보강토 옹벽의 안정성 검토

설계는 국내법규 및 구조물설계기준을 따르고,
필요에 따라 FHWA에서 제시하는 보강토옹벽 설계지침서(Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes-FHWA-NHI-10-024, 2009)의 설계방법을 준용.

1. 평상시
-       외적안정성 검토
: 전도(2.0), 활동(1.5), 지지력(2.5~3.0), 원호활동 (사면안정, 1.5) – 우기시 따로 고려 필요. Bishop 등의 절편법으로 검토.
-       내적안정성 검토
: 파단(1.5), 인발(1.5)

2. 지진시
-       외적안정성 검토
: 전도(1.5), 활동(1.1), 지지력(2.0), 원호활동 (사면안정)
-       내적안정성 검토
: 파단(1.5), 인발(1.5)

3. 배면부 하중 검토 : 마찰쐐기법(신장성), 복합중력식(비신장성)

4. 배수 검토
- 전면부로의 침투는 배면토사 함수비를 다르게 하여 토압 등의 조건이 달라지게 됨. (배면부 배수 – 배수 Pipe, 맹암거, 배수층)
- 상부 배수 : 침투 방지를 위한 배수 – 전면판 변형을 막아 줌. 불투수층, PE sheet, 전면판 홈파기
(배수, 불투수층을 고려하여도 낙수, 세굴 등 발생 가능. 영구 사용을 위한 보강대책 필요.)
습윤대 형성 및 포화상태는 예측하지 못한 보강토 옹벽 붕괴로 이어질 수 있음.

-       세굴방지 : 기초 콘크리트, 레벨링(잡석), 시멘트 모르타르 후 보강토 블럭 타설. 잡석층이 두꺼우면 세굴 발생 가능 (부등침하, 하중전이)
-       공사 중 임시 배수로 및 역경사를 통한 배수 유도. – 전면판 보호.

5. 우각부/코너부 관리
- 보강재 겹침 방지. (흙과 보강재 사이의 마찰력 유도 – 인발/파단 방지)
- 층별 지그재그 설치로 우각부 보강
- 토압이 양쪽에서 작용할 수 있음.
- 코너부의 경우 다짐이 어려워 필터층으로 대체
- 전면판 속채움을 콘크리트로 대체함으로 강성 확보

보강토 옹벽 관련 내용의 전반적인 정리

이것도 같이 보자.

흙막이 해석 (탄소성), 보강토 옹벽 Mohr circle - https://huedor2.tistory.com/m/704

힘들어도 힘을 내고-!!

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

- 사면안정해석법(한계평형) : 가상파괴면 설정, 안전율. (흙과 보강재, 보강재의 영향이 반영되지 못함)
전도, 활동, 지지력, 원호파괴 (외적안정성)

- 토압법 : 수평방향 활동력과 보강재의 저항력의 평형상태 (보강재와 주동토압의 비교)
- 마찰쐐기식(Tieback Wedge Method, 삼각형, 사각형 등 다양한 토압분포, 보강재의 강성이 작아 보강토체 내부가 주동상태에 도달하는 것으로 가정.)
- 복합중력식(Coherent Gravity Method, 내적안정해석, 보강재의 인발/파단, 보강재 강성을 크게보고 정지상태로 가정, 하부는 주동으로, 6m 기준)

- 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.