[논문]수치해석을 이용한 기존 피해 보강토 옹벽의 보강에 관한 사례 연구

원명수; 란쿠얀크리스틴; 최정호; 하양성

doi:10.12814/jkgss.2020.19.1.075

수치해석을 이용한 기존 피해 보강토 옹벽의 보강에 관한 사례 연구
A Case Study on the Reinforcement of Existing Damaged Geogrid Reinforced Soil Wall Using Numerical Analyses 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.19 no.1, 2020년, pp.75 - 82

원명수 (Dept. of Civil Engineering, Kunsan National University) , 란쿠얀크리스틴 (Dept. of Civil and Environmental Engineering, Kunsan National University) , 최정호 (Dept. of Facility, Jeollabukdo office education) , 하양성 (Busan Regional Ministry of Land, Infrastructure and Transport)

초록
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보강토 옹벽이 붕괴되는 사례가 종종 발생되면서, 붕괴된 옹벽의 보강 및 복구에 대한 사회적인 관심은 날로 커지고 있으나 이에 대한 연구는 미미한 경향이 있다. 이와 같은 배경 아래, 본 연구에서는 Plaxis 2D프로그램을 이용한 일련의 수치해석을 수행하여 설계부실로 전면블록의 전도와 배면 침하 피해가 발생된 기존 보강토 옹벽을 복구할 수 있는 방안에 대한 사례연구를 수행하였다. 복구방안으로는 기존 피해 보강토 옹벽에 쏘일네일링과 보강콘크리트(RC) 전면벽체를 보강하는 방안(Case 1)과 기존 피해 보강토 옹벽을 제거하고 재시공하는 방안(Case 2)으로 검토하였다. 보강토 옹벽의 내적안정검토결과는 파단에 대해서는 Case 1이 Case 2보다 크고 인발에 대해서는 Case 2가 Case 1보다 안전율이 크게 나타났다. 수치해석에 의한 외적거동과 전단강도감소법에 의한 전체사면안정 안전율은 Case 1이 Case 2보다 안정적으로 나타났다. 본 연구에서는 보다 안정적인 외적거동을 나타내는 Case 1로 기존 피해 보강토 옹벽을 보강하도록 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

There have been often cases of collapse for geogrid reinforced soil (GRS) retaining wall. Hence, social interest in the reinforcement and restoration of the collapsed GRS wall is increasing day by day. However, there are only few researches. For this reason, a series of numerical analyses using the Plaxis 2D program was conducted in this study to analyze the suitable reinforcement methods that can be applied on the existing damaged GRS wall caused by overturning of the modular blocks facing and the surface settlement at the backfill as the results from the design failure. The restoration plan used in this study is composed of two cases: (Case 1) soil nailing reinforcement and reinforced concrete (RC) wall facing construction on the existing damaged GRS wall; and (Case 2) removal of the entire damaged GRS wall and then reconstruction. The results on the internal stability of the GRS wall show that Case 1 obtained a greater safety factor than Case 2 for tensile force while Case 2 had a greater safety factor than Case 1 for pullout failures. Case 1 was found to be more stable than Case 2 in terms of the global slope safety by shear strength reduction method and the external deformation behavior by numerical analysis. In this study, the existing damaged GRS wall which was reinforced using Case 1 method shows more stable external behavior.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Damaged GRS wall location plan view
표 Table 1. Basic information of the damaged GRS wall
그림 Fig. 2. Typical cross sectional view of the damaged GRS wall (No. 4+0.0)
그림 Fig. 3. Surface settlement and tensile cracks at the back of the damaged GRS wall
그림 Fig. 4. Overturning of the damaged GRS wall facing
그림 Fig. 5. Typical cross sectional view of rehabilitation methods
표 Table 2. Rehabilitation methods of the damaged GRS wall
표 Table 3. Internal stability of the GRS wall (H=9.7m)
그림 Fig. 6. Case 1: Modeling of the rehabilitation method using soil nailing and RC facing without backfill excavation
그림 Fig. 7. Case 2: Modeling of the rehabilitation method by reconstruction of GRS wall with backfill excavation
표 Table 4. Material properties of soil and wall facing
그림 Fig. 8. Total displacements at Case 1 and Case 2 after surcharge load of 20kPa
그림 Fig. 9. Horizontal displacement at the wall facing of Case 1 and Case 2 after surcharge load
그림 Fig. 10. Global slope stability at Case 1 and Case 2 after surcharge load
그림 Fig. 11. Existing damaged GRS wall reinforcement by Case 1 method

