토목섬유를 보강한 성토지지말뚝(GRPS) 공법은 연약지반 상부에 건설되는 성토구조물의 잔류침하를 억제하고, 공사기간을 단축할 수 있는 방법으로 그 적용성이 확대되고 있다. 이에, 세계 각국에서는 다양한 연구를 통해 설계방법을 제안해왔지만, 동적하중을 고려한 시스템의 거동은 확실하게 규명되지 않은 실정이다. 본 논문에서는 섬유보강 지지말뚝 성토체내의 동적하중 전이 특성을 분석하기 위하여 실물크기의 시스템을 조성한 후, 반복재하 실험을 수행하였다. 실험은 토목섬유를 설치하지 않은 무보강, 토목섬유를 1겹 설치한 보강, 2겹 설치한 보강을 조건으로 총 3가지 경우로 나누어 진행하였다. 말뚝과 토목섬유 상부에 각각 하중계를 설치하여 반복재하 횟수에 따른 수직하중을 측정한 결과, 토목섬유의 보강효과를 제외하고 아칭효과에 의해서만 전이되는 반복하중은 오히려 인장력이 큰 토목섬유로 보강할수록 감소하는 경향이 나타났다. 그러나 최종 말뚝으로 전달되는 반복하중의 크기는 토목섬유를 보강하지 않은 경우와 1겹, 2겹 보강한 경우에서 모두 비슷한 것으로 평가되었다. 이는 토목섬유의 보강이 말뚝으로 집중되는 하중을 증가시킨다는 기존의 연구와는 상반된 결과로, 이를 바탕으로 반복하중 전이 메커니즘의 상관관계를 분석하고자한다 또한, 반복하중 재하 초기 말뚝으로의 하중전달 효과가 감소하는 경향이 보였으며, 이는 반복하중에 의한 아칭효과 감소에서 기인한 것으로 판단된다.
토목섬유를 보강한 성토지지말뚝(GRPS) 공법은 연약지반 상부에 건설되는 성토구조물의 잔류침하를 억제하고, 공사기간을 단축할 수 있는 방법으로 그 적용성이 확대되고 있다. 이에, 세계 각국에서는 다양한 연구를 통해 설계방법을 제안해왔지만, 동적하중을 고려한 시스템의 거동은 확실하게 규명되지 않은 실정이다. 본 논문에서는 섬유보강 지지말뚝 성토체내의 동적하중 전이 특성을 분석하기 위하여 실물크기의 시스템을 조성한 후, 반복재하 실험을 수행하였다. 실험은 토목섬유를 설치하지 않은 무보강, 토목섬유를 1겹 설치한 보강, 2겹 설치한 보강을 조건으로 총 3가지 경우로 나누어 진행하였다. 말뚝과 토목섬유 상부에 각각 하중계를 설치하여 반복재하 횟수에 따른 수직하중을 측정한 결과, 토목섬유의 보강효과를 제외하고 아칭효과에 의해서만 전이되는 반복하중은 오히려 인장력이 큰 토목섬유로 보강할수록 감소하는 경향이 나타났다. 그러나 최종 말뚝으로 전달되는 반복하중의 크기는 토목섬유를 보강하지 않은 경우와 1겹, 2겹 보강한 경우에서 모두 비슷한 것으로 평가되었다. 이는 토목섬유의 보강이 말뚝으로 집중되는 하중을 증가시킨다는 기존의 연구와는 상반된 결과로, 이를 바탕으로 반복하중 전이 메커니즘의 상관관계를 분석하고자한다 또한, 반복하중 재하 초기 말뚝으로의 하중전달 효과가 감소하는 경향이 보였으며, 이는 반복하중에 의한 아칭효과 감소에서 기인한 것으로 판단된다.
Geosynthetic-reinforced and Pile-supported (GRPS) embankment method is widely used to construct structures on soft ground due to restraining residual settlement and their rapid construction. However, effect of cyclic loading has not been established although some countries suggest design methods thr...
