지오그리드 보강토 시공지침

97. 8

품 질 관 리 부

1. 일반사항

가. 지오그리드 보강토옹벽은 폴리에스테르와 고밀도 폴리에틸렌 그리고 기타       재질의 보강재, 전면판인 프리캐스트 콘크리트 블록, 그리고 전면판을 서로       연결하는 연결핀으로 구성되어 있다. 그리고 연결핀이 없는 지오그리드

보강토옹벽은 현장 감독원의 승인을 얻어 사용할 수 있다.

나. 지오그리드 보강토옹벽의 필터재와 보강토체는 배수가 잘 되어야 하고,

옹벽 내의 물 흐름은 정상류상태(steady state water flow conditions)로       가정한다.

2. 적용범위

1) 지오그리드를 이용한 보강토옹벽은 모든 기초지반조건에 적용할 수 있다.

2) 보강토체와 보강토옹벽의 기초지반 흙이 점성토인 경우에는 외적 안전율

(즉, 기초지반의 지지력, 활동, 전도)과 내적 안전율(즉, 보강재의 인발과 파       단) 그리고 전체 안전율 저하가 우려되므로 상세한 설계 검토후, 현장 감독       원의 승인을 받아야 한다.

3. 지오그리드 보강토 옹벽의 구성

3.1 제품의 구성

가. 지오그리드 보강토 옹벽은 프리캐스트 콘크리트 블록, 보강재(그리드),           연결핀으로 구성되어 있다.

나. 제품의 규격은 제조회사마다 다르기 때문에 본 지침에서는 언급하지

않으나 사용전에 감독원의 승인을 받아야 한다.

3.2 흙의 종류와 물성치

보강토옹벽에 사용되는 흙은 전면판과 보강토체를 지탱하는 기초지반            (foundation soil), 전면판에서 뒤 방향으로 30~100cm 정도로 설치하는         필터재(filter soil) 그리고, 이 층 뒤에 설치하는 보강토체(reinforced soil,        현장에서는 성토체로 알려져 있음)로 이루어져 있다.

가. 보강토체 아래의 기초지반

1) 흙의 종류

보강토옹벽의 기초지반에 사용하는 흙은 모래, 사질토, 화강풍화토, 사력         으로 한다. 또한 특별한 경우를 재외하고는 실트, 점토 및 유기질토는 뒷         채움재나 기초재료에 사용해서는 안된다.

2) 흙의 물성치

① 보강토체 아래의 기초지반의 물성치는 직접 실내·외 실험을 통해서            결정하는 것을 원칙으로 한다. 그러나 기존의 자료를 이용할 경우에는           현장 감독원의 승인을 받아 다음과 같은 물성치를 사용할 수 있다.

-모래와 시질토의 물성치는 표2-4와 같고,

-성토재료로 이용하고 있는 화강풍와토의 물성치는 습윤단위중량                ([eqn: gamma _t = 1.9 t/□])에 해당하는 점착력([eqn: c = 0.5 kg/□])과 내부마찰각(□=20°)             을 사용한다.

단, 지하수위의 영향을 받는흙은 수중단위중량 [eqn: gamma]을 사용한다.

② 흙의 통일분류 기호는 체분석으로 결정해아 한다. 만약, 체분석을 하지            않고 기존의 자료를 이용할 경우는 표 3과 같다.

표2. 사질토지반의 대표적인 물성치

	N치	단위체적중량 (□t . t/□)	내부마찰각(도)	점착력
사질토	50이상 40~50 30~40 20~30	2.0 1.9 1.8 1.8	[eqn: PHI = SQRT { 15N}~ + 15](N□25) 또는,[eqn: PHI = 0.3N + 27]	일반적으로 무시함(C=0)

	통일분류기호
모래	SW,SP
사질토	SW,SP,SM,SC
화강풍화토 (성토재료)	SM,SC
보조기층재료	GW,GP

표3. 흙의 종류에 따른 통일분류기호

표4. 모래의 대표적인 물성치

흙의종류	단위체적중량 (t/□)	내부마찰각 (도)	점착력 (kg/□)
입도가 양호한 모래, 사력(SW)	2.0	35°	일반적으로 무시함 (C=0)
입도가 나쁜 사질토(SP)	1.8	30°

3) 지초지반의 안정조건

만족스러운 기초지반이 되기 위해서는 다음과 같은 2가지 기본조건을

만족시켜야 한다.

