[논문]앵커 시공 간격에 따른 비탈면 안전율 변화 연구

김진환; 이종현; 권오일; 김우석

doi:10.9720/kseg.2020.4.515

초록
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비탈면 설계 단계에서 안전율이 설계기준에서 제시하고 있는 안전율을 확보하지 못할 경우, 앵커를 시공하여 안전율을 확보하게 된다. 안정해석을 통해 앵커의 비탈면 보강 효과를 검증하고 있으나 이 과정에서 앵커 시공 간격은 대부분 등간격으로 가정하여 해석을 한다. 경제적이면서 효과적인 비탈면 보강을 위해 안정해석 대상 비탈면 내에서 앵커 시공 간격을 조정한 안정해석이 필요하다. 본 연구에서는 앵커 시공 간격이 비탈면의 안전율 변화에 미치는 영향을 파악하였다. 이를 위해 가상의 2소단 비탈면을 설정하고 앵커 시공 간격을 다르게 하여 안정해석을 수행하였다. 해석 결과, 비탈면의 상단면, 중단면, 하단면에 동일한 간격으로 앵커를 시공한 경우 보다 하단면 앵커 간격을 좁게하고 상단면, 중단면의 앵커 간격을 넓게 경우에 비탈면의 안정성을 확보하면서도 약 15%의 앵커 물량을 절감하는 결과가 나타났다. 이는 동일한 간격으로 앵커보강을 하기 보다는 비탈면 특성에 맞게 앵커 시공 간격을 다르게 하는 것이 경제적이면서 효과적인 보강효과가 있음을 의미한다.

Abstract ▼ AI-Helper

If the safety factor does not secure the safety factor suggested in the design standard at the slope design stage, the safety factor is secured by installing an anchor. Stability analysis is used to verify the effect of reinforcing the slope of the anchor, but in this process, most of the anchor con...

If the safety factor does not secure the safety factor suggested in the design standard at the slope design stage, the safety factor is secured by installing an anchor. Stability analysis is used to verify the effect of reinforcing the slope of the anchor, but in this process, most of the anchor construction intervals are assumed to be equal and analyzed. For economical and effective slope reinforcement, stability analysis is required by adjusting the anchor construction interval. In this study, the effect of the anchor construction interval on the change of the safety factor of the slope was identified. Stability analysis was performed by setting a virtual slope with two berms and different anchor construction intervals. As a result of the analysis, the stability of the slope is secured when the anchor spacing of the lower surface is narrowed and the anchor gaps of the upper and middle surfaces are wider than when anchors are installed at the same intervals on the upper, middle, and lower surfaces of the slope. The result was a 15% reduction in the amount of anchors. This means that, rather than reinforcing anchors at the same intervals, it is economical and effective to have an economical and effective reinforcement effect to vary the anchor construction intervals according to the slope characteristics.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Slope with anchors installed at equal intervals.
표 Table 1. Domestic anchor construction standards
그림 Fig. 2. Slope analysis cross section of this study.
표 Table 2. Slope size and ground properties conditions
표 Table 3. Anchor construction conditions
그림 Fig. 3. Results of slope stability analysis for Case 1 (left) and Case 6 (right).
그림 Fig. 4. Results of slope stability analysis for Case 3 (left) and Case 8 (right).
표 Table 4. Results of slope stability analysis
그림 Fig. 5. Safety factor according to the quantity of anchors.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 비탈면 안정해석을 통해 앵커시공 간격 조건에 따라 안전율 변화를 검토하였다. 이를 위해 높이 30m, 경사 55°, 2개의 소단을 갖는 가상의 사질토 비탈면을 설정하였고 앵커 시공 간격을 다르게 하여 안정해석을 수행하였다.
본 연구에서는 앵커 시공 간격이 비탈면의 안전율에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 2개의 소단을 갖는 비탈면에 앵커 시공간격을 여러 가지로 가정하여 안정해석을 수행하였다.
이를 위해 높이 30m, 경사 55°, 2개의 소단을 갖는 가상의 사질토 비탈면을 설정하였고 앵커 시공 간격을 다르게 하여 안정해석을 수행하였다. 시공 간격이 다른 비탈면에서 산출된 안전율을 비교하였으며 이를 통해 동일한 간격으로 시공되고 있는 앵커 시공의 문제점에 대해서 논의하였다.

가설 설정

앵커 시공시 하단면을 보다 촘촘히 보강할 경우에 앵커 시공 물량을 절감할 수 있을 것이라는 결과가 모든 비탈면에 적용될 수는 없을 것이다. 본 연구는 균질한 지반조건을 갖는 비탈면을 가정하여 진행하였기 때문에 비탈면 형상 및 지반 특성이 다양할 경우에는 다른 결과가 나타날 수 있다. 특히, 기반암과 풍화토로 구성된 지질 조건에서는 지질경계 위치에 따라 안정해석 파괴면의 위치와 깊이가 달라질 수 있기 때문에 이번 연구 결과와 차이가 있을 수 있다.
안정해석에 사용한 앵커시공 간격 및 앵커의 특성은 Table 3에 나타내었다. 앵커 길이는 15m로 가정하였으며 앵커 간의 간격이 가장 좁은 경우는 1.5m, 가장 넓은 경우는 5.5m로 설정하였다.

