연구원 호 2016 년도연구보고서 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 Investigation of application condition and making the performance improvement technique

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1 연구원 호 2016 년도연구보고서 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 Investigation of application condition and making the performance improvement technique of permanent ground anchor 한국도로공사 도로교통연구원

2 연구진 한국도로공사도로교통연구원 연구책임자 : 참여연구원 : 장현익 ( 안전연구실책임연구원 ) 김경석 ( 안전연구실책임연구원 ) 이상래 ( 안전연구실선임연구원 ) 실무연구원 : 박용식 ( 도로처사면관리팀 )

3 목 차 목차 Ⅰ 표목차 Ⅴ 그림목차 Ⅸ 요약문 ⅩⅢ ABSTRACT ⅩⅣ 제 1 장서론 배경및목적 연구내용 연구수행방법 3 제 2 장지반앵커 (Ground Anchor) 일반사항 지반앵커의구성및용도 지반앵커의분류 지반앵커의시공 지반앵커의설계 지반앵커의내적안정설계 지반앵커의정착장설계 지반앵커의시험 시험대상 시험수량 시험시기 시험방법 최대시험하중 15 - I -

4 시험장치 인장시험방법 확인시험방법 크리프시험방법 인장시험결과의평가 확인시험결과의평가 크리프시험결과의평가 지반앵커의문제점 지반앵커의잔존긴장력현황 지반앵커의잔존긴장력측정방법 지반앵커의잔존긴장력측정결과 29 제 3 장지반앵커모형실험 실험개요 실험내용 모형지반조성 앵커체및그라우트재료 계측기및실험순서 인발실험결과 앵커형식별지반강도에따른앵커의거동 앵커형식별지하수영향에따른앵커의거동 인발시험결과요약 인장실험결과 마찰압축형앵커의거동 마찰인장형앵커의거동 인장시험결과요약 장기계측결과 부착력실험결과 실험개요 43 - II -

5 3.6.2 실험변수및방법 부착력실험결과 44 제 4 장지반앵커현장실험 실험개요 지반조사 지형및지질현황 시추조사 암석시험결과 현장실험계획 현장계측계획 현장실험순서 옹벽부천공 지반천공및앵커설치 그라우트주입 격자블럭거치 인발및인장시험 현장실험결과 앵커의정착장검토 앵커의극한마찰저항 마찰인장형앵커의거동분석 마찰압축형앵커의거동분석 하중분산형앵커의거동분석 지압형앵커의거동분석 현장실험결과요약 장기계측결과 긴장력감소에따른비탈면안전성검토 지반물성치및경계조건 수치해석결과 73 - III -

6 4.9 긴장력감소원인분석 비탈면의표면요철 비탈면의표면강도 주면마찰저항 단기변형 82 제 5 장교대보강용앵커의설계기법분석 해석개요 설계조건 앵커부설계 교대부설계 말뚝기초안정성검토 말뚝기초연직지지력산정방법 ( 구조물기초설계기준해설, 2015) 풍화암지지말뚝기초의허용지지력 ( 도로교설계기준해설, 2010) 말뚝기초연직침하량산정방법 ( 구조물기초설계기준해설, 2015) 말뚝기초수평지지력산정방법 말뚝기초안정성검토결과 유한요소해석을이용한교대보강앵커의수치해석검토 적용수치해석프로그램 적용지반강도정수 단경간교대수치해석결과 (CASE 1~2) 성토부교대수치해석결과 (CASE 3) 경사부교대수치해석결과 (CASE 4) 110 제 6 장결론 113 참고문헌 IV -

7 표목차 표 1.1 연차별연구내용 2 표 2.1 앵커의극한주면마찰저항 ( 건설공사비탈면설계기준,2013) 11 표 2.2 철근콘크리트의허용부착응력 (kpa) 11 표 2.3 지반앵커에대한시험구분 13 표 2.4 지반앵커시험의세부내용 13 표 2.5 인장시험의최소수량 14 표 2.6 발파암조건인경우앵커수량에따른인장시험수량예시 14 표 2.7 하중단계별하중유지시간 17 표 2.8 단계별하중유지시간및변위측정시간 19 표 2.9 수정하한선계산식 21 표 2.10 지반앵커의리프트오프시험수량 27 표 2.11 지반앵커의리프트오프시험수량예시 27 표 2.12 설계축력대비잔존긴장력비율분류 30 표 2.13 건설 / 유지관리대비잔존긴장력비율 31 표 2.14 옹벽 / 격자블록대비잔존긴장력비율 31 표 3.1 모형실험수량및변수조건 33 표 3.2 일축압축강도시험결과 34 표 3.3 강연선재료특성 35 표 3.4 실험 CASE 43 표 4.1 시추조사위치 48 표 4.2 암석시험결과 50 - V -

8 표 4.3 실험 CASE 분류 51 표 4.4 그라우트배합표 52 표 4.5 압축강도시험결과 53 표 4.6 계측장비 55 표 4.7 철근콘크리트의허용부착응력 (kpa) 60 표 4.8 시험으로측정된허용부착응력 (kpa) 60 표 4.9 앵커의극한주면마찰저항 ( 건설공사비탈면설계기준, 2011) 61 표 4.10 앵커정착장산정결과 61 표 4.11 마찰인장형앵커의변위측정결과 62 표 4.12 마찰압축형앵커의변위측정결과 64 표 4.13 하중분산형앵커의변위측정결과 66 표 4.14 지압형앵커의변위측정결과 68 표 4.15 현장실험장기계측결과 72 표 4.16 해석에사용된앵커제원 73 표 4.17 수치해석결과요약 74 표 4.18 표면강도가약한앵커의잔존긴장력측정 79 표 5.1 앵커의부착저항장산정결과 86 표 5.2 앵커의마찰저항장산정결과 86 표 5.3 앵커의소요정착장적용결과 86 표 5.4 말뚝머리에서의작용하중비교 ( 일반 ) 87 표 5.5 말뚝머리에서의작용하중비교 ( 최적화 ) 87 표 5.6 말뚝이음에의한허용하중감소율 88 표 5.7 단위주면마찰력 (kn/ m2 ) 89 표 5.8 단위주면마찰력 (kn/ m2 ) 90 표 5.9 E0 와 α값 91 표 5.10 기초의환산재하폭 91 표 5.11 검토조건별말뚝기초적용제원 92 - VI -

9 표 5.12 말뚝기초허용지지력검토결과 92 표 5.13 말뚝기초침하량검토결과 92 표 5.14 말뚝기초수평방향안정성검토결과 ( 상시 ) 93 표 5.15 말뚝기초수평방향안정성검토결과 ( 지진시 ) 93 표 5.16 CASE 1 : 단경간교대, P=300kN, = 20 ( 상시 ) 94 표 5.17 CASE 1 : 단경간교대, P=300kN, = 20 ( 지진시 ) 94 표 5.18 CASE 2 : 단경간교대, P=200kN, = 0 ( 상시 ) 94 표 5.19 CASE 2 : 단경간교대, P=200kN, = 20 ( 지진시 ) 95 표 5.20 CASE 3 : 성토부교대, P=300kN, = 20 ( 상시 ) 95 표 5.21 CASE 3 : 성토부교대, P=300kN, = 20 ( 지진시 ) 95 표 5.22 CASE 4 : 경사지교대, P=300kN, = 20 ( 상시 ) 96 표 5.23 CASE 4 : 경사지교대, P=300kN, = 20 ( 지진시 ) 96 표 5.24 군말뚝수평방향안정성검토결과 ( 상시 ) 96 표 5.25 쌓기재의지반정수 ( 도로설계요령, 2009) 99 표 5.26 지반조사편람 ( 서울특별시, 1996) 99 표 5.27 Geotechnical Engineering Investigation(Roy E. Hunt,1987) 100 표 5.28 PILE DESIGN and CONSTRUCTION PRACTICE(M.J.Tomlinson, 1993) 100 표 5.29 각종흙의탄성계수와포아송비 (Das, 1995) 101 표 5.30 Hunt 제안 (Geotechnical Engineering Analysis & Evaluation) 101 표 5.31 토사지반의탄성계수와포아송비 ( 도로교설계기준해설, 2008) 101 표 5.32 현장시험결과와탄성계수 ( 구조물기초설계기준해설, 2009) 102 표 5.33 Schmertmann 제안식 (1978) 102 표 5.34 적용설계지반정수산정결과 102 표 5.35 해석순서 103 표 5.36 앵커미보강시수치해석결과 104 표 5.37 앵커보강시수치해석결과 (CASE 1, P=300kN, =20 ) 104 표 5.38 앵커보강시수치해석결과 (CASE 2, P=200kN, =0 ) 105 표 5.39 말뚝부재력검토결과 (CASE 1~2, 원설계 ) VII -

10 표 5.40 말뚝부재력검토결과 (CASE 1, P=300kN, =20 ) 107 표 5.41 말뚝부재력검토결과 (CASE 2, P=200kN, =0 ) 107 표 5.42 앵커미보강시수치해석결과 108 표 5.43 말뚝부재력검토결과 (CASE 3, 원설계 ) 109 표 5.44 말뚝부재력검토결과 (CASE 3, P=300kN, =20 ) 110 표 5.45 앵커미보강시수치해석결과 110 표 5.46 앵커보강시수치해석결과 (CASE 4, P=300kN, =20 ) 111 표 5.47 말뚝부재력검토결과 (CASE 4, 원설계 ) 112 표 5.48 말뚝부재력검토결과 (CASE 4, P=300kN, =20 ) VIII -

11 그림목차 그림 1.1 그라운드앵커의파괴현황 2 그림 2.1 일반적인앵커의구조 4 그림 2.2 지반앵커의적용 ( 고속도로 ) 4 그림 2.3 지반앵커의분류 5 그림 2.4 앵커종류에따른주면마찰력분포도 6 그림 2.5 정착형식에의한앵커분류 7 그림 2.6 긴장정착방식에의한앵커분류 7 그림 2.7 지반앵커시공순서 8 그림 2.8 앵커의지반내정착 8 그림 2.9 앵커보강비탈면에서의파괴형태 9 그림 2.10 앵커의내적파괴모드 9 그림 2.11 시험장치및변위측정예 16 그림 2.12 리핑암사면에서설계하중 500kN의앵커에대한인장시험단계예시 17 그림 2.13 리핑암비탈면에서설계하중 500kN의앵커에대한확인시험단계예제 18 그림 2.14 인장시험의하중-변위곡선예제 20 그림 2.15 하중-탄성변위곡선과하중-소성변위곡선예제 21 그림 2.16 하중-소성변위관계도 22 그림 2.17 크리프시험 : 하중단계별변위-시간곡선예제 23 그림 2.18 지반앵커의대표적인문제점 26 그림 2.19 잔존긴장력측정및 lift off( 헤드분리 ) 28 그림 2.20 잔존긴장력측정결과예시 28 그림 2.21 설계축력대비잔존긴장력비율 30 그림 2.22 건설 / 유지관리대비잔존긴장력비율 31 - IX -

12 그림 2.23 시공년도대비잔존긴장력비율 32 그림 3.1 모형지반조성및압축강도시험 34 그림 3.2 제작된앵커시험체및그라우트압축강도시험전경 35 그림 3.3 실험체조성및인발시험전경 36 그림 3.4 앵커형식별지반강도에따른앵커의거동 (1) 36 그림 3.5 앵커형식별지반강도에따른앵커의거동 (2) 37 그림 3.6 지반강도에따른마찰압축형앵커의거동 38 그림 3.7 강연선의축력분포 39 그림 3.8 지반강도에따른마찰인장형앵커의거동 39 그림 3.9 지하수조건에따른마찰인장형앵커의거동 40 그림 3.10 마찰인장형앵커의축력분포 40 그림 3.11 장기계측결과 42 그림 3.12 최종감소량대비초기감소특성 42 그림 3.13 실험방법 44 그림 3.14 물 / 결합재비에의한부착력실험결과 45 그림 4.1 현장위치 46 그림 4.2 현장실험부지 46 그림 4.3 실험구간지질도및지질계통표 47 그림 4.4 경사시추조사전경 48 그림 4.5 시추주상도 49 그림 4.6 시료상자사진 50 그림 4.7 공시체제작과정 52 그림 4.8 압축강도시험전경 53 그림 4.9 계측기설치위치 54 그림 4.10 계측장비 55 그림 4.11 옹벽부천공및비탈면정지작업전경 56 - X -

13 그림 4.12 지반천공및설치전경 57 그림 4.13 그라우트주입및공시체제작전경 58 그림 4.14 격자블럭거치전경 58 그림 4.15 단기조건인발시험전경 59 그림 4.16 계측기설치전경 59 그림 4.17 마찰인장형앵커실험결과 62 그림 4.18 마찰인장형앵커의물 / 결합재비에따른인발거동특성 63 그림 4.19 마찰인장형앵커의물 / 결합재비에따른실험결과 63 그림 4.20 마찰압축형앵커실험결과 64 그림 4.21 마찰인장형앵커의물 / 결합재비에따른인발거동특성 65 그림 4.22 마찰인장형앵커의물 / 결합재비에따른실험결과 65 그림 4.23 하중분산형앵커실험결과 66 그림 4.24 하중분산형앵커의물 / 결합재비에따른실험결과 67 그림 4.25 하중분산형앵커의두부조건에따른실험결과 67 그림 4.26 지압형앵커실험결과 68 그림 4.27 지압형앵커의물 / 결합재비에따른실험결과 69 그림 4.28 지압형앵커의두부조건에따른실험결과 69 그림 4.29 현장실험종합결과 70 그림 4.30 현장계측전경 71 그림 4.31 수치해석결과 75 그림 4.32 표면요철을보완하지않고시공된앵커 77 그림 4.33 표면의강도가매우약한경우앵커상태 78 그림 4.34 잔존긴장력측정결과 ( 약한표면강도 ) 79 그림 4.35 인발시험측정전경 80 그림 4.36 인발시험측정세부 80 그림 4.37 인발시험하중-변위곡선 (1) 81 그림 4.38 인발시험하중-변위곡선 (2) 81 그림 4.39 강연선인발 82 - XI -

