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규필 경
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1 Journal of the Korean Geo-Environmental Society 16(3): 23~34. (March, 2015) ISSN DOI 현장시험시공을통한대나무쏘일네일링공법의적용성에관한연구 A Study on the Application of Bamboo Soil Nailing System through Experimental Construction 방윤경 1) 양영훈 2) 서지원 3) 유남재 3) 김홍택 Yoonkyung Bang Younghoon Yang Jeeweon Suh Namjae Yoo Hongtaek Kim Received: November 18 th, 2014; Revised: December 2 nd, 2014; Accepted: January 26 th, 2015 ABSTRACT : In this study, a newly modified soil nailing technology using bamboo is developed. And field tests were performed to confirm applicability of bamboo soil nailing system. For the practical use of bamboo soil nailing system, laboratory tests, field instrumentations and pullout tests were also performed to investigate the applicability. The results of field measurement through field tests were compared with the results of numerical analyses for verifying the field construction. As a result, the results of comparing with the field measurement and numerical analyses shows the similar behavior characteristics. Based on this study, applicability for bamboo soil nailing systems were confirmed for the case of comparatively low scale nailed-soil excavation wall. And it is expected that the bamboo soil nailing system can be used as satisfactory reinforcement technique taking the place of existing steel reinforcement soil nailing system. Hereafter, it needed the research for the applicability for the various types of excavation condition, also the active practical application of bamboo soil nailing system is needed. Keywords : Bamboo soil nailing, Field construction, Field instrumentation, Field pullout test, Numerical analyses 요지 : 본연구에서는대나무쏘일네일링공법 (Bamboo Soil Nailing System) 을개발하고, 이를검증하기위한현장시험시공및실내시험을실시하였다. 대나무의공학적특성시험과현장계측및현장인발시험등을수행하여제안된공법의실용화를위한적용성을분석하였다. 시험시공의적정성판단을위해실험조건을반영한수치해석을통해현장시험계측결과와비교 검증을수행하였다. 현장계측및유한요소해석결과, 정량적수치에서차이를보였지만발생변위의형태와쏘일네일링공법간의발생변위량차이가크지않다는점에서일치하는결과를나타내었다. 본연구결과를토대로비교적높지않은굴착지반에서대나무쏘일네일링공법의적용성을검증하였으며, 설계예를통해대나무의직경변화에따라소요의안전율을만족하는대나무쏘일네일링의설계및시공이가능할것으로판단되었다. 주요어 : 대나무쏘일네일링, 시험시공, 현장계측, 현장인발시험, 수치해석 1. 서론 쏘일네일링 (Soil Nailing) 공법은가시설흙막이벽체, 사면보강및지반굴착등다양한지반구조물에적용되고있는지반보강공법으로서, 전통적인방식에서진일보한다양한형태의쏘일네일링공법에대한이론적연구및실무적응용기술들이국내 외적으로지속해서개발되고있다. 특히쏘일네일링설치시인접지반에물리적, 환경적영향을최소화할필요성이있는도심지가시설흙막이굴착시에는굴착인근지역에서의추가굴착시기존쏘일네일링의보강재인철근에의한시공장애가종종발생되며, 지중에장기간설치되는철근의환경적인영향또한해결해야할과제 로대두된다. 이러한문제점을극복하기위해가시설의일정소요기간이경과한후네일링보강재를제거하는이른바제거식네일링기술들이다양한형태로개발된바있다 ( 김홍택과이경인, 2000; ( 주 ) 포스코건설등, 2012; 지에스건설 ( 주 ) 등, 2014). 본연구에서는기존쏘일네일링및제거식쏘일네일링을대체할수있는대나무쏘일네일링공법 (Bamboo Soil Nailing System) 을개발하고, 이를실제적용하기위한현장시험시공을실시하였다. 실내시험과현장계측및현장인발시험등을수행하여제안된공법의실용화를위한적용성을분석하였다. 개발된쏘일네일링공법과기존의쏘일네일링공법의시험시공이적절히이루어졌는지여부를파악하기위하여 1) ILSHIN Engineers & Consultants Co., Ltd. 2) Kangsan Co., Ltd. 3) Department of Civil Engineering, Kangwon National University Department of Civil Engineering, Hongik University (Corresponding Author : htaek@hongik.ac.kr)

