Segmental Retaining Wall(SRW) has been variously applying in Civil and Architecture construction. Recently, the application of environmental element in all type's structures came to essential requirement, and the construction cases of retaining wall using reinforced soil and block are more increased...
Segmental Retaining Wall(SRW) has been variously applying in Civil and Architecture construction. Recently, the application of environmental element in all type's structures came to essential requirement, and the construction cases of retaining wall using reinforced soil and block are more increased than the past. But, this trend more widely was spread environmental element as landscape work for the backside of reinforced retaining wall as well as block itself. New environmental block, Greenstone Block, developed to apply of this tendency. The retaining wall system using Greenstone can be environmental constructing at both block itself and backside of retaining wall. The material tests, the axial compressive strength test of block and bending test of fiber-pipe, exercised to design and construction of vertical SRW, which were satisfied NCMA standard. Through this procedure, Rewall (ver 1.0) was developed, which can be automation design of SRW including internal stability, external stability and local stability. And these can be considered setback of retaining wall, as well the examples of vertical retaining wall using block presented to satisfying the follows; strength of reinforced geotextile, height of retaining wall, surcharge, types of backfill and groundwater level etc. Many problems investigated on after or before of construction were due to local failure, insufficiency of bearing capacity and groundwater level. Especially, the local failure was many occurred to during compaction or after construction, and the cases of SRW construction is similar to the results of model test on vertical SRW.
Segmental Retaining Wall(SRW) has been variously applying in Civil and Architecture construction. Recently, the application of environmental element in all type's structures came to essential requirement, and the construction cases of retaining wall using reinforced soil and block are more increased than the past. But, this trend more widely was spread environmental element as landscape work for the backside of reinforced retaining wall as well as block itself. New environmental block, Greenstone Block, developed to apply of this tendency. The retaining wall system using Greenstone can be environmental constructing at both block itself and backside of retaining wall. The material tests, the axial compressive strength test of block and bending test of fiber-pipe, exercised to design and construction of vertical SRW, which were satisfied NCMA standard. Through this procedure, Rewall (ver 1.0) was developed, which can be automation design of SRW including internal stability, external stability and local stability. And these can be considered setback of retaining wall, as well the examples of vertical retaining wall using block presented to satisfying the follows; strength of reinforced geotextile, height of retaining wall, surcharge, types of backfill and groundwater level etc. Many problems investigated on after or before of construction were due to local failure, insufficiency of bearing capacity and groundwater level. Especially, the local failure was many occurred to during compaction or after construction, and the cases of SRW construction is similar to the results of model test on vertical SRW.
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문제 정의
본 연구에서는 이러한 욕구에 따라 친환경블록으로 개발된 그린스톤블록을 이용한 블록식보강토옹벽의 설계 및 시공법등을 고찰하여보고자 한다. 또한, 시공사례를 통해 친환경적인 블록을 이용한 보강토옹벽의 시공성, 안정성 등을 고찰하여보고, 시공시 발생된 문제점을 통해 블록식 보강토옹벽의 설계시스템 및 친환경블록의 개선방안을 제시하여 보고자 한다.
본 연구에서는 이러한 욕구에 따라 친환경블록으로 개발된 그린스톤블록을 이용한 블록식보강토옹벽의 설계 및 시공법등을 고찰하여보고자 한다. 또한, 시공사례를 통해 친환경적인 블록을 이용한 보강토옹벽의 시공성, 안정성 등을 고찰하여보고, 시공시 발생된 문제점을 통해 블록식 보강토옹벽의 설계시스템 및 친환경블록의 개선방안을 제시하여 보고자 한다.
한편, 블록식 보강토옹벽 시공시 발생되는 대부분의 파괴는 블록옹벽 시공 중의 뒤채움재의 다짐에 의한 국부파괴, 블록의 기초지반의 지지력부족에 의한 침하, 배면 지하수위의 배제상태에 따른 전면파괴 및 활동이 대표적이다(한중근 외, 2001). 본 절에서는 이들 중 그린스톤블록 시공시 관찰된 국부파괴 및 연직시공에 따른 효과를 모형실험결과(Cho etc, 2004)를 통해 고찰하여 보고자 한다.
블록식보강토옹벽의 시공중 파괴형상은 현장사례 및 모형실험결과를 통해 시공다짐중 혹은 시공후 상재하중에 의해 옹벽의 상부측에서 발생할 수 있는 가능성이 많음을 알 수 있었다. 이들 사례를 통해 블록식보강토옹벽의 합리적인 친환경적 설계시공을 위해 블록자체의 친환경요소가 있는 보강토옹벽의 개발과 제한된 배면의 거리에서도 시공가능한 중력식블록의 개발을 제안하였다.
