한국지반환경공학회논문집제 4 권제 1 호 2003 년 3 월 pp. 19~28 압축성재료를이용한콘크리트옹벽의수평토압저감방안에대한연구 Reduction of Horizontal Earth Pressure on Retaining Structures by a Syntheti

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상미 궉
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1 한국지반환경공학회논문집제 4 권제 1 호 2003 년 3 월 pp. 19~28 압축성재료를이용한콘크리트옹벽의수평토압저감방안에대한연구 Reduction of Horizontal Earth Pressure on Retaining Structures by a Synthetic Compressible Inclusion 류기정 * 백영식 ** 김호비 *** 김기웅 **** Yoo, Ki-Cheong ㆍ Paik, Young-Shik ㆍ Kim, Ho-Bi ㆍ Kim, Khi-Woong Abstract Current methods for lateral thrust calculations are based on the classical formulations of Rankine or Coulomb. However, the previous studies indicate that lateral earth pressures acting on the wall stem, which is the function of deformation parameters of the backfill, are close to the active condition only in the top half of the wall stem and in the lower half of the wall stem, the lateral earth pressures are significantly in excess of the active pressures. This paper presents the compressible inclusion function of EPS which can results in reduction of static earth pressure by accomodating the movement of retained soil. A series of model tests were conducted to evaluate the reduction of static earth pressure using EPS inclusion and determine the optimum stiffness of EPS. Also, field test was conducted to evaluate the reduction of static earth pressure using EPS inclusion. Based on field test it is found that the magnitude of static earth pressure can be reduced about 20% compared with classical active earth pressure. Keywords : Concrete retaining wall, Reduction of earth pressure, EPS, Compressible inclusion 1) 요 지 통상콘크리트옹벽에작용하는수평토압산정에는 Rankine 이나 Coulomb 의토압이론을사용하고있으나문헌연구결과, 실제옹벽벽체에발생하는변위인자에의한영향으로벽체중단부이상에서는주동토압상태를나타내고있으나벽체중단부하단에서는주동토압보다큰토압을가지고있다. 