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현장 잔존긴장력 평가를 통한 리프트오프 시험 방법 개선
Improvement of Lift-off Tests via Field Evaluation of Residual Load in Ground Anchor 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.35 no.5, 2019년, pp.43 - 51  

송민권 (단국대학교 토목환경공학과) ,  박성열 (단국대학교 토목환경공학과) ,  이상래 (한국도로공사 도로교통연구원 안전연구실) ,  조완제 (단국대학교 토목환경공학과)

초록
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현재 국내에서는 비탈면의 안정성 확보를 위해 그라운드 앵커공법을 적용하고 있다. 그라운드 앵커는 시간이 지남에 따라 노후화 및 환경적 영향에 의한 부식, 릴렉세이션, 크립 등으로 긴장력 감소현상이 발생하며, 이로 인해 앵커의 긴장력은 설계앵커력 이하로 감소할 가능성을 내포하고 있다. 이에 국내에서는 정기적인 점검 시 또는 이상 징후가 발생한 앵커를 대상으로 리프트오프 시험을 수행하여 앵커의 잔존긴장력을 확인하고 있으나, 현재 국내 리프트오프 시험기준(국토해양부, 2010)은 수행 및 평가방법이 자세히 명시되어 있지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 선행연구들을 바탕으로 하중 재하 제하 사이클, 하중 증분방법, 긴장재 긴장 방법 등을 고려하여 리프트오프 시험을 수행하였으며 현장에서의 시공성과 시간적 제한을 고려하여 효율적인 리프트오프 시험 및 평가방법 개선안을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

At present, the ground anchor method is commonly applied to securing the slope stability in Korea. The ground anchor is reported to decrease in tensile load due to aging and environmental influences with time such as corrosion, relaxation, creep and so on. In Korea, the lift-off test is performed fo...

주제어

표/그림 (8)

