1. 서 론

집중호우에 의한 산사태나 건축 구조물의 시공 시에 사면파괴를 막기 위해서 적용하고 있는 영구 구조물로 옹벽이 많이 적용되고 있다. 옹벽에는 여러 종류가 있으나 돌쌓기․콘크리트 블록 쌓기 옹벽은 약 7m정도의 높이 제한이 있고, 중력식 옹벽의 경우 많은 양의 콘크리트가 사용되는 등 단점들도 가지고 있다(Im, 2016).

기존 옹벽의 단점을 보안하고자 L형 옹벽에 억지말뚝을 결합시켜 조립식 지주옹벽(Assembled Earth Retaining Wall; AER옹벽)을 개발하였다. 억지말뚝 효과는 억지말뚝을 경사지게 적용하여 개발된 가시설 흙막이인 IER 지주식 흙막이 공법(Inclined Earth Retaining

Structure Method; IER공법)의 연구에서도 알 수 있다. Seo et al. (2012)과 Jeong et al. (2013)은 각각 모래지반과 점토지반에서 실내모형실험을 통해 경사지게 설치된 억지말뚝의 효과를 확인하였고, Seo et al. (2015)은 억지말뚝의 설치 유무를 달리해서 현장실험을 진행하여 설치된 경우의 수평변위억제효과를 확인하였다. 특히, Seo et al. (2016)은 점토지반에서의 안정성과 수평변위억제효과를 증명하여 IER공법의 구조적인 안정성을 증명하였다. 그러므로 IER공법과 유사한 형태의 영구 구조물인, AER옹벽의 경우에도 지주보 설치로 인한 경제성과 시공성 등에서 상당한 효과를 볼 수 있을 것으로 생각되었다.

Hwang (2014)과 Yoo et al. (2016)은 AER옹벽 효과를 확인하기 위해서 모래지반을 조성하여 실내모형실험을 실시하였다. AER옹벽의 지주보 설치 효과와 최적의 설치 간격을 제시하였으며, L형 옹벽과 비교하여 지주보 설치로 안정성이 증대되는 것을 확인하였다. 그래서 뒤채움 공간 부족으로 저판이 짧아져 L형 옹벽의 안정성에 문제가 발생할 경우, 지주보를 설치하여 안정성을 증대시킬 수 있을 것으로 판단되어진다.

본 연구에서는 지주보의 설치와 간격 등을 달리하여 현장모형실험을 실시하여, 그 결과를 이용하여 지주보의 설치 시 안정성과 지주보의 최적면적비를 제시하고자 한다. 또 L형의 저판길이를 달리한 경우와 AER옹벽을 비교하기 위해 수치해석을 통해서 안정성을 확인하고자 한다.

2. AER옹벽

2.1 AER옹벽의 특징

AER옹벽은 옹벽에 억지말뚝을 경사지게 설치한 구조로 되어있고 부재별 명칭은 Fig. 1과 같다. L형 옹벽과 같은 벽체부분을 옹벽(Retaining Wall), 배면에 경사지게 설치한 억지말뚝을 지주보(Back Supporting Beam), 옹벽과 지주보 사이를 연결하는 부분을 저판(Base)으로 명명하였다. AER옹벽의 특징은 크게 4가지이다. 첫째는 공장에서 제작 후 현장에서 조립하므로, 현장 타설 옹벽에 비해 품질의 우수하고, 콘크리트의 양생기간이 필요하지 않기 때문에 공기를 단축 할 수 있다. 둘째, 지주보가 억지말뚝처럼 옹벽에 작용하는 토압이 감소되어 구조적 안정성이 증대되고, 옹벽 부재 단면을 경감할 수 있어 경제성을 확보 할 수 있다. 셋째, 저판의 상부에 토사 및 자갈을 채움으로써, 배수성을 확보하여 강우 시 안정성을 확보할 수 있다. 마지막으로 현장 여건에 맞게 설계를 하여 공정 제작을 할 수 있어, 옹벽과 지주보의 경사각 조절이 자유롭다.

Fig. 1.

