본 연구에서는 대형 축조블록과 지오그리드 보강재를 이용한 보강토 옹벽의 안정성을 검토하였으며, 이를 바탕으로 구조물의 적용에 대하여 평가하였다. 안정성은 옹벽높이, 뒤채움 흙의 강도 및 지오그리드 보강재의 강도 조건에 따른 외적 및 내적안정성을 검토하였다. 외적안정성 분석 결과, 보강재의 길이는 전면벽체 저면으로부터 산정된 옹벽높이의 0.7H와 보강재 수직간격을 1m로 설치하였을 때, 뒤채움 흙의 내부마찰각 및 옹벽 높이에 관계없이 모든 해석조건에서 기준안전율을 만족하였다. 내적안정성의 경우에는 뒤채움 흙의 내부마찰각이 $25^{\circ}$인 경우에도 일부 옹벽 높이에서 파단 및 인발에 대한 안정성이 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 특히, 내적안정성 평가결과를 바탕으로 대하여 구조적 안정성 및 경제성을 고려할 수 있는 구조물로의 적용이 가능할 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 대형 축조블록과 지오그리드 보강재를 이용한 보강토 옹벽의 안정성을 검토하였으며, 이를 바탕으로 구조물의 적용에 대하여 평가하였다. 안정성은 옹벽높이, 뒤채움 흙의 강도 및 지오그리드 보강재의 강도 조건에 따른 외적 및 내적안정성을 검토하였다. 외적안정성 분석 결과, 보강재의 길이는 전면벽체 저면으로부터 산정된 옹벽높이의 0.7H와 보강재 수직간격을 1m로 설치하였을 때, 뒤채움 흙의 내부마찰각 및 옹벽 높이에 관계없이 모든 해석조건에서 기준안전율을 만족하였다. 내적안정성의 경우에는 뒤채움 흙의 내부마찰각이 $25^{\circ}$인 경우에도 일부 옹벽 높이에서 파단 및 인발에 대한 안정성이 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 특히, 내적안정성 평가결과를 바탕으로 대하여 구조적 안정성 및 경제성을 고려할 수 있는 구조물로의 적용이 가능할 것으로 확인되었다.
This paper describes external and internal stability of reinforced earth wall using large-scale modular block and geogrid reinforcement. The evaluation for external and internal stability was conducted to analyze effect of wall height, reinforced soil (or backfill soils) and reinforcement strength. ...
This paper describes external and internal stability of reinforced earth wall using large-scale modular block and geogrid reinforcement. The evaluation for external and internal stability was conducted to analyze effect of wall height, reinforced soil (or backfill soils) and reinforcement strength. The external stability showed that the analysis cases were satisfied with design criteria, when the required minimum length and vertical spacing of reinforcement were 0.7H and 1m, respectively. The internal stability conformed that some cases were satisfied with design criteria in $25^{\circ}$ of internal friction angle of reinforced soil. Expecially, it will be applicable as wall structure considering a structural stability and economic efficiency based on evaluation of internal stability.
This paper describes external and internal stability of reinforced earth wall using large-scale modular block and geogrid reinforcement. The evaluation for external and internal stability was conducted to analyze effect of wall height, reinforced soil (or backfill soils) and reinforcement strength. The external stability showed that the analysis cases were satisfied with design criteria, when the required minimum length and vertical spacing of reinforcement were 0.7H and 1m, respectively. The internal stability conformed that some cases were satisfied with design criteria in $25^{\circ}$ of internal friction angle of reinforced soil. Expecially, it will be applicable as wall structure considering a structural stability and economic efficiency based on evaluation of internal stability.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 주로 적용되고 있는 중량이 적은 블록식 전면벽체의 단점을 개선하고자, 보다 안정적인 대형블록과 지속적으로 적용되고 있는 지오그리드 보강재를 이용한 보강토 옹벽의 실용화를 위한 연구를 수행하였다. 이에 연구대상 구조물의 지반조건 및 지오그리드 보강재의 강도에 따른 안정성을 검토하였으며, 그 적용성에 대하여 평가하였다.
