연성벽체인 보강토옹벽은 변형을 허용하므로 연약지반 상에 구축될 경우 뒤채움재와 연약지반의 변형이 수렴될 때까지 경과시간에 따라 벽체에 작용하는 토압과 옹벽내에 작용하는 보강재의 인장력은 변하나, 이들을 장기간에 걸쳐 계측 및 분석한 사례는 거의 없다. 본 연구에서는 얕은 층의 연약지반상에 실물보강토옹벽을 구축하여 보강재의 변형, 토압, 간극수압 등을 약 16개월 동안 계측 및 분석하였다. 스트레인 게이지를 사용하여 보강재의 변형을 계측하였으며, 특히 부직포의 변형 계측에 스트레인 게이지를 적용하는 새로운 방법을 제안하였다. 대부분의 보강재 변형은 옹벽구축 후로부터 한 달 이내에 발생하고, 약 16개월 동안 계측된 부직포, 직포, 지오그리드에서의 최대변형률은 6.05, 2.92, 2.33%로 나타났다. 보강토옹벽 내에서 간극수압은 무시할 수 있으나, 벽면에서의 수평토압은 옹벽의 저부와 상부에서 정지토압보다 크게 나타났다.
연성벽체인 보강토옹벽은 변형을 허용하므로 연약지반 상에 구축될 경우 뒤채움재와 연약지반의 변형이 수렴될 때까지 경과시간에 따라 벽체에 작용하는 토압과 옹벽내에 작용하는 보강재의 인장력은 변하나, 이들을 장기간에 걸쳐 계측 및 분석한 사례는 거의 없다. 본 연구에서는 얕은 층의 연약지반상에 실물보강토옹벽을 구축하여 보강재의 변형, 토압, 간극수압 등을 약 16개월 동안 계측 및 분석하였다. 스트레인 게이지를 사용하여 보강재의 변형을 계측하였으며, 특히 부직포의 변형 계측에 스트레인 게이지를 적용하는 새로운 방법을 제안하였다. 대부분의 보강재 변형은 옹벽구축 후로부터 한 달 이내에 발생하고, 약 16개월 동안 계측된 부직포, 직포, 지오그리드에서의 최대변형률은 6.05, 2.92, 2.33%로 나타났다. 보강토옹벽 내에서 간극수압은 무시할 수 있으나, 벽면에서의 수평토압은 옹벽의 저부와 상부에서 정지토압보다 크게 나타났다.
Geosynthetics reinforced soil (GRS) walls with a flexible wall face allow deformation. GRS walls constructed on the weak ground change in both horizontal earth pressures on wall faces and the tensile stress of geosynthetics, affecting the backfill in time until the deformation of the backfill and th...
Geosynthetics reinforced soil (GRS) walls with a flexible wall face allow deformation. GRS walls constructed on the weak ground change in both horizontal earth pressures on wall faces and the tensile stress of geosynthetics, affecting the backfill in time until the deformation of the backfill and the foundation is completed. However, there are few studies that were done to measure and analyze the horizontal earth pressures and geosynthetics deformation on GRS walls constructed on the soft ground for a long period of time. Two field GRS walls in this study are constructed on a shallow layer of a weak foundation to measure and analyze geostynthetics deformation, horizontal earth pressures, and pore water pressures for the duration of approximately 16 months. Strain gauges are used to measure geosynthetics deformation; this study specifically suggests a new method of measuring nonwoven geotextile using strain gauges. Most geosynthetics deformation occurred within a month after the construction of GRS walls. The maximum deformation measured for approximately 16 months appeared as follows: nowoven geotextile: 6.05%, woven geotextile: 2.92%, and geogrid: 2.33%. Pore water pressures on the GRS wall can be ignored; however, horizontal earth pressures on the bottom and the upper part of the wall face appear larger than earth pressures at rest.
