[논문]지반보강용 고강도 강관을 이용한 SP-록볼트와 SP-네일의 현장시험 사례

한진규; 유용선; 김시년; 안동욱; 정상현

문제 정의

이러한 고강도 강관 지반보강재는 항복강도 800MPa 이상의 고품질 강재를 이용하여 경량화를 이룸과 동시에 경제성을 확보할 수 있어, 향후 사용이 증가할 전망이다. 여기에서는 현장인발 시험을 통해 록볼트와 소일네일의 이형봉강을 고강도 강관 제품으로 대체하여 적용할 경우의 현장 적용성을 확인하고자 하였다.

제안 방법

기존의 이형봉강을 사용하는 록볼트와 소일네일과 비교하여, STG800 강관을 사용하는 SP-록볼트와 SP-네일의 성능을 확인하고자 현장 인발시험을 수행하였다. 시험은 2018년 동해선 ○○차량기지 건설공사 중 사면을 대상으로 이형봉강 록볼트(연장 4m) SP-록볼트(4m)를 각 2공씩 시공하였으며, 이형봉강 소일네일(6m) 2공과 SP-네일 6m 2공, 4m 2공을 시공하고, 설계 내력의 125%까지 인발을 하여 이형봉강과 SP-록볼트와 SP-네일 제품의 성능을 비교하였다(그림 5, 표 5).
천공 후 록볼트 및 소일네일 삽입 하였으며, 삽입 전 검사를 통해 공 내부에 이물질이 있는 경우 압축공기 등을 이용해 청소를 실시하였다. 록볼트 및 소일네일 삽입 후 정착재를 주입하였는데, 이형봉강의 경우 강재와 공벽 사이로 주입이 이루어졌으며, 강관제품은 강관을 주입관으로 이용하여 100~500kPa의 압력으로 주입을 실시하였다. 각 시험체의 인발시험은 시공이 완료된 날로부터 10일 후에 실시하였다.
기존의 이형봉강을 사용하는 록볼트와 소일네일과 비교하여, STG800 강관을 사용하는 SP-록볼트와 SP-네일의 성능을 확인하고자 현장 인발시험을 수행하였다. 시험은 2018년 동해선 ○○차량기지 건설공사 중 사면을 대상으로 이형봉강 록볼트(연장 4m) SP-록볼트(4m)를 각 2공씩 시공하였으며, 이형봉강 소일네일(6m) 2공과 SP-네일 6m 2공, 4m 2공을 시공하고, 설계 내력의 125%까지 인발을 하여 이형봉강과 SP-록볼트와 SP-네일 제품의 성능을 비교하였다(그림 5, 표 5).
천공은 록볼트의 경우 45mm로, 소일네일은 105mm 천공이 이루어졌다. 천공 후 록볼트 및 소일네일 삽입 하였으며, 삽입 전 검사를 통해 공 내부에 이물질이 있는 경우 압축공기 등을 이용해 청소를 실시하였다. 록볼트 및 소일네일 삽입 후 정착재를 주입하였는데, 이형봉강의 경우 강재와 공벽 사이로 주입이 이루어졌으며, 강관제품은 강관을 주입관으로 이용하여 100~500kPa의 압력으로 주입을 실시하였다.

대상 데이터

SP-록볼트는 25.4mm(D)×3.6mm(t)×4m(L) 제품이 사용되었고, SP-네일의 경우 31.8mm(D)×3.7(t)×6m와 4m 제품이 각각 사용되었다.
시험에 사용된 이형봉강은 시험 당시 현장에서 사용되고 있던 항복강도 350MPa 이상의 SD350 강재가 사용되었으며, 록볼트에는 D25×4m 이형봉강이, 소일네일에는 D29×6m 이형봉강이 사용되었다.
사용된 제품은 표 5에 나타내었다. 시험에 사용된 정착재는 이형봉강과 고강도 강관 제품 모두 페이스트 타입의 고강도 정착재인 ChemiFix 제품을 사용하였다.

