최근 도심지 지하공간 활용을 위한 굴착공사가 기존의 건물주변에서 대형화, 대심도화 되고 있다. 굴착공사에서 발생되는 토압은 지반조건, 굴착깊이, 시공방법, 벽체 지지구조 등과 같은 여러 가지 요인에 의해 영향을 받으므로 정확히 산정하기가 매우 어렵다. 본 연구에서는 지하철건설현장에 설치된 하중계, 변형율계, 지중경사계와 같은 현장계측기로부터 측정된 계측자료를 선정하여 지반굴착시 흙막이벽체의 최대수평변위와 분포형태 그리고 실측된 Strut 축력으로부터 환산토압을 산정하여 단계별 굴착깊이에 따른 축력거동 양상과 토압분포 형태를 비교 검토하였다. 연구결과 점성토 지반에서의 실측토압은 Tschebotarioff의 경험토압과 Terzaghi-Peck의 경험토압의 합성 형태를 보이고 있다.
최근 도심지 지하공간 활용을 위한 굴착공사가 기존의 건물주변에서 대형화, 대심도화 되고 있다. 굴착공사에서 발생되는 토압은 지반조건, 굴착깊이, 시공방법, 벽체 지지구조 등과 같은 여러 가지 요인에 의해 영향을 받으므로 정확히 산정하기가 매우 어렵다. 본 연구에서는 지하철건설현장에 설치된 하중계, 변형율계, 지중경사계와 같은 현장계측기로부터 측정된 계측자료를 선정하여 지반굴착시 흙막이벽체의 최대수평변위와 분포형태 그리고 실측된 Strut 축력으로부터 환산토압을 산정하여 단계별 굴착깊이에 따른 축력거동 양상과 토압분포 형태를 비교 검토하였다. 연구결과 점성토 지반에서의 실측토압은 Tschebotarioff의 경험토압과 Terzaghi-Peck의 경험토압의 합성 형태를 보이고 있다.
Recently the deep and large excavations are performed near the existing buildings in urban areas for the practical use of underground space. The earth pressure due to the excavation are varied according to the conditions of ground, the depth of excavation, the construction methods, and the method of...
Recently the deep and large excavations are performed near the existing buildings in urban areas for the practical use of underground space. The earth pressure due to the excavation are varied according to the conditions of ground, the depth of excavation, the construction methods, and the method of supporting the earth pressure etc.. In this study, not only the behavior of axial load and distribution of earth pressure on the flexible wall according to stage excavation depth but also magnitude and distribution of lateral deformation, and the equivalent earth pressure from strut axial loads were analyzed by the results measured from instruments such as, load cells, strain gauges, and in-situ inclinometer, on the field of subway construction. According to the results of this study in the case of stage excavation the earth pressure of soft clayey soil is compounded with Terzaghi-Peck and Tschebotarioff.
Recently the deep and large excavations are performed near the existing buildings in urban areas for the practical use of underground space. The earth pressure due to the excavation are varied according to the conditions of ground, the depth of excavation, the construction methods, and the method of supporting the earth pressure etc.. In this study, not only the behavior of axial load and distribution of earth pressure on the flexible wall according to stage excavation depth but also magnitude and distribution of lateral deformation, and the equivalent earth pressure from strut axial loads were analyzed by the results measured from instruments such as, load cells, strain gauges, and in-situ inclinometer, on the field of subway construction. According to the results of this study in the case of stage excavation the earth pressure of soft clayey soil is compounded with Terzaghi-Peck and Tschebotarioff.
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문제 정의
그러나 국내 연약지반 특성을 고려한 버팀보 지지방식에 의한 토압 분포와 제안된 경험 토압과의 관계는 현재까지도 규명되지 않고 있다. 따라서 본 연구는 대구지역 연약지반 조건에 적합한 합리적인 토압분포를 찾아내어 추후의 설계에 적용하기 위한 기준을 마련하는데 목적이 있다.
