군말뚝 효과와 지지력 산정, 블록파괴

2026년 11월 5일 목요일 · 파란돌

GeoWith 001-116 · 전문지반공학

군말뚝 효과와 지지력 산정, 블록파괴

안녕하세요, GeoWith입니다. 오늘은 말뚝을 여러 개 모아 박을 때 지지력이 달라지는 이유, 군말뚝 효과와 군말뚝 지지력을 알아보겠습니다. 001-115편에서 불포화토의 흡입력을 다뤘다면, 오늘은 다시 기초 분야로 돌아와 001-16편 말뚝기초 설계 기초와 001-104편 부마찰력에서 살펴본 말뚝 하나의 거동을 말뚝이 모였을 때의 거동으로 넓혀 봅니다. 핵심은 말뚝 하나의 지지력에 개수를 곱하면 안 되는 이유입니다.

타입 말뚝 머리가 일정한 간격으로 늘어선 말뚝기초 공사 현장과 철근이 놓인 기초판 거푸집

말뚝은 대부분 하나가 아니라 여러 개를 묶은 군말뚝으로 쓰인다 (AI 활용)

1. 군말뚝이란? — 말뚝이 모이면 달라지는 것

🔎 전문가 설명 군말뚝(무리말뚝)은 한 기둥이나 벽체 아래에 말뚝 여러 개를 박고 위쪽을 기초판(말뚝머리 캡)으로 묶은 형식이다. 말뚝이 가까워지면 각 말뚝이 만드는 주면 전단 영역과 선단 아래 응력이 서로 겹쳐, 같은 말뚝도 혼자 있을 때와 다른 지지력과 침하를 보이는데 이를 군말뚝 효과(무리말뚝 효과)라 한다. 구조물 기초설계기준(2002)은 이 영향을 줄이도록 말뚝 간격을 말뚝 직경의 2.5배 이상으로 하고, 푸팅 측면과 말뚝 중심 사이는 직경의 1.25배 이상으로 두게 한다. 따라서 군말뚝은 단말뚝 지지력에 개수를 곱해 끝내지 않고, 간격과 지반 조건에 따라 효율과 침하를 따로 확인해야 한다.
💡 초보자를 위한 설명 같은 우물에서 한 사람이 물을 길을 때는 문제가 없지만, 여러 사람이 바짝 붙어 한꺼번에 길으면 서로 방해가 됩니다. 말뚝도 가까이 모이면 같은 흙의 힘을 나누어 쓰게 됩니다. 그래서 말뚝 하나를 시험한 결과에 개수를 곱하기 전에 간격부터 확인해야 합니다.

2. 군말뚝 효율 — 개수만큼 곱해도 될까

🔎 전문가 설명 군말뚝 효율(η)은 군말뚝 전체의 극한지지력을 말뚝 하나의 극한지지력에 개수를 곱한 값으로 나눈 비율이다. 연약한 점토나 조밀한 모래에 말뚝을 박으면 말뚝 사이 흙의 전단 영역이 겹쳐 η가 1보다 작아지고, 느슨한 사질토에 타입하면 흙이 다져져 η가 1보다 커질 수 있다고 알려져 있다. 그래서 실무에서는 타입 말뚝과 매입 말뚝, 점성토와 사질토를 구분해 η를 1.0으로 둘지 줄일지 먼저 판단한다. 사질토에서 η가 커지는 것은 타입 중 흙이 옆으로 밀리며 다져지기 때문으로 설명되므로, 말뚝을 미리 뚫은 구멍에 넣는 매입 말뚝에는 같은 효과를 기대하기 어렵다.
💡 초보자를 위한 설명 빽빽하게 심은 나무들은 뿌리가 서로 양분을 빼앗지만, 느슨한 땅은 사람이 밟아 다지면 오히려 단단해지기도 합니다. 말뚝도 어떤 땅에 박느냐에 따라 모이면 약해지기도 하고 강해지기도 합니다. 그러니 지반 종류를 먼저 확인하는 것이 중요합니다.
말뚝 간격이 넓은 경우와 좁은 경우에 응력구근이 겹치는 정도를 비교한 군말뚝 평면 단면 개념도

간격이 좁을수록 말뚝 주변의 전단 영역과 응력구근이 겹친다 (AI 활용)

위 그림의 왼쪽처럼 간격이 넓으면 말뚝마다 독립적으로 하중을 지지하지만, 오른쪽처럼 좁아지면 겹친 영역이 생겨 군말뚝 효율이 떨어질 수 있습니다.