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 문헌연구를 통해 리프트오프 시험결과에 영향을 미치는 변수들을 파악하였으며 이를 기초자료로 활용하여 도로공사 도로교통연구원 내에 기시공된 앵커를 대상으로 여러 조건을 변화시켜 리프트오프 시험을 수행하였다. 시험 결과 분석을 통해 현장에서의 시간적 제약 및 공간적 제약을 고려하여 효율적인 리프트오프 시험방안을 제시하고자 한다.
  • 홍콩 기준(Civil Engineering Department Hong Kong, 1989)의 경우 미국 기준과 유사하게 강연선을 긴장한다는 내용이 명시되어 있고, 추가적으로 재긴장 시 앵커헤드를 긴장할 경우 강연선과 압력차에 의해 과압현상이 일어날 수 있기에 앵커헤드를 긴장하는 방법을 권고하지 않는다는 내용이 명시되어 있다. 따라서 본 연구에서는 현장 리프트오프 시험에서의 긴장 방식에 대한 영향을 확인하기 위하여 국내에서 일반적으로 사용되는 긴장재를 인장하는 방식과 앵커 헤드를 직접 인장하는 방식을 현장시험에 적용하여 잔존긴장력과 초기기울기를 비교하였다.
  • 본 연구에서는 1 사이클 이후의 하중-변위 곡선이 인장재의 탄성거동을 보다 정확하게 대표하는 것을 확인하였으며 사이클이 증가하여도 잔존긴장력의 평가는 유사함을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 현장에서의 시간적 제약을 고려하여 2 사이클의 하중 재하 및 제하방법을 제안하고자 한다.
  • 5 사이클, 2 사이클, 5 사이클의 하중재하 및 제하를 수행한 결과 1 사이클 이후의 하중변위 곡선이 인장재의 탄성 거동을 보다 정확하게 대표하였으며 사이클이 증가하여도 잔존긴장력의 평가는 유사함을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 현장에서의 시간적 제약을 고려하여 2사이클의 하중 재하 및 제하방법을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 도로공사 도로교통연구원 내에서 수 한 리프트오프 시험결과를 바탕으로 Fig. 6과 같이 리프트오프 시험의 수행방안과 평가방법을 제안하고자 한다.
  • 본 연구에서는 현장에서의 시간적 및 공간적 제약을 고려하여 효율적인 리프트오프 시험방안을 제시하고자 도로공사 도로교통연구원 내에 기시공된 앵커를 대상으로 리프트오프 시험을 수행하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
  • 본 절에서는 리프트오프 시험을 통하여 잔존긴장력을 평가하는 방법에 관하여 국내외 문헌을 조사하였다. 국내 기준(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010)에서는 리프트오프 시험을 통하여 하중∼앵커두부변위량 관계를 보통눈금의 그래프용지에 작도하여 초기 직선 구간에서의 접선과 변곡점 이후의 직선 구간에서의 접선의 교점으로 잔존긴장력을 구하고, 구한 리프트오프 하중과 설계긴장력을 비교하여 앵커의 안정성을 평가하고 있다.
  • 본 절에서는 문헌연구를 통해 국내・외 리프트오프 시험에서의 긴장 방식의 영향에 관하여 확인해 보았다. 국내 기준(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010)의 경우 리프트오프 시험 수행 시 시험에 적합한 긴장용 잭을 앵커에 세팅하여 가압한다는 내용과 재긴장 시 초기긴장력 이상을 낼 수 있는 잭을 앵커헤드에 세팅하여 긴장한다는 내용이 명시되어 있다.
  • 본 절에서는 문헌연구를 통해 국내・외 리프트오프 시험의 하중 재하 및 제하 사이클의 횟수 및 영향에 관하여 확인해 보았다. 국내 기준(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010)과 미국 기준(Sabatini et al.
  • 본 절에서는 문헌연구를 통해 국내・외 리프트오프 시험의 하중 증분 및 하중, 변위 측정간격의 영향에 관하여 확인해 보았다. 국내 기준(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010)의 경우 초기하중을 설계하중의 0.
  • 본 절에서는 문헌연구를 통해 국내・외 리프트오프 시험의 하중재하속도 및 하중유지시간에 대한 영향에 관하여 확인해 보았다. 국내 기준(Ministry of Land, Transport  and Maritime Affairs, 2010)과 일본 기준(Ground Anchor Technology Association, 1997)의 경우 하중재하속도는 인장시험의 하중재하속도에 준하고, 하중유지시간은 특별히 필요하지 않다고 명시되어 있다.
  • 따라서 본 연구에서는 문헌연구를 통해 리프트오프 시험결과에 영향을 미치는 변수들을 파악하였으며 이를 기초자료로 활용하여 도로공사 도로교통연구원 내에 기시공된 앵커를 대상으로 여러 조건을 변화시켜 리프트오프 시험을 수행하였다. 시험 결과 분석을 통해 현장에서의 시간적 제약 및 공간적 제약을 고려하여 효율적인 리프트오프 시험방안을 제시하고자 한다.
  • 추가로 하중이 최대 시험하중에 도달하면 일정 시간하중을 유지한 후 초기하중으로 제하한 뒤, 변위를 측정하도록 제안하였다. 이러한 변위는 소성변위, 기계오차, 정착구파단의 미세 변위 등을 판단할 수 있는 정보를 제공해 줄 것이라고 판단하였다.
  • 또한, 리프트오프 시험은 앵커구조의 특성상 앵커헤드 위에 위치한 긴장재가 절단, 부식, 파손 등으로 인해 하중을 온전히 전달할 수 없는 경우가 발생하며, 이 경우 앵커 헤드를 직접 긴장시킴으로써 리프트오프 시험을 수행하고 있다. 이에 본 연구에서는 긴장재를 긴장시키는 유압장비와 앵커헤드를 직접 긴장시키는 유압장비를 사용하여 긴장 방식에 따른 영향을 확인하였다. Fig.
  • 이에 본 연구에서는 설계하중의 10%에 해당하는 하중을 초기하중으로 재하하도록 제안하고자 하며, 초기하중 이전에 발생한 변위는 데이터 분석에서 제외함으로써 앵커의 성능을 보다 정확하게 파악하고자 한다. 설계하중을 확인할 수 없는 경우 최소 30∼50kN에 해당하는 하중을 초기하중으로 재하한다.
  • 4의 (a)는 앵커헤드의 이격이 발생한 지점, 즉 리프트오프가 발생한 지점이 하나의 점으로 발현되었으나 (b), (c), (d)의 경우 곡선형태로 발현되었음을 확인하였다. 잔존긴장력을 정확하게 측정하기 위해서는 리프트오프가 발생한 부근의 데이터가 중요함으로 본 연구에서는 기존 현장에서 적용하고 있는 하중증분 방법을 세분화하여 제안하고자 한다.
  • 리프트오프 시험은 앞의 문헌연구에서 조사한 바와 같이 하중 재하 및 제하 사이클, 긴장재 긴장방법, 하중 증분방법 등 다양한 조건들에 의해 하중-변위 곡선상 앵커의 거동이 달라지며 이에 따라 평가되는 잔존긴장력은 실제 잔존긴장력과 다소 차이가 발생할 수 있다. 하지만 기존 리프트오프 시험기준은 이와 같은 사항들을 고려하고 있지 않으며, 이에 본 연구에서는 선행연구를 바탕으로 현장에서의 시간적 및 공간적 제한을 고려하여 효율적인 리프트오프 시험 및 평가방법을 제안하고자 도로공사 도로교통연구원 내에서 리프트오프 시험을 수행하였다.
  • 하지만 모든 하중증분을 설계하중의 5%씩 적용하는 것은 시험에 많은 기간이 소요되며 잔존긴장력은 변곡점 부근의 데이터로 평가된다는 점을 고려하였을 때, 변곡점 이전의 하중증분을 큰 폭으로 증가시켜 시험을 효율성을 높이고자 한다. 잔존긴장력은 일반적으로 설계하중보다 낮은 범위에 존재함으로 본 연구에서는 Table 2와 같이 초기하중에서 설계하중의 70%에 해당하는 하중범위에서는 설계하중의 20%, 70%∼100%에 해당하는 범위에서는 설계하중의 5%, 100%∼110%에 해당하는 범위에서는 설계하중의 2%를 증분하도록 제안하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
그라운드 앵커란 무엇인가? 현재 국내에서는 비탈면 구조물의 안정성을 높이기 위해 그라운드 앵커, 네일, 록볼트, 표층개량제 등의 다양한 보강재를 사용하고 있으며 그 중 그라운드 앵커를 가장 널리 사용하고 있다. 그라운드 앵커란 긴장재와 그라우트로 구성된 앵커체에 긴장력을 가하여 지반과 구조물을 일체화시킴으로써 지반의 안정성을 확보하는 공법으로, 앵커의 품질 및 시공성은 지반상태에 따라 큰 영향을 받는다. 비탈면에 그라운드 앵커가 설치된 이후에는 앵커의 내외적인 요인들에 의해 시간이 지남에 따라 긴장력의 감소는 불가피하게 발생하게 되고, 이는 앵커의 정착능력을 저하시킨다.
비탈면에 그라운드 앵커가 설치 된 경우, 정착능력이 저하되는 이유는? 그라운드 앵커란 긴장재와 그라우트로 구성된 앵커체에 긴장력을 가하여 지반과 구조물을 일체화시킴으로써 지반의 안정성을 확보하는 공법으로, 앵커의 품질 및 시공성은 지반상태에 따라 큰 영향을 받는다. 비탈면에 그라운드 앵커가 설치된 이후에는 앵커의 내외적인 요인들에 의해 시간이 지남에 따라 긴장력의 감소는 불가피하게 발생하게 되고, 이는 앵커의 정착능력을 저하시킨다. 따라서 그라운드 앵커의 긴장력 변화를 조사 및 계측하는 것은 매우 중요하다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010).
그라운드 앵커 설계와 관련하여 국내외적으로 갖고 있는 문제점은? 현재까지의 그라운드 앵커 설계에서는 국외 시방에서 제시된 실험값을 토대로 재료의 파단, 그라우트와 지반의 마찰, 그라우트와 긴장재의 부착력만을 고려하였으나, 이는 단기적인 안정성만을 고려한 설계이며 공용기간이 영구적인 그라운드 앵커 설계 시에는 장기적인 거동을 고려하여야 한다. 국내에서는 인발, 인장, 확인, 리프트오프 시험 등을 통해 시공 전후 앵커의 성능을 확인 및 판단하고 있으나 리프트오프 시험의 경우 국내・외 모두 시험방법 및 평가에 관한 기준은 상세히 명시되어 있지 않은 실정이다.
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참고문헌 (10)