본 연구에서는 버팀보 지지방식으로 시공된 지하철 Main-Line 버팀보에 설치된 응력계와 흙막이 벽체 배면에 설치된 경사계로부터 계측된 실측자료를 근거로 하여 굴착에 따른 흙막이벽에 작용하는 토압 분포 및 수평변위에 대한 연구를 수행한다. 이를 위하여 대구지하철 ○○현장에 설치된 하중계, 변형율계, 지중 경사계와 같은 현장계측기로부터 측정된 계측자료를 선정하여 지반굴착시 흙막이벽체의 최대수평변위와 분포형태 그리고 실측된 Strut 축력으로부터 환산토압을 산정하여 단계별 굴착깊이에 따른 축력거동 양상과 토압분포 형태를 비교․검토 한다.
가설 설정
H말뚝과 흙막이 널을 이용한 흙막이 벽체 및 지지 시스템 등의 단면계산에 사용되는 토압 분포는 경험 및 현장에서 계측된 토압 분포를 토대로 제안된 값을 사용하고 있다. 흙막이벽의 설계에 사용하는 토압은 근입부분의 토압분포를 합리적으로 파악하는 방법이 확립되어 있지 않기 때문에 흙막이벽의 근입깊이를 구하는 경우와 흙막이 구조물 설계시 단면을 결정하는 경우에 각각 다르게 가정한다. Terzaghi-Peck, Tschebotarioff, NAVFAC 등은 굴착현장의 실측 결과로부터 설계에 필요한 경험적인 토압 분포를 제시하였다.
제안 방법
본 연구에서는 버팀보 지지방식으로 시공된 지하철 Main-Line 버팀보에 설치된 응력계와 흙막이 벽체 배면에 설치된 경사계로부터 계측된 실측자료를 근거로 하여 굴착에 따른 흙막이벽에 작용하는 토압 분포 및 수평변위에 대한 연구를 수행한다. 이를 위하여 대구지하철 ○○현장에 설치된 하중계, 변형율계, 지중 경사계와 같은 현장계측기로부터 측정된 계측자료를 선정하여 지반굴착시 흙막이벽체의 최대수평변위와 분포형태 그리고 실측된 Strut 축력으로부터 환산토압을 산정하여 단계별 굴착깊이에 따른 축력거동 양상과 토압분포 형태를 비교․검토 한다. 또한 현장실측치로부터 얻은 토압 분포 양상과 현재 국내에서 널리 사용되고 있는 경험토압과의 차이점을 비교․ 분석하여 대구지역 연약지반 특성에 적합한 토압분포 형태를 제시한다.
이를 위하여 대구지하철 ○○현장에 설치된 하중계, 변형율계, 지중 경사계와 같은 현장계측기로부터 측정된 계측자료를 선정하여 지반굴착시 흙막이벽체의 최대수평변위와 분포형태 그리고 실측된 Strut 축력으로부터 환산토압을 산정하여 단계별 굴착깊이에 따른 축력거동 양상과 토압분포 형태를 비교․검토 한다. 또한 현장실측치로부터 얻은 토압 분포 양상과 현재 국내에서 널리 사용되고 있는 경험토압과의 차이점을 비교․ 분석하여 대구지역 연약지반 특성에 적합한 토압분포 형태를 제시한다.
본 구간에 설치된 계측기는 경사계, 응력계로서 경사계설치 심도는 G.L-22.7m로 H-PILE 근입 심도까지 매설되어 있고 응력계는 2, 4, 6단에 설치되어있다.
당 현장의 버팀보 지지 흙막이벽 굴착현장에 설치된 응력계, 경사계의 계측치를 활용하여 흙막이벽의 거동을 조사하였다.
본 연구에 사용된 지하차도 Main-Line의 실측치를 토대로 버팀보지지 흙막이벽에 작용하는 토압의 분포 및 크기를 기존 경험토압과 비교․검토를 실시하고, 토압과 수평변위와의 상관관계를 중심으로 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구지점 버팀보에 설치한 응력계에 의해 계측되어진 환산토압과 Terzaghi-Peck의 경험토압과의 상관관계를 Fig. 11과 같이 종축을 환산토압(P)으로 횡축을 경험토압(P')으로 나타내어 도시 하였다. Fig.