A Structure of AER Wall

2.2 기존의 연구

Hwang (2014)은 AER옹벽의 지주보 효과를 분석하기 위해서 Table 1과 같이 옹벽의 설치각도가 0°, 10°인 경우에 지주보 설치 유무를 달리한 조건으로 실내모형실험을 실시하였다. 실험은 모형을 설치한 후에 뒤채움 지반을 조성한 다음 상재하중을 증가하면서 수평변위를 측정하였다. Fig. 2는 실내모형실험 중에서 옹벽 뒤채움이 완료된 이후에 상재하중을 2.6 kN/m²씩 증가시키면서 측정된 옹벽 상부의 수평변위를 정리한 그래프이다. 그 결과 전면벽체의 경사가 0°인 경우는 하중 증가에 따라 88.8~91.5% 수평변위 감소하였고 최종상재하중은 2배정도 더 견디는 것으로 분석되었다. 그리고 전면벽체의 경사가 10°인 경우, 최대 95%정도 수평변위가 감소하였으며, 지주보가 없을 경우에는 최종상재하중이 5.2 kN/m²인데 비해서 지주보를 설치하면 최종적으로 26 kN/m²로 5배 이상 지지하는 것으로 분석되었다.

Table 1. Conditions of Model Tests (Hwang, 2014)

*A00_S0;A(Wall)00(Inclining angle of wall)_S(Back supporting beam) 0(Number of Back supporting beam)

Fig. 2.

Lateral Displacement of Retaining Wall Relative to Surcharge (Hwang, 2014)

3. 현장모형실험

3.1 현장모형실험의 개요

3.1.1 현장위치 및 AER옹벽 모형

현장실험은 부산광역시 북항재개발 지역에서 실시하였고 옹벽 실험 시에 지반의 침하를 방지하기 위해서 철판바닥을 설치하였다. 그리고 뒤채움재는 모래를 이용하였으며, Fig. 3은 현장에 설치된 실험모형을 보여주고 있다. 현장모형실험에 적용한 AER옹벽 모형은 지주보 설치 간격에 따라 거동을 분석하기 위해 콘크리트보다 현장에서 쉽고 빠르게 제작이 가능한 H형강과 토류판을 이용하여 길이 6 m, 높이 2.1 m로 제작하였다.

Fig. 3.

Field Test Model

3.1.2 실험조건

Table 2는 현장모형실험의 실험조건을 정리한 것으로, 전면 옹벽의 경사각을 0°와 10°로 나누었다. 그리고 지주보의 설치간격을 결정하기 위해서 면적비(지주보의 설치간격에 대한 지주보의 폭의 비)를 이용하였고, Hwang (2014)의 연구결과에서 제시된 최적면적비인 0.25를 참고하여 현장실험의 지주보의 면적비를 0, 0.1, 0.2, 0.4로 선택하였다. 그 결과로 현장모형실험의 설치간격은 지주보가 설치 안 된 경우(설치개수 0개)와 설치간격이 2, 1, 0.5 m (설치개수 3, 5, 10개)로 구분하였다. 또 지주보의 설치각도는 10°로 고정하였으며, 지주보 하나의 폭은 200 mm이다.

Table 2. Conditions of Field Model Tests

*1 Area ratio= Width(Horizontal length) of Back supporting beam/Spacing of Back supporting beam *2 A00_BN;A(Wall)00(Inclining angle of wall)_B(Back supporting beam)N(None Back supporting beam) *3 A00_B10/0.1;A(Wall)00(Inclining angle of wall)_B(Back supporting beam)10(Inclining angle of back supporting beam)/0.1(Area ratio)

3.2 계측기

계측기의 설치 위치와 설치 모습을 정리한 것이 Fig. 4와 같다. Fig. 4(a)는 계측기의 설치위치를 나타낸 것으로 지반에서 연직으로 0.7 m, 1.4 m 높이에 설치하였다. Fig. 4(b)는 옹벽 전도 시의 배면 뒤채움지반의 변형을 확인하기 위해서 그리드에 스트레인게이지(Strain gauge)를 붙여서 뒤채움 과정에서 옹벽배면에 설치한 모습이다. 그리고 옹벽 전도가 진행됨에 따라 토압의 변화를 측정하기 위해서 Fig. 4(c)와 같은 이방향 로드셀(Load cells)을 설치하여 수직력과 전단력을 동시에 측정하였다. 마지막으로 Fig. 4(d)는 경사계(Inclinometer)로 옹벽의 경사를 측정하였다.

