[논문]고무막 패커시스템을 적용한 가압 그라우팅 쏘일네일링 공법의 인발거동 특성

배경태; 최경집; 조국환; 김현정; 김지환

고무막 패커시스템을 적용한 가압 그라우팅 쏘일네일링 공법의 인발거동 특성
The Pull-out Characteristics of Pressurized Grouting Soil Nailing using Rubber Membrane Packer System 원문보기

배경태 (서울산업대학교 건설기술연구소) , 최경집 ((주)지오텍 코리아) , 조국환 (서울산업대학교 건설공학부) , 김현정 (서울산업대학교 건설공학부) , 김지환 (서울산업대학교 건설공학부)

The pressurized grouting soil nailing method using rubber membrane packer system was developed for recycling materials to minimize environmental pollution and reducing construction costs. For this purpose, field pull-out tests were performed to evaluate the characteristics of soil nailing by measuring tensile stresses and axial displacements.

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문제 정의

최근 개발된 발포우레탄을 이용한 가압 그라우팅 방식의 경우 이러한 단점을 보완하고 공기단축 및 인장저항력 증대의 장점이 있으나, 가압 재료의 일회성 사용과 환경오염의 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이를 보완하여 재사용 가능한 고무막 패커를 적용하여 친환경적이며 경비를 절감할 수 있는 가압 그라우팅 쏘일네일링 공법(pressurized grouting soil nailing method using rubber membrane packer system)을 개발하였다. 본 공법은 그라우팅 두부에 설치한 고무막 패커를 팽창시켜 네일 정착부를 완전히 밀폐하고 가압 그라우팅(5~10kgf/cm²)을 실시하여 천공경 확대 및 주변지반으로의 침투로 인한 지반과 쏘일네일링 그라우트체의 마찰저항특성 향상에 따른 인장저항력 증가로 시공성 및 경제성을 증대한 공법이다.
본 연구에서는 일반적으로 사용되는 중력식 및 발포우레탄을 사용하는 가압식 그라우팅 쏘일네일링 공법의 단점을 보완한 고무막 패커시스템을 적용한 가압그라우팅 쏘일네일링공법을 개발하였으며, 중력식과 가압식 쏘일네일공법의 인발거동 특성을 비교하는 현장 인발시험을 수행하였다.

제안 방법

고무막 패커시스템을 적용한 가압 그라우팅 쏘일네일링의 인발거동 특성을 고찰하기 위하여 그림 4.1(a), (b) 6 와 같이 각각 6개소 씩 일반적인 중력식 그라우팅 및 고무막 패커시스템을 적용한 가압 그라우팅 쏘일네일을 사면에 시공하고 인발시험을 실시하였다. 지반 내에서 쏘일네일의 심도별 인장저항력과 축방향변위 등을 측정하기 위하여 강봉에 스트레인게이지를 부착하여 시험을 실시하였다 (그림 4.
본 연구에서 개발된 고무막 패커시스템을 적용한 가압 그라우팅 쏘일네일링의 현장적용성과 정량적 및 정성적 분석을 위하여 일반적인 중력 그라우팅 및 고무막 패커시스템을 적용한 가압 그라우팅 쏘일 네일을 김천시 ○○댐 현장 절토사면에 시공하고 각각 인발시험을 실시하였다. 쏘일네일의 심도별 인발거동 특성을 고찰하기 위하여 강봉에 스트레인게이지를 부착하고 인장저항력과 축방향변위 등을 측정하여 각 공법을 비교, 평가하였다.
본 연구에서 개발된 고무막 패커시스템을 적용한 가압 그라우팅 쏘일네일링의 현장적용성과 정량적 및 정성적 분석을 위하여 일반적인 중력 그라우팅 및 고무막 패커시스템을 적용한 가압 그라우팅 쏘일 네일을 김천시 ○○댐 현장 절토사면에 시공하고 각각 인발시험을 실시하였다. 쏘일네일의 심도별 인발거동 특성을 고찰하기 위하여 강봉에 스트레인게이지를 부착하고 인장저항력과 축방향변위 등을 측정하여 각 공법을 비교, 평가하였다.
중력식 및 가압식 쏘일네일링에 대한 인발시험을 실시하여 각각의 심도별 인발저항특성을 고찰하고 각 공법의 인발저항력과 변형특성을 비교, 고찰하였다.
1(a), (b) 6 와 같이 각각 6개소 씩 일반적인 중력식 그라우팅 및 고무막 패커시스템을 적용한 가압 그라우팅 쏘일네일을 사면에 시공하고 인발시험을 실시하였다. 지반 내에서 쏘일네일의 심도별 인장저항력과 축방향변위 등을 측정하기 위하여 강봉에 스트레인게이지를 부착하여 시험을 실시하였다 (그림 4.1c). 강봉의 길이는 이며 스트레인게이지의 간격은 마다 부착하여 총 개 위치에 부착하였다 그림 4.

