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Tension & Soil Nailing 공법 (TSN)
  ● 공법 개요
 
토사층 및 암반층에 전단력과 인장력이 동시에 작용 되도록 Bar Type의 구조적 보강재와
PC 강,연선이 결합된 정착응력재를 삽입 설치하여 원지반의 전단강도 증가와 더불어
PC 강연선에 의한 Post-tentioned prestressing을 가함으로써 지반의 압촉력을 증대하는
방법으로서 암반사면, 토사사면 및 굴착 지반의 변위를 적극적으로 억지시키며 사면 및
지반보강 효과를 극대화시켜 경제성이 우수하도록 고안된 신개념 공법이다.
   
  ● Tension & Soil Nailing체
 
▶ TSN공 응력체
     
▶ 두부 부문   ▶ 끝단 부분 세부 구조도

   
   
  ● 공법 특징
 
  • Bar에 의한 전단력과 PC강연선에 의한 인장력이 동시에 작용(지반 압축력)하여 보강 효과가
    2배 이상 크게 작용. →활동 파괴의 억지 효과 우수
     • 휨 및 전단에 대한 저항력 증가 (수평 수직 변위 최소화)
   → 지반의 초기 변형 및 장기적인 Creep 변위를 억제
  • 보강효과가 확실하며 토사층 및 암반층에 관계없이 적용 가능
  • 기존 Soil Nailing 공법에 비하여 보강 효과가 (1본단 지지력)크므로 보강재의 설치
  간격(C.T.C)을 넓게 할 수 있어 경제성이 우수하다.
  • 기존 영구애커 공법은 정착장이 풍화암층 이상 이어야만 하나 TSN공은 정착장이 토사층 및
  암반층에 관계없이 적용이 가능
하다. 따라서 앵커공에 비하여 길이가 짧아짐으로 경제성이 우수하다 .
 
   
  ● TSN공법의 신개념 원리
 
공 법 규 격 내 용 (특징 및 장점)
Tension 공법 보강재 PC 강연선 (Ø12.7 mm)
응 력 보강재의 큰 응력이 작용
변위를 사전에 억지시켜줌(적극적 억제)
큰 인장력이 필요한 곳에 적용
적용효과 큰 인장력에 의한 지반 압축력 작용
지지구조 격자블럭 또는 수압판 구조
계단식 및 의지식 옹벽구조
(관입 전단파괴에 대한 안정성 확보)
 
 
공 법 규 격 내 용 (특징 및 장점)
Soil nailing
(Bar) 공법
보강재 이형철근 (Ø25mm ~ Ø29mm)
응 력 미세한 변위 허용 (수동적 억제)
보강재에 큰 응력이 작용하지 않음
(지반 자체가 강도를 발휘)
적용효과 Bar에 의한 전단력 작용에 따른 인장 저항력 효과
지지구조 소형 지압판 또는 경우에 따라 격자블럭 적용
 
   
  ● 해석 Program에 의한 안전율 비교(사면부)
  보강재의 간격 검토 (동일 안전율과 적용한 경우, 안전율:네일 1분 적용시인 안전율
0.83과 같은 경우의 TSN공법의 간격 검토
 
구분 해석 그림
네일허용인장력
11.2ton적용시
(네일간격1.5m)
F/S = 0.83
TSN공법 적용시
(간격 3.9m)
F/S = 0.83
* 간격(C.T.C) : 2배이상 증가 가능
일반네일 적용시보다 TSN공법을 적용하는 경우, 200%이상의 간격 증가 (C.T.C)가 가능하다.
단, TSN공법 적용 지반 조건을 고려할 때 이 보다 작은 범위에서 선정하여야 할 것으로 판단됨.
   
  ● 기존 Soil Nailing 및 영구앵커공법 문제점과 대책공법
 
No Soil Nailing 공법 문제점 영구앵커공법 문제점 대책방향 및 대책공법
1 Soil Nailing공은 지지판의 역할이 중요함에도
불구하고 표면보호 및 내적파괴의 지지역할에
한계가 있고 더욱이 Liner Screw를 인력으로
체결함으로써 지표면 파괴가 쉽게 발생한다.
정착지반이 암반일 경우에만 시공이 가능하며
또한 지지층이 깊게 분포할 경우에는 앵커체의
연장이 길어져야 한다. 따라서 공사비도 증가한다
Tension&Soil nailing공법(TSN공)은 토사층,
암반층 구분없이 적용이 가능하다. Tension
Soil Nailing 공법(TSN공)은 표층이 토사층일
경우에는 FFA공법과 병행시공됨으로 초기변형을
억제시키며 표면보호공 효과도 우수하다
2 허용변위가 크므로 초기변형에 신속하게
대처하지 못한다
지표면이 토사층일 경우 별도의 수압판이 필요하며
앵커 1본의 지지력이 크기때문에 앵커 1본의 지지력이
크기때문에 수압판의 크기도 커져야 한다.
TSN공은 FFA격자블럭공과 병행시공 되므로
하나의 합성구조체를 이루게 된다. 따라서
초기변형에 쉽게 대처할 수 있다.
3 지반과 띠장철근 및 지압판이 밀착 또는
일체화되지 못하여 우기시 지지판 배면의
토립자 이동이 쉽게 이루어져 표면파괴가
쉽게 발생한다.
영구앵커체는 장시간 지속될 경우 인장력이 감소하게
되며 지반 변위에 능동적으로 대처하지 못한다.
TSN공은 지반에 Nail의 전단력과 앵커의
인장력이 동시에 작용하므로 지반 변위에
능동적으로 대처하게 된다. 따라서 사면파괴
억지 효과가 무지 우수하다.
   
