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강재지주 전면판 보강토 옹벽의 안정성 평가
Stability Analysis of Reinforced Retaining Wall with Steel Supported Face 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, C. 지반공학, 터널공학, v.31 no.2C, 2011년, pp.75 - 82  

김기일 (명지대학교 토목환경공학과) ,  김병일 (명지대학교 토목환경공학과) ,  이영생 (경기대학교 토목공학과) ,  이순호 ((주)경호엔지니어링)

초록
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최근 콘크리트 블록을 전면판으로 주로 사용하고 있는 기존의 블록식 보강토 옹벽과는 달리 경량의 강재를 지주로 이용하여 전면판의 자중을 감소시켜 안정성을 높이고 시공이 쉬운 보강토 공법이 개발되었다. 이 연구에서는 새로 개발된 보강토 옹벽의 안정성을 확인하기 위해 실제 크기의 현장시험을 수행하여 전면판에 발생하는 수평변위, 수평토압, 그리고 옹벽의 침하량 등을 계측기를 이용하여 측정하였다. 또한, 3차원 수치해석을 수행하여 현장시험결과와 수치해석결과를 비교 분석하였다. 현장계측결과 전면판 최대수평변위는 46mm(0.009H), 최대침하량은 21.5mm로 나타나 FHWA 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 또한 현장계측결과를 수치해석결과와 비교 분석한 결과 새로운 보강토 공법은 충분한 안정성을 확보하는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, a new reinforced retaining wall with light steel support face has been developed. In this study, full size in-situ test is carried out to investigate the stability of the new reinforced retaining wall. The lateral displacement of wall, lateral earth pressure, and settlement of the reinforc...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 강재지주 보강토 옹벽의 거동특성을 파악하기 위해 MIDAS /GTS 3D를 이용하여 수치해석을 실시하였다. 표 4는 수치해석에 사용된 물성치를 정리한 것이다.
  • 강재지주 보강토 옹벽의 거통특성을 파악하고 안정성을 검토하기 위해 수원에 위치한 00대학교 내 다짐공정을 실시하지 않은 성토사면에서 실제 크기의 현장시험을 실시하였다. 그림 3은 현장시험이 실시된 부지의 모습과 강재지주 보강토 옹벽 시공완료 후 모습을 나타낸 그림이다.
  • 마찰쐐기법은 토목섬유 보강토 옹벽 설계에 널리 사용되고 있는 방법으로 대표적인 방법으로는 Bonaparte 등 방법(1987), Broms 방법(1978), Collin 방법(1986) 등이 있다. 시공단계 해석순서는 초기조건(원지반) 해석 후 변위를 초기화 하였으며, 이후 현장시험시공과 똑같이 터파기 후 해석, 전면판 설치 및 되메우기, 단계별 뒤채움 흙 성토 및 보강재 설치 순으로 실시하였다.
  • 원지반 및 뒤채움 흙의 물리적 · 역학적 특성을 파악하기 위하여 액 · 소성한계시험(KS F 2303, 2304), 비중시험(KS F 2308), 입도시험(KS F 2302, 2309), 직접전단시험(KS F 2343) 및 다짐시험(KS F 2312)을 실시하였다.
  • 이 연구에서는 콘크리트 블록을 사용하지 않고 경량 강재지주와 메쉬형태의 익스펜디드메탈(expanded metal)을 이용한 새로운 보강토 옹벽의 안정성을 파악하기 위해 계측기를 부착한 실제 크기의 현장시험을 실시하였으며, 또한 MIDAS/GTS 3D 프로그램을 이용한 수치해석을 수행하여 현장시험 결과와 비교 분석하였다.
  • 그림 10은 모델링(modeling)이 끝난 후의 보강토 옹벽을 나타낸 것이다. 현장시공시 보강토 옹벽이 단계별로 토압 및 변위가 누적되므로 수치해석시 이러한 현장거동과 동일하게 묘사하기 위해 시공단계해석 방법을 적용하였으며, 설계에 주로 사용되는 마찰쐐기법(Tie-Back Wedge Method)에 적용 되는 Rankine 주동토압과 수치해석에서 얻은 토압특성을 비교하고자 하였다. 마찰쐐기법은 토목섬유 보강토 옹벽 설계에 널리 사용되고 있는 방법으로 대표적인 방법으로는 Bonaparte 등 방법(1987), Broms 방법(1978), Collin 방법(1986) 등이 있다.

대상 데이터

  • 그림 4는 시공된 보강토 옹벽의 전면도 및 측면도를 나타낸 것이며, 그림 5는 강재지주 보강토 옹벽의 시공순서를 보여준다. 전면 판의 구성은 그림 4(a)와 같이 세로지주 간격을 381mm로 하여 익스펜디드 메탈(expanded metal)과 결합하였으며, 시공된 전면판의 높이는 5.2m이다. 또한, 식생에 필요한 수분과 일조량을 고려하여 전면판 기울기는 1:0.
  • 표 4는 수치해석에 사용된 물성치를 정리한 것이다. 시험시공에 사용된 지오그리드는 현장시험과 동일하게 4.0m의 포설길이(L)로 모델링하였으며, 전면판(expanded metal)은 열연강판 또는 코일을 소재로 제조된 변위를 허용할 수 있는 연성의 재료임을 고려하여 설정하였다. 현장시험에는 지오그리드의 고정및 전면판의 자립을 위해 루프 C형강을 설치하여 전면판을 고정하였으나, 수치해석에서는 유사한 ㄷ-형강을 사용하여 나타내었다.