14 그림 4.40 앵커하중측정데이터 83 그림 5.1 해석케이스 85 그림 5.2 MIDAS GTS NX 에의한해석순서도 98 그림 5.3 수치해석모델링 Case1,2 (Midas GTS NX) XII -

15 요약문 그라운드앵커공법은 1990년후반부터점차도로및철도등구조물의영구적인보강및안정적확보라는측면으로그사용범위를넓혀오고있다. 특히, 고속도로의신설및기존도로의선형개량및교통소통증대를위한대체우회도로건설시깎기비탈면이대형화되고환경친화적인측면에서깎기비탈면형성에따른자연지형의훼손을최소화하기위하여비탈면경사를가파르게설계해야되는경우가많아지면서급경사암반비탈면에가장효과적인비탈면안정공법으로인식되어매년급속하게확산되고있다. 이러한지반보강용영구앵커는영구적인구조물로가설앵커와는다르게그대상구조물의사용연한이상의장기적인내구성을확보하여야하며, 적절한유지관리를통해안정성을확보하여야한다. 특히, 지반보강용영구앵커는지반 ( 비탈면 ) 내에근입되어시공되기때문에앵커시공초기에도입된긴장력의감소가일정부분발생할수있는구조물로긴장력감소발생시재긴장이가능하도록설치하여야한다. 긴장력감소원인은명확하게규명되지않았으나긴장재료의부식및손상, 그라우트와긴장재와의부착력감소, 지반과그라우트의마찰력감소, 앵커헤드의부식, 지반의크리프등의복합적인원인에의하여발생되는것으로추정할수있다. 이에본연구에서는현재국내에설치된비탈면앵커에대하여잔존긴장력측정을통하여현재상태에대한점검을실시하여실태조사를실시하였고실대형모형실험과현장실험을통해앵커공법의긴장력감소원인및문제점을분석하였으며, 유지관리기법수립을위하여수치해석을통해앵커의잔존하중과비탈면안전율의관계에대한분석및연구를수행하였다. 또한최근국내에서교대수평변위억제공법으로주료사용되는교대보강용앵커공법의적용성및장기거동에대한분석을위하여수치해석을실시하였으며, 이를통해교대보강용앵커의배치, 길이, 형식, 장기거동에대한영향변수해석을실시하여교대의변위및말뚝의변형양상을분석하여교대보강용앵커공법의적용성을검토하였다. 이를통해국내앵커공법의적용실태조사를통한현황분석과설계및시공, 유지관리과정에서의문제점과개선사항을제시하고자한다. - XIII -

16 ABSTRACT Ground anchor method has widen the range of usage for permanent reinforcement and securing the stable condition of road and railroad structure from the late 1990s. In particular, when we construct new highway, improve straightness of free road and make the bypass way, the slope becomes higher and steeper to minimize the damage of environment. The ground anchor can be the most effective way to reinforce the big and steep slope and more anchor will be used for reinforcing the slope. But we can not recognize that ground anchor method must be treated carefully in construction and maintenance stage because that anchor load can be decrease for many reason. This is because we did not investigate the present condition of ground anchor in highway and we did not study why anchor load decreases. The purpose of this study is to investigate the problems of permanent anchor in the design, construction and maintenance stage and find the process to promote the effective maintenance method of ground anchors. The lift off test for measuring the present load of all re-tensionable ground anchor in highway was carried out. Model test of anchor for studying the reason of anchor load decreasing was done. Numerical test of anchor load level for knowing stable maintenance level was done. - XIV -

17 제 장서론 제 1 장서론 1.1 배경및목적 도심지의깊은굴착시지하구조물의지지를위한가설흙막이벽체의보강공법으로주로사용되던그라운드앵커공법은 1990년후반부터점차도로및철도등건설공사비탈면옹벽, 교대등의지지및지하수의영향에의한부력을받는지하구조물의부력방지등구조물의영구적인보강및안정적확보라는측면으로그사용범위가확산되고있는추세이다. 고속도로의경우, 깎기비탈면의대형화및자연지형의훼손을최소화하기위하여비탈면경사를가파르게설계해야되는경우가많아지면서급경사암반비탈면의보강공법으로지반앵커가활발히적용되고있다. 이러한지반보강용영구앵커는영구적인구조물로가설앵커와는다르게그대상구조물의사용연한이상의장기적인내구성을확보하여야하며, 적절한유지관리를통해안정성을확보하여야한다. 특히, 지반보강용영구앵커는지반 ( 비탈면 ) 내에근입되어시공되기때문에앵커시공초기에도입된긴장력의감소가일정부분발생할수있는구조물로긴장력감소발생시재긴장이가능하도록설치하여야한다. 긴장력감소원인은명확하게규명되지않았으나긴장재료의부식및손상, 그라우트와긴장재와의부착력감소, 지반과그라우트의마찰력감소, 앵커헤드의부식, 지반의크리프등의복합적인원인에의하여발생되는것으로추정할수있다. 국외의경우, 1934년에서 1980년까지파괴가발생한 35개의앵커에대해조사를실시하였으며, 그결과, 지반앵커는준공후 2년이상경과후장기적인파괴가주로발생하였으며대게정착두부 1m이내에서파괴가발생하는것으로조사되었다.(FIP, 1982) 이처럼지반보강용영구앵커는긴장력이감소와증가가발생할수있고부식에특히취약하기때문에시공및유지관리시세심한주의를기울여서관리하여야함에도현재까지이에대한실태조사및인식부족으로비탈면보강용영구앵커의관리가적절히이루어지지못하고있는실정이다. 이에본연구에서는현재국내에설치된비탈면앵커에대하여잔존긴장력측정을통하여현재상태에대한점검을실시하여실태조사를실시하였고실대형모형실험과현장실험을통해앵커공법의긴장력감소원인및문제점을분석하였으며, 유지관리기법수립을위하여수치해석을통해앵커의잔존하중과비탈면안전율의관계에대한 - 1 -

18 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 분석및연구를수행하였다. 또한최근국내에서교대수평변위억제공법으로주료사용되는교대보강용앵커공법의적용성및장기거동에대한분석을위하여수치해석을실시하였으며, 이를통해교대보강용앵커의배치, 길이, 형식, 장기거동에대한영향변수해석을실시하여교대의변위및말뚝의변형양상을분석하여교대보강용앵커공법의적용성을검토하였다. 이를통해국내앵커공법의적용실태조사를통한현황분석과설계및시공, 유지관리과정에서의문제점과개선사항을제시하고자한다. 그림 1.1 그라운드앵커의파괴현황 1.2 연구내용 본연구의최종연구개발목표는비탈면보강용영구앵커의관리및품질향상방안을수립 하는것으로 2 년에걸쳐표 1.1 과같은연구내용을포함하고있다. 표 1.1 연차별연구내용 구분연구내용비고 차년도 차년도 비탈면보강용지반앵커의잔존긴장력측정및결과분석 앵커의긴장력손실평가실험 지하수위및그라우트강도고려 현장인발시험및장기계측을통한앵커긴장력감소원인분석 지반보강용앵커의설계정수획득및최적보강형식결정 수치해석을통한지반보강용앵커의보강형식평가 긴장력손실원인별품질관리기법개발 지반보강용영구앵커의설계기법개발 - 2 -

19 제 장서론 지반앵커의용어및일반사항에대한정의 지반앵커의설계, 시공, 유지관리현황분석 앵커긴장력측정하중계추적조사및잔존긴장력측정을통한긴장력감소원인분석 지반앵커의마찰저항력산정을통한설계정수산정기법정립 비탈면보강용지반앵커의실태분석을통한손상도분석및대책방안수립 지반앵커의종류및정착지반특성에따른긴장력손실량평가를위한모형실험및현장실험 지반보강용영구앵커의보강형식별수치해석 1.3 연구수행방법 본연구의범위및수행방법은다음과같다. (1) 지반앵커의모형및현장실험을통한거동분석후장기거동모니터링 (2) 시공앵커의잔존긴장력측정및원인분석을위한수치해석 - 3 -

20 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 제 장지반앵커 일반사항 지반앵커의구성및용도 일반적으로그라운드앵커공법은토목이나건축구조물을지반에정착시키기위하여고강도의강재로연결하고그강재에높은긴장력을도입함으로써구조물에횡방향또는연직방향의구속력또는선행하중을가할수있는효과적인공법으로앵커체, 인장부및앵커두부의구조로구성된다. 그림 일반적인앵커의구조 지반앵커의사용용도는그림 2.2와같이토류벽의안정성, 송신탑기초의안정, 부력에대한안정, 비탈면의안정등다양한분야에서적용되고있다. 특히고속도로에서의지반앵커는대부분깎기비탈면의안정성확보를위하여주로사용되고있으며일부확장공사구간에서는가시설의지지벽안정성확보를위해서도사용되고있는실정이다. 그림 지반앵커의적용 고속도로 - 4 -

21 제 장지반앵커 일반사항 지반앵커의분류 지반앵커는사용기간, 지압방식, 정착방식에따라분류할수있다 ( 그림 2.3 참조 ). 그림 2.3 지반앵커의분류 (1) 사용기간에따른분류앵커의사용기간에따라영구앵커와가설앵커로분류되며가설앵커는일반적으로 2년미만동안사용하기때문에공용기간중재료에대한부식의진행이적어방식 방청이필요없거나간단한방식 방청으로도문제가없는앵커를말한다. 영구앵커는비탈면의안정혹은영구구조물의전도및부상방지등을꾀할목적으로사용되는앵커로써구조물의장기적인공용기간동안기능을유지해야한다. 따라서영구앵커의경우는그구조, 사용재료, 방식방법, 유지관리를위한특별관리가필요하다. 특히인장재로강재를사용하는경우에는확실한방식또는방청을위해서특별히관리되어야한다. (2) 정착형식에의한분류 1 마찰형앵커마찰형앵커는그라우트와지반의주면마찰력으로지지되는앵커로써, 그라우트에하중이가해지는방식에따라다시인장형과압축형으로분류할수있다. 인장형앵커의경우앵커두부에가해지는하중은인장재를통해그라우트로전달되고, 정착장을통해지반으로전달되기때문에정착장에는긴장력, 자유장에는압축력이작용하게된다. 압축형앵커의경우에는인장재전장이강선피복에의해보호되므로앵커두부에가해지는하중은앵커체선단그라우트에서부터지반으로전달된다. 따라서압축형앵커의그라우트전장에는압축력이작용하게된다. 또한, 압축형앵커는하중의분포에따라하중집중형앵커와하중분산형앵커로분류할수있다. 하중분산형은하중에따른강선의적용성이자유로 - 5 -

22 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 우며앵커두부에서가해지는하중은앵커체에분산, 재하되므로압축파괴에유리하다. 하중집중형은앵커선단부위에하중이집중되어그라우트가파괴될수있으므로그라우트강도관리가철저해야하며, 슬라임처리가잘되지않았을때는내하체부위그라우트의품질불량으로앵커력확보가곤란할수있으며, 정착지반에집중하중이재하되므로연약한지반에서는앵커력확보가곤란할수있다. (a) 인장형 (b) 압축형 그림 2.4 앵커종류에따른주면마찰력분포도 2 지압형앵커지압형앵커는확공식착공에의한그라우트와지반과의지압저항에의해지지되는앵커이다. 3 복합형앵커복합형앵커는그라우트와지반의주면마찰력및확공식착공에의한그라우트와지반과의지압저항에의해복합적으로지지되는앵커이다

23 제 장지반앵커 일반사항 (a) 마찰형 (b) 지압형 (c) 복합형 그림 2.5 정착형식에의한앵커분류 (3) 인장재종류에의한분류 인장재의종류에따라 PS 강연선, PS 강선, PS 강봉, 연속섬유보강재등으로분류할수있다. (4) 긴장정착방식에의한분류앵커공사에사용되고있는긴장정착방식에따라쐐기정착방식, 너트정착방식, 쐐기너트병용방식등으로분류할수있으며고속도로에서는필수적으로재긴장이가능한앵커의선정및시공을하도록하고있다. (a) 쐐기정착 (b) 너트정착 (c) 쐐기 너트정착 그림 2.6 긴장정착방식에의한앵커분류 지반앵커의시공 앵커는설치지반에직경 100~150mm로천공한후에인장부재 ( 강연선, 강봉등 ) 를지반내에정착한다. 이때에지반의종류와상태, 앵커형태, 앵커길이에따라설치방법을달리하며, 앵커의설치길이는예상파괴면을가정한후자유장길이를산정하여결정하고, 설치경사는수평에대해 10~20 내외로설치한다. 점착력이크거나강성인지반에서는케이싱 (casing) 을설치하지않을수도있으나, 점착력이작은지반에서는케이싱을설치하여공벽붕괴를방지하도록한다. 보링쇄설물은보통수세식으로추출하며, 함수비증가에민감한지반에서는압축공기로추출한다. 보링공을케이싱하지않고벤토나이트슬러리등의안정액으로지 - 7 -