  1. British Standards Institution (1989), "British Standard Code of Practice for Ground anchorages", BS 8081. 

  2. Civil Engineering Department Hong Kong (1997), "Model Specification for prestressed ground anchors", Geotechnical Control Office, GEOSPEC1. 

  3. Deutshe Industrie Normen (1990), "Ground Anchorages Design, construction and testing", DIN-4125. 

  4. Fujiwara, Y. and Sakai, T. (2016), "A Study of a Lift-off Test Method for Ground Anchors", Journal of JSCE, Vol.4, pp.106-117. 

  5. Ground Anchor Technology Association (1997), "Design.Construction Guideline for Ground Anchor". 

  6. Kim, N.K. (2001), "Pullout Capacity of Ground Anchors in Weathered Soil", Journal of The Korean Geotechnical Society, Vol.17, No.4, pp.231-239. 

  7. Korea Expressway Corporation (2016), "A Survey on the Application Actual Condition and Establishment of Performance Improvement countermeasure of Permanent Anchor for Ground Reinforcement", In Korean. 

  8. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (2010), "Ground Anchor Design.Construction and Maintenance Manual", In Korean. 

  9. Post Tensioning Institute (1996), "Recommendations for Prestressed Rock and Soil Anchors, 3rd ed", Post Tensioning Institute. 

  10. Sabatini, P.J., Pass, D.G., and Bachus, R.C. (1999), "Geotechnical Engineering Circular NO. 4 Ground Anchors and Anchored systems", U.S Department of Transportation, FHWA-IF-99-015. 

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