본 연구에서는 흙막이벽 설계시 널리 사용되고 있는 SUNEX 프로그램을 이용하여 Top-Down 공법이 적용된 지중연속벽, 주열식 흙막이벽(CIP벽, SCW벽)의 변형거동을 분석하였다. 해석프로그램에 Rankine의 토압(1857), Terzaghi and Peck의 토압(1967), Tschebotarioff의 토압(1973), 홍원표 윤중만의 토압(1995a)을 적용하여 흙막이벽의 수평변위를 예측하였다. 프로그램 해석결과, 흙막이벽의 수평변위량은 토압의 종류에 따라 큰 차이를 나타내고 있다. 홍원표 윤중만의 토압(1995a)을 적용하여 얻은 흙막이벽의 예측수평변위량이 실측수평변위량과 가장 유사하게 나타났다. 따라서 프로그램 해석시 홍원표 윤중만의 경험토압(1995a)을 적용하면, Top-Down 공법이 적용된 흙막이벽의 변형거동을 비교적 정확히 예측할 수 있다.
본 연구에서는 흙막이벽 설계시 널리 사용되고 있는 SUNEX 프로그램을 이용하여 Top-Down 공법이 적용된 지중연속벽, 주열식 흙막이벽(CIP벽, SCW벽)의 변형거동을 분석하였다. 해석프로그램에 Rankine의 토압(1857), Terzaghi and Peck의 토압(1967), Tschebotarioff의 토압(1973), 홍원표 윤중만의 토압(1995a)을 적용하여 흙막이벽의 수평변위를 예측하였다. 프로그램 해석결과, 흙막이벽의 수평변위량은 토압의 종류에 따라 큰 차이를 나타내고 있다. 홍원표 윤중만의 토압(1995a)을 적용하여 얻은 흙막이벽의 예측수평변위량이 실측수평변위량과 가장 유사하게 나타났다. 따라서 프로그램 해석시 홍원표 윤중만의 경험토압(1995a)을 적용하면, Top-Down 공법이 적용된 흙막이벽의 변형거동을 비교적 정확히 예측할 수 있다.
The behaviors of a diaphragm wall and a contiguous pile wall such as CIP(Case-in-place pile) and SCW(Soil-cement wall), applied to the top-down construction method, were analyzed using the SUNEX program, which is widely used to design earth retaining walls. Four types of earth pressures, as describe...
The behaviors of a diaphragm wall and a contiguous pile wall such as CIP(Case-in-place pile) and SCW(Soil-cement wall), applied to the top-down construction method, were analyzed using the SUNEX program, which is widely used to design earth retaining walls. Four types of earth pressures, as described by Rankine (1857), Terzaghi and Peck (1967), Tchbotarioff (1973), and Hong and Yun (1995a), were applied to the analysis program to predict the lateral displacement of walls. The results show that the displacements of an earth retaining walls vary with the applied earth pressure. The predicted lateral displacement based on Hong & Yun's (1995a) earth pressure is similar to the measured displacement. Therefore, the actual lateral displacement of an earth retaining wall, as applied to top-down construction method, can be accurately predicted by using an analysis program considering Hong and Yun's (1995a) earth pressure.
The behaviors of a diaphragm wall and a contiguous pile wall such as CIP(Case-in-place pile) and SCW(Soil-cement wall), applied to the top-down construction method, were analyzed using the SUNEX program, which is widely used to design earth retaining walls. Four types of earth pressures, as described by Rankine (1857), Terzaghi and Peck (1967), Tchbotarioff (1973), and Hong and Yun (1995a), were applied to the analysis program to predict the lateral displacement of walls. The results show that the displacements of an earth retaining walls vary with the applied earth pressure. The predicted lateral displacement based on Hong & Yun's (1995a) earth pressure is similar to the measured displacement. Therefore, the actual lateral displacement of an earth retaining wall, as applied to top-down construction method, can be accurately predicted by using an analysis program considering Hong and Yun's (1995a) earth pressure.
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문제 정의
본 연구에서는 암반층이 포함된 다층지반에서 TopDown 공법이 적용된 흙막이벽의 변형거동을 정확히 예측하는데 적합한 토압에 대하여 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 암반층이 포함된 다층지반에서 TopDown 공법이 적용된 흙막이벽의 변형거동을 정확히 예측하는데 적합한 토압을 고찰하였다. 이를 위해 흙막이벽 설계시 널리 사용되고 있는 흙막이벽 설계프로그램(SUNEX)으로 Top-Down 공법이 적용된 지중연속벽, 주열식 흙막이벽(CIP벽, SCW벽)의 수평변위를 예측하였으며, 이들 예측수평변위와 굴착현장에서 측정된 실측수평변위를 비교 분석하였다.
제안 방법
본 연구에 사용된 SUNEX 프로그램은 (주)지오그룹이엔지에서 개발한 흙막이벽 설계프로그램으로 단계별 지하굴착에 따른 흙막이벽의 변형거동을 해석할 수 있다. 이 프로그램은 탄소성 보-스프링 모델에 근거하여 개발되었으며, 단계별 굴착공정과 지보공에 따른 흙막이 벽의 변위, 전단력, 휨모멘트 및 지보공의 축력을 계산할 수 있다. SUNEX 프로그램은 평면적인 해석이 시행 되어 유한요소해석은 불가능하다.