이론/모형

  • 이 연구에서 수행한 강재지주 보강토 옹벽의 3차원 수치 해석에서 대상지반은 Mohr-Coulomb 모델을 선택하였으며, 전면판은 plate 요소, 형강지주는 beam 요소로 모델링하였다. 그림 10은 모델링(modeling)이 끝난 후의 보강토 옹벽을 나타낸 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
보강토 옹벽은 무엇인가? 보강토 옹벽은 구조체로서 횡토압을 받는 개념으로 생각되는 일반적인 콘크리트 옹벽과는 달리 배면 지반에 보강재를 삽입하여 보강토가 작용토압에 저항하도록 하는 개념의 옹벽이다(김병일 등, 2009). 이러한 보강토 옹벽은 1990년대 초에 보급되어 기존 콘크리트 옹벽을 대체하며 빠르게 성장하였으며, 특히, 블록식 보강토 옹벽은 경제성 안정성, 수려한 미관 및 시공의 간편성뿐만 아니라 조립식 전면 블록의 특성상 열악한 현장 여건 하에서도 복잡한 형태의 옹벽을 조성할 수 있다는 장점으로 인해 시공되는 사례가 증가하고 있다(유충식 등, 2005).
블록식 보강토 옹벽의 장점은? 보강토 옹벽은 구조체로서 횡토압을 받는 개념으로 생각되는 일반적인 콘크리트 옹벽과는 달리 배면 지반에 보강재를 삽입하여 보강토가 작용토압에 저항하도록 하는 개념의 옹벽이다(김병일 등, 2009). 이러한 보강토 옹벽은 1990년대 초에 보급되어 기존 콘크리트 옹벽을 대체하며 빠르게 성장하였으며, 특히, 블록식 보강토 옹벽은 경제성 안정성, 수려한 미관 및 시공의 간편성뿐만 아니라 조립식 전면 블록의 특성상 열악한 현장 여건 하에서도 복잡한 형태의 옹벽을 조성할 수 있다는 장점으로 인해 시공되는 사례가 증가하고 있다(유충식 등, 2005). 그러나 콘크리트 블록을 이용한 블록식 보강토 옹벽은 기초지반 변형이나 급격한 수압상승에 의해 블록의 균열 또는 붕괴가 발생하며, 전면판으로 콘크리트 블록을 사용하고 있어 자연친화적이지 못하고(조용성 등, 2006), 식생블록의 경우 제한된 공간만 부분식생이 가능하여 식물고사와 같은 문제점이 발생하고 있다.
경량의 강재지주를 이용한 보강토 옹벽의 구성은? 최근 이러한 문제점을 극복하기 위해 경량의 강재지주를 이용한 보강토 옹벽이 개발되었다. 경량의 강재지주를 이용한 이 공법은 익스펜디드메탈(expanded metal)로 이루어진 메쉬형태의 전면판, 전면판을 지지하는 경량 강재지주, 뒤채움재, 그리고 보강재 등으로 구성된다. 강재지주 보강토 옹벽의 기초부는 쇄석 포설 후 다짐을 실시하며, 전면판은 메쉬형태의 익스펜디드메탈(expanded metal)과 경량의 강재지주로 조성된다.
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참고문헌 (13)

  1. 김병일, 이승현, 권오순, 김정환(2009) 지반구조물 설계이론과 실무, 도서출판 새론. 

  2. 김진만, 조삼덕, 정한교, 오세용(1997) 지오그리드 보강토 옹벽의 시공중 계측평가, 97년도 토목섬유 학술발표회 논문집, 한국지반공학회, pp. 43-52. 

  3. 마이다스아이티, MIDAS/GTS 프로그램 매뉴얼. 

  4. 변요셉, 류웅렬, 이동호, 천병식(2010) 절토사면에서 보강토 옹벽의 적용성 연구, 한국지반환경공학회 논문집, 한국지반환경공학회, 제11권 제2호, pp. 53-60. 

  5. 유충식, 정혜영, 송아란(2005) 계단식 보강토 옹벽의 거동에 관한 수치 해석적 연구, 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, 제21권 10호, pp. 49-60. 

  6. 조용성, 구호본, 이춘길(2006) 부직포를 활용한 급경사 녹화보강토공법의 적용 가능성에 관한 연구, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제26권 제4C호, pp. 239-245. 

  7. 조현수(2007) 쏘일네일과 강재스트립으로 보강된 복합보강토옹벽 시스템의 안정성평가, 석사학위논문, 한양대학교. 

  8. 한국시설안전기술공단(2006) 건설공사 비탈면설계기준, 건설교통부. 

  9. Bonaparte, R., Holtz, R. D. and Giroud, J. P. (1987), Soil Reinforcement Design using Geotextiles and Geogrids, Geotextile Testing and the Design Engineer, ASTM STO 952, pp. 69-116. 

  10. Broms, B. B. (1978), Design of Fabric Reinforced Retaining Structures, Proc. of the Symposium on Earth Reinforcement, ASCE, Pittsburg, pp. 282-303. 

  11. Collin, J. G. (1986), Earth Walls Design, Ph. D. Thesis, Univ. of California at Berkeley. 

  12. Elias, V. and Christopher, B. R. (1999), Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes Design and Construction Guidelines, Technical Report FHWA-SA-96-071, U.S. DOT FHWA. 

  13. Elias, V. Christopher, B. R, and Berg R. R. (2001), Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes Design and Construction Guidelines, Publication No. FHWA-NHI-00-043, U.S. DOT FHWA. 

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