Fig. 4.

Measuring Instrument on Field Test

3.2.1 이방향 로드셀

현장실험에 사용한 2방향 토압계는 직접 제작하였으며, 내부에 2방향 로드셀이 설치되어있다. 그리고 2방향 로드셀의 크기는 앞서 Im (1989), Im et al. (2002)의 실험에 사용되어 이미 검증이 된 로드셀 설계를 그대로 적용하였다. Fig. 5(a)는 실험에 적용한 로드셀의 치수를 나타내고 있고, Fig. 5(b)는 로드셀을 압력을 측정할 수 있게 풀브릿지형태로 스트레인게이지를 본체에 붙인 것으로 측정 정도를 정확하게 하기 위해서 로드셀과 게이지 사이에 공기가 없게 하는 것이 중요하다.

Fig. 5.

Two Directions Load Cell

3.2.2 토압계 계수

직접 제작된 토압계를 사용하기 위해서는 검증을 통해, 압력과 출력사이의 게이지계수를 구하는 절차를 진행하였다. 검증방법은 토압계에 일정한 무게의 증가시키면서 측정되는 데이터를 정리한다. 그런 다음에 무게를 토압판으로 나누어서 작용하는 압력을 계산하고, 그 때의 측정데이터와의 상관관계를 그래프로 정리하면, Fig. 6과 같다. Fig. 6은 No.1 로드셀의 수직력을 나타낸 것으로 그래프의 기울기가 그 토압계의 계수가 된다. 나머지 모든 로드셀의 수직력과 전단력도 동일한 방법으로 응력을 증가시키면서 계수를 산정하여, 그 계수를 Table 3에 정리하였다. 그리고 한 실험에 사용되는 토압계의 수는 총 8개이고, 실험 중에 발생할 수 있는 문제에 대비하기 위해서 2개의 여분의 로드셀을 두어 총 10개의 로드셀을 제작하였다.

Fig. 6.

Correlation between Data and Pressure

Table 3. Results of Coefficients of Load Cells

3.2.3 지반변형측정 스트레인 게이지

지반의 변형을 측정하기 위해서 스트레인 게이지(F타입)를 Fig. 7과 같이 총길이 3 m의 그리드에 20 cm 간격으로 동일한 위치에 양방향으로 설치하여 지반변형 측정 장치를 만들었으며, Fig. 4(a)처럼 지반 뒤채움 시에 설치하여, 실험을 통해 얻어진 계측 결과를 이용하여 지반의 파괴위치를 파악할 수 있게 하였다.

Fig. 7.

Strain Gauge of Shear Failure Point Measurement

3.3 현장실험방법

현장실험을 실시하기 전에 하부지반을 조성하고 그 위에 철판을 설치하여 지반침하를 막는다. Fig. 8은 실험방법을 나타낸 것으로, 먼저 철판위에 실험모형을 설치한다(Fig. 8(a)). 그리고 전면 옹벽과 지주보에 토압계를 설치한다(Fig. 8(b)). 그런 다음 토압계와 같은 계측기를 데이터로그와 연결하여 초기값을 설정(Fig. 8(c))한 다음 뒤채움 지반을 조성한다. 실험 종류 중에서 지반의 변형을 계측할 경우에는 뒤채움을 잠시 멈추고 계측기를 설치(Fig. 4(a))한다. 그리고 각 실험별 지반의 단위중량과 함수비를 측정하기 위해서 지반에 시료 캔을 설치한다. 뒤채움 완료 후에 지반이 안정될 수 있게 최소 30분 정도 시간이 지난 다음에 옹벽에 상부에 부착된 강선을 인장하여 전도 시킨다(Fig. 8(d)). 전도 시에 뒤채움 지반에 균열이 발생하면 실험을 종료하고(Fig. 8(e)), 지반을 제거한다(Fig. 8(f)). 

