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문제 정의
- 그러나 마이크로파일의 길이, 직경, 보강각도 및 보강위치 등의 설치기준이 없고 경험에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 최적보강형태와 보강효과를 분석하기 위하여 다양한 실내모형실험을 수행하였다. 본실험에서 모형옹벽의 크기는 고정시키고 마이크로파일의 직경, 길이 설치각도, 설치위치 및 수평간격 등을 변화시켜가며 각각의 경우에 대한 활동 및 전도에 대한 보강효과를 분석하였다.
- 따라서 본 연구에서는 프리캐스트 콘크리트 옹벽에 보강된 마이크로파일의 길이, 직경, 설치각도 및 설치 위치 등에 대한 최적보강형태와 보강효과를 규명.제시하였다.
- 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의경우, 마이크로파일의 직경, 길이, 수평간격 및 설치위치 등에 따라서 보강효과나 거동특성이 서로 상이하게나타나므로 본 연구에서는 보강재인 마이크로파일의직경, 길이, 수평간격 및 설치위치 등을 변화시키며 각각의 설계변수에 대한 전도 및 활동에 대한 보강효과확인을 위한 실내모형실험을 수행하였다. 또한 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 옹벽에 적합한 3차원적 배치형태의 변화에 따른 보강효과나 거동특성을 파악하기 위하여 먼저 수행된 실내실험을 통하여 얻어진 최적의 마이크로파일의 직경, 길이 및 설치위치 등을 고정하여 설치각도를 변화시킨 총 4가지 배치형태(그림 3 참조)에 대하여 각각 보강효과를 확인하였다.
- 본 분석에서는 실규모의 해석단면에 대하여 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 전도 및활동에 대한 마이크로파일의 보강효율을 평가하였다. 마이크로파일의 배치형태에 따른 유한요소해석 결과는그림 10에 나타내었다.
- 본 실험에서는 마이, 로파일의 직경변화에 따른 보강효과를 평가하기 위하여 수행하였다. 마이크로파일의설치 위치는 뒷굽판으로부터 0.
- 본 실험에서는 마이크로파일의 설치 길이변화에 따른 보강효과를 평가하기 위하여 수행하였다. 마이크로파일의 설치 위치는 뒷굽판으로부터 0.
- 본 실험에서는 마이크로파일의 설치위치 변화에 따른 보강 효과를 평가하기 위하여 수행하였다. 마이크로파일의 직경, 길이 및 수평설치간격 등 보강효과에 영향을 줄 수 있는 설계변수들은 고정시킨 후, 마이크로파일의 설치 위치를 뒷굽판으로부터 거리를 0.
- 본 연구에서는 실내모형실험결과를 토대로 제시된 마이크로파일의 최적보강형태를 검증, 보완하기 위한 목적으로 수치해석을 수행하였다. 본 수치해석에서는 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 옹벽에 적합한 3차원적 배치형태의 변화에 따른 보강효과 및 거동특성을 파악하기 위하여 설치각도를 변화시킨 Type A, Type B, Type C 및 Type D 등의 4가지 배치형태(그림 3 참조) 에대하여 수행하였다.
- 본 연구에서는 프리캐스트 콘크리트 옹벽에 보강된마이크로파일의 길이, 직경, 설치각도 및 설치위치 등의설치기준에 대한 최적보강형태와 보강효과를 규명.제시하였다.
- 유한요소해석에서는 실내모형실험을 통해 제시된 마이크로파일이 적용된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 최적보강형태의 적용성 및 적절성을 검증하기 위하여 시행하였다. 실제 옹벽의 거동을 모사하기 위해 배면지반에 하중이 작용하는 것으로 모델링하여야 하나, 이러한경우에는 마이크로파일의 보강효율을 전도 및 활동으로 각각 나누어 분석할 수 없는 한계가 있어, 옹벽 시공완료 후 작용하중을 각각 옹벽의 최상단 및 저판에 작용하는 것으로 모델링하여 전도 및 활동시의 보강효율을각각 분석하였다.
제안 방법
- 최적보강길이 및 최적보강직경에 대하여 옹벽의 크기변화에 따른 영향여부를 확인하였다. 3가지 배치형태 (Type A, Type B 및 Type C)에 대하여 마이크로파일의 길이를 1.0m, 1.5m, 2.0m, 2.5m 및 3.0m 등으로 변화 시켜, 마이크로파일의 길이변화에 따른 보강효율에 대한 분석을 수행하였으며 해석결과는 그림 11에 나타내었다. 아울러 마이크로파일의 직경을 0.
