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쏘일네일링 공법은 터널공법에서 자주 쓰이는 지반보강 공법입니다. 자주 쓰이는 공법인만큼 좀 더 자세하게 관련한 내용을 알아보도록 하겠습니다.
1. 일반사항
소일네일링 공법은 숏크리트와 록 볼트를 이용하여 터널을 굴착하는 NATM에서 유래된 원지반 보강 공법입니다. 쏘일네이리링 공법은 간단히 다음과 같이 그 공학적 개념을 살펴보면 인장응력, 전단응력 및 휨모멘트에 저항할 수 있는 보강재를 지반내에 비교적 촘촘한 간격으로 삽입하여 원지반의 전체적인 전단 저항력과 활동 저항력을 증가시켜서 사면의 안정을 확보함과 동시에 지반의 변위를 억제하는 공법입니다. 쏘일 네일링 공법은 경제적이고 현장에 대한 적용성이 뛰어나며 시공성과가 좋다는 점 외에도 소형 장비를 이용한다는 장점이 있기 때문에 도심지 시공현장이나 기타 특수한 현장에 많이 적용됩니다.
2. 쏘일네일링 공법의 장단점
1) 장점 : 원지반 자체가 주된 구조적 요소이므로 상대적으로 가격이 저렴한 네일이 사용됩니다. 숏크리트 또는 기성 전면판은 단지 전면에 존재하는 흙의 붕괴를 방지하기 위한 국부적인 역할을 담당하므로 숏크리트 두께를 얇게 시공할수 있습니다 따라서 두꺼운 철근 콘크리트 전면판 또는 프리스트레싱을 가하는 어스앵커를 이용하는 공법에 비해 상대적으로 공사비가 저렴합니다. 쏘일네일링 공법은 간단한 천공 및 그라우팅 장비를 이용해 시공이 가능하고 또한 탑다운 방식에 의한 단계별 시공이므로 장비의 운용이 비교적 용이합니다. 따라서 장비의 접근이 용이하지 않은 현장의 경우 쏘일네일링 공법의 효율성은 더욱 큽니다. 탑다운 방식에 의한 단계별 시공이 이루어지기 때문에 지층 특성을 육안으로 확인할수 있으므로 구조체의 기하학적 형상 및 네일의 강도, 차수 등을 현장 여건에 따라 적절히 선책할수 있습니다. 기본적으로 쏘일네ㅏ일링 공법은 다양한 지층에 대해 적용할수 있다는 장점을 가지고 있습니다. 보강재와 지반에서 발생하는 인장력과 벽체의 최대 수평변위에 관한 연구 결과 보강재에서 수 밀리미터 정도의 변위만 발생하면 철근은 충분한 인장력을 발휘하는데 이때 벽체의 최대 수평변위는 벽높이이 0.2~0.3%를 초과하지 않는다는 것이 실험을 통해 증명되었습니다.
2) 단점 : 영구 지하구조물로 사용될 경우 안전율을 증가시켜야 합니다. 또한 벽면배수를 위한 공사가 어렵고 영구 구조물의 경우 지하수의 영향에 대한 검토가 어렵습니다. 수평변위는 프리스트레스된 앵커보다 더 크게 발생할 수도 있습니다. 점토층의 경우 크리프 변형이 발생하거나 초기하중이 작을 때에는 네일이 과다하게 필요하게 되며 이때는 변위를 크게 발생시킬 수도 있으므로 네일 사용이 부적합할수 있습니다. 그러므로 통상적인 경우 점토지반에 대한 쏘일네일링 시공은 설계과정에 불확실한 요소가 많이 포함되므로 가급적 다른 공법은 선택하는 것이 좋습니다. 숏크리트의 전면부가 동결, 융해 상태가 반복되는 장기 공사시에는 그 영향이 어느정도인지 판단하기 어렵습니다.