Fig. 8.

Construction Order of Field Test

3.4 뒤채움 지반의 특성

현장실험에 적용한 뒤채움재료는 욕지사를 사용하였으며, 욕지사의 비중, 함수비 등의 물리적 성질은 Table 4와 같고, Fig. 9는 욕지사의 입도분포곡선을 나타낸다. 그리고 현장실험 조건마다 뒤채움하는 과정에서 시료 캔을 3개씩 설치하여, 측정된 결과 값을 평균하여 실험별 함수비와 단위중량을 결정하였다. 그리고 욕지사를 이용하여 일정 함수비(w=2, 5, 7%)와 단위중량(γ=10.75, 12.75, 14.75 kN/m³)의 범위에서 직접전단시험을 실시하였으며, 수직력은 57, 114, 171 kPa을 적용하였다. Fig. 10은 직접전단시험의 결과를 나타내는 것으로, 단위중량과 함수비에 따른 점착력의 관계 그래프는 Fig. 10(a), 내부마찰각의 결과 그래프는 Fig. 10(b)와 같다. 그리고 Table 5는 각 실험별 조성된 뒤채움 지반의 특성을 나타낸다.

Table 4. Properties of Field Sand (Yokjisa)

Fig. 9.

Grain Size Distribution Curve

Fig. 10.

Results of Direct Shear Test

Table 5. Soil Properties of Model Ground

4. 실험결과 및 분석

실험 조건 중에서 지주보가 없는 경우에는 뒤채움 시의 벽체의 움직임이 많이 발생하여 안전에 문제가 발생할 우려로 인해 전도 실험은 실시 할 수 없었다. 그 외 조건은 전도 실험을 실시하였다.

4.1 경사계

4.1.1 경사계 계측결과

Table 6은 경사계의 뒤채움 완료 후와 전도실험 후의 움직인 회전각을 측정한 결과와 차이(Δ)를 정리한 것이다. 지주보가 없는 경우에는 설치된 경우보다 뒤채움 완료 후의 기울기가 크게 나타나 AER옹벽의 지주보 설치 효과를 확인할 수 있다. 옹벽의 설치각도가 0°인 경우에 면적비 0.1에서 0.4로 증가할수록 회전각이 2.815°에서 1.000°로 작아지고 변화량(Δ)도 2.135°에서 0.500°로 감소하였다. 또 옹벽의 설치각도가 10°인 경우에 회전각과 변화량(Δ)이 각가 0.118°와 0.098°가 최대일 정도로 거의 움직임이 보이지 않았고, 특히 면적비 0.2 이상에서는 전도후의 회전각의 변화량(Δ)이 0.001°로 같은 값이 발생하는 것으로 분석되었다.

Table 6. Results of Inclining Angles of Wall

4.1.2 경사계 결과 분석

 뒤채움 완료 후와 전도실험 후 사이의 변화량을 수평변위로 환산하여 면적비에 따른 수평변위의 감소량을 정리한 것이 Table 7과 같다. 그 결과, 지주보의 면적비가 0.1인 경우와 비교해서, 면적비가 0.2인 경우에 수평변위가 68.9% (옹벽의 설치각도 0°), 98.9% (옹벽의 설치각도 10°) 감소하였고, 면적비 0.4인 경우에는 76.6% (옹벽의 설치각도 0°), 98.9% (옹벽의 설치각도 10°) 감소하였다. 그리고 면적비 0.2 이상에서 상당한 변위가 감소되는 것을 확인하였다. 그러므로 AER옹벽의 최소면적비는 0.2가 되어야 할 것으로 판단된다.

Table 7. Lateral Displacement by Overturning

4.2 토압계

4.2.1 토압계 계측 결과

각 깊이에서의 토압은 옹벽에 설치된 토압계들의 값을 평균해서 구했다. Fig. 11은 A00_B10/0.1의 전도 시작 후부터 시간에 따라 토압의 변화를 나타낸 것이다. 그 값들 중에서 최소치를 전도 시의 주동토압으로 정의하였으며, 이와 같은 방법으로 각 실험별 주동토압을 결정하여 정리한 것이 Table 8과 같다. 깊이가 깊어질수록 면적비에 의한 토압 발생의 차이는 없는 것으로 나타났다.