24 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 지할수도있다. (a) 보링 (b) 인장재삽입 (c) 타이백형성 (d) 물또는벤토나이트세척 (e) 완성된앵커 그림 2.7 지반앵커시공순서 앵커는부력이나토압등을지반에안정적으로전달하는것이목적이므로정착부 ( 앵커판이 나타이백 ) 를중립또는수동영역에설치한다. 여기에서주동및수동영역과중립영역은다 음과같이정의한다. (a) 앵커정착판정착 (b) 타이백정착 그림 2.8 앵커의지반내정착 지반앵커의설계 앵커로보강된비탈면의설계시에는다음의그림에서와같이앵커보강비탈면의전체안정성은물론앵커의내적파괴및지압판의파괴로구분하여설계한다. 앵커로보강된비탈면의전체적인안정성은예상되는파괴면에서의앵커의보강효과를고려하여해석하여판단한다. 내적안정성은앵커체의파괴를의미하며앵커긴장재의파단또는정착부의인발파괴로구분한다. 지압판에는앵커에발생하는긴장력과동일한힘이작용되며전단또는모멘트에의해파괴될수있으므로앵커에가하는긴장력에대하여안전하도록설계한다

25 제 장지반앵커 일반사항 (a) 전체안정성 (b) 앵커의내적파괴 (c) 지압판의파괴 그림 2.9 앵커보강비탈면에서의파괴형태 지반앵커의내적안정설계 앵커가최종한계상태의파괴를일으킬때에발생하는앵커력을극한앵커력이라고한다. 앵커의파괴상태는다음의그림 2.10에서와같이 1 긴장재자체의파괴, 2 앵커체가지반에서뽑히는파괴, 3 긴장재가앵커체에서뽑히는파괴로구분할수있으며, 앵커에긴장력이가해지면이러한세가지파괴모드중에서가장약한부분에서파괴가먼저발생하게된다. 저항력을상실한앵커는더이상외력을지지하지못하며, 가해지는외력은주변앵커에전가되어주변앵커의긴장력을증가시키게되므로전체적으로안정성은감소하게된다. 설계앵커력은앵커의내적파괴가발생하지않도록하기위하여세가지파괴모드로계산된허용앵커력에서최소값을설계앵커력으로사용한다. 그림 2.10 앵커의내적파괴모드 앵커의내적파괴형태에따른검토는다음과같다

26 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 (1) 앵커긴장재자체의파단앵커긴장재의파단은긴장재가파괴되는지검토하는것이며, 간장재의극한인장력 ( ) 에안전율을고려한긴장재의허용인장력 ( ) 과긴장력을비교한다. 여기서, : 긴장재의허용인장력 : 긴장재의극한인장력 ( 식 2.1) : 긴장력 (2) 인장정착부에서그라우트와주면지반사이의파괴 앵커정착부에서그라우트와지반사이의인발파괴에대한검토에서는주면마찰저항 력에의해발휘되는인발저항력과앵커긴장력을비교한다. ( 식 2.2) 여기서, : 그라우트와지반사이에서발휘되는허용인발저항력 : 그라우트와지반사이에서발휘되는극한인발저항력 : 긴장력 극한인발저항력은앵커정착장과앵커천공직경그리고그라우트와지반사이의단위 극한주면마찰저항력을이용하여계산한다. ( 식 2.3) 여기서, : 단위극한주면마찰저항력 : 앵커의천공직경 : 앵커정착장 지반과그라우트사이의단위극한주면마찰저항력은문헌치또는실제인발시험에서측 정한값을사용할수있으며, 표 2.1 과같다

27 제 장지반앵커 일반사항 표 2.1 앵커의극한주면마찰저항 ( 건설공사비탈면설계기준,2013) 암반 모래자갈 모래 점성토 지반의종류 값 값 경암연암풍화암파쇄대 극한주면마찰저항 는점착력 (3) 긴장재와그라우트사이의파괴긴장재와그라우트사이의파괴에대한검토는허용부착응력에의해구속저항력을앵커긴장력과비교하여검토한다. 긴장내와그라우트와의허용부착응력은철근콘크리트의허용부착응력을준용하여표 2.2를적용한다. ( 식 2.4) 여기서, : 긴장재와그라우트와의부착력 : 긴장재와그라우트사이의부착응력 : 긴장재원주면길이 긴장재종류 일시앵커 영구앵커 표 2.2 철근콘크리트의허용부착응력 (kpa) 그라우트압축강도 15,000 18,000 24,000 30,000 40,000 이상 PS 강선 PS 강연선 800 1,000 1,200 1,350 1,500 이형 PS 강봉 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 PS 강선 PS 강연선 ,000 이형 PS 강봉 - - 1,600 1,800 2,

28 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 지반앵커의정착장설계 앵커의정착장은설계긴장력을확보하는길이이상으로서, 앵커체저항길이와부착저항길이중큰값으로한다. 설계앵커력이작은경우에는앵커정착장을짧게할수있지만너무짧게하는경우에는지반조건이조금만변화해도극한인발력에큰영향을줄수있으므로토사층인경우최소정착장은토사층일경우는 4.5m이상으로한다. 반면, 앵커정착장을길게하더라도극한인발력이길이에비례하여증가하는것이아니므로별도의시험을통해진행성파괴등에대한검증된결과가있지않으면 10m 이상의길이를설계에반영하는것은바람직하지않다. 정착장, 마찰정착장,, 부착정착장, 여기서, : 앵커의설계축력, : 설계안전율 : 앵커의천공직경, : 주변토층의극한주면마찰저항 : 인장재의허용부착응력, : 지반의허용압축응력 : 압축지반의면적, : 인장재의둘레 지반앵커의시험 지반앵커에대한시험구분은목적에따라표 2.3과같이인발시험, 인장시험, 확인시험, 리프트오프시험으로구분할수있다. 인발시험은실제앵커의시공에앞서설계조건에서제시한지반및앵커력에대한정확성을증명하기위해실시하며, 인장시험과확인시험은실시공앵커와같은조건하에서타설한앵커를사용해서실시하고향후시공되는앵커의특성파악및기시공된모든앵커의그성능에대한적합여부를실증하고평가하기위해서실시한다. 리프트오프시험은유지관리중에발생될수있는앵커력저하에대한하중을평가하기위해서실시하며일반적으로총시공된앵커의 3~5% 의수량에대해실시하고결과에따라추가시험및재긴장을실시한다

29 제 장지반앵커 일반사항 표 2.3 지반앵커에대한시험구분시험구분시험목적시험시기시험대상 인발시험 (pullout test) 설계의신뢰성향상을목적으로지반조건등을실제와유사하게맞춘시험앵커에대해파괴시까지실험 실시설계 or 시공전 별도앵커 인장시험 (performance test) 시공초기앵커에대해서실시하고, 앵커의특성판단과확인시험결과의검증자료로사용 시공초기 시공앵커일부 확인시험 (Proof test or Acceptance test) 모든앵커를대상으로그성능의적합여부를실증하고평가하기위하여시행 시공중 모든시공앵커 리프트오프시험 (lift-off test) 시공완료된앵커또는유지관리단계에서앵커에가해지고있는긴장력을확인하기위해시행 시공후 or 유지관리 일부 or 모든앵커 표 2.4 지반앵커시험의세부내용 주요항목 내용 1 시험시기 앵커그라우트압축강도가설계강도를상회하는시점에서실시. 2 시험대상 3 시험빈도 4 최대시험하중 5 하중재하방법 6 시험결과 시공된앵커에대하여시험수행 인장시험은시공규모, 지반조건등에따라차등 확인시험은모든앵커에대하여시험실시 설계하중을상회하는하중까지시험수행. 단, 인장재항복강도이하 인장시험은반복재하시험실시. 각반복단계별최대하중을단계적으로증가시키며, 초기하중, 하중증분, 하중유지시간, 재하속도규정필요 확인시험은 1-cycle 시험수행 하중 - 변위량곡선, 하중 - 탄성변위량곡선, 하중 - 소성변위량곡선, 시간 - 하중곡선을각각표시해앵커의성능및품질을판단 시험대상 (1) 시험은실제시공된앵커를대상으로한다. (2) 인장시험을수행할앵커는실제현장의여건과지반조건, 앵커시공상태등을감안하여선정한다. (3) 확인시험을수행할앵커는인장시험대상앵커를제외한모든앵커에대해서실시하는것으로한다

30 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 시험수량 (1) 인장시험은최소 3개에대해서시험을수행한다. 단, 발파암으로구성된비탈면에대하여앵커수량이 20개미만으로보강하는경우는최소 1회의시험을할수있다. 동일현장에서앵커수량이 100개를초과하는경우에는매 100개추가시마다최소 1회의추가인장시험을실시한다 ( 표 2.5 참조 ). 표 인장시험의최소수량 지반조건앵커의수량토사발파암리핑암사질토점성토 20개미만최소 1개최소 2개최소 3개최소 3개 100 개미만최소 3 개 100 개이상 초기시공된 3 개의앵커와동일한정착지반에설치하는앵커에대하여는추가로 100 개당 1 개 (2) 보강대상비탈면에서지반조건의차이가있는경우또는기시험한결과가불분명한경우에는감독원과협의하여별도의추가인장시험실시한다. (3) 시험결과에서크리프발생가능성이있는지반으로판단되는경우에는감독원과협의하여유사한조건의앵커에대하여크리프시험을실시한다. 표 발파암조건인경우앵커수량에따른인장시험수량예시 시공수량 기본횟수 추가횟수 (50본당 1회추가 ) 총횟수 20미만 ~ ~ ~ ~999(=N) 3 N/ (N/100-1) 1,

31 제 장지반앵커 일반사항 시험시기 (1) 인장및확인시험은그라우트의강도가설계기준강도를상회하는시점에서실시한다. (2) 설계기준강도가명시되어있지않을때는그라우트강도가 21MPa이상이확보되는시점에시험을실시하는것으로한다. 시험방법 최대시험하중 (1) 최대시험하중 ( ) 은설계앵커력 ( ) 의 1.2배이상으로한다. 단, 최대시험하중은앵커인장재항복강도의 90% 를초과하지않도록선정한다. 시험장치 (1) 앵커시험을위해요구되는시험장치와규격은다음과같다. ( 가 ) 가력장치 : 최대시험하중의 150% 이상용량 ( 나 ) 반력장치 : 최대시험하중의 150% 에대해파괴나변형이발생하지않아야함 ( 다 ) 계측장치 : 하중, 변위, 시간에대해충분한정확도와용량을갖는측정기 (2) 반력장치는앵커인장시배면지반의파괴가발생하지않도록수압판의크기, 강도, 강성을적정하게선정하여야한다. (3) 인장하중은펌프및로드셀을사용해서계측하고, 변위는기준보 (Reference Beam) 에변위계를부착하여측정한다. (4) 변위측정은반력장치 ( 지압판 ) 하부지반이변형을일으키는것을고려하여앵커의절대인장변위를측정하는것과, 반력장치 ( 지압판 ) 의변위를측정하여야한다. (5) 반력장치하부지반의침하여부에따라발생할수있는변위측정유형은그림 1과같이 3가지경우이며, 각경우에따른변위측정및결과활용방법은아래와같다

32 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 그림 시험장치및변위측정예 (Case 1) 하부지반침하가없는경우 : 유압잭머리의변위 (S 1 ) 가앵커의인장변위임. (Case 2) 하부지반침하가작게발생한경우 : 유압잭머리의변위 (S 2 ) 가앵커의인장변위이고, 하부지반침하는 (S 4 ) 는고려하지않음 (Case 3) 하부지반침하가크게발생한경우 : 과다한침하로인해유압잭머리의변위가거의없는경우 ( 유압잭머리의변위 (S 3 ) 0) 로서, 이경우에는유압잭을다시세팅하여재시험을실시하여야한다. 인장시험방법 (1) 인장시험은 5회의정적반복재하시험으로하며, 각반복재하시하중은단계적으로증가시키는것으로한다. (2) 초기하중 ( ) 과증분하중 ( ) 은 로한다. (3) 시험방법 ( 가 ) 초기하중도입 : 초기하중은 로하며, 최소 30~50kN이되어야한다. ( 나 ) 1-cycle: 첫번째 cycle에서는초기하중 + 증분하중 ( ) 까지재하한다. 초기하중상태에서증분하중 ( ) 을재하하고하중을일정시간유지시키면서변위를측정한다. 다시하중을초기하중상태까지제하시키고일정시간유지시킨후변위를측정한다. ( 다 ) 2-cycle: 두번째 cycle에서는초기하중 + 증분하중의 2배 (0.4 ) 까지재하한다