2 실험조건을반영한수치해석을통해현장시험계측결과와비교 검증을수행하였다. 대나무는취성재료 (brittle material) 이므로인접구조물신축으로인한지반의추가굴착시가벼운타격만으로도신속한제거가가능하고, 굴삭부산물이친환경적이며지중이나시멘트그라우팅내부에서장기간부식되지않으며, 인장강도등공학적특성이매우우수한것으로알려져있다 (Bang et al., 2005; ( 주 ) 한국항만기술단, 2001; Kim, 2002). 2. 대나무및대나무네일링의개요 2.1 대나무의재료특성대나무는보속생산 (Sustained yield management) 이가능하고매우잘자라며경제적이고가공하기쉬우면서도매우우수한물리, 기계적성질을갖고있는장점때문에예로부터구조재를포함한다양한재료로활용되어왔다. 국내대나무재배면적은약 70km 2 정도로종류별로는왕대가 56%, 분죽 ( 솜대 ) 이 43%, 맹종죽이 1% 정도이다 (Korea Forest Research Institute, 2010). 대나무는성장속도가가장빠른식물로서왕죽은 20~40일, 분죽은 24~45일이되면최대성장높이에도달하며, 더이상자라지않고재질이치밀해지는 3년생을주로벌채하여사용하고있다. 대나무조직은단면의외부로부터마디와표피부, 중심주및수층의 3부분으로구성되는데섬유조직은대나무외측일수록양이많다. 공학적으로는이러한단면중심부로부터의조직변화는큰의미가없으며, 지상고에따른직경변화가공학적특성에영향을주게된다. 대나무는취성재료 (brittle material) 로서섬유조직에의해매우큰인장강도를발휘한다. Bang et al. (2005) 이수행한대나무시편의실내인장시험결과, 대나무의인장력- 변형률거동은거의직선에가까우며탄성계수는약 31,000~39,800MPa 범위로철근 (210,000MPa) 의약 1/5~ 1/7 수준으로나타난바있다. 국내산대나무의개략적인재료특성은 Table 1과같다 (Bang et al., 2005). 2.2 대나무네일링의구조본연구에서개발한대나무네일링의형태는크게 1) 내부격벽을제거한대나무에두부고정용클램프를결합한단순한형태의대나무네일링과 2) 내부격벽을제거한대나무내부에강연선을삽입하여프리스트레싱이가능하도록한제거식대나무네일링 ( 이하 PS대나무네일링 ) 등의 2가지형태로구분된다 (Fig. 1). 두번째형태는대나무내부에강연선을삽입하고대나무네일링선단에제거식정착구와두부의고정장치에강연선을체결하여강연선에프리스트레스를가할수있으며, 사용후두부고정장치를해체하여강연선을회수, 제거할수있도록고안하였다. 시험시공등에사용한대나무는재료성질이비교적균질한 3년생의길이 10m, 직경 5cm 내외의왕죽으로몸체에다수의구멍을천공하여그라우팅액이천공구멍을통하여대나무내외부로원활하게주입될수있도록하였다. (a) Bamboo soil nailing (b) PS bamboo soil nailing Fig. 1. Schematics of bamboo soil nailing Table 1. Material characteristics of bamboo in Korea (Korea Forest Research Institute, 2010) Phyllostachys bambusoides siebold Phyllostachys nigra var. Height (m) 10~20 6~15 Diameter (cm) 5~15 3~10 Joint space (cm) 30~45 10~35 Air-dried specific gravity Uniaxial strength (kpa) 67,273 71,980 Tensile strength (kpa) 274, ,881 Flexural strength (kpa) 149, ,576 Shear strength (kpa) 16,671 18,632 Impact strength (kjm 2 ) Hardness (MPa) ~ ~ >> A Study on the Application of Bamboo Soil Nailing System through Experimental Construction

