블록식 보강토 옹벽으로 지지된 철도노반의 역학적 거동

Abstract

보강토는 흙지반 내부에 강성이 큰 면상 또는 판상이나 봉상의 물질을 배치하여 지반을 보강하는 근대적인 공법이다. 세계적으로 급속히 보급되고 있으며, 최근에서는 가설만이 아니라 고속도로·고속철도를 지지하는 옹벽 등의 중요한 영구 구조물이나 영구 절취 사면 등에도 널리 이용되고 있다. 본 연구에서 대상으로 하고 있는 블록식 보강토 옹벽은 뒷채움토의 자중과 상재하중에 의한 활동력을 단지 블록 자중에 의한 마찰로 지지하는 기존의 블록식 옹벽에 수평으로 토목섬유 보강재를 설치하여 안정화시킨 보강토체를 조합한 복합시스템이다. 현재 보강토 옹벽의 설계법은 대부분 타이백 설계법과 같이 극한평형법에 의한 안정계산법에 근거를 두고 있다. 그러나 보강토 공법에서는 흙이 변형되어야 보강효과가 발현되며 한계평형안정해석법에서는 흙의 변형을 고려할 수 없기 때문에 실제로 발휘되는 보강재 인장력과 필요한 보강재 강성을 합리적으로 평가하는 것이 불가능하며, 보강토체 내의 응력이 과다 평가되고 있다. 본 연구에서는 블록식 보강토 옹벽으로 지지된 철도노반의 열차 하중 전달 메카니즘을 명확히 하고 보강토 구조물 및 보강토체 내의 변위·변형 거동을 고찰하기 위해 실대형실험을 수행하였다. 연성그리드로 부분 보강한 블록식 옹벽과 강성그리드로 전면 보강한 블록식 옹벽을 대상으로 하였으며, 높이 2.6m, 폭 5m, 뒷길이 6m로 실험벽체를 구축하고 현재의 설계기준에 부합하는 궤도를 부설하여 열차 하중을 재하하는 방식으로 실험을 수행하였다. 실험에서는 자중, 정하중 재하-제하, 동하중 재하의 3단계로 구분하여 벽체 변위, 벽체수평토압, 연직토압, 연직변위 및 지오그리드 변형율을 측정하였다. 정하중 재하실험은 최대 윤중 20tonf까지 4tonf씩 단계별로 하중을 재하한 후 제하하는 방식으로 동하중 재하 전·후에 대해 2회 실시하였다. 또한 동하중 재하시험은 하중진폭 5tonf～20tonf, 재하주파수 5Hz, 재하횟수 100만회를 반복재하하는 방법으로 수행하였다. 블록식 보강토 옹벽으로 지지된 철도노반에 대해 자중 및 열차 정·동하중 재하시험을 통해 벽체 변위와 지오그리드 변형율 및 벽체 변위와 수평토압을 측정하여 상관관계를 분석하였으며, 연직 및 수평토압의 측정결과를 기존 이론과 비교분석하였다. 또한 열차하중의 영향범위 및 최대 인장력 분포 등을 분석하여 열차 하중의 철도노반으로의 전달메카니즘을 규명하고자 하였다.