33 제 장지반앵커 일반사항 초기하중상태에서증분하중 ( ) 을재하하고하중을일정시간유지시킨후, 다시증분하중 ( ) 을재하하여하중을일정시간유지시키면서변위를측정한다. 하중을증분하중만큼제하하고일정시간유지시킨후, 다시증분하중만큼제하하여초기하중상태까지제하시키고일정시간유지시킨후변위를측정한다. ( 라 ) 3~5cycle : 2번 cycle과동일한방법으로 3~5 cycle까지시험을수행한다. 그림 2.12 리핑암사면에서설계하중 500kN 의앵커에대한인장시험단계예시 ( 최대시험하중 =600kN, 초기하중 =100kN, 증분하중 =100kN) (4) 단계별하중유지시간은표 3 을참고한다. 하중을재하 (loading), 제하 (unloading) 하는 단계에서표 3 의하중유지시간동안변위가안정화되지않고지속적으로변화하는경 우에는하중의크기와하중유지시간을조절할수있다. 표 2.7 하중단계별하중유지시간 하중단계 발파암 리핑암 토사사질토점성토 단계별최대하중 5분이상 10분이상 10분 15분이상이상 중간하중재하시 1분 2분 2분 3분 하중제하시 1분 1분 1분 1분 (5) 각하중단계별변위측정시간은하중을증가시킨직후부터측정하며, 0, 1분, 2분, 5분,

34 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 10분, 15분과같이로그스케일을고려하여측정한다. 변위측정은표 2.7의하중유지시간동안측정한다. (6) 각단계별하중재하및하중제하는 1~2분이내에되도록한다. 일반적으로하중재하속도 = 0.1 t/min, 하중제하속도 = 0.2 t/min로한다. 확인시험방법 그림 리핑암비탈면에서설계하중 의앵커에대한 확인시험단계예제 ( 최대시험하중 =600kN, 초기하중 =100kN, 증분하중 =100kN) (1) 확인시험은 1회의정적반복재하시험으로한다. (2) 초기하중 ( ) 과증분하중 ( ) 은인장시험과동일하다. (3) 시험방법 ( 가 ) 초기하중도입 : 초기하중은 로하며, 최소 30~50kN이되어야한다. ( 나 ) 초기하중상태에서증분하중 ( ) 을가하고하중을일정시간유지시킨후, 다시다음단계의증분하중을재하하여최대시험하중까지재하한다. 최대하중단계에서는하중을유지시키면서일정시간동안변위를관찰한다. (4) 하중유지시간은각하중재하및제하시에는인장시험과달리특별히하중을유지할

35 제 장지반앵커 일반사항 필요는없고변위를측정하면곧바로다음단계로하중을증가시킬수있다. 최대하중단계에서는 5분간하중을유지한다. 단, 변위가안정되지않을경우하중유지시간을안정될때까지연장한다. (5) 앵커의정착은최대하중단계에서 5분간의계측이끝나면하중을제하하여정착 ( 그림 3에 1번경로 ) 하거나소성변위를확인할필요가있는경우에는감독자의판단하에초기하중까지제하한후하중을재하하여정착 ( 그림 3에 2번경로 ) 한다. 크리프시험방법 (1) 크리프시험은크리프가능성이있는지반조건 ( 점성토, 점성토성분이많은토사지반, 이암, 셰일등 ) 이나또는인장시험에서크리프현상이발생하는경우에실시한다. (2) 크리프시험은인장시험과동일하나, 각단계별최대하중에서하중유지시간을표 2.8 에서제시한시간까지유지시키며변위를측정한다. 표 단계별하중유지시간및변위측정시간 하중단계별최대시험하중하중유지시간단계 ( 분 ) 변위측정시간 ( 분 ) ,2,3,4,5,6, ,2,3,4,5,6,10,15,20,25, ,2,3,4,5,6,10,15,20,25,30, ,2,3,4,5,6,10,15,20,25,30,45, ,2,3,4,5,6,10,15,20,25,30,45,60,300 인장시험결과의평가 (1) 인장시험에서얻어진시험결과는다음항목으로정리하여도시하여앵커의특성과성능을판단한다. ( 가 ) 하중-변위곡선 : 앵커의거동파악 ( 나 ) 하중-탄성변위곡선 : 앵커의성능판단 ( 다 ) 하중-소성변위곡선 : 앵커의파괴또는크리프발생의정성적판단

36 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 ( 라 ) 변위 - 시간곡선 : 크리프발생의정량적판단 (2) 하중-변위곡선은인장시험결과전체를한꺼번에도시한것이며, 하중-변위곡선의형태로부터앵커의거동을판단할수있다 ( 그림 2.14 참조 ). 하중변위곡선으로부터각하중cycle별탄성변위 ( ) 와소성변위 ( ) 을산정하며하중-탄성변위곡선과하중-소성변위곡선을도시할때사용한다. 그림 인장시험의하중 변위곡선예제 (3) 하중 - 탄성변위곡선은시공된앵커의시공품질관리를확인하기위해서도시한다. 하중 - 탄성변위곡선을도시하는방법은다음과같다. ( 가 ) 하중 - 변위곡선에서각하중 cycle 별최대하중단계에대한탄성변위 ( ) 와소성변 위 ( ) 를구하여도시한다. ( 나 ) 앵커의제원 ( 단면적 ( ), 앵커자유장길이 ( ), 정착길이 ( ), 변형계수 ( )) 를이용하 여이론적탄성변형곡선을도시한다. ( 다 ) 다음식을이용하여탄성변위상한선과하한선을도시한다. (i) 인장형앵커 : (ii) 압축형앵커 : ( 압축형앵커의경우, l f 는앵커전체길이 )

37 제 장지반앵커 일반사항 ( 라 ) 마찰손실을고려하여수정하한선을도시한다. 수정하한선은다음두점을이은 선으로한다. 표 수정하한선계산식 구분 변위 하중 시작점 (A) 0 끝점 (B) 그림 하중 탄성변위곡선과하중 소성변위곡선예제 (4) 하중-소성변위곡선은앵커의파괴도달여부나크리프발생여부를정성적으로판단하는데사용한다. 하중증가에따라소성변위가수렴하는경향 ( 곡선 A) 을나타내면앵커파괴나크리프현상이없는양호한상태로추정할수있고, 선형적으로증가하는경향 ( 곡선 B) 은설계하중에서앵커파괴나크리프현상이없는상태로간주할수있다. 소성변위가발산하는형태 ( 곡선 C) 는파괴또는크리프현상의가능성을시사하므로별도의크리프시험을실시하여거동을평가해야한다

38 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 그림 하중 소성변위관계도 (5) 변위-시간곡선은각 cycle의최대하중단계에서시간에따른변위를나타낸것으로서, 이로부터크리프계수를구하고크리프발생여부를판단한다. 크리프계수값이 1mm 이하면크리프가발생하지않는것으로간주하고 1mm를초과하면크리프가능성이있으므로별도크리프시험을실시한다. log 여기서, : 최대하중하에서의하중유지시간 (min) : 시간 에서의변위량 (mm) (6) 앵커의인장시험결과로부터적합성여부판단은다음과같이정리할수있다. 항목판단기준 ( 적정범위 ) 하중-변위곡선하중-탄성변위곡선하중-소성변위곡선시간-변위곡선 곡선의형태로부터앵커의거동정성적판단 직선에가까우면탄성거동범위이므로안정한것으로판단함. 곡선형태가확연히나타나면일정하중이상에서소성상태도달가능성이있음 탄성거동의상 하한선범위이내에있으면적합 곡선의형태로부터소성상태발생여부정성적판정. 하중증가에따라소성변위가수렴하거나직선형태이면허용가능. 소성변위가발산하는형태를나타내면부적합 시간-변위곡선에서구한크리프계수가 1mm이하이면적합, 1mm를초과하면크리프시험을별도로실시하여크리프발생하중단계를구해야함

39 제 장지반앵커 일반사항 확인시험결과의평가 (1) 확인시험에서얻어진시험결과는다음항목으로정리하여도시하여앵커의성능을판단한다. ( 가 ) 하중-변위곡선 : 앵커의거동파악 ( 나 ) 하중-탄성변위곡선및하중-소성변위곡선 : 앵커의성능판단 ( 필요시 ) (2) 하중 - 변위곡선은인장시험에서구한하중 - 탄성변위곡선 ( 상 하한선포함 ) 을데이터 시트에함께도시하여적합여부를판정한다. 크리프시험결과의평가 (1) 크리프시험에서얻어진시험결과는그림 2.17 과같이정리하여그래프로나타낸다. 그림 크리프시험 하중단계별변위 시간곡선예제 (2) 위그래프로부터각하중단계별크리프계수 ( ) 를구하고크리프발생여부를판단 한다. 크리프계수는다음식으로구한다

40 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 log 여기서, : 시험단계별하중유지시간 (min) : 시간 에서의변위량 (mm) (3) 각하중단계에서구한크리프계수값이 2mm이하이면시공된앵커는크리프가발생하지않는것으로간주한다. 특정하중단계에서 2mm이상의크리프계수값이발생하면해당단계의하중은크리프하중 ( ) 으로간주하며크리프로인한긴장력손실이발생할수있다. (4) 크리프가발생하는경우, 앵커설계력을크리프하중이하로감소하는등의조치를 취해야한다. 지반앵커의문제점 일본의경우 1950대중반유럽으로부터그라운드앵커기술이도입된이래많은시공실적과함께기술발전이이루어져그용도의확대로이루어져왔으나, 이는기시공된앵커와함께앞으로시공될앵커의유지관리및공용기간중에결함이발생했을경우의대책등의문제또한잠재되어있다고할수있다. 앵커사용초기에가설구조물에사용될때는가설구조물의사용기간중에한정된안정성을그기능으로요구받았으나이것이점차장기공용되는구조물에사용되면서공용기간중구조물전체의안정성을유지하는것이당연한것이며, 이에더해앵커에사용되는재료의높은내구성과앵커인장력의유지혹은인장력의재하 제하등의제어기능이요구되기시작했다. 이에따라 1977년그라운드앵커설계 시공법을제정하였으며, 1988년그라운드앵커설계 시공기준으로개정하였고 2000년재개정하여사용중이다. 국내의경우, 앵커의설계 시공에대해언급된건설공사기준으로는 2006 년제정된건설공사비탈면설계기준 표준시방서가유일하며각각제6장에앵커의적용범위, 재료의특성, 설계일반사항, 설계법과일반사항, 재료, 시공및품질관리등이언급되어있고, 유지관리의경우도 2006년제정된건설공사비탈면유지관리지침제7장비탈면시설의유지관리에일부분으로언급되어있다

41 제 장지반앵커 일반사항 지반앵커의대표적인문제점은다음과같다. 1) 설계 정착지반의공학적특성미고려 (N값에따른주변마찰력산정 ) 앵커종류및특성별설계방법의정립필요 ( 소요앵커력위주의설계 ) 설계앵커력의재검증필요 - 인장및정착용웨지의사용으로인한파단강도의저하 - 하중감소만고려한설계로인한하중증가에대한대책의부재 - 웨지의 set량 ( 미끄러짐 ) 의추가발생으로인한하중저하 수압판배면부지반의설계미반영으로인한지반변형 - 배면지반의즉시침하및장기침하 ( 크리프 ) 발생가능, 내부지반의압밀침하 - 지반지지력이약할경우초기긴장력저하및지속적긴장력감소 - 용수나세굴에의한지반지지력감소, 암반의풍화, 붕적층지반의침하등 비탈면상태 ( 지역및지질 ) 에따른부식방지대책설계필요 - 금속제품으로국부적부식이주로발생되며, 웨지정착으로인한응력균열부식 - PTI, JGA 등에서는부식저항에대한검토를설계에반영 ( 방식처리 ) 2) 시공 정착지반이설계와상이할경우변경없이적용 ( 현장지반특성미고려 ) 격자블록사용시앵커의천공방향과수압판이직각을이루지못해편심발생 천공공내의지하수침투또는피압지하수에의한그라우트강도저하 - 그라우트의강도저하는부착력저하로이어져앵커긴장력저하발생 두부정착을위해강연선피복제거부에대한방식처리미흡 품질확인시험 ( 인발, 인장, 확인시험 ) 에대한이해부족 3) 유지관리 긴장력감소 - 장기 (Relaxation, Rock creep, Progressive faliure, Corrosion 등 ), 단기 (set, 침하 ) - 공법의특성 ( 지반, 암반, 그라우트, 긴장재 ) 상복합거동으로인한일반적감소발생 긴장력증가 - 비탈면의변형및활동, 배면지반의수압증가, 동결작용으로인한팽창등 - 긴장력증가는앵커의파괴로직결되나설계앵커력과허용앵커력의여유량없음 앵커체의부식 - 강연선응력균열부식, 웨지부식, 헤드및캡의부식, 정착부의부식등

42 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 - 앵커시공비탈면의경우용수많음, 구조적으로 2중방식이나취약구간존재 - 앵커의정착을위한피복제거부, 노출앵커헤드, 웨지부에서주로부식발생 국내에서는앵커점검및유지관리기준의부재 재긴장불가능한앵커 (2011년이전시공 ) 의점검및긴장력확인방안필요 기시공된앵커에대한시공및유지관리기록미흡 리프트오프시험후별다른평가없이재긴장실시 (a) 긴장력증가로인한파단 (b) 피복제거부의부식 (c) 배면지반의침하 그림 2.18 지반앵커의대표적인문제점 지반앵커의잔존긴장력현황 지반앵커의잔존긴장력측정방법 지반앵커의잔존긴장력을측정하는방법은크게 2가지로분류할수있으며첫번째는하중계를설치하여주기적으로측정하는방법과예비준공검사시와하자만료검사시에리프트오프시험을통하여잔존긴장력을측정하는방법으로나뉜다. 잔존긴장력측정시험 ( 리프트오프시험 ) 은이미정착되어있는앵커의긴장력을확인하기위해실시하는시험으로유지관리를위한중요한자료로활용된다. 리프트오프시험의상세한시험방법은다음과같다. (1) 시험수량시험수량은 비탈면보강용공사용지반앵커시험지침 ( , 도로교통연구원 ) 에의거하여표 2.10과같다