본 연구에서는 암반층이 포함된 다층지반에서 TopDown 공법이 적용된 흙막이벽의 변형거동을 정확히 예측하는데 적합한 토압을 고찰하였다. 이를 위해 흙막이벽 설계시 널리 사용되고 있는 흙막이벽 설계프로그램(SUNEX)으로 Top-Down 공법이 적용된 지중연속벽, 주열식 흙막이벽(CIP벽, SCW벽)의 수평변위를 예측하였으며, 이들 예측수평변위와 굴착현장에서 측정된 실측수평변위를 비교 분석하였다. 흙막이벽 설계프로그램에는 Rankine의 토압(1857), Terzaghi and Peck의 토압(1967), Tschebotarioff의 토압(1973) 및 홍원표·윤중만의 토압 (1995a)을 적용하였다.
토사층에서 흙의 단위중량은 표준관입시험에서 얻은 N값으로 추정하였으며, 내부마찰각과 점착력은 N값을 이용하여 Dunham의 제안식과 Peck의 제안식으로 추정한 값과 직접전단시험에서 얻은 값을 평균하여 사용하였다. 지반반력계수는 국내 흙막이 설계시 주로 적용되고 있는 후꾸오까식으로 추정하였다. 연암층은 시험자료 및 암질 등으로 토질 정수를 추정한 기존의 지반정수치를 사용하였다.
Table 2~4는 각 현장의 지층별 토질 정수를 나타낸 것이다. 토사층에서 흙의 단위중량은 표준관입시험에서 얻은 N값으로 추정하였으며, 내부마찰각과 점착력은 N값을 이용하여 Dunham의 제안식과 Peck의 제안식으로 추정한 값과 직접전단시험에서 얻은 값을 평균하여 사용하였다. 지반반력계수는 국내 흙막이 설계시 주로 적용되고 있는 후꾸오까식으로 추정하였다.
대상 데이터
A 현장은 지하 7층, 지상 22층 규모의 건설 현장이다. 굴착면적은 8309.
그리고 C 현장은 지하 4층, 지상 15층 규모의 건설 현장이다. 굴착면적은 12,000 m2이며 최종굴착깊이는 15.30 m이다. 흙막이벽은 직경이 550 mm인 SCW (Soil-cement wall)로 시공된 주열식 흙막이벽이다.
본 연구에 활용된 사례현장들은 도심지에서 Top-Down 공법으로 지하굴착공사를 실시한 현장이다. Fig.
이론/모형
Table 1. Excavation works for the top-down construction method.
본 연구에 사용된 SUNEX 프로그램은 (주)지오그룹이엔지에서 개발한 흙막이벽 설계프로그램으로 단계별 지하굴착에 따른 흙막이벽의 변형거동을 해석할 수 있다. 이 프로그램은 탄소성 보-스프링 모델에 근거하여 개발되었으며, 단계별 굴착공정과 지보공에 따른 흙막이 벽의 변위, 전단력, 휨모멘트 및 지보공의 축력을 계산할 수 있다.
흙막이벽 설계프로그램에는 Rankine의 토압(1857), Terzaghi and Peck의 토압(1967), Tschebotarioff의 토압(1973) 및 홍원표·윤중만의 토압 (1995a)을 적용하였다.
성능/효과
1) 흙막이벽 설계프로그램을 이용하여 Top-Down 공법이 적용된 흙막이벽의 수평변위를 예측한 결과, 프로그램에 적용되는 토압의 종류에 따라 흙막이벽에 발생되는 수평변위는 상당히 큰 차이를 보이고 있다.
2) 흙막이벽의 종류에 따라 차이는 있지만 Rankine의 토압, Terzaghi and Peck의 토압, Tschebotarioff의 토압을 적용하여 예측한 수평변위 형상은 현장에서 지중경사계로 측정된 수평변위 형상과 다른 거동을 보이고 있다.
3) 홍원표·윤중만의 토압을 적용할 경우, 흙막이벽의 종류에 관계없이 흙막이벽의 예측수평변위는 실측수평변위와 비교적 잘 일치하는 경향을 보이고 있다.
4) 홍원표·윤중만의 토압을 적용하여 예측된 흙막이벽의 수평변위는 예측치가 다른 토압들을 적용하여 얻은 예측치보다 실측치에 근접하는 경향을 보이고 있다.
5) 암반층이 포함된 다층지반에서 Rankine의 토압, Terzaghi and Peck의 토압 및 Tschebotarioff의 토압 보다는 암반층에서의 토압감소율이 고려된 홍원표·윤중만의 토압을 흙막이벽 설계프로그램에 적용하는 것이 Top-Down 공법이 적용된 흙막이벽의 변형거동을 비교적 정확히 예측할 수 있다.