성능/효과

(1) 중력식 및 가압식 쏘일네일링 두 경우 모두 대부분의 인발저항을 심도 1m의 지표면 부근에서 발휘하는 것으로 나타났으며, 이로 인해 파괴메커니즘이 네일의 뒷부분까지 전달되지 못하고 대부분 앞부분에서 발현됨을 알 수 있었다.
(2) 가압식 쏘일네일링의 인발저항 특성은 중력식에 비하여 인발저항 능력이 약 24.5% 증가 하였으며, 인발변형 특성은 축방향변위가 약 33.7% 정도 감소하였다.
(3) 가압그라우팅 쏘일네일링인 경우 강봉의 항복응력까지 재하 하였음에도 불구하고 그라우팅과 강봉 그리고 지반의 부착강도가 증가하여 최대 축방향변위가 25mm 이내로 발생하는 것으로 미루어 항복응력이 큰 강봉을 사용한다면 허용 인장저항력을 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.
2(b)의 패커스시템의 몸체는 가압식 그라우팅에 의한 그라우트의 유출을 막기 위해 고무패킹을 팽창시켜 천공홀에 밀착시킨다. 결론적으로, 고무패킹의 팽창은 패커시스템과 지반과의 밀착 및 패커시스템과 이형철근의 밀착의 두 가지 효과를 거둘 수 있다. 그라우트 주입은 그라우트 믹서에서 1개 관으로 주입되며, 압력 측정장치를 통과한 후 3개의 지선으로 분기되어 주입되어진다(그림 3.
2 ton으로 두 경우 모두 대부분의 인발저항을 심도 1m 부근의 지표면 근처에서 발휘되는 것으로 나타났다. 위의 결과를 분석해 보면 쏘일네일링 공법의 인발저항에 가장 중요한 요소인 그라우팅으로 인한 유효경 확대의 영향이 대부분 네일의 저심도에서 나타남을 알 수 있으며, 이로 인해 파괴메커니즘이 네일의 뒷부분까지 전달되지 못하고 대부분 앞 부분에서 발현됨을 알 수 있었다.
4(b)는 인발시험시 가압판에 설치한 다이알게이지를 통해 측정한 쏘일네일의 축방향변위를 비교한 그림이다. 인발저항력은 재 하중 22ton이 작용하는 경우 중력식은 10.4~11.5ton, 가입식은 12.9~13.5ton로 가압식의 인발저항력이 약 24,5% 증가 하였으며, 인발변형 특성은 중력식은 25.0~27.8mm, 가압식은 16.5~18.5mm로 가압식의 경우 중력식에 비하여 변위가 약 33,7% 감소하였다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

쏘일네일링 공법의 단점은 무엇인가?

쏘일네일링 공법은 주로 지하굴착 및 사면보강에 보편적으로 사용되는 공법으로 현장에서 일반적으로 사용되는 중력식 그라우팅은 3~6회 반복주입으로 인한 공동발생 및 충전불량 유효경 감소 및 불연속면 충전 불가 등의 단점이 있다. 최근 개발된 발포우레탄을 이용한 가압 그라우팅 방식의 경우 이러한 단점을 보완하고 공기단축 및 인장저항력 증대의 장점이 있으나, 가압 재료의 일회성 사용과 환경오염의 문제점이 있다.

쏘일네일링 공법이란 무엇인가?

쏘일네일링 공법은 주로 지하굴착 및 사면보강에 보편적으로 사용되는 공법으로 현장에서 일반적으로 사용되는 중력식 그라우팅은 3~6회 반복주입으로 인한 공동발생 및 충전불량 유효경 감소 및 불연속면 충전 불가 등의 단점이 있다. 최근 개발된 발포우레탄을 이용한 가압 그라우팅 방식의 경우 이러한 단점을 보완하고 공기단축 및 인장저항력 증대의 장점이 있으나, 가압 재료의 일회성 사용과 환경오염의 문제점이 있다.

중력식과 가압식 쏘일네일공법의 인발거동 특성을 비교 분석한 결과는 어떠한가?

(1) 중력식 및 가압식 쏘일네일링 두 경우 모두 대부분의 인발저항을 심도 1m의 지표면 부근에서 발휘하는 것으로 나타났으며, 이로 인해 파괴메커니즘이 네일의 뒷부분까지 전달되지 못하고 대부분 앞부분에서 발현됨을 알 수 있었다. (2) 가압식 쏘일네일링의 인발저항 특성은 중력식에 비하여 인발저항 능력이 약 24.5% 증가 하였으며, 인발변형 특성은 축방향변위가 약 33.7% 정도 감소하였다. (3) 가압그라우팅 쏘일네일링인 경우 강봉의 항복응력까지 재하 하였음에도 불구하고 그라우팅과 강봉 그리고 지반의 부착강도가 증가하여 최대 축방향변위가 25mm 이내로 발생하는 것으로 미루어 항복응력이 큰 강봉을 사용한다면 허용 인장저항력을 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.

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