3 3. 대나무의공학적특성 3.1 인장강도본연구에서사용한시험용대나무시편은쏘일네일링에적용이가능한직경 5cm 내외, 두께약 1.0cm 내외의 3년생시료 34개와장기간방치한대나무 6개등총 40개를대상으로하였다. 장기간방치한시료는공기중보관시인장강도변화를알아보기위하여벌채후 3년간실내에서보관한시료를대상으로하였다. 지상고에따른인장강도차이를알아보기위하여대나무의상단부 ( 최대직경 55mm), 중간부, 하단부 ( 최소직경 40mm) 로구분하여각각실내인장시험을수행하였다. 실내인장시험은신뢰성을확보하기위하여국가공인인증시험기관인한국화학융합시험연구원에위탁하여, 목재의인장시험방법 (KSF 2207) 에의해실시하였다. 인장시험용시료는전체길이 70cm의대나무양끝단 30cm 를규격 2 3cm의 Steel box 내부에고정한후, 노출된중앙부 10cm 길이의공시체를대상으로인장시험을수행하였다 (Fig. 2). Steel box 내부는에폭시수지를충전하여대나무를고정, 양생하여인장시험시클램프가재료시험기의그립력을충분히유지하는동시에변형되지않도록하였다. 대나무시편에대한인장시험결과는 Table 2와같다. Table 2로부터본연구에서수행된대나무의인장강도는 206.0~ 332.9MPa의범위로 Korea Forest Research Institute(2010) 의제시값 (Table 1에서약 274MPa) 및 Bang et al.(2005) 의연구결과 ( 약 200~280MPa) 와유사한값을나타내었다. Fig. 3에는대나무의직경및두께가대나무인장강도에미치는영향을살펴보기위해시험결과를도시하였다. Fig. 3으로부터대나무두께와직경은시험시편의인장강도와상관성이없는것으로나타났다 (Bang et al., 2005). Fig. 4에는본연구의인장강도시험결과 40개대나무시료의인장강도정규분포곡선을도시하였다. Fig. 4의정규분 Table 2. Laboratory tensile strength test result No. of specimen Tensile strength (MPa) Location Note High Maid Low High Mid Low High Mid Low high Mid Low High Mid Low High Mid Low High Mid Low High Mid Low High Mid Low High Mid Mid Low High Mid Low year storage Fig. 2. Tensile strength test specimen Journal of The Korean Geo-Environmental Society Vol. 16, Issue 3, March 2015 >> 25

4 Table 3. Uniaxial compression test result Fig. 3. Diameter and thickness tensile strength relationship Test No. Max. load (N) Diameter (max./min.) (cm) Compression strength (kpa) 1 38, /5.3 61, , /4.5 56, , /5.0 57, , /4.3 64, , /4.4 54, , /4.8 61, , /5.3 55, , /4.7 64, , /5.1 57, , /4.7 58, , /4.4 54, , /4.9 54, , /4.4 49, , /4.9 61, , /5.0 49, , /4.6 64, , /4.5 51, , /4.7 52,501 Fig. 4. Normal distribution curve of bamboo tensile strength 연구결과 (Table 1 참조 ) 에제시된왕대의압축강도 (68,600kPa) 에비하여다소작은값으로이러한강도차이는시험조건및시험방법의차이에따른것으로판단된다. 포곡선으로부터인장강도평균값은 268.3MPa, 표준편차 29.2, 신뢰수준 95.5% 이내의인장강도범위는 209.9~326.8MPa 로나타났다. 이는 SD400(Φ29) 철근의항복강도 400MPa의약 50~80% 수준으로향후한계상태설계법의설계기준확립시참고자료로활용할수있을것으로판단된다. 3.2 압축강도목재의압축시험방법 (KSF 2206) 은공인인증시험기관인한국건설생활환경시험연구원에위탁수행하여신뢰성을확보하였다. 시험용공시체는대나무의특성상한변의길이가 2cm인정사각형형태의시료가공이불가능하므로불가피하게암석의압축강도시험방법 (KSE 3033) 을준용하여실시하였다. 대나무의직경은약 5cm, 길이 10cm의공시체를 18개제작하여압축강도시험을수행하였다. 압축시험용시료의양끝단은시험시하중집중을방지하기위하여원형의 Steel Cap으로마감처리하였다. 대나무단면적은시료의내경과외경을각각교축방향으로측정한후평균값으로단면적을계산하였다. Table 3의압축시험결과로부터압축강도범위는 49,134~64,847kPa, 평균압축강도는 57,253kPa로각각나타났다. 이는 Korea Forest Research Institute(2010) 의 3.3 휨강도목재의휨강도시험방법은 KSF 2208( 목재의휨시험방법 ) 에목재의함수율측정방법은 KSF 2199( 목재의함수율측정방법 ) 에각각규정되어있다. KSF 2208에따르면시험편의크기는한변의길이가 2~3cm인정사각형이고, 시료의길이는 30~38cm로하고, 지점사이의길이와시험편높이의비는 12~16의범위로규정하고있다. 하지만두께가 1cm 미만인대나무의특성상이와같은시료성형이불가능하므로, 본연구에서는직경 5cm 내외의통대나무를지점사이길이 60cm( 시험편높이비 12) 로하여시험하였다. 휨강도및함수율측정시험은공인인증시험기관인한국건설생활환경시험연구원에서위탁수행하였으며, 결과는 Table 4 와같다. Table 4에서대나무시편의휨강도는 40,187~ 213,231kPa이고, 평균휨강도는 88,453kPa로 Korea Forest Research Institute(2010) 의제시값 (Table 1, 152,500kPa) 의약 58% 수준이다. 이러한차이는시험용공시체형상과지간장차이등에기인한것으로향후대나무휨강도시험방법의보완등이필요할것으로판단된다. 시험에사용한대나무의함수율은 17~44% 범위로나타났다. 26 >> A Study on the Application of Bamboo Soil Nailing System through Experimental Construction

