[스크랩] 쏘일네일

 

1. Soil Nailing

 

1.1 개 요

- 쏘일네일 공법은 토사에 천공을하여 보강재(이형철근, 스틸바, 스틸파이프, 대나무 등)를 넣고 공내부를 시멘트 밀크로 충진하고 전면을 숏크리트로 처리하여 보강된 토체를 일체화시켜서 보강되지 않은 뒤쪽의 지반과 구분시켜 외적으로는 재래식 중력식 옹벽과 같은 형태를 이루는 방법이다.

 

- 즉 쏘일네일 공법은 기본적으로 인장응력(주 역할), 전단응력 및 휨 모멘트에 저항할 수 있는 보강재를 프리스트레싱 없이 비교적 촘촘한 간격으로 삽입하여 원지반의 전체적인 전단강도 증대 및 발생 변위를 가능한 억제하고 또한 굴착공사 도중이나 완료후에 예상되는 이완을 제한하는 공법이다.

 

- 네일에 의하여 보강된 영역의 토체가 일체화된 옹벽과 같이 작용한다는 기본개념으로 사면안정 대책뿐만이 아니라 지하공간의 활용에 따른 흙막이구조물 등으로 유효하게 적용될 수 있다. 즉 옹벽대용, 흙막이구조물, 사면보강공법으로 사용된다.

[그림 1] 쏘일네일 구조체 성능 발휘 개념도

 

 

 [그림 2] 쏘일네일 구조체 응력 및 변위 발생 개념도

 

 

1.2 쏘일네일의 시공

쏘일네일링 공법의 시공은 굴착 --> 천공 --> 네일삽입 --> 그라우팅 --> 표면보호공의 순으로 이루어진다.

 

- 굴 착 -

 

 

- 천 공 -

 

 

-PS NAIL 조립- 

 

 

- 네일 삽입 -

 

- 그라우팅 -

 

- 표면 보호 -

 

-숏크리트 타설 완료 후 - 

 

 

 -표면보호 녹화토공 완료 후-

 

1.3 적용범위 및 특징

사면보강, 옹벽 대용으로 사용하는 경우에 이 공법이 갖는 특징으로는

1) 토공(흙) 작업량이 줄어든다.

2) 시공장비가 간단하고 소형이므로 협소하거나 긴 비탈면 등 시공조건이 나쁜 곳에도 적용이 쉽다.

3) 지질상황이나 시공조건의 변화에 대한 순응성이 좋다.(네일 간격, 길이 설치방향등)

4) 일반적으로 기존의 공법들과 비교하여 공사비가 절감되는 경우가 많다.

5) 표면을 친환경적(식재, 조형등)으로 꾸밀 수 있다.

 

 

[그림 3] 사면보강,옹벽 용도의 쏘일네일

 

 

그리고 흙막이벽으로 사용하는 경우

1) 터파기 내부에 버팀대, 중간말뚝 등의 장애물이 없기 때문에 터파기시 장비의 효율이높고 공정이 단순해져 공기가 단축된다.

2) 앵커 공법에 비해 길이가 짧고 보강재를 긴장하여 정착하는 구조물이 아니므로 지구경계 침범의 우려가 적고 향후 공사시 네일을 쉽게 제거할 수 있으며 제거하여도 문제가 발생되지 않는다.

3) 굴착면과 구조물 구조체를 합벽식으로 사용할 경우 토압 경감 효과와 구조체와 네일 두부의 연결에 의해 부력에 저항할 수 있다.

4) 시공장비가 간단하고 소형이므로 협소한 장소에서도 시공이 용이하다.

 

[그림 4] 흙막이 용도의 쏘일네일

 

1.4 쏘일네일의 안정 검토

쏘일네일의 파괴 형태는 크게 내적 파괴(A)와 외적파괴(B) 혼합파괴(C)로 나뉘어 진다. 따라서 설계 검토시에는 쏘일네일 구조체가 이 모든 조건에서 안정하도록 하여야한다.

 

[그림 5] 쏘일네일 보강체의 파괴 거동

 

쏘일네일의 안정검토는 사면활동의 안정 검토와 같은 방법으로 가상 활동선에 대하여 안전율을 구하여 부족한 저항력을 네일 보강재가 저항하도록 하고 이때 내적 외적으로 파괴가 발생하지 않도록 네일 보강재의 제원(단면적, 강재종류등)과 설치 간격, 길이등을 결정하는 것이다. 

 

2 Prestressing 쏘일네일의 원리 및 특징

 

- 쏘일네일 공법의 가장 핵심적인 개념 및 요소는 천공 구멍내에 삽입된 보강재와 구멍 주변의 빈공간이 견고한 충진물질(통상 시멘트 밀크를 사용)로 밀실하게 채워져서 주변 지반의 변형이 유발되려는 힘을 보강재에 의해 저항되도록 하는데 있다.

- Prestressing 쏘일네일공법은 일반적인 쏘일네일 공법의 효과를 개선하기 위해 지중에 설치되는 보강재를 감싸는 그라우팅체의 형성후 파이프 보강재 내부에 강선을 설치하고 양 끝단을 당겨서 정착시킴 으로써 네일 보강체(그라우팅+파이프 보강재)에 미리 압축력을 가하여 네일에 발생하게되는 인장력을 상쇄 시키는 효과를 얻게하는 방법이다.