Table 8. Result of Earth Pressure in the Field Test

Fig. 11.

Result of Earth Pressure & Inclining Angle of Wall at A00_ B10/0.1

4.2.2 토압계 결과 분석

토압은 조성된 지반의 상태에 따라 달라지므로 단순히 계측된 토압을 비교할 수는 없다. 그래서 옹벽이 연직(설치각도 0°)이고 깊이별 토압 계산이 가능한 랜킨의 토압론(Rankine, 1857)을 이용하여 분석하였다.

실험 조건 중에서 옹벽의 기울기가 0°인 경우의 실험값과 랜킨 이론토압을 비교한 결과는 Table 9와 같다. 이론토압에 비해서 계측된 토압이 면적비 0.1인 경우에 96% (심도 0.7 m), 83% (심도 1.4 m)가 발생하였고, 면적비 0.2인 경우에 각 심도별 86% (0.7 m), 84% (1.4 m)가 발생하였다. 또, 면적비 0.4인 경우는 심도에 상관없이 약 82~83%가 발생하였다. 그 결과 심도 1.4 m에서는 면적비에 상관없이 약 16~17%의 토압감소율을 보여주고 있고, 심도 0.7 m에서는 면적비가 0.1인 경우의 4% 감소율을 제외하고는 면적비 0.2이상에서 14~18%가 감소되는 것으로 분석되어, 수평변위 결과 분석과 같이 최소면적비는 0.2가 되어야 할 것으로 판단되었다.

Table 9. Reduction of Earth Pressure

4.3 지반변형 스트레인게이지

4.3.1 지반변형 계측 결과

실험 조건 중에서 A00_B10/0.1와 A10_B10/0.1은 지반변형을 측정하기 위해서, Fig. 4(a)처럼 스트레인게이지를 설치하였다. Fig. 12는 지반변형의 결과를 나타낸 것으로, 실험별 최대 변형이 발생한 지점은 하부는 옹벽에 가깝게 발생하고 상부는 거리가 있는 위치에 발생하는 것을 알 수 있다. 그리고 옹벽의 기울기가 10°인 경우가 0°인 경우보다 옹벽 벽체에서 조금 먼 위치에서 최대 변형이 발생하는 것을 알 수 있다.

Fig. 12.

Result of Stain Gauge

4.3.2 지반변형 계측 분석

전도 시의 뒤채움 지반의 파괴형상은 지반 내의 깊이별 지반최대변형률 발생 지점들과 뒤채움 지표면의 균열 발생지점을 연결하여 나타냈고, Fig. 13과 같다. 그리고 실험별 옹벽 상부에서 균열 발생 지점까지의 거리는 A00_B10/0.1은 1.6 m, A10_B10/0.1은 2.0 m로 측정되었다. Fig. 13에서 현장실험의 결과로 지주보에 의한 파괴가 막히는 것으로 판단되어지고, 파괴각은 옹벽의 설치각도가 0°인 경우 49°이고, 10°인 경우에는 46~53° 사이 일 것으로 판단되어진다. 이것은 랜킨의 이론에 의한 주동토압의 파괴각(A00_B10/0.1: 61.1°, A10_B10/0.1: 60.8°)과 비교하면 작은 값을 보여주고 있다. 그리고 파괴가 발생하는 지점을 확인하기 위해서 추후에 지반변형 스트레인게이지를 저판에 가까운 지점에서도 실험을 진행하여 분석하여야 할 것으로 판단되어진다.

Fig. 13.

Shape of Failure Place in Backfill

5. 3D 수치해석

현장실험에 적용한 L형 옹벽의 저판 길이는 일반적인 설계 길이에 비해서 짧은 경향이 있다. 이것은 뒤채움 공간의 부족으로 저판의 길이가 짧아진 경우, 지주보의 설치로 안정성의 증대를 확인하기 위한 것으로 일반적인 L형 옹벽과 AER옹벽의 안정성을 비교할 필요성이 있다. 그래서 저판의 길이를 달리한 L형 옹벽과 AER옹벽의 안정성을 3D 지반변형프로그램을 이용하여, 비교 분석하였다.