5 Table 4. Flexural strength and moisture content test result Test No. Flexural load (N) Flexural strength (kpa) Moisture content (%) , ,855 44, , , ,249 56, ,581 65, , , ,710 70, , , ,823 52, ,734 81, , , ,396 43, , , ,348 52, ,366 61, ,356 58, ,806 65, , , , , ,006 53, ,682 77, ,032 51, ,441 64, , , , ,447 50, ,929 71, ,084 72, ,858 58, , , 통대나무의환산인장강도 Table 2의실내인장시험결과나타난대나무의인장강도및 Table 3의대나무치수로부터대나무단면적과환산인장강도를계산한결과는 Table 5와같다. 시험시공시사용한대나무는상단부외경 4.2~5.9cm, 내경 3.0~5.4cm이고하단부외경 3.0~3.5cm, 내경 2.4~2.8cm로 Table 5의최하단에는시험대나무의최소직경에해당하는환산인장강도를나타내었다. 대나무시편의신뢰수준 95.5% 최소인장강도 (209.9MPa) 를토대로계산한통대나무의환산인장강도는 88.90( 상단부 )~53.35kN( 하단부 ) 범위이고, 최대인장강도 (326.8 MPa) 를토대로한통대나무의환산인장강도는 ( 상단부 )~113.06kN( 하단부 ) 범위이다. 대나무의두께는마디와가까워질수록두껍고마디와마디사이의중앙부에서가장얇은형태로서단면적계산시에마디사이의가장얇은부분을측정하였다. 실제로본연구의인장강도시험결과 (Table 2) 를바탕으로외경과두께각각 5.0cm, 0.5cm 이상인대나무의환산인장강도를계산하면약 150kN 이상, 235kN 이하로이는 SD400(Φ29) 철근의항복강도약 264kN의약 57~89% 에해당한다. 4. 현장시험시공을통한거동특성평가 4.1 시험시공개요시험시공현장의지층구성은지표면으로부터매립층 ( 자 Table 5. Conversion tensile strength of bamboo tube Test No. Extern. Dia. (mm) Thick. (mm) Intern. Dia. (mm) Section area (mm 2 ) Tensile strength (kn) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Min. Diameter ~ ~83.06 Journal of The Korean Geo-Environmental Society Vol. 16, Issue 3, March 2015 >> 27

갈섞인실트질모래 ), 풍화토층 ( 실트질모래 ) 및풍화암순으로분포하며, 지하수위는관측되지않았다

높이의토사를추가성토하였다. 예비해석결과를바탕으로쏘일네일링의연직및수평간격은 1.

시 험시공벽체의좌측에는대나무쏘일네일링을중간부에 PS 대나무네일링을우측에고장력철근 (ø29)