본 연구에서는 대형 축조블록과 지오그리드 보강재를 이용한 보강토 옹벽의 실용화를 위하여, 뒤채움 흙의 강도 및 지오그리드 보강재의 강도 조건에 따른 외적 및 내적안정성을 평가하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
따라서 본 연구에서는 주로 적용되고 있는 중량이 적은 블록식 전면벽체의 단점을 개선하고자, 보다 안정적인 대형블록과 지속적으로 적용되고 있는 지오그리드 보강재를 이용한 보강토 옹벽의 실용화를 위한 연구를 수행하였다. 이에 연구대상 구조물의 지반조건 및 지오그리드 보강재의 강도에 따른 안정성을 검토하였으며, 그 적용성에 대하여 평가하였다.
제안 방법
대형 축조블록이 적용된 보강토옹벽의 안정성을 평가 하기 위하여, Fig. 2에 나타낸 대표단면에 대하여 외적안정성(전도, 지지력 및 저면활동) 및 내적안정성(파단 및 인 발)에 대한 안정성을 검토하였다. 대표단면에 대한 옹벽조건 및 지반조건은 Table 1 및 Table 2에 나타낸 바와 같고, 안정성 평가를 위해 적용된 설계기준은 FHWA 설계기준 (2009a, 2009b)을 준용하였다.
대표단면에 대한 옹벽조건 및 지반조건은 Table 1 및 Table 2에 나타낸 바와 같고, 안정성 평가를 위해 적용된 설계기준은 FHWA 설계기준 (2009a, 2009b)을 준용하였다. 이때, 지오그리드 보강재의 설치길이 및 보강재의 수직간격은 각각 설계기준에서 제시하고 있는 옹벽 높이의 70%와 블록 뒷길이의 2배를 초과하지 않는다는 기준을 바탕으로 1m를 일괄적으로 적용 하였다. 또한 현장조건에 따라 유용되는 뒤채움 흙의 특성을 고려할 수 있는 흙의 내부마찰각 조건을 적용하였고, 안정성 판단 근거는 “건설공사 보강토 옹벽 설계･시공 및 유지관리 잠정지침(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2013)”을 적용하였다.
대상 데이터
연구대상 구조물에 적용되는 블록은 중량이 450kg이며, 크기는 폭, 높이 및 뒷길이가 각각 1m, 0.5m 및 0.8m로서, 흡수율과 최소압축강도는 7%와 28MPa이다(refer to Fig. 1).
데이터처리
한편, 안정성 평가는 앞서 언급한 조건들을 충분히 고려할 수 있는 보강토옹벽 설계 범용프로그램인 XReWall ver.4.0으로 수행하였다.
이론/모형
2에 나타낸 대표단면에 대하여 외적안정성(전도, 지지력 및 저면활동) 및 내적안정성(파단 및 인 발)에 대한 안정성을 검토하였다. 대표단면에 대한 옹벽조건 및 지반조건은 Table 1 및 Table 2에 나타낸 바와 같고, 안정성 평가를 위해 적용된 설계기준은 FHWA 설계기준 (2009a, 2009b)을 준용하였다. 이때, 지오그리드 보강재의 설치길이 및 보강재의 수직간격은 각각 설계기준에서 제시하고 있는 옹벽 높이의 70%와 블록 뒷길이의 2배를 초과하지 않는다는 기준을 바탕으로 1m를 일괄적으로 적용 하였다.
또한 현장조건에 따라 유용되는 뒤채움 흙의 특성을 고려할 수 있는 흙의 내부마찰각 조건을 적용하였고, 안정성 판단 근거는 “건설공사 보강토 옹벽 설계･시공 및 유지관리 잠정지침(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2013)”을 적용하였다.
성능/효과
(1) 외적안정성 분석 결과, 보강재의 길이는 전면벽체 저면으로부터 산정된 옹벽높이의 0.7H와 보강재 수직 간격을 1m로 설치하였을 때, 뒤채움 흙의 내부마찰각및 옹벽 높이에 관계없이 모든 해석조건에서 기준안전율을 만족하는 것으로 나타났기 때문에, 적용성에 문제가 없는 것으로 판단되었다.