본연구에서는이와같은수평토압을저감하기위한방안의하나로압축성재료인 EPS 를벽체배면에설치하여배면토체의변위를인위적으로유발함으로서수평토압의크기를저감시킬수있는방안을제시하였다. EPS 에의한수평토압저감효과, 최적의 EPS 포설두께및밀도를알아보기위한실내모형토조시험을실시하였으며그효과가검증되었다. 실내모형토조시험에서도출된결과를이용한현장시험시공결과, EPS 포설에의해약 20% 의수평토압저감효과를가질수있는것으로평가되었다. 주요어 : 콘크리트옹벽, 수평토압저감, 발포폴리스티렌 (EPS), 압축성재료 * 정회원 ( 주 ) 한진중공업토목설계팀상무 ** 정회원 경희대학교토목건축공학부교수 *** 정회원 ( 주 ) 한진중공업건설기술연구소주임연구원 **** 정회원 시립인천전문대학토목과교수

2 1. 서론콘크리트옹벽의설계에사용하는수평토압에는외적안정검토에사용하는외적안정용토압과단면설계에사용하는단면산정용토압이있으며현재까지실내시험이나현장계측을통해문헌에서연구된수평토압은주로단면산정용토압을말한다. 이때뒤채움흙의물리정수, 옹벽의기하학적형상등이동일하다면배면토체의변위는단면산정용수평토압에가장큰영향을미치는요소이다. 이와관련된국내외연구문헌을살펴보면벽체에충분한변위가발생한다는가정하에벽체단면계산에사용하는고전주동토압이론은옹벽벽체에작용하는수평토압을과소산정하는것으로평가되었으나하중계수, 강도감소계수, 안전율등을사용하여안정성을확보함으로서실무에사용하고있다. 그러나콘크리트옹벽설계는옹벽의높이가높거나현장조건이설계시보다불리한조건을가질수있다는것을감안한다면정확한공학적근거를가지고안전측으로이루어져야한다. 한편, 20세기초반부터유럽, 미국, 일본등지에서는토체내압축성재료를삽입하여흙구조물의상대적인변위를유발함으로서토압을저감시키는방안에대한연구를진행하고있다. 특히 1972 년노르웨이에서최초적용된후경량성토공법으로활용되고있는 EPS 블록은기존의압축성재료인건초더미, 유리섬유, 마분지, 유기질점토등과달리응력- 변형율관계가명확하고압축량조절이가능하고지반공학에적용하기위한사전검증이완료되었다는장점을가지고있다. 본연구에서는문헌고찰을통해현재콘크리트옹벽에작용하고있는수평토압의크기및분포를알아보고압축성재료로서 EPS 블록을활용한토압저감원리를살펴보았다. 또한, EPS 블록의압축성을이용한토압저감효과를규명하기위한실내모형토조시험과현장시험시공을통해토압저감의메카니즘과현장적용성을평가하였다. 후경과시간, 온도변화, 옹벽의기하학적형상등이있으나특수한조건을제외하고는배면토체의변위에비해그영향이매우작다고볼수있다. 여기서배면토체의변위는배면토체와벽체사이에 EPS 블록과같은압축성재료를삽입하지않는다면옹벽벽체변위와동일하다. 결국옹벽벽체에작용하는수평토압은배면토체, 즉벽체에유발되는변위에의해좌우되며, 수평토압의분포는변위의형태에따라, 수평응력의크기는변위의크기에따라달라진다 벽체변위의형태옹벽벽체에발생한변위형태에따라수평토압분포는매우다르게나타난다. Fang 과 Ishibashi(1986) 는공기건조상태의오타와규사 (Air-dry Ottawa silica sand) 로뒤채움된약 1m 높이의실내모형토조에서벽체에인위적으로 3가지변위형태를가한후수평토압을측정한결과, 벽체에수평이동변위가발생할경우, 수평토압분포는그림 1에서와같이변위가진전됨에따라상단부에서 Coulomb 의주동토압보다큰값을가지다가중앙부에서는유사한값을나타내고하단부로갈수록 Coulomb 의주동토압보다작은값을나타낸다고하였다. 그러나벽체하단을중심으로한회전이동변위가발생할경우, 그림 2에서와같이수평토압분포는벽체상단부및중앙부에서는 Coulomb 주동토압과유사한값을나타내다가하단부에서는주동상태보다큰값을나타내었다. 이때옹벽최하단부에서는벽체변위에따라다소다른값을보이고있으나정지토압정도의크기를가지고있다는결과를얻었다. 2. 문헌고찰 2.1 콘크리트옹벽에작용하는수평토압에영향을미치는요소 그림 1. 수평이동변위에따른수평토압분포 수평토압에영향을미치는요소로는벽체변위, 시공완료 20 한국지반환경공학회논문집

