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공종:건축공사:토공및흙막이:흙막이가시설:그라운드앵커

그라운드앵커

그라운드앵커의 정의

그라운드 앵커는 그 말뜻과 같이 지반에 박는 못이란 의미이며 지반과 구조물을 하나의 집합체로 묶는 효과를 발휘하며 일반적으로 강선과 시멘트 그라우트로 구성되어 있다. 앵커는 가설 토류벽의 지보공, 영구 앵커 토류벽, 송전탑 기초, 댐의 보강, 지하구조물의 부력앵커, 사면보강 등 다양하게 사용된다.

그라운드 앵커의 적용

앵커의 종류

사용기간

  • 가설앵커 - 앵커의 존치기간이 12∼24개월 미만, 그 중요도가 가설과 같이 임시적으로 사용
  • 영구앵커 - 공용기간이 영구적이거나, 그 중요도가 상당한 경우

정착지반의 지지 방식

  • 암반앵커(Rock anchor)
  • 그라운드 앵커(Ground anchor)

설치되는 방향

  • 타이백(tieback)
  • 타이다운(tie down)으로 분류

주입되는 그라우트 압력

  • 저압형 앵커
  • 고압형 앵커

지반의 종류(또는 앵커체의 모양)

  • 직선 샤프트형
  • 단구근형(single underreamed)
  • 복구근형(multi-underreamed)
  • 포스트 그라우트형(post grouted)

앵커 그라우트 체에 긴장력이 가해지는 방식

  • 인장형 앵커
  • 압축형 앵커

근래에 많이 사용되고 있는 압축형 제거 앵커(Extractable Compression Anchor)는 인장형 앵커 비하여 부식 방지 등 성능이 우수하며 영구 앵커로 많이 사용된다. 또한 시공 후 지반 내에 강선이 제거가 되지 않는 것을 해결하여 인접지의 지하 보상권에 대한 대민, 대관에 문제를 해결하는데 효과가 있으며 최근 연구 결과 정착장 길이가 짧은 앵커는 자유장의 강성 값이 작게 되므로 일반 구조물에서 변형을 작게 하는 효과가 있다고 한다.

용어설명

정착장(Bond Length)

앵커의 소요응력을 직접 발휘하는 부분으로서 지반의 종류, 정착 방식, 인장재의 종류, Grouting방식 등이 충분히 고려되어 소요응력을 충분히 발휘될 수 있도록 검토되어야 하며 특히 지반종류에 따른 적절한 부착응력(τ) 선정에 유의.

자유장(Free Length)

정착부에서 발휘하는 응력을 전달하는 매개체로 자유장 기능은 매우 중요. 보고에 의하면 특별한 경우를 제외하고 앵커 파괴는 대부분 자유장에서 일어나며 인장재는 강봉, 강연선, 강선 등으로 구분되며 최근 신소재의 개발로 탄소 섬유를 이용하기도 한다. 특히 사용목적, 내구연한에 따른 자유장의 방부식 처리는 매우 중요한 사항이며 앵커의 내구연한을 결정하는 중요한 요소.

정착구(Anchorage Zone)

앵커의 소요응력을 구조체에 직접 전달하는 요소로 Button Type, Wedge Type, Nut Type 등이 있으며 가장 널리 쓰이는 방식은 Wedge Type으로 대부분의 앵커에 적용. 또한 앵커에 응력을 직접 재하하는 부분으로 향후 유지 관리 및 역해석을 고려하여 보정이 가능한 재인장형 정착 시스템 적용이 필수사항

흙막이가시설127.jpg

특징

구 분 내 용
장 점 앵커의 국부적인 파괴가 토류전체의 파괴로 이어지지 않음
스트러트에 비해 작업공간이 넓어 공기가 단축된다.
평면의 형상이 복잡하고 지반이 경사져 있어도 시공 가능
앵커에 프리스트레스를 주기 때문에 벽체의 변위를 최소화
단 점 천공 시 지하수 유입에 의한 지하수위 저하 우려가 있다.
정착지반이 연약한 경우에는 적합하지 않다.
앵커설치 시 부지 지주의 동의가 필요하다.
토류벽 배면에 지하구조물이나 매설물이 있는 경우 시공이 곤란