43 제 장지반앵커 일반사항 표 지반앵커의리프트오프시험수량 앵커의수량 발파암 리핑암 지반조건 사질토 토사 점성토 20 개미만최소 1 개최소 2 개최소 3 개최소 3 개 100 개미만최소 3 개 100 개이상 초기시공된 3 개의앵커와동일한정착지반에설치하는앵커에대하여는추가로 100 개당 1 개 (2) 재긴장여부판단 표 지반앵커의리프트오프시험수량예시 시공수량 기본횟수 추가횟수 (100본당 1회추가 ) 총시험횟수 20미만 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 측정된잔존긴장력의평균이설계긴장력과비교해서 10% 이상감소시재긴장, 10% 이 상증가할경우는정밀점검시행한다. (3) 시험위치 앵커보강설계시대표단면에서시험하며설계서가확인되지않은경우는높이가제일 높은단면에서시험한다. (4) 시험장치 리프트오프시험에쓰이는시험장치및구비해야할성능은다음과같다. 1 가력장치 : 최대시험하중에대하여 1.2 배이상의용량을가진다. 2 계측장치 : 앵커의변위량이충분한정밀도로계측할수있도록한다. 앵커두부의신 장량계측은정밀도 0.1~0.5mm 정도의변위계를사용한다. (5) 시험방법 리프트오프시험은단계재하에의해실시하고긴장력 - 앵커두부변위량관계를측정한다. 1 초기하중은설계긴장력의 10% 이내로한다

44 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 2 하중증가분은설계긴장력의 5% 이내로한다. 3 하중유지시간은특별히필요하지않다. 4 재하속도는인장시험에준한다. 5 최대하중은잔존긴장력의 110% 이상으로한다. 그림 잔존긴장력측정및 헤드분리 (6) 시험결과의평가 1 리프트오프시험의결과는하중~앵커두부변위량관계를보통눈금의그래프용지에작도하여이것을기초해서리프트오프하중을구한다. 2 잭으로앵커헤드나인장재를인장했을때앵커헤드가지압판에서떨어지든지, 정착쐐기가앵커헤드에서빠지기시작했을때의하중을리프트오프하중이라고한다. 3 리프트오프시험에대한하중~변위량곡선의변곡점은잭의하중과앵커의긴장력이균형을이룬점으로생각된다. 일반적으로이때의하중을리프트오프하중으로한다. 그림 2.20 잔존긴장력측정결과예시

45 제 장지반앵커 일반사항 지반앵커의잔존긴장력측정결과 비탈면보강용지반앵커의잔존긴장력확인을위하여 56개비탈면의 19,405공의앵커에대하여리프트오프시험을실시하였으며각비탈면을시공연도, 건설당시또는준공후유지보수기간에시공여부, 설계축력, 설계축력대비잔존긴장력비율, 옹벽설치여부, 격자블록설치여부에따라분류하였다. 건설 / 유지관리 항목은시공시기를구분하기위한것으로건설시는대형건설사가감독하고전문앵커시공업체가시공하는경향이강한반면유지관리는감독인원이상대적으로적으며비전문앵커업체가시공하는경우가많다. 그러므로시공전문성, 관리의중요성이앵커의잔존긴장력에미치는영향을알아보기위한항목으로선택하였다. 옹벽 항목은앵커의전면판이격자블록인지옹벽인지를구분하는것으로옹벽의경우앵커가긴장되어하중이집중되는앵커헤드부분의강성이크고편평도가매우높아긴장으로인한헤드부분변위의관리가상대적으로용이하다고생각되어헤드변위가앵커의잔존긴장력에미치는영향을알아보기위한항목으로선택하였다. 근본적으로는앵커의긴장력에영향을미치는그라우트부착강도, 정착장의지반상태등의변수를고려하여야하나현재까지시공된앵커에서는보존된데이터가없어서분석이불가능하였다. 보다정확한분석을위해향후시공되는앵커는하부지반상태에대한측정데이터를축적할수있는시스템을구축하여야할필요가있다. (1) 설계축력대비잔존긴장력비율비탈면의안정을위한앵커설계는정착장, 자유장의길이, 간격과함께안전율을만족하는설계축력을정하는과정이다. 이때일반적으로하중을선택한다음간격을정하여앵커의공수를정한다. 하중을선택할때고려해야할사항은암반의강도가핵심사항인데설계축력이큰것은암의강도가강하다는의미이며암의강도가강하지못하면앵커의인장시과다한변위를발생시킨다. 그림 2.21의설계축력대비잔존긴장력비율의관계를보면일반적으로 40tonf이상의축력이대부분이고최대설계축력은 87tonf이다. 일반적으로암석의강도가강하면헤드부근침하등으로발생하는변위도적고그라우트의부착강도가강하여앵커축력의감소가작을것으로생각되어지나그림 2.21에서는뚜렷한경향을찾기힘들었다

46 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 잔존긴장력비율 (%) 설계축력 (tonf) 그림 2.21 설계축력대비잔존긴장력비율 자세한분류을위하여구간을분류하여표 2.12로표시하였다. 40tonf이하, tonf, 50tonf 초과세가지로분류하여각각잔존긴장력비율의최대, 최소, 평균, 표준편차를표시하였다. 평균은 50tonf초과가장크게나타나고표준편차는비슷한결과로분석되어져서설계축력이큰앵커에서잔존긴장력의감소가적다는것을확인하였다. 표 2.12 설계축력대비잔존긴장력비율분류 잔존긴장력비율 (%) 설계축력 (tonf) 개소 최대 최소 평균 표준편차 40이하 이하 초과 (2) 건설 / 유지관리대비잔존긴장력비율앞서언급한바와같이 건설 / 유지관리 항목은시공전문성, 관리의중요성이앵커의잔존긴장력에미치는영향을알아보기위한항목이다. 모든토목시공물이전문적으로관리받으면서시공되는경우와그반대인경우에결과물상태의차이점은명확하다. 일반적으로생각대로그림 2.22, 표 2.13과같이건설시시공되어진앵커비탈면이유관리시시공되어진앵커비탈면보다잔존긴장력의비율이높았다. 그러므로비탈면앵커도다른토목구조물과

47 제 장지반앵커 일반사항 마찬가지로전문적인시공관리가중요한것을알수있다. 그림 2.22 건설 / 유지관리대비잔존긴장력비율 표 2.13 건설 / 유지관리대비잔존긴장력비율 분류 잔존긴장력비율 (%) 개소 건설 유지관리 (3) 옹벽 / 격자블록대비잔존긴장력비율앵커의전면판으로앵커를사용하면격자블록에비해표면요철때문에응력집증이발생하는것을막을수있고앵커헤드부근의침하를방지할수있기때문에앵커의긴장력에유지에도움을줄것이라고추정할수있으나표 2.14와같이격자블록은 57.64%, 옹벽은 41.0% 의잔존긴장력을보여추정과반대의경우로측정되었다. 그러나이것은자세히보면조사된옹벽이유지관리때시공된것이 18개로건서때시공된 11개보다많아서 ( 나 ) 에서와같이시공관리에서의문제가반영된결과로볼수있어보다많은결과가측정되어야판단할수있을것이다. 표 2.14 옹벽 / 격자블록대비잔존긴장력비율분류잔존긴장력비율 (%) 개소건설 18 격자블록 개소유지관리 10 건설 11 옹벽 개소유지관리

48 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 (4) 시공년도대비잔존긴장력비율시공년도에따른잔존긴장력변화를그림 2.23에서확인할수있다. 긴장력의변화가시간에따라점진적으로일어난다면시공년도가빠른앵커의잔존긴장력이작아야하는데공용기간과잔존긴장력이반비례관계는보이지않는다. 최근에시공된비탈면앵커가기술의발달에따라긴장력의감소가작아질수있을것으로추정했으나이역시비례관계가성립하지않았다. 잔존긴장력비율 (%) 시공년도 그림 2.23 시공년도대비잔존긴장력비율

49 제 장지반앵커모형실험 제 장지반앵커모형실험 실험개요 지반앵커모형실험은지반앵커의정착장에서의긴장력감소원인을분석하기위하여실시 하였으며, 정착방법과모형지반의강도를변수로하여인발및인장시험과장기계측을실시 하였다. 시험앵커수량및변수조건은다음표 3.1 과같다. 표 3.1 모형실험수량및변수조건 실험명 시험방법 앵커의종류 정착장 지하수위 지반강도 증점제 PC-F18W 18MPa 이하 (18) 유 PC-F27W 27MPa 이상 (27) 마찰압축형 (W) PC-F27WG 1m 27MPa 이상 (27) (G) (C, Compress) PC-F18 무 18MPa 이하 (18) PC-F27 인발시험 ( - ) 27MPa 이상 (27) PT-F18W (P) 18MPa 이하 (18) 유 PT-F27W 27MPa 이상 (27) 마찰인장형 (W) PT-F27WG 1m 27MPa 이상 (27) (G) (T, Tension) PT-F18 무 18MPa 이하 (18) PT-F27 ( - ) 27MPa 이상 (27) LPC-F18W 18MPa 이하 (18) 유 LPC-F27W 27MPa 이상 (27) 마찰압축형 (W) LPC-F27WG 1m 27MPa 이상 (27) (G) (C, Compress) LPC-F18 인장시험 무 18MPa 이하 (18) LPC-F27 및 ( - ) 27MPa 이상 (27) LPT-F18W 장기계측 18MPa 이하 (18) (LP) 유 LPT-F27W 27MPa 이상 (27) 마찰인장형 (W) LPT-F27WG 1m 27MPa 이상 (27) (G) (T, Tension) LPT-F18 무 18MPa 이하 (18) LPT-F27 ( - ) 27MPa 이상 (27)

50 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 실험내용 모형지반조성 모형지반조성은파형강관내부에레디믹스콘트리트를타설하여조성하였으며, 이때추후천공홀확보를위해지반조성시파형강관내부에직경 100 mm의강관을조성지반의중심부에거치하였다. 지반조성을위한콘크리트를타설하고천공홀을유지할정도의시간 (12시간) 이지난후파형강관내부의강관 (φ100) 을인발하여천공홀을확보하였다. 강관제거후실험용앵커체를천공홀내부에설치하였으며레미콘타설 3일경과후, 7일경과후, 14일경과후, 28일경과후압축강도실험을통해지반의강도를확인하였다. 그림 3.1 모형지반조성및압축강도시험 모형지반조성을위해설치된콘크리트는연암및풍화암조건을모사하도록구현하였으 며, 지반조성후압축강도시험을수행하여, 재령일별로모형지반의강도를확인하였다. 표 3.2에일축압축강도시험결과를도시하였으며, 27일강도가평균적으로 8~13Mpa를확보하는 것으로나타났다. 표 3.2 일축압축강도시험결과 구분 3일강도 7일강도 14일강도 28일강도 18MPa 27MPa 18MPa 27MPa 18MPa 27MPa 18MPa 27MPa case case case 평균

51 제 장지반앵커모형실험 앵커체및그라우트재료 인발시험시앵커체는인장형과압축형으로구분하였으며, 압축형의경우에는강연선 3가닥을설치하므로, 압축형앵커의특성을발휘하도록선단부에 3구의저항체를공장제작하여시공하였다. 또한, 인장형의경우에는강연선의기능확보를위해간격재등을이용하여시험체를제작하였으며, 각각의재료및제작전경은그림 3.2와같다. 실험을위한그라우트체는모든실험조건에서동일한강도조건으로설정하기위해일정한배합비를기준으로제작하였으며, 사용재료는보통포틀랜드시멘트를사용하고조강재를사용하였다. 조성된그라우트의 3일강도는 10.0 MPa이측정되었으며, 7일강도에서 18~19MPa이측정되어그라우트의기준강도를확보하는것을확인한후인발시험을실시하도록하였다. 조성지반의목표강도에맞춰그라우트의강도를일정하게유지할수있도록그라우트타설시기를조절하여강도가일정하게확보될수있도록하였다. 그라우트의강도는압축강도시험 (KS L ISO679) 을실시하여확인하였다. 그림 3.2 제작된앵커시험체및그라우트압축강도시험전경 표 3.3 강연선재료특성 종류호칭경표준지름 (mm) SWPC 7B 7 연선 12.7mm 공칭단면적 (mm 2 ) 단위무게 (kg/km) 인장시험 릴랙세이션값 항복하중 인장하중 연신율 N L 15,908 18, 이상 이상 이상 이하 이하 계측기및실험순서 앵커인발시앵커의축력을확인하기위하여 2 개소 (120 씩, 총 10 개소 ) 에 Strain Gauge 를

52 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 설치하였다. 실험과정에서인발력의측정은준공형하중계를이용하였으며, 인발에의한변위는 LVDT를사용하였다. 그림 3.3 실험체조성및인발시험전경 인발실험결과 앵커형식별지반강도에따른앵커의거동 두경우모두에서지하수고려시 27MPa 강도조건에서 18MPa 강도조건대비변형량이감 소하였으며, 지하수미고려시에는반대로변형량이증가되는것으로분석되었다. 구분지하수有지하수無 마찰 압축 마찰 인장 그림 3.4 앵커형식별지반강도에따른앵커의거동 (1)