5.1 3D 프로그램의 검증

Seo et al. (2017)은 3D 지반해석 프로그램인 PLAXIS 3D를 이용하여 현장모형실험을 재현하여 3D해석을 진행하였다. Fig. 14는 검증 결과 중에서 토압을 정리한 것으로 점선은 해석 시의 심도별 토압 분포를 나타내고, 점(◇)은 현장 계측 값을 보여주고 있는데 같은 심도에서 거의 비슷한 값을 나타내는 것으로 분석되어 AER옹벽의 효과가 PLAXIS 3D를 이용한 3D수치해석으로 비교적 정도 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. 그러므로 본 연구에서도 PLAXIS 3D를 이용하여 수치해석을 진행하여 분석을 실시하였다.

Fig. 14.

The Verification Result of Earth Pressure (Seo et al., 2017)

5.2 3D 수치해석의 개요

5.2.1 해석조건

AER옹벽과 L형 옹벽의 저판길이를 달리한 경우를 비교 분석하기 위한 해석조건은 Table 10과 같다. 수치해석에는 옹벽의 설치각도는 0°만을 적용하였고, 옹벽의 높이도 현장모형실험에 비해 더 높게 증가시킨 6 m를 적용하였다. 그리고 L형 옹벽의 저판의 길이는 AER옹벽의 저판길이와 동일한 1.5 m와 3 m, 5 m인 경우를 추가하여 3종류로 하였다. Fig. 15는 AER옹벽의 해석모델링을 나타낸다. 그리고 지반의 경계조건은 바닥부는 x, y, z축 방향이 고정이고, 측면부분은 x, y축 방향은 고정으로 z축 방향은 자유로 설정하였고, 지반과 옹벽사이에는 인터페이스를 적용하지 않았다.

Table 10. Conditions of Model Tests

Fig. 15.

Modeling

5.2.2 해석 지반정수

해석 지반은 원지반과 뒤채움지반으로 구분하였으며, 원지반은 해석 시에 침하가 발생하지 않게 하기 위해서 풍화암으로 설정하였고 뒤채움지반은 모래지반으로 적용하였다. 지반정수는 모아-쿨롱모델을 적용하였으며, 그 값은 Table 11과 같다. 그 중, 모래의 경우는 도로공사의 뒤채움 재료의 설계 정수 값 중에서 점착력이 없는 경우의 지반정수이다. 옹벽의 설계정수는 선형탄성모델을 적용하였으며, Table 12와 같다.

Table 11. Soil Properties for FE Analysis (Mohr-Coulomb Model)

Table 12. Design Parameter of Concrete (Linear Elastic Model)

5.3 해석방법

3D 수치해석은 Fig. 16과 같이 4단계로 진행하였다. 먼저 원지반을 활성화하여 초기 상태로 설정한다(Fig. 16(a)). 그 다음에 원지반 위에 해석 옹벽을 설치한다((Fig. 16(b)). 그러고 나서, 옹벽의 뒤채움지반을 활성화 시킨다(Fig. 16(c)). 마지막으로 하중을 10 kN/m², 50 kN/m²을 각각 재하하고 해석을 실행하였다(Fig. 16(d)).

Fig. 16.

Analysis Method

5.4 결과 및 분석

5.4.1 지반의 전단변형 분석

Fig. 17은 상재하중 50 kN/m²일 때, 지반의 전단변형을 동일 범위(0~0.56)에서 나타낸 그림과 최대전단병률 값을 정리한 것이다. 지반 형상에서 보면, AER옹벽은 지주보가 설치된 지반 상부에만 전단변형이 크게 발생하는 반면에 L형 옹벽의 벽체배면에 전반적으로 변형이 생기는 것으로 분석되었다. 최대변형률의 값도 저판길이가 3 m (=옹벽높이(6 m)의 절반, H/2)의 값과 비슷함을 알 수 있다.