  ● TSN공법의 거동 특성
  TSN 하이브리드 공법은 초기에 프리스트레스를 가하며,앵커공법과 같이 선단에서부터 하중전이가 이루어진다(그림 b 참조).
이후 파괴면에서 하중이 발생하게 된다면 선단에서는 PC강연선에서 전해오는 하중으로 인하여 내하체에 압축력으로 작용되며,
전면에서는 그림 a 와 같이 칠근의 인장력에 의해 선단으로 하중이 전이되게 된다.
따라서 선단과 전면 모두 주변마찰력이 빌휘된다(그림C참조). 또한, 그림 d와 같이 선단에서익 압축력과 전면에서의 인장력이
중접되는 구간이 발생하여 전면에서부터 전이되어 오는 인장력이 감소하게 된다.
  ● 쏘일네일링 및 앵커의 주면마찰력 분포 및 TSN의 거동특성
 
(a) 쏘일네일링의 주면마찰력 분포
  (b) 앵커의 주면마찰력 분포
     
(c) TSN의 주면마찰력 분포
          (d) TSN의 거동 특성
   
 
      
   
  ● Tension & Soil Nailing(TSN) 공법의 내용
 
기존 공법의
문제접
종래에는 토사층과 암층의 구별 없이 절토사면에 전단저항력 증가 방법인 Soil Nail공법을
적용시켰으며 암반층에는 인장력을 가하여 지반 활동을 억지시키는 Earth Anchor 공법을 적용하였다.
그러나 Soil Nail공법은 stress를 가하지 않는 공법으로서 비교적 촘촘하게 시공됨으로 시공 수량의 증가로
인하여 공사비가 많이 증가됨은 물론,토사층에만 국한되지 않고 암반층에도 많이 적용되고 있는 접을
감안알 때 다양한 지층변화를 고려하지 않는 문제점이 있었다.
또한 Earth Anchor 공법도 지질조사가 이루어지지 못한 상태에서 복잡하고 다양한 지층여건에 유연하게
대처하지 못하는 어려움뿐만 아니라 공사비가 고가인 문제점이 있었다.
대 책 따라서 본 TSN공법은 기존에 적용된 전단력 증가 방법인 Soil Nail 공법과 인장력을 가하는 Earth anchor 공법의
장점만을 선정,기존 공법의 우수한 점인 전단력과 인장력을 동시에 작용시켜 사면활동 억지력을 최대한 발휘시키며
토사층 또는 암반층 등 지층 조건에 관계없이 대상 토층의 역학적 성질을 개선하여 지반보강 효과를 극대화 시킨
공법으로서 이에 따른 경제적 가치가 우수한 공법
이다.
 
      
   
  ● 텐션 네일(Tension & Soil Nailing) 공법 시공순서 (Flow Chart)
 
 
TSN공 삽입
  지지판 설치
     
격자블럭과 TSN공
          두부 전경
   
  ● TSN공법 시공전경
 
천공 전경
  천공 전경
  Tension&Soil Nail 조립전경
         
Tension&Soil Nail 조립전경
      Tension&Soil Nail 삽입전경
      Tension&Soil Nail 연결전경
         
Tension&Soil Nail 삽입완료전경
  Grouting 작업
  Grouting작업 완료 전경
         
FFA 격자블럭 및 지압판 설치
  인장 작업 완료 전경
  수평배수 및 유도배수공 설치전경
   
더블밀폐 압력식 Soil Nailing 공법
  ● 공법 개요
 
더블밀폐 압력식 Soil Nailing공법은 천공HoIe 최상단 직하부에 Packer를 설치하여 천공HoIe의 정착부 공벽을 완전히
밀폐한 다음 천공Hole의 최상단부와 Packer 상단부에 급결시멘트를 주입하여 천공HoIe 공벽을 더블 밀폐 시킨다.

더블밀폐 시킨이후 압력그라우팅(5~10kg/cm2 )를 실시하여 정착부에 주입재가 완전하게 주입되면
정착부의 유효직경 및 전단저항력이 증가되어 전체적인 사면의 안전율이 증가하게 되는 공법이다.
   