53 제 장지반앵커모형실험 앵커형식별지하수영향에따른앵커의거동 동일지반강도조건에서지하수영향에따른앵커형식별인발특성에대하여분석하였다. 마찰압축형은 18MPa의경우지하수가있는경우변위량이 147%, 27MPa의경우 76% 의변형량이증가하였고, 증점제첨가시에는최대 67% 로변위량이증가하였다. 마찰인장형은 18MPa 조건에서최대 39%, 27MPa조건에서 78% 로변형량이증가하였고, 증점제첨가시초기인발력이확보되지않아비교가불가하였다. 또한, 극한인발하중에도영향을미치고있음을확인하였다. 상기결과를종합하면지하수의유무가그라우트양생및품질에영향을미치며, 이는결과적으로앵커의인발저항력에큰영향을미치는것을알수있다. 구분 18MPa 27MPa 마찰 압축 마찰 인장 그림 3.5 앵커형식별지반강도에따른앵커의거동 (2) 인발시험결과요약 인발시험에서는모형지반의강도와의상관관계는도출할수없었다. 이는앵커의정착부인 1.0m 에대한실험이므로, 그라우트체와모형지반과의마찰저항보다강연선과그라우트체와 의부착강도가작아발생한것으로판단된다. 지하수유무는그라우트양생및품질에영향

54 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 을미치며, 이는결과적으로앵커의인발저항력에큰영향을미치는것을확인하였다. 앵커형식별인발거동특성분석결과동일한지반조건에서마찰압축형이마찰인장형에비해인발저항력이우수하였으며, 지하수위가높은조건에서도적용성이우수한것으로나타났다. 인장실험결과 마찰압축형앵커의거동 인장시험에서는인발시험과는달리지반강도에따라거동의차이를보였다. 지하수미고려시 27MPa 조건에서 18MPa조건대비변형량 84~93% 로 7~16% 의변형량이감소하는경향을보였고, 지하수고려시에는 55~71% 로 29~45% 의감소경향을보였다. 즉, 동일긴장력에서지반강도증가시앵커의인발변위는감소하므로, 인발저항력이증가하는경향을보였다. a) 지하수가없는경우 b) 지하수가있는경우 그림 지반강도에따른마찰압축형앵커의거동 변형률게이지는장착부 1m에등간격으로배치되어있으며, 마찰압축형의경우강연선이피복내에설치되어있으므로, 게이지위치와무관하게동일한변형률을보이는것으로분석되었다. 이는강연선이앵커선단부에설치된정착체에구속되어있으므로, 긴장력은균등하게발휘되는것을간접적으로나타내고있다. 또한, 하중제하단계 (c, e, g, i) 시강연선의변형률이초기단계 (a) 와동일한결과를보여, 마찰압축형은강연선의활동보다정착부의활동이앵커의거동에더큰영향을미치는것으로판단된다

55 제 장지반앵커모형실험 그림 강연선의축력분포 마찰인장형앵커의거동 그림 3.8은지반강도에따른마찰인장형앵커의거동을나타내었다. 분석결과마찰인장형앵커는지하수가없는경우, 27MPa 조건에서 18MPa 조건대비 56~65% 로 35~44% 의변위가저감되었다. 그러나지하수고려시 27MPa 조건에서 18MPa 조건보다 3~35% 의큰변형이증가되었다. 따라서, 지하수가존재하는경우를제외하면지반강도에따른상관성이있는것으로판단된다. 지하수가없는경우 지하수가있는경우 그림 지반강도에따른마찰인장형앵커의거동 동일한지반강도에서지하수조건에따른마찰인장형앵커의거동을나타낸다. 18MPa 지반에서는지하수미고려시변위가 48% 더발생하였으나, 27MPa 조건에서는변위가 20% 감소하였으며, 증점재를첨가한경우에서변위가가장많이발생하였다. 이는그라우트의강도및부착력의차이에따른것으로판단된다

56 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 조건 조건 그림 지하수조건에따른마찰인장형앵커의거동 그림 3.10은마찰인장형앵커의변형률에대한결과이다. 변형율게이지는마찰압축형앵커와동일하게장착부 1m에등간격으로배치되어있다. 그림 3.10에서전반적으로모든케이스에서변형율이크기가 No.5 > No.4 > No.3 > No.2 > No.1 순으로분포하였다. 즉, 마찰인장형앵커는앵커두부방향쪽에서가장큰앵커력을받고, 정착부끝단으로갈수록작아지는역삼각형의하중분포를가지는것을알수가있다. 또한, 초기하중단계시 No.4~5번 gauge에서만긴장력을받고있으며, 하중단계가증가할수록선단부측으로긴장력이전이된다고판단할수있다. 그림 3.10 마찰인장형앵커의축력분포 각각의하중제하단계 (c, e, g, i) 시강연선의변형율값은 No.1~3 의값은유지하는반면에 그직전단계 (b, d, f, h) 에서가장큰긴장력을받았던 No.4, No.5 의변형률값만감소하는 것을볼수있다. 이러한결과는단계별하중재하시 No.5 번주변의정착부그라우트가

57 제 장지반앵커모형실험 손실되었음을간접적으로판단할수있다. 또한, 최종하중단계에서 No.4와 No.5의변형률거동이점차동일해지는것을볼때, No.4 주변정착부그라우트도손실되고있음을추정할수있다. 앞의실험결과를종합하면, 마찰압축형은긴장력재하시정착부가점증적으로손실되는경향을보이며, 정착부의손실이앵커의장기적거동에큰영향을미칠것으로판단된다. 인장시험결과요약 마찰압축형앵커는앵커의긴장력이선단부까지전이되는특성으로긴장력재하시정착장전체에일정한축력분포를확인할수있었으며, 마찰인장형앵커는두부에서부터축하중이전이되는경향을보여앵커의인발거동의차이점을확인할수있었다. 변형률의변화를검토한결과마찰압축형은강연선의릴렉세이션보다정착부의크립이앵커의거동에더큰영향을미치는것을확인하였다. 또한, 마찰인장형은긴장력재하시앵커두부에서부터선단부방향으로점증적으로전이및파괴되는경향을보이며, 이는그라우트체의점진적인파괴경향이앵커의장기적거동에큰영향을미치는것을확인하였다. 인장시험결과를종합하면, 앵커의형식및지하수의존재여부에따라앵커의거동과상관관계가있음을확인하였으며, 마찰압축형앵커의경우지반강도와의상관성을확인하였다. 장기계측결과 장기거동특성을확인하기위해인장시험종료후시공된각각의앵커에대하여장기계측을실시하였다. 계측기간은 2016년 2월 12일부터 4월 28일까지약 75일간진행하였으며, 계측결과는다음과같다. 마찰압축형앵커는약 3~5일간급격하게하중이감소되었으며, 그이후로는일정하게하중이감소하는경향을보였다. 마찰압축형앵커에서 3일간발생한감소량이전체감소량의약 40% 이상차지하는것을보여준다. 마찰인장형앵커는마찰압축형의경우보다하중감소량이작았다. 단, 이러한결과는마찰압축형보다초기긴장력이작은조건에서실험되었기때문에발생된것으로판단된다

58 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 (a) 마찰압축형 (b) 마찰인장형 그림 3.11 장기계측결과 그림 3.12 최종감소량대비초기감소특성

59 제 장지반앵커모형실험 부착력실험결과 실험개요 그라우트는천공경내앵커정착부의틈을채우고긴장재에가해진하중을주면지반에전달시킴과동시에부식물질의침입으로부터긴장재를보호하는역할을한다. 따라서그라우트는필요한강도와내구성을갖고긴장재와정착지반과의틈을채울수있는성질을갖고있어야한다. 그라우트의강도, 내구성및유동성등은물과결합재 ( 시멘트및혼화재 ) 비율과관계가있으며, 기관별시방기준은일부상이하나, 시멘물-결합재비 (W/B) 가 40 50% 정도인것을사용하고있는데, 이범위에있는것이라면앞의조건을대부분만족시킨다. 또한, 시공성을손상시키지않는범위라면물-결합재비는작은편이그라우트의품질이높아지기때문에유동화제나감수제등의혼화재를사용할수있다. 앞의 3.4.3절인장시험결과에서는지하수의존재여부가앵커의거동에영향을미치는것으로분석되었다. 지반에지하수가존재하는경우천공후그라우트재를주입할때지하수의영향으로물-결합재비가증가하고이에따라강도가낮아지는경우가종종발생한다. 따라서, 본절에서는그라우트의물-결합재비를변수로모형시험을실시하여앵커의인발거동에미치는영향을파악하고자한다. 실험변수및방법 일반적으로그라운드앵커시공시물-결합재비는 40~50% 의범위로시공되고있다. 따라 서, 본실험에서는 40%, 45%, 50%, 55% 의 4가지 case의물-결합재비에대하여실험을진행 하였다. 표 3.4 실험 CASE W/B 40% 45% 50% 55% 실험명 PT-WC40 PT-WC45 PT-WC50 PT-WC

60 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 모형지반조성 그라우트양생 인발시험 그림 실험방법 부착력실험결과 모형실험결과물-결합재비가낮을수록최대인발하중이높게나타는경향을보였다. 모든실험조건에서초기약 10mm까지동일한기울기로거동하였고, 이후물-결합재비에따라각각의최대인발하중까지거동하였다. 물-결합재비가 45% 인경우에서는강연선이파단하여시험을종료하였으며, 30mm 변위를기준으로하여분석하면, W/B가 50% 이하인경우 111~120kN으로 110kN을상회하고있으며, W/B가 55% 인경우에는 106kN으로물-결합재비에따른영향이있는것으로판단된다

61 제 장지반앵커모형실험 c) W/B = 50% d) W/B = 55% e) CASE 별최대인발하중비교 f) case 별하중비교 (30mm) 그림 물 결합재비에의한부착력실험결과

62 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 제 장지반앵커현장실험 실험개요 현장실험은경기도화성시동탄면동부대로 922 번길 일원으로도로교통연구원부 지내시험동동측비탈면구간에서실시하였으며, 현장위치및현황은다음과같다. 시험위치 그림 4.1 현장위치 그림 4.2 현장실험부지

63 제 4 장 지반앵커 현장실험 4.2 지반조사 지형 및 지질현황 실험지역의 지형은 산계로 조사지역을 중심으로 북에서 시계방향으로 빈장산( 185.0m)무봉산( 216.3m)-함봉산( 306.2m)-십자봉( 239.9m)-농뒷봉( 150.0m)을 잇는 산세가 분포 하며, 조사지역은 이중 동측편의 함봉산 산세의 말단부 능선에 해당한다. 수계로는 조사지역 동측 산세의 계곡부에서 발원된 신리천은 서류하다 동탄분기점 부근에서 오산천에 합류되 고, 기타 소지류는 산척저수지에 유입된 후 서류하다 오산천에 유입되는 수계망을 보인다. 본 실험지역 위치는 광역 지질은 선캠브리아기에 해당하는 경기변성암복합체인 흑운모편 마암, 각섬석흑운모편마암, 규장편마암이 대부분을 차지하고 있으며 이를 시대미상의 화강 편마암이 관입하였고 상기의 모든 암들을 제4기의 충적층이 부정합으로 피복하고 있다. 과 업지역은 상기 암반 중 흑운모편마암이 기반암으로 분포하고 있다. 실험지역 위치의 지질도 는 그림 4.3과 같다. 실험위치 그림 4.3 실험구간 지질도 및 지질계통표

64 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 시추조사 지반조사는앵커가시공되는옹벽및비탈면부에앵커의설치각도와동일하게 20 로 NX 구경으로 2 개소에대해경사시추를실시하였다. 시추조사위치는지반앵커가설치되는경계 부를기준으로선정하였으며, 시추조사위치는표 4.1 과같다. 표 시추조사위치시추위치지반고구분비고 X 좌표 Y 좌표 EL(+) m BH , , 경사시추시추조사 BH , , 경사시추 a) BH-1 경사시추전경 b) BH-2 경사시추전경그림 4.4 경사시추조사전경시추조사결과, 지층구성상태는지표로부터표토, 풍화토, 풍화암, 연암의층서로이루어져있다. 각지층별성층상태및지층특성을분석하면다음과같다. (1) 매립층본지층은최외곽층으로현재옹벽구조물에해당되며, 약 0.6m 정도의두께를보인다. (2) 표토본지층은최외곽층을제외한최상부표토층으로약 0.1~0.3m 정도의층후를보인다. 구성토질은실트질모래로서습윤한상태이며, 갈색의색조를띤다. 육안조사결과상대밀도는느슨할것으로판단된다