일반적인쏘일네일링시공의순서와동일하게지표면으로부터굴착 천공, 쏘일네일링설치 와이어매쉬설치

6 갈섞인실트질모래 ), 풍화토층 ( 실트질모래 ) 및풍화암순으로분포하며, 지하수위는관측되지않았다 (Fig. 5). 시험시공은높이 6m, 길이 26m, 시공각도 15 의쏘일네일링연직벽체를굴착시공한후쏘일네일링을시공하였으며, 벽체의변위를유발하기위하여벽체상부에 1m 높이의토사를추가성토하였다. 예비해석결과를바탕으로쏘일네일링의연직및수평간격은 1.2m, 길이는 6m로하였다. 시 험시공벽체의좌측에는대나무쏘일네일링을중간부에 PS 대나무네일링을우측에고장력철근 (ø29) 쏘일네일링을각각 4 4열시공하여벽체변위등의비교 분석이가능하도록하였다. 일반적인쏘일네일링시공의순서와동일하게지표면으로부터굴착 천공, 쏘일네일링설치 와이어매쉬설치 숏크리트타설의순서로진행하였고, 시공단면도및시공과정은 Fig. 6, Fig. 7에서보는바와같다. Fig. 5. Boring log of test field (a) Sectional view (b) Front view Fig. 6. Section and planar figure (a) Excavation (b) Indicate drilling hole (c) Drilling nailing hole (d) Install soil nailing (e) Shotcrete (f) Construction completion Fig. 7. Experimental construction proceedure 28 >> A Study on the Application of Bamboo Soil Nailing System through Experimental Construction

7 4.2 현장계측및시험대나무네일링공법의거동특성을분석하기위해굴착배면에경사계 4개소, 쏘일네일링에응력계 36개 (4포인트씩 9 개소 ) 를설치하여약 100일간 (2014년 5월 17일~2014년 8월 30일 ) 계측을수행하였으며, 쏘일네일링종류별현장인발시험을실시하였다. 계측기상세설치위치는 Fig. 8과같다. 4.3 현장계측및시험결과고찰 지중경사계시공완료후변위가거의수렴단계에들어간 7월 28일~ 8월 25일사이의경사계계측결과는 Fig. 9와같다. 최대수 평변위는무보강의경우 76.4mm, 쏘일네일링보강은 71.1~ 74.6mm의범위로나타났다. 보강굴착면의변위량은네일링종류에따라큰차이가없었으며, 변위형태는 PS대나무네일링의경우에벽체중간부분에서변위억제가특징적으로나타났다 (Fig. 8(c)). 무보강굴착면의경우굴착면좌측에직각방향측면구속효과에의해발생변위가억제된것으로판단된다 응력계본연구에서는계측기간중쏘일네일링에발휘되는응력의크기를비교 분석하기위하여굴착벽체상단부로부터 2, 3, 4번째보강재의길이방향으로각각 4개씩총 36개 Fig. 8. Field instrumentation plan (a) None. (b) Bamboo (c) PS bamboo (d) Steel Fig. 9. Inclinometer monitoring result Journal of The Korean Geo-Environmental Society Vol. 16, Issue 3, March 2015 >> 29

8 의응력계를부착하여정기적으로응력변화를측정하였으며, 2단쏘일네일링에대한응력계측정결과를 Fig. 10에나타내었다. 네일링두부로부터응력계가부착된위치까지의거리는 Fig. 10의범례에표기하였다. 쏘일네일링에서발휘되는응력분포는시간경과에따라점차증가하여시공후약 2달이경과한 2014년 7월말이후에는증가율이수렴하였는데이는경사계계측결과수평변위의수렴시기와대체적으로일치하는경향으로계측결과의신뢰성을확인할수있었다. 발휘되는응력의크기는대체적으로쏘일네일링두부 (Fig. 10에서 1P) 에서가장크게나타나고, 쏘일네일링종류별로는철근보강재에서가장크게대나무네일링에서가장작게나타났다. 이는쏘일네일링두부에서 (a) Bamboo soil nailing (b) PS bamboo soil nailing 의변위가상대적으로가장크게발생하는쏘일네일링의특징과철근보강재의탄성계수가대나무에비하여매우큰데원인이있으며, PS대나무네일링은프레스트레스의영향으로대나무에비하여상대적으로큰응력이발생한것으로판단된다. 전체적으로네일링두부로부터가장먼거리에있는 4P 위치에서의발생응력이 2P 혹은 3P보다크게나타나는현상은본시험시공현장의지반조건이상부에 N<15 인매립토층으로성토하중재하에따른배면지반의침하거동등에기인한것으로추정된다. 참고로대나무의탄성계수는 Bang et al.(2005) 의연구결과를토대로 35,000MPa로가정하였다 현장인발시험본연구에서는쏘일네일링의인발거동특성을분석하기위하여대나무, PS대나무, 철근쏘일네일링에대한현장인발시험을수행하였다. 현장인발시험에사용된쏘일네일링의갯수는총 6개 ( 대나무 2개, PS대나무 2개, 철근 2개 ) 를대상으로각각의인발거동특성을객관적으로비교 검토하기위하여유사한지반조건에대하여시험을수행하였다. 현장인발시험은 FHWA(1998, 2003) 와 French National Research Project Clouterre(1991) 을참조하여변위제어방식현장인발시험을수행하였다. 인발속도는 1mm/min의속도로인발력이일정한값에수렴할때까지지속하였다. 현장인발시험결과나타난각각의쏘일네일링의인발력- 두부변위특성은 Fig. 11과같다. Fig. 11에서인발저항력은대나무약 107kN, PS대나무약 117~137kN, 철근 156kN 정도의범위로나타났다. 이는 Bang et al.(2005) 의대나무네일링에대한현장인발시험결과나타난인발저항력 76.49~112.78kN 범위와유사한결과이다. 98kN 이하의인발하중조건에서의두부변위를살펴보면대나무에서약 35mm, 철근에서약 15mm, PS대나무에서약 16~30mm의범위를나타내어대나무에서가장크게철근에서가장작게나타났으며, 이는매립토층에서수행된제한된지반조건과실험조건에서의거동특성이므로추후보다다양한지반조건에서의데이터축적이필요할것으로판단된다 (Bang et al., 2005). 5. 매개변수분석 (c) Steel soil nailing Fig. 10. Internal stressmeter measuring result 본분석에서는현장시험시공에의한변위계측결과의적정성검증을위하여굴착시공과정에따른변위해석을실시하였다. 해석용프로그램은유한요소해석상용프로그램인 30 >> A Study on the Application of Bamboo Soil Nailing System through Experimental Construction

