2014 년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집 KSR2014A304

짧은 보강재를 적용한 철도노반 설계 및 시공

Design and construction of reinforced subgrade with short geogrid for railways 김대상*†, 박성용**, 최승선***, 조성태****

Dae Sang Kim*†, Seong-Yong Park**, Seung sun Choi***, Seong Tae Cho****

Abstract The reinforced subgrades with short geogrid were designed and constructed. This design and construction methods use 30~40% of wall height as a reinforcement length, while the domestic standard apply with 0.7H reinforcement length. First of all, an analytical approach using short geogrids was introduced considering construction loading states. The design was performed with RSR(Reinforced Subgrade for Railways) program developed by KRRI. Two full-scale railroad subgrades were constructed to evaluate the safety of the reinforced subgrades. One was back-to-back type with 5m*6m*20m(H*W*L), the other with 7m*11m*40m(H*W*L) was the type constructed on an existing railway slope. We found that the reinforced subgrades with short geogrids have an enough safety.

Keywords : Short geogrid, Reinforce roadbed with rigid face, Railway slopes 초 록 단선 철도 노반과 기존 선로 법면에 짧은 보강재를 적용한 강성벽 일체형 철도

노반을 설계 및 시공하였다. 국내에서 사용되고 있는 보강노반이 높이의 70%(0.7H) 수준의 보강재 길이를 적용하는데 비교하여, 본 설계 및 시공에서는 벽체높이의 30~40%(0.3~0.4H) 수준의 보강재를 사용하여 보강노반을 설계하고 시공하였다. 우선 짧은 보강재 적용에 대한 이론적 고찰을 실시하였다. 설계는 한국철도기술연구원에서 개발한 RSR(Reinforced Subgrade for Railways)를 사용하였으며, 연구원 부지내에 높이*폭*길이(5m*6m*20m)의 실물 단선용 철도노반과 장항선 주포역 인근에 철도법면을 활용한 높이*폭*길이(7m*11m*40m)의 노반 2개소를 시공하고 안정성을 확인하였다.

주요어 : 강성벽 일체형 보강노반 , 짧은 보강재, 철도 법면

1. 서 론

높이의 35% 수준의 짧은 보강재를 사용하는 강성벽 일체형 철도보강노반은 노반 건설 시

용지 사용을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 또한, 토공을 선 시공한 후 벽체를 후 시공함

으로써 토공에서의 잔류침하를 최소화할 수 있다는 장점도 있다. 한국철도기술연구원에서는

철도보강노반 공법의 철도분야 적용을 위하여 철도보강노반의 장점은 부각시키고, 단점을

최소화하기 위한 연구를 수행하였다. 본 논문에서는 짧은 보강재를 적용하여 설계, 시공된

강성벽 일체형 철도보강노반을 소개하고자 한다.

*† 교신저자: 한국철도기술연구원 고속철도연구본부 (kds@krri.re.kr)

** 한화건설 기술연구소 *** 한국도시철도시설공단 영남본부 **** 한국철도공사 천안시설사업소

2. 본 론

2.1 강성벽 일체형 철도보강노반의 짧은 보강재 설계

국내 보강토 옹벽 설계기준에서는 보강재의 길이는 전면판 기초로부터 벽체높이의 0.7배

이상이어야 하며, 최소 2.5m보다 길어야 한다고 규정하고 있다. 국내 기준은 영구구조물로

서의 보강재 설치 기준으로 벽체와 보강재가 일체화되어 저항하는 강성벽체를 적용하는 경

우에는 다르게 적용할 필요가 있다.

짧은 보강재를 적용하는 강성벽 일체형 철도보강노반은 토공 구축 후 일정기간 방치기간

을 두고 벽체를 시공하는 단계시공을 실시하기 때문에 시공 중 및 방치기간 중에는 강성벽

이 없는 상태인 임시구조물이며, 벽체가 시공 된 이 후는 영구구조물로서 안정에 대한 검토

가 필요하다. Fig.1은 철도보강노반의 시공 중 안정검토를 보여준다. 경계면 ab에서 전단저

항력 Si가 발생하며 Si가 작용토압보다 큰 경우 하부요소에 힘을 전달하게 된다. 요소 i 에

서의 작용 수평토압(ΣPa)에 대하여 경계면 ab에 발생하는 흙의 전단저항력(Si)이 소정의

시공 중 안전율(1.1)을 만족하면 시공 중 안전성이 확보된다. 이를 수식으로 표현하면 식

(1)과 같다.