65 제 장지반앵커현장실험 (3) 연암본지층은기반암인흑운모편마암의연암으로, 최외곽층으로부터 m 심도에서부터 14.1~14.3m 두께이상으로분포한다. 색조는담갈 ~ 암회색을띄며, 강도는약함 보통강함정도이며, 전체적으로파쇄및절리가발달하였으며, 코아는암편 단주상코아로회수되었다. 풍화도는심한풍화 ~ 보통풍화정도이고, 코아회수율 (T.C.R) 은 %, 암질지수 (R.Q.D) 는 8 65% 로매우불량 ~ 보통의암질상태를보이고있다. 또한 BH-1의경우 2.3~3.0m, 3.0~5.0m, 11.0~12.0, 13.2~14.0 구간에극파쇄구간이부분적으로분포하며, BH-2의경우 8.0~8.5m, 14.0m 구간에서부분적으로극파쇄구간이분포하는것으로확인되었다. 사업명 지반앵커현장실험부지지반조사 시추공번 BH-1 조사일 사업명 지반앵커현장실험부지지반조사 시추공번 BH-2 조사일 발주처 한국도로공사 위 치 표고 EL(+) 80.5 M 발주처 한국도로공사 위 치 표고 EL(+) 78.6 M 굴진심도 15.0 M 시추방법 회전수세식 시추자 김천일 지하수위 굴진심도이하 굴진심도 15.0 M 시추방법 회전수세식 시추자 김천일 지하수위 굴진심도이하 케이싱심도 0 M 시추기 유압식 작성자 김동찬 시추공경 NX 케이싱심도 0 M 시추기 유압식 작성자 김동찬 시추공경 NX 심 도 (M) 표 고 (M) 두 께 (M) 주 상 도 시 료 표준 관입 시험 기 술 T C R (%) 암질절리간격 R Q D (%) D S 형 상 CM 최대최소평균 비고 심 도 (M) 표 고 (M) 두 께 (M) 주 상 도 시 료 표준 관입 시험 기 술 T C R (%) 암질절리간격 R Q D (%) D S 형 상 CM 최대최소평균 비고 매립층 심도 : 0.0 ~ 0.6 M 현재옹벽구조물 표토 심도 : 0.6 ~ 0.7 M 실트질모래습윤, 갈색, 느슨 매립층 심도 : 0.0 ~ 0.6 M 현재옹벽구조물 표토 심도 : 0.6 ~ 0.9 M 실트질모래습윤, 갈색, 느슨 연암층 연암층 심도 : 0.7 ~ 15.0 M 편마암전체적으로파쇄및절리발달담갈 ~ 암회색약함 ~ 강함심한풍화 ~ 약간풍화매우심한균열 ~ 심한균열암편 ~ 단주상코아회수 심도 : 0.9 ~ 15.0 M 편마암전체적으로파쇄및절리발달담갈 ~ 암회색약함 ~ 보통강함심한풍화 ~ 보통풍화매우심한균열 ~ 심한균열암편 ~ 단주상코아회수 # 0.7~2.3m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) # 0.9~3.9m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) # 2.3~3.0m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) 극파쇄구간 (Core Loss) # 3.0~6.0m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) 5.0m 이하극파쇄구간 (Core Loss) # 6.0~8.0m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) 부분적으로석영맥협재 # 8.0~10.0m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) 보통암정도의강도를지님 # 10.0~13.0m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) 11.0~12.0m : 극파쇄구간 (Core Loss) # 3.9~5.5m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) # 5.5~7.5m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) # 7.5~9.0m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) 8.0~8.5m : 극파쇄구간 # 9.0~12.0m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) # 12.0~15.0m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) 14.0m부분극파쇄구간 * 심도 M 에서시추종료 # 13.0~15.0m 파동형 / 거침절리면변색 ( 갈색 ) 13.2~14.0m : 극파쇄구간 (Core Loss) * 심도 M 에서시추종료 a) BH-1 시추주상도 b) BH-2 경사시추전경 그림 4.5 시추주상도 시료상자사진은다음과같으며, 사진에서와같이전체적으로파쇄및절리가발달되어있으며, 심한풍화 ~ 보통풍화정도를보이고있다. BH-1의경우 2.3~3.0m, 3.0~5.0m, 11.0~12.0, 13.2~14.0 구간에극파쇄구간이부분적으로분포하며, BH-2의경우 8.0~8.5m, 14.0m 구간에서부분적으로극파쇄구간이분포하는것으로확인할수있다

66 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 a) BH-1 (1 번째시료상자 ) b) BH-1 (2 번째시료상자 ) c) BH-1 (3 번째시료상자 ) d) BH-2 (1 번째시료상자 ) e) BH-2 (2번째시료상자 ) f) BH-2 (3번째시료상자 ) 그림 4.6 시료상자사진 암석시험결과암석시료에대한실내암석시험을실시하였으며, 그결과 72.08~79.29MPa의양호한암반강도를보이고있다. 그러나, 이는일축압축시험의특성상비교적양호한시료에대한시험결과이며, 시료상자사진에서와같이토피고가낮은우측시험부지의경우암반의상태가더불량한것을알수있다. 표 4.2 암석시험결과 공번 심도 (m) 비중 흡수율 (%) 탄성파속도 (m/sec) P 파 S 파 일축압축강도 (MPa) 포아송비 탄성계수 (MPa) BH-1 7.7~ ,201 2, ,745 BH-2 6.7~ ,557 1, ,

67 제 장지반앵커현장실험 현장실험계획 실험방법 : 인발시험 (P), 인장시험및장기계측 (LP) 2CASE 앵커종류 : 마찰압축형 (C), 마찰인장형 (T), 하중분산형 (D), 지압형 (W) 4CASE 두부조건 : 원지반 ( 두부변위발생가능, G), 옹벽 ( 두부고정, W) 앵커길이 : 정착장 1.0m, 3.0m 5.0m 물시멘트비 (W/C) : 45%( 시방배합 ), 60%( 과배합 ) 2CASE 3CASE 2CASE 표 실험 분류 실험방법앵커종류물결합재비정착장두부실험방법앵커종류물결합재비정착장두부 인장시험및장기계측 마찰압축지압형 45% 3.0m 마찰인장 45% 마찰압축 3.0m 인장시험하중분산및마찰인장 3.0m 장기계측 60% 마찰압축 60% 하중분산 3.0m 인발시험 인장시험및장기계측 마찰인장 지압형 3.0m 하중분산 옹벽부 마찰압축 3.0m 지압형 3.0m 마찰인장 3.0m 마찰압축 하중분산 45% 3.0m 마찰인장 마찰인장 1.0m 하중분산 인발시험 마찰인장 3.0m 지압형 45% 마찰인장 5.0m 마찰인장 마찰인장 1.0m 마찰압축 원지반 마찰인장 60% 3.0m 하중분산 마찰인장 5.0m 원지반 물 / 결합재비에따른인발거동을분석하기위하여시방기준 45% 와기준에만족하지못하는 60% 에대하여실험변수로결정하였다. 실험을위한그라우트체는모든실험조건에서동일한강도조건으로설정하기위해일정한배합비를기준으로제작하였으며, 사용재료는보통포틀랜드시멘트를사용하고조강재를사용하였다. 공시체는일반적으로그라우트체의강도시험에사용하는큐브몰드를적용하였으며, 배합비, 경과일수 (7일, 14일, 21일 ) 별로각각 3개의공시체를제작하였다. 공시체제작순서는다음과같다

68 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 a) 사용재료 b) 재료계량 c) 큐브몰드 d) 수중양생 ( 수침 ) 그림 4.7 공시체제작과정 표 4.4 그라우트배합표 구분 W/B 45% WB 60% 비고 시멘트 400 kg 400 kg 40kg/ 포 물 180 kg 240 kg 조강재 ( 이오믹스 ) 4 kg 4 kg 시멘트의 1% (2kg/ 포 ) 그라우트압축강도시험은그라우트실시후 7 일강도, 14 일강도를확인하기위하여진행 하였으며, 2 주경과후물결합재비기준 45% 및 50% 에서 21MPa 이상을확인하였다. 결과는 다음표와같다

69 제 장지반앵커현장실험 표 4.5 압축강도시험결과 W/B 일자번호과제하중 (kgf) 단면적 ( cm2 ) 압축강도 (MPa) 평균압축강도 (MPa) 비고 , % 60% 7/21 7/28 8/7 7/21 7/ , , , , , , , , , , , , , , 일 일 일 일 일 a) W/B 45% - 7 일강도 b) W/B 45% - 14 일강도 c) W/B 60% - 7 일강도 d) W/B 60% - 14 일강도 그림 4.8 압축강도시험전경

70 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 현장계측계획 앵커인발시축력을확인하기위하여각앵커 5 개소에 Strain Gauge 를설치하였다. 2m 1,5m 1,5m 1,5m 1m No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 정착장 : 3m 자유장 : 5m a) 압축형 (C-type) 2m 1,5m 1,5m 1,5m 1m No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 정착장 : 3m 자유장 : 5m b) 인장형 (T-type) 1,5m 1,5m 1,5m 1,5m 1,5m No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 정착장 : 3m 자유장 : 5m c) 분산형 (D-type) 2m 1,5m 1,5m 1,5m 1m No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 정착장 : 3m 자유장 : 5m d) 지압형 (W-type) 0,3m 0,3m 0,3m 1m 3,1m No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 자유장 : 5m e) 인장형 (1m) 0,5m 1m 1m 1,5m 3m No.1 No.2 No.3 No.4 정착장 : 3m f) 인장형 (3m) 자유장 : 5m No.5 1m 1,5m 1,5m 2m 3m No.1 No.2 No.3 No.4 정착장 : 5m g) 인장형 (5m) 그림 4.9 계측기설치위치 자유장 : 5m No

71 제 장지반앵커현장실험 실험과정에서인발력의측정은 Bongshin 사의 200ton 하중계와 CAS 사의 100ton를사용하였으며, 인발에의한변위는 TML사의 100mm LVDT를사용하였다. 또한, 측정자료는 TML사의 Data Logger를이용하여수집하였으며, 50채널의스위치박스를이용하여하중및변위, 변형률등을계측하였다. 실험에사용된계측장비의주요사양및계측장비의모습은다음과같다. 표 4.6 계측장비 종류 DATA LOGGER Swich Box 하중계 (Load cell) 변위계 (LVDT) 변형율계 (Strain gauge) 실린더 (Cylinder) 용량 Ch. 30 Ch 감도 % - 제작사 TML TML Bongshin CAS TML TML Enerpac a) DATA LOGGER & Swich BOX b) Strain gauge c) Load Cell (2,000kN) d) LVDT (TML) 그림 4.10 계측장비

72 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 현장실험순서 옹벽부천공 옹벽에설치되는앵커구간은옹벽의손상을최소화하기위해옹벽구조물의코어링을실 시하고, 옹벽상부의비탈면부에는정지작업실시하였다. a) 옹벽부천공작업 b) 옹벽부천공완료 c) 비탈면부정지작업 d) 비탈면부정지완료 그림 4.11 옹벽부천공및비탈면정지작업전경 지반천공및앵커설치 옹벽및비탈면부의앵커설치위치에대해크롤러드릴을이용하여각각지반천공을실 시하였으며, 앵커설치배치도에따라각각의위치에해당하는지반앵커를설치하였다

73 제 장지반앵커현장실험 a) 옹벽부크롤러천공전경 b) 비탈면부크롤러천공전경 c) 옹벽부앵커설치전경 d) 원지반부지압형설치전경 e) 앵커설치완료전경 그림 4.12 지반천공및설치전경 그라우트주입 물 / 결합재비 45%, 60% 로앵커설치배치도에따라그라우트를배합한후주입하였으며, 주 입시공시체를제작하여추후압축강도시험을통해강도를확인하였다

74 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 a) 그라우트배합준비 ( 시멘트, 조강재등 ) b) 그라우트배합전경 c) 그라우트주입전경 d) 공시체제작전경 그림 4.13 그라우트주입및공시체제작전경 격자블럭거치 장기인장시험이계획된비탈면부에대해서는 PC 격자블럭을설치하였다. a) 격자블럭하차 a) 격자블럭거치 c) 앵커가인장 d) 거치완료 그림 4.14 격자블럭거치전경

75 제 장지반앵커현장실험 인발및인장시험 단 장기조건을구분하여인발및인장시험을실시하였으며, 시험전경은다음과같다. a) 계측기설치 b) 단계별하중재하 c) 하중제하후인발시까지재하 d) 극한하중및파단면확인 그림 4.15 단기조건인발시험전경 a) 실린더및변위계제거 b) 정착하중까지단계별하중재하 c) 정착완료 d) 보호비닐및침하계설치 그림 4.16 계측기설치전경

76 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 현장실험결과 앵커의정착장검토 일반적으로그라우트의압축강도는 15MPa 이상으로시방기준에서명시하고있으며, 15MPa 이 상인경우에는허용부착응력은다음의표 4.8 과같이 800~1,100kPa 의범위를제시하고있다. 표 4.7 철근콘크리트의허용부착응력 (kpa) 긴장재종류 일시앵커 영구앵커 그라우트압축강도 40,000 15,000 18,000 24,000 30,000 이상 PS 강선 PS 강연선 800 1,000 1,200 1,350 1,500 이형 PS 강봉 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 PS 강선 PS 강연선 ,000 이형 PS 강봉 - - 1,600 1,800 2,000 긴장재의종류 표 4.8 시험으로측정된허용부착응력 (kpa) 일시앵커 그라우트압축강도 15,000 이상 25,000 미만 25,000 이상 영구앵커 그라우트압축강도 20,000 이상 35,000 미만 35,000 이상 PS 강선, PS 강봉 PS 강연선 800 1, ,000 이형 PS 강봉 1,100 1,500 1,000 1,200 부착저항장산정결과앵커의설계축력 400kN인경우부착저항장은 2.51~3.13m로산정되었다. 강연선 1가닥에대한부착강도실험결과, 물 / 결합재비 45% 인경우최대 116kN에서앵커체의인발없이자유장부에서파단하였으므로, 이를현장실험조건과비교하면본현장시험에적용된앵커는 4가닥이므로소요부착력은충분히확보되었을것이라판단된다