- 15mm) 통과율이 2%정도이다. Concrete Sand는 통일분류법에 의해 SP로 분류되며, 모형지반으로 사용된 시료의 물리적, 역학적 특성 등을 파악하기 위하여 실내시험을 수행하였다. 실내모형실험지반의 물리적, 역학적 특성을 요약, 정리하면 표 1과 같다.
- 위한 실내모형실험을 수행하였다. 또한 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 옹벽에 적합한 3차원적 배치형태의 변화에 따른 보강효과나 거동특성을 파악하기 위하여 먼저 수행된 실내실험을 통하여 얻어진 최적의 마이크로파일의 직경, 길이 및 설치위치 등을 고정하여 설치각도를 변화시킨 총 4가지 배치형태(그림 3 참조)에 대하여 각각 보강효과를 확인하였다.
- 또한 본 연구에서는 실내모형실험과 유한요소해석에서 제한적인 옹벽의 높이에 대하여 평가하여 한계평형해석을 통해 옹벽높이변화에 따른 마이크로파일의 보강형태 변화에 대하여 분석하였다. 분석방법은 한계평형해석으로 마이크로파일의 길이를 0.
- 수치해석에서 지반요소는 일반적으로가장 많이 사용되는 Mohr-Coulomb Model을 사용하여 모사하였으며, 프리캐스트 콘크리트 옹벽은 Elastic Model 을 사용하였다 기초지반 뒤채움재 및 옹벽은 8절점 고체요스套olid Element)를 사용하였으며, 마이크로파일은 프레임 요소(Frame Element)로 사용하였다. 또한 실제 옹벽의 거동을 최대한 모사하기 위하여 프리캐스트 콘크리트 옹벽과 뒤채움재 사이 그리고 옹벽저판과 기초지반 사이에는 인터페이스 요소(Interface Element)로 처리하였다. 본 수치해석에 적용된 L형 프리캐스트 콘크리트 옹벽은 높이 대 저판폭의 비율이 1 : 0.
- 수치해석에서옹벽과 지반의 경계조건은 그림 9와 같이 좌우 경계면은 롤러를 두어 X방향의 변위를 구속하였으며, 하단면역시 롤러를 두어 y방향의 변위를 구속하였다. 또한 하부경계와 좌우경계면이 접하는 곳은 힌지를 두어 X, y방향 변위를 모두 구속하였으며, 3차원 경계조건인 z방향의 경계조건은 모델링 최측면 만을 z방향으로 구속하였다. 수치해석에서는 옹벽과 마이크로파일이 시공완료된시점 이후에 하중을 단계별로 재하하였다.
- 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 최적 보강 형태를 제시하기 위하여 다양한 실내모형실험을 수행하였으며, 마이크로파일의 설치조건인 설치위치, 설치간격, 직경, 길이 및 배치형태의 변화에 따른 각각의 보강효율을 표 3에 종합적으로 요약, 정리하였다. 실내모형실험결과에 의한 마이크로파일의 설치위치는 뒷굽 판 끝에 가까이 위치할수록 보강효율이 높은 것으로 나타났으나 말뚝 최소설치 기준(도로교표준시 방서, 1996) 을 고려할 때 마이크로파일 직경의 약 1.
- 마이크로파일의 설치 위치는 뒷굽판으로부터 0.25L, 수평 설치 간격은 0.6H 및 직경 0.03L 등으로 고정시킨 후 마이크로파일 길이를 O.3H, , O.5H 및 0.9H 등으로 변화시켜가며 각각의 보강효율을 평가하였다. 시험 결과는 그림 6에 나타내었다.
- 마이크로파일의 설치위치, 직경, 길이 및 배치형태 등의 설계변수 변화에 따른 보강효과를 파악하기 위한 실내모형실험은 하중재하에 따른 변위를 구하는 방식으로 진행되었으며, 결과 분석은 보강형태에 따른 각각의보강효율의 비교를 통하여 실시하였다. 여기서 보강효율은 무보강시 작용하는 최대하중과 보강시 작용하는최대하중의 비로 정의하였으며, 최대하중의 추정은 P-S 곡선법으로 곡률이 최소인 점의 하중으로 결정하였다.
- 마이크로파일의 직경, 길이 및 수평설치간격 등 보강효과에 영향을 줄 수 있는 설계변수들은 고정시킨 후, 마이크로파일의 설치 위치를 뒷굽판으로부터 거리를 0.25L, 0.40L 및 0.60L 등으로 변화시켜가며 각각의 보강효율을 평가하였다. 시험 결과는 그림 4에 나타내었다.
