고강도 결합 매입말뚝 흙막이 공법의 안정성에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 기존의 C.I.P(Cast In Place Pile, 이하 C.I.P) 흙막이 공법의 현장타설에 따른 품질 불량, 양생기간에 따른 공기의 불리, 말뚝과 띠장을 매립볼트로 연결하는 구조적인 불안 단점을 보완한 Hi-PHC공법의 현장 적용성을 검증하고자 하였다. 본 연구를 위해 경상북도 00군 흙막이 현장에 적용된 Hi-PHC 공법과 C.I.P 공법의 설계시 수치해석에 대한 안정성을 비교 분석하여 Hi-PHC 흙막이 가시설의 안정성을 검증하고자 하였으며, 서울시 00구 흙막이 현장에 적용된 Hi-PHC 설계시 수치해석 Data와 현장 계측을 통한 Data를 비교 분석하여 구조적인 안정성을 보완한 Hi-PHC 흙막이 가시설의 안정성을 검증하고자 하였다. 흙막이벽의 단면력을 비교한 결과, Hi-PHC 흙막이벽이 C.I.P 흙막이벽보다 부재력은 크게 산정되고 변위는 작게 산정되었다. 이는 Hi-PHC 흙막이벽의 휨 강성이 CIP 흙막이벽보다 크기 때문이다. 굴착주변 지반의 침하량을 검토한 결과, C.I.P 흙막이벽이 최대 46.89mm, Hi-PHC 흙막이벽이 39.37mm로 산정되었으며, Hi-PHC가 C.I.P 흙막이벽에 비해 최대 침하량이 약 17% 정도 작게 산정되었다. 이는 흙막이벽의 휨 강성이 커서 벽체의 횡방향 변위가 작게 산정되었기 때문이다. 이로 인해 배면 지반의 체적변화(Vs)가 감소되었기 때문이다. 현장지반을 대상으로 탄소성보법에 의해 산정된 최대 휨모멘트와 전단력을 적용하여 부재를 설계한 결과, PHC말뚝은 모두 탄성영역 내에서 부재력이 발생되어 안전한 것으로 나타났다. 현장 계측 Date와의 비교·분석을 위하여 서울시 ○○구에 적용된 Hi-PHC 공법의 유한요소 해석결과, 침하량은 최소 9.3∼14.7mm로 산정되었으며, 휨과 전단에 대한 부재력 검토 결과 모두 탄성영역 내에서 부재력이 발생되어 안전한 것으로 나타났다. 굴착주변의 배면에 대한 계측기 설치결과, 지중경사계의 경우 누적수평변위는–0.40∼0.60mm로 나타나 관리기준내 매우 안정적인상태로 확인되었다. 지하수위계 계측결과 –0.21∼0.28m로 미소한 변위를 확인할 수 있었다. 지표침하계의 경우 –2.0∼2.0mm 매우 미소하게 확인되었고, 관리 기준내 안정적인 상태로 확인되었다.|The purpose of this study was to verify the field applicability of the Hi-PHC that compensates for the shortcomings of the existing Cast In Place Pile (C.I.P) retaining wall method, such as poor quality due to in-situ casting, delay due to curing period, and structural instability due to connecting piles and wales with buried bolts. For the purpose, the stability of the Hi-PHC retaining wall temporary structure was verified by comparatively analyzing the stability of the design of the Hi-PHC method and the C.I.P method applied to the site located in A-gun, Gyeongsangbukdo. In addition, the stability of the temporary Hi-PHC retaining system, whose structural stability was supplemented, was verified by comparing and analyzing the numerical analysis data of the Hi-PHC design and the field measurement data applied to the retaining wall site located in B-gu, Seoul. The result of comparing the cross-sectional force of the retaining wall showed that the member force was higher and the displacement was lower in the Hi-PHC retaining wall than in the C.I.P retaining wall. This is because the flexural rigidity of the Hi-PHC retaining wall is greater than that of the C.I.P retaining wall. The settlement the ground around the excavation was measured to be a maximum of 39.37mm in the Hi-PHC retaining wall, which was about 17% lower than that of 46.89mm in the C.I.P retaining wall. This is because the short lateral displacement of the wall due to the high flexural rigidity of the retaining wall decreased the volume change (Vs) of the back ground. The members were designed by applying the maximum bending moment and shear force calculated by the elastic beam method in the site ground, and the results showed that all PHC piles generate member forces within the elastic region, suggesting stability. The result of the finite element analysis for the Hi-PHC method applied to B-gu in Seoul, which was performed for comparison and analysis with the on-site measurement date, showed that the settlement amount was at least 9.3 to 14.7mm, and the result of the member force review for bending and shear showed that all member forces are generated within the elastic region, suggesting stability. Measurement instruments were installed around the excavation. The cumulative horizontal displacement measured using a geotechnical inclinometer was –0.40 to 0.60mm, suggesting a very stable level satisfying management standard. Measurement using the groundwater level gauge showed a minute displacement of –0.21 to 0.28 m. The measurement using the surface subsidence gauge was –2.0 to 2.0mm, suggesting very stable level satisfying management standard. Based on the results of this study, it appears that the Hi-PHC can be used as an alternative to the C.I.P.