Geosynthetic-reinforced and Pile-supported (GRPS) embankment method is widely used to construct structures on soft ground due to restraining residual settlement and their rapid construction. However, effect of cyclic loading has not been established although some countries suggest design methods through many studies. In this paper, cyclic loading tests were conducted to analyze dynamic load transfer characteristics of pile-supported embankment reinforced with geosynthetics. A series of 3 case full scale model tests which were non-reinforced, one-layer-reinforced, two-layer reinforced with geosynthetics were performed on piled embankments. In these series of tests, the height of embankment and pile spacing were selected according to EBGEO (2010) standard in Germany. As a result of the vertical load parts on the pile and on the geosynthetic reinforcement measured separately, cyclic loads transferred by only arching effect decreased with strength geosynthetic-reinforced case. However, final loads on the pile showed no differences among the cases. These results conflict with previous studies that reinforcement with geosynthetics increases transfer load concentrated on piles. In addition, it is observed that the load transferred to pile decreases at the beginning of cycle number due to reduction of arching effected by cyclic loading. Based on these results, transferred mechanism for cyclic load on GRPS system has been presented.
Geosynthetic-reinforced and Pile-supported (GRPS) embankment method is widely used to construct structures on soft ground due to restraining residual settlement and their rapid construction. However, effect of cyclic loading has not been established although some countries suggest design methods through many studies. In this paper, cyclic loading tests were conducted to analyze dynamic load transfer characteristics of pile-supported embankment reinforced with geosynthetics. A series of 3 case full scale model tests which were non-reinforced, one-layer-reinforced, two-layer reinforced with geosynthetics were performed on piled embankments. In these series of tests, the height of embankment and pile spacing were selected according to EBGEO (2010) standard in Germany. As a result of the vertical load parts on the pile and on the geosynthetic reinforcement measured separately, cyclic loads transferred by only arching effect decreased with strength geosynthetic-reinforced case. However, final loads on the pile showed no differences among the cases. These results conflict with previous studies that reinforcement with geosynthetics increases transfer load concentrated on piles. In addition, it is observed that the load transferred to pile decreases at the beginning of cycle number due to reduction of arching effected by cyclic loading. Based on these results, transferred mechanism for cyclic load on GRPS system has been presented.
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문제 정의
후)연구가">연구 가 부족한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 동적하중의 작용이 GRPS 성 토체의 아칭효과에 미치는 영향과 토목섬유 설치로 인한 하중전달 특성을 분석하기 위하여 실대형 반복재하 실험을 수행하였다. 다양한
제안 방법
6(c)는 지오그리드를 배치한 모습이다. 1겹으로 보강 (Case 2)한 경우에는 양방향 인장력을 가진 지오그리드 를 사용하였고, 2겹으로 보강(Case 3)한 실험에서는 일 방향 인장력을 가진 지오그리드를 직각방향으로 배치 하여 양방향의 인장성분을 발휘하도록 하였다. 또한
후)성토를">성 토를 실시하였다. EBGEO 설계방법에 따르면 토목섬유 를 보강하는 경우, 말뚝두부와 토목섬유의 사이를 15cm 이하(1겹 보강의 경우) 또는 30cm 이하(2겹 보강하는 경우)의 간격을 두어 성토하도록 권장하고 있지만, 본 실험에 사용된 촘촘한 격자형태의 토목섬유(지오그리 드)는 상대적으로 자갈 등의 간섭을 적게 받을 것으로 예상하여 약 10cm 정도의 간격을 적용하였다. 4.
후)반복 재하">반복재하 실험을 수행하였다. 다양한 매개변수가 주는 영향을 줄 이기 위해 성토높이 및 말뚝간격은 현행 설계법 중에 가장 널리 쓰이는 독일 EBGEO의 동적하중 한계성토고 기준을 사용하였으며, 아칭효과와 토목섬유 보강정도의 상관관계를 확인하기 위해 토목섬유의 보강유무와 보강정도를 매개변수로 총 3가지 Case의 실험을 진행하였 다. 일련의 실험 결과를 바탕으로 반복하중이 작용하는 GRPS 구조의
후)인장 성분을">인장성분을 발휘하도록 하였다. 또한 토 목섬유의 손상을 방지하기 위해서, case 2와 case 3 실험 은 말뚝두부에 10cm 두께로 흙을 포설한 후 토목섬유 를 설치하였으며, 2겹으로 보강한 Case 3의 경우에는 추가적으로 토목섬유의 사이에 10cm의 간격을 두어 성 토를 실시하였다. EBGEO
">확인하였 다. 또한, 계측과정에서 발생하는 노이즈 성분을 제거하 기 위하여 하중계와 토압계에서 계측된 모든 raw data 를 대상으로 Band pass 필터링을 실시하여 응답 주파수 4Hz 성분의 하중변화 진폭을 추출하였다. Fig.