3 에관계없이동일하다고하였다. 이러한결과는규사를이용한실내모형토조시험의뒤채움조건에서토체가주동상태에도달할때단위중량과내부마찰각이동일한값으로수렴된측정값을근거로도출되었다. 이와같이, 앞서서술한연구결과를종합해보면주동상태에도달하기위해콘크리트옹벽벽체에필요한최소변위량은깊이에관계없이동일한값을가지며그값은여러조건에따라다양하나 0.001H~0.005H 정도인것으로평가할수있다. 그림 2. 하단회전변위에따른수평토압분포이와같이, 벽체의변위형태에따라수평토압의분포및크기는변화하며캔틸레버형콘크리트옹벽벽체변위의형태는다음장에서분석한현장계측결과와상대비교하여유추할수있다 벽체변위의크기옹벽벽체에발생한변위의크기는임의의지점에서의수평응력을결정짓는다. 옹벽에서뒤채움흙을주동상태로유도할수있는최소변위를살펴보면 Terzaghi(1934, 1936) 는여러회의시험을통해주동상태에이르기위한벽체변위를뒤채움흙의다짐상태, 흙의종류에따라 0.001H~0.005H 정도로보았다. Matsuo 등 (1978) 은약 10m 높이의대형옹벽시험을통해벽체에주동변위가발생하더라도주동변위량이배면토체에소성변형을일으킬만큼크지않으면수평토압이정지상태에가까운크기까지회복되므로정지토압에기초한콘크리트옹벽설계를제안하였다. 그러나배면토체에소성변형이일어날만큼의충분한변형이발생하면토압의회복력은현저히저하된다는실험결과를얻었다. Sherif 등 (1984) 은진동대위에설치된 1.2m 높이의모형토조에공기건조상태로오타와규사를뒤채움한후수행한실내모형토조시험으로부터벽체가하단을중심으로회전할때주동상태에도달하기위해필요한벽체변위량은깊이에관계없이동일하다고보았다. 이는옹벽배면전체가주동토압에이르기위해서는벽체하단부근에서더많은회전변위가필요하다는것을뜻하고, 이론적으로는옹벽최하단의수평토압은절대로주동상태가될수없음을의미한다. 또한, 주동상태에도달하기위한벽체변위량은배면토체의단위중량이나내부마찰각 2.2 콘크리트옹벽의현장토압계측및수치해석 현장토압계측그림 3은캔틸레버형콘크리트옹벽에작용하는수평토압에관한 Coyle 등 (1976), 정성교외 (1995), 김명모 (2000) 의계측사례를나타낸다. 그림 3의 3가지계측사례는뒤채움흙의물리정수, 옹벽의기하학적형상, 계측기종류등에차이가있어절대비교하기에는다소무리가있으나옹벽벽체에작용하는수평토압계측데이터의정성적인경향을평가하면옹벽상단부의경우, 주동토압에비해다소작거나유사한경향을보이다가하단부에서는주동토압을넘어서서정지토압정도의크기를가지고있다. 이러한이유를 Coyle et al.(1976) 는벽체상단부에서는주동상태에도달할만한변위가발생하였으나벽체하단부에서는주동상태에도달할만할변위가발생하지않았기때문이라고보았고, 정성교외 (1995) 에서는옹벽의기하학적형상과다짐성토의진행과정에서발생되었던옹벽의연직, 수평각변위, 저판부에서구속상태에있는흙과구조물의상호작용에기인한다고하였다. 이와같은국내외수평토압계측결과를 Fang and Ishibashi 의연구결과와함께종합해보면현장조건에따라다소다르겠지만역T형콘크리트옹벽에는벽체하단을중심으로한회전변위가지배적으로발생하고벽체하단부에서는주동상태를유발할만할변위가발생하지않는다는것을알수있다 옹벽의수치해석 Goh(1993) 는역T형콘크리트옹벽에대한유한요소해석을통해옹벽에발생하는수평토압을벽면마찰각에따라 제 4 권제 1 호 2003 년 3 월 21

