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지반앵커 설계 기준
1. 일반사항
1.1 목적
- 각종 구조물 보강 및 비탈면 안정성 확보를 위한 지반앵커 설계 기준 제시
1.2 적용범위
- 지반구조물 보강을 위한 앵커 설계에 적용
1.3 참고 기준
- 관련 법규: 내용 없음
- 관련 기준: KDS 11 90 00 비탈면 내진설계기준
1.4 용어의 정의
- 영구앵커: 구조물 내구연한 동안 사용되는 앵커 (일반적으로 2년 이상)
- 가설앵커: 가설 목적으로 2년 미만 사용되는 앵커
- 인장재: PS강선, PS강연선, PS강봉 등 긴장력 전달하는 인장 부재
- 정착장: 지반에 앵커력 전달하는 정착 길이
- 자유장: 앵커 정착부에 힘이 전달되도록 인장재가 피복에 감싸져 그라우트와 분리된 부분
- 여유장: 앵커 긴장력 도입 부분, 실린더 및 정착구 설치 위한 최소 길이
- 앵커체: 지중에서 인장재 고정하는 몸체 (압축형 앵커에만 해당)
- 앵커두부: 자유장부에 설치되는 정착구, 긴장력을 수압판에 효과적으로 전달
- 정착구: 인장재에 긴장력 유지하도록 정착하는 부분, 인장재와 쐐기를 수용하는 공간
- 수압판 (지압판): 자유장부에 설치되는 정착구 아래를 받쳐 앵커력을 구조물 또는 지반에 전달하는 판
- 피복 (인장재, 강선): 인장재가 그라우트와 부착되지 않도록 씌운 피복
- 긴장력: 앵커 인장재에 프리스트레스를 가했을 때 인장재 내부에 가해진 힘
- 앵커력: 인장재의 긴장능력, 지반 저항능력, 그라우트 강도 등에 의해 결정되는 실제 가할 수 있는 앵커의 힘
- 설계앵커력: 구조물 설계기준 안전율 확보에 요구되는 앵커력
- 잔존앵커력: 앵커 사용기간 중 인장재에 작용하는 앵커력
- 릴랙세이션: 시간이 지남에 따라 일어나는 인장재 응력 감소
- 크리프: 앵커력을 일정하게 유지했을 때 시간이 지남에 따라 앵커체 및 주변 지반에서 일어나는 장기적 변형
- 진행성 파괴: 극한 전단 저항이 파괴면을 따라 점진적으로 분리되는 파괴, 정착장 주면에서 발생
1.5 기호의 정의
- 내용 없음
1.6 시설물의 구성
- 지반앵커는 구조물을 지반에 안정시키기 위해 고강도 인장재를 사용하여 구속력 또는 선행하중을 가하는 구조부재
- 정착장, 자유장, 여유장 등으로 구성
1.7 해석과 설계 원칙
1.7.1 앵커의 설계 목적
- 앵커로 보강된 지반구조물의 장, 단기적 안정성 확보
1.7.2 앵커의 설계 원칙
- 설계 수명기간 동안 지반구조물 파괴 및 변형, 앵커 구성 요소 파손 발생하지 않아야 함
1.8 설계 고려 사항
- 앵커 간격과 길이는 지반구조물 전체 안정성 고려하여 결정, 적절히 분산 배치
- 지반 내 구조물, 말뚝, 지중 시설 존재 시 위치 고려하여 설치
- 정착 지반의 장기적 안정성, 부식 안정성, 공사 후 유지관리 방법 검토
- 좌대 및 지압판은 설계 정착력에 대한 강도 확보, 유해한 변형 발생하지 않도록 설계
- 정착부는 가상 활동 파괴면 밖에 위치, 자유장은 가상 활동 파괴면으로부터 1.5m 또는 굴착깊이에 0.15 H (H=굴착깊이)를 더한 값 중 큰 값 적용 (최소 4.0m 이상)
- 정착장은 내적 안정 해석에서 계산된 설계 인장력 확보하는 길이 (토사층에서 최소 4.0m 이상)
- 정착장이 10m 이내인 경우 진행성 파괴 검토 생략 가능
- 지반앵커 설치 각도는 수평면에 대하여 10° 이상
- 느슨한 모래층 혹은 연약한 점성토층에 정착장 설치 시 설계 앵커력 확보 대책 강구
2. 조사 및 계획
- 내용 없음
3. 재료
3.1 일반사항
- 내용 없음
3.2 재료 특성
3.2.1 인장재와 정착구
