1. 정의 : 암석의 반발경도와 마모경도를 함께 고려한 정량적인 경도 수치로, 터널 굴착 등 암반지역 공사를 위한 자료로 이용된다. (기계굴착)
2. 합경도의 측정 및 계산 Ht = Hr x sqrt(Ha) Hr : 반발경도 (Rebound Hardness) – Schmidt Hammer 를 이용한 비파괴 시험. 3cm 간격 격자 모양 시험 (4x5), 타격각도, 표면상태에 따른 보정 Ha : 마모경도 (Abrasion Hardness) – 시료를 회전시키면서 wheel 에 의해 마모되는 정도 확인. (RIAT, Rolling Identation Abrasion Test, Rock Abrasivity Test) – Rolling wheel 의 무게, 파인(마모된) 깊이
3. 합경도의 활용 - TBM (Tunnel Boring Machine) 등 기계굴착의 장비 선정 - Disc Cutter, Bit, 회전속도 등. 기계굴착의 공기는 Bit의 유지관리 교체기간이 좌우하므로 - 공기 산정, Feasibility Study - 다른 조사와의 종합적 판단 - RQD, RMR, Q-system 등과 함께 판단 (그림 하나 추가) - 시험굴착을 통한 역해석(Back Analysis) 으로 확인. - 유의 사항 - 조사 방법에 따른 - 해석에 따른 - Scratch Test 도 있음. (ISRM, International Society of Rock Mechanics)
1. 구성 : 보강재 (토목섬유, 메탈계, 폴리머계) + 전면판 (블록 등) + 뒷채움재 (마찰, 배수 등, 모래는 구하기 어려움)
2. 보강재 : 파단(보강재 자체의 인장력), 전단(전단력), 인발(흙과 보강재 마찰력)
- 지오그리드, Metal Strip (부식 우려, 아연도금, galvanized 필요.) - 파단 FS=1, Ta (=w x t x fy ) / Tmax (=하중 x 간격) - 인발 FS=1.5, Tpullout (=2 x le x w x 유효응력 x tan pi) / Tmax - 인발저항계수 fb = tan / tan pi - 수직간격 : 0.5~0.8m, 7m 후 소단, steel strip 은 1.5~2.0m 수직간격 - 내구성 : 설계인장강도 비교 및 안전율 검토 시 장기 설계인장강도를 고려하여야 함. (교체나 보수가 어려움.) – 금속재 부식 (Corrosion Allowance 고려), 크리프 감소계수 고려. (제품의 실험 결과 검토, 특성 검사 Data 보존 및 기록)
보강재 제원 하나 50(폭) x 4(두께), 파단강도 104 kN, 허용인장강도 44 kN, 무게 1.8 kg/m 보강재는 전면판과 이어주는 결속재를 이용하여 결합한다. 전면판(프리캐스트) 사이에 Dowel Bar 를 넣어 결합 및 결속
3. 유효길이 관련 :
주동영역 : 보강재에 전달된 응력이 전면판 쪽으로 발생 저항영역 : 보강재에 발생하는 응력은 뒤채움재 방향으로 생성 (보강재의 인장력이 최대인 지점을 연결)
Le : 전체 보강재 길이 중 인발에 저항하는 길이
4. 해석 Mechanism (연성구조체로 인정.)
- 내부에 발생하는 응력이 보강재로 전달되어 횡방향변형을 억제시킴으로 안정성 확보. - 보강재 표면과 주변흙사이의 변형 차이에 따른 전단응력 - 보강재 자체의 전단저항력 - 보강재 상하의 흙요소 간의 저항력
- 프로그램 : Talren 97, 3차원 유한요소 Pentagon - 장기안정고려인자 : 내구성, 내시공성, 장기적인 크리프 특성의 감소계수 고려.
5. 설계 순서 : 조사 – 예비설계 – 단면가정 – 외적안정성(활동,전도,지지력) – 내적안정(파단,인발,안정성) – 전체사면활동 – 지진안정성 – 사용성검토. 보강재 길이 0.7Hm 이상 고려. 비신장성(직선+경사), 신장성(경사)
6. 시공 시 유의사항
- 뒷채움재 (5mm 20% 이상, 0.08mm 15% 이하, CBR > 10, PI<6) - 보강재를 강재로 사용하는 경우 부식으로 인한 내구성 저하를 막기 위하여 뒷채움재의 전기화학적 요구사항 준수 필요. (3000 ohm-cm 이상, Cl- 100 ppm 이하) - 충분한 마찰력 필요. - 배수, 입도, 내구성, 내마각, - 균열, 배부름(과도한 수평변위), 벽체 사이 이격, 정위치 설치 어려움, 부등침하 발생 - 안전점검 항목 (주기, 방식 등), 하자담보 책임기간 규명 및 하자발생에 대한 보수, 보강방안 마련 필요. - 그리드형의 경우 국부적인 과응력이 걸릴 수 있기 때문에 큰 안전율을 고려하여야 한다. - 전면벽체를 위한 Leveling Pad 는 150mm 이상 타설 필요. - 보통 9m 이상에서 전통적인 옹벽보다 경제적.
7. 기존 보강토 옹벽 : 보강재와 뒷채움 토사의 마찰력 이용 or Deadman Anchor 이용 등. 보강이 어려움. Creep 에 따른 변형이 발생함. 뒷채움재의 지하수위 상승이나, 침투 시 마찰저항력 감소 - 복합 보강토 옹벽 : 콘크리트 기초 사용, 배수재 삽입, Guide Wall 적용, 계측재 삽입, Soil Nail 과 조합 (Soil Nail 지압판과 Steel Strip 연결) 등.
