김광렬
(Department of Civil Engineering, Chonbuk National Univ.)
,
김유성
(Department of Civil Engineering, Chonbuk National Univ.)
,
김성수
(Department of Civil Engineering, Chonbuk National Univ.)
최근 해석프로그램과 시공기술의 발달에도 불구하고 많은 흙막이 가시설 공사현장에서 구조물의 붕괴로 인한 경제적 인적피해가 발생하고 있다. 이번 연구 현장의 지반조사 결과는 원래 설계시 조사결과와 다른 것으로 나타났다. 이러한 경우에 지반조사 결과를 통해 산정된 매개변수는 오류가 있을 가능성이 있고, 그 지반정수를 활용하여 분석한 가시설 구조물의 거동분석도 비합리적임을 추정할 수 있다. 이번 연구에서는 가시설 구조물에 영향을 주는 매개변수에 대한 상관성을 탄소성해석법을 이용하여 분석하였다. 분석방법으로 탄소성해석법에 적용되는 주요 매개변수(점착력, 지반반력계수, 하중조건)를 변화시키고 그 변화로 인한 흙막이 가시설 재료(부재)의 거동을 분석하였다. 그 결과 점착력이 재료의 거동에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 따라서 흙막이 가시설의 설계에서 지반조사 결과와 실제 지반의 확인과 여러 매개 변수중에서 점착력의 정확하고 합리적인 산정이 매우 중요함을 알 수 있었다.
최근 해석프로그램과 시공기술의 발달에도 불구하고 많은 흙막이 가시설 공사현장에서 구조물의 붕괴로 인한 경제적 인적피해가 발생하고 있다. 이번 연구 현장의 지반조사 결과는 원래 설계시 조사결과와 다른 것으로 나타났다. 이러한 경우에 지반조사 결과를 통해 산정된 매개변수는 오류가 있을 가능성이 있고, 그 지반정수를 활용하여 분석한 가시설 구조물의 거동분석도 비합리적임을 추정할 수 있다. 이번 연구에서는 가시설 구조물에 영향을 주는 매개변수에 대한 상관성을 탄소성해석법을 이용하여 분석하였다. 분석방법으로 탄소성해석법에 적용되는 주요 매개변수(점착력, 지반반력계수, 하중조건)를 변화시키고 그 변화로 인한 흙막이 가시설 재료(부재)의 거동을 분석하였다. 그 결과 점착력이 재료의 거동에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 따라서 흙막이 가시설의 설계에서 지반조사 결과와 실제 지반의 확인과 여러 매개 변수중에서 점착력의 정확하고 합리적인 산정이 매우 중요함을 알 수 있었다.
Recently despite the development of analysis program and construction technologies, collapse at the many earth retaining wall construction site of the structure due to the economic and human damage has occurred. The results of geothechnical investigation studies field, it was found to differ from th...
Recently despite the development of analysis program and construction technologies, collapse at the many earth retaining wall construction site of the structure due to the economic and human damage has occurred. The results of geothechnical investigation studies field, it was found to differ from the results of the original design. There may be errors parameters calculated from the results of ground investigation in such a case. And it can be estimated that it is irrational to behavior analysis of the earth retaining wall were analyzed by utilizing the parameters. And in this study, parameters that affect the earth retaining wall the correlations were analyzed using elasto-plastic method. Analysis method was changed various parameters (cohesion, subgrade reaction coefficient, load condition) applied to the elasto-plastic method. And due to a change in the behavior of earth retaining wall materials were analyzed. As a result, the cohesion greatly affects the behavior of earth retaining wall materials in various parameters. For this reason, the results of the geothechnical investigation, confirmation of the actual ground is very important in the design of the earth retaining wall. And, calculating accurate and reasonable of the cohesion of the various parameters is very important.
Recently despite the development of analysis program and construction technologies, collapse at the many earth retaining wall construction site of the structure due to the economic and human damage has occurred. The results of geothechnical investigation studies field, it was found to differ from the results of the original design. There may be errors parameters calculated from the results of ground investigation in such a case. And it can be estimated that it is irrational to behavior analysis of the earth retaining wall were analyzed by utilizing the parameters. And in this study, parameters that affect the earth retaining wall the correlations were analyzed using elasto-plastic method. Analysis method was changed various parameters (cohesion, subgrade reaction coefficient, load condition) applied to the elasto-plastic method. And due to a change in the behavior of earth retaining wall materials were analyzed. As a result, the cohesion greatly affects the behavior of earth retaining wall materials in various parameters. For this reason, the results of the geothechnical investigation, confirmation of the actual ground is very important in the design of the earth retaining wall. And, calculating accurate and reasonable of the cohesion of the various parameters is very important.