- 인장재는 KS 규정된 고강도 강재 사용 (강선, 강연선, 강봉 등)
- 정착구는 앵커 긴장력 견딜 수 있는 재료, 장기적으로 앵커 긴장력 보존 가능한 구조 사용
- 영구앵커는 재긴장 가능한 형식의 정착구 사용 또는 재긴장 가능한 인장재 길이 여유 있게 확보
- 인장재 및 정착구는 부식에 강한 재료 또는 구조 사용
3.2.2 그라우트
- 시멘트 그라우트 및 기타 시멘트 혼합재 사용
- 필요한 강도와 내구성, 인장재와 정착 지반 사이 틈을 꽉 채울 수 있는 성질 갖추어야 함
4. 설계
4.1 검토 항목
- 앵커보강 지반구조물 전체 안정성
- 앵커 내적 안정성
- 지압판 설계
- 전면벽체 설계
4.2 안전율 기준
- 앵커보강 지반구조물 안정 해석에 적용하는 안전율 기준은 아래 표 참조
- 표 4.2-1 앵커보강 비탈면 안전율
- 표 4.2-2 앵커의 극한 인발력에 대한 기준 안전율
- 표 4.2-3 앵커의 허용 인장력
- 안전율은 크리프 변형이 문제가 되는 지반, 반복 하중을 받는 경우 지질 조건을 충분히 검토하여 결정
4.3 앵커의 내적 안정 해석과 설계 앵커력 결정
- 내적 파괴 형태 고려하여 해석 (앵커 인장재 파단, 그라우트와 지반 사이 파괴, 그라우트와 인장재 사이 파괴, 앵커체 군효과)
- 설계 앵커력은 내적 파괴 형태 고려하여 계산된 최소 허용 앵커력
4.4 앵커보강 지반구조물 안정 해석
- 지반구조물 파괴 형태에 따라 예상 파괴면에서 앵커보강에 의한 저항력 고려하여 실시
- 예상 파괴면에서 앵커 저항력은 내적 안정 해석에서 계산한 허용 인장력과 허용 인발력 중 작은 값 사용, 전단 저항력은 고려하지 않음
- 안정 해석은 앵커로 보강된 구간의 내부와 외부 발생하는 모든 파괴 형태에 대하여 안정하도록 앵커 길이와 간격을 조절하여 반복적으로 수행
4.5 초기 긴장력 설정
- 보강하고자 하는 지반 특성과 전체 안정성 고려하여 결정
- 앵커 저항 개념, 인장재 정착 직후 긴장력 감소, 정착 지반 크리프, 인장재 릴랙세이션 등 고려
4.6 지압판 설계
- 강판, 프리캐스트 콘크리트, 현장 타설 콘크리트 등 사용 가능
- 앵커 긴장력이 지반구조물 표면에 고르게 전달되도록 앵커두부에 설치하는 구조물
- 지반구조물 표면과 밀착, 긴장력 충분히 견딜 수 있도록 설계
4.7 전면벽체 설계
- 콘크리트 뿜어붙이기, 현장 타설 콘크리트, 프리캐스트 콘크리트, 강재 등 사용 가능
- 개별 연직 벽체 요소 최대 간격은 연직 요소와 전면벽체 상대 강도, 지지해야 할 토질 상태, 연직 벽체 요소 매입될 지반 상태에 기초하여 결정
- 지반 아칭 현상 고려, 요소와 요소를 단순 지지로 가정, 여러 개의 요소에 걸쳐 연속 지지로 가정하여 설계
- 목재 전면벽체 사용 시 응력 등급별 압력 처리된 목재 사용, 부패 위험에 적합한 종류의 목재 사용
4.8 내진 설계
4.8.1 내진 설계 여부
- 앵커로 보강된 비탈면 내진 설계는 보강되지 않은 비탈면 내진 설계 여부에 따라 결정, KDS 11 90 00 비탈면의 내진 등급 참고
- 지진 시 안정 해석은 KDS 11 90 00 참조
4.8.2 지진 시 안정 해석
- 내적 안정과 외적 안정성 검토
- 지진 하중은 파괴 토체 자중과 지진 계수를 곱한 등가 지진력으로 고려, 파괴 토체 중심에 횡방향으로 작용시킴
- 지진 계수는 KDS 11 90 00 설계 지반 운동에서 제시하는 지반 가속도 계수(A) 이용
참고: 위 내용은 지반앵커 설계 기준의 일부분이며, 실제 설계 시에는 해당 기준 및 관련 법규, 지질 조건, 구조물 특성 등을 종합적으로 고려하여야 합니다.
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