확장형 패커를 이용한 가압식 쏘일 네일링의 전단거동 연구
Study on the Shear Behavior of the Pressurized Soil Nailing system Using Expandable Paker System
- 주제(키워드) 네일 , 확장형 패커 , 전단거동
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이상덕
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 건설교통공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000027662
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
쏘일 네일링은 비탈면뿐만 아니라 흙막이벽이나 옹벽 등을 보강하기 위해 자주 사용되는 공법으로 네일의 인발저항력을 이용하여 원지반의 전단강도를 보완하는 개념이다. 쏘일 네일링을 설계할 때에는 인발저항만을 고려하는 방법과 인발저항, 전단저항 및 휨응력을 모두 고려하는 방법이 있다. 그런데 비탈면이 원호활동파괴되는 경우 네일부재의 인발저항은 물론 활동면에서 발생하는 전단저항 및 휨저항까지 고려하여 설계해야 하지만 이에 대한 연구가 부족하여 이들을 고려하여 설계하는 경우가 드물다. 현재까지 진행된 쏘일 네일링에 관한 연구들은 재료, 형상, 시공방법 등의 개선을 통한 인발저항력 증대에 관한 것이 대부분이며, 쏘일 네일링의 전단저항 및 휨저항에 대한 연구가 많이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서 기존 쏘일 네일링에 대해 전단저항 및 휨저항 특성을 분석하였고, 전단저항과 휨저항을 증대시킬 수 있는 새로운 개념의 네일에 대해 실험적으로 전단저항거동을 연구하였다. 본 논문에 적용한 새로운 쏘일 네일은 보강재(이형철근) 외측에 패커를 설치하고 가압 그라우팅하여 확장시키는 개념의 네일이다. 이 같은 새로운 쏘일 네일의 전단저항 특성을 규명하기 위해 주입 및 팽창시험을 실시하여 패커 내측의 팽창성과 외측의 주입율을 확인하여 시공가능성을 확인하였고, 부착강도시험(인발시험)을 실시하여 확장형 패커의 간격에 따른 이형철근과 확장형 패커의 부착강도를 측정하였다. 또한, 실내대형 전단시험을 수행하여 확장형 패커의 간격, 직경에 따른 지반의 전단응력, 네일체에 발생하는 모멘트, 축력, 전단력을 측정하고 일반 쏘일 네일과 비교하여 보강효과를 확인하였으며 토압 측정을 통하여 전단영향권에 대해 분석하였다. 연구결과, 확장형 패커 네일은 일반 네일과 달리 전단응력이 지속적으로 증가하는 경향이 나타났다. 이것은 확장형 패커 외측 그라우트는 전단에 의해 파괴되어 기능을 상실하여도 패커 내측 그라우트는 파괴되지 않고 전단저항력을 발휘하여 그라우트체의 저항력이 증가되기 때문으로 추정된다. 모든 네일의 최대 모멘트는 전단면에서 일정한 거리가 이격된 위치에 나타났으며, 패커 간격이 넓은 확장형 네일의 최대 모멘트는 일반 네일에 비하여 대폭 감소하였고 최대축력 또한 패커 간격이 넓은 확장형 네일은 일반 네일 및 확장형 패커 간격이 좁은 확장형 네일보다 감소된 축력을 나타냈다. 전단력은 확장형 패커간격이 클수록 작고, 넓은 분포범위를 보이며 일반 네일 및 확장형 패커 간격이 좁을때 약간 감소된 값을 나타냈다. 일반 네일 및 간격이 작은 확장형 패커 네일은 전단변위 증가에 따라 전단방향이 변경되는 변곡점이 전단면으로 가까워지는 반면 간격이 넓은 확장형 패커 네일의 경우 전단변위 증가에도 불구하고 변곡점의 변화가 거의 나타나지 않고 확장형 패커의 연성거동에 의해 하중을 지속적으로 저항하고 있음을 알 수 있었다. 부착강도시험 결과 간격이 넓은 패커 네일과 일반 네일은 유사한 부착강도를 나타났으며 간격이 좁은 네일이 부착강도가 작게 나타났다. 따라서, 간격이 넓은 확장형 패커 네일일 경우는 이형철근과 내측 확장형 패커부가 일체거동으로 일반 네일처럼 인발되는 것으로 확인할 수 있었다. 본 연구에 적용한 확장형 패커 쏘일 네일링은 그라우트체가 파괴된 후에도 하중 전이효과가 좋아 연성에 의해 계속 변형이 발생하였고 팩커체로 감싸고 있는 그라우트체와 보강재가 일체화 거동을 하여 전단저항력이 증가하고, 모멘트는 감소함을 알 수 있었다.
