[논문]수치해석을 이용한 원지반 부착식 판넬옹벽의 투수성 평가

권용규; 이재원; 황영철; 반호기; 이민재

doi:10.7843/kgs.2021.37.3.43

수치해석을 이용한 원지반 부착식 판넬옹벽의 투수성 평가
Evaluation of Drainage Capacity of Precast Concrete-panel Retaining Wall Attached to In-situ Ground Using Numerical Analysis 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.37 no.3, 2021년, pp.43 - 50

권용규 (충남대학교 토목공학과) , 이재원 (세종 E&C) , 황영철 (상지대학교 스마트건설공학과) , 반호기 (강원대학교 토목공학과) , 이민재 (충남대학교 토목공학과)

초록
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우리나라는 산지가 많은 지형적인 특성으로 도로와 도시 개발에 따라 산지를 굴착하고 옹벽을 설치하는 공사가 매년 증가하고 있다. 특히 Panel식 옹벽은 안정성이 높기 때문에 사용빈도가 높으며, 일반적으로 Bottom-up방식을 사용하고 있다. 하지만 옹벽을 설치하기 위해 1:0.3정도의 기울기로 굴착 후 옹벽을 시공하는 방식인데 이러한 방식은 경사굴착으로 인해 추가 토공처리가 필요하며, 되메움과 다짐불량에 의한 안정성 저하 등의 문제점을 지니고 있다. Top-down방식의 경우 이러한 문제점을 보완할 수 있다. 하지만 Panel을 사면에 부착시키기 위해 사용되는 모르타르로 인해 옹벽과 사면 사이에 불투수층이 생긴다. 따라서 본 연구에서는 가상의 사면에 불투수층을 고려하여 배수시스템들의 역할이 우기시 사면의 안정성에 미치는 영향에 대하여 비교 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

On the construction of new roads, the cut slope is inevitable and thus has been widely applied in the mountainous area. Particularly, the retaining wall with the precast concrete panel is often selected for its higher stability and mostly constructed in bottom-up method. However, the bottom-up method results in steeper slope as 1:0.05 before constructiong retaining wall and thus causes poor compaction at backfill which may induce instability during or after the construction. To overcome this problem, precast concrete panel retaining wall was attached in-situ ground (so called top-down). This paper presents the evaluation of drainage capacity of top-down method which has impermeable layer between panel and mortar being used to increase the ability of attachment of the precast concrete panel.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Cross-sectional diagram
그림 Fig. 2. With or without impermeable layer of pre-cast panel retaining wall
그림 Fig. 3. Construction stage (Top-down)
표 Table 1. Cases for numerical simulations
표 Table 2. Material properties of panel and nail
표 Table 3. Material properties of soils and mortar
그림 Fig. 4. Safety factor with respect to construction phase (Case 1 vs. Case 5)
그림 Fig. 5. Vertical displacement (Case 1 vs. Case 5)
그림 Fig. 6. Vertical displacement (Case 2 vs. Case 6)
그림 Fig. 7. Vertical displacement (Case 3 vs. Case 7)
그림 Fig. 8. Vertical displacement (Case 4 vs. Case 8)
표 Table 4. Safety factor and total deformation

AI 본문요약
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제안 방법

2(a)의 불투수층이 없는 경우와 Fig. 2(b)와 같이 Top-down방식으로 설치하여 불투수층이 있는 경우로 해석을 수행하여 사면의 안정성을 분석하였다. 수치해석에 적용된 강우의 경우 가장 위험하다고 판단되는 강우인 장마철 장기간 강우가 지속되는 상황을 모사하기 위해서 0.
Top-down방식으로 시공 시 모르타르로 의해 발생되는 불투수층으로 인한 사면안정성을 분석하고자 Table 1과 같이 불투수층의 유무에 따른 건기와 우기시, 수평 배수공의 유무 및 Panel 중앙배수공의 유무로 총 8가지의 Case에 대해 해석을 수행하였다. 이때 수치해석에 사용된 Panel과 Nail는 실제현장에서 Panel식 옹벽에 사용되는 제품의 물성치로 Table 2에 나타냈다.
따라서 본 연구에서는 우기시 지표수 침투조건에서 Top-down방식으로 시공 시 발생되는 불투수층으로 인한 사면안정성을 비교분석하고자 불투수층의 유무에 따른 건기와 우기시, 수평배수공의 유무 및 Panel 중앙배수공의 유무로 총 8가지의 Case에 대하여 범용 수치해석 프로그램인 Plaxis 2D를 이용하여 수치해석을 수행하고 안정성을 비교분석하였다.
배수조건은 건설공사 비탈면 설계기준(2020)의 기준에 따라 5m의 수평배수공을 기울기 10°로 설치하였으며, 각 각의 Panel의 하단에 설치하여 사면에서 옹벽 외부로 배수가 되도록 하였다. 또한 배수량을 증가시키기 Panel의 중심부에서도 배수가 되도록 배수공을 모사하였다.
본 연구는 Panel식 옹벽을 Top-down방식으로 시공 시 발생되는 불투수층에 대해 건기와 우기시, 수평 배수공의 설치 유무, Panel 중앙배수공 유무에 대한 안정성 분석을 범용 수치해석 프로그램인 Plaxis 2D를 이용하여 수행하였다. 결론은 다음과 같다.
2(b)와 같이 Top-down방식으로 설치하여 불투수층이 있는 경우로 해석을 수행하여 사면의 안정성을 분석하였다. 수치해석에 적용된 강우의 경우 가장 위험하다고 판단되는 강우인 장마철 장기간 강우가 지속되는 상황을 모사하기 위해서 0.5day동안 0.3059m/day의 강우 강도를 적용하여 수치해석을 수행하였다(Kyu et al., 2020).

