우에는 동일 하중에 대한 저항력이 상대적으로 증가할 것으로 기대된다.

Fig. 8

Bearing Capacity of Single Shear Key Piles at Different Confining Pressure (In Prototype)

4.2 말뚝별 허용지지력 산정

각 말뚝의 거동을 허용 침하량 기준에서 상세히 살펴보기 위해 하중-침하 곡선을 바탕으로 말뚝의 허용 지지력을 산정하였다.

Jang et al. (2015b)은 원심모형실험 연구를 바탕으로 p-s 곡선법 및 전침하량방법을 통한 지지력 평가 방법이 파형 마이크로파일에 가장 합리적일 것으로 예측한바 있다. 그러나 본 연구에서의 실험 결과는 Fig. 9와 같이 각 말뚝이 선형적인 거동을 보이고 있어 육안으로는 파괴 시점의 확인이 어려우므로, 전침하량방법(Terzaghi and Peck, 1967)을 활용하여 침하량 25.4 mm에서의 지지력을 평가하였다. 평가 결과 침하량 25.4 mm에서는 일반 마이크로파일을 제외한 제트 그라우팅 및 파형 마이크로파일의 거동이 뚜렷한 차이를 보이지 않아 지지력의 비교가 어렵다고 판단되었다. 이에 따라, 침하량을 바탕으로 지지력을 산정하는 다른 방법인, 말뚝 직경(D)의 10% (0.1D=30 mm) 침하량에 대응하는 지지력을 함께 산정하여 말뚝의 거동을 추가적으로 검토하였다(EN 1997-1, 2004). 동시에 파형 마이크로파일의 합리적인 거동 평가를 위해 파형 마이크로파일의 평균직경 400 mm와 최대직경 500 mm의 0.1D에 해당하는 지지력을 산정하여 비교하였다.

Fig. 9

Load-Settlement Curve of Test Models (In Prototype)

Table 5는 FHWA의 제안식을 통해 3장에서 산정된 각 말뚝의 설계 지지력 및 실험 결과를 통해 도출된 허용 지지력(F.S.=2.5)을 보여준다. 설계 지지력의 경우에는 3장에서 언급하였듯이 제트 그라우팅 마이크로파일과 파형 마이크로파일의 지지력이 동일하다고 가정하였다. Table 5에서 알 수 있듯이 각 말뚝의 설계 지지력에 비해 실험을 통한 평가 결과가 월등히 크게 나타나고 있음을 볼 수 있는데, 이는 실험시의 지반 조건과 말뚝의 형상으로 인한 지지력 증가등에 대한 영향이 설계식에 엄밀히 반영되지 못했기 때문으로 판단된다. 뿐만 아니라 설계 지지력과 평가 지지력의 차이는 일반 마이크로파일에 비해 확대된 직경을 갖는 제트 그라우팅 마이크로파일과 파형 마이크로파일에서 발현된 추가적인 선단 지지력의 영향 때문인 것으로 추측할 수 있다. 이에 따라, 후속 논문에서 본 실험시 측정한 스트레인 게이지 측정결과를 활용하여 각 말뚝의 선단 지지력 발현 정도를 분석하고자 한다.

Table 5. Allowable Bearing Capacities of Piles Corresponding to Different Settlement

*Settlement

실험에 의한 각 말뚝의 지지력 평가 결과는 하중-침하 곡선에서 나타난 경향과 유사하게 마이크로파일, 제트 그라우팅 마이크로파일 및 파형 마이크로파일 순서로 나타났다. 그 중, 파형 마이크로파일의 지지력은 평가 방법 및 지지력 산정을 위한 기준 침하량에 따라 차이가 나타났는데, 이에 대한 결과를 상세히 검토하고자 지지력 산정기준에 따른 평가 결과를 Fig. 10과 같이 정규화 하여 도시하였다.

Fig. 10

Comparison of the Normalized Pile Load

Fig. 10은 앞서 지지력 평가 방법으로 산정된 각 말뚝의 허용지지력(P_pile)을 일반 마이크로파일(P_MP) 및 제트 그라우팅 마이크로파일(P_JP)에 대해 정규화 결과를 보여준다.

먼저, Fig. 10(a)의 전침하량 기준(s=25.4 mm)을 바탕으로 산정된 지지력 평가 결과와 마이크로파일에 대한 정규화 결과(P_pile/P_{MP_25.4mm})를 통해, 직경 확대 영향으로 인해 제트 그라우팅 마이크로파일이 일반 마이크로파일에 비해 약 35.6% 증가된 지지력을 나타내는 것을 확인하였다. 또한 전단키가 있는 말뚝 및 파형 마이크로파일은 일반 마이크로파일에 비해 최대 45.9% (SP-C, WM), 최소 32.7% (SP-B) 정도의 증가를 보여, 파형 마이크로파일이 일반 마이크로파일과 비교해 지지력 증대에 효과적인 것으로 나타났다. 반면, 제트 그라우팅 마이크로파일과 비교했을 때는 약 7.7% 내외의 지지력 증가를 나타냈으며, 전단키가 말뚝의 중앙에 위치한 SP-B 말뚝의 지지력은 오히려 소폭 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 위에서 언급한 것과 같이 침하량 25.4 mm에서의 제트 그라우팅 및 파형 마이크로파일의 지지력이 충분히 발현되지 않았기 때문으로 판단된다.

