Behavior Characteristics of Reinforced Earth Wall using Fiber-Mixed Soil Backfill

뒤채움재료로 단섬유혼합토를 사용한 보강토옹벽의 거동특성 43 한국토목섬유학회논문집 제3권 1호 2004년 1월 pp. 43 ～ 52

1. 서 론

최근 전 세계적으로 우수한 경제성과 수려한 외 관 및 시공의 간편성 등에 의해 토목섬유를 보강재 로 이용한 보강토 구조물의 건설이 나날이 증가하 고 있다. 보강토공법은 토체내에 보강재를 삽입하 여 토류 구조물을 보강하는 공법으로서 이렇게 시

공된 흙/보강재 복합건설재료는 기존의 지반에 비하 여 개선된 인장 및 압축특성을 갖는다. 이때 사용되 는 보강재의 종류는 크게 시이트(sheet)형 보강재, 대 상(strip)형 보강재, 그리드(grid)형 보강재 등의 3종 류로 구분될 수 있으며, 최근에는 그리드형 보강재 의 사용이 두드러지고 있다.

한편, 대규모 물량의 지하철 공사, 대단위 주택

*1 정회원, 한국건설기술연구원 지반연구부 수석연구원 (Member, Research Fellow, Geotechnical Engrg. Research Dept., KICT)

*2 정회원, 우송대학교 토목환경공학과 조교수 (Member, Assistant Prof., Dept. of Civil & Environmental Engrg., Univ. of Woosong)

*3 정회원, 한국건설기술연구원 지반연구부 연구원 (Member, Researcher, Geotechnical Engrg. Research Dept., KICT)

뒤채움재료로 단섬유혼합토를 사용한 보강토옹벽의 거동특성

Behavior Characteristics of Reinforced Earth Wall using Fiber-Mixed Soil Backfill

*1 조 삼 덕 Cho, Sam-Deok ^*2 안 태 봉 Ahn, Tae-Bong

*3 오 세 용 Oh, Se-Yong ^*3 이 광 우 Lee, Kwang-Wu

Abstract

Laboratory model tests were conducted to assess the behavior characteristics of geogrid reinforced earth walls using fiber-mixed soil backfill with different surcharge loads and reinforcement spacing. The models were built in the box having dimensions, 100cm tall, 140cm long, and 100cm wide. The reinforcements used were geonet (tensile strength, 0.79t/m) and geogrid(tensile strength, 2.26t/m). Decomposed granite soil(ML) with or without polypropylene fiber was used backfill material. Strain gauges and LVDTs were installed on the retaining walls to measure the strain of the reinforcements and the displacements of the wall facings.

요 지

단섬유를 혼합한 토사를 뒤채움재료로 사용한 보강토옹벽의 재하하중 단계 및 보강재 포설단수 별 거동특성을 평가하기 위하여 일련의 축소모형실험을 수행하였다. 높이 100cm×길이 140cm×폭 100cm 인 모형토조를 사용하 여 1m 높이의 모형 보강토옹벽을 축조하였다. 본 모형실험에서 보강재로는 최대인장강도 0.79t/m인 지오네트와 최대인장강도 2.26t/m인 지오그리드를 사용하였으며, 화강풍화토에 폴리프로필렌 단섬유를 혼합한 토사를 뒤채 움재로 사용하였다. 모형 보강토옹벽 축조후 5단계의 등분포하중(0.5kg/cm

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Keyw ords : model test, geogrid, reinforced earth wall, fiber-mixed soil, reinforcement

44 한국토목섬유학회논문집 제3권 제1호

그림 1. 모형실험장치 설계도 단지 조성 공사, 상․하수도/전기․통신 공사 등 도

시개발 사업에 수반되어 발생하는 건설잔토의 양이 막대하나, 이러한 건설잔토를 건설재료로서 재활용 하는 양은 많지 않으며, 대부분이 임해나 내륙 매립 지에 매립처분하고 있는 실정이다. 그러나 최근 친환 경건설에 대한 국민적인 욕구가 확장되는 실정에서 건설잔토의 처분지 확보는 날로 어려워질 전망이다.