① 상부구조물을 지탱하는 기초지반의 전단파괴에 대해서 안정해야

한다. 이를 만족하기 위해서는 다음과 같은 안정성을 만족해야 한다.

[eqn: q_all ~ = q_u over 3 ~ □ ~ (사하중+활하중)]       A

[eqn: q_all ~ = q_y over 2 ~ □ ~ (사하중+활하중)]       B

A 과 B중에서 작은 값을 qall 으로 택함

(해설) 평판재하시험시, 하중을 충분히 재하하여 극한지지력, qu을 얻도록              해야하며 이 값으로 기초지반의 허용지지력, qall을 산정하는 것을               원칙으로 한다. □극한지지력□이란 어떤 하중이 재하되었을 때 □하중              의 증가가 없는 상태에서 침하량은 무한대로 증가하는 상태에 도달              하는 때□의 하중을 의미한다. 이러한 하중-침하량 곡선형태가 이닌              경우에는 다음과 같은 방법을 다음과 같은 방법을 이용하여 극한                지지력을 산정한다. ①peak point method ②terzaghi-yelinek's                method ③mansur-kaufamann's method ④van der veen's                  method ⑤s=□b ⑥hansen's method(swedish 90% criterion)

⑦naujoks' method ⑧housel's method

만약 평판재하 시험결과, 극한하중을 얻지 못했을 경우에는 다음과              같은 방법으로 항복하중(□y)을 산정한다

㉮s-lot 방법

㉯[eqn: P~ - ~ {TRIANGLE s} over {TRIANGLE log t}] 방법 ㉰singh 방법(logP - LOGS)

□ 기초지반에 상부구조물의 하중인 사하중과 활하중이 재하되었을 때,             침하량이 발생하지 말아야 한다.

(해설) 보강토체 기초면에서의 지반침하보다는 전면판 아래의 푸팅                     기초면에서 더 큰 지반침하를 일으키게 되므로 푸팅기초면을                    충분히 다져서 전면판을 설치해야 한다.

(주의) 스폰지현상이 발생하는 기초지반은 이 흙을 굴토하여 큰 호박                  돌과 혼합골재로 치환하여야 한다. 이때 각층의 다짐높이는                     20cm을 깔고, 진동다짐롤러로 50회와 덤프트럭에 흙을 가득

채워서 15~20회 정도로 다진 다음, 평판재하시험으로 지지력을                  확인한다.

나. 전면판 아래의 기초지반

1) 흙의 종류

3.2.가. 절에 나타나 있는 흙의 종류에 준한다.

2)형태

□ □3.2.가.절□의 지반안정조건을 만족하는 지반조건일 경우에는 전면판              기초지반을 평평하게 고른다음 전면판을 설치한다.

□ 지반안정조건에 만족하지 못할 경우에는 그림 2와 같이 기초지반다짐             -부직포설치-보조기층재료다짐-지오그리드-보조기층재료다짐-지오             그리드 순으로 또는 기초지반다짐-보조기층재료다짐-철근콘크리트              푸팅기초 순으로 설치해야 한다. 이러한 전면판 기초보강형태가 과대             하다고 판단될 경우에는 현장 감독원의 승인을 받아 수정할 수 있다.

□ 보강토체 내의 간극수가 잘 배수되지 않을 경우에는 배수층을 둔다.

3) 전면판 아래의 기초지반의 안정성 검토

전면판 기초지반의 허용지지력, qall은 전면판의 기초지반에 작용하는            하중(즉, 전면판의 자중, P + 활하중)보다 커야 한다.

(해설) 허용지지력, qall 결정은 □3.1.3) 절□에 준한다.

다. 필터층의 흙

□ 필터층의 흙

보강토 옹벽의 필터층에 사용하는 흙은 최대입경이 10~25mm의 쇄석 만          을 사용해야 한다.

(해설)세립분이 포함되어 있는 흙을 필터재료로 사용할 경우, 세립분이           수막을 형성하여 간극과 간극사이의 수로믈 막아 필터층이 필터역할을           하지 못할 수도 있다.

