부마찰력 (Negative Skin Friction)
한 줄 정의: 주변 지반이 말뚝보다 더 크게 침하하면서 말뚝을 아래로 끌어내리는 마찰력입니다.
쉽게 풀면
보통 말뚝은 옆면의 마찰로 하중을 위로 떠받칩니다. 그런데 연약지반 위에 성토를 해서 주변 흙이 말뚝보다 더 많이 가라앉으면, 흙이 말뚝을 아래로 끌고 내려가는 방향으로 마찰이 작용합니다. 이렇게 방향이 뒤집힌 마찰력을 부마찰력이라고 하며, 지지력에 보태지는 것이 아니라 오히려 추가 하중으로 더해집니다.
왜 중요한가
부마찰력을 빠뜨리면 말뚝에 걸리는 축력을 크게 과소평가하게 되어, 말뚝 재료의 파괴나 과도한 침하로 이어질 수 있습니다. 연약지반이 두꺼운 지역에서 성토나 지하수위 저하가 동반되는 공사에서는 반드시 검토해야 하는 항목입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"연약층의 압밀침하가 진행되면서 말뚝에 부마찰력이 작용해 중립점 부근에서 축력이 최대가 되는 것으로 계측되었다."
말뚝과 흙의 침하량이 같아지는 깊이를 중립점이라 하는데, 그 지점까지 아래로 끌어당기는 힘이 누적되어 축력이 가장 커진다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
중립점보다 얕은 구간에서는 흙이 말뚝보다 더 내려가 부마찰력이 작용하고, 그보다 깊은 구간에서는 말뚝이 흙보다 더 내려가려 해 정상적인 지지 마찰이 회복됩니다. 따라서 설계에서는 중립점 위치를 먼저 추정하고 그 위쪽 구간의 마찰을 하중으로 계산합니다. 대책으로는 말뚝 표면에 역청재를 도포해 마찰을 줄이거나, 이중관을 쓰거나, 성토를 선행 재하해 압밀을 미리 끝내는 방법이 쓰입니다.
주의할 점
부마찰력은 하중이지 저항이 아니므로 지지력 산정에서 마찰저항으로 더하면 안 됩니다. 또한 침하가 진행되는 동안에만 작용하고 압밀이 끝나면 크게 줄어드는, 시간에 따라 변하는 하중이라는 점도 함께 고려해야 합니다.