따라서 건설공사에 수반되어 발생하는 건설잔토의 역 학적 특성을 개선시켜 각종 용도의 성토재로서 유용 하게 이용할 수 있도록 하는 섬유혼합 보강토 공법은 상당히 매력적인 공법으로 평가되고 있다. 섬유혼합 보강토에 대한 연구로, 초기에 Brown & Sheu(1975), Wu(1976) 등은 식물뿌리가 흙의 강도증가에 미치는 영향을 평가하였으며, 이후 Gray & Ohashi(1983), Stauffer & Holtz(1995), Santoni & Webster(2001) 등 많은 연구자들이 실험을 통해 섬유혼합 보강토의 전단강도 증대 효과를 평가한바 있다.

본 연구의 이전 연구에서 조삼덕 등(2003)은 단섬 유를 혼합한 뒤채움토사를 사용한 새로운 개념의 복 합 보강토옹벽공법 개발 연구의 기초연구로, 3종류 의 폴리프로필렌 단섬유를 화강풍화토에 혼합한 단 섬유혼합보강토와 지오그리드 사이의 마찰특성 평 가를 위한 일련의 전단마찰시험 및 인발시험을 수행 한 바 있다. 이러한 연구의 연속으로 본 연구에서는 일련의 축소 모형실험을 통해 화강풍화토에 일정비 율의 폴리프로필렌 단섬유를 혼합한 재료를 뒤채움 토사로 사용한 복합 보강토옹벽과 일반적인 형태의 보강토옹벽의 거동특성을 비교/분석하고, 단섬유혼 합효과를 평가하였다.

2. 복합보강토옹벽 모형실험

2.1 실험장치

단섬유를 혼합한 토사를 뒤채움재료로 사용한 보 강토옹벽의 재하하중 단계별 거동특성을 평가하기 위하여 일련의 축소모형실험을 수행하였다.

본 실험에서 모형 보강토옹벽의 축조시에는 전면 벽체의 변형을 억제하였으며, 모형 보강토옹벽 축조가

완료된 이후에 전면벽체 변형억제장치를 해체하고, 5 단계의 등분포하중(0.5kg/cm

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모형 보강토옹벽 축조를 위한 실험장치는 그림 1 에 도시한 바와 같이 설계하였고, 그림 2는 실험장치 의 실물사진이다. 그림 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 모형실험장치는 모형토조, 토조보강 프레임, 전면 블록, 전면변위 억제판, LVDT 거치대 등으로 구성 되어 있다. 모형토조는 내부치수가 140cm×100cm×

10cm로서 전면이 개방된 형태로 제작하였고, 개방 된 단면을 보강하기 위하여 강재 토조보강 프레임을 4단으로 설치하였다. 또한 모형토조 전면은 토조 안 의 지반거동을 관측할 수 있도록 10mm두께의 아크 릴판으로 제작하였다.

모형 보강토옹벽 축조시에 발생되는 벽체벽위를 억제하기 위하여 두께 10mm의 목재 합판과 스크류 장치(screws stroke)로 벽체고정장치를 제작하였다.

또한 벽체변위의 원활한 측정을 위해서 그림 2(a)에 나타낸 바와 같은 변위계 거치대를 제작하였다. 본 변위계 거치대는 변위계의 설치위치를 임의로 조정 할 수 있다.

한편, 전면블록은 고강도 합성수지를 이용하여 200mm×200mm×50mm(높이×폭×두께) 및 143mm

×200mm×50mm로 제작하여 각각 5단 및 7단 옹벽 을 축조할 수 있도록 하였으며, 전면블록과 보강재의 결속을 위해서는 50mm×200mm×30mm크기의 고정 블록을 제작하여 전면블록과 볼트로 체결할 수 있도