Soil Works v.400을사용하였으며, 일반쏘일네일링과대나무를이용한쏘일네일링의발생변위를비교 분석하였다. 아울러, 상용설계프로그램인 TARLEN Ver.4를이용하여쏘일네일링의강도, 길이비가굴착벽체의안전율에미치는영 향등에대한매개변수분석을수행하였다. 분석에사용된대표단면은시험시공에적용된단면 (Fig. 6(a)) 과같고, 적용물성치는 Table 6과같다.

9 Soil Works v.400을사용하였으며, 일반쏘일네일링과대나무를이용한쏘일네일링의발생변위를비교 분석하였다. 아울러, 상용설계프로그램인 TARLEN Ver.4를이용하여쏘일네일링의강도, 길이비가굴착벽체의안전율에미치는영 향등에대한매개변수분석을수행하였다. 분석에사용된대표단면은시험시공에적용된단면 (Fig. 6(a)) 과같고, 적용물성치는 Table 6과같다. Table 6에서대나무의지름은현장시험시공시적용된대나무의하단부외경 ( cm) 중최소값을적용하였고, 단면적은튜브형태의순단면적을적용하였다. 5.1 변위해석 (a) Bamboo soil nailing 일반쏘일네일링과대나무네일링에대한해석결과, 최종시공단계에서의변위분포도는 Fig. 12와같으며, 단계별굴착시공과정에따른최대수평변위를분석한결과는 Fig. 13 과같다. Fig. 12에서벽체의변위분포형태는두가지모두벽체의상단부에서크게나타나는분포형태로큰차이점을보이지않으며최대변위량은철근쏘일네일링 13.9mm, 대 (b) PS bamboo soil nailing (a) Steel soil nailing (c) Steel soil nailing Fig. 11. Field pull-out test result (b) Bamboo soil nailing Fig. 12. Numerical analysis result of bamboo soil nailing Table 6. Material properties for numerical analysis Classification Unit weight (kn/m 3 ) Cohesion (kpa) Inter. friction angle ( ) Young s module (kpa) Soil ,000 Reinforcement Length (m) Diameter (cm) Section area (cm 2 ) Moment of inertia (cm 4 ) Note Young s module (MPa) Steel bar (D29) , ,000 Bamboo , ,000 Journal of The Korean Geo-Environmental Society Vol. 16, Issue 3, March 2015 >> 31

