약간의 차이점도 있지만 강봉 삽입만 하거나 삽입 후 그라우팅 쳐서 말뚝체로 사용하거나 지반개량을 목적으로 합니다.
1. 구조물 설치를 위한 지반 관련 설계/시공 방법 - 지반 개량 (다짐, 압밀) - 주입, 분사, 침투 (고결제 등) - 지중 구조체 (말뚝 등) - 직경 30cm 이하의 비변위 말뚝 - 근접구조물 영향 최소화 - 진동과 소음 최소화 - 마찰력으로 외부하중 지지 : 토사층 마찰력 무시 - Lock Nut 과 Steel plate 로 기초체와 연결 - 선단지지력 무시. - 단말뚝,군말뚝 or 그물망식 뿌리 말뚝 - 그라우팅 방법 : 1 stage, packer(다단), 중력식
2. 그물망식 뿌리말뚝 (Reticulated Root Piles, RRP) 공법 1. 설명 (설계 기준 FHWA 사용) - 나무의 뿌리와 같은 역할을 제공하기 위한 공법 - 소구경 말뚝 (75mm~250mm) 의 저항체를 지중에 형성하여 흙을 개량 - 마이크로 파일 (Micro Pile) 과 유사. (지반 거동 측면) - Stone Column 과 비교 가능.
2. 구성 - 천공 (Rotary, Percussion) – 필요한 경우 casing, slime 처리 위한 Bentonite - Cap Beam - 앵커(말뚝)체 – D10~20 이형철근 or 철망/튜브 사용 - 그라우팅 (필요 시 혼화제) - Casing 제거 - 인발시험
4. Mechanism - 지반과 하나의 강성체가 되어 거동 (상부구조물) - 소형 장비로 간편하고 비용이 적음. (대구경 적용 시 장비, 공기, Risk 등이 커짐.) - 소음, 진동, 환경, 기존 구조물 영향이 적음. - 수동말뚝 형태로 변위가 발생하지만, 침하나 변위에 즉시 반응한다. - 개착 공법 시 안정성 확보 - Rock Bolt 대용으로 사용. (불안정한 흙 보강 가능) - 지지력 산정 (주면 마찰력) 가능하지만, 무리말뚝의 효과로 횡력이나 인장력에 더 강점을 가짐. (2~3D 기준) - 무리말뚝 시 Single 말뚝의 지지력 합보다 더 큰 값을 가질 수 있음. (3~7D) - 개념만 확인하고 안전율 개념으로 무시하는 것이 좋음.
좋은 Procedure 접근이 이제 4차 산업혁명과 이어지면 더 좋은 성과로 이어질 것 같네요.
Soletanche-bachy 회사의 방법. 한국에서는 범양 쏠레땅스 라는 방식으로 합작을 한 것으로 알고 있습니다.
Computer based Automated grouting method.
불어인 것 같은데 계속 적응은 안되지만
지질조사 : ENPASOL – 지반의 상태를 기록하는 전자장비를 탑재시킨 천공기로 지반을 천공하면서 천공기에 걸리는 여러가지 토질 parameter를 천공기에 부착된 센서를 통해서 감지. ELISE 에 전송되어 Computer 로 분석. 시공 전후로 분석. 지하공동 및 균열의 위치 확인.
설계 : CASTAUR – 프로그램에 입력하여 pattern 결정. (Drilling Machine, Pressure, 지하수위, 투수계수 등을 고려한 결정)
시공 : SINNUS – 주입펌프의 조정 (프로그램 이용), 주입상태 모니터링. 한계치 도달 시 자동 주입 정지. Hydrofracture 방지.
공법 : 상단부 Casing 삽입, RCD (Reverse Circulation Drilling), Air Lifting (Slime 제거), Tremie 타설. 강관과 암반 사이 콘크리트 타설 및 속채움 콘크리트 타설. (시험 말뚝의 경우 속채움 적용하지 않음.)
주면 마찰력 : fs = 0.225 (qu)^0.5 안전율 2.5, 인발주면마찰력 (0.7~0.75 고려, 안전율 3.0), (선단지지력 안전율 2.5) 콘크리트와 강관의 허용부착력 : 130kpa, 이것보다 큰 주면이 계산되는 경우는 무시하고 해당 값 사용.
지지력 예측 후 시험 시공 및 시험에 따른 하중 검증 (시공 전 불확실성을 해결하여 경제적인 설계 필요. 역해석 필요.) - 시험 말뚝을 시공할지, working pile 에 바로 시공할 지에 대한 선택, 시험 시공 위치의 대표성 여부 확인. - 하중이 큰 경우 (정재하 어려운 경우), 반력 말뚝 고려 (시공성 판단 필요.) - 반력 말뚝 시공이 어려운 경우 양방향 재하시험 적용가능 (Osterberg Cell 시험, 670mm Dia.) – 선단과 주면의 비교를 통해 선단이 먼저 파괴될 것으로 보이면 제대로 된 주면의 측정이 어려우므로, 추가 반력 발현 장비 설치 필요. - 반력 발현 장비 : 선단부 추가 콘크리트 타설 (선단 지지력과 콘크리트 타설부의 주면저항력 활용.) 안전율을 작게 가져갈 수 있음.(일시사용이므로) - 인장시험(Tension)의 경우 O-cell 장비를 파일 두부에 설치. 내부 Casing 설치하여 선단부를 밀어내며 반력 작용. - 변위 측정 (LVTD, Linear Vibrating Wire Displacement Transducers) – 상향변위, 하향변위 - 사용하중까지 4단계 (마지막 24시간), 최대하중 (2~2.5배)까지 8단계 (마지막 12~24시간)
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.
KS F 2317 얇은 관에 의한 흙의 시료 채취방법 (Thin wall Tube Sampling) (UD, Undisturbed Sample)
1. 굴착 or Casing > 얇은 관 x 3.5 2. 얇은 관 = 50.8, 76.2, 127mm (바깥지름) 3. 내부간격률 1% 4. 시추공 내 수위 유지 필요, 관 하부 25mm 정도 제거, 시료 길이 측정하고 관 하부 밀봉. (Sealing) 5. 기록자료 : 작업현장/위치, 보링 번호, 지표고, 날짜, 시료번호/길이, 관입방법, 지하수, 흙의 분류 등 (Indication Tag)
시료의 교란도 평가
시료 채취시 응력 경로
관입속도 0.1m/min 보다 느리면 내부마찰각이 커져 교란 발생.
교란 = 응력해방 : 부의 간극수압으로 팽창
- 일축압축, 삼축압축 : E50 < 0.5 x qu : 교란. (파괴적인 방법) - 육안 - 체적변형률 : 교란될수록 커짐 (기본적으로 과압밀에서 작고, 깊을수록 작음.) - 교란지수 = 완전 – 초기유효응력 / 완전 = 0 : 교란. - 면적비 10% = (Do^2 - Di^2) / Di^2 x100 - 내경비 1% = (Ds – Di) / Di x 100 - 회수율 95% - 압축곡선의 특성을 이용 (Schmertmann) (위 그림 참조)
교란이 발생하게 되면 골격 구조가 손상을 입기 때문에 저항력이 감소되어 Cc 가 감소됨. 0.007 / 0.009
교란될수록 곡선이 밋밋해짐.
0.42e 에서 교란과 불교란시료의 e-logP 곡선이 일치함.
Ce = 1/10~1/5 Cc (팽창지수)
- 전단파속도, 유효응력/잔류응력 이용(흡입시험, 평가 어려움.). - 응력변형률 곡선으로도 평가 (항복점이 있는지, 소성영역이 있는지 확인)
