지압형 앵커는 지반 자체를 지지기구로 활용하여 인발에 저항하는 구조이며 앵커의 인발저항력은 지반의 지압저항력과 확장날개의 확공부 공벽 압착에 의한 마찰저항력으로 구성된다. 특히 확공 지압형 앵커는 정착장 확공부에서 발생하는 지압저항력으로 인발에 저항하여 지반변형을 억제하기 위한 주동보강 방식의 구조이다. 본 연구는 확공 지압형 앵커의 지압저항력 산정을 위해 수행되었으며, 실모형실험으로 지압저항력을 산정하고 그 결과를 지반의 일축압축강도와 비교하였다. 실모형실험에서는 모형지반들의 일축압축강도를 8개의 풍화암 조건으로 모사하여 앵커 인장시험을 수행해 지압저항력을 측정하였다. 실험에서 도출된 지압저항력은 모사된 지반강도와 일련의 선형적 관계를 보였으며, 선형회귀분석을 통해 경험식을 제시하였다. 지압저항력은 실모형 실험 결과 일축압축강도 대비 약 13배로 산정되었고, 이론식에서 제시하고 있는 수치와 상당히 일치하였다.
지압형 앵커는 지반 자체를 지지기구로 활용하여 인발에 저항하는 구조이며 앵커의 인발저항력은 지반의 지압저항력과 확장날개의 확공부 공벽 압착에 의한 마찰저항력으로 구성된다. 특히 확공 지압형 앵커는 정착장 확공부에서 발생하는 지압저항력으로 인발에 저항하여 지반변형을 억제하기 위한 주동보강 방식의 구조이다. 본 연구는 확공 지압형 앵커의 지압저항력 산정을 위해 수행되었으며, 실모형실험으로 지압저항력을 산정하고 그 결과를 지반의 일축압축강도와 비교하였다. 실모형실험에서는 모형지반들의 일축압축강도를 8개의 풍화암 조건으로 모사하여 앵커 인장시험을 수행해 지압저항력을 측정하였다. 실험에서 도출된 지압저항력은 모사된 지반강도와 일련의 선형적 관계를 보였으며, 선형회귀분석을 통해 경험식을 제시하였다. 지압저항력은 실모형 실험 결과 일축압축강도 대비 약 13배로 산정되었고, 이론식에서 제시하고 있는 수치와 상당히 일치하였다.
The Ground anchor is reinforcement to resist pull-out through ground that is used supports structure. The pull-out resistance of anchor is constructed by skin friction resistance from compression borehole wall in expanded wings and bearing pressure from the ground. Especially, underreamed ground anc...
The Ground anchor is reinforcement to resist pull-out through ground that is used supports structure. The pull-out resistance of anchor is constructed by skin friction resistance from compression borehole wall in expanded wings and bearing pressure from the ground. Especially, underreamed ground anchor is reinforcement that adopts active reinforcement to prevent deformation of ground using bearing resistance generated reaming anchorage. This study is conducted to calculate bearing resistance of underreamed ground anchor. Realistic model tests were fulfilled to determine bearing resistance of anchor, and correlate results of tests to Uniaxial Compressive Strengths (UCS) of ground models that assumed weathered rock condition in 8 case. In a comprehensive series of the tests, the bearing resistances were measured by pull-out tests. The bearing resistances derived from tests have a linear correlation with UCS. We also suggest empirical equation between bearing resistance and UCS of rocks by single linear regression analyses. In test results of this study, the bearing resistances were evaluated approximately 13 times higher than UCS of the grounds, and it is qualitatively similar to numerical values of pull-out force derived from theory.
The Ground anchor is reinforcement to resist pull-out through ground that is used supports structure. The pull-out resistance of anchor is constructed by skin friction resistance from compression borehole wall in expanded wings and bearing pressure from the ground. Especially, underreamed ground anchor is reinforcement that adopts active reinforcement to prevent deformation of ground using bearing resistance generated reaming anchorage. This study is conducted to calculate bearing resistance of underreamed ground anchor. Realistic model tests were fulfilled to determine bearing resistance of anchor, and correlate results of tests to Uniaxial Compressive Strengths (UCS) of ground models that assumed weathered rock condition in 8 case. In a comprehensive series of the tests, the bearing resistances were measured by pull-out tests. The bearing resistances derived from tests have a linear correlation with UCS. We also suggest empirical equation between bearing resistance and UCS of rocks by single linear regression analyses. In test results of this study, the bearing resistances were evaluated approximately 13 times higher than UCS of the grounds, and it is qualitatively similar to numerical values of pull-out force derived from theory.
