[논문]PHC-W말뚝 흙막이와 결합된 지하증설벽체 테스트베드 구축을 위한 실대형 지하증설벽체의 휨강도 및 전단강도 설정 연구

우종열; 유충근; 김성수; 최용규

doi:10.7843/kgs.2018.34.12.7

PHC-W말뚝 흙막이와 결합된 지하증설벽체 테스트베드 구축을 위한 실대형 지하증설벽체의 휨강도 및 전단강도 설정 연구
Study on Bending and Shear Strength Setting of Full-scale Model Additional Walls for Additional Wall Test Bed Combined with PHC-W Pile Retaining Wall 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.34 no.12, 2018년, pp.7 - 17

우종열 (힐엔지니어링) , 유충근 (힐엔지니어링) , 김성수 (무성토건(주)) , 최용규 (경성대학교 공과대학 건설환경도시공학부)

초록
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PHC-W흙막이벽체와 결합된 지하증설벽체의 테스트베드를 구축중에 있다. 지하증설벽체의 제원을 결정하기 위하여 실대형 지하증설벽체의 핵심 부재를 제작하여 휨강도실험 및 전단강도실험을 실시하였다. 원형 PHC말뚝의 단면 형상을 개량하여 개발된 PHC-W 흙막이벽체를 건축물 지하벽체로 활용하기 위하여 합성증설벽체와 비합성증설벽체를 제작하여 휨강도 및 전단강도 실험을 수행하였다. 합성증설벽체와 비합성증설벽체에서 휨모멘트 강도 실험값 및 전단강도 실험값이 유사한 수준으로 나타났으므로 합성증설벽체 대신에 시공이 간편하고 비용이 절감될 수 있는 비합성증설벽체를 적용할 수 있다는 것을 확인하였다. 실대형 모형 증설벽체는 두께 200mm로 제작되었는데, PHC-W 흙막이벽체와 결합된 지하증설벽체의 경우 동등 지하실 규모의 통상적인 지하벽체보다 두께를 100~200mm 정도 절감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Test bed additional wall combined with PHC-W pile retaining wall has been constructed. To determine the dimensions of test bed additional wall, bending and shear tests of full scale core members of additional wall were tested. Basement additional walls utilizing PHC-W pile retaining wall, which were developed by modifying the cross-section of PHC piles, were classified into the composite additional wall and the non-composite additional wall. Their tests were conducted to obtain bending strength and shear strength of basement additional walls ultilizing PHC-W pile retaining wall. Since bending strengths and shear strengths of the composite additional wall and the non-composite additional wall were similar, it could be confirmed that the non-composite additional wall could be applied instead of the composite additional wall. Full-scale model additional wall was 200 mm thick, thus the thickness of additional wall combined with PHC-W pile retaining wall could be reduced by 100~200 mm.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. PHC-W pile
그림 Fig. 2. The conceptual diagram of basement wall method using PHC-W pile retaining wall
그림 Fig. 3. Diagram of the additional wall
표 Table 1. Calculation formula and material’s properties(a) Calculation formula
그림 Fig. 4. Detail diagrams for calculation of bending and shear strength
표 Table 2. Summary of calculated values
표 Table 3. Test plan
그림 Fig. 5. Schematic diagram of bending tests and shear tests
그림 Fig. 6. Test results of Bending Moment of the composite additional wall
그림 Photo 1. Cracks of composite additional wall during bending test
그림 Fig. 7. Shear test results of the composite additional wall
표 Table 4. Summary of test results
그림 Photo 2. Failures of composite additional wall during shear test
그림 Fig. 8. Test results of bending moment for non-composite additional wall
그림 Photo 3. Cracks of non-composite additional wall during bending test (N-B-3)
그림 Fig. 9. Shear test results of non-composite additional wall
그림 Photo 4. Failures of non-composite additional wall during shear test (N-S-1)

AI 본문요약
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문제 정의

7에는 합성증설벽체의 전단강도 실험 시 지점 중앙의 변위와 재하 하중과의 관계를 도시하였다. 여기서,균열 발생 시점은 확인할 수 없었으며 파괴 발생 시 극한하중은 확인할 수 있었으므로 그 점을 표시하였다. 극한하중에 접근해 감에 따라 사인장 균열도 점진적으로 진행되었다.

