연약지반 토목섬유(PP, PET) 설계기준 검토(한국도로공사 설일16210-167)

1. 검토목적

현재 연약지반 시공시 사용되고 있는 토목섬유 중 PP, PET MAT에 대하여 설계방법, 재료의 시방, 명칭 등을 명확히 규정하여 향후 효율적인 설계를 도모코자 함.

 

2. 토목섬유의 기능 및 종류

가. 기능

- 배수기능

- 보강기능

- 필터기능

- 분리기능

 

나. 종류

1) 재료에 따른 분류

- PP(Polypropylen)

- PET(Polyester)

- PE (Polyethylen)

 

2) 직조에 따른 분류 직포

(1) 직포(Woven)

섬유를 직각으로 교차시켜 엮은 것으로 절단 후 외력이 가해질 경우 절단 부위 주변이 흩어져 형상유지가 어려움

 

(2) 부직포(Non-woven)

섬유를 일정한 방향없이 배열 결합시킨 것으로 직포에 비하여 인장 강도는 떨어지나 충격 흡수성이 좋으며 신도가 좋아 꿰뚫림이나 파열에 강하고 공극이 풍부하여 필터재, 배수재, 분리재, 보강재 등에 광범위 하게 사용됨.

 

(3) 압출성형물

PP, PET 등의 고분자 재료를 용융 압축하여 격자식 또는 판상으로 만든 것으로 연약지반 보강이나 제방의 안전성을 높이기 위해 사용됨

 

(4) 복합포

직포와 부직포를 조합한 것으로 기능이 우수하나 가격이 고가임

 

3. 설계기준 검토

가. PP, PET 매트개요

(1) PP(Polypropylen) 매트

연약지반 시공에 있어 초기에 장비진입시 Trafficability 확보를 위하여 부설되는 Sand Mat와 원지반 사이에 부설되며 현재 인장강도 5T/M의 직포를 사용하고 있음.

- 기존 연약지반과 Sand 층의 혼합을 차단 Sand Mat의 기능유지 도모

- 장비 초기 진입시 필요한 Trafficability 증진

- 지반의 지지력 향상

- 여과층으로서 배수효과 증진

 

(2) PET (Polyester) 매트

연약지반 성토시 성토제체의 안정성을 높이기 위해 성토제체 중간에 부설되며 고강도의 직포(5-30 T/M)를 사용하고 있음.

- 연약지반 성토시 지지력 증대 및 사면안정

- 연약지반 성토시 통행성 확보

- 성토기층의 안정 도모

 

나. PP MAT의 강도산정 방법

(1) 현행방법

- 현행 설계시는 해당 연약지반의 특성과 관련한 별도의 검토과정이 없이 과거 경험치에 의해 인장강도 5T/M의 PP 직포매트를 Sand층 아래에 부설하여 trafficability를 확보토록 설계

 

(2) 개선방안

- SELLMEJER의 공식을 이용 소요인장 강도를 산출할수는 있으나 동공식에 입력되는 변수의 한계가 모호하여 실용적인 측면에서 사용이 어려운 실정임

- 또한 현재설계에 반영되고 있는 인장강도 5T/M의 PP매트는 공사현장에서 시공에 별무리가 없는 것으로 판단되므로 별도의 산정방안이 나올때까지 경험치에 의존하여 현행 5T/M로 설계함이 바람직할 것으로 판단됨

 

다. Sand Mat의 두께 결정 방법

(1) 현행방법

- 현행 설계시 해당 연약지반의 특성과 관련한 별도의 검토과정없이 50cm 두께의 Sand층으로 일률적으로 설계

- 부분적으로 Yamanouchi 식을 이용한 검토사례가 있으나 실용적인 측면에서 적용이 어려움

 

(2) 개선방안

- 일본도로공단 제시방법인 "표증의 콘 지지력에 의한 방법"과 최소 배수 단면 결정에 필요한 "동수 구배차에 의한 방법"을 통하여 소요두께 결정

 

라. PET MAT의 강도산정 방법

(1) 현행방법

PET MAT 강도산정시 Sand층 아래에 위치한 PP매트의 인장강도를 일부 반영하고 있는 사례가 있으나 PP매트는 Sand Pile등 지반처리공 시행시 파손(구멍)되어 실제 강도 발휘가 어려움.

 

(2) 개선방안

성토시 PP매트의 인장강도는 사면안정에 일부 보강기능율 발휘할 것으로 예상은 되나 연약지반 설계시공의 불확실성에 따른 부실시공 발생을 고려하여 PET매트의 강도 산정시 PP매트의 인장강도를 반영치 않으므로서 성토시의 사면안정에 잉여의 보강기능으로 작용할 수 있도록 안전측으로 설계

 

4. 재료시방 검토

가. 토목섬유 재료시방

(1) 현행

- 현재의 특별시방서 중 재료에 대하여는 인장강도, 봉합강도, 인장신도, 투수계수 등 4가지 항목만을 규정하고 있으나

- 이는 한국원사직물 시험검사소 등 전문시험기관에서만 품질검사가 가능한 것으로 현장에서의 검사는 불가능한 여건임.

 

(2) 개선방안

- 재료에 대한 시방기준에 "중량"을 추가하여 현장에서도 부분적으로 품질검사가 가능토록 하므로서 불량자재 반입에 따른 부실시공 예방 도모

 

나. 사면안정 보강용 토목섬유 명칭 조정

(1) 현행

- 성토시 사면안정 보강용 MAT에 PE와 PET를 혼용하고 있어 현장에서 혼란 초래

- 실제 성토시 사면안정 보강용으로 사용되는 재료는 Polyethylene(PE)이 아닌 고강도의 Polyester(PET) 임

 

(2) 개선방안

특별시방서 등 설계도서에 사용되고 있는 PE MAT를 PET MAT로 변경

 

5. 검토결론

(1) PP MAT의 인장강도는 실용적인 산정 방안이 제시될때까지 경험치에 의거 5T/M으로 설계반영

 

(2) Sand MAT의 현행 설계시 구체적 적정두께 산정 방법이 제시되어 있지 않은바 해당 연약지반 특성에 따른 적정설계가 시행될 수 있도록 CONE지지력 시험 및 동수구배차를 이용하여 설계추진

- SAND MAT의 적용두께 산정을 위한 표층의 콘 지지력 시험을 추가 시행토록 과업지시서 보완

 

(3) 사면안정 검토시 PP 매트의 인장강도는 연약지반 설계시공의 불확실성에 따른 부실시공 발생을 고려 사면안정에 잉여의 보강기능으로서 작용할 수 있도록 무시하고 안전측으로 설계

 

(4) 토목섬유 재료시방에 있어 현장에서도 품질검사가 가능토목 "중량" 조항 추가

 

(5) 사면안정 보강용 토목섬유의 명칭으로 일부 사용되고 있는 "PE MAT (Polyethylene)"을 "PET MAT(Polyester)"로 변경하여 용어를 정립함으로써 토목섬유 사용에 따른 현장에서의 혼란 해소

 

연약지반 토목섬유(PP, PET) 설계기준 검토(한국도로공사 설일16210-167).pdf

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