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문제 정의
본 연구는 확공 지압형 앵커에서 발휘되는 지압력 산정식을 실모형실험으로 산정하였고, 그 결과를 이론식과 대비한 결과이다. 향후 현장시험을 통한 인발저항력과 상관관계를 분석하여 지압저항력 발휘 후 압착에 의한 마찰저항력 발생에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 풍화대 지반을 강도에 지배되는 균질한 연속체로 모사하여 실내시험을 수행하였다.
본 연구에서는 확공 지압형 앵커에서 적용 가능한 지압 저항력을 산정하기 위해 풍화암 지반의 물성을 모사한 실모형 콘크리트 지반을 제작하였다. 모형지반의 강도는 한국도로공사와 건설표준품셈에서 정하고 있는 풍화암의 강도를 고려하여 25.
본 연구에서는 확공 지압형 앵커의 지압저항력 산정을 위하여 풍화암 지반을 모사한 실모형실험을 수행하였다. 일반적인 풍화암 지반의 일축압축강도는 Table 2와 같으며, 일반 콘크리트와 고강도 콘크리트를 사용하여 풍화암의 강도 범위 내에서 모형지반을 조성한 후 인발시험을 수행하고 앵커의 인발거동 특성을 분석하였다.
가설 설정
4에서와 같이 총 6개의 변수를 이용하여 지압저항력을 산정하는 것은 천공경의 형상이 원형임을 감안할 때 매우 어려우므로 사면안정 기법인 한계평형법의 개념을 도입 하였다. 또한 지반은 점착력만 존재하며 지압저항력은 확장된 천공경에 고르게 분포한다고 가정하고 지반의 파괴는 확장된 천공경에서 시작한다고 가정하면 지반 파괴면은 Fig. 5와 같이 표현된다.
제안 방법
6과 같이 강재거푸집을 사용하여 조성하였다. 모형지반의 강도는 콘크리트의 배합설계를 통해 일반적인 풍화암의 강도범위로 적용하였고 재령 35일까지 대기양생하여 콘크리트의 강도가 충분히 발현되도록 하였다.
본 연구에서는 확공 지압형 앵커에서 적용 가능한 지압 저항력을 산정하기 위해 풍화암 지반의 물성을 모사한 실모형 콘크리트 지반을 제작하였다. 모형지반의 강도는 한국도로공사와 건설표준품셈에서 정하고 있는 풍화암의 강도를 고려하여 25.2～56.8 MPa로 8개 모형을 제작하였으며 그라우팅 전 인장시험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을수 있었다.
인장시험은 하중-변위 측정을 위해 앵커 두부에 LVDT를 설치하여 변위를 측정하였다.
본 연구에서는 확공 지압형 앵커의 지압저항력 산정을 위하여 풍화암 지반을 모사한 실모형실험을 수행하였다. 일반적인 풍화암 지반의 일축압축강도는 Table 2와 같으며, 일반 콘크리트와 고강도 콘크리트를 사용하여 풍화암의 강도 범위 내에서 모형지반을 조성한 후 인발시험을 수행하고 앵커의 인발거동 특성을 분석하였다.
지압형 앵커 적용 시 지반 구속압이 낮은 풍화대와 파쇄대 지반을 모사하기 위하여 콘크리트 블록을 사용하여 풍화암의 다양한 일축압축강도 범위를 모사한 후 인장시험을 실시하였고, 이를 통하여 풍화암 지반에서의 발휘되는 순수 지압력을 측정하고 회귀분석을 통해 산정식을 제안하였다.
풍화암 지반을 모사한 강도별 모형지반에 Fig. 7과 같이 실제 앵커를 설치하여 두부에서 인장시험을 수행하였다. 확공 지압형 앵커는 실험의 편의성을 고려하여 자유장은 최소화하였으며 그라우팅 수행 전 가인장 시험을 수행하였다.
대상 데이터
모형지반은 폭 1.2 m, 길이 1.2 m, 높이 1.0 m의 콘크리트 블록으로 제작하였으며, 확공된 천공홀은 Fig. 6과 같이 강재거푸집을 사용하여 조성하였다. 모형지반의 강도는 콘크리트의 배합설계를 통해 일반적인 풍화암의 강도범위로 적용하였고 재령 35일까지 대기양생하여 콘크리트의 강도가 충분히 발현되도록 하였다.
이론/모형
Fig. 4에서와 같이 총 6개의 변수를 이용하여 지압저항력을 산정하는 것은 천공경의 형상이 원형임을 감안할 때 매우 어려우므로 사면안정 기법인 한계평형법의 개념을 도입 하였다. 또한 지반은 점착력만 존재하며 지압저항력은 확장된 천공경에 고르게 분포한다고 가정하고 지반의 파괴는 확장된 천공경에서 시작한다고 가정하면 지반 파괴면은 Fig.