□ 필터층의 폭

필터층의 폭은 30~100cm로 하고, 1톤 다짐장비를 사용하여 다진다.

(해설)규정된 필터층의 폭 또는 이 층 근처에서 다짐롤러로 총 다짐을           할 때, 전면판이 앞으로 밀리므로 주의해서 다진다. 만약 밀렸을 경우는          그림3과 같이 밀린 전면판에 두꺼운 각목을 대고 망치로 가겹게 두들겨          이미 설치된 전면판과 평행되게 설치한다.

라.보강토체

1) 흙의 종류

보강토옹벽의 보강토체에 사용하는 흙은 모래나 사질토를 사용하는 것을          원칙으로 한다. 그러나 현장에서 사용하고 있는 성토재료인 화강풍화토          를 사용할 경우에는 될 수 있는 대로 석영질이 많은 흙을 사용해야 한           다. 단, 입경이 큰 암석재료가 다수 포함된 흙은 보강토체 즉, 성토 재료          로 적당하지 않다.

(해설)우리나라 화강풍화토의 세립분 함류량은 다짐 전과 후가 다르나           일반적으로 다짐전의 세립분 함유량은 15~20% 정도이다. 그리고 보강토          체에 입경이 큰 흙을 사용하여 다짐하면, 다짐이 어려울 뿐만 아니라 보          강재에 손상을 주기 때문에 본 옹벽의 특징인 억물림 효과(interlocking          effect)가 감소하게 되므로 사용해서는 안된다.

2) 흙의 물성치

□ 보강토체 흙의 물성치는 직접 실내외 실험을 통해서 결정하는 것을

원칙으로 한다.

□ 기존의 자료를 이용할 경우에는 감독원의 승인을 받아 다음과 같은

물성치를 사용할 수 있다.

□ 모래나 사질토의 물성치는 표2-4와 같다.

□ 성토재료인 화강풍화토의 통일분류기호는 SM 또는 SC 이고, 화강              풍화토가 완전포화되면 화강풍화토내의 세립분이 수막을 형성하여               배수가 잘되지 않는다. 따라서 보강토체내에 배수시설을 해야하며               만약 배수시설을 하지 않을 경우에는 흙의 점착력([eqn: c = 0.5 kg/□])과                내부마찰각 (□=20°),그리고 습윤단위증량([eqn: gamma _t = 1.9 t/□])을 사용해야               한다.

□ 지하수위의 영향을 받는 흙은 수중단위중량 [eqn: gamma]을 사용해야 한다.

4. 시공

4.1 지반의 다짐

가. 보강토체나 기초지반의 다짐두께는 1층의 완성두께가 20cm 이하가 되도         록 하고, 각 층마다 KS F2312(흙의 다짐시험방법)에서의 표준다짐시험          (A-1) 방법에 의해 정해지는 최대건조밀도의 95%이상의 밀도가 되도록         균등하게 다져야 한다. 다짐시 함수비는 특별한 명시가 없는 한 상기 시         험법에서 구한 최적함수비의 건조측(dry side) 함수비를 사용해야 한다.         그리고 필터층의 다짐두께는 1층의 완성두께가 20cm이하로 되도록 한다.

나. 기초지반의 다짐롤러 통과횟수는 층당 50회 이상으로 하고, 보강토체 내          의 다짐롤러 통과횟수는 층당 20회 정도로 하고 난 후에, 상대다짐도를          측정한다.

다. 덤프트럭이 기초지반에 출입 가능하다면 텀프트럭의 짐칸에 흙을 충분히          실어 기초지반을 층당 15~20회 정도를 주행하면서 다진다. 이때 기초            지반에 침하가 발생해서는 안된다.

(해설)다짐롤러의 통과횟수에 따라 지반의 응력은 증가하다가 약 50회           부터는 일정하다. 즉, 주어진롤러를 사용하여 지반을 50회 이상 다졌을          때의 지반다짐효과는 없다는 것을 의미한다. 따라서 더 큰 지반다짐 효과         를 기대하려면 다짐에너지가 더 큰 롤러를 사용해야 함을 알 수 있다.

라. 다짐장비

보강토체와 기초지반의 다짐장비가 갖추어야 할 최소한의 요건은 다음과         같다.