본 연구지점 버팀보에 설치한 응력계에 의해 계측되어진 환산토압과 Tschebotarioff의 경험토압과의 상관관계를 Fig. 12와 같이 종축을 환산토압(P)으로 횡축을 경험토압(P')으로 나타내어 도시하였다. Fig.
이론/모형
본 현장은 ○○강 인근지역으로 두꺼운 모래, 자갈 및 실트섞인 점토 퇴적층이 발달되어 있어 지반굴착시 과도한 지하수 유출로 주변지반의 변형 및 침하가 우려되어 “H-PILE + 토류CON'C + 차수보강토류공(SGR)” 공법을 적용하였다. 차수벽과 토류CON'C를 지지하기 위한 버팀보의 수직간격은 1.
성능/효과
지반조사 결과에 의하면 본 현장에 분포하고 있는 지질의 연직분포는 지표면으로부터 18.2m까지 매립토, 실트질 점토, 자갈, 암반으로 구성되어 있으며 하부로 갈수록 견고해지는 전형적인 하천유역의 퇴적층 지역이다.
4K+150 지점의 경우 굴착시 계측결과를 살펴보면 버팀보에 응력계를 부착하고 1주일이내 급격한 축력의 증가를 나타내다 일정한 상태를 유지하거나 감소를 나타내었으며, 특히 하위단 설치이후 버팀보에 작용하는 축력은 수렴양상을 나타내는 것을 알 수 있다. 계측 자료가 수렴한 이후 버팀보에 작용하는 축력은 2단 28tonf, 4단 5tonf, 6단 6tonf 내외에서 수렴양상을 나타내고 있으며 굴착후 버팀보 거치 전까지 버팀보에 작용하는 축력값은 증가를 나타내고 있는데 이는 응력 분담폭이 커져서 발생되는 응력 집중현상으로 버팀보 거치시기가 지연될수록 버팀보에 작용하는 축력값은 계속적으로 증가됨을 알 수 있다.
토압 산정은 총 3개단에 설치되어 있는 응력계의 축력을 버팀보 축력으로 이용하였으며 4K+150지점의 경우 굴착 단계별 환산 토압 분포는 Terzaghi-Peck의 연약한 점토지반의 토압 분포인 0.25H 보다 약간 깊은 0.28H까지 선형적으로 증가하고 중간부위는 감소하는 경향을 보이며, Tschebotarioff의 경험토압인 0.375 H보다 다소 작게 나타나고, 4K+210지점의 경우 굴착 단계별 환산 토압 분포는 Terzaghi-Peck의 경험토압 분포와 비슷한 0.26H까지 선형적으로 증가하고 토압크기 역시 Terzaghi-Peck의 경험토압과 거의 유사하게 나타났으며, 4K+270지점의 경우 굴착 단계별 환산 토압 분포는 Terzaghi-Peck의 경험토압 분포보다 다소 깊은 0.51H까지 선형적으로 증가하고 토압크기는 Terzaghi-Peck의 경험토압과 거의 유사하게 나타났다.
즉, 지중수평변위 60mm에 버팀보 축력이 35t정도까지 증가한 것은 버팀보가 어느정도 수평변위를 억제하고 있는 것으로 분석된다. 반면 4K+150 지점은 변위량이 60∼100mm로 나타났으며 4단 버팀보의 경우 지반변위량이 100mm 이상인데 반해 버팀보에 작용하는 축력은 5ton 이내로 버팀보의 설치시기 지연으로 인한 상부 버팀보의 응력 부담으로 최대 변위량이 발생하는 5단 부위의 수평변위 억제 효과는 상당히 미진한 것으로 나타났다. 따라서 벽체의 수평변위는 버팀보 시공상태에 큰 영향을 받고 있으므로 지하 굴착시 안전시공을 위하여 버팀보 축력 및 지중 수평변위에 대한 철저한 계측관리가 이루어져야 한다.