제안 방법

건축물 지하벽체로의 활용성을 검증하기 위하여 지하증설벽체 테스트베드를 구축 중에 있다. KDS 14 2000(KCSC, 2016)에 따라 지하증설벽체의 제원을 설계하고PHC-W 흙막이벽체와 결합된 지하증설벽체를 모사할 수 있도록 2개의 PHC-W말뚝과 결합된 지하증설벽체 일부에 대한 실대형 모형을 제작하여 휨강도실험 및 전단강도실험을 실시하여 휨강도 및 전단강도를 평가하였다.
PHC-W 흙막이벽체와 결합된 건축지하증설벽체의 2가지 유형(즉, PHC-W말뚝과 증설벽체를 전단연결재로써 일체화한 합성증설벽체와 PHC-W말뚝과 증설벽체사이에 전단연결재를 시공하지 않은 비합성증설벽체)에 대하여 휨강도 및 전단강도 실험을 실시하였으며 그계획을 Table 3에 나타내었다(Moosung construction co. Ltd. & Hill engineering Corp., 2018).
PHC-W 흙막이벽체와 합체된 합성증설벽체와 PHC-W 흙막이벽체와 합체되지 않은 비합성증설벽체를 제작하여 휨강도 및 전단강도 실험을 수행하였으며 그 결과를요약하면 다음과 같다.
건축지하벽체로의 활용성을 검증하기 위하여 지하증설벽체 테스트베드를 구축 중에 있으며 PHC-W 흙막이벽체와 결합된 지하증설벽체를 모사할 수 있도록 2개의PHC-W말뚝과 지하증설벽체 일부를 결합시킨 실대형모형을 제작하여 실험을 통하여 휨강도 및 전단강도를평가하고자 하였다.
(3) 비합성증설벽체의 경우 PHC-W 흙막이벽체와 증설 벽체가 합체 거동을 하지 않으므로 외력인 토압은일차적으로 PHC-W 흙막이벽체가 부담하였으며 증설벽체도 함께 부담하였다. 따라서 휨강도 및 전단 강도 산정 시 PHC-W 흙막이벽체와 증설벽체에서 각각 산정하여 합산하였다.
1 참조)의 측면부는 주열식 시공에 유리할 수 있도록 오목부와 볼록부로 이루어졌다. 또한 겹침부에 지하수 유출을 차단하기 위해 차수재를 설치하여 별도의 차수공법이 필요하지 않도록 하였다.
여기서, 합성증설벽체의 경우 가상적인 경우이지만 PHC 흙막이벽체와 증설벽체와의 합체 거동을 분석하기 위하여 가상적으로 PHC-W 흙막이벽체가 인장측으로 되는 경우에 대한 실험(C-B-1∼3, C-S-1∼3)도 추가로 실시하였다.
지점 간격의 중앙에 연직 하중 P를 작용시켜 실험을진행하였다. 재하 시험기의 용량은 1.5MN이었고 하중제어는 단조가력방식으로 하였으며, 시험체 변위 측정을 위해 시험체 중앙부, 양 지점, 하중 재하점의 중간지점에 각각 LVDT를 설치하였다.
지점 간격의 중앙에 연직 하중 P를 작용시켜 실험을진행하였다. 재하 시험기의 용량은 1.
테스트베드 구축을 위하여 합성증설벽체 및 비합성 증설벽체의 휨강도 및 전단강도를 산정하였다. PHC-W 말뚝의 콘크리트, 말뚝 보강철근, 증설벽체의 콘크리트와 철근 등 재료적 특성을 반영하여 휨강도와 전단강도를 산정할 수 있었으며 이 때 사용하는 계산식을 Table1(a)에 나타내었다.
흙막이 가시설로 활용하기 위해 PHC말뚝의 단면 형상을 개량하여 개발된 PHC-W말뚝(Fig. 1 참조)의 측면부는 주열식 시공에 유리할 수 있도록 오목부와 볼록부로 이루어졌다. 또한 겹침부에 지하수 유출을 차단하기 위해 차수재를 설치하여 별도의 차수공법이 필요하지 않도록 하였다.