따라서 본 연구에서는 실제 흙막이 가시설 벽체의 시공이 이루어진 현장을 대상으로 가시설 벽체의 거동을 탄소 성 해석기법을 이용하는 Sunex 6.14를 활용하여 분석해 보았으며 이를 통하여 흙막이 가시설의 설계시 안정성에 영향을 주는 중요 요인들에 대해서 고찰해 보았다.
제안 방법
본 연구대상 현장은 당초 설계에 의하여 시공 중 강관 버팀보의 변위가 발생하였다. 당초 설계시 적용된 강도정수는 설계당시 실시된 현장 인근의 여러 곳에서 지반조사를 실시한 후 지층별로 대표적인 N값을 이용하여 추정하거나 역학실험을 통하여 얻은 강도정수를 적용하였으며 Table 2와 같다.
본 연구에서는 원 설계시 적용된 여러 강도 정수 및 조건을 변화시켜 가시설 흙막이 부재에 발생하는 응력 및 변위 등의 변화 값에 대하여 분석하여 이를 통하여 실제로 부적절한 정수가 설계에 적용될 경우 구조물에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 고찰하고자 하였다.
대상 데이터
본 연구의 분석 대상 현장은 ○○유역 수질개선 사업 현장의 2개소 중 1개 현장으로 기초 및 벽체 구조물 시공 중에 버팀보의 과다한 변위가 발생한 현장이다. 흙막이 벽체는 길이가 22.
성능/효과
(1) 해석에 적용되는 변수 중 굴착 배면에 작용하는 상재하중, 지반의 점착력과 지반반력계수를 원설계시보다 상재하중은 10%씩 50%까지 증가시키고, 점착력과 지반반력계수는 원설계시보다 10%씩 50%까지 감소시켜 분석한 결과, Sheet pile은 모멘트, 변위, 휨응력 모두 증가하였으며, 지반반력계수는 Wale에 작용하는 휨응력, 전단응력이 감소하는 것으로 나타났다.
(2) 원설계값과 변수를 50% 변화시켰을 때의 비(50% change ratio)는 상재하중은 1.02~1.08, 점착력은 1.21~1.63 그리고 지반반력계수는 0.97~1.13으로 세 가지 변수중 에서는 점착력이 변화할 때 흙막이 가시설 부재에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.
(3) 원설계시 적용된 점토층의 점착력은 인근 지반의 여러 곳의 지반조사 결과를 종합하여 얻어진 결과로서 후에 확인 조사 결과 SPT에 의한 점토층의 N값은 0~1로 이를 점착력으로 환산할 때 0~6.25kN/m2 이므로 실제 설계시 점착력이 최소 4배 정도 과대평가 되어 그 결과 부적절한 설계로 인한 흙막이 가시설에 문제가 발생한 것으로 판단된다.
후속연구
Seong 등(2011)은 흙막이 가시설 공사에 대한 사고가 지반조사의 불충분의 사례가 24건 중 12건으로 나타나 상당한 비중을 차지함을 연구 결과에서 제시하였으며 금번 연구 대상 현장도 설계당시 지반조사 결과와 실제 지반조사가 다른 경우로 지반조사가 불충분하게 이루어진 사례라 판단할 수 있으므로 정확한 지반조사와 이를 근거로 한 주요 매개변수의 산정은 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서, 이러한 연구 결과 들을 토대로 흙막이 가시설 공사에서는 반드시 설계 당시의 지반조사의 결과와 실제 시공 시 지반의 상태를 비교할 필요가 있으며 서로 같지 않을 경우 시공지점의 설계 정수 적용에 대한 면밀한 검토가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
흙막이 가시설의 거동 및 변위와 주변지반의 침하 최소화가 중요한 이유는?
이미 많은 연구자들에 의해 흙막이 가시설의 거동 및 변위에 대한 연구는 수행되어 왔지만, 실제적으로 흙막이 가시설에 작용하는 측방토압과 그 외 여러 가지 요인들을 정확하게 파악하여 그 관계성을 규명하는 것은 매우 어렵다. 흙막이 가시설은 최근 넓은 평지에서뿐만 아니라 도심지의 좁은 공간에 가시설 구조물을 설치하고 그 규모 또한 대형화 되고 있어 이에 따른 주변지반의 침하나 흙막이 가시설의 거동 및 변위의 최소화는 주변 구조물의 안정성을 확보하고 인적·경제적 피해를 막기 위한 필수적으로 검토되어야 할 매우 중요한 사항이다.