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Plaxis 2D프로그램을 이용하여 전단강도 감소기법에 의한 보강토 옹벽의 전체사면 안정성을 검토하였다. Fig.
본 연구에서는 설계부실로 인해 배면침하 및 전면블록의 전도피해가 발생된 보강토 옹벽의 보강방안에 대해 일련의 수치해석을 수행하였다. 보강으로는 기존 피해 옹벽에 쏘일네일링을 보강하고 RC 전면벽체를 구축하는 방법(Case 1)과 기존 피해 옹벽을 제거하고 재시공하는 방법(Case 2)으로 검토하였다.
수치해석 결과를 근거로 피해 옹벽 복구에 적용한 사례를 소개하여 향후 피해 옹벽 복구 및 노후화된 옹벽의 유지관리에 유용한 자료를 제공하고자 한다.

가설 설정

그리고, 지오그리드와 쏘일네일링은 축 강성으로 인장력만 고려하였다. 지층의 구분은 편의상 일률적으로 지오그리드 보강토체는 뒤채움 흙 그리고 그 외의 지반은 원지반으로 가정하였다. 수치해석에 사용된 지반정수는Table 4에 정리하였다.

제안 방법

(6) 따라서, 본 연구에서는 옹벽의 외적 변형거동과 전체사면안정에서 보다 안정적인 거동을 나타내는 Case 1로 기존 피해 보강토 옹벽을 보강하도록 하였다.
본 연구에서도 Table 2와 Fig. 5에 나타낸 바와 같이 쏘일네일링과 RC 전면벽체를 보강하는 안과 피해 보강토 옹벽제거 후 재시공하는 방법으로 배면침하와 전면블록에서 전도피해가 발생된 보강토 옹벽의 복구방법을 검토하였다. 여기서, Case1은 기존 피해 보강토 옹벽에 쏘일네일링을 보강하고 RC전면벽체를 구축하는 방법 그리고 Case 2는 기존 피해 보강토 옹벽을 제거하고 보강토 옹벽으로 재시공한 경우를 의미한다.
Case 1의 경우는 기존 피해 옹벽 상태 → 쏘일네일링 보강 → RC 전면벽체 구축 → 상재하중재하, Case 2는 기존 피해 옹벽 상태 → 기존 피해 옹벽 제거 → 옹벽 재시공 → 상재하중재하 단계로 시뮬레이션 하였다.
따라서, 본 연구에서는 수치해석 결과를 근거로 기존 피해 보강토 옹벽에 추가로 쏘일네일링을 보강하고 RC 전면벽체를 구축하여 전도피해가 발생된 기존 피해 옹벽을 Fig. 5(a)와 같이 보강하도록 제안하였다.
모델링은 실제 시공조건을 재현하도록 단계별로 시뮬레이션 하였다. Fig.
본 연구에서는 설계부실로 인해 배면침하 및 전면블록의 전도피해가 발생된 보강토 옹벽의 보강방안에 대해 일련의 수치해석을 수행하였다. 보강으로는 기존 피해 옹벽에 쏘일네일링을 보강하고 RC 전면벽체를 구축하는 방법(Case 1)과 기존 피해 옹벽을 제거하고 재시공하는 방법(Case 2)으로 검토하였다. 재시공한 보강토 옹벽(Case 2)에서 지오그리드의 길이는 9.
본 연구에서는 Case 1과 Case 2에 대해 수치해석을 수행하여 보다 안정적인 외적거동을 나타내는 안을 적용하여 기존 피해 보강토 옹벽을 복구하도록 하였다.
이와 같은 배경 아래, 본 연구에서는 피해가 발생된 보강토 옹벽에 대해 쏘일네일링과 보강콘크리트 전면벽체로 복구하는 안과 피해 보강토 옹벽 제거 후 재시공하는 하는 안에 대해 Plaxis 2D를 이용하여 일련의 수치해석을 수행하였다.
재시공한 보강토 옹벽(Case 2)에서 지오그리드의 길이는 9.7m로 기존 피해 보강토 옹벽에서의 3.5∼4.3m보다 약 2.5배 길게 포설하여 인발에 대해 충분히 안정하도록 하였다.