- 마이크로파일의설치 위치는 뒷굽판으로부터 0.25L, 수평설치 간격은 0.6H 및 길이 0.9H 등으로 고정시킨 후, 마이크로파일 직경을 0.03L, 0.06L 및 0.07L 등으로 변화시켜가며 각각의 보강효율을 평가하였다. 실내모형시험 결과는 그림 5에 나타내었다.
- 0m 등으로 각각 변화시켜 각 옹벽높이에 대한최적 보강길 이를 비교하였다. 마찬가지로 마이크로파일의직경도 0.05m, 0.10m, 0.15m, 0.20m, 0.25m 및 0.30m 등으로 각각 변화시켜 각 옹벽높이에 대한 최적보강길이를비교하였다. 옹벽의 크기변화에 따른 마이크로파일의 최적보강형태는 표 6에 요약, 정리되어 있다.
- 15m두께로, 전체토조의 높이를 4 층으로 나누어 층다짐을 실시하였으며, 다짐도 95%를 기준으로 하여 각층에 필요한 중량만큼 일정 함수비의 시료를 할당하는 중량- 체적 할당법(Alfaro 등, 1995)을적용하였다 소형 다짐 장비를 사용하여 할당된 흙이 각층에 채워질 때까지 다짐을 시행하여 모형실험시 최대한 동일한 지반조건이 되도록 하였다 모형지반 조성 후 미리 제작한 모형옹벽과 마이크로파일을 설치하였다. 모형 옹벽의 모형토조의 크기를 고려하여 실제크기의 1/13에 해당하는 크기로 제작하였으며, 실험용 마이크로파일에는 그라우팅효과를 재현하기 위해 표면에 모래를 부착하여 제작하였다.
- 모형지반은 흙을 0.15m두께로, 전체토조의 높이를 4 층으로 나누어 층다짐을 실시하였으며, 다짐도 95%를 기준으로 하여 각층에 필요한 중량만큼 일정 함수비의 시료를 할당하는 중량- 체적 할당법(Alfaro 등, 1995)을적용하였다 소형 다짐 장비를 사용하여 할당된 흙이 각층에 채워질 때까지 다짐을 시행하여 모형실험시 최대한 동일한 지반조건이 되도록 하였다 모형지반 조성 후 미리 제작한 모형옹벽과 마이크로파일을 설치하였다. 모형 옹벽의 모형토조의 크기를 고려하여 실제크기의 1/13에 해당하는 크기로 제작하였으며, 실험용 마이크로파일에는 그라우팅효과를 재현하기 위해 표면에 모래를 부착하여 제작하였다.
- 2)에 따른 보강효과를 평가하였다. 보강효율에 영향을 줄 수 있는 모든 설계변수들을 고정시킨 후, 마이크로파일을 Type A, Type B, Type C 및 Type D 등으로변화시켜가며 각각의 보강효율을 평가하였다. 시험 결과가 그림 7에 제시되어 있다.
- 수치해석을 수행하였다. 본 수치해석에서는 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 옹벽에 적합한 3차원적 배치형태의 변화에 따른 보강효과 및 거동특성을 파악하기 위하여 설치각도를 변화시킨 Type A, Type B, Type C 및 Type D 등의 4가지 배치형태(그림 3 참조) 에대하여 수행하였다. 본 수치해석에서는 유한요소해석과 한계 평 형 해석을 수행하였으며 , 유한요소해석 에서는 마이크로파일의 설치각도에 따른 하중-변위 관계를 통해 보강효율을 검토하였으며, 한계평형해석법에서는 동일 조건에서의 최소안전율을 통해 각각의 배치형태에 대하여 보강효율을 평가하였다.
- 본 수치해석에서는 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 옹벽에 적합한 3차원적 배치형태의 변화에 따른 보강효과 및 거동특성을 파악하기 위하여 설치각도를 변화시킨 Type A, Type B, Type C 및 Type D 등의 4가지 배치형태(그림 3 참조) 에대하여 수행하였다. 본 수치해석에서는 유한요소해석과 한계 평 형 해석을 수행하였으며 , 유한요소해석 에서는 마이크로파일의 설치각도에 따른 하중-변위 관계를 통해 보강효율을 검토하였으며, 한계평형해석법에서는 동일 조건에서의 최소안전율을 통해 각각의 배치형태에 대하여 보강효율을 평가하였다.
