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제안 방법
- 계측은 2001년 6월 29일 초기계측을 실시한 이후 2001년 9월 27일까지 약 3개월간 실시하였다. 초기 1개월 동안은 1주에 1회 간격으로 계측을 실시하였으며, 이후 2개월 동안은 불규칙하게 계측을 실시하였다.
- 계측은 2002년 1월 12일 초기계측을 실시한 이후 2002년 7월 11일까지 약 6개월간 실시하였으며, 초기 2개월 동안은 1~2주에 1회 간격으로 계측을 실시하였으며, 이후 4개월 동안은 간헐적으로 계측을 실시하였다.
- 변성암 지반에서 점착력 증가량에 따른 탄성계수 증가량을 정량적으로 추정하기 위해 화성암 지반과 유사하게 지반의 점착력 증가량을 각각 세분하여 가정하고 탄성계수를 역해석에 의해 산정된 원지반의 탄성계수를 토대로 다시 2배~6배로 증가시키면서 각각의 경우에 대하여 3차원 유한요소해석을 실시하여 FRP파일에 작용하는 인장응력을 계산하였다. 이 해석결과를 도면에 도시하여 추세선 방정식을 유추하고, 유추한 방정식을 이용하여 FRP파일의 최대 계측응력 193.
- 본 기술은 기존의 대표적인 사면보강공법인 Rock Bolt 공법이나 Soil Nailing 공법 등과 달리 이형철근 대신에 FRP소재의 고강도 파일을 사용하며 원 지반을 천공한 후 FRP파일을 지질조건에 따라 적절한 간격으로 배열 . 설치하고 천공홀 내부는 실링재로 밀실하게 충전한다.
- 각각의 현장을 대상으로 수행되었다. 사면보강에 설치된 이형철근과 FRP파일에 작용하는 인장응력에 대하여 현장계측 및 3차원 유한요소해석을 실시하였다. 현장계측 및 수치해석에 의해 가압식 마이크로파일로 보강된 사면의 점착력 증가량에 따른 탄성계수 증가량을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 사면에 설치된 FRP파일과 이형철근에 광섬유 격자센서를 부착하여 2000년 7월 3일 초기계측을 실시한 이후 2000년 10월 29일까지 평균적으로 3일에 1회 빈도로 실시하였다.
- 점착력 증가량에 따른 탄성계수 증가량을 평가하기 위하여 기존 연구(권오엽 등, 2000)에서 제안된 보강재 설치간격에 따른 지반의 점착력 증가량을 각각 세분하여 가정하고 역해석에 의해 산정된 원지반 탄성계수(3, 300t/M)를 토대로 다시 2배~6배로 증가시키면서 각각의 경우에 대하여 3차원 유한요소 해석을 실시하여 FRP파일에 작용하는 응력을 산정하였다.
- 점착력 증가량에 따른 탄성계수 증가량을 평가하기 위해 퇴적암 지반과 유사하게 지반의 점착력 증가량 각각 세분하여 가정 하고 탄성 계수를 역해석 에 의 해 산정된 원지 반의 탄성 계수를 토대로 다시 2배~ 6 배로 증가시키면서 각각의 경우에 대하여 3차원 유한요소해석을 실시하여 FRP파일에 작용하는 응력을 계산하였다. 이 해석결과를 도면에 도시하여 추세선 방정식을 유추하고, 유추한 방정식을 이용하여 FRP 파일의 최대 계측응력 117.
- 지반거동 계측을 위한 계측기는 진동현식 스포트 용접형 변형률계(Model 1210)를 사용하였으며, 보강재 위치별 응력 및 변형률을 측정하기 위하여 FRP파일(C.T.C=2.0mX2.0m, L=4)의 3개소에 총 9개의 계측센서를 부착하였으며, 이형철근(SD35, D25, L=4) 2개소에 대해서도 총 6개의 계측 센서를 부착하여 계측을 실시하였다.