3. 효율을 구하는 방법 — Converse-Labarre 식과 FHWA 값

🔎 전문가 설명 Converse-Labarre 식은 η = 1 − θ[(n−1)m + (m−1)n] / (90mn)로 쓰며, θ는 arctan(d/s)를 도(°)로 구한 값, d는 말뚝 직경, s는 중심간격, m은 열 수, n은 행 수다. 말뚝이 많고 간격이 좁을수록 θ가 커져 η가 줄어드는 구조다. 다만 이 식은 지반의 균질성과 선형 거동을 가정한 경험식이어서 정밀한 값이 아니라 개략 검토용이라는 지적이 있다. FHWA 지침을 인용한 교재에서는 점성토에서 말뚝머리 캡이 지반과 접하지 않으면 η = 0.1(s/D) + 0.4로 보아 간격 3D에서 0.7, 6D에서 1.0이 되고, 캡이 지반과 접하거나 비배수전단강도가 약 95kPa를 넘으면 1.0을 쓸 수 있다고 소개한다.
💡 초보자를 위한 설명 Converse-Labarre 식은 말뚝이 얼마나 빽빽한지를 숫자 하나로 바꿔 주는 계산식입니다. 말뚝 수가 많고 간격이 좁을수록 점수가 깎인다고 생각하면 됩니다. 다만 땅의 성질까지 모두 반영한 식이 아니라서, 결과를 그대로 믿지 말고 참고로 쓰는 것이 좋습니다.
방법입력 조건결과의 성격
Converse-Labarre 식직경, 중심간격, 열과 행의 수경험식, 개략 검토용
FHWA 인용 교재 기준(점성토)간격 비 s/D, 캡의 지반 접촉 여부, 비배수전단강도캡이 지반과 닿지 않을 때 간격 3D에서 0.7, 6D에서 1.0
블록파괴 검토군말뚝 전체 규모, 점성토 강도, 근입 깊이개별 파괴 지지력과 비교해 작은 값 채택

표는 위에서 아래로 갈수록 군말뚝을 하나의 덩어리로 보는 정도가 커집니다. 간격이 충분하면 첫째와 둘째 방법으로 개별 파괴를 확인하고, 점성토에서 간격이 좁을 때만 셋째 방법인 블록파괴를 함께 비교하며, 어느 방법이든 실제 설계에서는 적용 기준과 재하시험 결과로 확인합니다.

4. 블록파괴 — 군말뚝이 한 덩어리로 무너질 때

🔎 전문가 설명 블록파괴는 말뚝 사이 흙까지 하나의 큰 기초처럼 움직이며 파괴되는 형태로, 점성토에서 말뚝 간격이 좁을 때 문제가 된다. 블록의 극한지지력은 블록 둘레의 주면 전단저항과 바닥면의 지지력을 더해 Q = 2L(B+Z)·c_u1 + N_c·c_u2·B·Z로 쓰고, N_c = 5(1+L/5B)(1+B/5Z) ≤ 9로 제한하는 식이 FHWA 지침을 인용한 교재에 소개된다. 교재마다 B와 Z를 말뚝 중심선 기준 또는 바깥면 기준으로 달리 정의하므로 적용 문헌의 정의를 따라야 한다. 군말뚝의 설계 지지력은 개별 파괴로 구한 값(η × n × Q)과 블록파괴 값 중 작은 쪽을 택한다.
💡 초보자를 위한 설명 말뚝이 하나씩 빠지는 것이 아니라, 말뚝과 그 사이의 흙이 커다란 상자처럼 한꺼번에 가라앉는 파괴입니다. 말뚝 사이가 너무 좁으면 흙이 말뚝에 붙어 같이 움직입니다. 그래서 점토에 촘촘히 박을 때는 개별 말뚝과 상자 전체, 두 가지를 모두 계산해 작은 쪽을 씁니다.