1) 양족식 롤러나 탱핑롤러는 롤러드럼의 길이 방향으로 1cm당 45kg              이상의 힘을 발휘할 수 있어야 한다.

2) 진동식이 아닌 철륜롤러는 접촉폭 1cm당 45kg 이상의 힘을 발휘할             수 있어야 한다.

3) 진동식 철륜롤러는 중량이 최소 6톤 이상이야 한다.

4) 압축공기를 넣은 타이어롤러는 롤러의 전폭에 걸쳐 고를 다짐을 할 수            있도록 표면이 평활하고 동일 규격의 타이어를 가져야 하며, 최소               5.6kg/□의 접촉폭을 발휘하여야 한다.

5) 특수다짐효과를 얻기 위해서는 더무거운 다짐장비를 사용할 수 있다.

6) 필터층 내의 다짐장비는 1톤으로 한다.

(해설)필터층을 1톤 다짐기로 다지면 상부에서 2개의 벽돌이 앞으로             미소이동하게 된다(그림3참조). 이때 뛰어나온 상부 벽돌의 미소이동            량은 나무각목을 대고 해머를 살짝쳐서 블록의 수직면을 맞춘다.

4.2 지오그리드 보강토옹벽 설치 방법

가. 기초지반 정리 작업

1) 보강토체 기초면에서 푸팅기초의 크기와 이 기초 위세 설치할 두 개의            블록(40cm)의 합 만큼 굴착한다.

2) 기초지반을 다진후, 기초 지반의 안정성을 검토한다. 필요한 지반강도            를 갖지 못하는 지반에서는 양질의 흙으로 치환 및 보강해서 기초지반            을 안정화시킨다.

3) 옹벽벽면을 너무 과도하게 굴착한 지역은 3장 규정을 만족하는 뒷채움            재료로 치환해야 한다.

4) 전면판의 수평을 잡은 뒤, 연결핀을 설치하고 2차 블록을 쌓는다. 이때            수평이 되지 않을 경우에는 블록의 모래를 살포하여 수평을 맞추어야            한다. 쇄석이나 시멘트 몰타르, 그리고 기타 재료를 사용해서 블록 수            평을 맞추어서는 안된다.

5) 레벨기구로 수평을 잡은 뒤, 연결핀을 설치하고

6) 푸팅기초 위의 두 개의 전면판 설치가 완료된 후, 블록 배면에                  30~100cm 정도 폭으로 잔골재(쇄석)을 채우고, 1톤 다짐장비로 다짐            한다. 그리고, 필터층 뒤의 뒷채움 흙을 성토 다짐한다.

(해설)□블록이 수평으로 설치되었는가?□ 를 알아보기 위하여 한 사람이            블록 위에 올라가서 좌우로 흔들어 본다. 만약, 블록간에 수평이 되지            않을 경우, 수평을 맞추기 위해 쇄석을 사용하면 전면판의 자중에 의            해 입자가 파쇄되며 이로 인해 전면판이 움직여 전면판에서 가장 취약            부분인 연결핀 근처에서 균열이 발생하게 된다. 만약, 시멘트 몰타르를            사용할 경우에는 시멘트 몰타르를 설치한 부분에 응력집중이 발생하여            전면판에 균열이 발생하게 된다.

첫 번째 벽돌 위에 흙입자가 있으면 두 번째 벽돌을 수평 맞추기 어렵            게 된다. 따라서 첫 번째 벽돌위에 흙입자를 빗자루로 깨끗이 쓴 다음,            유리핀을 삽입한다.

(주의) 블록간의 연결핀 설치 작업이 정확해야 하며, 횡적간 블록 사이            의 틈이 없도록 정확하게 조적작업을 해야 한다. 만약 횡적간 틈이              발생하면 재시공을 해야한다. 그리고 횡방향으로 블록 수평을 맞추기            위해 블록위에 모래를 균등하게 살포해야 그 블록주위의 블록들간에             부가적인 응력이 안생긴다.

나. 연결핀 설치

연결핀을 각 블록위 쌍으로 된 구멍에 삽입하여 블록을 서로 고정시켜           준다. 일단 핀이 제자리에 들어가면 각 핀들은 자동적으로 다음층의             설치를 가능하게 한다. 연직인 벽체를 만들려면 앞쪽의 구멍에 연결핀           을 삽입하고 배면쪽으로 경사진 벽체를 만들려면 뒤쪽의 구멍에 핀을            고정시켜서 원하는 형태의 옹벽을 설치할 수 있다. 만약 연결핀을 사용           하지 않을 경우에는 감독원의 승인을 득하여야 한다.