  ● 공법 특징
 
  • 이중밀폐식이므로 주입 압력 효과를 확실하게 기대할 수 있다.
• 주변지반의 절리면이나 파쇄대에 대한 압력주입 효과가 크다.
• 중력식 공법은 2~3회에 걸쳐 주입하게 되지만 더블밀폐 압력식은
    1회압력(5~10kg/cm2 ) Grouting으로 시공성이 향상된다.
• 토사지반의 유효경 증가와 암반의 불연속면 충진 효과가 우수하다
       
   1단계 - 1차 Packing        2단계 - 2차 Packing
   
       
  3단계 - 압력그라우팅        4단계 - 지압판 설치 및 두부정리
   
   
  ● Soil Nail 공법 비교표
 
구 분 더블 밀폐 압력식 쏘일네일링(기능) 중력식 쏘일네일링(일반)
개요도
공법 개요 • 원지반 전공후 전공 Hole부분에 1차 packer그라우팅을 하여 공벽을 밀폐
   시킨 후 2차굳 두부 부분을 완전 밀폐한 다음 압력 그라우팅을 실시하여
    정착부 의 유효직경 및 인발저항력을 증가시키고 이로인해 사면
    안전율을 증가시키는 공법
• 원지반 전공후 Nail(HD29)를 비교적 촘촘한 간격으로 지반에
   삽입한 후 그라우팅을 반복 실시하여 원지반의 전단강도를
   향상시키는 공법
시공 방법 • 천공후 이형철근 삽입
• 패커를 이용 1회 압력그라우팅 수행
• 천공후 이형철근 삽입
• 무압그라우팅으로 3~6회 반복그라우팅
시공 순서 ①천공    ②네일삽입    ③1차 패커 충전
④2차 두부 충전   ⑤1회 압력그라우팅   ⑥두부 정리
①천공     ②네일삽입    ③무압그라우팅(3~6회)
④지압판 설치
장/단점 • 밀폐성이 양호하여 원하는 압력상태가 가능하므로
    그라우팅 품질관리 용이
• 정착부의 유효경 확대로 인발저항력 증가
• 일반 쏘일네일링에 비해 전체 안전율이 증가하므로
   설치 본수 감소로 경제성 및 공기 유리
• 암반의 경우 절리면 충진효과 우수
• 패커충전을 위한 주입 공정 추가
• 3~6회 정도의 그라우팅을 실시하므로 고결시간이 길어
  공벽과 보강재 사이에 공극 발생
• 무압그라우팅으로 지반 공극 및 절리면으로 그라우트
   유실 위험
• 그아우팅시 유효경 확대에 따른 인발저항력 증가효과를
   기대할 수 없음
보강재 • HD29 이형철근 • HD29 이형철근
패커 • 특수 패커 • 패커장치 없음
그라우팅
주입재료
• 포틀랜드 시멘트 W/D=50% • 포틀랜드 시멘트 W/D=50%
그라우팅
주입압
• 5~10kg/cm2 , 1회 주입 • 무압주입 (3~6회)
간격 (예) • (C.T.C 1.5m x 1.5m) • (C.T.C 1.3m x 1.3m)
특 징 • 압력식 쏘일네일링 적용시
- 압력그라우팅으로 그라우팅 주입횟수 단축 (3~6회 -→ 1회) 및 그라우트 품질향상
- 그라우트 구근 확대 또는 절리면 충진으로 인한 인발저항력 증가로 설치공수 감소
- 중력식 대비 공사비 10% 감소,경제성이 우수한 공법
   
  ● 더블 밀폐 압력식 시공순서 및 시공전경
 
1.천공작업   2.Packer 및 Nail체 조립   3.Packer 및 Nail체 삽입
         
         
4.1차 Packer Grouting   5.1차 Packer 충진확인 (Over Flow)   6.패커 상단부와 지표면까지 2차 주입재 주입
         
         
7.정착부 압력주입   8.정착부 압력주입 충진확인   9.압력주입 (5~10kg/cm2)
         
         
10.압력주입 확인 (5~10kg/cm2)   11.주입압력 유지   12.지압판 및 두부정리
         
   
선단확장 지속형 Soil Nailing공법
  ● 공법 개요
 
SoiI Nailing체의 정착부에 장착된 확장체가 확장되면서 선단 확장체가 지반에 걸리거나 박혀 지반에 대해
지속적으로 인장 저항력을 제공함으로서 간단한 방법으로 지반 정착력 및 주변 마찰력을 향상 시킬 수 있는
선단 확장 지속형 Soil Nailng공법이다
   
 
● 선단확장 지속형 Soil Nailing 개념 모식도   ● 확장전•후 비교 구조
    
◆ 확장 전 모식도
 
◆ 확장 후 모식도

*천공경보다 120% 확장 가능
   
  ● 공법 특징
 
     • SoiI Nailing체의 선단부에 장착된 확장체를 간펀한 방법으로 확장시킬 수 있다.
• 확장된 확장체는 인발 저항이 지속되면 될수록 더 강한 저항력을 유지할 수 있다
천공경보다 악 120% 정도 확장시킬 수 있다.
설치가 용이하며 가정착이 가능하다.
• 확장 날개 외면은 톱니 형상으로 구성되어 있어 지반과 접촉 되었을 경우 미끄러짐 현상을 방지할 수 있다.
지반의 수동 저항을 증대시킨다.
   
  ● 시공순서 및 시공전경
 
정착 확장체 조립   확장체 조립 완성   확장체 삽입   확장체 기능유지