제안 방법
Figure 12는 시공중 국부파괴가 발생된 사례로 옹벽으로부터 배면으로 여유거리가 최대 약 1m로 제한되어 있으며 친환경적 벽면을 갖도록 설계가 요구되었다. 그림에서 보는 바와 같이 그린스톤블록을 이용하여 친환경적 보강토옹벽을 시공하기로 하였다. 본 현장에서는 블록을 조합하여 쌓으면서 배면을 다짐하여 올라가던 중 Figure 7과 같이 보강토옹벽의 벽면이 볼록해지면서 상부가 전도되는 국부파괴가 발생하였다.
모형실험시 현장상태를 모형화하기 위해 뒤채움재로는 일반적으로 모래가 사용되지만 우리나라의 경우 현장에서 뒤채움재로 사용되는 토질은 대부분 화강풍화토가 사용되고 있고 본 연구에서 다루어지는 시공현장에서도 동일한 재료가 사용되어, 모형실험을 위한 뒤채움재료에도 현장토(화강풍화토)를 사용한 것이다. 따라서 친환경적 연직블록으로 적용되고 있는 그린스톤블록과 같은 연직블록보강토 옹벽에 대한 모형실험 결과(Cho etc, 2004)를 이용하여 배면토의 다짐 및 상재하중에 의한 영향을 고려하여 시공시 발생되는 현상을 고찰하였다. 모형 보강토옹벽의 축조시, 연직벽면을 유지하고자 전면벽체의 변형을 억제하였으며, 모형 보강토옹벽 축조가 완료된 이후에 전면벽체 변형억제장치를 해체하고 0.
따라서 친환경적 연직블록으로 적용되고 있는 그린스톤블록과 같은 연직블록보강토 옹벽에 대한 모형실험 결과(Cho etc, 2004)를 이용하여 배면토의 다짐 및 상재하중에 의한 영향을 고려하여 시공시 발생되는 현상을 고찰하였다. 모형 보강토옹벽의 축조시, 연직벽면을 유지하고자 전면벽체의 변형을 억제하였으며, 모형 보강토옹벽 축조가 완료된 이후에 전면벽체 변형억제장치를 해체하고 0.5kg/cm2에서 2.5kg/cm2까지 5단계의 등분포하중을 재하하면서 보강토옹벽의 거동을 계측하였다. 배면의 등분포하중은 벽체로부터 4cm 떨어진 위치에 재하하였으며, 각 하중단계별로 15분 동안 하중을 재하하였다.
토목 및 건축구조물에서의 불록식보강토옹벽의 활용은 확대되고 있으며, 최근에는 친환경적 요소를 가진 블록의 사용이 필수요소가 되어가고 있다. 보강토옹벽의 배면의 친환경적 요소와 더불어 블록자체의 친환경적요소 및 설계기준을 만족하는 보강토블록을 개발하였다.
배면의 등분포하중은 벽체로부터 4cm 떨어진 위치에 재하하였으며, 각 하중단계별로 15분 동안 하중을 재하하였다. 본 모형실험에서는 Figure 13에서와 같이 토압계와 변위계(LVDT)를 이용하여 재하판의 침하, 전면벽체의 수평변위 및 벽체에 작용하는 수평토압을 측정하였으며, 최대측정변위는 200mm였다. 지오그리드 보강재를 포설한 MT3 및 MT6의 경우에는 추가적으로 보강재에 총 27개의 스트레인 게이지를 부착하여 하중재하에 따른 보강재의 인장변형 거동을 측정하였다.
블록식보강토옹벽의 적용사례가 늘고 있는 실정이며 최근에는 블록식옹벽 배면의 상재하중 영향이 과다해지는 경우에도 적용되고 있다. 본절에서는 NCMA기준을 기초로 한 블록식보강토 블록 설계프로그램인 Rewall(ver 1.0)을 이용하여 설계․시공된 사례를 통해 친환경블록의 현장적용성을 고려하여보고, 시공중 혹은 시공완료후 파괴사례를 통해 친환경적 블록식보강토옹벽의 설계 및 제품에 대한 개량방안 등을 제시하여본다. 본 설계에 사용된 s/w는 3장에서 언급된 각종 안정해석 및 제요소들을 만족하도록 제작된 것이며, 단 전체안정해석은 사면안정해석전용 프로그램을 사용하도록 하고 있다.
친환경블록을 개발된 그린스톤은 연직보강토옹벽으로 시공가능하며 따라서, 제한된 뒤처짐각에 의해 블록식보강토옹벽의 한계를 갖으며 이를 각종 설계영향요소를 고려하여 가능한 설계편의 범위를 제시하였다. 이 과정을 통해 보강토옹벽 설계소프트웨어 Rewall를 개발하여 설계에 적용할 수 있도록 하였다. 블록식보강토옹벽의 시공중 파괴형상은 현장사례 및 모형실험결과를 통해 시공다짐중 혹은 시공후 상재하중에 의해 옹벽의 상부측에서 발생할 수 있는 가능성이 많음을 알 수 있었다.