4 주동토압과최하단부정지토압을연결하는수평토압분포를제시하였고벽면마찰이작은경우, 옹벽최상단에서중단부까지는 Rankine 주동토압을따르다가중앙부이하에서는 Rankine 주동토압과 ( 최하단부정지토압 + 최하단부주동토압값의중간값 ) 까지를연결하는토압분포를제시하였다. 그림 4에제시된수평토압은수치해석만에의해얻은결론이긴하나앞서서술한국내외많은수평토압계측사례와유사한경향을나타냈다. (a) Coyle(1976) 계측사례 그림 4. 캔틸레버옹벽수평토압 (simplified) 3. 압축성재료를이용한토압저감원리 (b) 정성교외 (1995) 계측사례 앞장에서서술한내용을종합해보면현재콘크리트옹벽단면설계시벽체에충분한주동변위가발생한다고가정하고수평토압으로사용하고있는고전토압이론은실제현장에서콘크리트옹벽벽체에작용하고있는수평토압을과소평가한것으로판단된다. (c) 김명모 (2000) 계측사례그림 3. 캔틸레버형콘크리트옹벽계측사례그림 4와같이 2가지로제시하였다. 벽면마찰이큰경우, 옹벽최상단에서중단부까지는 Rankine 주동토압을따르다가중앙부이하에서는 Rankine 그림 5. REP-Wall 개념도한편, 국내외에서는 EPS(Expanded PolyStyrene) 성토공법을이용한적용분야가점차확장되고있는추세에있으며, 그대표적인사례로 EPS 블록을이용한옹벽배면의수평토압저감분야를들수있다. 그림 5와같이압 22 한국지반환경공학회논문집

5 축성재료로서사용된 EPS 블록은옹벽벽체의수평토압을인위적으로사다리꼴이나사각형형태로전환시킬뿐만아니라시공시다짐장비에의한진동의흡진효과에의한구조물균열방지등의여러장점을가지고있다. 4. 실내모형토조시험실내모형토조시험에서는뒤채움흙의응력, EPS 블록의두께, 밀도변화에따른수평토압및 EPS 블록의압축량을측정함으로서 EPS 블록압축에따른수평토압저감효과와하중전달메커니즘을규명하고자하였다. 4.1 시험재료및장비 뒤채움흙시료 그림 6. REP-Wall 개념에의한토압분포 Horvath(1996) 는강성벽체에압축성재료를설치하면그림 6과같이배면토체에일정크기이상의변위유발효과및아칭효과가중첩발생하여옹벽상단부는주동토압과거의유사한값을나타내다가옹벽하단부에서수평토압이감소하는포물선형태의토압분포및크기를나타낸다고보았다. Horvath 는압축성재료를이용한토압저감방안에대한연구에서이러한개념의옹벽시스템을 REP(Reduced Earth Pressure) Wall 이라고명명하였다. 압축성재료를이용한옹벽시스템은응력과변형이동시에고려되어야하며옹벽, 압축재, 지반의응력- 변형율거동등의흙 / 구조물상호작용이반영되어야하므로해석및설계가매우어렵다. 그림 7에서보듯이 REP Wall 의설계개념은압축재의응력- 변형특성과주동상태에도달하기위해요구되는흙의변형을일치시킴으로써흙 / 구조물상호작용을간단히반영하고있다. 본시험에사용한흙시료는표 1과같은물성치를가지고있는주문진규사 (silica sand) 를이용하였고이때조성된모형지반은낙사법을이용하여단위중량이 1.48 t/m 3 정도가유지되도록하였다. 표 1. 뒤채움흙시료의역학적특성비중함수비모형토조시험시평균내부마찰각 (%) 단위중량 (t/m 3 ) ( ) ~ EPS 블록시료본시험에사용된 EPS 블록은 0.010tf/m 3 (D-10), 0.014tf/m 3 (D-14), 0.020tf/m 3 (D-20) 의밀도를가진시료로서 5cm, 10cm, 15cm, 20cm, 25cm 로두께를변화시켜가며시험을실시하였다 모형토조시험장비 모형토조실험에사용된장비는크게모형토조, 침하판, 토압계, LVDT 및데이터로거로구성되어있다. 실험에사용된모형토조는그림 8에서보는바와같이 146cm 102cm 120cm 크기의토조를이용하였다. 이때상재하중은철재로제작된재하판을유압을이용하여재하하였다. 또한, 모형토조전면에 EPS 블록의압축에의한수평토압의저감효과및압축량을측정하기위한로드셀타입의토압계와 LVDT 가있다. 그림 7. 지지된흙과압축재의응력 - 변형율거동특성 8) 제 4 권제 1 호 2003 년 3 월 23