10 나무네일링 15.2mm 로대나무네일링벽체의최대수평변 위량이약 9% 크게나타났다. 이는 Bnag et al.(2005) 이수 행한 10m 높이의굴착벽체의수치해석결과와유사한결과 로서, 본연구의현장시험시공에의한계측결과와는정량 적수치에서차이를보이지만발생변위의형태와두가지쏘일네일링공법의발생변위량에서큰차이를보이지않는다는점에서유의미한결과로판단된다. 5.2 보강재인장강도및길이비 (L/H) 가안전율에미치는영향 Fig. 14에는쏘일네일링의인장강도가안전율에미치는영향을알아보기위해쏘일네일링보강재의강도변화에따른안전율변화경향을나타내었으며, Fig. 15에는쏘일네일링의길이비 (L/H) 변화에따른보강재의강도별안전율변화경향을나타내었다. Fig. 14에서보강재의강도가증가함에따른안전율변화경향을살펴보면보강재의인장강도가 증가할수록안전율도증가하고, 안전율의증가율은보강재길이비가클수록크게나타났다. 하지만보강재길이비가작아질수록보강재인장강도의증가에따른안전율증가효과는미미해지며구체적으로길이비 0.6인경우인장강도가 50kN 이상에서는안전율증가효과를기대할수없는것으로나타났다. 이는보강재의길이가짧은경우에는보강재인장강도가증가하더라도안전율이크게증가하지않는다는것을의미한다. 한편보강재의인장강도가증가할수록안전율도증가하지만보강재의인장강도가일정값이상이되면안전율은더이상증가하지않고일정값에수렴하며이때의인장강도값은길이비가작을수록작은값을나타냈다. 보강재의설치간격등현장시공분석단면조건에한정된결과이긴하나길이비 L/H=1.0의경우에보강재의인장강도가 100kN 이상으로증가하면굴착벽체가소요의안전율 (FS=1.2) 을만족하여 29mm SD 40 철근 ( 인장강도 125kN) 을사용하는경우와유사한안전율을확보하는것으로나타나 Fig. 13. Max. horizontal displacement at each construction stage Fig. 14. Factor of safety - tensile strength relationship Fig. 15. Factor of safety - reinforment length ratio relationship 32 >> A Study on the Application of Bamboo Soil Nailing System through Experimental Construction

11 며이는실제시험시공의계측및수치해석결과에서일반쏘일네일링과대나무쏘일네일링사이에최대수평변위와변위형태에서큰차이점이없는점등을설명할수있는합리적인근거로판단된다. 실제로 Bang et al.(2005) 의연구결과에서도직경 50mm 이상인대나무보강재를사용하는경우일반철근쏘일네일링과안전율차이가거의없는것으로나타난바있다. 따라서실제로대나무쏘일네일링적용시사용대나무의제원과본연구의대나무인장강도 (Table 2 및 Fig. 3) 를토대로소요의안전율을만족하는대나무쏘일네일링굴착벽체설계가가능할것으로판단된다 (Bang et al., 2005). Fig. 15로부터보강재의길이비변화에따른안전율변화를살펴보면보강재의길이비가증가할수록안전율도대체적으로증가하고안전율증가율은보강재인장강도가클수록커지지만, 보강재인장강도가 50kN 이하에서는길이비증가에따른안전율증가효과가거의없는것으로나타났다. 이는인장강도가상대적으로작은보강재의경우에는길이비를증가시키는것이안전율확보에크게도움이되지않는다는것을의미한다. 6. 결론및제언 본연구에서는기존쏘일네일링및제거식쏘일네일링을대체할수있는대나무쏘일네일링 (Bamboo Soil Nailing System) 을개발하고, 이를검증하기위한현장시험시공을실시하였다. 대나무재료에대한실내시험과현장시험시공을실시하고현장계측및현장인발시험등을수행하여제안된공법의실용화를위한적용성을분석하였다. 시험시공현장계측결과의적정성판단을위해실험조건을반영한수치해석을통해현장시험계측결과와비교 검증을수행하였다. 본연구를통해얻어진주요결론을요약하면다음과같다. (1) 본연구의실내인장시험결과 3년생왕대시편의인장강도는 206.0~332.9MPa의범위로대나무의직경이나두께, 보관기간등은인장강도와상관성이없는것으로나타났다. (2) 본연구에서사용한통대나무의환산인장강도는대나무의상단부 84.59kN~295.36kN, 하단부는 50.76~ kN의범위이고외경과두께각각 5.0cm, 0.5cm 인대나무의환산인장강도는약 150kN 이상, 235kN 이하의범위로나타났다. (3) 대나무시편에대한압축시험결과압축강도는 49,134~ 64,847kPa의범위로휨강도는 40,187~213,231kPa의범위로나타났다. (4) 현장시험시공에의한경사계계측결과최대수평변위는무보강의경우 76.4mm, 쏘일네일링보강은 71.1~ 74.6mm의범위로네일링종류에따라큰차이가없었으며변위형태는프리스트레를가한 PS대나무네일링의변위억제가특징적으로나타났다. (5) 쏘일네일링에서발휘되는응력분포는시간경과에따라증가율이수렴하여경사계계측결과와대체적으로일치하는경향을보여계측결과의적정성을확인하였다. 응력의크기는쏘일네일링두부에서가장크게나타나고쏘일네일링종류별로는철근보강재에서가장크게대나무네일링에서가장작게나타났다. (6) 현장인발시험결과인발저항력은대나무약 107kN, PS 대나무약 117~137kN, 철근 156kN 정도의범위로나타났다. 98kN 이하의인발하중조건에서두부변위는대나무에서가장크게철근에서가장작게나타났다. (7) 유한요소해석결과현장시험시공에의한계측결과와는정량적수치에서차이를보였지만발생변위의형태와두가지쏘일네일링공법의발생변위량에서큰차이를보이지않는다는점에서일치하는결과를나타내었다. (8) 설계예를통한매개변수분석결과보강재의길이가짧아질수록보강재인장강도증가가안전율증가에크게기여하지않는것으로나타났다. 또한인장강도가상대적으로작은경우에는보강재길이를증가시키는것이안전율확보에크게기여하지않는것으로나타났다. 따라서본연구의대나무보강재와같이인장강도가상대적으로작은경우에는보강재의길이가짧은경우의적용성이큰것으로분석되었다. (9) 설계예로부터인장강도 100kN 이상인대나무보강재를사용하는경우에일반철근쏘일네일링과안전율차이가거의없는것으로판단되었으며, 본연구의실험결과를바탕으로대나무직경변화에따라소요의안전율을만족하는대나무보강재의길이, 간격등을결정, 설계및시공이가능할것으로판단된다. (10) 향후다양한지반조건에서대나무네일링의현장인발시험자료축적과적극적인현장적용이필요할것으로판단된다. 감사의글 본연구는 2014 년대 중소기업협력재단원가절감형대 Journal of The Korean Geo-Environmental Society Vol. 16, Issue 3, March 2015 >> 33

