네일 설계, 이것만 알아도 쉽습니다.

안녕하세요. 지반설계 Note 윤대리입니다. 오늘은 네일 설계에 대한 일반적인 내용들을 한번 훑어보겠습니다. 복잡하고 어렵게만 느껴졌던 네일 설계, 오늘 알려드릴 내용만 숙지해도 정말 쉽고 편하게 느껴지실 거예요. 그럼 함께 보실까요?

 

 

 

 

 

 

 

네일 공법 개요

먼저 네일 공법이 무엇인지 모르면서 설계를 할 수는 없겠죠? 간단하게 네일 공법에 대해서 알려드리면서 설계하면서 짚고 넘어갈 부분들을 체크해 보겠습니다. 

 

네일의 시공방법과 보강 원리

네일은 보강이 필요한 지반에 천공을 하고 철근을 스페이서와 함께 삽입한 후 그라우팅을 채우는 방식으로 지반을 보강하는 공법입니다. 이때 앵커처럼 철근에 긴장을 주어서 구조적인 보강 효과를 주는 것은 아닙니다. 말 그대로 천공된 구멍에 철근을 삽입 후 그라우팅을 넣는 게 네일의 전부인 것입니다. 따라서 구조적인 보강이 아닌 지반 자체의 강도를 증대시키는 공법으로 생각하셔야 합니다. 

 

네일의 재료

따라서 네일 공법은 단순하게 표현하면 철근과 그라우팅으로 구성되어 있습니다. 그리고 설계에서 중요한 비중을 차지하고 있는 것은 네일에 사용하는 철근입니다. 철근은 일반적으로 KS규격에 해당하는 D29 이형철근을 사용합니다. 철근의 치수 및 규격이 중요한 이유는 프로그램에 입력하는 네일의 허용인장강도를 산정하기 위해서 철근의 단면적과 항복하중이 필요하기 때문이죠. 자세한 계산 방법은 아래에서 알려드리겠습니다. 

 

네일의 설계 특성치 및 허용인장강도 산정방법

해석프로그램에 보강재로서 네일을 적용할 경우 우선 네일에 대한 특성치(설계조건)를 입력해야 합니다. 이러한 특성치는 크게 분류하여 일반적인 네일 배치와 관련된 수평 간격, 네일 길이, 설치 각도 등과 보강력과 관련된 천공경, 인장강도, 전단강도 등이 있습니다. 이때 천공경은 일반적으로 105㎜를 적용하시면 됩니다. 전단강도는 Tresca 최대전단응력 이론(MSST)에 따라서 인장강도의 50% 이내에서 적용할 수 있습니다. 마지막으로 허용 인장강도 산정 방법은 다음과 같습니다.

• 허용인장강도(T, N) = 철근 단면적(A, ㎟) ×항복강도(fy, MPa)/안전율(F.S, 2.0)로 계산할 수 있습니다.

예를 들어서 D29, SD400 철근의 경우, 허용인장강도는 다음과 같이 산정됩니다.

• 642.4(㎟) × 400.0(MPa) / 2.0 = 128,480N = 128.48kN = 12.848 ton

 

 

 

 

 

 

 

파괴서클의 이동 

검토단면에 네일을 배치하고 프로그램을 돌려보시면 분명히 네일을 설치했는데 파괴서클이 네일의 밖으로 크게 돌면서 이동을 하는 경험을 하게 됩니다. 파괴서클 안쪽에 있는 네일은 안정성에 아무런 효과를 주지 않습니다. 하지만 잘못된 것이 아니고 당연한 현상입니다. 네일을 치면서 서클이 그려지지는 경우보다 네일 밖으로 서클이 돌아가는 것이 안전율이 작으니까 그렇게 그려지는 것입니다. 그럴 때는 먼저 네일 길이를 충분히 길게 빼서 파괴면에 걸릴 수밖에 없도록 조정해 보시면 좋겠습니다. 그렇게 네일을 지나가는데도 안전율이 안 나온다면 네일 설치 단수를 한 단씩 추가하시면서 몇 단을 배치하면 좋을지 먼저 찾아보시는 게 좋습니다. 그 후에는 네일 길이를 다시 줄이면서 최적화시키면 됩니다. 이렇게 여러 번 반복하면서 최적의 배치를 하셔야 합니다.

 

안전율이 안 나올 때 

안전율에 영향을 주는 인자를 알려드리겠습니다. 점검해 보세요. 

1. 지반 지층의 주면마찰저항력 - 높을수록 안전율 상승
2. 네일의 수평간격 - 좁을수록 안전율 상승
3. 네일 철근의 항복강도 - 350 MPa보다 400 MPa이 인장강도가 좋으므로 안전율 상승
4. 네일 길이-파괴서클에 걸릴 수 있도록 길이 조정
5. 네일 보강 단수-파괴서클에 네일이 더 많이 걸리게 단수 늘리면 안전율 상승

그 외에 수직간격은 안전율과 아무 상관이 없습니다. 하지만 비탈면 단면에서 국부적으로 보강이 필요한 곳이 있다면 그곳에 집중 배치 해주시는 게 좋겠습니다. 현황과 맞게 설계를 하는 것입니다.

 

비탈면 전개도에 배치할 때

기본적으로 작업순서는 이렇습니다. 비탈면 현장조사를 나가서 현재 현황을 파악하시면 여러 가지가 보입니다. 차별풍화가 일어난 위치나 국부적으로 풍화대가 존재하기도 하고 반대로 상태 좋은 암이 툭 껴있기도 합니다. 암이 좋은 위치는 네일보강 할 필요가 없으니 보강영역에서 제외하고 정말 보강재를 배치할 구간을 정해 줍니다. 보강구간 안에서 제일 불리한 단면을 선정해 그 단면으로 네일 보강 검토를 수행하는 것입니다. 여기까지 수행하시면 네일의 수평간격, 길이, 몇 단으로 보강할지 등이 결정됩니다. 이제 처음에 정해둔 보강영역에 검토된 수평간격과 단수에 맞춰 네일을 시스템 배치하면 되겠습니다. 이때 네일의 윗단과 아랫단을 바둑판 모양으로 사각배치하는 것보다 벽돌 쌓듯이 반정도 엇갈리게 삼각배치하는 것이 좋습니다.

 

네일 품질시험

네일 관련 품질시험은 인발시험만 기억하시면 됩니다. 시공된 네일에 대한 시험이며, 검증시험에 속합니다. 시험은 빈도수 기준을 파악하고 횟수를 산정하는 것이 중요합니다. 네일의 품질시험 빈도수 기준은 KCS 11 70 05 네일 시방서에 기술되어 있고, 간단히 설명하자면 보강면적이 800㎡까지는 최소 3회 실시, 이후 보강면적이 300㎡ 증가 시마다 1회 추가하도록 되어 있습니다. 

 

네일 인발시험의 단가

품질시험 단가는 견적단가로 처리하시면 됩니다. 저 같은 경우는 품질 시험 업체에 네일 인발시험 항목을 회당 견적서로 달라고 요청해서 받은 뒤 단가산출서 견적단가에 견적서를 첨부합니다.