토목섬유와 말뚝으로 복합지지된 성토지반의 아칭효과에 관한 실험 = An experiment on arching effect of embankments supported by piles with geosynthetics

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 토목섬유와 말뚝으로 복합 지지된 성토지반의 아칭효과에 대해 규명하기 위해 일련의 모형실험을 실시하였다. 또한 모형실험을 통해 지반변형형상에 대한 이론식을 제안하였으며 모형실험 결과와 이론식과의 비료를 통해 제안식의 타당성을 검증하였다.
본 연구를 통해 얻은 결과를 정리하면 다음과 같다.
모형실험 결과 성토지지말뚝이 토목섬유와 복합시공 될 경우 성토지반의 침하가 효과적으로 억지될 수 있으며 토목섬유로 보강한 단독캡 말뚝의 지반변형형상은 연약지반을 임의적으로 침하시켰을 때 원호(circular arc)형태로 발생된다. 즉, 토목섬유로 보강시 지반의 변형은 원호형태로 발생됨에 따라 토목섬유의 보강효과에 의해 성토체의 침하가 억제되고 있음을 확인됐다. 이때 말뚝에 작용하는 하중은 침하가 발생됨에 따라 급격히 증가하며 이는 말뚝과 지반과의 상대변위가 지반아칭효과를 극대화 시킨 것으로 평가된다.
보강시 토목섬유의 변형률은 말뚝 캡 인접부분에서 최대 변형이 발생되었으며 이는 말뚝 캡 모서리 부분에서 인장력이 최대임을 의미한다.
위와 같은 모형실험을 토대로 이론식을 제안할 수 있다. 토목섬유 보강시 성토지지말뚝의 아칭효과는 토목섬유 무보강시의 아칭이론으로부터 유도될 수 있으며, 본 연구를 통해 연약지반 반력이 고려하지 않은 경우의 해석법을 확립할 수 있다. 그 결과 모형실험의 결과치와 제안식의 비교를 통하여 제안식의 타당성은 검증되었다.
연약지반 반력을 고려하지 않은 경우의 해석법은 토목섬유의 변형률과 말뚝의 작용하중을 과대평가하게 되지만 다소의 안전율을 고려한다면 성토지지말뚝공법의 설계법으로서 적합한 것으로 평가된다.
결과적으로 토목섬유로 보강된 성토지지말뚝은 연약지반에 작용하는 하중을 감소시킴으로서 구조물의 안정성을 높임으로서 말뚝 효율이 증가된다. 따라서 본 공법은 경제성 및 시공성 효과도 증진시킬 수 있는 장점이 있다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구 목적 및 범위 2
• 제 2장 성토지지말뚝의 기존연구 3
• 2.1 토목섬유/말뚝 복합보강공법의 기능과 분류 3
• 2.2 지반아칭에 관한 기존연구 6
• 2.2.1 Low et al.(1994)의 지반아칭 7
• 2.2.2 영국기준(BS 8006) 9
• 2.2.3 홍원표 등에 의한 지반아칭 10
• 2.3 실험적 연구 16
• 2.3.1 홍원표 등(1999)의 실험적 연구 16
• 2.3.2 Horgan & Sarsby(2002)의 실험적 연구 19
• 2.3.3 Chew의 실험적 연구 21
• 2.3.4 Eekelen(2002)의 실험적 연구 24
• 제 3장 모형실험 26
• 3.1 모형실험장치 26
• 3.1.1 모형 토조 26
• 3.1.2 모래살포장치 27
• 3.1.3 모형말뚝 및 말뚝고정하판 30
• 3.1.4 지반변형제어장치(Settlement Controller) 31
• 3.1.5 하중측정장치(Data logging system) 32
• 3.2 사용시료특성 35
• 3.2.1 성토모래의 토질특성 35
• 3.2.2 토목섬유 38
• 3.2.3 토목섬유 변형률 측정을 위한 Calibration Test 41
• 3.3 실험계획 및 순서 44
• 3.3.1 모형실험 흐름도 44
• 3.3.2 실험장치의 계통도 및 시험순서 45
• 제 4장 모형실험결과 및 고찰 52
• 4.1 성토지반 변형특성 52
• 4.1.1 토목섬유 무보강시 52
• 4.1.2 토목섬유 보강시 58
• 4.2 말뚝작용하중 측정결과 76
• 4.2.1 단계별 성토시 76
• 4.2.2 침하유발 시 78
• 4.3 토목섬유 변형률 81
• 5장 토목섬유 보강 성토지지말뚝의 이론해석 85
• 5.1 지반아칭이론의 적용성 평가 85
• 5.2 토목섬유 보강시 이론산정식 87
• 5.3 이론식의 분석 90
• 5.3.1 성토고에 따른 말뚝 효율 비교 90
• 5.3.2 토목섬유 인장강성에 따른 비교 93
• 5.4 모형실험결과와 비교 94
• 6장 결 론 97
• 참고문헌 98
• 국문초록 102
• ABSTRACT 103