77 제 장지반앵커현장실험 앵커의극한마찰저항 앵커의극한주면마찰저항은국내외문헌치에서제시하고있으나, 일반적으로국내에서가장많이적용하는건설공사비탈면설계기준에서는다음의표 4.9와같이정의하고있다. 실험구간은지반조사결과연암및파쇄대가분포하고있으며, 위의표에서와같이극한주면마찰저항은파쇄대의경우 600~1,200kPa, 연암의경우 1,000~1,500kPa로제시되어있다. 암반 모래자갈 모래 표 4.9 앵커의극한주면마찰저항 ( 건설공사비탈면설계기준, 2011) 지반의종류 N 값 N 값 경암연암풍화암파쇄대 극한주면마찰저항 (, kpa) 1500 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 400 점성토 1.0 c (c 는점착력 ) 앵커의마찰저항장은앵커의설계축력 400kN 에대해검토하였다. 파쇄대조건에서는극한마 찰저항최소값 600kPa 인경우 3.03m, 평균값 800kP 인경우 2.27m, 연암조건에서는극한마 찰저항 1,000 kp 인경우 1.82m 로산정되었다. 따라서, 현장실험에서의앵커의정착장은부착 저항장및마찰저항장을고려하여 3.0m 로적용하였다. 이는문헌치에서제시하고있는앵커 의극한인발저항력을근거로산정한것이며, 비교적지반조건이불량한위치의마찰인장형 앵커의정착장길이의변수로한실험에서의결과치와비교할필요가있다. 표 4.10 앵커정착장산정결과 max (kn) (mm) Fs (kpa) (m) 비고 극파쇄대 파쇄대 , 연암

78 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 마찰인장형앵커의거동분석 마찰인장형앵커의거동분석결과는그림 4.17 과같다. a) PT-W45 b) LPT-W45 c) PT-G45 d) LPT-G45 e) PT-W60 f) LPT-G60 그림 마찰인장형앵커실험결과 표 4.11 마찰인장형앵커의변위측정결과 구분 Displacement [mm] PT-W LPT-W PT-G LPT-G PT-W LPT-G

79 제 장지반앵커현장실험 물 / 결합재비에따른마찰인장형앵커의인발거동에대하여분석하였다. 아래그림의 a) 인발시험결과에서는 PT-G45의실험케이스는 300kN 이하의하중에서파단되어결과분석에서는제외하였다. 물 / 결합재비에따른인발거동을종합분석한결과인발시험에서는물 / 결합재비와무관하게초기에동일한기울기를보였으며, 450kN 이상의하중에서기울기가급변하게나타나물 / 결합재비 45% 의인발저항력이우수한것으로분석되었다. a) 단기인발시험결과 b) 장기인장시험결과 그림 마찰인장형앵커의물 결합재비에따른인발거동특성 두부조건에따른인발거동분석결과앵커두부의조건에따라높은상관성을보이는것으로분석되었다. 마찰인장형의경우앵커자체가원지반과의부착력으로인발저항력을발휘하므로고정부의강성에따라동일한변위수준에대하여도인발저항력수준은큰차이를보이는것으로판단된다. 이는앵커헤드설치부의지반, 지압판의지압면적등이충분하지않은경우안전성에취약할수있는것으로판단된다. a) 인발시험결과 b) 인장시험결과 그림 마찰인장형앵커의물 결합재비에따른실험결과

80 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 마찰압축형앵커의거동분석 마찰압축형앵커의거동분석결과는그림 4.20 과같다. a) PC-W45 b) LPC-W45 c) PC-G45 d) LPC-G45 e) PC-W60 f) LPC-G60 그림 4.20 마찰압축형앵커실험결과 표 4.12 마찰압축형앵커의변위측정결과 Displacement [mm] 구분 PC-W LPC-W PC-G LPC-G PC-W LPC-G

81 제 장지반앵커현장실험 물 / 결합재비에따른마찰압축형앵커의인발거동에대하여분석하였다. 아래그림의 a) 인발시험결과에서는 PC-G45의실험케이스는 400kN 이하의하중에서파단되었으며, 하중-변위곡선의기울기가상이하므로, 결과분석에서는제외하였다. 물 / 결합재비에따른압축형앵커의인발거동을종합분석한결과인발시험에서는물 / 결합재비가 45% 인경우에서동일항에서변위가큰것으로분석되었다. 이는 100kN까지의초기변형의값에서차이점이있어발생하는것이며, 전체적인기울기는인장형앵커와비교할때동일하거나, 약간증가하는다소상반된경향을보인다. a) 인발시험결과 b) 인장시험결과 그림 마찰인장형앵커의물 결합재비에따른인발거동특성 두부조건에따른인발거동분석결과앵커두부의조건에따라높은상관성을보이는것으로분석되었다. 인장형앵커에서보다변위에서더큰차이를보이고있으며, 또한하중변위곡선의기울기에서도큰차이를보이고있다. 압축형앵커는정착체를제외한강연선의외부가피복되어있어, 보다큰차이를보이는것으로판단된다. a) 인발시험결과 b) 인장시험결과 그림 마찰인장형앵커의물 결합재비에따른실험결과

82 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 하중분산형앵커의거동분석 하중분산형앵커의거동분석결과는그림 4.23 과같다. a) PD-W45 b) LPD-W45 c) PD-G45 d) LPD-G45 e) PD-W60 f) LPD-G60 그림 하중분산형앵커실험결과 표 4.13 하중분산형앵커의변위측정결과 Displacement [mm] 구분 PD-W LPD-W PD-G LPD-G PD-W LPD-G

83 제 장지반앵커현장실험 물 / 결합재비에따른하중분산형앵커의인발거동에대하여분석하였다. 아래그림의 a) 인발시험결과에서는 PD-G45의실험케이스는 400kN 이하의하중에서파단되었으며, 하중-변위곡선의기울기가상이하므로, 결과분석에서는제외하였다. 물 / 결합재비에따른하중분산형앵커의인발거동을종합분석한결과물 / 결합재비 45% 의인발저항력이우수한것으로분석되었다. 이는하중분산형앵커의각각의저항체에서위치별인발저항력을발휘할때지반과그라우트의부착력이좀더높은경우인발저항력에유리한것으로판단된다. 따라서, 물 / 결합재비가낮은 45% 경우인발저항시유리한것으로판단된다. a) 인발시험결과 b) 인장시험결과 그림 하중분산형앵커의물 결합재비에따른실험결과 두부조건에따른인발거동분석결과앵커두부의조건에따라높은상관성을보이는것으로분석되었다. 단, 하중분산형의경우물 / 결합재비와두부조건에따른인발저항특성보다앵커의저항체위치별성능발현이충분하여야설계하중에대한성능이발현될수있을것으로판단된다. a) 인발시험결과 b) 인장시험결과 그림 하중분산형앵커의두부조건에따른실험결과

84 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 지압형앵커의거동분석 지압형앵커의거동분석결과는그림 4.26 과같다. a) PW-W45 b) LPW-G45 c) PW-W60 d) LPW-G60 그림 지압형앵커실험결과 표 4.14 지압형앵커의변위측정결과 구분 Displacement [mm] PW-W LPW-G PW-W LPW-G

85 제 장지반앵커현장실험 물 / 결합재비에따른지압형앵커의인발거동에대하여분석하였다. 지압형앵커의경우물 / 결합재비에따른앵커의거동차이가나타났으며, 지반과그라우트와의부착력이높은 W/B 45% 의경우 W/B 60% 에비하여동일한변위발생시높은인발하중을발현하였다. a) 인발시험결과 b) 인장시험결과 그림 지압형앵커의물 결합재비에따른실험결과 지압형앵커의경우도다른실험 CASE 와마찬가지로옹벽조건에서동일변위발생시더 높은인발하중을발현하는것으로나타났다. 또한, 두부조건의변형이허용되지않는옹벽조 건의경우하중의반복작용에대하여탄성거동에가까운거동을나타내었다. 그림 지압형앵커의두부조건에따른실험결과 현장실험결과요약 현장실험에서는지반앵커의종류및물 - 결합재비, 두부조건, 정착길이등을실험변수로 총 28 CASE( 압축형앵커 6 개소, 인장형앵커 12 개소, 하중분산형앵커 6 개소, 지압형앵커 4 개소 ) 에대하여인발및인장시험을수행하였다. 각변수별인발시험결과는다음과같다

86 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 a) 정착장길이에따른결과분석 b) 앵커형식에따른결과분석 c) 물 / 결합재비에따른결과분석 d) 두부조건에따른결과분석그림 현장실험종합결과 정착장길이에따른마찰인장형앵커의인발거동검토결과, 정착장 1.0m 조건에서 300kN 의하중에서인발되었으며, 정착장길이가증가할수록인발력이증가하는경향을확인하였다. 인발저항력분석결과인장형앵커가설치된지반은파쇄대지역으로유추할수있으며, 지반조사결과에서와같이대상지역은연암과파쇄대가교호하는지반임을확인할수있었다. 옹벽부에설치된앵커형식에따른인발거동분석결과마찰인장형이가장우수한것으로분석되었으며, 마찰압축형, 하중분산형, 지압형앵커의경우동일한경향을보이고있다. 그러나, 이는각앵커형식별로자유장의길이가상이하기때문에발생하는것이며, 원지반에설치된앵커에서는상관성을보이지않았다. 물 / 결합재비변화에따른분석결과옹벽부에설치된앵커구간에서물 / 결합재비 45% 인경우가 60% 인경우보다인발저항력이우수한것으로분석되었다. 그러나, 원지반에설치한앵커에서는상관성을보이지않았다. 두부가고정된옹벽조건과두부변형이허용되는원지반조건을비교분석한결과옹벽조건에서인발저항력확보가우수한것을확인하였다. 상기현장실험결과를종합하여요약하면, 가정한다

87 제 장지반앵커현장실험 양한변수중, 앵커의두부조건은앵커의거동에가장큰영향을미치는것으로나타났으며, 두부의변형이허용되는원지반토사지반에서앵커를설치하는경우유의할필요가있다. 또한, 본현장실험은모형실험결과와비교할때정착장의길이및두부조건을제외하면, 앵커형식, 물 / 결합재비의변화의실험케이스에서는뚜렷한경향을보이지않았다. 이는모형실험과는달리현장실험에서는동일한모형지반의조성이불가하고, 특히현장실험대상지의정착지반이파쇄대가발달한것에따른것으로판단된다. 장기계측결과 본절에서는앵커의장기거동특성분석을위해인장시험종료후설계축력까지앵커를재인장하고계측기 (Load cell) 을설치하여정착한후축력및두부변위에대해장기계측을실시하였다. 계측기간은 2016년 8월 10일부터 12월 1일까지약 4개월동안진행하였으며, 앵커의축력은로드셀을 Data Logger를이용해긴장력변화를측정하였고, 두부변위발생이예상되는격자블럭설치구간에대해서는육안변위계측이가능하도록지지대에 Steel 자를고정하여설치하여측정도록하였다. a) 장기계측앵커전경 b) potable Data Logger 측정전경 c) 변위계측전경그림 4.30 현장계측전경

88 지반보강용영구앵커의적용실태조사및성능향상대책수립 약 4개월 (112일) 간총 11개소의앵커설치구간에대해장기계측을실시한결과, 앵커설치직후부터긴장력의손실이발생하였으며 90일내외에서긴장력이수렴하는경향을보였다. 앵커긴장력은옹벽설치구간과원지반설치구간에서감소율의변화양상의차이를확인하였다. 변위가억제된옹벽에앵커를설치하는조건인경우초기 12일동안감소폭이비교적크게발생하였으며, 총 4.5~7.5kN의축하중의감소가발생하였다. 원지반에설치된앵커의경우에는옹벽조건과는달리초기 50일동안축하중은지속적인감소한이후완만해지는경향을확인하였으며, 옹벽조건에비해비교적큰 5.1~41.2kN의축하중감소가발생한것으로분석되었다. 계측기간동안긴장력손실량은초기앵커정착하중대비마찰압축형은 4.4~27.3kN이감소하였고, 마찰인장형은 6.6~17.5kN, 하중분산형은 7.5~41.2kN, 지압형은 5.1~25.7kN이감소하였다. 또한, 앵커정착시정착손실량의차이가발생하여초기인장력이동일하지않으므로, 비교분석을위해초기인장력과잔류인장력의비율로분석하였다. 마찰압축형의경우초기인장력의 92.49~98.76%, 마찰인장형은 93.05~97.30%, 하중분산형은 89.28~97.51%, 지압형은 93.46~ 98.65% 의인장력이유지되고있으며, 8개의원지반설치앵커중 7개소에서 1.0~3.0mm의변위가관찰되었다. 표 4.15 현장실험장기계측결과 구분 초기인장력 (Pi) 인장력계측값 [kn] 최종인장력 (Pf) 손실량 (ΔP) 최종인장력비율 P f / P i (%) 최종손실비율 ΔP/ P i (%) 최종두부변위량 (mm) 마찰압축형 마찰인장형 하중분산형 지압형 LPC-W % 1.24% - LPC-G % 7.51% 1.50 LPC-G % 5.68% 3.00 LPT-W % 2.70% - LPT-G % 6.95% - LPT-G % 3.90% 1.00 LPD-W % 2.49% - LPD-G % 10.72% 1.00 LPD-G % 2.70% 1.00 LPW-G % 6.54% 2.00 LPW-G % 1.35% `