- 사용하였다. 본 실내모형실험에서는 토조 상부에 하중재하장치를 장착 후 모형 옹벽의 상단 및 저판에 히중을 직접 재하하여 옹벽의 전도 및 활동에 대한 각각의 보강효과를 확인하였다. 하중 재하시 모형 옹벽의 수평변위를 측정하기 위해 옹벽 전면에 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 설치하였다.
- 본 실험에서는 마이크로파일의 3차원적 배치형태(그림 2)에 따른 보강효과를 평가하였다. 보강효율에 영향을 줄 수 있는 모든 설계변수들을 고정시킨 후, 마이크로파일을 Type A, Type B, Type C 및 Type D 등으로변화시켜가며 각각의 보강효율을 평가하였다.
- 본 연구에서는 실내모형실험과 수치해석을 통해 마이크로파일의 최적보강형태를 결정하였다. 실내모형 실험에서 제시된 최적보강형태에 대한 보다 세부적인 검증을 위하여 유한요소해석 및 한계평형해석을 수행한결과 실내모형실험과 거의 유사한 결과를 나타냈다.
- 따라서 본 연구에서는 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 최적보강형태와 보강효과를 분석하기 위하여 다양한 실내모형실험을 수행하였다. 본실험에서 모형옹벽의 크기는 고정시키고 마이크로파일의 직경, 길이 설치각도, 설치위치 및 수평간격 등을 변화시켜가며 각각의 경우에 대한 활동 및 전도에 대한 보강효과를 분석하였다.
- 변화에 대하여 분석하였다. 분석방법은 한계평형해석으로 마이크로파일의 길이를 0.5m, 1.0m, 1.5m, 2.0m, 2.5m 및 3.0m 등으로 각각 변화시켜 각 옹벽높이에 대한최적 보강길 이를 비교하였다. 마찬가지로 마이크로파일의직경도 0.
- 프리캐스트 콘크리트 옹벽에 보강된 마이크로파일의 길이, 직경, 설치각도 및 설치위치 등의 설치기준에 대한 최적보강형태와 보강효과를 규명하기 위하여 실내모형실험을 수행하였으며 보다 효과적으로 보강효과를 비교.분석하기 위하여 활동 및 전도거동의 경우로 각각 구분하여 수행하였다. 또한 실내모형실험을통해 제시된 최적보강형태와 보강효과를 검증하고 보완하기 위해 수치해석을 수행하였으며 유한요소해석과한계평형해석을 각각 수행하였다.
- 또한 하부경계와 좌우경계면이 접하는 곳은 힌지를 두어 X, y방향 변위를 모두 구속하였으며, 3차원 경계조건인 z방향의 경계조건은 모델링 최측면 만을 z방향으로 구속하였다. 수치해석에서는 옹벽과 마이크로파일이 시공완료된시점 이후에 하중을 단계별로 재하하였다.
- 5이며 해석에적용된 지반 특성값은 표 5에 요약, 정리되어 있으며, 해석 격자요소망은 그림 8에 나타내었다. 수치해석에서옹벽과 지반의 경계조건은 그림 9와 같이 좌우 경계면은 롤러를 두어 X방향의 변위를 구속하였으며, 하단면역시 롤러를 두어 y방향의 변위를 구속하였다. 또한 하부경계와 좌우경계면이 접하는 곳은 힌지를 두어 X, y방향 변위를 모두 구속하였으며, 3차원 경계조건인 z방향의 경계조건은 모델링 최측면 만을 z방향으로 구속하였다.
- 실내모형 실험은 변형률제어 방식으로 수행하였으며, 전기식 하중재하장치를 이용하여 파괴시까지 재하하였다. 전도 및 활동에 대한 마이크로파일의 저항력을 명확히 확인하기 위하여 전도파괴시 옹벽의 최상단에 하중이 작용하도록 하였으며 활동파괴시는 옹벽의 저판에 하중이 작용하도록 하였다 또한 옹벽에 가해지는 하중을 측정하기 위해 재하장치와 옹벽의 연결지점에 로드셀을연결시켜 실제로 가해지는 하중을 직접적으로 측정하였다 모형옹벽에 하중을 가하는 동안 모형옹벽 전면에 3개의 LVOT를 설치하여 하중이 가해지는 동안 모형 옹벽의 수평 변위를 측정하였다.