다. 블록설치와 뒷채움

1) 블록내의 빈공간, 블록과 블록사이의 빈 공간 그리고, 블록 배면쪽의             필터층(30~100cm까지)에 필터재료(배수용 잔골재)로 채우고, 소형콤팩            터로 다짐을 한다.

2) 뒷채움재는 반드시 배수성이 좋고 입자가 10~25mm 크기이어야 한다.

3) 전면판을 잘못 설치하여 블록과 블록사이에 틈이 생겼을 때에는 이 틈으로

필터재료와 보강토 입자가 빠져 나올 가능성이 있으므로 블록사이의 틈을

실런트로 채운다. 단, 틈이 5mm이상 되지 않도록 주의하여 시공하여야 한다.

라. 블록 설치와 조적

1) 블록을 하단부 블록 두 개 중앙에 거치시키고 옹벽 전면부 쪽으로              잡아 당겨 아랫단 핀 두께로 완전히 고정시킨다. 이후 같은 방법으로            수평과 수직방향으로 조적 작업을 한다.

2) 1층의 블록은 수평을 유지하도록 블록을 조적해야 하며, 연직인 전면            판인 경우에는 전체가 연직을 유지하도록 조적해야 한다.

마. 상단 캡(cap)설치

최상단 블록 캡 설치는 옹벽 최상단 마무리 설치 과정으로 시멘트               몰타르 또는 접착제로 부착시켜 이탈되지 않도록 한다.

블록 설치 전경

바. 지오그리드 설치

1) 보강재의 보강방향은 최소 주응력 방향([eqn: sigma _y])으로 설치해야 한다. 다시            말하자면, 지오그리트의 경사(warp)방향이 옹벽벽체가 넘어지는 방향            과 일치하도록 설치해야 한다.

(해설) 보강재의 최적보강방향은 최소주변형률 속도([eqn: xi _3])방향이나, 보강            도체의 역학적인 기둥을 파악하지 못한 경우에는 고전적인 보강방향인            최소주응력 방향으로 설치해야 한다.

2) 전면판 아래의 기초지반을 다지고, 블록 2개를 지표면에 설치하여                뒷채움을 마친 후, 기초면부터 지오그리드를 설치한다.

3) 지오그리드 길이를 설계도면대로 절단하여, 절면판인 블록 위의 연결            핀에 고정시켜 뒷길이 만큼 수평으로 펼쳐 포설하고, 맨 뒷부분의               지오그리드의 못으로 고정시킨다.

4) 지오그리드를 설치하는 방향은 외력을 받아 옹벽이 넘어가는 방향으로            경사(warp)를 설치해야 한다.

5) 지오그리드 포설 작업이 끝난 후 지오그리드 위에 완성 성토다짐 두께            가 20cm정도 되도록 다짐을 한다.

6) 다짐 작업시 다짐밀도는 최소 95%이상 이어야 한다.

7) 지오그리드의 인장력을 향상 시키기 위하여, 연결밴드로 지오그리드와            지오그리드를 서로 연결하여, 하나의 큰 지오그리드로 만든다. 이때              폴리에스테르(PE)보강재의 횡적 겹침(overlap)은 6~10cm 정도이어야            하고, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 횡적 겹침없이 설치 한다.

8) 직선과 만곡되는 보강토체 부분에서는 지오그리드와 보강토체와의               마찰력을 확보하기 위하여 2개 이상 지오그리드를 포개(중첩시켜)서는            안된다.

9) 블록 위에서 지오그리드가 겹쳐지면은 겹쳐지지 않은 부분보다 겹쳐진            두께만큼 더 올라가게 되므로 벽돌을 수평으로 맞추기 힘들다. 이때             어느 정도 겹치는 부분을 짤라내어 수평으로 맞춘다. 이렇게 짤라내어            도 지오그리드의 인장력과 연결성에는 문제가 없다.