T

T

T

T

T1

2

i

i+1

n

Sn

Si+1

Sia b

c

f

g

d

e

h

Hi

L

q

Pan

Pai

Ka·H·γ Ka·q

Fig. 1 Evaluation of stability during construction

Fig. 2 Minimum reinforcement length during construction

(1) 여기서, γ : 토체의 단위체적 중량, Φ : 토체의 내부 마찰각, q : 시공 중 상재하중

식 1에 γ=20kN/m3, Φ=30 을 적용하고 q의 값을 각각 5, 10, 15, 20kN/m2을 적용했을 때에

대해 그래프로 나타내면 Fig.2와 같다.

2.2 짧은 보강재를 적용한 강성벽 일체형 철도보강노반의 시공

2.2.1 단선용 철도노반

짧은 보강재를 적용한 시공 안전성을 확인하기 위하여 철도 노반 건설을 가정하고, 높이*폭

*길이 5m*6m*20m인 철도노반을 설계 시공하였다. 사용된 짧은 보강재 길이는 높이의 30%, 35%,

40% 인 1.5m, 1.75m, 2m를 각 각 적용하였다. 1층 두께 0.3m와 0.4m 2개의 노반을 조성하였으

며 철도노반의 단면도는 Fig.3과 같다.

490

50

550

10

(a) 0.3m Layer Thickness

(b) 0.4m Layer Thickness

Fig. 3 Designed section of subgrade

Fig. 4 View after construction Fig. 5 Horizontal displacement during and after construction

Fig.4는 단선용 강성벽 일체형 철도보강노반의 시공 완료 후 전경이다. Fig.5는 2.8m 높이

에서 토체의 수평변위를 나타낸 그래프로 최대 29mm의 수평변위가 발생한 것으로 측정되었다.

이는 토체 높이의 0.6%에 해당하는 수준으로 일반적인 보강토 옹벽의 허용 수평 변위기준

0.03H(150mm)를 크게 밑도는 수평변위를 보였다.

2.2.2 철도법면을 활용한 철도노반

장항선 주포역 인근에 철도법면을 활용하여 높이*폭*길이(7m*11m*40m)의 강성벽 일체형

철도보강노반을 시공하였다. 사용된 짧은 보강재의 길이는 높이의 40%인 2.8m를 적용하였다.

1층 두께 0.4m로 17단을 시공하였다. Fig.6은 법면에 적용된 강성벽 일체형 철도보강노반의

단면도, Fig.7은 시공완료 후 전경이다.

Fig. 6 Designed section of subgrade

Fig. 7 View after construction

3. 결 론

짧은 보강재를 적용한 보강노반의 시공 중 안전성을 평가하기 위하여 이론적 고찰 및 시

험시공을 실시하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1) 강성벽 일체형 철도보강노반의 설계시 다음 식에 의하여 시공 중 안정성을 평가하며

따라서 국내 설계기준(0.7H)보다 짧은 보강재의 적용이 가능하다.

2) 단선용 강성벽 일체형 철도보강노반을 시공하고 시공 중 및 시공 완료 후 토체의 수평

변위를 측정한 결과 국내 허용수평변위 기준에 비해 상당히 작은 수평변위가 계측되

어 짧은 보강재의 적용 가능성을 확인하였다.

3) 철도 법면을 활용한 강성벽 일체형 철도보강 노반을 시공하여 철도 법면에 적용 가능

성을 확인하였다.

참고문헌

[1] Associations of RRR (2001) RRR-B design and construction manual

[2] Korea Railway Network Authority (2011) Railway design standard for roadbed, pp. 6-11..

[3] Tatsuoka, F., Tateyama M., Uchimura T. and Koseki J. (1997) Geosynthetic-reinforced soil retaining

walls as important permanent structures(1996-1997 Mercer Lecture), Geosynthetics International, Vol.4, No.2 pp. 81-136.