- 실제 옹벽의 거동을 모사하기 위해 배면지반에 하중이 작용하는 것으로 모델링하여야 하나, 이러한경우에는 마이크로파일의 보강효율을 전도 및 활동으로 각각 나누어 분석할 수 없는 한계가 있어, 옹벽 시공완료 후 작용하중을 각각 옹벽의 최상단 및 저판에 작용하는 것으로 모델링하여 전도 및 활동시의 보강효율을각각 분석하였다. 수치해석에서 지반요소는 일반적으로가장 많이 사용되는 Mohr-Coulomb Model을 사용하여 모사하였으며, 프리캐스트 콘크리트 옹벽은 Elastic Model 을 사용하였다 기초지반 뒤채움재 및 옹벽은 8절점 고체요스套olid Element)를 사용하였으며, 마이크로파일은 프레임 요소(Frame Element)로 사용하였다.
- 0m 등으로 변화 시켜, 마이크로파일의 길이변화에 따른 보강효율에 대한 분석을 수행하였으며 해석결과는 그림 11에 나타내었다. 아울러 마이크로파일의 직경을 0.05m, 0.10m, 0.15m, 0.20m, 0.25m 및 0.30m 등으로 변화시켜, 마이크로파일의 직경변화에 따른 보강효율의 영향에 대한 분석을 수행, 그 결과는 그림 12에 나타내었다.
- 비교를 통하여 실시하였다. 여기서 보강효율은 무보강시 작용하는 최대하중과 보강시 작용하는최대하중의 비로 정의하였으며, 최대하중의 추정은 P-S 곡선법으로 곡률이 최소인 점의 하중으로 결정하였다.
- 옹벽의 모형실험은 일반적으로 옹벽 배면지반에 하중을 작용시켜 옹벽의 파괴를 유도하나, 본 연구에서는마이크로파일의 전도 및 활동 각각에 대한 보강효과 확인을 위해 본 연구에서는 옹벽의 전도와 활동에 대하여각각 실시한 전도에 대한 실험은 옹벽의 최상단에 하중이 작용하도록 하였으며, 활동에 대한 실험은 옹벽의 저판에 하중이 작용하도록 하였다(그림 1 참조).
- 안정성에도 영향을 주게 된다. 이러한 경우에는 마이크로파일의 배치형태에 따라 영향을 받기 때문에 본 분석에서는 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 전체구조물 시스템의 안정해석을 수행하여 마이크로파일의 설치각도 변화에 따른 보강효율을 비교, 검토하였다 본 한계평형해석은 프랑스 TERRASOL사에서 개발한 한계평형해석 프로그램인 TALREN 97을 이용하여 수행하였다. 본 한계평형해석에서는 Bishop의 절편법을 이용하여 전체구조 시스템의 활동에 대한 안전율을 평가하여 최적의 보강형태를 확인하였다.
- 제시하였다. 이를 위하여 활동 및 전도에 대한 실내모형실험 및 수치해석을 각각 시행하였다.
- 전도 및 활동에 대한 마이크로파일의 저항력을 명확히 확인하기 위하여 전도파괴시 옹벽의 최상단에 하중이 작용하도록 하였으며 활동파괴시는 옹벽의 저판에 하중이 작용하도록 하였다 또한 옹벽에 가해지는 하중을 측정하기 위해 재하장치와 옹벽의 연결지점에 로드셀을연결시켜 실제로 가해지는 하중을 직접적으로 측정하였다 모형옹벽에 하중을 가하는 동안 모형옹벽 전면에 3개의 LVOT를 설치하여 하중이 가해지는 동안 모형 옹벽의 수평 변위를 측정하였다. 전반적인 실내모형실험 절차는 그림 2에 나타내었다.
- 제시하였다. 프리캐스트 콘크리트 옹벽에 보강된 마이크로파일의 길이, 직경, 설치각도 및 설치위치 등의 설치기준에 대한 최적보강형태와 보강효과를 규명하기 위하여 실내모형실험을 수행하였으며 보다 효과적으로 보강효과를 비교.분석하기 위하여 활동 및 전도거동의 경우로 각각 구분하여 수행하였다.
- 본 실내모형실험에서는 토조 상부에 하중재하장치를 장착 후 모형 옹벽의 상단 및 저판에 히중을 직접 재하하여 옹벽의 전도 및 활동에 대한 각각의 보강효과를 확인하였다. 하중 재하시 모형 옹벽의 수평변위를 측정하기 위해 옹벽 전면에 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 설치하였다. 본 실내모형 실험에서 사용된 모형토조와 실험장치의 개요도는 그림 1에 나타내었다.
