흙막이 붕괴와 어스앵커

개요

흙막이 붕괴는 굴착으로 지반 평형이 무너져 흙막이벽과 주변 지반이 파괴되는 현상이다.

어스앵커는 흙막이벽을 지반 내부의 인장재로 지지하는 공법이다.

지보공에는 버팀대를 쓰는 방식과 땅속으로 줄을 뻗어 고정하는 어스앵커 방식이 있다.

먼저 두 용어의 기본 개념을 확인한다.

구성과 원리

어스앵커는 배후 지반에 천공해 인장재를 넣고 그라우트로 정착시키는 지보 장치다.

인장재는 자유장과 정착장으로 나뉘며, 자유장은 긴장력을 벽체까지 전달하는 통로다.

정착장은 지반 안에서 저항력을 만드는 구간이라 두 구간을 명확히 나눠야 한다.

원리는 정착장의 주면마찰에 근거하며 극한 인발력은 이 식으로 근사한다.

설계에서는 안전율 F를 적용해 허용 인발력을 정한다.

보일링과 히빙

흙막이 붕괴의 대표 현상으로 보일링과 히빙이 있다.

보일링은 투수성 사질토에서 굴착면과 배면의 수두차로 흙입자가 솟아오르는 현상이다.

히빙은 연약 점성토에서 배면 흙의 중량이 굴착저면을 밀어 올리는 현상이다.

두 현상은 원인과 대책이 달라 구분해서 써야 한다.

시공 절차

어스앵커는 천공, 인장재 삽입, 그라우팅, 양생, 긴장, 확인, 계측 순서로 시공한다.

인장재는 자유장과 정착장을 구분해 넣고, 정착장에 그라우트를 주입해 지반과 일체화한다.

그라우트가 설계 강도에 도달하면 긴장잭으로 설계 긴장력을 도입하고 두부를 정착한다.

긴장 후 인장 확인시험으로 잔류 긴장력을 확인하고, 계측으로 벽체 변위를 관리한다.

긴장은 한 번에 크게 주지 않고 단계별로 나누며, 미달이면 재긴장 후 다시 정착한다.

계산 예

계산 예제는 가상의 값이다. 흙막이 벽체의 수평 토압 합력과 앵커 조건을 먼저 둔다.

앵커 1본이 분담하는 수평력은 토압 합력에 앵커 간격을 곱해 구한다.

경사 앵커는 수평 분력을 코사인 30도로 나누고 안전율 1.5를 곱해 설계 인장력을 구한다.

결과는 약 1,040kN이다. 대구경 PC 강선 여러 가닥이 필요한 큰 값이다.

현장에서는 긴장 후 잠금 하중을 확인하는 절차가 필수다.

헷갈리는 점

흔한 실수는 붕괴 원인을 한 가지로만 쓰는 것이다. 여러 요인이 겹쳐 붕괴가 일어난다.

원인은 지하수, 지반, 시공, 계측 네 축으로 나눠 쓰고 왜 그런지 설명한다.

방지대책은 차수벽 설치, 배수 처리, 계측 관리처럼 행위가 드러나게 쓴다.

직접 풀어 보자.

정리

앞 문제의 정답은 투수성 사질토다. 보일링은 이 지반에서 침투수압으로 생긴다.

붕괴 원인은 지하수, 지반, 시공, 계측으로 나눠 쓰고 방지대책은 행위로 드러낸다.

어스앵커는 정착 길이와 자유장 확보, 긴장 순서, 인장 시험 확인이 핵심이다.

결국 설계, 시공, 계측을 일관되게 관리하는 것이 붕괴 방지의 핵심이다.