앵커 시스템 공정도

제거식 앵커 시공 순서도

품질관리기준

  • 설계 시 고려된 지층상태와 그라운드앵커 천공 시 배토되는 토질조건 및 암반층의 출현심도에 대해 확인하여 기록한다. 또한, 설계조건보다 불리한 상태라고 판단될 경우 앵커 체의 정착 및 인장력에 대한 검토가 필요하므로 설계자에게 이에 대한 자료를 송부하여 재검토한다.
  • 앵커 천공 전 반드시 주변 구조물 및 매설물과의 간섭여부를 확인한다. 지중의 구조물 기초 깊이, 기초말뚝에 대한 간섭 여부도 중요하지만, 실제 지반침하, 성토 등에 의하여 환경이 변화되는 경우가 많으므로 시험굴착에 의해 확인한다. 또한, 상부 앵커 천공작업 시 예상치 못한 매설물이나 구조물이 발견될 수 있으므로 작업자에게 이를 주지시키고 이상발생시 즉시 천공작업을 중단하고 확인 후 다음 공정이 진행되도록 교육한다.
  • 앵커설치를 위한 각종 장비에 사용되는 전력량 및 안정성에 큰 무리가 없는지 확인하고, 그라우팅에 사용되는 물은 시방에 적합하고 수량은 충분히 확보되었는지를 확인하여 일련의 작업이 연속성을 가지고 진행될 수 있도록 관리한다. 또한, 앵커 설치 장비가 원활한 작업을 할 수 있는 공간이 확보되어 있는지 확인한다.
  • 지하수나 차수 불량에 의한 용출수가 있는지 확인하고, 또한 어스앵커 천공 시에도 유출되는 토사 및 유량을 확인하여 천공된 체적보다 유출된 토사량이 많을 경우에는 천공방법에 대한 재검토가 필요하다. 예상된 배출토보다 양이 많을 경우 지반침하 발생우려가 높으므로 2중 케이싱 및 그라우트의 조강재 사용여부 등과 같이 시공방법에 대한 재검토가 필요하다.
  • 설계에서 고려된 앵커는 제거식인지 비제거식인지 확인하여 적합한 앵커체를 사용하고, 앵커체의 종류에 따라 정착장 형성방법이 달라지므로 적용된 앵커체에 적합한 방법을 적용한다.
  • 앵커체의 마찰력은 정착장의 단위마찰력과 길이에 의해 결정되므로 정착장이 위치하는 지층조건과 정착장이 설계조건과 동일한지 확인한다.
  • 앵커 1단의 정착장의 시점은 최소 토피고는 5.0m 이상을 확보하도록 한다(윤지선, 그라운드앵커 공법, 1996).
  • 앵커의 위치, 각도 정착길이는 천공 시 결정되므로 설계조건과 동일한 위치에서 각도 및 천공길이를 확인한다.
  • 앵커의 총 길이는 정착장, 자유장, 여유장의 총합이며, 가상파괴면 외부에 존재하여 토압에 저항하는 마찰력이 발휘되는 부위를 정착장이라 하며, 흙막이 벽체에서 가상파괴면 내에 존재하는 앵커 체를 자유 장이라 명칭 한다. 이 때, 토사지반에서 최소 설계정착장은 3.0m(4.0m : 일본 등)로 한다(구조물기초설계기준 및 해설, 2003). 또한 여유장은 앵커체의 인장, 재인장 및 관리를 위해 최소 1.5m 정도가 필요하다.
  • 통상 가설앵커인 경우 안전율은 1.5~2.0정도이며 영구앵커인 경우 2.0~3.0을 적용한다.
  • 그라우트의 물시멘트비는 40~50%정도 이지만, 시멘트의 종류, 골재치수, 혼화재의 유무, 그라우트 호스의 길이, 지름, 기온 등을 고려하여 결정한다. 혼화재는 감수, 팽창, 무수축 효과를 증대하지만 그라우트의 강도를 고려하여 계량관리가 되도록 한다. 그라우트의 강도는 설계기준 강도 이상인지 시험을 통해 확인하고 계량관리를 통해 그라우트의 배합에 따른 강도를 유지한다. 배합비등이 결정되면 그라우트 믹서기 주변에는 배합비에 따른 적용량을 명기하여 작업자 및 관리자가 수시로 확인한다.
  • 그라우트 양생기간 단축이 필요하여 사용 시멘트 및 조강재에 대한 변경이 필요하다고 판단될 경우 시험시공 및 관련자료를 충분히 검토한 후 적용한다. 그라우트 양생기간은 통상 7일 정도이면 되나 기온, 지층상태 및 지하수에 따라 달라지므로 필요강도가 발휘될 수 있는 충분한 시간을 확보한다. 또한, 양생 중에는 충격을 가하지 않도록 관리한다.
  • 앵커의 마찰력과 품질확인을 위한 인발, 인장 및 확인시험 등을 시방서에 준하여 실시하고, 이때 시험에 적용되는 앵커는 무작위로 선정하여 각 단에 대표적인 공을 선정한다. 또한, 설계 시 고려된 지층조건보다 불리한 지층이 존재할 경우 이층에 대한 마찰특성을 시험을 통해 확인한다.