- 한계평형해석에서는 마이크로파일의 길이 및 직경등을 변화시켜 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 각각의 보강효율을 평가하였으며, 실내모형실험과 유한요소해석을 통해 제시된 마이크로파일의 최적보강길이 및 최적보강직경에 대하여 옹벽의 크기변화에 따른 영향여부를 확인하였다. 3가지 배치형태 (Type A, Type B 및 Type C)에 대하여 마이크로파일의 길이를 1.
대상 데이터
- 또한 실제 옹벽의 거동을 최대한 모사하기 위하여 프리캐스트 콘크리트 옹벽과 뒤채움재 사이 그리고 옹벽저판과 기초지반 사이에는 인터페이스 요소(Interface Element)로 처리하였다. 본 수치해석에 적용된 L형 프리캐스트 콘크리트 옹벽은 높이 대 저판폭의 비율이 1 : 0.5이며 해석에적용된 지반 특성값은 표 5에 요약, 정리되어 있으며, 해석 격자요소망은 그림 8에 나타내었다. 수치해석에서옹벽과 지반의 경계조건은 그림 9와 같이 좌우 경계면은 롤러를 두어 X방향의 변위를 구속하였으며, 하단면역시 롤러를 두어 y방향의 변위를 구속하였다.
- 본 실험에서 사용한 지반재료는 Concrete Sand(ASTM C-33)로, 100번체(입경 0.15mm) 통과율이 2%정도이다. Concrete Sand는 통일분류법에 의해 SP로 분류되며, 모형지반으로 사용된 시료의 물리적, 역학적 특성 등을 파악하기 위하여 실내시험을 수행하였다.
- 본 실험에서는 횡하중 및 인발하중을 받는 마이크로파일을 설치한 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 실내모형실험을 위해서 600mm(W)x600mm(H)xl300mm(L)의 모형토조를 사용하였다. 본 실내모형실험에서는 토조 상부에 하중재하장치를 장착 후 모형 옹벽의 상단 및 저판에 히중을 직접 재하하여 옹벽의 전도 및 활동에 대한 각각의 보강효과를 확인하였다.
데이터처리
- 분석하기 위하여 활동 및 전도거동의 경우로 각각 구분하여 수행하였다. 또한 실내모형실험을통해 제시된 최적보강형태와 보강효과를 검증하고 보완하기 위해 수치해석을 수행하였으며 유한요소해석과한계평형해석을 각각 수행하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결과를 요약, 정리하면 다음과 같다.
이론/모형
- 이러한 경우에는 마이크로파일의 배치형태에 따라 영향을 받기 때문에 본 분석에서는 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 전체구조물 시스템의 안정해석을 수행하여 마이크로파일의 설치각도 변화에 따른 보강효율을 비교, 검토하였다 본 한계평형해석은 프랑스 TERRASOL사에서 개발한 한계평형해석 프로그램인 TALREN 97을 이용하여 수행하였다. 본 한계평형해석에서는 Bishop의 절편법을 이용하여 전체구조 시스템의 활동에 대한 안전율을 평가하여 최적의 보강형태를 확인하였다. 마이크로파일의 설치조건인 Type A, Type B 및 Type C 등에 대한 각각의 안정성 평가를 수행하였으며(그림 3 참조), 실내모형실험결과와 유한요소해석 결과에서 가장보강효율이 낮게 평가된 Type D는 본 분석에서 제외하였다
- 실제 옹벽의 거동을 모사하기 위해 배면지반에 하중이 작용하는 것으로 모델링하여야 하나, 이러한경우에는 마이크로파일의 보강효율을 전도 및 활동으로 각각 나누어 분석할 수 없는 한계가 있어, 옹벽 시공완료 후 작용하중을 각각 옹벽의 최상단 및 저판에 작용하는 것으로 모델링하여 전도 및 활동시의 보강효율을각각 분석하였다. 수치해석에서 지반요소는 일반적으로가장 많이 사용되는 Mohr-Coulomb Model을 사용하여 모사하였으며, 프리캐스트 콘크리트 옹벽은 Elastic Model 을 사용하였다 기초지반 뒤채움재 및 옹벽은 8절점 고체요스套olid Element)를 사용하였으며, 마이크로파일은 프레임 요소(Frame Element)로 사용하였다. 또한 실제 옹벽의 거동을 최대한 모사하기 위하여 프리캐스트 콘크리트 옹벽과 뒤채움재 사이 그리고 옹벽저판과 기초지반 사이에는 인터페이스 요소(Interface Element)로 처리하였다.