- 있다. 지반거동 계측을 위한 계측기는 진동현식 스포트 용접형 변형률계(Model 1210)를 사용하였으며, 보강재 위치별 응력 및 변형률을 측정하기 위하여 가압식 마이크로파일(C.T.C=2.0mX2.0m, L=6)의 FRP 파일 2개소에 총 6개의 계측센서를 부착하였으며, 가압그라우팅 영향권 밖에 위치한 2개소의 이형철근 (C.T.C =2.0mX2.0m, L=6)에 대해서도 총 6개의 계측 센서를 부착하여 계측을 실시하였다.
- 초기 1개월 동안은 1주에 1회 간격으로 계측을 실시하였으며, 이후 2개월 동안은 불규칙하게 계측을 실시하였다.
- 사면보강에 설치된 이형철근과 FRP파일에 작용하는 인장응력에 대하여 현장계측 및 3차원 유한요소해석을 실시하였다. 현장계측 및 수치해석에 의해 가압식 마이크로파일로 보강된 사면의 점착력 증가량에 따른 탄성계수 증가량을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 현지암반을 대표할 수 있는 탄성계수는 현장계즉 결과를 토대로 유한요소해석을 실시하여 역으로 추정하였다. 즉, 탄성계수를 매개변수로 하는 3차원 유한요소해석을 반복수행하여 사면에 설치된 이형철근에 발생하는 인장응력을 계산하고 각각의 탄성계수와 수치해석으로 계산되는 이형철근에 작용하는 응력과의 상관관계로부터 유추한 추세선 방정식에 의해 절 토사 면에 설치된 이형철근에서 현장 계측된 최대 인장응력 483kgf/雨에 대응하는 탄성계수로 결정한 원지반의 탄성계수는 3, 300tonf/M으로 추정되었다.
대상 데이터
- 이 논문은 절취사면에 그라우트를 중력식으로 채움하는 Rock Bolt공법이나 Soil Nailing공법으로 보강한 사면과 가압식 마이크로파일로 보강하여 안정성을 확보한 퇴적암, 화성암 및 변성암이 기반암으로 분포하는 각각의 현장을 대상으로 수행되었다. 사면보강에 설치된 이형철근과 FRP파일에 작용하는 인장응력에 대하여 현장계측 및 3차원 유한요소해석을 실시하였다.
- 현장은 경상북도 칠곡군에 위치한 경부고속도로 확장공사 구간 내 절토사면으로 원 지형을 토사층 1:1.2, 풍화암층 1:1.0~1:0.7, 연암 1:0.5의 구배로 절취하고 층리 및 절리가 발달하여 사면의 안정성이 문제가 되는 구간을 대상으로 가압식 마이크로파일(C.T.C=2.0mX2.0m, L=8.0m), Rock Bolt (C.T.C.=2.0mX2.0m, L= 6.0m, 10.0m)를 지반조건에 따라 시공하여 안정성을 확보한 사면이다. 절토사면의 지질은 경상분지 퇴적암분포지역에 위치하여 주로 층리가 발달한 사암 및 셰일이 기반암으로 분포하며, 기반암에 발달한 층리의 주향은 N33°~57°E가 우세하며 경사는 대체로 6~17°SE이며, 이들 층리면과 교차하는 3조의 절리의 주향/경사는 N79°W/88°NE, N76°W/34°NE 및 N11°E/81° SE로 조사되었다.
이론/모형
- 절취사면의 모형은 3차원의 Solid Element인 Mohr-Coulomb의 탄소성 모델을 적용하였으며, 절취 사면 보강공법에 설치되는 각각의 보강재는 이형철근의 경우 SD30 D25mm 및 SD40 D29mm, FRP 파일은 내경 37mm, 두께 5mm의 Frame Element로 모델링하였다. 원 지반에 대한 점착력, 내부마찰각 및 단위 중량은 사면안정검토 시 적용한 표 1의 값을 사용하였으며, 풍화암층 및 연암지반의 Poisson 비는 수치해석에 일반적으로 사용되는 값인 0.
- 지반거동 계측을 위한 계측기는 광섬유 브래그 격자센서(Fiber Bragg Grating sensor, FBG sensor)를 이용하였으며, 총 5개의 FRP파일과 5개의 Rock Bolt공법의 이형철근에 각각 30개의 광섬유 격자 센서가 부착되어 보강사면에 설치되 었다(김성환 등, 2000).
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