  • 잭킹력은 설계하중보다 커야 하며, 이는 자유장에서의 인장력에 의해 발생되는 늘음량을 고려하여 계산되는 값이므로 확인하고 기록한다. 또한, 일련의 작업순서에 따라 천공일자, 천공길이, 앵케체의 길이, 그라우팅일자, 인장시기, 늘음량 등을 기록하여 관리한다. 이때 늘음량은 설계 시 늘음량과 비교하여 정착장부에서 마찰력이 제대로 발휘되는지 확인한다.
  • 어스앵커의 인장에 사용되는 인장기는 반드시 사전검증을 통해 오차 정도를 확인하여 사용한다. 또한, 인장기는 유압에 의해 사용되므로 오일이 새는 곳은 없는지 확인한다.
  • 앵커용 강선의 재질 및 특성이 설계에서 고려된 동등이상의 제품인지 시방서등과 비교하여 확인하고, 사용연한을 고려하여 필요 시 강선이 녹슬지 않도록 보호한다.
  • 띠장 위에 설치되는 정착구 및 지압판은 인장력을 흙막이벽으로 전달하는데 무리가 없는지 확인한다. 이때 가장 중요한 점은 천공 시 각도 및 위치가 동일한 단에서는 동일 높이에 설치되어야 하며, 띠장과의 간섭이 발생되지 않아야 한다. 앵커체의 꺾임 현상이 발생되면 실제 작용하는 인장력은 오차각도에 따라 감소하므로 주의한다.
  • 띠장 이음부에 앵커를 설치할 경우 앵커 체의 인장력에 의해 띳장이 변형될 수 있으므로 피하고, 띳장의 수평상태 및 연결 상태는 적합한지 확인한다. 앵커는 지중에 설치되며 지중의 그라우트 체의 외주별 사이의 마찰력에 의해 인장력이 발휘되므로 그라우트 체의 강도 및 마찰력이 가장 중요하다. 또한, 마찰력은 천공 홀의 그라우트의 품질 및 주입 정도에 따라 크게 달라지므로 그라우트 체의 배합비 및 주입량을 기록하여 시공관리 한다.
  • 천공 시 천공 홀이 휘거나, 붕괴 등이 발생되지 않았는지 확인하여 이상 유무를 기록하고 인 장시 인장력이 부족할 경우 주변을 보강한다. 보강방법은 불량한 앵커 좌∙우측에 추가 설치하는 것이 좋으나 시공이 곤란할 경우 상∙하부에 설치한다.
  • 천공 후 천공 홀 내부에는 슬라임이 존재하므로 공내 세정을 통해 슬라임을 제거하여 그라우트체의 강도 및 마찰력이 발휘될 수 있도록 한다. 또한, 슬라임의 처리를 위해 천공길이를 통상 0.5m 더 천공하여 시공한다.
  • 천공 후 천공 홀에 앵커체를 삽입할 경우 무리 없이 삽입되는지 확인하고, 천공 홀이 붕괴될 경우에는 케이싱을 설치하여 앵커체를 삽입하여야 한다. 또한, 케이싱을 설치하여 앵커체를 삽입 후 케이싱 제거 시에도 앵커체가 같이 빠져 나오지 않도록 천천히 케이싱을 제거하여야 한다.
  • 그라우팅 작업 시 장해를 주는 요인은 없는지 믹싱장비 등을 확인하고 그라우팅 호스의 설치위치 등을 확인 후 연속적으로 실시하여야 한다. 또한, 그라우팅작업이 주입량을 1, 2차로 구분하여 기록하고 중력에 의해 채워지지 않은 공간에 대해서는 몰탈 등으로 반드시 채워야 한다.
  • 그라우팅의 양생기간 중 강선에 충격이 가해질 경우 그라우트의 강도가 저하되어 인장력이 감소되므로, 양생기간 중에는 강선에 충격이 가하지 않도록 특별히 주의한다.
  • 앵커 인장 시에는 안전사고에 대비하여 앞쪽으로는 사람의 통행을 제한하여야 한다. 인장이 완료된 후에도 계측관리 등을 통해 인장력 변화를 관찰하고, 육안관찰을 통해 콘이 빠지거나 띳장의 변형을 수시로 확인하고 강선에 힘이 작용하는지 두드려 보아 팽팽한 정도를 점검하여야 한다.
  • 앵커 인장력이 설계축력과 비교하여 작을 경우 보강 하여야 한다. 보강이 필요할 경우 시공여건을 고려하여 상부 또는 하부에 띳장을 추가하여 보강하고, 시공불량부가 연속적으로 있을 경우에는 상하부를 지그재그형태로 보강하는 것이 유리하다.
  • 브래킷 및 앵글받침의 소요 용접 장에 대해서는 앵커의 연직분력 및 자중에 대해 용접장이 충분히 확보되어야 한다. 용접장이 부족할 경우 앵글받침의 간격을 줄여야 한다.
  • 그라우팅 호스 및 천공경의 외주면으로 지하수가 유출될 경우 지하수만 유출되는지 토립자가 함께 유출되는지 확인한다. 간단한 확인방법으로 빈 통의 바닥에서 일정높이에 구멍을 내어 지하수가 유출되는 부위에 설치하여 일정시간 경과 후 통 내부에 토립자가 쌓여 있는지 확인하고 시간을 측정하여 유출량을 확인한다. 토립자가 유출될 경우 부직포를 설치하여 지하수만 유출되도록 한다. 또한 유출유량이 많을 경우 배면에 별도의 차수공법 적용에 대해 설계자에게 검토 요청한다.