성능/효과
- (1) 실내모형실험결과 마이크로파일의 설치위치는 전도 및 활동거동시 모두 뒷굽판 끝에 가까이 위치할 수록보강효율이 높은 경향을 나타냈으나 말뚝 최소설치기준(도로교표준시방서, 1996)을 고려할 때 설치 위치는 마이크로파일 직경의 약 1.0배가 적절한 것으로 평가되었다.
- (2) 실내모형실험 및 한계평형해석결과 마이크로파일의 길이는 길어질수록 전도 및 활동 거동에 대한 보강효율이 증가하는 경향을 나타냈다. 하지만 마이크로파일의 직경이 0.
- (3) 실내모형실험결과 마이크로파일의 직경은 커질수록 전도 및 활동거동에 대한 보강효율은 증가하는 경향을 나타냈다. 하지만 마이크로파일의 직경이 0.
- (4) 실내모형실험 및 수치해석결과 마이크로파일의 배치 형태에 대한 분석은 설치각도가 경사진 경우인 Type C 및 Type B에서 각각 전도 및 활동거동시 최대 보강효율을 나타냈으나, 마이크로파일이 수직으로 설치된 경우인 Type A가 활동 및 전도거동시 모두 상대적으로 높은 보강효율을 나타내었다. 그러므로 시공성이 뛰어나고, 경제적이며 동적하중에 저항하기에 효과적인 Type A가 가장 적절할 배치 형태로 평가되었다.
- (5) 본 연구에서는 실내모형실험을 통해 제시된 마이크로파일의 최적보강길이 및 최적보강직경에 대하여 옹벽의 크기변화에 따른 영향여부를 파악하기 위하여 분석한 결과 옹벽의 크기가 변화하더 라도 최적보강 길이(0.4H) 및 최적보강직경(0.04L)은 영향이 거의 없는 것으로 각각 평가되었다.
- 그러므로 시공성이 뛰어나고, 경제적이며 동적하중에 저항하기에 효과적인 Type A가 가장 적절할 배치 형태로 평가되었다.
- 또한, 마이크로파일의 배치형태에 대한 분석결과, 설치각도가경사진 경우인 Type C 및 Type B에서 각각 활동 및 전도시 최대보강효율을 나타냈으나, 반대의 경우에서는 보강효율이 상대적으로 작게 나타났다. 그러므로 활동 및전도시 모두 상대적으로 높은 보강효율을 나타낸 마이크로파일이 수직으로 설치된 Type A가 가장 적절할 것으로 판단된다. 또한 Hadjian 등(1992), Bollmann(1993) 및 Coduto(1994) 등은 횡하중을 지지하기 위해 경사말뚝 보다는 연직말뚝만으로 구성된 기초 시스템이 보다 시공성이 뛰어나며, 경제적이고 동적하중에 저항하기에 효과적이라고 제시한 바 있다.
- 그림 11 및 그림 12의 내용을 분석한 결과, 마이크로파일의 길이는 약 0.4H인 1.80m정도에서 최적의 보강 효과를 보이는 것으로 나타났으며, 마이크로파일의 직경은 약 0.04L인 0.10m정도에서 최적의 보강효과를 보이는 것으로 나타나 실내모형실험에서 제시한 값과 동일하게 평가되었다.
- 4H정도에서 보강효율의 증가가 큰 폭으로 작아지는 것으로나타나므로 적정한직경 및길이로 판단된다. 또한, 마이크로파일의 배치형태에 대한 분석결과, 설치각도가경사진 경우인 Type C 및 Type B에서 각각 활동 및 전도시 최대보강효율을 나타냈으나, 반대의 경우에서는 보강효율이 상대적으로 작게 나타났다. 그러므로 활동 및전도시 모두 상대적으로 높은 보강효율을 나타낸 마이크로파일이 수직으로 설치된 Type A가 가장 적절할 것으로 판단된다.
- 실내모형 실험에서 제시된 최적보강형태에 대한 보다 세부적인 검증을 위하여 유한요소해석 및 한계평형해석을 수행한결과 실내모형실험과 거의 유사한 결과를 나타냈다. 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 전체시스템의 활동에 대한 안전율을 평가하기 위해 실시한한계평형해석 결과에서도 마이크로파일의 길이가 약 0.4H 에서 보강효율의 증가가 큰 폭으로 줄어들어 0.4H가 적정한 보강길이로 평가되었으며, 옹벽의 크기변화에 따른 마이크로파일의 최적보강길이 및 최적보강직경에 대한 영향여부를 파악한 결과 옹벽의 크기변화에 영향이없는 것으로 평가되었다. 본 연구를 통해서 결정된 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 옹벽의 최종보강형태는다음 표 7에 정리하였다.