more초록/요약
Soil nailing is the most used reinforcement method for slope and braced wall or retaining wall. It is a concept that complements the shear strength of the in-situ ground by utilizing the pull-out resistance of the nail. There are two types of design method for soil nailing. One considers only the pull-out resistance, and the other considers pull-out resistance, shear resistance and bending resistance in soil nails as well. But in the case of circular sliding failure of slope, it should be designed by considering shear resistance and bending resistance on slip surface as well as the pull-out resistance. However this is rarely accounted for owing to lack of study. In most of the previous studies, the increase of the pull-out resistance through the improvement of the material, the shape, the construction method, etc. were focused, but the researches on bending resistance and shear resistance of soil nail is not conducted yet. Therefore, this study attempted to investigate the shear resistance and the bending resistance characteristics of conventional soil nailing. By conducting an experimental study on the shear resistance behavior of a new concept nail that can increase the shear resistance and bending resistance. The new soil nailing is using the concept of expanding the nail by installing a packer on the outside of the reinforcement (the deformed bar) and pressurized grouting. In order to investigate the shear resistance characteristics of the nail, injection and expansion tests were carried out to confirm the workability by surveying the expansibility of the inside of the packer and the injection rate of the outside of the packer. And bond strength test (pull-out test) was also carried out to measure the bond strength between the deformed bar and the expanded packer according to the interval of the expanded packer. In addition, we conducted an indoor large-scale shear test, and measured the shear stress of the ground, moment, axial force, shear force that occurs in nail body in accordance with the interval and diameter of the expanded packer, and by comparing with the conventional soil nail confirmed the reinforcement effect, and analyzed the shear impact zone. Result of the study, the expanded packer nails showed a tendency to continually increase the shear stress, which is different from the conventional one. It is estimated because even if the outer grout of the packer is destroyed due to shear stress, resisting force of the grout body increases the inner grout of the packer not being destroyed and maintaining shear resisting force. The maximum moment of all nails appears at a regular distance from the shear surface, and the maximum moment of the expanded nail with a broad interval is significantly reduced compared to the conventional nail, also the maximum axial force is reduced compared to the conventional nail or the expanded nail with a narrow interval. The shear strength has small and wide distribution range as the expanded packer interval was larger, slightly reduced in the conventional nail and the expanded nail with a narrow interval. In the conventional nail or the expanded nail with a narrow interval, the inflection point at which the shear direction changes is closer to the shear surface as the increase of shear displacement, while, in the expanded packer nail with a broad interval, the change of the inflection point was hardly indicated though the increase of shear displacement and it was continuing to resist the load thanks to the ductile behavior of the expanded packer. As a result of bond strength test, bond strength of the nail with a broad interval was same as that of the conventional nail, and the strength of nail with a narrow interval was small. Therefore, it was confirmed that the expanded nail with a broad interval was pulled out like a conventional nail thanks to the integrated behavior between the deformed bar and inner expanded packer body. The results shows that the proposed soil nailing continues to deform by the ductility with a superb load transfer effect, even after the grout body is broken and shear resisting force increases, and the moment decrease by the reinforcing material and the grout body wrapped by the packer body integrally behaving.
more목차
제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 3
1.3 연구내용 및 범위 7
제 2 장 이론적 배경 10
2.1 쏘일 네일링 개요 10
2.2 쏘일 네일의 메커니즘과 거동특성 11
2.2.1 네일의 인장력 분포와 최대 인장력선 12
2.2.2 쏘일 네일 구조물의 지중 응력 13
2.3 네일의 전단저항력 16
2.3.1 지반과 네일의 상호작용 16
2.3.2 지반에 보강된 네일의 거동 17
2.4 횡하중을 받는 말뚝거동과의 유사성 22
2.5 강성 네일을 이용한 전단시험 25
제 3 장 모형시험 27
3.1 개요 27
3.2 모형지반의 기본 물성치 산정결과 28
3.3 네일 29
3.4 실내대형 전단시험장치 30
3.4.1 상재하중 재하장치 31
3.4.2 전단력 재하장치 32
3.4.3 배면토압 측정장치 33
3.4.4 강사장치 33
3.4.5 덮개판 34
3.5 계측장비 35
3.6 주입 및 팽창 시험 37
3.6.1 시험변수 37
3.6.2 시험방법 41
3.7 실내대형 전단시험 42
3.7.1 시험변수 42
3.7.2 시험방법 43
3.8 부착강도시험 45
3.8.1 시험변수 45
3.8.2 시험방법 46
제4장 시험결과 47
4.1 주입 및 팽창 시험 47
4.1.1 주입율 및 팽창률 산정방법 47
4.1.2 주입 및 팽창 시험결과 47
4.2 실내대형 전단시험 52
4.2.1 전단저항 52
4.2.2 네일에 작용하는 모멘트 62
4.2.3 네일에 작용하는 축력 66
4.2.4 네일에 작용하는 전단력 69
4.2.5 토압분포 71
4.2.6 네일의 파괴형태 77
4.3 부착강도시험 81
4.4 실내시험 결과 분석 84
제 5 장 결 론 85
참고문헌 88
