| 연구개발개요 |
o 그라운드 앵커공법은 토목구조물이나 건축 구조물을 지반에 정착시키기 위해 고강도의 강봉 혹은 강선에 긴장력을 도입하여 횡 또는 연직방향으로 구조물을 지반에 구속시켜 구조물 또는 주변지반의 변형을 억제하기 위하여 이용되는 공법임.o 앵커공법은 최근 지하철, 광역 상하수도, 대형 빌딩 및 지하 주차장, 지하 쇼핑몰 및 지하 편이 시설 등을 건설하기 위한 대규모 도심지 굴착 및 흙막이공사에 활발히 적용되고 있으며, 해마다 반복되는 사면재해를 방지하기 위하여 많은 절토 및 성토사면의 보강공사에 활발히 적용되고 있음. o 기존 앵커공법의 경우, 정착지반이 토사지반이거나 연약할 경우에는 앵커와 지반사이 주면마찰저항이 작아 소정의 설계 앵커력을 확보하지 못하게 되는 경우가 빈번함. 따라서, 시공시 앵커 간격을 좁히거나 앵커 자유장을 훨씬 연장하여 비교적 단단한 지반 혹은 암반에 정착시키고 있으므로, 천공깊이 및 앵커체 길이의 증가 그리고 앵커공 간격의 감소로 인하여, 총 공사비의 증가가 상당한 실정임. o 또한, 기존의 앵커공법은 충분한 인발 저항력을 발휘하기 위해 깊은 곳까지 시공하다보니 인접 대지를 침범하는 경우가 빈번함. 하지만, 최근 국민생활의식 수준의 향상으로 환경 및 공해에 대한 관심이 높아지면서 소음 및 진동 그리고 대규모 굴착에 의한 사유지 침범 및 피해에 대한 민원제기가 잇따르고 있음. o 국내외적으로 토사 및 연약지반에서 보다 큰 극한인발력을 확보하기 위한 방법으로 굴착식 확공형 앵커공법, 가압 그라우팅 공법 및 헬리컬 앵커공법 등 다양한 방법들이 시도되고 있으나 그 효과가 크지 않아 기존 무압 그라우팅 앵커공법에서 얻어진 극한인발력을 크게 개선시키지 못하고 있음. o 기존 앵커공법의 문제점을 극복하기 위해 토사지반에서 앵커 극한인발력을 극대화시켜 구조물의 안정성을 확보하고 공사비용을 절감시킬 수 있는 공법 개발이 절실히 요구되고 있음. 향후, 서해안 시대의 개막으로 영종도 신공항, 월미도 및 새만금 방조제 내부에 고층빌딩 및 대규모 산업시설이 건설 중이거나 건설될 예정에 있어 연약지반에서 대규모의 굴착 및 흙막이공사가 빈번하게 이루어질 것으로 예상됨.o 따라서, 본 연구에서는 펄스파워(Pulse power)라는 전기공학적인 기술을 도입하여 높은 압력에 의해 지반을 확공 및 다짐시킴으로써 굴착에 의해 느슨해진 지반을 원지반 이상으로 개선시키고, 천공 직경보다 큰 여러 개의 구근을 형성함으로써 지반과 앵커체와의 마찰 및 지압효과를 동시에 발현시켜 토사지반 및 연약지반에서의 앵커인발력을 증대시킬 수 있는 경제적인 앵커공법을 개발하고자 함.