시공상태에 따라 실측결과를 살펴보면 시공이 양호한 4K+210 지점은 흙막이 벽체의 수평변위량이 증가함에 따라 거의 직선적으로 토압이 증가하여 어느정도 변위가 발생하면 그 이상의 수평변위는 발생하지않고 버팀보로 인하여 유지되어 주는 것으로 판단되며, 시공 여건이 불리한 4K+150 지점의 경우 버팀보가 지지효과를 제대로 발휘하지 못하는 이유로 수평변위의 증가가 상당히 크게 나타나며 버팀보 축력에 의한 토압의 크기는 작은 수치를 나타낸다.
1) 환산토압의 분포형태는 단계별 굴착의 경우 지표면으로 0.35H까지 선형적으로 증가하다가 그 이후로는 일정한 반면, Terzaghi-Peck의 경우는 0.25H까지 선형적으로 증가하다가 일정한 상태를 유지하고, Tschebotarioff의 경우는 0.75H 까지 선형적으로 증가하다가 감소하여 삼각형 분포를 이룬다.
2) 연약한 점성토 지반으로 구성된 흙막이벽에 작용하는 단계별 굴착시 환산 최대 토압은 Terzaghi-Peck 경험토압의 82.0% 정도, Tscheboterioff 경험토압의 66.0%정도로 나타났다.
3) 점성토 지반에서의 실측토압은 Tschebotarioff의 경험토압과 Terzaghi-Peck의 경험토압의 합성 형태를 보이고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
흙막이벽의 설계에 사용하는 토압은 어떻게 가정하는가?
H말뚝과 흙막이 널을 이용한 흙막이 벽체 및 지지 시스템 등의 단면계산에 사용되는 토압 분포는 경험 및 현장에서 계측된 토압 분포를 토대로 제안된 값을 사용하고 있다. 흙막이벽의 설계에 사용하는 토압은 근입부분의 토압분포를 합리적으로 파악하는 방법이 확립되어 있지 않기 때문에 흙막이벽의 근입깊이를 구하는 경우와 흙막이 구조물 설계시 단면을 결정하는 경우에 각각 다르게 가정한다. Terzaghi-Peck, Tschebotarioff, NAVFAC 등은 굴착현장의 실측 결과로부터 설계에 필요한 경험적인 토압 분포를 제시하였다.
굴착공사에서 발생되는 토압은 어느 것에 영향을 받는가?
굴착공사에서 발생되는 토압은 지반조건, 굴착깊이, 시공방법, 벽체 지지구조 등과 같은 여러 가지 요인에 의해 영향을 받으므로 정확히 산정하기가 매우 어렵다. 이와 같은 어려움을 해소하기 위하여Terz aghi-Peck(1967), Tschebotarioff(1973) 및 NAVFAC(1982)은 버팀보로 지지되는 흙막이벽을 대상으로 현장계측을 통해 경험적으로 얻어진 토압분포를 제안하였다.
버팀보지지 흙막이벽에 작용하는 토압의 분포 및 크기를 기존 경험토압과 비교․검토를 실시하고, 토압과 수평 변위와의 상관관계를 중심으로 분석한 결과는 무엇인가?
1) 환산토압의 분포형태는 단계별 굴착의 경우 지표면으로 0.35H까지 선형적으로 증가하다가 그 이후로는 일정한 반면, Terzaghi-Peck의 경우는 0.25H까지 선형적으로 증가하다가 일정한 상태를 유지하고, Tschebotarioff의 경우는 0.75H 까지 선형적으로 증가하다가 감소하여 삼각형 분포를 이룬다.
2) 연약한 점성토 지반으로 구성된 흙막이벽에 작용하는 단계별 굴착시 환산 최대 토압은 Terzaghi-Peck 경험토압의 82.0% 정도, Tscheboterioff 경험토압의 66.0%정도로 나타났다.
3) 점성토 지반에서의 실측토압은 Tschebotarioff의 경험토압과 Terzaghi-Peck의 경험토압의 합성 형태를 보이고 있다.
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