보강토구조물의 안정은 블록자체의 안정에 커다란 영향을 받으므로 그린스톤 블록은 블록간 마찰력에 의한 지지효과를 만족하여야 하지만 블록간 접촉면의 전단강성이 약하게 되므로 이를 확보하여야 한다. 이를 위하여 블록중앙에 상하블록을 지지할 수 있는 기능과 식생이 가능하도록 하는 옹벽상부에서 하부로 관수시킬 수 있는 수로의 역할을 동시에 가능하게하는 구멍을 만들었으며(Figure 2 참조) 이의 효과를 증진키 위해 FRP파이프를 잘라서 연결토록 하였다(한중근 외 2000). 보강토블록은 구조물의 안정성을 확보하기 위해 재료강도특성들이 시방기준에 만족하도록 하였다.
보강토옹벽에서 블록은 역학적 안정성을 만족해야 하고, 내구성 및 응력전달요소에 따라 변화하지만 콘크리트 블록의 내구성 및 동결/융해에 대한 저항은 약 50년 이상이 되므로 옹벽과 기초로 사용할 수 있으므로 블록의 압축강도는 미국 NCMA 설계기준(TEK2-2 시방서, 210kg/㎠이상)을 만족하도록 하고 있다(NCMA, 1997). 이에 따라 코아그린스톤블록에 대한 역학적특성을 그린스톤 블록요소와, 그린스톤 및 보조재료에 대한 조합에 따른 역학실험을 수행하여 Tabel 1에 표시하였다. 그린스톤블록의 압축강도는 212kg/㎠ , FRP휨강성 541kg/㎠, 그린스톤과 FRP 파이프의 조합시 파괴강도는 최소단면의 경우 190～249kg 그리고 최대단면의 경우 240～245kg이었으며 최소단면의 경우 블록파괴와 FRP의 파괴가 동시에 수반되었다.
본 현장의 경우 배면의 좁은 공간에 뒤채움재다짐시 국부토압에 저항하기 위해 보강재의 초기 늘음을 사전에 방지하도록 Figure 12(b)와 같이 인접벽체에 앵커체를 설치하고, 배수능력이 좋고 단위중량이 작은 경량토를 뒤채움재로 이용하여 보강토옹벽이 연직상태가 되도록 하였다. 이와 같이 배면의 여유폭이 제한되어 있고, 뒤처짐각(setback)을 갖는 블록 및 블록사이에 보다 많은 식재가 가능한 친환경블록인 그린스톤플로(GreenStone FLO)로 개량하였다.
본 모형실험에서는 Figure 13에서와 같이 토압계와 변위계(LVDT)를 이용하여 재하판의 침하, 전면벽체의 수평변위 및 벽체에 작용하는 수평토압을 측정하였으며, 최대측정변위는 200mm였다. 지오그리드 보강재를 포설한 MT3 및 MT6의 경우에는 추가적으로 보강재에 총 27개의 스트레인 게이지를 부착하여 하중재하에 따른 보강재의 인장변형 거동을 측정하였다.
친환경블록으로 개발된 그린스톤블록을 이용한 보강토옹벽에 대해 설계프로그램으로 개발된 Rewall(ver 1.0)을 이용하여 보강재로 지오그리드를 사용하는 경우 보강재길이, 보강재인장응력, 보강재수, 블록의 개수, 보강토옹벽 높이 그리고 배면토 상부의 상재하중을 최대 1.5 t/m를 가한 경우에 대하여 각각에 대한 경우의 수만큼 계산을 수행하고 그리드의 최소허용인장력이 T=10.5 ton/m인 경우까지 NCMA 기준에 따른 각각의 설계제요소에 대하여 설계를 수행하였다.
친환경블록을 개발된 그린스톤은 연직보강토옹벽으로 시공가능하며 따라서, 제한된 뒤처짐각에 의해 블록식보강토옹벽의 한계를 갖으며 이를 각종 설계영향요소를 고려하여 가능한 설계편의 범위를 제시하였다. 이 과정을 통해 보강토옹벽 설계소프트웨어 Rewall를 개발하여 설계에 적용할 수 있도록 하였다.
성능/효과
6배의 변위증가가 예상된다고 하였고, 본 모형실험에서는 약 6배～12배의 수평변위 증가가 관찰되었다. 또한, 무보강재시(Figure 14(a))와 지오그리드보강시(Figure 14(b)) 보강효과는 보강재인장력의 증가에 따라 최대수평변위에 대해 각각 43%, 61%감소하였다. 이는 하중단계증가에 따른 수평변위증가율은 비선형적거동을 보이고 있기 때문이며 이는 Christopher의 선형증가거동과 다른 양상을 보이고 있다.