- 공동, 층리, 낮은 지지력, 침하(부등침하), 측방유동 (하중>지지력(극한/Fs)) - 불연속면 - 지하수에 의한 화학적 풍화 - 용해 : CaCO3 + H = Ca + H2O + CO2 (산성인 경우) - 용해 : CaCO3 + H2CO3 = Ca + 2HCO3 (CO2 에 의한 용해, 침식)
강원도 같지만 강원도는 아니네요.
대책
- 말뚝(CIP, Micro, etc.), 고압분사주입(SIG, RJP, 치환 가능), 고압분사(Jet Grouting, JSP, 점토와의 교반 단점), 치환 - 지반조사 : 시추, SPT, ER, GPR, Crosshole/Downhole, GeoTomography, NX 사용(육안 확인 필요.) - 내부마찰각 (Dunham) : pi = sqrt(12N) + 15 (둥근, 균등) ~ 25 (거칠, 입도양호) - 말뚝이 일반적으로 편하지만, 1%에 해당되는 정재하 시험으로 모든 것을 대표하기는 어렵워, Risk 가 존재하므로 다른 공법이나 시험과 병행하는 것이 좋다.
안정성 검토 : 하중조건/지반상황(탄성계수, 지층구조파악) 비교 -> 지지력, 침하량 -> 보강 -> 반복 (필요 시 역해석)
1. 문제점 - 예산부족 - 필요성 인식 부족 - 지방자치단체 – 재정난 – BTL (임대형 민자사업) - 소규모 공사 후 뒷채움 규정 준수 어려움 - 관로 손상 – 수질오염 – 지반침하 – 도로 소성변형 – 평탄성 저하 - 도로 : 단차 발생, 물고임 발생
2. 관거의 설계와 시공 - 수리학적으로 유리한 단면 - 차량 하중 등에 안정성을 확보한 재질 - 시공비/유지관리 (LCC) - 원형 : 다짐/뒷채움 어려움, 직사각형 : 취약한 코너부분 발생, - 최소 관경 : 오수 6~8”, 우수/합류 8~10” - 매설 깊이 (Earth Cover) : 도로 관통 1m 이상, 일반 포장두께 + 0.3m - 관거 기초 : Sand, 콘크리트 기초, 말뚝 기초, 쇄석 기초, Wood – 부등침하 방지 - 차량 하중 : DB-24, 9.6 ton 후륜 하중, 2:1 법, 충격계수 1.3 고려. - 해외의 경우 AWWA 고려 (M11, M45) - 휨모멘트에 따른 Buckling check, deflection check, 관두께 산정 (보통 inner pressure 가 outer pressure 보다 크다.) - 기초의 받침 형태에 따라서도 달라짐 (고정받침-콘크리트, 자유받침-모래,쇄석 등) - Warning tape 설치 필요 (if required) - 관주위 되메우기 (90%, 좌우대칭 편심예방), 관상단 되메우기 (95%) - 모래 : 물다짐, 나머지 : 램머, 콤팩터. 관로 손상 방지, 장비 진입 방지 및 한꺼번에 많은양 되메움 방지 (집중하중 방지) - 되메우기 : Max 100mm 이하, #4 25~200%, #200 15% 이하, CBR 10 이상, PI 10 이하
3. 해석 : FEM 해석(Plaxis), 입력 – 탄성계수, 포아송 비, 차량하중, 투수계수, 점착력, 내마각, 단위중량 - 지반 침하량 확인 (부등침하, Proof Rolling 4~5mm) - 관 변형률 확인 (허용 변형률 5%) - 쇄석 적용
4. 원인 - 다짐 부족 - Sink Hole (석회질, 공동) - 누수 - 노후화 - 유지관리 부족
5. 대책 - 탐사를 통한 유지관리 (GPR, CCTV, BIPS, BHTV)
공동관련 탐사
GPR 활용 가능
분류 1. 관찰등급 : 토피 40cm 이상, ACP 30cm 이상, 공동폭 80cm 미만 – 지속관찰, 우기철 이전 복구 2. 우선등급 : 토피 20~30cm, ACP 10~20cm, 공동폭 150cm 이상 – 신속한 조치계획 수립 및 복구 3. 긴급등급 : 토피 20cm 이내, ACP 10cm 이내, 균열/노화 관측 (균열깊이가 50% 이상 진행됨) – 즉시복구 (6시간)
강성관, 연성관 파괴 관련
강성관 : 토사의 무게, 차량의 하중등을 포함한 전체 하중을 관 자체가 내력으로 견디는 형태를 강성관이라고 한다. 강성관은 변형율을 허용하지 않고, 바로 파괴에 이른다는 이론을 적용. 콘크리트 재질의 관 + 모래/쇄석/콘크리트 등의 기초조건 외압, 내압과 철근의 인장력/콘크리트의 압축강도 간의 비교와 강도 감수계수 적용하여 안정성 검토. 파괴 : 관표면의 균열 및 파쇄 (spalling) 부(-)의 아칭효과
연성관 : 모든 하중이 지반으로 전달되고, 지반이 하중을 견디면서 분배시킨다. 5%까지의 변형을 허용하고 허용변형까지 변형되더라도 파괴되지 않는다는 이론 (AWWA M11, M40) 추가적으로 Buckling 에 대한 안정성도 검토. 강관, GRE, GRVE, PVC, PE 관. 모래받침 기초, 필요에 따라서는 concrete + 말뚝기초도 적용. 주변토압보다 작은 강성을 가짐. 연직응력이 토피 압력보다 작아서 정(+)의 아칭효과 흙의 수평수동저항에 따라 상부 연직응력과 수평저항응력이 상쇄됨. (관-지반 상호작용) 마지막에는 하트모양 파괴.