 

[그림 6] 프리스트레싱 네일의 원리

 

<표 1> 기존 방법과의 비교 검토 

구분	기존 쏘일네일링 공법	Prestressing 쏘일네일링 공법
개요
	지반 천공후 보강재(주로 이형철근)를 삽입후 그라우팅을 실시하여 복합 보강체를 형성 시킨다.	지반 천공후 보강재(강 파이프+강연선)를 삽입후 그라우팅을 실시하여 양생 시킨후 강연선을 인장하여 단부에 정착시킨 복합 보강체를 형성 시킨다.
장점	․기존에 실적이 많아 친숙하다. ․보강재로 일반 이형철근을 사용하여 자재 수급 및 확보가 용이하다. ․Prestressing을 위한 추가 자재가 들어가지 않는다. ․시공 공정이 간단하다.	․Prestressing에의 보강재에 걸리는 응력을 상쇄 시킬 수 있다. ․Prestressing에의 굴착면의 변위를 억제할 수 있다. ․상기 효과를 활용 천공경을 줄이거나 네일 간격을 넓힐 수 있다. ․전체 공사비가 절감된다.
단점	․일반적으로 굴착면의 변위가 발생한다.	․일반 쏘일네일링 공법에 비하여 Prestressing 도입을 위한 추가 자재와 공정이 필요하다.

 

 

 

3 대나무를 이용한 쏘일네일의 원리 및 특징

 

3.1 Prestressing 쏘일네일의 원리(제거식)

 

 - 쏘일네일 공법의 가장 핵심적인 개념 및 요소는 천공 구멍내에 삽입된 보강재와 구멍 주변의 빈공간이 견고한 충진물질(통상 시멘트 밀크를 사용)로 밀실하게 채워져서 주변 지반의 변형이 유발되려는 힘을 보강재에 의해 저항되도록 하는데 있다.

- 대나무를 이용한 쏘일네일공법은 일반적인 쏘일네일 공법의 보강재로 사용되는 철근이나 강파이프 대신 보강재로 대나무를 사용하여 쏘일네일 공법의 친 환경성을 높이고 비용 절감 효과를 얻게하는 방법이다.

 

[그림 7] 대나무를 이용한 제거식 네일 구조

 

 

[그림 8] 대나무를 이용한 제거식 네일 

 <표 2> 기존 방법과의 비교 검토

구분	기존 쏘일네일링 공법	대나무 네일링 공법
개요
	지반 천공후 보강재(주로 이형철근)를 삽입후 그라우팅을 실시하여 복합 보강체를 형성 시킨다.	지반 천공후 보강재로 강재 대신 대나무를 이용하는 것이다.
장점	․기존에 실적이 많아 친숙하다. ․보강재로 강재를 사용하여 강도가 크다.	․강재 보강재에 비해 가격이 저렴하다. ․보강재로 대나무를 사용하여 친 환경적이다. ․따라서 일반 강재 보강재 적용시 제거식 네일 공법 적용의 경우에 적용하여 제거하지 않을 수 있다.
단점	․강재 가격이 비싸다. ․시공시 강재 가공이 어렵다.	․강재에 비해 강도가 약하다. ․강재에 비해 재질이 불균질 하다.

 

여기에서는 상기 설명된 스틸 파이프 대신에 대나무를 파이프 보강재를 사용하여도 스틸 파이프와 같은 인장력을 가질 수 있다는 것이 아래에 비교되는 표에서 설명된다.

다음의 표 1은 다양한 금속 재료의 인장도를 나타낸 것이다.

【표 1】

재 료	파 괴 응 력(kg~cm2)
	인 장	압 축	전 단
연 철 연 강 주 강 니 켈 강 주 철 구 리 황 동(7.3) 포 금(砲金)	3,300~4,000 3,400~4,500 3,500~7,000 5,000~7,400 1,200~2,400 1,400~3,200 1,300 2,200~2,700	3,300~4,000 3,400~4,500 3,500~7,000 5,000~7,400 7,000~8,500 3,200 780 -	2,600~3,300 2,900~4,000 - - 1,300~2,600 1,400 2,400 -

 

다음의 표 2은 다양한 비금속 재료의 인장도를 나타낸 것이다.

【표 2】

재 료	파 괴 응 력(kg~cm2)			종탄성계수 E(kg/cm2)x108
	인 장	압 축	전 단
미송, 소나무 이깔나무(赤) 전 나 무(樅) 밤 나 무(栗) 떡갈나무(槲) 대나무(竹) 유 리(硝子) 화 강 암 사 암 석 회 암 시 멘 트 콘 크 리 트 벽 돌 가 죽 벨 트	1,000 500 900 1,000 1,000 3,500 250 - - - - - - 380	500 280 420 560 700 650 1,500 600~850 200~300 300~500 100~120 180~250 60~120 -	78 56 70 78 16 - - - - - - - - -	0.90 0.70 0.80 0.70 1.20 1.20~3.10 0.750 1.40 1.00 1.20 1.40 0.840 0.840 -

 

이로써, 대나무를 사용하여도 표에서 비교된 바와 같이, 스틸 파이프와 같은 안정적인 보강구조체를 형성할 수 있다.

본 발명의 쏘일 네일링 구조에 이용되는 보강재는 스틸 파이프나 대나무에 한정되지 않고 발명의 범위를 벗어나지 않는 동일한 작용를 할 수 있다면 다양한 재료를 사용해도 좋다.

 

 

 

 

[그림 9] 대나무 쏘일네일 

굴착 깊이가 얕은지역 및 굴착 깊이가 높은 지역 하단부에 강제대신에 자연친화적인 대나무를 사용하여도 무방하며, 상당히 경제적이다.

 

 

출처 : 77한수풀회

글쓴이 : 탐라꾼 원글보기

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