(2) 옹벽 높이, 뒤채움 흙의 내부마찰각 및 보강재 강도에 따른 내적안정성 평가 결과, 파단 및 인발 파괴에 있어서 뒤채움 흙의 내부마찰각이 25°인 경우에도 일부 옹벽 높이에서 파단 및 인발에 대한 안정성이 확보할 수 있는 것으로 나타났지만, 보강토옹벽 높이에 부합하는 보강재 강도를 적용하는 경우에 안정성 및 경제성을 보다 확보할 수 있는 설계가 가능함을 확인하였다.
3(b)). 그리고 보강재가 옹벽 하단으로부터 10.5m까지 포설될 때, 보강재 강도가 60kN인 경우에는 뒤채움 흙의 내부마찰각이 27도 이상에서 안정성을 확보하는 것으로 나타났으며, 보강재 강도가 80kN인 경우에는 뒤채움 흙 조건(25도 이상)에 관계없이 안정성을 확보하였다(refer to Fig. 12). 이와 같은 방법으로 보강재 강도에 따른 시공가능 옹벽높이 및 적용 가능 뒤채움 흙의 내부마찰각과의 관계를 분석한 결과, 본 연구에서 적용된 대형 축조블록을 이용한 보강토 옹벽은 기존의 설계기준(FHWA, 2009)을 충분히 만족시킬 수 있으며, 구조적 안정성 및 경제성을 고려할 수 있는 구조물로의 적용이 가능한 것으로 확인되었다.
13은 인발저항에 대한 안정성 평가결과를 나타낸 것으로서, 옹벽높이가 3m 및 5m의 경우에는 뒤채움 흙의 내부마찰각이 약 30도 이하에서 인발파괴가 발생하였으며, 옹벽높이 7m에서는 약 28도 이하에서 인발파괴가 나타났다. 그리고 옹벽높이 9m 및 11m의 경우에는 각각 약 27도 및 26도 이하에서 안정성을 확보하지 못하는 것으로 확인되었으며, 13m에서는 뒤채움 흙의 조건(25도 이상)에 관계없이 안정성을 확보하였다. 즉, 뒤채움 흙의 내부마찰각이 약 30도 이상이 되어야 옹벽높이에 관계없이 인발에 대한 안정성을 확보할 수 있었다.
외적안정성 평가 결과를 Table 3에서 보는 바와 같이 정리하였다. 먼저, 저면활동의 경우, 흙의 내부마찰각이약 30도 이상일 때에 동일한 옹벽 높이에서는 안전율이 동일하게 나타났다. 그리고 전도 및 지지력의 경우에는 동일한 옹벽 높이 조건에서 뒤채움 흙에 관계없이 안전율이동일하게 나타났다.
보강재 강도가 80kN인 경우에는 옹벽높이가 5m일 때 뒤채움 흙 조건(25도 이상)에 관계없이 안정성을 확보하였으며, 7m에서는 뒤채움 흙의 내부 마찰각이 33°이상에서 안정성을 확보하는 것으로 나타났고, 그 이상의 옹벽높이에서는 모두 파단 파괴가 발생하는 것으로 확인되었다(refer to Fig. 3
보강재가 옹벽 하단으로부터 0.5m까지 포설될 때, 보강재 강도(60kN, 80kN)에 따른 안정성 평가 결과, 보강재 강도가 60kN인 경우에는 옹벽높이 3m 에서는 뒤채움 흙 조건(25도 이상)에 관계없이 안정성을 확보할 수 있는 것으로 나타났으며, 옹벽높이가 5m에서는 뒤채움 흙의 내부 마찰각이 33°이상에서 안정성을 확보하였고, 그 이상의 옹벽높이에서는 모두 파단파괴가 발생하는 것으로 확인되었다(refer to Fig. 3
본 연구에서 적용된 대형 축조블록을 이용한 보강토옹 벽의 구조는 기존의 블록식 보강토옹벽과 동일하지만, 중량이 증가함으로서 뒤채움 흙의 다짐 시에 벽체 변형이 크지 않으며, 기존 보강토옹벽과 동일하게 지오그리드 보강재를 적용할 수 있는 장점이 있다.
그리고 전도 및 지지력의 경우에는 동일한 옹벽 높이 조건에서 뒤채움 흙에 관계없이 안전율이동일하게 나타났다. 이를 기반으로 뒤채움 흙의 내부마찰각 및 옹벽 높이에 관계없이 모든 해석조건에서 기준안전율을 만족하는 것으로 확인되었다.
