[논문]보강토 옹벽 전면블록의 마찰특성 평가

김진만; 조삼덕; 오세용; 이대영; 백영식

보강토 옹벽 전면블록의 마찰특성 평가
Assessment of Frictional Characteristic for the Segmental Retaining Wall Unit 원문보기

최근 국내에서는 지오그리드를 사용한 블록형 보강토옹벽 및 교대 옹벽등의 시공이 급속히 증가하는 추세에 있다. 보강토 공법 및 블록형 옹벽의 개념은 역사적으로 상당히 오래된 개념으로 기원전 $2,500{\sim}3,000$년경에 고대 바빌로니아에서 현재의 보강토 공법과 유사한 방법을 사용하였다. 현재 사용되고 있는 블록형 전면블록은 1960년경에 미국에서 콘크리트 크립(crib) 옹벽시스템으로 소개된 이래 활발히 사용되어 왔다. 본 논문에서는 다양한 실험을 통해 보강토 옹벽용 전면블록과 지오그리드 사이의 마찰특성 평가를 수행하였다.

The use of geogrid for SRW systems and bridge abutment has increased rapidly over the past 10 years in Korea. The concept of segmental retaining walls and reinforced soil is very old and for example The Ziggurats of Babylonia(i.e. Tower of Babel) were built some 2,500 to 3,000 years ago using soil reinforcing methods very similar to those described in current design. Modern SRW(Semental Retaining Wall) units were introduced in 1960's as concrete crib retaining wall systems. In this paper, the friction properties between segmental concrete units and geogrid are investigated by performing various tests.

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문제 정의

그러나 보강 토 옹벽 전면 블록의 마찰 특성에 대한 연구가 미진한 실정이다. 따라서 논문에서는 현재 사용 중인 보강토 옹벽 전면 블록의 연결 강도 및 마찰 강도 평가 시험을 통해 전 면블록과 지오 그리드 사이의 마찰 특성을 평하하였다.
보강토 옹벽의 전면 벽체의 안정성 평가는 앞서 언급되었듯이 전면 벽체 배면의 수평토압에 대한 블록/지오 그리드 사이의 연결 강도 및 블록 耳 블록 사이의 마찰저항에 의한 전 면벽체의 저항력을 검토하는 것이다. NCMA의 연결 강도 및 마찰 강도 평가 시험법은 최종적으로 그림 1과 같은 결과를 제시한다.
본 논문에서는 블록의 종류, 그리드 종류, 인발 속도, 인발의 편심 정도를 변화시켜 다양한 형태의 연결 강도 및 마찰 강도시험을 수행하여 블록과 그리드 사이의 연 결강도 및 마찰 강도를 평가하고자 하였다. 표 3에서는 블록과 지오 그리드 사이의 연결 강도 및 마찰 강도 특성을 평가하기 위해 수행한 평가 시험의 종류와 내용을 보여준다.
본 논문에서는 현재 사용 중인 보강토 옹벽 전면 블록과 지오 그리드와의 연결 강도 시험과 블록/블록 마찰 강도 시험을 통해 다음과 같은 결론에 도달하였다.

제안 방법

이때 본 시험은 우븐형 지오 그리드 10T, 재하 하중 0.9kg/cn? 로, 편심 인발 높이를 11, 16, 21mm로 변화 시 켜가며 수행하였다. 그림 13에서 보듯이 편심 인장 높이 별 연결 강도는 편심 인발 높이가 높을수록 미 미하나마 커지는 경향을 보이고는 있지만, 시험 시 편심 인발 높이는 지오 그리드/블록 사이의 연결 강도의 결정에 영향이 없는 것으로 평가되었다.
보강토 옹벽의 설계는 외적안정의 경우, 토목 섬유 보강토체의 활동, 전도, 지지력 파괴 등을 검토하고 내 적 안정의 경우, 보강재 파단 및 인발 저항에 따른 보강재의 간격, 길이 등을, 국부 안정의 경우 배부름 및 최대 비보강 높이 등 전면 블록의 안정성을 평가한다. 이때 블록형 보강토 옹벽의 배부름(Bulging)은 임의의 블록 높이에서 그 블록의 상단 및 하단 블록이 설계상의 상대적인 위치를 확보하지 못하는 현상이다.
5kg/cm²)ofl 따른 인장 속도별 지오 그리드의 연 결강도 시험 결과를 보여준다. 이때 앞서 언급했듯이 시험 대상 그리드는 우븐형 지오 그리드 10T였고 인발 속 도는 10, 20, 30, 40, 60mm/min로 변화시켜가며 수행하였다. 그림 12에서 보듯이 인장 속도별 연결 강도는 인장 속도가 작을수록 미미하나마 큰 경향을 보이고 있어, 시 험시 인장 속도는 지오 그리드/블록 사이의 연결 강도의 결정에 큰 영향이 없는 것으로 평가되었다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 블록의 형태는 그림 2에서와같이 전단키형, 핀형, 시멘트 모르타르형의 3가지 블록을 사용하였다.
본 연구에 사용된 시료는 보강토 옹벽의 배수재로 널리 쓰이고 있는 화강암을 파쇄한 쇄석으로, 통일분류법에 의한 흙 분류에 의하면 입경이 균등한 자갈로 판명되었다. 그림 3에서는 시험 대상 시료의 입도 분포곡선을 보여준다.
본 연구에 사용된 지오 그리드 시료는 국내에서 제조한 우븐(Woven)형 지오 그리드 3종(시료명 ; A-l, A-2, A-3) 및 경편(Warp knitted)형 지오 그리드 1종(시료명 ; B)으로, 동일한 조건하에서 시험을 수행하고 그 결과를 비교. 분석하였다.

