[논문]암반사면 보강에 이용되는 콘네일링공법

김용규

암반사면 보강에 이용되는 콘네일링공법
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김용규 (주식회사 성우지앤씨)

본 기술은 암반사면 보강공법에서 철근보강재인 네일(Nail)에 원추형콘(철근 규격에 따라 기울기 $19~23^{\circ}$, 높이 40~45mm, 아랫변 65~70mm)을 일정한 간격으로 다수 장착하여 그라우트재와 원 지반까지 방사입체형으로 힘을 미치게 하는 암반사면 보강공법이다. 본 신기술 공법은 네일링 공사 시 원추형 콘을 장착, 삽입함으로서 부착력과 인발력을 증가시켜 비탈면 보강공사 시에 안전성을 높인 공법이다. 따라서 네일링공법을 사면붕괴 방지공사에 적극 활용할 수 있으므로 네일링 공법의 사용을 활성화 하며, 지진이나 지반변형 등 외력에 의한 사면붕괴를 사전에 방지할 수 있어 사면재해를 미연에 방지하는 효과가 있다. 또한 현재가지 네일링공법은 인발톤수가 적고 네일에 대한 신빙성 결여로 아주 적은 인발톤수를 필요로 하는 현장이외에는 사용을 기피하는 일이 많았다. 그러나 본 원추형 콘네일 공법은 어스앙카, 록앵커, 보강토공법, 지지말뚝공법, 옹벽 등에 대한 대체공법으로 이용할 수 있는 여건이 충족됨으로 사면보강재로서의 사용 확산이 기대된다.

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문제 정의

따라서 사면 보강시 효과적인 인발력과 잔류강도를 증대시킨 새로운 신공법이 요구되었다. 이에 저자는 네일에 원추형 콘 형태의 돌기물을 부착해 인발력과 잔류강도를 극대화시킨 콘 네일링 공법을 고안하였으며, 이 공법은 현재 건설교통부 신기술 제 370호로 동록되어 있다. Fig.

제안 방법

원추형콘을 부착함으로서 부착저항력( 인발력 ) 과 잔류강도가 얼마나 확보되는지를 알아내기 위해 기존 쏘일네일과 동일한 조건과 지반에서 비교 시험하였다. 시험결과를 요약하면 아래와 같다.
실내 및 현장시험, 모델링. 이론적 실증에 의해 원추형 콘 형태 중 가장 최적인 밑지름 65〜 70mm, 윗지름 35~43mm, 높이 40〜45mm, 기울기 19°〜23°의 철재 원추형콘을 개발하였으며, 원추형콘을 보강철근에 부착시키는 방법으로 나선 형(Screw bar)과 철근연결구를 적용하여 이형철 근에 이용할 수 있는 나선형 콘 형태를 개발하였다 (Fig. 4). 콘을 장착했을 때의 장착력은 철근의 항복강도보다 높다(Fig.

성능/효과

1) 쏘일네일에 비해 극한인발력과 잔류인발력 증대 효과.
2) 쏘일네일은 지반변형시 잔류인발력의 급격한 감소로 갑작스런 사면붕괴를 초래하나 원추형콘 네일은 높은 잔류인발력으로 안정성을 확보함으로 재난위기 관리에 적합.
5) 인발력 증가로 쏘일네일과 같은 안전율 적용 시 간격을 넓혀 시공할 수 있어 경제적.
7) 쏘일네일에 비해 20%〜30% 공사비 절감.
특히 쏘일네 일링공법 에서 부착저 항력과 잔류강도 를 증가시키는 것이 사면보강에 아주 효과적인 방법임이 판명된 후, 이를 증가시키기 위한 여러 가지 돌기올을 고안한 결과, 육각형, 원통형. 날개형은 저항단면적 확대효과밖에 없는 반면, 원추형 콘 형태가 입체방사형으로 가장 큰 부착저항력과 잔류강도를 확보할 수 있다는 것을 확인하였다.
상기 시험결과와 같이 원추형콘에 의해 인발력 즉, 부착저항력 증가는 20% 이상, 잔류강도 확보는 원추형콘네일 극한인발력의 90% 이상임이 확인되었다(Fig. 8).
그러나 이러한 원리가 사면붕괴 방지용으로 적용되면서 문제점이 도출되고 있다. 한국도로공사 도로교통기술원에 서 전국 고속도로주변 붕괴사면 유형을 조사한 결과, 지하흙막이 상태에서 주로 발생하는 원호파괴에 의한 붕괴가 일어나지 않고, 인장에 의한 파괴, 쐐기파괴, 부분적 급속붕괴가 주로 발생되며, 이 원인은 암반의 파쇄대, 단층파쇄대, 절리, 층리, 점토층의 협재 등 지반의 연약대를 따라 부분적으로 붕괴되는 특성을 가지는 것으로 확인되었다 (Fig. 2). 이들 특성이 대부분 미끄러짐 또는 암반이나 토층이 빠져나오는 현상을 보여 줌으로써.

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