사. 보강토체 내의 다짐 작업

1) 다짐 작업시, 블록 뒷면으로부터 최소 1m 이내에는 중장비 롤러나              포크레인을 사용해서는 안되며, 1m 이내 지역에서는 소형 콤팩터나             1톤 소형진동롤러를 반드시 사용해야 한다.

2) 다짐 작업시 다짐밀도를 강화하기 위해 필요하다면 살수 작업도 병행할           수도 있다.

3) 다짐 작업 중에도 옹벽 전반부의 경사가 유지되도록 세심한 다짐작업을           해야하며 매 지오그리드 설치 작업시마다 옹벽 전면부 블록이탈 방지와           경사각도 유지를 위해 측량 및 레벨 확인을 해야 한다.

4) 다짐작업 기준은 각 층의 벽돌조적작업이 일괄 완료된 시점에서 시작            하도록 한다.

5) 기초지반이나 보강토에의 흙을 다질 때 비로 인하여 함수비 변화가              생기는 층이 있어서는 안된다. 따라서 비가 올 경우나 올 확률이 있을           경우에는 비닐로 보강토체와 기초 지반면을 덮어 흙의 함수비 변화를            최소화해야 한다.

4.3 설계시 및 수치 해석시 고려사항

가. 보강토에의 흙과 보강재의 전단응력 마찰계수

(coefficient of shear interaction [eqn: C_f])

1) 보강토에의 흙과 보강재와의 전단응력 마찰계수는 직접 실험을 통해서            결정해야 한다.

2) 기존의 자료를 이용할 경우에는 현장 감독관의 승인을 받아 표.5의              물성치를 사용할 수 있다.

(해설) 전단응력 마찰계수, [eqn: C_f]는 지오그리드에서 흙으로 하중이 전달            되는 동안에 완전히 발휘할 수 있는 흙의 허용전단응력을 말한다.               이 정수는 규정한 정착길이(specfific anchorage length)에서 보강재            의 정착능력과 효율성을 결정하는 중요한 계수이며, 흙의 종류에 따른            보강재의 인발시험으로 결정한다.

표5. 보강토체의 흙과 지오그리트와의 전단응력 마찰계수,[eqn: C_i]

흙의 종류		전단응력 감소계수, [eqn: C_i]
모래	실트질 모래(SM) (화강풍화토, 성토재료)	0.75
	입도가 나쁜 모래(SP)	0.80
	입도가 양호한 모래(SW)	0.85
자갈	입도가 나쁜 자갈(GP)	0.87
	입도가 양호한 자갈(GW)	0.9

나. 최소안전률

1) 내적

- 보강재의 인발력 = 1.5

- 보강재의 파단 = 1.5

2) 외적

- 전도 = 2.0

- 활동 = 1.5

- 지지력 = 2.0

3) 전체

- 전체의 안정성 = 1.3

5. 품질관리

5.1 품질기준

구 분	시험종류	시험 기준	시험 빈도
블 록	압축강도[eqn: sigma _28]	240[eqn: kg/cm^2]	1000개당 임의 3개
	흡수율	8%
지오그리드	최소 인장강도에 해당하는 변형율	폴리에스테르 : 13%이내 고밀폴리에틸렌 : 12%이내	1000[eqn: m^2]마다 3개 시편 제작시험
	기타 시험	제품에 따른 기준에 의거	□

5.2 기타시험

가. 시험종목

- 최소 인장강도와 이에 해당하는 변형률

- 인장변형률 2%와 5%에 해당하는 하중

- 항복응력과 이에 해당하는 변형률

- 경사와 위사의 인장강도

- 경사와 위사의 접점강도

- 장기 설계강도

- 재질

- 코팅 원료

나. 프로그램을 이용하여 지오그리드 보강도옹벽을 설계할 경우에는 상기           에 제시한 물성값들이 프로그램에 제대로 입력된지를 현장 감독원은             확인해야 한다.

(해설) 실험에서 구한 지오그리드 물성값과 설계시 사용하는 프로그램           에 디폴트로 저장된 지오그리드 물성값이 서로 다르게 입력된 경우가            있기 때문에, 프로그램을 이용하여 지오그리드 보강토옹벽을 설계를 할           경우에는 상기에 제시된 지오그리드 물성값들이 프로그램에 제대로              입력된지를 현장 감독관은 확인 및 조사를 해야 한다.