Geosynthetics reinforced soil (GRS) walls with a flexible wall face allow deformation. GRS walls constructed on the weak ground change in both horizontal earth pressures on wall faces and the tensile stress of geosynthetics, affecting the backfill in time until the deformation of the backfill and the foundation is completed. However, there are few studies that were done to measure and analyze the horizontal earth pressures and geosynthetics deformation on GRS walls constructed on the soft ground for a long period of time. Two field GRS walls in this study are constructed on a shallow layer of a weak foundation to measure and analyze geostynthetics deformation, horizontal earth pressures, and pore water pressures for the duration of approximately 16 months. Strain gauges are used to measure geosynthetics deformation; this study specifically suggests a new method of measuring nonwoven geotextile using strain gauges. Most geosynthetics deformation occurred within a month after the construction of GRS walls. The maximum deformation measured for approximately 16 months appeared as follows: nowoven geotextile: 6.05%, woven geotextile: 2.92%, and geogrid: 2.33%. Pore water pressures on the GRS wall can be ignored; however, horizontal earth pressures on the bottom and the upper part of the wall face appear larger than earth pressures at rest.
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문제 정의
국내의 경우 스트레인 게이지를 이용하여 부직포의 거동을 장기간 계측한 사례는 전무하나, 스트레인 게이지를 이용한 보강토옹벽 내 지오그리드의 변형거동에 관한 연구는 활발하게 진행되고 있다(김진만 등 2005; 유충식 등 2005; 유충식과 정혁상 2004; 조삼덕 등 2005). 본 연구에서는 부직포에 접착제를 이용하여 스트레인 게 이지를 손쉽게 부착하는 방법을 검토하였고, 검토된 방법에 의한 적용가능성을 실내.외 시험을 통해 검증하였다.
제안 방법
(5) 리드선을 연결하고, N-1 코팅제와 방수테이프 등으로 스트레인 게이지의 손상에 대한 보호조치 후, 방 수처리 한다.
보강토옹벽은 보강재의 조합 형태에 따라 그림 5와 같이 SECTION I(부직포와 직포)과 SECTION II(부직포와 지오그리드)로 나누^, 다시 세분 하여 A, B, C, 。단면으로 구분하였다. B, 。단면은 보강토 옹벽이 구축되고 18개월이 지난 후, 벽면을 콘크리트로 타설하여 강성 벽면을 갖는 일체형 보강토옹벽으로 구축 하였다. 보강토옹벽의 성토는 단계적 시공법을 적용하였다.
본 연구에서는 보강토옹벽 뒤채움재로 점섬토를 사 용하였고, 보강재로 투수성을 갖고 있는 부직포를 사용하였다. 따라서, 과잉간극수압이 보강토벽체 변형에 영향을 줄 수 있어, 강우강도에 따른 간극수압의 거동을 파악하고자 SECTION I의 B단면에 그림 7에 나타낸 바와 같이 4개의 간극수압계를 설치하였다.
외 시험을 통해 검증하였다. 또한, 보강토옹벽 내 보강재의 변형을 유도하고, 뒤 채움재로 점성토를 사용한 옹역이 안전하게 구축될 수 있는지의 여부와 뒤채움재로 점성토를 활용할 경우 부 직포의 배수기능 등을 검토하기 위해 얕은 층의 연약지 반 상에 보강재로 부직포와 직포 그리고 부직포와 지오 그리드를 혼합 배치하여 높이가 5m인 2개의 실물보강 토옹벽을 구축하였다. 이들 보강토옹벽의 내적 거동분 석은 매설된 4개의 토압계와4개의 간극수압계 그리고 부직포, 직포, 그리고 지오그리드 보강재에 부착된 총 124개의 스트레인 게이지에 대해 약 1년 반 동안 계측 을 통해 수집된 데이터를 이용하여 수행되었다.
그림 4는 김유성과 원명수(2001)가 보고한 시료의 크기, 인장속도, 그리고 구속조건 등에서 의 국부변형률과 전체변형률의 관계를 모두 조합하여 나타낸 것으로, 초기부분에서의 국부변형률과 전체변형 률의 관계는 지오그리드, 직포, 부직포 순으로 양호하게 나타나고 있다. 본 연구에서는 그림 4에 나타난 각각의 보강재의 평균곡선을 이용하여 스트레인 게이지에 의해 계측된 국부변형률을 전체변형률로 환산하였다.