저판의 길이가 옹벽의 높이의 H/4일 때, 지주보의 설치하면 최대전단변형이 27.4% 감소하는 것으로 분석되어, 지주보의 옹벽의 안정성을 증대시키는 것으로 알 수 있다.

Fig. 17.

Shape of Shear Strain of Backfill Ground

5.4.2 지반의 변위 분석

Fig. 18은 상재하중 50 kN/m²일 때, 동일한 변위범위(0~20 cm)에서 지반의 변위형상을 나타내고 최대변위를 정리한 것이다. 지반에서 발생한 변위의 최대값은 AER이 10.0 cm로 여러 해석 대상 중에서 가장 작고, L1 (저판길이 1.5 cm)이 19.3 cm로 해석 대상 중에서 가장 크다. 또 AER의 변위는 저판길이가 1.5 m로 동일한 L1에 비해서 48.2%, 저판길이가 5 m로 가장 긴 L형 옹벽인 L3에 비해서도 20.6% 감소하는 것으로 분석되었다. 그러므로 지주보의 설치로 지반의 변위 발생이 억제됨을 알 수 있고, 지반의 안정성이 크게 증대될 것으로 판단된다.

Fig. 18.

Shape of Total Displacement of Backfill Ground

5.4.3 옹벽의 수평변위 분석

Table 13과 Fig. 19는 옹벽에 발생하는 최대수평변위를 정리한 표와 그래프이다. 그 결과, 옹벽에 발생한 수평변위는 AER옹벽이 상재하중에 상관없이 가장 작은 값을 보여주고 있다. 상재하중에 따라 AER옹벽의 수평변위감소율을 비교하면 상재하중이 10 kN/m²일 때는 AER옹벽이 모든 L형 옹벽에서 61.40~67.84%로 분석되었다. 또 상재하중이 50 kN/m²일 때는 감소율은 10 kN/m²일 때 보다 작아지지만 최대수평변위가 저판길이 5m인 L형 옹벽(L3)에 비해서(70.14%만 발생하는 것으로 분석되었다.) 29.85%가 감소하고 동일한 저판길이인 L1에 비해서는 54.04% 감소되는 것으로 분석되었다. 그러므로 수평변위 분석에 의해서 AER옹벽의 지주보의 설치 효과로 변위가 상당히 감소됨을 알 수 있다.

Table 13. Maximum Lateral Displacement

Fig. 19.

Maximum Lateral Displacement

6. 결 론

AER옹벽은 L형 옹벽에 지주보(억지말뚝 역할)를 경사지게 설치하여 구조적인 안정성을 향상시킨 옹벽으로 지주보 설치에 의해 변위가 억제되고 벽체에 작용하는 토압이 감소되는 효과를 확인하고자 현장모형실험과 3D 수치해석을 실시하였으며, 결과는 다음과 같다.

(1)현장모형실험의 뒤채움과정에서 측정된 회전각의 차이로부터 지주보의 설치 시에 옹벽의 안정성이 증대됨을 확인하였다.

(2)현장모형실험에서 측정된 토압과 이론토압을 비교한 결과, 주동토압이 약 17%정도 감소하므로 지주보의 토압감소효과를 확인하였다.

(3)현장실험의 토압과 회전각 등의 결과에서 AER옹벽 지주보의 설치간격에 대한 최소면적비는 0.2인 것으로 분석되었다.

(4)3D수치해석의 분석에서 L형 옹벽의 안정성을 증대시키기 위해 저판의 길이를 증가시킬 때보다 지주보를 설치할 때가 최소 54%의 변위억제효과가 나타나므로 지주보 설치 시 안정성이 증대됨이 확인되었다.

결론적으로 현장모형실험과 3D수치해석의 결과에서 확인한 지주보의 토압감소효과와 변위억제효과는 뒤채움 공간이 부족하여 옹벽의 안정성에 문제가 발생할 경우에 옹벽에 지주보를 설치하여 안정성을 증대시키는 효과적인 방법이 될 것으로 판단된다.