성능/효과

(1) 합성증설벽체와 비합성증설벽체에서 휨모멘트 강도 실험값 및 전단강도 실험값이 유사한 수준으로 나타났으므로 합성증설벽체 대신에 시공이 간편하고 비용이 절감될 수 있는 비합성증설벽체를 적용할 수 있다는 것을 확인하였다.
(2) 가상적인 경우이지만 합성증설벽체의 PHC-W 흙막이벽체가 인장측이 되는 경우 및 증설벽체가 인장 측이 되는 경우 모두 휨강도와 전단강도의 실험값이 유사한 수준으로 나타났으므로 합성증설벽체에서는 PHC-W 흙막이벽체와 증설벽체가 일체화 거동을 유지할 수 있는 수준으로 판단되었다.
(3) 비합성증설벽체의 경우 PHC-W 흙막이벽체와 증설 벽체가 합체 거동을 하지 않으므로 외력인 토압은일차적으로 PHC-W 흙막이벽체가 부담하였으며 증설벽체도 함께 부담하였다. 따라서 휨강도 및 전단 강도 산정 시 PHC-W 흙막이벽체와 증설벽체에서 각각 산정하여 합산하였다.
(4) 실대형 모형 증설벽체는 두께 200mm로 제작되었는데, PHC-W 흙막이벽체와 결합된 지하증설벽체의 경우 동등 지하실 규모의 통상적인 지하벽체보다 두께를 100∼200mm 정도 절감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(5) 균열 발생 시 휨강도 성능 실험값은 산정공식에 의한 계산값보다 1.8∼2.2배 정도 크게 나타났다.
PHC-W 흙막이벽체와 결합된 지하증설벽체의 경우합성 부재이었으므로 KS F 2408(콘크리트 휨 강도 시험 방법)에 따라 휨강도시험을 실시하는 것은 합리적인방안이 아니라고 판단하였다. 일반 건축물의 지하 1개층의 층고가 3.
4배 크게 나타났다. 가상적인 경우이지만 PHC-W 흙막이벽체가 인장측이 되는 경우 실험에 의한 전단강도의 평균치는 2,412.1kN･m이었고 이론식에 의한 전단강도 계산값은 611.8kN･m이었으므로 실험값의 평균치는 산정공식에 의한 계산값보다 3.9배 크게 나타났다.
8배 크게 나타났다. 가상적인 경우이지만 PHC-W 흙막이벽체가 인장측이 되는 경우 실험에의한 휨강도의 평균치는 495.5kN･m이었고 이론식에 의한 휨강도 계산값은 261.8kN･m이었으므로 실험값의 평균치는 휨강도 계산값보다 1.9배 크게 나타났다.
가상적인 경우이지만 합성증설벽체의 PHC-W 흙막이벽체가 인장측이 되는 경우 및 증설벽체가 인장측이 되는 경우 모두 휨강도와 전단강도의 실험값이 유사한 수준으로 나타났으므로 합성증설벽체에서는 PHC-W 흙막이벽체와 증설벽체가 일체화 거동을 유지할 수 있는 수준으로 판단되었다.
합성증설벽체와 비합성증설벽체의 휨모멘트 강도 실험값은 유사한 수준으로 나타났으며 전단강도 실험값의 수준도 유사한 수준으로 나타났다. 따라서 합성증설벽체 대신에 시공이 간편하고 비용이 절감될 수 있는 비합성증설벽체를 적용할 수 있다는 것을 확인하였다.
상기의 분석 자료들에 근거하면 실대형 모형 증설벽체는 두께 200mm로 제작되었는데, PHC-W 흙막이벽체와 결합된 지하증설벽체의 경우 동등 지하실 규모의 통상적인 지하벽체보다 두께를 100∼200mm 정도 절감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
산정공식을 적용하여 휨강도 및 전단강도 산정 시 다음과 같은 한계가 있었다. 실험 재료의 실제 물성치를 고려할 수 없어 재료 물성표에서 제시하는 최소값을 사용할 수밖에 없었으며 실대형 모형 증설벽체에 대한 실제 실험조건을 정확하게 반영할 수 없었다. 또한 중립축 근처에 있는 PC 강선 및 철근의 강도를 고려할 수 없었다.
0배 정도 크게 나타났다. 실험값이 KDS 1420 00(KCSC, 2016)의 극한하중설계법에서 규정하고 있는 산정공식에 의한 계산값의 차이가 나는 것은 균열 발생 시 휨강도 및 파괴 발생 시 전단강도에 적용가능한안전율 수준 정도인 것으로 분석되었다. 산정공식을 적용하여 휨강도 및 전단강도 산정 시 다음과 같은 한계가 있었다.
0배 정도 크게 나타났다. 실험값이 KDS 1420 00(KCSC, 2016)의 극한하중설계법에서 규정하고 있는 산정공식에 의한 계산값의 차이가 나는 것은 균열 발생 시 휨강도 및 파괴 발생 시 전단강도에 적용가능한안전율 수준 정도인 것으로 분석되었다. 산정공식을 적용하여 휨강도 및 전단강도 산정 시 다음과 같은 한계가 있었다.
Table 4에는 증설벽체의 외측에 파괴가 발생할 때의 실험에 의한 전단강도값을 나타내었고 여기에 산정공식에 의한 계산치도 함께 나타내었다. 실험에 의한 휨강도의 평균값은 2,136.3kN이었고 이론식에 의한 휨강도 계산값은 525.0kN이었으므로 실험값의 평균치는 산정공식에 의한 전단강도 계산값보다 3.2배 크게 나타났다.
증설벽체가 실제 지하벽체로 사용되는 상황인 증설 벽체가 인장측이 되는 경우와 가상적인 상황인 PHC-W 흙막이벽체가 인장측이 되는 경우의 휨강도 실험값은유사한 수준으로 나타났으므로 합성증설벽체의 경우PHC-W 흙막이벽체와 증설벽체가 일체화 거동을 나타내는 것으로 볼 수 있었다.
증설벽체가 실제 지하벽체로 사용되는 상황인 증설벽체가 인장측이 되는 경우와 가상적인 상황인 PHC-W 흙막이벽체가 인장측이 되는 경우의 전단강도 실험값은 유사한 수준으로 나타났으므로 합성증설벽체의 경우 PHC-W 흙막이벽체와 증설벽체가 일체화 거동을 나타내는 것으로 볼 수 있었다.
Table 4에는 증설벽체(또는 PHC-W 흙막이벽체)가파괴될 때의 실험에 의한 전단강도값을 나타내었고 여기에 산정공식에 의한 계산치도 함께 나타내었다. 증설벽체가 인장측이 되는 경우 실험에 의한 전단강도의 평균치는 2,087.6kN･m이었고 산정공식에 의한 전단강도계산값은 611.8kN･m이었으므로 실험값의 평균치는 산정공식에 의한 계산값보다 3.4배 크게 나타났다. 가상적인 경우이지만 PHC-W 흙막이벽체가 인장측이 되는 경우 실험에 의한 전단강도의 평균치는 2,412.
파괴 상태에서 전단강도 성능 실험값은 산정공식에 의한 계산값보다 3.4∼4.0배 정도 크게 나타났다.
파괴상태에서 전단강도 성능 실험값은 산정공식에 의한 계산값보다 3.4∼4.0배 정도 크게 나타났다.