대상 데이터

7m 크기의 옹벽을 설치하였다. 보강재의 경우 기존 판넬식 옹벽에 일반적으로 사용되는 SD400, D29 규격의 Nail을 사용하였다. 이때, Nail의 길이는 비탈면 예상활동면의 범위를 고려하여 6m로 결정하였다.
해석 대상사면은 사면의 배수성을 확인하기 위해 가상의 사면을 사용하였다. Fig.

이론/모형

이때, Nail의 길이는 비탈면 예상활동면의 범위를 고려하여 6m로 결정하였다. 배수조건은 건설공사 비탈면 설계기준(2020)의 기준에 따라 5m의 수평배수공을 기울기 10°로 설치하였으며, 각 각의 Panel의 하단에 설치하여 사면에서 옹벽 외부로 배수가 되도록 하였다. 또한 배수량을 증가시키기 Panel의 중심부에서도 배수가 되도록 배수공을 모사하였다.

성능/효과

(1)건기 시일 때 2단 사면(상부) 시공 시 불투수층이 있는 경우보다 불투수층이 없는 경우 안전율이 높게 나타났다. 이는 사면에 Panel을 부착시키기 위해 사용된 모르타르로 인해 하중이 발생하여 초기 안전율이 낮게 나타난 것으로 판단된다.
(2)우기시 배수시설이 없을 때 불투수층이 있는 경우의 안전율은 1.197이며, 불투수층이 없는 경우는 1.735로 불투수층이 없는 경우 안전율이 높게 나타났다. 이는 불투수층이 사면 배수를 방해하여 사면 내의 수압이 높아져 안전율이 낮아진 것으로 판단된다.
(3)우기시 수평배수공이 있을 때 불투수층이 있는 경우의 안전율은 1.848이며, 불투수층이 없는 경우 1.810으로 불투수층이 있는 경우 안전율이 더 높게 나타났다. 이는 배수시설이 없을 때 불투수층으로 인해 지반내부의 수압이 높아지지만 수평 배수공 설치로 인해 배수에는 문제가 없고 오히려 Panel을 부착시키기 위해 사용된 모르타르로 인한 강도 증진 효과에 의해 안전율이 더 높게 나타났다고 볼 수 있다.
(4)우기시 수평배수공과 Panel 중앙배수공이 있을 때 불투수층이 있는 경우 안전율은 1.849이며, 불투수층이 없는 경우 1.823으로 불투수층이 있는 경우 안전율이 더 높게 나타났다. 또한 수평배수공만 설치했을 경우와 비교했을 때 안전율이 미비하나 높아짐을 볼 수 있었다.
810)보다 높게 나타났다. 결과를 Fig. 6과 비교분석한 결과 Case 6의 경우 시공 중 생긴 불투수층으로 인해 높아진 수압 때문에 안전율이 낮아졌지만 Case 7과 같이 수평배수공을 설치하는 경우 수압이 낮아질 뿐만 아니라 오히려 Panel 부착시키기 위해 사용된 모르타르로 인해 강도증가 및 구속효과에 의해 사면 안전율이 증가한 것으로 판단된다. 또한 Case 7의 2단 옹벽의 수직변위량은 ×^으로 Case 3의 변위량인 ×^보다 큰 변위량 발생하였으나, 그 차이가미비하기 때문에 안전에 문제가 없을 것으로 예상된다.
823으로 불투수층이 있는 경우 안전율이 더 높게 나타났다. 또한 수평배수공만 설치했을 경우와 비교했을 때 안전율이 미비하나 높아짐을 볼 수 있었다.
결과는 Table 4에 종합하였다. 표에 나타낸 바와 같이 우기 시일 때, 불투수층이 있으며 배수 시설이 없는 경우(Case 6) 안전율이 가장 낮았으나 배수 시설이 있는 경우(Case 8) 안전율이 가장 높게 나타났다. 이는 Tap-down방식으로 인해 생긴 불투수층은 사면 배수에 문제가 있을 경우 안전에 문제가 발생하지만 배수 시설에 문제가 없을 경우 안전에 문제가 없을 뿐만 아니라 Panel 부착 시 사용된 모르타르로 인해 안전율이 증가하였다.

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원문보기 상세보기
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원문보기 상세보기
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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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