12 중소기업공동사업 ( 과제번호 14BCF6) 의연구비지원에의 해수행된연구결과의일부이며, 관련기관에감사드립니다. References 1. 김홍택, 이경인 (2000), 고정자소켓을이용한제거식가시설용쏘일네일링공법, 건설신기술 257 호. 2. 지에스건설 ( 주 ), ( 주 ) 케이디엔지니어링건축사사무소, ( 주 ) 대작컨스트럭션 (2014), 제거식네일과제거식강연선을복합시킨쏘일네일링공법, 건설신기술 724 호. 3. ( 주 ) 포스코건설, ( 주 ) 장평건설, ( 주 ) 삼안 (2012), 확장형날개를이용한연약지반용제거식그라운드앵커공법, 건설신기술 652 호. 4. ( 주 ) 한국항만기술단 (2001), 대나무매트를이용한초연약지반호안및가설도로의기초처리공법, 신기술제 290 호. 5. Bang,Y. K., Kim, H. T., Yoo, S. D. and Yoo, C. H. (2005), A study for on application of bamboo soil nailing system, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 21, No. 6, pp. 31~40 (in Korean). 6. FHWA-SA R (1998), Manual for design and construction monitoring of soil nail walls, pp. 132~ FHWAO-IF (2003), Geotechnical engineering circular No.7 soil nail walls. pp. 63~ French National Research Project Clouterre (1991), Recommendations clouterre 1991, pp. 660~ Kim, Y. H. (2002), Immediately settlement estimation of soft ground using bamboo mats, Master s Degree Dissertation, Chon Nam National University, pp. 31~34 (in Korean). 10. Korea Forest Research Institute (2010), Symposium of the new insights and enhancemenet of application of bammboo as the forest resources of the future, pp. 3~53 (in Korean). 34 >> A Study on the Application of Bamboo Soil Nailing System through Experimental Construction

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14.531~539(08-037).fm G Journal of the Korea Concrete Institute Vol. 20, No. 4, pp. 531~539, August, 2008 š x y w m š gj p { sƒ z 1) * 1) w w Evaluation of Flexural Strength for Normal and High Strength Concrete with Hooked