- 시험 결과는 그림 6에 나타내었다. 마이크로파일의 길이변화에 따른 보강효율을 평가한 결과, 전도 및 활동에 대한 보강효율은 마이크로파일의 길이가 증가할수록 향상되는 것으로 나타났으며 마이크로파일의 길이가 약 0.4H 정도에서 보강효율이 수렴하는 것으로 나타났다.
- 시험 결과는 그림 4에 나타내었다. 마이크로파일의 설치 위치에 따른 보강효율을 평가한 결과, 전도 및 활동에 대한 보강효율 모두 마이크로파일이 뒷굽판에 가까이 위치할수록 보강효율이 높은 것으로 평가되었다.
- 마이크로파일의 직경 및 길이는 커질수록 보강효과가 증가하는 것으로 나타났으나 각각 0.04L 및 0.4H정도에서 보강효율의 증가가 큰 폭으로 작아지는 것으로나타나므로 적정한직경 및길이로 판단된다. 또한, 마이크로파일의 배치형태에 대한 분석결과, 설치각도가경사진 경우인 Type C 및 Type B에서 각각 활동 및 전도시 최대보강효율을 나타냈으나, 반대의 경우에서는 보강효율이 상대적으로 작게 나타났다.
- 실내모형시험 결과는 그림 5에 나타내었다. 마이크로파일의 직경변화에 따른 보강효율평가 결과, 전도 및 활동에 대한 보강효율은 마이크로파일의 직경이 커질수록 증가하는 것으로 나타났으며 마이크로파일의 직경이 0.04L이상에서 보강효율이 수렴하는 것으로 나타났다.
- 시험 결과가 그림 7에 제시되어 있다. 배치형태에 따른 보강효율을 평가한 결과, 전도 및 활동에 대한 보강효율은 각각 Type C 및 Type B가 가장 높은 것으로 평가되었지만 Type C는 활동, Type 日는 전도에 대한 보강효율이 상대적으로 낮은 것으로 나타났다.
- 마이크로파일의 배치형태에 따른 유한요소해석 결과는그림 10에 나타내었다. 본 유한요소해석 결과를 분석한바, 실내모형실험과 동일하게 옹벽의 전도시에는 배치형태 Type C가 보강효율이 약간 높은 것으로 평가되었으나, 옹벽의 활동시에는 Type B가 보강효율이 약간 높은 것으로 평가되었다 그러나 각각의 Type간에는 보강효율의 차이가 작은 것으로 나타났다.
- 최적보강형태를 결정하였다. 실내모형 실험에서 제시된 최적보강형태에 대한 보다 세부적인 검증을 위하여 유한요소해석 및 한계평형해석을 수행한결과 실내모형실험과 거의 유사한 결과를 나타냈다. 마이크로파일로 보강된 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 전체시스템의 활동에 대한 안전율을 평가하기 위해 실시한한계평형해석 결과에서도 마이크로파일의 길이가 약 0.
- 보강효율을 표 3에 종합적으로 요약, 정리하였다. 실내모형실험결과에 의한 마이크로파일의 설치위치는 뒷굽 판 끝에 가까이 위치할수록 보강효율이 높은 것으로 나타났으나 말뚝 최소설치 기준(도로교표준시 방서, 1996) 을 고려할 때 마이크로파일 직경의 약 1.0배가 적당할 것으로 생각된다.
- 실내모형실험을 통해 제시된 마이크로파일의 최적보강 길이 및 최적보강직경에 대하여 옹벽의 크기 변화에 따른 영향여부를 파악하기 위하여 분석한 결과 옹벽의 크기가 변화하더라도 최적보강길이(0.4H) 및 최적보강직경(0.04L)은 영향이 거의 없는 것으로 각각.평가되었다.
- 나타냈다. 하지만 마이크로파일의 직경이 0.04L 정도 이상에서 보강효율이 수렴하는 것으로 나타나므로 마이크로파일의 최적보강직경으로 적정한 것으로 평가되었다(여기서 일반적인 L형 프리캐스트 콘크리트 옹벽의 제작은 높이 및 저판폭의 비가 1 : 0.5 로 저판폭, [, 의 증가시 옹벽높이도 증가함을 의미).
- 증가하는 경향을 나타냈다. 하지만 마이크로파일의 직경이 0.4H정도 이상에서 보강효율이 수렴하는 것으로 나타나므로 마이크로파일의 최적보강길이는 시공성, 경제성 및 보강효과 등을 고려할 때약 0.4H정도가 적정한 것으로 평가되었다.
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