후속연구

(7) PHC-W 흙막이벽체와 결합된 합성 및 비합성 지하 증설벽체의 테스트베드가 구축 중에 있으므로 그 자료들을 분석하여 더욱 향상된 연구 결과를 학술지에 게재할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	흙막이 공법은 어떻게 이루어져야 하는가?	흙막이 공법은 지반의 붕괴와 지하수 용출을 차단하도록 하며, 안전하고 경제적이며 공해가 없어야 한다. 기존의 현장타설 흙막이 벽체는 시공상의 내적, 외적 측면으로 문제점을 지니고 있다.
	기존의 현장 타설 흙막이 벽체의 문제점은 어떤 것들이 있는가?	기존의 현장타설 흙막이 벽체는 시공상의 내적, 외적 측면으로 문제점을 지니고 있다. 외적 측면으로는 콘크리트의 시공 불량 및 누수, 구조적 신뢰성 저하 등의 문제점을 지니고 있으며, 내적 측면으로는 강재 H빔 매몰,철근 조립, 콘크리트 타설, 면따기 및 홈메우기에 필요한 재료 구득 및 과다한 현장 인력 시공 공정 등의 문제점을 들 수 있다. 이러한 문제점들에 대한 대안으로PHC-W말뚝을 이용한 흙막이공법이 개발되었다(Kim etal.
	합성증설벽체 대신 비합성증설벽체를 건축물 지하벽체로 활용할 수 있는 배경은 무엇인가?	원형 PHC말뚝의 단면 형상을 개량하여 개발된 PHC-W 흙막이벽체를 건축물 지하벽체로 활용하기 위하여 합성증설벽체와 비합성증설벽체를 제작하여 휨강도 및 전단강도 실험을 수행하였다. 합성증설벽체와 비합성증설벽체에서 휨모멘트 강도 실험값 및 전단강도 실험값이 유사한 수준으로 나타났으므로 합성증설벽체 대신에 시공이 간편하고 비용이 절감될 수 있는 비합성증설벽체를 적용할 수 있다는 것을 확인하였다. 실대형 모형 증설벽체는 두께 200mm로 제작되었는데, PHC-W 흙막이벽체와 결합된 지하증설벽체의 경우 동등 지하실 규모의 통상적인 지하벽체보다 두께를 100~200mm 정도 절감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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