다음으로 Fig. 10(b)는 제트 그라우팅 마이크로파일과 파형 마이크로파일의 충분한 거동이 발현되었다고 판단되는 0.1D 기준을 바탕으로 산정된 평가 결과 및 제트 그라우팅 마이크로파일(P_JP)에 대한 정규화 결과(P_pile/P_{JP_0.1D})를 보여준다. 또한 0.1D에 해당하는 파형 마이크로파일의 직경을 최소 직경 300 mm, 평균 직경 400 mm 및 최대 직경 500 mm로 고려한 경우를 함께 도시하였다. 먼저, JP 모델과 비교할 때 단일 전단키가 시공된 파형 마이크로파일의 지지력 증가 정도는 전단키의 위치에 따라 SP-B (1.8%), SP-A (3.9%), 및 SP-C (10.4%)순으로 나타났다. 단일 전단키의 파형 마이크로파일과 JP 모델의 거동은 (a)일반 마이크로파일에 대한 정규화 결과(P_pile/P_{MP_25.4mm})와 유사하게 나타났으나, 제트 그라우팅 마이크로파일보다 감소된 지지력을 나타냈던 SP-B 말뚝의 지지력이 약간 증가하였음을 확인하였다.

또한 0.1D 기준을 바탕으로 복수의 전단키를 가지는 파형 마이크로파일(WM)의 지지력을 비교하였다. 그 결과, 각 침하량 30 mm, 40 mm 및 50 mm 에 대응하는 파형 마이크로파일의 지지력이 제트 그라우팅 마이크로파일에 비해 약 1.1%, 29.5% 그리고 56.8% 증가한 것으로 나타나 허용 지지력 산정 기준에 따라 결과에 따른 지지력 평가 결과에 큰 차이가 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 제트 그라우팅 마이크로파일에 전단키를 적용한 파형 마이크로파일이 지지력 증대에 효과적인 것임을 보여줌과 동시에, 파형 마이크로파일의 지지력을 합리적인 지지력 평가 할 수 있는 방안의 도출 필요성을 나타낸다.

상기 분석 결과를 통해 파형 마이크로파일이 일반 마이크로파일 및 전단키가 없는 말뚝과 비교해 뚜렷한 지지력 증가를 나타내는 것을 확인하였다. 그러나 사질토 지반 조건에서 수행된 본 연구 결과로부터 파형을 이루는 전단키의 적용 위치와 지지력 평가 방법에 따른 거동 차이가 나타났다. 그러므로 파형 마이크로파일의 축하중전이 및 수치해석 등의 분석을 통해 다양한 지반조건에서의 거동을 평가하고 합리적인 전단키 위치 및 설계 방안을 도출할 필요가 있을 것으로 판단된다.

5. 결 론

본 논문에서는 원심모형실험을 통해 마이크로파일의 지지력 및 시공효율의 증대를 목적으로 개발된 파형 마이크로파일의 형상에 따른 지지거동을 검토하였다. 실험은 일반 마이크로파일(MP), 제트 그라우팅 마이크로파일(JP) 및 각기 다른 형태의 파형을 갖는 네 종류의 파형 마이크로파일(SP-A, SP-B, SP-C, WM)을 대상으로 수행되었으며, 본 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

(1)원심가속도 40 g에서 실험 수행을 위해, 각 모델을 원형의 1/40 규모로 축소 제작 하였으며 상대밀도 약 70%의 사질토 지반에 설치하였다. 하중 재하에 따른 말뚝의 침하거동을 바탕으로 하중-침하 곡선을 도출하여 각 말뚝의 실제 거동한 결과 일반 마이크로파일과 비교해 파형 마이크로파일의 지지력이 월등히 증가했음을 확인하였다.

(2)단일 전단키가 말뚝의 상부, 중앙, 하부에 시공된 파형 마이크로파일은 전단키가 없는 제트 그라우팅 마이크로파일에 비해 각 3.9%, 1.8%, 10.4% 정도씩 증가하는 경향을 나타냈다. 이러한 결과는 파형 마이크로파일의 전단키가 큰 구속압을 갖는 하부 지반 또는 단단한 지층에 시공될 경우 지지력 증대에 유리하게 작용할 수 있음을 의미한다.

(3)하중-침하 곡선을 바탕으로 각 말뚝의 허용 지지력을 전침하량기준 및 직경의 10% 침하량에서의 극한 지지력을 산정하는 두 가지의 방법(s=25.4 mm. s=0.1D)을 통해 평가하였다. 지지력 평가 결과 침하량 25.4 mm 기준에서는 제트 그라우팅 마이크로파일과 파형 마이크로파일의 지지력이 약 7.7% 차이를 나타낸 반면, 침하량 0.1D 기준에서는 파형 마이크로파일의 직경 고려 방법에 따라 크게는 56.8%까지 증가하는 경향을 나타내, 전단키가 있는 파형 마이크로파일이 지지력 증대에 효과적임을 보여주었다.