제안 방법

보다 적은 물량으로 안전율을 확보할 수 있다면 공사비 절감에 도움을 줄 수 있다. 각각의 법면에 동일 간격으로 앵커를 시공한 경우와 하단면에 보다 촘촘하게 앵커를 시공한 경우를 단순하게 비교하였다.
본 연구에서는 앵커 시공 간격이 비탈면의 안전율에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 2개의 소단을 갖는 비탈면에 앵커 시공간격을 여러 가지로 가정하여 안정해석을 수행하였다. 안정해석 결과를 통해 일률적인 간격으로 앵커를 시공할 경우, 최적의 보강효과를 발휘하가 어렵다는 것을 파악하였으며 최적의 보강효과를 얻기 위해서는 앵커 시공간격을 다르게 하여 안정해석을 하는 것이 타당하다는 결과를 얻었다.
이를 위해 높이 30m, 경사 55°, 2개의 소단을 갖는 가상의 사질토 비탈면을 설정하였고 앵커 시공 간격을 다르게 하여 안정해석을 수행하였다
안정해석을 위한 앵커 시공은 크게 두 가지 경우로 구분하여 진행하였다. 첫 번째는 상단면, 중단면, 하단면에 동일한 간격으로 앵커시공을 하여 안정해석을 하였고(Case 1~Case 5), 두 번째는 각각의 법면에 앵커 시공간격을 다르게 하여 안정해석을 하였다(Case 6~Case 15). Case 6부터 Case 10의 경우에는 하단면에 앵커 간격을 조금 더 촘촘하게 배치하였고 Case 11~Case 15의 경우에는 중단면에 앵커 간격을 촘촘하게 배열하여 안정해석을 수행하였다.

대상 데이터

각각의 해석 Case에 해당하는 안전율과 안전율이 산출될 때 사용한 앵커의 총 개수를 Table 4에 나타내었다. 안정해석에 사용된 앵커의 개수는 최소 9공에서 최대 27공이다. 안정해석 결과 중, 결과를 비교할 만한 동일한 개수의 앵커가 사용된 경우와 안전율이 같게 나타난 경우에 대하여 Fig.

성능/효과

안정해석 결과를 보면, Fig. 3과 같이 앵커 시공시 동일한 앵커 간격으로 비탈면을 보강한 경우보다 하단면에 앵커 간격을 조금 더 촘촘하게 보강하고 상단면과와 중단면에 앵커 간격을 넓게 보강할 경우에 같은 앵커 개수로 보다 높은 안전율을 확보하는 것을 확인 할 수 있다. 또한 Fig.
본 연구에서 검토된 해석 조건에 따르면 1소단 하부 법면 즉 하단면에 앵커 보강을 촘촘히 할 경우에 보강 효과가 극대화되는 것으로 파악되었다. 또한 사용되는 앵커 수도 절감되어 등간격으로 앵커를 시공하는 경우보다 약 15%의 절감효과가 나타나는 것을 알 수 있었다. 연구 결과를 실제 설계에 반영하기 위해서는 좀 더 다양한 조건을 고려한 안정해석 사례 제시 등 추가 연구가 있어야 하며 앵커 간격을 다르게 하여 해석할 수 있도록 비탈면 설계 관련 기준 및 지침 등의 개정이 필요하다.
본 연구에서 검토된 해석 조건에 따르면 1소단 하부 법면 즉 하단면에 앵커 보강을 촘촘히 할 경우에 보강 효과가 극대화되는 것으로 파악되었다. 또한 사용되는 앵커 수도 절감되어 등간격으로 앵커를 시공하는 경우보다 약 15%의 절감효과가 나타나는 것을 알 수 있었다.
이를 위해 2개의 소단을 갖는 비탈면에 앵커 시공간격을 여러 가지로 가정하여 안정해석을 수행하였다. 안정해석 결과를 통해 일률적인 간격으로 앵커를 시공할 경우, 최적의 보강효과를 발휘하가 어렵다는 것을 파악하였으며 최적의 보강효과를 얻기 위해서는 앵커 시공간격을 다르게 하여 안정해석을 하는 것이 타당하다는 결과를 얻었다.

후속연구

또한 사용되는 앵커 수도 절감되어 등간격으로 앵커를 시공하는 경우보다 약 15%의 절감효과가 나타나는 것을 알 수 있었다. 연구 결과를 실제 설계에 반영하기 위해서는 좀 더 다양한 조건을 고려한 안정해석 사례 제시 등 추가 연구가 있어야 하며 앵커 간격을 다르게 하여 해석할 수 있도록 비탈면 설계 관련 기준 및 지침 등의 개정이 필요하다.
특히, 기반암과 풍화토로 구성된 지질 조건에서는 지질경계 위치에 따라 안정해석 파괴면의 위치와 깊이가 달라질 수 있기 때문에 이번 연구 결과와 차이가 있을 수 있다. 하지만 비탈면 설계 및 안정해석 단계에서 동일한 간격의 앵커를 적용하여 안정해석을 수행하는 관행에서 벗어나 비탈면 조건에 따라 앵커 간격을 다르게 적용하는 안정해석 과정을 거친다면 보다 합리적인 설계를 수행할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (12)

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