보강토옹벽의 성토는 단계적 시공법을 적용하였다. 즉 자갈로 채워진 게비온(gabion)을 전면에 쌓고 소 형 진동 다짐기를 사용하여 각 토층을 15cm간격으로 2회 다짐하는 방법으로 총 높이 5m(완성고)인 보강토옹벽을 구축하였으며, 성토완료 후 벽면으로부터의 과도한 수평 변형이 발생하는 것을 방지하기 위해, 성토 중 벽면의 수 평변형을 허용하여 흙과 보강재의 일체화를 도모하였다. 이와 같은 보강토옹벽을 구축하는데 소요된 공기는 57일 이다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 부직포, 직포, 지오그리드와 스트레 인 게이지에 대한 특성은 표 1과 표 2에 나타내었다. 직 포와 지오그리드의 경우는 스트레인 게이지를 직접 부 착하였고, 부직포의 경우는 그림 1 및 다음과 같은 세부 부착순서에 의해 스트레인 게이지을 부착하였다.
본 연구에서는 보강토옹벽 뒤채움재로 인근 현지에서 채취한 저소성 점성토(CL)를 사용하고, 보강재로는 부직 포, 직포, 지오그리드를 사용하였다. 보강토옹벽 뒤채움 재로 사용된 점성토의 특성은 표 4와 같다.
본 연구에서는 보강토옹벽 뒤채움재로 점섬토를 사 용하였고, 보강재로 투수성을 갖고 있는 부직포를 사용하였다. 따라서, 과잉간극수압이 보강토벽체 변형에 영향을 줄 수 있어, 강우강도에 따른 간극수압의 거동을 파악하고자 SECTION I의 B단면에 그림 7에 나타낸 바와 같이 4개의 간극수압계를 설치하였다.
또한, 보강토옹벽 내 보강재의 변형을 유도하고, 뒤 채움재로 점성토를 사용한 옹역이 안전하게 구축될 수 있는지의 여부와 뒤채움재로 점성토를 활용할 경우 부 직포의 배수기능 등을 검토하기 위해 얕은 층의 연약지 반 상에 보강재로 부직포와 직포 그리고 부직포와 지오 그리드를 혼합 배치하여 높이가 5m인 2개의 실물보강 토옹벽을 구축하였다. 이들 보강토옹벽의 내적 거동분 석은 매설된 4개의 토압계와4개의 간극수압계 그리고 부직포, 직포, 그리고 지오그리드 보강재에 부착된 총 124개의 스트레인 게이지에 대해 약 1년 반 동안 계측 을 통해 수집된 데이터를 이용하여 수행되었다.
이론/모형
B, 。단면은 보강토 옹벽이 구축되고 18개월이 지난 후, 벽면을 콘크리트로 타설하여 강성 벽면을 갖는 일체형 보강토옹벽으로 구축 하였다. 보강토옹벽의 성토는 단계적 시공법을 적용하였다. 즉 자갈로 채워진 게비온(gabion)을 전면에 쌓고 소 형 진동 다짐기를 사용하여 각 토층을 15cm간격으로 2회 다짐하는 방법으로 총 높이 5m(완성고)인 보강토옹벽을 구축하였으며, 성토완료 후 벽면으로부터의 과도한 수평 변형이 발생하는 것을 방지하기 위해, 성토 중 벽면의 수 평변형을 허용하여 흙과 보강재의 일체화를 도모하였다.
성능/효과
(1) 실내 광폭인장시험결과 스트레인 게이지의 국부변 형은 외부변위계에 의해 계측된 전체변형과 거동패 턴이 유사하고, 보강토옹벽 내에서 16개월 이상 정 상적으로 작동하고 있어, 본 연구에서 제안한 스트 레인 게이지에의한 부직포의 변형거동 계측방법은 유용한 것으로 판단된다.
(2) 약 16개월 동안 계측된 부직포, 직포, 지오그리드에 서의 최대변형률은 6.05, 2.92, 2.33%로 나타났고, 이는 각 보강재 인장강도의 12.01, 14.60, 10.97%에 해당하므로 보강토옹벽 내의 보강재는 안전한 것으로 판단된다.
(3) 강우강도가 뒤채움재 내의 간극수압에 미치는 영향 은 미미하나, 폭우시 보강토옹벽의 외적 변형거동 이 발생할 경우 옹벽 내에 매설된 보강재에서 큰 변 형이 발생하는 것으로 나타났다.