흙막이 가시설 구조물의 안정성 해석 방법 중 탄소성법 해석방법의 사용 빈도가 높은 이유는?
흙막이 가시설 구조물의 안정성 해석 방법은 여러 가지가 있지만 주로 쓰이는 탄소성법 해석방법은 입력자료가 간편하고 전문성을 많이 요구하지 않기 때문에 설계시 사용빈도가 매우 높고, 해석 자체는 구조물의 절점을 대상으로 벽체와 지반을 각기 해석하여 조합하는 해석방법이다 (Jeong and Kim, 2009).
현재까지 토사의 강도정수는 어떻게 구하여 흙막이 가시설 설계에 사용하였는가?
흙막이 가시설의 설계시 중요한 변수인 대상 토사의 강도정수(점착력, 내부마찰각, 변형계수, 단위중량 등) 산정은 매우 중요하다. 지금까지 대부분 이러한 강도정수는 가시설 구조물이 설치되는 지점 또는 인근 지점에서 실시한 지반조사 결과로 얻어진 N값을 여러 학자들이 제안한 산정식으로 추정하거나 시료를 채취하여 실내 역학시험을 통하여 구하고 이를 흙막이 가시설 설계에 활용하였다. 그러나 실제로 흙막이 가시설 공사시 벽체의 변형 발생 으로 인하여 그로 인한 많은 인명사고 및 경제적 손실이 발생하고 있는 상황이다.
참고문헌 (15)
Kim, S. M. (2003), A study on Selecting the Optimum members for Earth Retaining Structure, Ph.D Thesis, Chungnam National University (in Korean).
Kim, N. K. (1998), "Beam on Elasto-Plastic Foundation Modeling of Tieback Walls", Journal of the Korean geothechnical society, Vol.14, No.6, pp.81-92 (in Korean).
Chae, Y. S. and Moon, I (1994), "The Lateral Earth Pressure on Braced Cut Walls Considering Subsoil Condition in Korea", KSG FALL '94 National Conference, Seoul, pp.129-138 (in Korean).
Jeon, S. G. (1998), Practical Design Manual of Structure Foundation, Science Technology Publishing Co, Seoul, pp.17 (in Korean).
Jeong, S. S. and Kim, Y. H. (2009), "Characteristics of Collapsed Retaining Walls Using Elasto-plastic Method and Finite Element Method", Journal of the Korean geothechnical society, Vol.25, No.4, pp.19-29 (in Korean).
Lee, J. S. (2009), A study on the Behavior using Measured Data and Back Analysis of Rigid Diaphragm Wall supported by Earth Anchor, Master Thesis, Yonsei University (in Korean).
Oh, J. H. and Cho, C. H. (2004), Earth retaining engineering, Goomibook, Seoul, pp.151-165 (in Korean).
Seong, J. H. Kim, Y. S. and Shin, B. G. (2013), "Analysis on Impact Factors of Open-cut Type Excavation Work using Numerical Analysis Method", Journal of the Korean Geosynthetics Society, Vol.12, No.3, pp.43-53 (in Korean).
Seong, J. H. Jung, S. H. and Shin, J. Y. (2011), "A Study for Safety Management on Ground Excavation by Analysis of Accident Events", Journal of the Korea Institute for Structure Maintenance Inspection, Vol.15, No.6, pp.175-183 (in Korean).
Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation (2010), "Establishment of the Safety Management Standards of Adjacent facilities according to ground excavation" (in Korean).
Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation (2007), "Technical review case: Retaining wall and excavation" (in Korean).
Briaid, J. L. and Kim, N. K. (1998), "Beam-column Method for Tie-back Walls", Proc. ASCE, J. of Geothechnical Eng, Vol.124, No.1, pp.69-79.
Haliburton, T. A. (1968), "Numerical Analysis of Flexible Retaining Structures", Proc. ASCE, 94(SM3), pp.1233-1251.
Hetenyi, M. (1946), Beam on Elastic Foundations, Univ. of Michigan Press, Ann Aarbor.
Mana, A. I. and Clough, G. W. (1981), "Prediction of Movements for Braced Cuts in Clay", ASCE, Journal of the Geothechnical Engineering Division, Vol.107, No. GT6.
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