3. 쏘일네일링 시공순서
1) 굴착 : 일반적으로 한계 굴착깊이는 1~2m 정도이고 초기 한계굴착깊이는 지반의 겉보기 점착력에 의한 안정성에 의존합니다
2) 설치 : 벽체에 경사지거나 수평으로 천공후 네일은 설치합니다. 지반이 연약할 경우 먼저 1차 숏크리트를 시공할 경우도 잇습니다
3) 벽체 와이어 메쉬 위에 숏크리트를 분사하거나 섬유질 콘크리트에 의한 전면판이나 프리캐스트 패널 등으로 벽체를 형성합니다.
4. 쏘일네일링 인장시험
소일네일링 인장시험은 시험용 네일에 대하여 실시하는 Pull out 테스트와 실제 도면상에 표시된 시공네일에 대하여 실시하는 Proof 테스팅으로 나누어 실시합니다. 실제로 계획 시공되는 네일과 동일조건하의 제일에 대해 실시하기 때문에 통상 네일시공개시를 빠르게 합니다. 시험에 사용하는 네일은 실제로 사용하는 네일 속에서 선택할수 있고 아니면 따로 추가할수도 있다. 이 시험결과는 이후 실시공네일에 대해 실시한 확인 시험결과를 측정하고 판단하는 기초자료로 활용할수 있다.
5. 쏘일네일링 방법
1) Proof testing 프루프 테스팅 : 각 층별로 시공된 네일중 하나를 선정하여 실시하되 각층의 네일은 서로 엇갈리게 선정하는 것이 좋습니다. 시험자는 시험직전 인장하중을 가하는 동안 시험용 네일이 그라우팅에 대한 상대적인 변위의 발생량을 결정할수 있는 방법을 제시해야 합니다. 시험자는 시험이 이루어지는 동안 측정과 기록을 해야하고 그 결과가 기록된 용지를 제출해야 합니다. 하중은 보정된 압력게이지나 하중계로 측정합니다. 인장시험은 쏘일네일링에 가해지는 시험하중의 측정과 하중단계별 네일끝단의 변위에 대해서 실시합니다. 재하는 설계하중의 12.55, 25%... 125% 까지 단계별로 12.5%씩 증가시키면서 실시합니다. 하중 증가는 1분 이내에 가해져야 하며 최대한 2분을 넘어서는 안됩니다. 단 설계하중의 50%에서는 예외적으로 지속시간을 10분으로 하니다. 하중이 지속되는 동안에 네일 끝점의 변위는 1,2,3,4,56,10분마다 기록해야 하고 각 하중단계중 1~10분마다 측정된 변위량이 0.2cm미만이면 다음 단계로 넘어갑니다. 설계하중 50% 재하시 허용변위량 0.2cm 가 19분 이내 발생하는 경우 추가적으로 50분간을 더 지속합니다. 이때 15,20, 25, 30, 45, 50분의 시간간격으로 측정하며 60분 측정후 다음 단계로 넘어갑니다. 인장시험 결과가 설계시 가정한 값보다 작아지느 경우 시험결과에 의해 설계를 변경하여야 한디ㅏ. 인장시험이 끝난 네일은 숏크리트 전면에서 절단합니다. 감리 검독자의 별도의 지시가 있는 경우나 현장조건이 열악했을경우 시험결과가 좋은 않았을 경우에는 추가 시험을 실시해야합니다. 소일 네일링 시험이 끝난 후에는 네일정착 지지부 주변의 돌출부는 숏크리트로 마감해야 하며 전면판은 교체되야 합니다.
2) Pull out testing 풀아웃테스팅 : 네일길이는 1~2m로ㅓ 하고 변화하는 각 지층상에서 골고루 실시되도록 계획해야 합니다. 원위치에서 인장으로 인해 네일링 구조체 전체의 안정성이나 시방서에 문제가 잇는 경우 바로 인근의 지반에서 인장시험을 실시합니다. 인장변위량의 정확한 측정이 필수적이므로 절대 인장량을 정확히 측정하도록 주의해야합니다.