PPS공법에 의한 흙막이 가시설의 거동 해석에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 PPS(Prestressed Pipe Strut)공법을 이용한 흙막이 가시설공법의 현장적용을 통하여 흙막이 가시설 부재의 계측 분석과 탄소성해석(SUNEX) 및 유한요소해석(PLAXIS) 프로그램의 모델링을 통해 유발되는 부재력과 변형특성 및 지반의 변형 거동을 분석 비교하여 다음과 같은 결론에 도달하였다. 1. 현장에서 적용한 PPS공법은 H-BEAM을 사용하는 일반적인 스트러트공법과 달리 허용압축력과 좌굴에 대한 저항한계가 상대적으로 큰 원형 강관을 사용하며 평판잭과 같은 대규모 선행압축공법을 병행하여 적은 수량의 스트러트를 배치하여 넓은 굴토작업 공간을 확보할 수 있는 공법이다. 2. 흙막이 벽체의 내력을 탄소성해석방법과 유한요소해석방법을 통하여 비교한 결과 각 단면에 따라서 전단력 및 모멘트는 깊이에 따라서 유사한 경향을 나타내고 있었고 최대 전단력 및 모멘트의 발생 위치도 약 1m 내외의 차이를 나타내고 있었다. 3. 시공단계에 따른 흙막이 벽체의 거동을 현장계측치와 비교한 결과 유한요소법은 최대 변위량 및 변위형태가 계측결과와 유사한 경향을 나타내고 있었으나 탄소성해석법을 통한 변위는 현장계측결과와 큰 차이를 보이고 있었다. 4. 탄소성 해석법의 경우 현장의 지반조건을 정확히 적용할 수 없고, 특히 현장 단면의 변화를 정확히 고려하지 못하여 실제 계측에 의한 흙막이 벽체의 거동과 다른 거동을 보이고 있는 것으로 판단된다. 그러나 유한요소해석의 경우 현장 단면을 정확히 모델링 하였고 다양한 지반 조건을 적용함으로써 계측에 의한 흙막이 벽체의 거동과 유사한 결과를 나타내는 것으로 판단된다. 5. 탄소성해석법 및 유한요소해석을 수행할 경우 지반 정수가 흙막이 구조물의 거동에 큰 영향을 주게 되므로 실제 현장의 지반조건을 정확하게 반영한 지반정수를 사용하는 것이 중요할 것으로 판단된다. 6. 안정성 분석결과 관리 기준인 0.002H를 적용하여 검토해 본 결과 계측치와 탄소성해석프로그램의 결과치, 유한요소 해석의 결과치에 의한 안정성은 모두 안전하다고 판단된다. 7. 어스앵커에 의한 지지공법과 PPS공법에 의한 지지공법을 각각 적용하여 경제성을 비교해본 결과 PPS공법에 의한 지지공법이 어스앵커에 의한 지지공법에 비해 약 11%가량 공사비의 절감할 수 있는 것으로 판단되고, H-beam스트러트 지지공법과 PPS공법에 의한 지지공법을 비교 했을 경우 PPS공법에서 약 52%가량 강재공사비의 절감효과를 가져올수 있다고 판단되었다. 단, 지반의 특성 및 규모, 공사의 종류에 따라 달라질 수 있으며 설계단계에서 충분히 검토하여 적절한 공법의 경제적인 적용이 필요하다.

Stable and successful earth retaining work is completed through observing and inspecting ground condition and water level, effect of adjacent structures & main facilities, and effect of underground utilities. As earth retaining work is a kind of facility to protect excavation face from collapsing in accordance with the intensity and rigidity and to prevent effects of ground displacement, subsidence, etc., its selection or design plan should be related to the whole construction schedules. In this study, for the purpose of systemic research on temporary support of earth retaining work using PPS(Prestressed Pipe Strut) to reduce its excessive costs, a problem on the construction of existing temporary support and inefficiency of work process were complemented and its necessity was examined. And field measurements and numerical analysis were carried out to examine the interaction between PPS-supported wall and excavated ground. Through this procedure, behavior characteristics of temporary support of earth retaining work using PPS was studied and its safety and economy were checked and compared in order to increase practical application of it. Wall displacement in temporary support was compared by numerical analysis of Finite Element Method & Elasto-Plasticity Method and materials from field investigation of inclinometer. Field investigation, on the basis of inclinometer, concentrated on the displacement pattern of earth wall. As a result of comparing field investigation and numerical analysis, Finite Element Method(PLAXIS) produced the corresponding results comparatively to actual measurement value, but Elasto-Plasticity Method(SUNEX) had somewhat overestimated results.