대상 데이터

가시설은 H-Pile+토류판으로 추정되나 앵커의 설치와 옹벽 구축과정에서의 제거여부는 명확하지 않고, 옹벽 저부로부터 가시설 상단까지의 높이는 4.4m이다.

이론/모형

원지반과 뒤채움 흙은 Mohr-Coulomb모델을, RC 전면 벽체와 모르타르 전면블록은 Linear elastic 모델을 적용하였다. 그리고, 지오그리드와 쏘일네일링은 축 강성으로 인장력만 고려하였다.

성능/효과

(1) 기존 보강토 옹벽의 배면 침하와 전면블록의 전도 피해는 지오그리드 길이를 옹벽 높이의 36∼44%인 3.5∼4.3m로 짧게 배치한 설계부실에 기인된 것으로 추정된다.
(2) 내적안정검토 결과, 기존 피해 보강토 옹벽의 경우는 파단과 인발에 대해 설계기준을 충족시키지 못하는데 비해, Case 1과 Case 2는 모두 파단과 인발에 대해 안정한 것으로 나타났다.
(3) 수치해석 결과 최대변위벡터는 Case 1의 경우는 11.80mm, 그리고 Case 2는 98.93mm로 나타났다.
(4) 기존 피해 보강토 옹벽 보강 직후와 배면에 20kPa 재하 후 전면벽체에서의 최대수평변위의 경우 Case 1에서는 각각 3.81mm와 9.46mm, 그리고 Case 2에서는각각 45.91mm와 51.31mm로 나타났다.
그 결과 옹벽 높이의 중간에서 지오그리드 보강재의 수직간격은 1.2m로 과도하게 이격되었고, 옹벽 상부의 지오그리드는 주동영역에 배치되어 인발파괴에 대한 설계기준을 충족시키지 못하게 되었다.
10은 Case 1과 Case 2의 옹벽 배면에 20kPa의 하중이 재하된 경우의 전체사면 안전율을 나타내고 있다. 기존 피해 보강토 옹벽에 추가로 쏘일네일링을 보강하고 RC 전면벽체를 구축한 Case 1에서의 안전율은 2.263 그리고 기존 피해 보강토 옹벽을 제거하고 재시공한 Case2의 경우는 안전율이 2.045로 나타났다. 기존 피해 보강토 옹벽에 추가로 보강한 쏘일네일링과 RC 전면벽체의 효과에 의해 Case 1에서의 안전율이 Case 2에서 보다 크게 나타난 것으로 판단된다.
파단에 대해서는 Case 1이 Case 2보다 안전율이 크고, 인발에 대해서는 Case 2가 Case 1보다 안전율이 크게 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	보강토 옹벽은 어떻게 구성되는가?	보강토 옹벽은 보강재, 전면벽체 그리고 뒤채움 흙 등 크게 3가지로 구성된다. 보강토 옹벽은 보강재의 종류와 전면벽체의 형식에 따라 다양한 형태로 분류되고, 기존 보강콘크리트 옹벽에 비해 시공의 간편성과 미적인 우수성으로 인해 일반화 되고 있다.
	보강토 옹벽의 복구방법으로 일반적으로 적용되고 있는 방법은 무엇인가?	보강토 옹벽의 시공공정은 단순하지만, 준공 후로부터 사용중 피해가 발생하게 되면 보강 및 복구가 곤란하고, 복구공사 규모가 커지는 경향이 있다. 일반적으로 피해 보강토 옹벽의 복구 방법으로는 재시공(Hong et al., 2016)과 쏘일네일링과 RC 전면벽체를 보강하는 안(Kim et al., 2013; Won et al., 2012) 등이 적용되고 이다. 본 연구에서도 Table 2와 Fig.
	보강토 옹벽이 기존 보강 콘크리트 옹벽에 비해 가지는 장점은 무엇인가?	보강토 옹벽은 보강재, 전면벽체 그리고 뒤채움 흙 등 크게 3가지로 구성된다. 보강토 옹벽은 보강재의 종류와 전면벽체의 형식에 따라 다양한 형태로 분류되고, 기존 보강콘크리트 옹벽에 비해 시공의 간편성과 미적인 우수성으로 인해 일반화 되고 있다. Do et al.

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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