성능/효과

고정구 및 정착재 주입을 위한 주입마개 등으로 구성되어 있다. SP-록볼트의 가장 큰 특징은 포스코의 항복강도 800MPa 이상의 고강도 강판제품(PosH690)을 이용하여 만든 STG800 규격의 강관을 사용하여 기존의 록볼트 대비 약 50% 경량화를 이뤄 시공성 및 안정성이 향상되었으며, 강관 자체가 정착재 주입관으로 사용되어 정착재가 완전히 충진되어 인발 저항성을 확실히 확보할 수 있다는 점이다.
설계내력의 125%까지 인발을 진행한 현장 시험결과, 록볼트와 소일네일 모두 정착부의 파괴나 비정상적인 변형은 관찰되지 않았으며, 모두 설계내력의 125% 이상의 인발내력을 확보하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 이번 현장시험을 통해서는 이형봉강과 STG800 강관을 이용한 제품의 차이를 확인할 수 없었다(표 6, 그림 7).
사면에 대한 현장시험을 통해 기존에 사용되는 이형봉강과 고강도 강재를 이용한 SP-록볼트와 SP-네일의 성능차이가 없음을 확인하였다. 오히려 약 30~50%에 이르는 경량화에 따른 작업성과 안전성이 증가될 것으로 기대되었으며, 동시에 경제성도 확보가 가능하다.
설계내력의 125%까지 인발을 진행한 현장 시험결과, 록볼트와 소일네일 모두 정착부의 파괴나 비정상적인 변형은 관찰되지 않았으며, 모두 설계내력의 125% 이상의 인발내력을 확보하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 이번 현장시험을 통해서는 이형봉강과 STG800 강관을 이용한 제품의 차이를 확인할 수 없었다(표 6, 그림 7).
사면에 대한 현장시험을 통해 기존에 사용되는 이형봉강과 고강도 강재를 이용한 SP-록볼트와 SP-네일의 성능차이가 없음을 확인하였다. 오히려 약 30~50%에 이르는 경량화에 따른 작업성과 안전성이 증가될 것으로 기대되었으며, 동시에 경제성도 확보가 가능하다. STG800 고강도 강관의 강재 자체의 단가는 약 40~50% 정도 비싸지나, 소요되는 강재의 중량이 줄어들어 10% 가량 가격경쟁력을 확보할 수 있다.

후속연구

록볼트의 경우, 상향 천공에 의해 정착재의 그라우팅 문제가 불거질 우려가 크나, SP-록볼트는 정착재가 선단부부터 주입되어 안에서부터 채워지게 되므로 정착재의 그라우팅에 의한 시공품질의 불확실성을 제거할 수 있다. 다만 이번 현장시험은 사면에서 진행된 관계로 정착재 그라우팅과 관련한 기존 이형봉강과의 차이점은 확인할 수 없었으나, 신형강등(2017)에 의하면 SP-록볼트가 보다 안정적인 품질을 보일 것으로 기대할 수 있으리라 보여진다.
이러한 결과로 미루어 보아 기존의 이형봉강을 사용하는 록볼트 및 소일네일 현장에 대해 SP-록볼트 및 SP-네일을적용하여도 사용상에 전혀 문제가 없을 것으로 판단된다 하겠다.
최근 ‘KS D 3872 지반보강용 강관’ 규격이 제정되고, 이를 이용한 록볼트, 소일네일 및 CIP 말뚝에 사용되는 강관망이 개발되어 고품질의 고강도 강관을 이용한 지반보강재의 활용이 이루어지고 있다(포스코, 2019). 이러한 고강도 강관 지반보강재는 항복강도 800MPa 이상의 고품질 강재를 이용하여 경량화를 이룸과 동시에 경제성을 확보할 수 있어, 향후 사용이 증가할 전망이다. 여기에서는 현장인발 시험을 통해 록볼트와 소일네일의 이형봉강을 고강도 강관 제품으로 대체하여 적용할 경우의 현장 적용성을 확인하고자 하였다.

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