연암층은 시험자료 및 암질 등으로 토질 정수를 추정한 기존의 지반정수치를 사용하였다. A 현장의 경우 기반암층인 연암의 회수율(TCR)은 10~55% 정도이며, RQD는 0~30%로 암질이 매우불량 내지 불량한 것으로 판정되었다. B 현장의 경우 연암층의 회수율(T.
따라서 프로그램 해석시 홍원표·윤중만의 경험토압을 적용하면, Top-Down 공법이 적용된 흙막이 벽의 변형거동을 비교적 정확히 예측할 수 있는 것으로 확인되었다.
또한 굴착단계별 지중연속벽 수평변위도 홍원표·윤중만의 토압을 적용하였을 경우, 실측수평변위와 예측수평변위가 비교적 유사한 변형 형상을 보이고 있으며 최대수평 변위의 크기와 발생위치도 유사하게 나타났다.
위에서 고찰한 바와 같이 흙막이벽의 변형거동을 예측하고자 할 때 홍원표·윤중만의 토압을 흙막이벽 설계프로그램에 적용하는 가장 적합하다는 것을 알 수 있었다.
흙막이벽 설계프로그램을 이용하여 Top-Down 공법이 적용된 흙막이벽의 수평변위를 예측한 결과 프로그램에 적용되는 토압의 종류에 따라 흙막이벽에 발생되는 수평변위는 상당히 큰 차이를 보이고 있다.
후속연구
그러나 아직까지 국내에서는 Top-Down 공법이 적용된 흙막이벽에 대한 연구성과가 미비하여 Top-Down 공법이 적용된 흙막이벽을 설계하고자 할 때 기존의 순타공법이 적용된 흙막이벽의 연구결과를 그대로 적용하고 있는 실정이다. 그러나 이들 연구결과를 이용하여 Top-Down 공법이 적용된 흙막이벽을 설계할 경우, 굴착에 따른 흙막이벽의 변형거동은 현장에서 측정된 실측결과와 차이가 있어 Top-Down 공법이 적용된 흙막이벽의 변형거동을 정확하게 예측할 수 없을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하구조물을 만들기 위해 선행되는 공사는 무엇인가?
도심지에서 새로운 구조물을 축조하는 경우 부족한 토지공간을 효율적으로 활용하기 위하여 구조물의 전부 혹은 일부가 지하공간에 반드시 설치되고 있다. 주차시설 확보를 위한 지하주차장, 홍수예방을 위한 지하저류 시설, 교통체중을 해결하기 위한 지하도로, 그리고 각종 생활편의시설 등의 지하구조물을 지하공간에 마련하기 위해서는 대부분 흙막이벽을 이용한 지하굴착공사가 실시된다.
역타공법이란 무엇인가?
지하굴착공사에 적용되는 굴착공법은 크게 순타공법과 Top-Down 공법(역타공법)으로 구분된다. 순타공법은 흙막이벽을 지중에 설치한 후 최종굴착깊이까지 굴착을 실시한 후 굴착면에 바닥슬래브를 설치하고 순차적으로 지하구조물을 축조하는 공법을 말하며, Top-Down 공법은 지표면 부근에 1층 슬래브를 시공하여 지하 1층을 굴착한 후 지하 1층 슬래브를 시공하는 순서로 지상에서부터 지하로 내려가면서 구조물 축조하는 공법을 말 한다. Top-Down 공법은 주로 흙막이벽을 구조물의 외벽으로 사용할 수 있는 지중연속벽에만 적용할 수 있는 굴착공법이다.
지하굴착공사에 적용되는 굴착공법은 어떻게 구분되는가?
지하굴착공사에 적용되는 굴착공법은 크게 순타공법과 Top-Down 공법(역타공법)으로 구분된다. 순타공법은 흙막이벽을 지중에 설치한 후 최종굴착깊이까지 굴착을 실시한 후 굴착면에 바닥슬래브를 설치하고 순차적으로 지하구조물을 축조하는 공법을 말하며, Top-Down 공법은 지표면 부근에 1층 슬래브를 시공하여 지하 1층을 굴착한 후 지하 1층 슬래브를 시공하는 순서로 지상에서부터 지하로 내려가면서 구조물 축조하는 공법을 말 한다.
참고문헌 (14)
김동준, 이병철, 김동수, 양구승, 2001, 대규모 굴착공사에 따른 지중연속벽체의 변형특성(II), 한국지반공학회논문집, 17(4), 107-115.
Poh, T. Y. and Wong, I. H., 1998, Effects of construction of diaphragm wall panels on adjacent ground: Field trial, Journal of Geotechnical and Geoenvirnmental Engineering, ASCE, 124(8), 749-756.
Rankine, W. M. J., 1857, On Stability on Loose Earth, Philosophic Transactions of Royal Society, London, Part I, 9-27.
Terzaghi, K. and Peck, R. B., 1967, Soil Mechanics in Engineering Practice, 2nd Edition, John Wiley and Sons, New York, 394-413.
Thorley, C. B. B. and Forth, R. A., 2002, Settlement due to diaphragm wall construction in reclaimed land in Hong Kong, Journal of Geotechnical and Geoenvirnmental Engineering, ASCE, 128(6), 473-478.
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