5. 계산 예 — 3×3 군말뚝의 지지력

🔎 전문가 설명 직경 0.5m 말뚝 9개를 3×3으로 중심간격 1.5m(3d)에 배치하고, 말뚝 하나의 극한지지력을 800kN으로 가정한다(길이 20m와 지반 강도도 예시용 가정값이다). θ = arctan(0.5/1.5) = 18.4°, m = n = 3이므로 η = 1 − 18.4×12/(90×9) ≈ 0.73이고, 군말뚝의 지지력은 0.73×9×800 ≈ 5,230kN으로 단순 합계 7,200kN의 약 73%다. 같은 조건을 FHWA 인용식 η = 0.1×3 + 0.4 = 0.7에 넣으면 5,040kN으로 두 값이 비슷하다.

같은 군말뚝을 점성토에 놓고 블록파괴도 확인해 보겠습니다. c_u1 = 40kPa, c_u2 = 60kPa, B = Z = 3.0m, N_c = 9로 가정하면 블록파괴 지지력은 9,600kN + 4,860kN = 14,460kN으로, 개별 파괴 값 5,230kN보다 훨씬 커서 간격 3d에서는 개별 파괴가 먼저 지배합니다.

💡 초보자를 위한 설명 숫자로 보면 쉽습니다. 말뚝 9개가 각각 800kN을 버틴다면 단순 합계는 7,200kN이지만, 서로 가까워 서로 방해하는 점수를 반영하면 약 5,230kN이 됩니다. 말뚝 사이 간격이 넓으면 이 점수가 올라가고 좁으면 내려갑니다. 이 숫자들은 이해를 돕기 위한 가정값이므로 실제 설계에는 시험 결과를 넣어야 합니다.

6. 군말뚝 침하와 실무 적용

🔎 전문가 설명 군말뚝은 여러 말뚝의 하중이 한 덩어리로 전달되어 응력의 영향 깊이가 말뚝 하나보다 깊어지므로, 말뚝 하나의 침하가 작아도 군말뚝의 압밀침하는 더 클 수 있다. 많은 교재가 소개하는 등가기초법은 마찰말뚝 군이면 말뚝 길이 L의 2/3 깊이에, 선단지지 말뚝 군이면 선단 깊이에 가상 기초를 두고 하중을 2V:1H로 퍼뜨려 그 아래 점토층의 압밀침하를 계산한다. 예를 들어 L = 20m이면 가상 기초는 약 13.3m 깊이에 놓이고, 군말뚝 바깥 치수 3.5m×3.5m에 하중 2,000kN이 작용한다고 가정하면 가상 기초 아래 3m에서 증가응력은 2,000/(6.5×6.5) ≈ 47kPa다.
💡 초보자를 위한 설명 말뚝 하나가 가라앉는 것과 말뚝 여러 개를 묶은 덩어리가 가라앉는 것은 다른 문제입니다. 덩어리는 아래쪽 넓은 땅까지 눌러 연약한 층이 있으면 오래 천천히 가라앉을 수 있습니다. 그래서 군말뚝은 지지력과 함께 침하를 꼭 계산하고, 설계할 때는 현행 기준에서 말뚝 간격 조건을 먼저 확인합니다.
말뚝 길이 3분의 2 깊이의 가상 기초에서 하중이 아래로 넓게 퍼지는 군말뚝 침하 계산 개념도

마찰말뚝 군은 말뚝 길이 3분의 2 깊이에 가상 기초를 두고 하중을 2대 1로 분산시킨다 (가정값 예시, AI 활용)

이 글은 연직하중만 다룹니다. 수평하중이나 지진 같은 동적 하중에서는 말뚝이 놓인 열 위치에 따라 저항이 달라지는 군말뚝 효과가 나타나므로 따로 검토해야 합니다.