이론/모형

본 실험에 사용된 실험 방법은 NCMA에서 권장하고 있는 연결 강도 평가 시험법(SRWU-1) 및 전면 블록의 마찰 강도 평가 시험법(SRW们-2)을 이용하였다钏CMA, 1997).

성능/효과

(3) 전면 블록의 연결 강도는 블록 전 단 저항능력, 특히 전단키 형태화그와 관련된 지오그리드의 접점 강도, 인장 강도 등에 영향을 크게 받는 것으로 평가되었다.
한편, 그림 8에서는 핀형 블록의 수직 하중에 따른 수직력-인발력 관계 곡선을 보여준다. 그림 8에서 보듯이 블록/보강재 사이의 연결 강도는 앞서 언급된 전단키형 블록과 같이 경편형 지오 그리드(B 시료, 15T)를 제외하고는 설계 톤수가 증가할수록 연결 강도가 증가하는 유사한 경향을 나타내었으며, 핀형 블록에서 경편형 지오 그리드(B 시료, 15t)는 우븐형 지오 그리드(A-3 시료, 10T) 지오 그리드보다도 연결 강도가 작은 것으로 평가되었다. 이러한 경향은 블록의 종류에 따라 특히 전단 키의 형태에 따라 연결 강도 값이 영향을 받는다는 것을 보여준다.
특히 핀형 블록의 경우, 블록/지오 그리드 사이의 연결은 주로 연결핀과 지오 그리드의 접점 저항에 의해 좌우되는 경향이 있다. 따라서 경편형 지오 그리드는 상대적으로 우븐형 지오 그리드에 비해 접점 강도가 불리함으로써 연결 강도 특성이 불리하게 작용하는 것으로 평가되었다. 또한, 연결핀형 블록은 경편형 지오 그리드 15T를 제외하곤 모든 그리드 종류에서 하중에 상관없이 전단 키형 블록보다 연결 강도의 증진에 더 효과적인 것으로 평가되었다.
핀형과 전단키형 블록의 마찰 강도 차이의 원인은 핀형의 경우 전단 시 핀이 블록/블록 사이에 잘 고착되어 빠지는 경우나 블록의 들림 현상이 작은 반면에 전단 키 형의 경우 전단 시 전단력 증대에 따른 전단 키의 파손 및 블록의 들림 현상이 상대적으로 크게 생기는 것에 기인한 것으로 판단된다. 또한 모르타르 처리형 블록은 시멘트에 의한 연결 강도 증진 효과가 없는 것으로 평가되었으며. 이는 마찰 강도시험과 마찬가지로 블록/블록 사이에 들어가는 시멘트 양이 적기 때문인 것으로 판단된다.
따라서 경편형 지오 그리드는 상대적으로 우븐형 지오 그리드에 비해 접점 강도가 불리함으로써 연결 강도 특성이 불리하게 작용하는 것으로 평가되었다. 또한, 연결핀형 블록은 경편형 지오 그리드 15T를 제외하곤 모든 그리드 종류에서 하중에 상관없이 전단 키형 블록보다 연결 강도의 증진에 더 효과적인 것으로 평가되었다.
블록/블록의 마찰 강도는 전단키형, 핀형 블록의 경우보다 모르타르 처리형 블록의 마찰저항이 작은 것으로 평가되었다. 핀형과 전단키형 블록의 마찰 강도 차이의 원인은 핀형의 경우 전단 시 핀이 블록/블록 사이에 잘 고착되어 빠지는 경우나 블록의 들림 현상이 작은 반면에 전단 키 형의 경우 전단 시 전단력 증대에 따른 전단 키의 파손 및 블록의 들림 현상이 상대적으로 크게 생기는 것에 기인한 것으로 판단된다.
그림 9에서 보듯이 블록/보강재 사이의 연결 강도는 앞서 언급된 전단키형 및 핀형과 달리 저항력이 작은 것으로 평가되었다. 이는 블록/보강재 사이의 연결 강도가 전단 면의 형상에 영향을 직접적으로 받는 것을 의미하며 모르타르 처리형 블록의 경우 시멘트 사용량이 적어 전단 키나 핀형과 같은 역학적 방식이 더 효과적인 것으로 평가되었다.

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