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지반과 쏘일네일링 사이의 전단거동에 관한 연구
Shear Behavior between Ground and Soil-Nailing 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.30 no.3, 2014년, pp.5 - 16  

서형준 (캠브리지 대학교) ,  이인모 (고려대학교 건축.사회환경공학부)

초록
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쏘일네일링은 지반과 그라우팅 사이의 주면마찰력과 보강재의 인장력을 통해서 저항하는 공법이다. 인발시험을 할 때는 이 두 요소를 모두 고려한 하중-변위 곡선을 얻게 된다. 따라서 본 논문에서는 지반과 그라우팅 사이의 순 하중-변위 곡선을 산정하여 지반과 그라우팅 사이의 전단거동을 규명하는 것이 목적이다. 주면마찰력 산정 이론을 통해서 이론적으로 지반과 그라우팅 사이의 하중-변위 곡선을 산정하였다. 또한 이론 검증을 위해서 지반조건과 시공조건을 변화해 가며 다량의 현장인발시험을 실시하였다. 인발시험을 통해 산정된 하중-변위 곡선에서 철근의 하중-변위 곡선을 빼내게 되면 지반과 그라우팅 사이의 순 하중-변위 곡선을 산정할 수 있으며, 이를 이론식과 비교해 보았을 때 유사한 결과를 얻었다. 이러한 결과를 통해서 지반 및 시공 조건이 주어질 때, 지반과 쏘일네일링 사이에서 발생하는 변위를 예측할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Soil-nailing has two main resistance factors: skin friction between ground and grouting; and tension load of reinforced material. These two factors will affect the load-displacement curve when performing soil-nailing pullout tests. The purpose of this paper is to figure out the shear behavior betwee...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Wang과 Richwien(2002)은 지반에 네일링을 삽입하고 인발하였을 때 지반과 그라우팅 사이의 거동을 이론 적으로 규명하였으며, 본 논문에서는 주면마찰이론에서 전단탄성계수(G)를 산정하여 지반과 그라우팅 사이의 전단변위를 규명하고자 한다. 산정된 전단탄성계수를 나타내면 식 (2)와 같다.
  • 하지만 시공 후 지반과 그라우팅 사이의 전단변위(dskin)를 판단하기는 쉽지 않다. 그라우팅과 지반 사이의 전단변위는 지반과 시공조건에 따라 변화하기 때문에 본 논문에서는 이러한 조건을 변화시켜 가며, 이론과 현장시험을 통해서 지반과 쏘일네일링 사이의 전단거동 특성을 연구하고자 한다.
  • 하지만 지반과 그라우팅 사이의 하중-변위 곡선은 지반의 종류와 시공방법에 따라서 크게 달라진다. 따라서 본 절에서는 지반과 그라우팅 사이의 하중-변위곡선을 이론적으로 산정하고자 한다.
  • 본 논문에서는 지반과 쏘일네일링 사이의 전단거동을 규명하기 위해서 이론적 검증 및 현장 인발시험을 실시하였다. 지반 및 시공 조건을 변화 시켜가며 지반과 그라우팅 사이의 순 하중-변위 곡선을 산정하였으며, 이에 대한 결론은 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 기존의 연구 및 설계를 보완하기 위해서 지반과 그라우팅 사이의 전단거동에 대해서 연구하였다. 주면마찰이론을 통해서 전단변위와 전단탄성계수간의 상관관계를 파악하였다.