위 그림에서 가상 기초 아래로 내려갈수록 하중이 넓게 퍼져 증가응력이 줄어드는 것을 볼 수 있으며, 이 값을 001-08편의 압밀침하 식에 넣어 군말뚝 침하를 계산합니다.

📌 핵심정리

  • 군말뚝은 간격이 좁으면 말뚝 사이 전단 영역과 응력이 겹쳐 단말뚝 지지력의 합과 달라지므로, 구조물 기초설계기준(2002)의 간격 2.5배 이상 조건과 현행 KDS 기준을 먼저 확인한다.
  • 군말뚝 효율은 지반과 시공법에 따라 1보다 작거나 클 수 있고, Converse-Labarre 식 같은 효율식은 개략 검토용이므로 점성토에서는 블록파괴 값과 비교해 작은 쪽을 설계에 쓴다.
  • 군말뚝 침하는 등가기초법(말뚝 길이 2/3 깊이, 2V:1H 하중 분산)으로 따로 계산하며, 연약층이 깊이 있으면 지지력이 충분해도 침하가 설계를 좌우할 수 있다.

지금까지 군말뚝 효과와 군말뚝 지지력을 살펴봤습니다. 001-16편 말뚝기초 설계 기초와 001-08편 압밀이론과 압밀침하량 산정을 함께 보시면, 말뚝 하나의 지지력에서 군말뚝의 지지력과 침하까지 이어서 이해하실 수 있습니다.

GeoWith는 지질과 지반 기술의 지식을 함께 공유하며 더 안전한 미래를 만들어갑니다.

❓ 자주 묻는 질문

Q1. 군말뚝 효과란 무엇인가요?
A1. 말뚝을 여러 개 가깝게 박았을 때 각 말뚝 주변의 전단 영역과 선단 아래 응력이 서로 겹쳐, 말뚝 하나일 때와 다른 지지력과 침하가 나타나는 현상입니다. 기준에서는 무리말뚝 효과라고 부릅니다.

Q2. 군말뚝 효율이 1보다 클 수도 있나요?
A2. 느슨한 사질토에 말뚝을 타입하면 주변 흙이 다져져 효율이 1보다 커질 수 있다고 알려져 있습니다. 반대로 연약한 점토나 조밀한 모래에서는 1보다 작아질 수 있어 지반 종류와 시공법을 먼저 확인해야 합니다.

Q3. 말뚝 간격은 얼마 이상으로 해야 하나요?
A3. 구조물 기초설계기준(2002)은 무리말뚝 효과의 영향을 줄이기 위해 말뚝 간격을 말뚝 직경의 2.5배 이상으로 하도록 정했습니다. 설계에는 현행 깊은기초 설계기준(KDS 11 50 15)의 조건을 확인해 적용합니다.

Q4. 군말뚝 침하는 왜 단말뚝보다 크게 계산하나요?
A4. 여러 말뚝의 하중이 한 덩어리로 전달되어 응력의 영향 깊이가 말뚝 하나일 때보다 깊어지고, 그 아래 연약층까지 압밀침하를 일으킬 수 있기 때문입니다. 그래서 등가기초법으로 따로 침하를 계산합니다.

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본 콘텐츠는 AI의 도움을 받아 직접 기획하고 작성되었습니다.

파란돌 · 지질및지반기술사

1983년부터 현재까지 국내 종합엔지니어링 회사 근무와 전문건설업 운영을 통해 토목지질 분야의 조사·설계·시공·감리, 온천·지하수, 지반보강·개량 업무를 수행해 왔습니다. 주요 수행 분야는 지질조사·탐사, 터널, 사면, 연약지반, 댐, 비축기지 등입니다.

이 글은 설계·시공의 직접적인 근거가 아닌 참고 자료입니다. 실무 적용 시에는 최신 KDS·KS 기준과 현장 조건을 반드시 확인하세요.

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