후)11은">11 은 3-5Hz band pass 필터링을 수행한 결과를 나타낸다. 모든 실험의 결과 데이터는 이와 같은 방법으로 일정한 간격의 반복하중 재하 횟수에 따라 측정된 수직하중의 최대 진폭을 추출하여 작성하였다. 5.
본">2008). 본 실대형실험에 서는 독일 EBGEO 설계법의 권고사항에 따라 말뚝 순 간격에 비하여 충분한 성토높이를 확보하였으므로, 하 중재하 주파수(f)는 KTX 차량의 객차 축간 거리인 18.7m 를 고려하여 열차의 설계속도를 약 270km/h로 반영한 결과인 4Hz를 적용하였다.
후)하중 전달">하중전달 작용 사이의 상관관계에 대해서는 고려하지 않고 있다. 본 실험에서는 반복하중을 분담하 는데 있어서 아칭과 토목섬유 사이의 정확한 상관관계 를 파악하기 위해 전달되는 수직하중을 분리하m)의 약 2배에 해당하 는 2.6m로 조성하였다. 이는 독일의 GRPS 공법
">진행하였 다. 일련의 실험 결과를 바탕으로 반복하중이 작용하는 GRPS 구조의 아칭 효과와 하중전이 효과에 대하여 분 석하였다
후)섬유보강성토지지말뚝">섬유보강 성토지지말뚝 공법에 관한 설계는 대부분 2단계로 이루어진다. 첫 번 째는 앞서 설명한 성토지반 내 아칭구조에 의하여 말뚝 에 전달되는 하중(A)을 예측하는 부분이고, 두 번째 단 계는 말뚝사이 연약지반으로 전이되는 하중(B+C)을상재하중이 말뚝으로 전달되는 메커니즘에 영향을 미 치는 매우 중요한 변수이며 본 실험에서는 토목섬유의 보강유무와 보강정도를 매개변수로 결정하였다. Case
후)아칭 효과만으로">아칭효과만으로 말뚝에 전달시킨다. 토목섬유 적용으로 인한 하중전달 메 커니즘의 변화를 비교･분석하기 위해서 Case 2와 Case 3은 보강층수를 다르게 하여 토목섬유의 인장강성이 각 각 40kN/m, 150kN/m이 되도록 구성하였다. Fig.
대상 데이터
">한계높이이다. 4.2 실험구성 재료 GRPS 공법을 적용한 실대형 실험체를 조성하기 위 하여 강철 말뚝, 연약지반 모사품, 토목섬유(지오그리 드), 성토재료를 사용하였다. 4.
">사용하였다. 4.2.1 말뚝 실물크기 말뚝에 대한 반복재하실험을 위하여 말뚝 은 폭이 40cm인 정방형 캡을 포함하여 높이가 40cm인 강철로 제작되었다. Fig.
후)토목 섬유(지오그리">토목섬유(지오그리 드)는 상대적으로 자갈 등의 간섭을 적게 받을 것으로 예상하여 약 10cm 정도의 간격을 적용하였다. 4.2.4 성토재료 본 실험의 성토재료로는 경기도 안양-성남 고속도로 산간 구간에서 채취한 화강풍화토를 사용하였다. Table 4는
이론/모형
, 2007), 그 효과를 정량적으로 예측하는 것은 쉽지 않다. 이에, 실제 성토지지말뚝 구조는 아칭효과의 불확실성에 대비하고 말뚝으로의 하중전이 효과를 증대시키기 위해서 지지 말뚝과 성토지반 경계부에 인장강성을 가진 재료를 보강하는 형태(Geosynthetic-reinforced and Pile-suppoerted (GRPS) embankment method)로 시공한다. Arul Arulrajah et al.
성능/효과
후)4.4동적">4.4 동적 반복하중 조건 열차운행에 따라 GRPS 시스템에 작용하는 동적 반보여주며, 강성과 강도 결정을 위하여 실내 및 현장 재료시험을 수행한 결과 성토재료로 적합한 것으로 평가되었다. Fig.