6 EPS variable : mm Load Plate 4.3 토조시험결과및분석 250mm Load Cell Displacement Plate Displacement Rod 재하하중에의한수평토압변화 LVDT LVDT Panel 250mm 250mm 250mm 115 mm 115 mm EPS variable : mm (a) 측면도 Load Cell 4.2 실험종류및내용 Displacement Rod Displacement Plate 1,345 mm Back Fill 1,345 mm Back Fill (b) 평면도그림 8. 모형토조시험장치 1,020 mm 1,200 mm 실내모형토조시험은 EPS 블록의배면부포설효과를평가하기위해 EPS 블록이포설되지않은모래지반과 EPS 블록이포설된지반에대해 EPS 블록의포설두께및밀도, 재하하중등을변화시켜가며수평토압및 EPS 블록의압축변위량을비교, 분석하는방식으로다양한형태의재하시험을수행하여 EPS 블록포설에따른수평토압저감효과, 최적의 EPS 포설단면및밀도를선정하고자하였다. 표 2에서는 EPS 블록포설에따른수평토압저감효과를평가하기위해수행한평가시험의종류와내용을보여준다. 표 2. 수행한평가시험의종류및내용 평가항목변화인자재하하중조건 EPS 블록의밀도효과 EPS 블록의두께효과 EPS 블록무포설효과 D-10, D-14, D-20 5cm, 10cm, 15cm, 20cm, 25cm 모래포설 1.5, 5.0, 10.0, 15.0 tf/m 2 그림 9는재하하중별수평토압및압축변위관계곡선 ( 밀도 : D-10, 20 ; 두께 : 15cm) 을보여준다. 그림 9에서와같이 EPS 블록을설치하지않은모래지반의경우, 수평토압은뒤채움깊이에따라다소증가하다일정깊이이하에서감소하는형태를나타낸다. 일반적으로재하판하중에따른수평토압은깊이에따라초기에다소증가하다일정깊이이하에서감소하는데그원인은얕은기초의수평응력분포특성과같이재하판하중의증가에따라재하판직하에서압축전단면이형성되므로압축전단면상에서는깊이에따라수평응력이다소증가하다압축전단면이하에서비선형적으로감소하는것이다. 본시험에서측정된 EPS 블록이포설되지않은모래지반의수평토압이이러한경향을나타냈고이는상재하중이클수록더욱뚜렷하게나타났다. 한편, EPS 블록을설치한모래지반의재하하중별수평토압특성은재하하중이 1.5tf/m 2 로작은경우, 뒤채움토체내부의응력이매우작아 EPS 블록의압축량이매우작으므로 EPS 블록의설치효과가나타나지않았고재하하중이 10tf/m 2, 15tf/m 2 의경우 EPS 블록의압축에의해수평토압저감효과가크게나타났다. 또한, EPS 블록을설치한지반과모래뒤채움지반의토압분포차이는 EPS 블록의압축에의한배면토체의아칭효과에의한것으로판단되었다. 그림 9의수평토압분포를살펴보면모래뒤채움지반인경우, 25cm, 75cm 지점의수평토압과비교하여 50cm 지점의수평토압이최대인것에반해 EPS 블록을설치한경우, 50cm 지점의수평토압이작은것을알수있다. 이는모래뒤채움에서응력레벨이큰 50cm 부근에서 EPS 블록을설치한경우에는 EPS 블록의큰압축을유도하면서지반에주동변위가발생하여수평토압이저감됨으로서 EPS 블록이설치된지반의토압분포는 50cm 부근보다 25cm 및 75cm 의토압이더큰양상을나타냈다. 24 한국지반환경공학회논문집