12). 이와 같은 방법으로 보강재 강도에 따른 시공가능 옹벽높이 및 적용 가능 뒤채움 흙의 내부마찰각과의 관계를 분석한 결과, 본 연구에서 적용된 대형 축조블록을 이용한 보강토 옹벽은 기존의 설계기준(FHWA, 2009)을 충분히 만족시킬 수 있으며, 구조적 안정성 및 경제성을 고려할 수 있는 구조물로의 적용이 가능한 것으로 확인되었다.
그리고 옹벽높이 9m 및 11m의 경우에는 각각 약 27도 및 26도 이하에서 안정성을 확보하지 못하는 것으로 확인되었으며, 13m에서는 뒤채움 흙의 조건(25도 이상)에 관계없이 안정성을 확보하였다. 즉, 뒤채움 흙의 내부마찰각이 약 30도 이상이 되어야 옹벽높이에 관계없이 인발에 대한 안정성을 확보할 수 있었다.
후속연구
(3) 특히, 본 연구에서 평가된 내적안정성 평가결과를 기반으로 시공가능 옹벽높이 및 적용 가능 뒤채움 흙의 내부마찰각과의 관계를 이용하여 최적의 보강재 적용 강도 산정법을 제시할 수 있을 것으로 판단되며, 이를 기반으로 보다 경제성을 확보할 수 있는 공법으로서의 적용이 가능할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
보강토 공법이란 무엇인가?
보강토는 인장력이 우수한 보강재를 지반 내에 포설함으로서 인장력에 취약한 흙의 횡방향 구속력을 증가시켜, 지반의 전단저항력을 보강하여 외력이나 토압에 저항하는 공법을 말한다. 이러한 보강토 공법은 프랑스의 건축가 Henri Vidal(1966)에 의해 정립되어 보강토 공법이라고 명명되기 시작하였으며, 최근에는 다양한 공법들이 개발･ 적용되고 있다.
패널식 및 블록식 보강토옹벽에서 발생할 수 있는 현상은 무엇인가?
한편, 보강토옹벽의 전면벽체는 주로 패널식과 블록식이 적용되고 있으며, 일반적으로 패널식 및 블록식 보강토옹벽에는 각각 스트립 및 그리드 형태의 보강재가 사용되고 있다. 이와 같은 패널식 및 블록식 보강토옹벽은 전면 벽체의 중량이 크지 않기 때문에, 뒤채움 흙의 다짐시공중에 있어서 과도한 수평변위가 발생할 수 있다(Hong, 2011). 따라서 시공 중에 발생하는 수평변위를 억제할 수 있는 보강토옹벽에 대한 연구가 필요하다.
참고문헌 (11)
Berg, R. R., Christopher, B. R. and Samtani, N. C. (2009a), Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes - Volume I, U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, Washington DC, Publication No. FHWA-NHI-10-024(FHWA GEC 011-Vol I).
Berg, R. R., Christopher, B. R. and Samtani, N. C. (2009b), Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes - Volume II, U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, Washington DC, Publication No. FHWA-NHI-10-025(FHWA GEC 011-Vol II).
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Cho, S. D. (2010), "The Present Condition and Outlook for Application of Reinforced Earth Wall in Korea", The Fall 2010 Geosynthetics Conference, Seoul, Korea. (in Korean with English summary)
Hong, K. K. (2011), Evaluation of pullout resistance and design of strip-type reinforcement based on anchorage effect, Ph.D. Thesis, Chung-Ang University. (in Korean with English summary)
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Vidal, H., 1966. La terre armee, Ann. Inst. tech. batiment et trav. pub., Paris.
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Yoo, C. and Kim, S. B. (2008), "Performance of a two-tier geosynthetic reinforced segmental retaining wall under a surcharge load: Full-scale load test and 3D finite element analysis", Geotextiles and Geomembranes, Vol. 26, No. 6, pp. 460-472.
Yoo, C. and Jung, H. Y. (2006), "Case History of Geosynthetic Reinforced Segmental Retaining Wall Failure", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 132, No. 12, pp. 1538-1548.
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