모형지반의 일축압축강도를 측정하기 위하여 각 실험구마다 시험용 시편을 3개씩 제작하여 한국표준협회에서 규정한 KS F 2314 기준에 따라 일축압축강도시험을 수행하였으며, 시험결과는 Table 3과 같다.
성능/효과
(1) 지압력 산정 이론식(Fb = 13.28σc)을 이용하여 확공 지압형 앵커의 일축압축강도별 지압력을 산정하면 334.6～784.8 kN으로 확인되었다.
(2) 확공 지압형 앵커의 인발거동 특성은 지반의 일축압축 강도가 증가함에 따라 지압력도 선형적으로 증가하였다.
(3) 실모형실험 결과 지반의 일축압축강도(σc)에 따른 확공 지압형 앵커의 지압력(Fb)은 265.1～779.0 kN으로 일축 압축강도와의 상관식은 Fb = 12.86σc로 산정되었다.
전면확공 지압형 앵커의 인발시험 결과, 하중-변위 관계는 Fig. 8(a)와 같이 초기에는 비교적 완만하게 증가하는 것으로 평가되었으며, 인발이 진행될수록 인발력이 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 이유는 초기구간에서는 인발하중에 의해 지반과 앵커체가 밀착하는 과정에서 발생되는 비선형 구간으로 판단되며, 이후 구간은 확공된 앵커체의 지압력에 의하여 지압저항력이 발현된 결과로 판단 된다.
그러나 확공 지압형 앵커는 확장 시 지압력뿐만 아니라 주면마찰력에 의해서도 인발에 저항하는 구조이므로 실제 지압형 앵커의 인발저항력은 본 연구에서 확인된 지압저항력과 압착에 의한 마찰저항력이 더해져 더 큰 값을 나타낼 것으로 판단된다.
실모형 실험 결과와 이론식에서 산정된 지압저항력을 비교해 보면 Fig. 10에서와같이 지압저항력은 실모형 실험값이 이론식의 96.8 %로 작게 평가되었다. 이는 이론식의 파괴면과 실제 파괴면의 차이와 실험장비 설치에서 발생한 기계적 오차에서 기인한 것으로 판단되며, 설계 적용 시에는 실내시험을 통하여 보정된 계수값을 사용하여야 할 것으로 판단된다.
실험 결과 모든 Case에 대한 일축압축강도(σc)와 인발력 (Fpullout)의 상관관계는 Fig. 9와 같으며, 지압저항력은 풍화암 지반의 일축압축강도와 선형비례 하는 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구는 확공 지압형 앵커에서 발휘되는 지압력 산정식을 실모형실험으로 산정하였고, 그 결과를 이론식과 대비한 결과이다. 향후 현장시험을 통한 인발저항력과 상관관계를 분석하여 지압저항력 발휘 후 압착에 의한 마찰저항력 발생에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
확공 지압형 앵커의 인발저항력은 어떻게 되는가?
지압형 앵커의 가장 큰 특징은 지반 자체의 지압력으로 인발에 저항하는 구조로 지반에서 발휘되는 지압력 증가로 안정성은 커지고, 마찰형 앵커에 비해 정착장이 감소하는 장점이 있다. 확공 지압형 앵커의 인발저항력은 주면마찰저항 뿐만 아니라 확공된 정착부의 구근에서 발현되는 수동저항에 의한 지압력이 동시에 발현되므로 앵커력이 커지게 된다. 또한 지압력 발휘를 위한 확공 정착부에 앵커체가 거치 되므로 그라우팅 전에 인장이 가능해지며 강연선의 긴장력 유지로 그라우트체의 진행성 파괴를 저감시킬 수 있다.
지압형 앵커의 가장 큰 특징은?
지압형 앵커의 가장 큰 특징은 지반 자체의 지압력으로 인발에 저항하는 구조로 지반에서 발휘되는 지압력 증가로 안정성은 커지고, 마찰형 앵커에 비해 정착장이 감소하는 장점이 있다. 확공 지압형 앵커의 인발저항력은 주면마찰저항 뿐만 아니라 확공된 정착부의 구근에서 발현되는 수동저항에 의한 지압력이 동시에 발현되므로 앵커력이 커지게 된다.
지압형 앵커가 지반 구속압이 낮은 정착지반에서 인발 할 때 생기는 문제점은?
이때 지압형 앵커는 압착부에서 슬립이 발생하고 지압부에 응력이 집중되어 압축파괴가 진행되기도 한다. 지반 구속압이 낮은 정착지반에서 인발 시 그라우트체가 파괴되거나 인발되는 약점을 가지고 있어 많은 문제점으로 지적되고 있지만 이에 대한 연구는 아직 미진한 실정이다.
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