7 그림 9. 재하하중별수평토압및압축변위곡선 ( 표기 : 밀도 (D-10, 20)- 두께 (cm)) 즉, 토압저감효과는응력레벨이큰경우 EPS 블록의큰압축을유발시키고그에따라토압이재분배되어아칭효과가생김으로서발현된다. 따라서 EPS 블록을이용한콘크리트옹벽의현장적용에서는콘크리트옹벽중응력레벨이큰일정깊이이하에서큰수평토압저감효과를발휘할것으로예상되었다 EPS 블록밀도및두께의영향 EPS 블록에의한수평토압저감효과는배면토체가 EPS 블록에전달하는수평응력이 EPS 블록의압축을발생시켜토체내인위적변위가유발되고, 이러한변위가토체내상대적 변위차를일으켜아칭효과를발현시킴으로써나타난다. 또한, EPS 블록의아칭효과는초기에 EPS 블록의압축변위량에비례하여수평토압저감효과가증가되는특성을보이다가일정변위이후에는 EPS 블록의압축변위량에크게영향을받지않는특성을보인다. 또한, 그림 10에서보듯이밀도및두께변화에따른압축변위량은상재하중에상관없이 EPS 블록의밀도는작아질수록두께는커질수록압축변위량이커지는경향을나타내었다. 이러한수평토압과압축변위량사이의관계는동일하중조건에서 EPS 블록의강성도가작을수록압축량이커지고이로인해수평토압이작아지는경향을나타낸다. 그러나 EPS 블록 D-10 인경우두께변화에따라 제 4 권제 1 호 2003 년 3 월 25

8 변위차가큼에도불구하고수평토압이일정하였다. 이는 EPS 블록에의한수평토압저감효과가일정량의압축변위 ( 임계변위량 ) 이상이발생되면더이상효과가없다는것을말해준다. 반면에 D-14 및 D-20 의경우, 임계변위량에도달하지못한관계로각블록의두께별로압축변위의차이에비례하여수평토압이감소하는특성을보였다. 항목은전면벽체에작용하는수평토압, 지중침하, EPS 블록의압축변위량등이있다. 또한, 현장계측에사용된주요장비는토압계로서용량 20tf/m 2 인스트레인게이지타입의수평토압계및로드셀 2종을사용하였다. 그림 11은매설된계측기의매설위치및형태를보여준다. Normalized Earth pressure Coefficient (K/Ks) D-10 D-14 D m 1.15m 0.68m 0.9m 1.31m 1.2m 토압계 침하판 Thickness of EPS Block 0.36m 그림 10. EPS 블록밀도 / 두께변화에따른토압계수 ( 상재하중 =1.5tf/m 2, 깊이 =50cm) (a) 일반구간 5. 현장시험시공 5.1 현장시험시공개요본장에서는캔틸레버형콘크리트옹벽의직선부 1개소를선정하여토압계, 변형핀, 침하판등의각종계측기를매설하고, EPS 압축재포설단면및무설포단면에대한시공후작용수평토압의크기및분포형태, EPS 블록의압축변위량등의역학적거동특성을비교 분석하고자계획된시험시공에대한개요를설명한다. 본연구의대상현장은충청남도국도 32호선도로확포장공사현장으로도로인터체인지 (IC) 건설을위한옹벽시공이리핑암지반위에계획되었다. 본현장에사용된뒤채움흙은국내널리분포되어있는화강풍화토를사용하였다. 뒤채움흙시료는현장자연함수비 11.2%, 비중 2.56, 최대건조밀도 1.94 tf/m 3, 최적함수비 12.1%, 통일분류법상 SP로나타난화강풍화토로판명되었다. 본현장의시험시공에사용된 EPS 블록은단위중량 D-10, 두께 15cm 로실내모형토조시험에서가장큰토압저감효과를가진것으로판명된물성치를가진재료를사용하였다. 압축용 EPS 블록을이용한콘크리트옹벽의현장계측 로드셀변형핀 0.94m 침하판 1.17m 1.22m 7.5m 1.36m 1.10m 0.9m (b) EPS 블록포설구간그림 11. 계측기매설도 5.2 현장계측결과분석및평가그림 12에서는일반구간및 EPS 블록포설구간의벽체높이에따른옹벽배면의수평토압계측결과를보여준다. 26 한국지반환경공학회논문집