후)반복하중재하">반복하중 재하 횟수에 따라 측정된 수직하중의 최대 진폭을 추출하여 작성하였다. 5.2 말뚝 설치 하중계(Load-Cell) 결과 말뚝에 매립된 하중계 2본과 말뚝 위치 지오그리드 상부에 배치된 하중계 2본은 각각 이론상 같은 하중값 이 측정되어야 하지만 실험적 오차가 발생하므로 평균 값을 나타내0kN/m)의 경우 약 1.12t, 2겹 보강(150kN/m)의 경 우 약 1.15t으로, 토목섬유의 보강유무와 보강정도에 상 관없이 비슷하였다. 그러나 말뚝 위치의 지오그리드
후)실험 결과로">실험결과로 나타내었다. 결과 데이터는 초당 100Hz로 계측된 하중값이며, FFT 해석으로부터 1 차 진동수 성분이 입력 하중 진동수 4Hz임을 확인하였 다. 또한, 계측과정에서 발생하는 노이즈 성분을
후)하부">하 부 말뚝에서의 수직하중(A+B)이 토목섬유를 보강한 Case 2,3 실험에서와 비슷하게 측정되었다. 그러나 아칭효과 로 인한 반복하중의 전이(A)는 무보강 실험 결과값을 기 준으로 40kN/m 보강한 경우(Case 2)는 약 10%, 150kN/m 로 보강한 경우(Case 3)는 약 35% 정도 줄어드는 것으 로 나타났다. 즉, 토목섬유의
후)것으로">것으 로 나타났다. 즉, 토목섬유의 보강유무와 보강정도에 상 관없이 최종 말뚝이 부담하는 반복하중에는 차이가 없 지만, 강성이 큰 토목섬유로 보강할수록 아칭효과가 줄 어들고 줄어든 아칭효과만큼 토목섬유의 인장력이 분 담한 것으로 보인다. 일반적으로 성토지반내
후속연구
0)
결과와 직접적으로 비교하기는 어렵다. 추후, 말뚝 간격비를 다르게 하여 실대형 반복재하 실험을 진행한다면, 보다 정확한 분석 으로 기존 연구결과와 비교할 수 있을 것으로 판12t과 큰 차이가 없었지만, 2겹 보강(150kN/m)한 실험에서는 말뚝에서 측정된 수직하중(A+B) 1.15t의 65%에 해당하 는 작은 하중 값이 측정되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
성 토지지말뚝 공법은 무엇인가?
, 2005). 이 공법은 연약지반 층에 일정간격으로 말뚝을 설치하여, 지지강성이 상대적으로 작은 연약지반에 대 한 전단저항이 발생되고 이로 인해 성토체 내에 아칭구 조를 형성시키는 시스템이다. 이렇게 말뚝과 말뚝 사이 에 형성된 아칭구조는 연약지반면에 작용하는 연직응 력을 감소시키고 말뚝으로 전달되는 연직응력을 증가 시킨다.
GRPS 공법이 적용된 성토체내의 하중전이의 매커니즘은 어떻게 되는가?
GRPS 공법이 적용된 성토체내의 하중전이는 말뚝(pile), 연약지반(soft ground), 토목섬유(geosynthetic), 성토지반 (embankment) 간의 상호작용을 통해 상부로부터의 하 중을 분담하고 최종적으로 말뚝에 전달하는 메커니즘 을 가진다. Fig.
섬유보강 성토지지말뚝 공법에 관한 설계는 어떻게 되는가?
2 아칭효과가 발현되기 위한 요구조건 현재까지 각국에서 제안하는 섬유보강 성토지지말뚝 공법에 관한 설계는 대부분 2단계로 이루어진다. 첫 번 째는 앞서 설명한 성토지반 내 아칭구조에 의하여 말뚝 에 전달되는 하중(A)을 예측하는 부분이고, 두 번째 단 계는 말뚝사이 연약지반으로 전이되는 하중(B+C)을상재하중이 말뚝으로 전달되는 메커니즘에 영향을 미 치는 매우 중요한 변수이며 본 실험에서는 토목섬유의 보강유무와 보강정도를 매개변수로 결정하였다. Case 1 은 무보강 GRPS 구조로 반복하중을 아칭효과만으로 말 뚝에 전달시킨다.
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