(4) 수평토압은 옹벽의 저부와 상부에서 정지토압보다 크게 나타났다. 따라서 본 연구에서와 같이 얕은 연 약지반상에 연성벽면을 갖는 보강토옹벽을 구축할 경우 옹벽의 저부와 상부에서 정지토압보다 큰 수 평토압이 발생할 수도 있으므로 보강토옹벽 설계와 시공시 주의가 요구된다.
이는 보강토옹벽 구축후 다 짐에 의한 잔류응력과 옹벽 구축 후로부터 13일 후에 내린 강우강도 180mm/day에 해당하는 폭우 등에 의한 영향에 기인한 것으로 판단된다. 180mm의 폭우로 인한 간극수압의 변화는 거의 계측되지 않았고, 폭우 후 육안 관찰시 뒤채움재로부터 배수가 부직포를 타고 흘러내 린 흔적이 발견되지 않은 점으로 보아 폭우가 간극수압 에 미치는 영향은 미미한 것으로 판단되나, 폭우로 인해 뒤채움재의 상부 지표면에는 10cm이상의 부등침하가 발생하였다. 즉, 폭우로 인해 보강토옹벽의 외적변형이 발생하였고, 이로 인해 보강재에서 큰 변형이 발생했을 것으로 판단된다.
24%에 해당하는 값이다. 또한, 약 16개월 동안 계측된 각 보강재에 서의 최대인장력은 부직포 10.78kN/m, 직포 7.46kN/m, 지오그리드 4.86 kN/m로, 이는 파괴인장강도의 12.02%,14.60%, 10.97%에 해당한다. 일반적으로 보강토구조물 설계시 보강재의 허용인장강도는 인장강도의 30~50% 을 취하므로 본 연구 결과에서 나타난 보강재의 인장력 은 매우 안전한 값임을 알 수 있다.
또한, 보강 토옹벽에서 보강재의 변형은 시공 후 1년이 경과하면 거의 종료되는 것으로 판단된다. 성토과정부터 보강토 옹벽구축 후 약 10일이 경과한 후에 각 보강재에서 발생한 최대변형은 부직포 2.94%, 직포 0.65%, 지오그리드 1.07%이고, 약 16개월 동안 발생한 최대변형은 부직포 6.05%, 직포 2.92%, 지오그리드 2.33%로 나타났으나, 부직포의 경우는 변형의 최대치가 SECTION】의 17 층 에서 발생한 점으로 볼 때 이는 외적인 요인에 의한 값 으로 판단되므로 이는 예외적인 값으로 처리하였다. 일반적으로 토목섬유 보강재의 허용변형률은 보강재의 신장성과 강성에 따라 5~ 10%를 취하므로, 본 연구 결 과에서 나타난 보강재의 변형은 허용범위 안에 있음을 알 수 있다.
그림에서 스트레인 게이지 에 의해 계측된 국부변형은 LVDT에 의해 계측된 전체 변형률과 유사한 거동을 보이고 있고, 특히 전체변형률 38~48%에서 반복 재흐卜제하 사이클링 거동과 같은 양 상을 나타내고 있다. 이와 같은 양상은 본 연구에서 제안한 방법으로 부직포의 변형거동을 쉽게 효과적으로 계측할 수 있음을 시사해 주고 있다. 그림에서 스트레인 게이지 2가 1에 비해 국부변형이 크게 나타난 이유는 게이지 위치에 의한 것으로 게이지 2가 1보다 인장력이 작용하는 지점에 가깝게 부착되었기 때문인 것으로 판단된다.
97%에 해당한다. 일반적으로 보강토구조물 설계시 보강재의 허용인장강도는 인장강도의 30~50% 을 취하므로 본 연구 결과에서 나타난 보강재의 인장력 은 매우 안전한 값임을 알 수 있다.
후속연구
(4) 수평토압은 옹벽의 저부와 상부에서 정지토압보다 크게 나타났다. 따라서 본 연구에서와 같이 얕은 연 약지반상에 연성벽면을 갖는 보강토옹벽을 구축할 경우 옹벽의 저부와 상부에서 정지토압보다 큰 수 평토압이 발생할 수도 있으므로 보강토옹벽 설계와 시공시 주의가 요구된다.
Andrawes, K.Z., Loke, K.H., Yeo, K.C. and Murray, R.T. (1990), 'Application of boundary yielding concept to full scale reinforced and unreinforced soil walls', Performance of Reinforced Soil Structures, British Geotechnical Society, pp.79-83
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