9 뒤채움높이 (m) 토압 (tf/m 2) 흙성토옹벽시공완료 EPS옹벽시공완료 1 Rankine 토압 EPS옹벽시공완료후95 일흙성토옹벽시공완료후95 일 2 정지토압흙성토옹벽시공완료후170 일 EPS옹벽시공완료후170 일 그림 12. 벽체높이에따른옹벽배면의수평토압변화곡선일반콘크리트옹벽의수평토압은옹벽상단부의경우, Rankine 주동토압보다다소작은값을가지다가옹벽하단부로갈수록 Rankine 주동토압보다커지고최하단부에서는정지상태의토압크기를나타낸다. 이러한계측결과는앞에서서술한 Coyle 등, 정성교, 김명모의계측결과에서도유사한경향을나타내고있으며그원인으로는벽체하단헌치부에의한변위구속및층다짐에의한다짐잔류응력, 벽체하단을중심으로회전변위를가지는콘크리트옹벽의하단부변위구속에의한것으로사료된다. 특히일반콘크리트옹벽의수평토압은기초하단으로부터 1.7m 부근의경우시공완료직후 5.9tf/m 2, 시공완료 170일후 6.4tf/m 2 으로 Rankine 주동토압의약 2배정도값을나타냈다. 한편, EPS 블록의압축성을이용한콘크리트옹벽의수평토압은기존일반콘크리트옹벽과달리사다리꼴형태의토압분포로서가설흙막이구조물, 보강토옹벽에서가지는수평토압분포와유사한형태를보였다. EPS 블록의압축성을이용한콘크리트옹벽의수평토압은옹벽상단부에서 0.5H 구간까지의경우, Rankine 주동토압과유사한값을보이며최하단부의경우, 시공완료 170일후 2.1tf/m 2 로서 Rankine 주동토압의약 0.5 배정도이다. 이때옹벽상단부의수평토압이일반콘크리트옹벽부에비해다소큰것은상부 EPS 블록압축이응력레벨이낮아작게발생하였고상대적으로큰하부토체의주동변위에저항하기위해발현된아칭효과에따른하중분담의영향으로사료된다. 이와같이옹벽상단부에서 0.5H 구간까지는 Rankine 주동토압과같고 0.5H 구간에서최하단까지는동일한응력을가지는사다리꼴분포특성을가정할때기존의 Rankine 주동토압이론에의한토압크기 (γh 2 K a /2) 보다 25% 작은 3γH 2 K a /8 정도의수평토압만이옹벽벽체에작용하고있는것으로평가되었다. 이때수평토압합력의작용점은대략 0.4H 정도이다. EPS 블록의압축성을이용한콘크리트옹벽의수평토압특성은실내모형토조시험결과와마찬가지로 EPS 블록의압축에따른아칭효과에기인한다. 일반적으로보강토옹벽및가설흙막이구조물에서의토압계수는기존콘크리트옹벽의벽체변형형태와다른포물선형태의변형특성을고려한사다리꼴토압분포로서 0.45K a ~0.65K a 의값을가지고있다. 본현장의계측된수평토압은 0.5K a 정도를보이고있으나, EPS 블록을이용한콘크리트옹벽의수평토압분포및크기를살펴보았을때옹벽높이가높을수록상대적으로큰수평토압저감이발현되리라판단된다. 6. 결론본논문에서는캔틸레버형콘크리트옹벽벽체에작용하는수평토압의분포및크기를규명하기위해국내외여러문헌을분석하고다짐균열방지, 수평토압저감효과가탁월한압축성재료인 EPS 블록을이용한수평토압저감기법을개발하고자다양한실내시험및현장계측을통하여다음과같은결론에도달하였다. 1. 캔틸레버형콘크리트옹벽에는벽체하단을중심으로한회전변위가지배적으로발생하고벽체하단부에서는주동상태를유발할만할변위가발생하지않는다는것을알수있고. 주동상태에도달하기위해콘크리트옹벽벽체에필요한최소변위량은깊이에관계없이동일한값을가지며그값은 0.001H~0.005H 정도로평가할수있다. 2. 캔틸레버형콘크리트옹벽벽체에작용하는수평토압은벽체중앙부를기준으로상단부에서는주동토압이론을잘따르다가하단부로갈수록주동토압보다큰값을가지며최하단부에서는정지토압과유사한크기를갖는다. 제 4 권제 1 호 2003 년 3 월 27