시험관리 기준

국내의 그라운드앵커의 인발시험은 시방규정이 아직 확립되지 못하였으므로 일반적으로 최근의 미국 AASHTO에서 제시하고 있는 앵커의 시방 기준 (AASHTO-AGC-ARTBA TF27, 1990., Weatherby, 1998)에 의한 확인시험(Proof Test), 인발 적성시험(Performance Test), 크립시험(Creep Test) 및 장기하중재하시험(Long Term Relaxation Test)을 실시한다. 또한, 시방서에 명기된 방법이 있는 경우 시방서에 준하여 실시한다. 한국지반공학회(2002)의「굴착 및 흙막이 공법」에 따르면 그라운드 앵커의 시험의 종류 및 방법은 다음과 같다.

확인시험(Proof Test)

앵커의 확인시험은 단기간의 재하시험으로서 앵커의 설계하중의 133%를 저항할 수 있는 지를 확인하는 시험으로 설치되는 모든 앵커에 대하여 실시하여야 한다. 먼저 초기하중 AL(Alignment Load)에서부터 설계하중 DL(Design Load)에 대한 비율로서 0.25DL, 0.5DL, 0.75DL, 1.0DL, 1.2DL,1.33DL까지 10분 단위로 증가시킨다. 각 하중단계에 대해 2mm 이하의 변형이 발생할 경우에 앵커의 설계내력이 있는 것으로 판정한다.

인발적성시험(Performance Test)

앵커의 인발적성시험은 일반적으로 설치앵커의 5%에 해당하는 앵커 개수를 시험한다. 인발적성시험은 단기의 반복하중에 대한 앵커의 설계내력을 측정하여 확인하는 방법으로서, 각 하중단계 재하 후 다시 초기하중으로 되돌아 와서 다음 하중 단계로 반복 인발하는 특징이 있다. 초기하중 AL(Alignment Load)에서부터 설계하중 DL(DesignLoad)에 대한 비율로서 0.25DL, AL, 0.25DL, 0.5DL, AL, 0.25DL, 0.5DL, 0.75DL, AL, 0.25DL, 0.5DL,0.75DL, 1.0DL, AL, 0.25DL, 0.5DL, 0.75DL, 1.0DL, 1.2DL, AL, 0.25DL, 0.5DL, 0.75DL, 1.0DL, 1.2DL, 1.33DL까지 10분 단위로 증가시킨다. 각 하중단계에 대해 잔류변형이 앵커직경의 10분의 1보다 작게 발생하면 앵커의 설계내력이 있는 것으로 판정한다.

크립시험(Creep Test)

앵커의 크립테스트는 시간 변화에 따른 장기 거동을 측정하기 위한 것으로 소성지수가 20 이상인 점성토지반에서는 특히 중요하다. 이 시험은 인발적성시험과 시험단계는 같으나 각 단계별로 인발시간이 점차 증가된다. 즉 0.25DL에서는 10분, 0.5DL에서는 30분, 0.75DL에서는 30분, 1.0DL에서는 45분, 1.2DL에서는 60분, 그리고 1.44DL에서는300분 동안 인발하중을 가하고 변형을 측정한다.

시공사진

천공위치 확인 후 크롤러드릴 자리잡기

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케이싱을 이용한 토류판 타공

흙막이가시설131.jpg 흙막이가시설132.jpg

케이싱 천공

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함마비트 및 로드(Rod : 3m) 체결

흙막이가시설134.jpg 흙막이가시설135.jpg

천공 및 로드교체(반복)

흙막이가시설136.jpg 흙막이가시설137.jpg

천공 완료 후 로드 분리(반복)

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연선 삽입

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시멘트 밀크 주입

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완료 후 이동

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띠장(Web) 설치

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인장 및 Test 실시

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공종/건축공사/토공및흙막이/흙막이가시설/그라운드앵커.txt · 마지막으로 수정됨: 2016/06/06 13:15 저자 bluetree