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| 최종목표 |
본 연구는 “펄스파워를 이용한 지반확공형 다구근 그라운드 앵커 공법 개발”에 관한 것으로서 기술적 목표를 달성하게 되면 향후 3년 후 다음과 같은 정량적 연구목표를 달성할 수 있을 것으로 기대됨. 1) 펄스방전 및 충전시스템 개발 / 실용화 2) 펄스파워에 의한 복합형(지압+마찰) 앵커 설치공법 개발 3) 앵커에 관한 설계, 시공 및 유지관리 지침 개발o 최종목표를 달성하기 위한 단계별 목표 1) 1단계 : 펄스앵커 기반기술 개발 - 펄스파, 전달매질 등에 따른 펄스압의 크기와 인발파괴에 영향을 미치는 인자들에 대한 요소실험을 실시하고, 펄스방전에 따른 지반의 변형특성을 규명하기위한 수치해석 및 모형실험에 대한 기초 이론 연구. 2) 2단계 : 펄스앵커 실용화기술 개발 - 앵커공법에 적용할 수 있도록 펄스파워시스템을 개발하고, 확공된 앵커의 인발거동을 실대형실험과 수치해석으로 앵커와 지반과의 거동특성을 규명함으로써 설계식 개발 3) 3단계 : 펄스앵커 설치공법 개발 및 지침 개발 - 현장적용을 통하여 개발된 펄스방전장치와 설계식을 검증 보완하여 공법을 완성시키고, 장치의 실용화를 도모함. 3차년도에 걸쳐 설계, 시공 및 유지관리 지침을 개발하여 제 기준을 마련
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| 연구내용 및 범위 |
본 연구에서는 토사지반 및 연약지반에서 적용성이 뛰어난 앵커공법을 개발하는 것이 최종 성과물이며, 다음과 같이 6가지 세부목표로 구성 1. 펄스방전 메커니즘 규명 2. 펄스파워시스템 개발 3. 펄스방전 지반변형 및 개발특성 규명 4. 확공앵커 인발파괴 메커니즘 규명 5. 확공앵커 설계, 시공 및 유지관리지침 개발 6. 현장적용 및 시공법 개발 각각의 세부목표에 대한 연구내용 및 범위 1. 펄스방전 메커니즘 규명 - 펄스압에 관한 영향인자 이론연구 - 실험체 제작. 구형 세라믹 토조제작. 방사형으로 압력센서 부착. 펄스방전시 압력소실을 막기위한 캡제작. - 모형실험에 의한 펄스방전, 펄스파, 매질 등에 따른 펄스압 규명. 위치와 거리에 따른 압력을 측정하여, 에너지 전달율을 산정. 2. 펄스파워시스템 개발 - 펄스방전장치(전달장치, 방전장치, 선단장치) 개발 : 앵커천공직경에 맞는 선단장치 개발. 다단방전이 가능하도록 방전극 위치 결정 및 제작. 장비의 소형화 - 펄스충전시스템(Capacity, Power supply, 연결부) 개발 : 고열을 견딜 수 있는 연결장치(케이블)와 파워장치 개발. 반복 방전이가능하도록 충전장치 개발. 3. 펄스방전에 의한 지반변형 및 개량특성 규명 - 펄스압에 따른 지반별 확공률 규명 및 변형특성 규명 : 지반확공에 영향을 미치는 인자 연구 : 모형토조 제작. 펄스압, 지반조건 방전횟수 등에 따른 확공율 측정. : 대상 지반 재료의 구성 모델 적용성 검토 및 펄스 방전으로 인한 지반 변형에의 적용 가능성 파악. 주변 지반에 유발되는 응력 및 변형 분석을 통한 지반거동 특성 파악 - 펄스방전에 따른 개량특성 규명 : 실내실험(전단강도, 투수실험). 연약지반, 모래, 풍화토 지반 및 다층 지반 등 다양한 지반 조건에서 펄스방전에 의한 지반개량특성 규명. 펄스방전의 위치, 크기, 횟수 등이 지반개량특성에 미치는 영향 파악 4. 확공앵커의 인발파괴 메커니즘 규명 및 설계식 개발 - 실내실험 및 실대형 실험을 통한 인발파괴 영향인자 규명 : 앵커에 계측기를 장착. 실내 모형 시험을 통해 사질토 지반에서 다양한 상대밀도에 따라 직선 모형앵커와 확공형 모형앵커의 하중전이특성을 파악 - 수치해석을 통한 앵커-구조물 인발 및 거동특성 규명 : 인발에 따른 앵커의 마찰 및 선단 지지력의 발현 분석 실내 및 실대형 실험과의 비교 분석을 통한 설계식 개발 모색 수치해석을 통한 설계식의 적용성 파악 및 보완 다구근의 위치, 형상 등이 인발 거동에 미치는 영향 파악 - 설계식 개발 : 수치해석, 실내모형실험, 실대형실험을 통한 설계식 개발 현장시험을 통한 설계식 검증 및 보완 5. 앵커 설계, 시공, 유지관리 지침개발 - 앵커 설계, 시공지침개발 : 설계 및 시공시 유의사항 및 점검사항 제시 공법의 적용성 및 적용한계 기준 제시 공법의 경제성 및 선정기준제시/공법의 설계일반 - 앵커구조물 유지관리 지침개발 : 국내외 앵커의 유지관리 기준의 비교분석 국내 현장의 설계？시공시의 문제점 파악 공법의 안정성 검토를 위한 계측 시스템에 대한 기준 정립 6. 현장적용 및 공법 검증 - 장비 검증 및 보완 : 시험시공을 통하여 장비의 검증 및 보완 - 현장시험을 통한 펄스앵커 공법 검증 : 시험시공 및 공법검증 현장 시험, 계측 및 분석을 통하여 설계식 검증 및 보완 확공앵커 공법 검증 및 보완
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