10 3. 실내모형토조시험분석결과, EPS 블록에의한수평토압저감효과는상재하중이클수록 EPS 블록의큰압축량에의해응력재분배가유발되며, EPS 블록의밀도별로모래성토지반에비해평균적으로 D-10 의경우 63%, D-14 의경우 52%, D-20의경우 32% 정도의토압저감효과를가진것으로평가되었다. 4. EPS 블록을이용한콘크리트옹벽의수평토압은벽체하단부로갈수록변위량이큰삼각형형태의 EPS 블록 압축특성에직접적인영향을받아사다리꼴형태의토압분포특성을가지며, 합력의작용점이대략 0.41H 정도로, 그크기가높이 7.5m 의옹벽의하단부에서주동토압의약 0.5 배정도인것으로평가되었다. 5. 향후 EPS 블록을포설한토체지지구조물에대한다양한시험시공을통해현장적용성대한좀더세밀한검토를실시하고자한다. 참고문헌 1. 김명모 (2000), 옹벽의설계자동화기법에관한연구, 97 건설교통기술연구개발사업보고서. 2. 김홍택, 백영식 (1992), 옹벽의설계및발생토압에관한고찰. 한국지반공학회지, 한국지반공학회, 제 8권, 제 4호, pp. 99~ 류기정 (2001), EPS 의압축성을이용한콘크리트흙막이구조물시스템, 박사학위논문, 경희대학교, 120p. 4. 정성교, 이만렬, 정진교 (1995), 역T형옹벽에뒤채움다짐으로유발된횡토압의현장계측. 한국지반공학회지, 한국지반공학회, 제 11권, 제 2호, pp. 5~ Coyle, H. M., Bartoskewitz, R. E.(1976), Earth Pressure on Precast Panel Retaining Wall. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 102, No. GT5, pp. 441~ Fang, Y. S., Ishibashi, I.(1986), Static Earth Pressure with Various Wall Movements. Journal of Geotechnical Enginnring, ASCE, Vol. 112, No. 3, pp. 317~ Goh, A. T. C.(1993), Behavior of Cantilever Retaining Walls. Journal of Geotechnical Engineering., ASCE, Vol. 119, No. 11, pp. 1751~ Horvath J. S.(1996), The Compressible-Inclusion Function of EPS Geofoam : An Overview, Int. Symp. on EPS Construction Method, pp. 72~ Matsuo, M., Kenmochi, S., Yagi, H.(1978), Experimental Study on Earth Pressure on Retaining Wall by Field Tests. Soil and Foundations., JSCE, Vol.18, No.3, pp. 27~ Sherif, M. A., Fang, Y. S., and Sherif, R. I(1984), K A and K 0 Behind Rotating and Non-Yielding Walls. Journal of Geotechnical Engineering., ASCE, Vol. 110, No. 1, pp. 41~ 한국지반환경공학회논문집

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<B0E6BBE7BDC4BFCBBAAE322E786C73> 경사식옹벽설계 -2 B3 B4 q W2 1 SLOPE(S0) H2 y 1:S1 1:S2 원지반 H δ' b W1 Pa δ=2/3* R a a H1 W3 ω x B1 B2 B 1. 설계조건 (1) 단위체적중량및토질정수콘크리트단위중량 b γc = 2.35 tf/m 3 뒷채움재의단위중량 γ = 2.00 tf/m 3 뒷채움재의내부마찰각 φ = 35.0 점착력 C =