원형수직구에 설치된 강성 흙막이벽에 작용하는 토압에 관한 연구

Abstract

현재 수직구의 설계에서 흙막이벽체에 작용하는 토압은 정지 또는 주동토압이 주로 적용되고 있다. 그러나 기존의 여러 연구자들은 수직구의 원통형벽체에 작용하는 토압은 응력이완에 의한 굴착면의 변위발생과 아칭효과로 인하여 평면변형조건의 주동토압 보다 작은 토압이 작용할 것이라고 지적하였다. 또한 기존의 원형수직구 흙막이벽에 대한 대부분의 연구는 엄지말뚝과 토류벽콘크리트와 같은 연성벽체에 대한 것으로 Diaphragm wall과 같은 강성벽체에 대한 연구는 거의 전무하다. 강성벽체의 경우는 시공방법이나 벽체변위가 연성벽체의 경우와 다르기 때문에 작용하는 토압도 다를 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 사질토 지반의 원형수직구에 설치된 강성흙막이벽에 작용하는 토압을 연구하기 위하여 변형구속법을 이용하여 산정한 깊이별 토압과 원형수직구에 설치된 강성흙막이벽을 모사한 실내모형실험을 수행하여 계측된 변형률로 토압을 환산하여 이를 비교·분석하였다. 실내모형실험을 통하여 굴착순서에 따른 변형률 변화, 토압분포를 확인한 결과, 변형구속법에 의한 토압분포는 계측값과는 전반적으로 일치하였고, 정지토압의 약 85%, 주동토압의 약 140% 정도의 값을 나타내었다. 또한 변형률 및 토압은 최종 5단 굴착시 급격히 감소하는 양상을 보였는데 이는 하부 미굴착 지반의 지지에 의해 벽체 하부에 작용하는 토압이 작아지는 것에서 기인한 것으로 판단되었다. 결과적으로 제안된 평형토압을 적용함으로써 원형수직구에 설치되는 강성벽체(Diaphragm wall) 설계시 주로 사용되는 정지토압보다는 경제적인 설계가 될 수 있으며, 주동토압을 적용하는 것은 불안전한 설계를 초래할 수 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 벽체 하단의 토압감소효과는 고려하지 못하는 것으로 나타났다.; At-rest and active earth pressure in plane strain condition have been applied to the design of cylindrical retaining walls. But many researchers have indicated that the earth pressure on the cylindrical retaining walls would be smaller than that in plane strain condition due to wall deformation and stress relief. In addition, most of the previous studies on cylindrical vertical shaft earth retention wall were about flexible walls such as H-pile and retaining wall concrete. There has been almost no studies on rigid walls such as Diaphragm wall. For rigid walls, the construction method and modes of wall movement vary from those of flexible walls. Thus, it is presumed that the working earth pressure might vary as well. In this study, in order to inquire into the earth pressure working on the rigid earth retaining wall installed on the cylindrical vertical shaft in cohesionless soils, we compared and analyzed the earth pressures at different depths calculated using the convergence confinement method(CCM) and the earth pressures converted by the deformation ratio measured through conducting laboratory model tests which stimulates the rigid earth retaining wall installed on the cylindrical vertical shaft. Through the laboratory model tests, we checked the changes in the deformation ratio and the earth pressure distribution according to the excavation orders and the result of the test, the earth pressure distribution obtained through the CCM generally coincided with the measured value. Also, the value was approximately 85% of the at-rest earth pressure and approximately 140% of the active earth pressure. Moreover, the deformation ratio and the earth pressure decreased radically during the final 5th excavation. We concluded that this was resulted from the working earth pressure on the bottom of the wall being decreased due to the support of the unexcavated soils at the bottom. As a result of the test, to apply the proposed equilibrium earth pressure can be more efficient than at-rest earth pressure which is usually used for the design of rigid walls installed at the cylindrical vertical shaft, and to apply the active earth pressure can cause the unsafe design. But the proposed equilibrium earth pressure seemed that the effect of the earth pressure decreased at the bottom of the model wall was not taken into consideration.