가설 설정

  • 인발시 지반과 쏘일네일링 사이의 강성계수는 비선형 거동을 보이게 된다. 따라서 강성계수를 판단하기 위해서 항복시점까지의 기울기를 선형으로 가정하여 강성계수를 산정하였다. 붕적토에서의 인발시험 결과는 Fig.
  • 또한 인발시험에서는 철근만을 인발하게 되며, 그라우트체는 전면부에서 빠져나오기 때문에 그라우트체의 변형은 지반과 그라우트체 사이의 인발력에 영향을 주게 된다. 따라서 본 논문에서는 그라우트체의 변형은 없다고 가정하였다. 본 논문에서는 주면마찰이론을 통해서 지반과 그라우팅 사이의 하중-변위곡선을 산정하고 이를 현장시험 데이터와 비교 분석하였다.
  • 따라서 쏘일네일링의 보강 효과를 보기 위해 Table 3에서 보는 것과 같이 전단탄성계수를 나타내는 기울기와 극한 주면마찰하중을 각 지반 및 시공 조건에 따라 비교해 보았다. 본 논문에서는 전단탄성계수를 선형으로 산정하지 않고 이론식을 통해서 비선형으로 산정하였지만, Table 3에서는 항복하중까지 전단탄성계수를 선형으로 가정하여 기울기를 산정하여 보았다. 먼저, 압력식 쏘일네일링의 효과를 보게 되면 전단탄성계수를 나타내는 기울기를 중력식 쏘일네일링과 비교해 보면 붕적토에서 약 77.
  • 따라서 인발시험을 통해 측정한 하중-변위곡선에서 보강재의 하중-변위 곡선을 빼게 되면 지반과 그라우팅 사이의 순 하중-변위 곡선을 산정할 수 있다. 본 논문에서는 한국도로공사(2003)에서 제시한 그라우팅의 부착력이 본 논문에서 인발하고자 하는 하중보다 매우 크다는 것을 감안하여 철근과 그라우팅 사이의 상대변위는 없다고 가정하였다. 또한 인발시험에서는 철근만을 인발하게 되며, 그라우트체는 전면부에서 빠져나오기 때문에 그라우트체의 변형은 지반과 그라우트체 사이의 인발력에 영향을 주게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
쏘일네일링은 무엇인가? 쏘일네일링은 지반과 그라우팅 사이의 주면마찰력과 보강재의 인장력을 통해서 저항하는 공법이다. 인발시험을 할 때는 이 두 요소를 모두 고려한 하중-변위 곡선을 얻게 된다.
압력식 쏘일네일링의 한계점은? 보강재의 인장력 증진을 위한 개발의 경우, 구조 계산에 의해서 간단히 보강효과를 규명할 수 있다. 하지만 주면마찰력 증진을 위한 개발의 경우, 각 지반에 따라 주면마찰력이 다르게 나타나므로 보강효과를 각 지반에 대해서 산정하기 힘들다. 또한 인발시험을 한다고 하여도 두 보강요소 중 주면마찰력에 의한 정도를 판단할 수 없었다. 따라서 일본지반공학회(JGS,2000)는 N값에 따라서 극한 주면마찰력()을 경험적으로 제시하였으며, 현 설계기준(한국시설안전기술공단,KISTEC 2006)은 이를 따라 극한 주면마찰력을 산정하고 있다.
지반의 변위가 발생하여야 저항을 하는 수동적인 공법은? 쏘일네일링 공법은 보강재를 삽입하고 그라우팅을함으로써 지반과 그라우팅과의 주면마찰력과 보강재의 인장력을 통해서 사면안정을 이루는 공법이다. 쏘일네일링 공법은 지반의 변위가 발생하여야 저항을 하는 수동적인 공법이다. 또한 쏘일네일링은 크게 두 가지의 저항요소를 가지는데, 토체의 하중을 지반과 그라우팅 사이의 주면마찰력과 삽입된 보강재의 인장력을 통해서 저항하게 된다.
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참고문헌 (6)

  1. KISTEC (2006), Slope Design Manual, MOCT, Korea. 

  2. KEC (2003), Pullout Test Standard of Soil-nailing for Slope Reinforcement, Korea. 

  3. Seo, H. J., Kim, H. R., Jeong, N. S., and Lee, I. M. (2010), "Behavioral Mechanism of Hybrid Model of Soil-nailing and Compression Anchor", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.26, No.7, pp.117-133. 

  4. JGS (2000), "Standards for the Design and Construction of Ground Anchorages.", The Japanese Geotechnical Society, JGS4101-2000. 

  5. Seo, H. J., Jeong, K. H., Choi, H. S., and Lee, I. M. (2012), "Pullout Resistance Increase of Soil Nailing Induced by Pressurized Grouting." Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol.138, No.5, pp.604-613. 

  6. Wang, Z. and Richwien, W. (2002), "A study of soil-reinforcement interface friction." Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol.128, No.1, pp.92-94. 

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