이에 따라 코아그린스톤블록에 대한 역학적특성을 그린스톤 블록요소와, 그린스톤 및 보조재료에 대한 조합에 따른 역학실험을 수행하여 Tabel 1에 표시하였다. 그린스톤블록의 압축강도는 212kg/㎠ , FRP휨강성 541kg/㎠, 그린스톤과 FRP 파이프의 조합시 파괴강도는 최소단면의 경우 190～249kg 그리고 최대단면의 경우 240～245kg이었으며 최소단면의 경우 블록파괴와 FRP의 파괴가 동시에 수반되었다.
그린스톤 블록은 조립형 블록으로 Figure 2에서 보는바와 같이 I형과 C형 있으며 이들 블록의 횡방향 조립형태는 I형과 C형을 중복되게 교차하므로서 다양한 단면을 만들 수 있으며 블록에 식재가능한 장점뿐만 아니라 자유로운 조립단면의 변형에 의해 Figure 3, 4와 같이 옹벽중간 및 배면에 기존블록의 조합시보다 다양한 친환경성을 창출할 수 있게 된다. 또한, 횡방향지지력은 옹벽블록 전체의 파괴에만 영향을 받게 되므로 최끝단의 양쪽에서 고정시키는 경우 기존의 블록에 비해 횡방향 지지력은 상당히 좋도록 개량되었다.
후속연구
그린스톤블록은 그림에서 보는바와같이 블록의 조합형태에 따라 블록전면 및 후면의 포켓(Pocket)에 식재가능한 상태가 되며 어떠한 형상의 조립에서도 식재가 가능하도록 하였다. 따라서 본 그린스톤의 조합방법에 의한 적용범위는 조경용 벽체, 경사진 지반상 경사구조물벽체, 교량의 교대 및 날개벽, 교대옹벽, 제방 구조물, 호안구조물, 터널갱구 벽체, 주차지역벽체 및 대형 반지중 광물저장고의 벽체 구조물 등에 친환경적 구조물로 적용될 수 있다.
블록식보강토옹벽의 안정은 옹벽 배면에 설치되는 보강재의 강도 및 길이 등에 영향을 받는다. 따라서 제한된 배면지반에 적당한 옹벽체계는 기존의 철근콘크리트옹벽과 중력식블록옹벽이 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철근콘크리트 옹벽 시스템이란?
일반적으로 시공되고 있는 옹벽시스템은 철근콘크리트옹벽이 대부분이었다. 철근콘크리트 옹벽은 구조물의 안정성면에서 가장 안정적인 배면억지 구조물로 평가되며, 옹벽배면에 작용하는 토압이 매우 큰 경우에도 설계 · 시공 될 수 있으며, 배면의 활용 가능한 용지를 최대한 확보하기 위하여 자주 사용되는 시스템이다. 그러나 철근콘크리트 옹벽은 용지확보를 위하여 절토 혹은 성토되는 시공초기에 소요되는 시간이 최소한 1～2주일 이상(28일 설계기준강도의 약 70%를 만족)이 소요되게 되므로 소요공사 기간에 따른 비경제성을 갖고 있다.
블록을 이용한 보강토옹벽의 장점은?
따라서 1960년대 후반부터 프리케스트된 블록식옹벽의 시공이 확대되기 시작했으며 특히, 블록과 이를 보완, 보조하는 보강재와의 상호관계를 고려한 보강토공법이 점차 확산되게 되었다. 현장에서 직접 조립 · 시공되므로 콘크리트 경화에 소요되는 시간을 절대적으로 단축시킬 수 있는 장점을 가지고 있을 뿐 아니라 보강재의 종류에 따라 철근콘크리트옹벽만큼 혹은 그 이상의 효율적인 옹벽시스템으로서 설계 · 시공되는 사례가 늘어나게 되었다.
철근콘크리트 옹벽이 보유한 비경제성은?
철근콘크리트 옹벽은 구조물의 안정성면에서 가장 안정적인 배면억지 구조물로 평가되며, 옹벽배면에 작용하는 토압이 매우 큰 경우에도 설계 · 시공 될 수 있으며, 배면의 활용 가능한 용지를 최대한 확보하기 위하여 자주 사용되는 시스템이다. 그러나 철근콘크리트 옹벽은 용지확보를 위하여 절토 혹은 성토되는 시공초기에 소요되는 시간이 최소한 1～2주일 이상(28일 설계기준강도의 약 70%를 만족)이 소요되게 되므로 소요공사 기간에 따른 비경제성을 갖고 있다. 따라서 1960년대 후반부터 프리케스트된 블록식옹벽의 시공이 확대되기 시작했으며 특히, 블록과 이를 보완, 보조하는 보강재와의 상호관계를 고려한 보강토공법이 점차 확산되게 되었다.
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