A Study on the Deformation Characteristics on Underground Pipe to Backfill Material Types Using Finite Element Method

유한요소해석을 통한 되메움재 종류에 따른 지하매설관의 변형 특성 연구

  • 변요셉 (한양대학교 공과대학 토목공학과) ;
  • 안병제 (한양대학교 공과대학 토목공학과) ;
  • 강병주 (한일건설주식회사) ;
  • 천병식 (한양대학교 공과대학 토목공학과)
  • Received : 2008.12.29
  • Accepted : 2009.07.13
  • Published : 2009.08.01

Abstract

When underground pipe is installed, backfill materials need proper compaction. But in case of circular underground pipe, compaction of backfill material is difficult and compaction efficiency is poor at beloe the pipe. It caused the stability of underground pipe is reduced and various damages occurred. One of the solutions to solve this problem for underground pipe is to use controlled low strength material (CLSM). CLSM is made by concept of low strength concrete, which is applied to geotechnical engineering field. The representative characteristics of CLSM are self-leveling, self-compacting and flowability. In addition, its strength can be controlled and its construction method is simple. The behavior of underground pipe was investigated by finite element analysis for various backfill materials under same condition. As a result, in case of using the CLSM as backfill material, surface settlement and displacement of pipe are reduced comparing with those in case of using field soil or sand.

지하매설관 설치시 매설관 아래의 베딩면 상부 되메움재는 적절한 다짐이 필요하다. 그러나 원형매설관 설치시 기존 시공법의 경우는 관 하부의 다짐이 어렵고, 또한 다짐효율이 떨어져서 지하매설관의 안정성을 저감시키며, 이로 인하여 매설관의 파손이 발생한다. 이러한 지하매설관 되메움시 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 방법 중의 하나가 유동성 채움재(CLSM)를 이용하는 것이다. 유동성 채움재는 저강도 콘크리트 개념을 지반공학에 적용하여 만들어진 것이다. 이의 대표적인 특성은 자기수평화(self-leveling), 자기다짐(self-compacting), 유동성(flowablility), 인위적인 강도조절, 시공단계를 줄여 시공비 절감이 가능하다는 것이다. 따라서, 본 논문에서는 유한요소해석을 수행하여 동일한 조건에서 현장발생토, 일반모래, 유동성채움재를 되메움재로 사용하였을 경우의 거동을 비교 분석하였다. 그 결과 되메움재로 유동성채움재를 사용하는 경우가 현장발생토사나 일반모래를 사용한 경우보다 지표침하 및 매설관의 변위를 감소시키는 것으로 나타났다.

Keywords

References

  1. 박상원 (2005), 되메움 지반에서 매설관에 작용하는 연직토압에 관한 연구, 석사학위 논문, 한양대학교, pp. 43.
  2. 박재헌, 이관호, 조재윤, 성상규 (2003), 유동성 채움재를 이용한 지하 매설관의 변형특성 연구, 한국도로포장공학회 논문집, 제5권 2호, pp. 25-35.
  3. 송창섭 (2005), 현장발생토사 CLSM을 이용한 유리섬유 복합관의 거동특성에 관한 연구, 석사학위 논문, 경성대학교, pp. 58.
  4. 이관호, 이인모, 조재윤, 윤여준 (1999), 유동성 뒷채움재로 사용하기 위한 플라이애쉬-폐주물사 혼합재료의 특성 연구, 한국지반공학회 정기 봄학술발표회 논문집, pp. 489-496.
  5. 이관호, 조재윤, 신현무, 김남호 (2001), 폐주물사 및 방식사를 이용한 유동성 채움재의 최적배합설계 다짐특성연구, 폐기물학회지, 18권 4호, pp. 389-396.
  6. 이관호, 조재윤, 조윤호 (2002), 폐주물사를 이용한 유동성채움재의 절토구간 옹벽 뒤채움시 사일로토압 및 토압경감효과 연구, 한국도로포장공학회 논문집, 제4권 2호, 통권12호, pp. 19-32.
  7. 이상덕 (2000), 지중 박스 구조물에 작용하는 토압, 한국지반공학회논문집, Vol. 16-1, No. 2, pp. 243-250.
  8. 이제형 (2003), 좁게 되메움된 공간에서의 매설관에 미치는 연직토압에 관한 연구, 공학대학원 석사학위 논문, 삼척대학교, pp. 1.
  9. 정진호 (1998), 금속-폴리에틸렌 복합관의 뒤채움하중에 관한 연구(1), 대한토목학회지, 제 18권, 제 III-5호, pp. 609-624.
  10. 6조재윤, 이관호, 이인모 (2000), 유동특성을 이용한 폐주물사 혼합물의 옹벽뒷채움재 연구, 한국지반공학회 논문집, Vol. 16, No. 4, pp. 17-30.
  11. 최남훈 (2004), 현장발생토사 CLSM을 이용한 지하매설관의 거동특성 분석, 공학대학원 석사학위 논문, 한양대학교, pp. 30-37.
  12. Bolton, M.D. (1986), The strength and diatancy of sands, Geotechnique, Vol. 36, No. 1, pp. 65-78. https://doi.org/10.1680/geot.1986.36.1.65
  13. Janssen, H.A. (1895), Versuche uber Getreidruck in Silozeuen, Z. Ver. Deut Ingr. Vol. 39, pp. 1045 (partial English Translation in Proceeding of the Institute of Civil Engineers, London, England, pp. 553).
  14. Marston, A. and Anderson, A.D. (1913), The Theory of Loads on pipes in ditches and test of cement and clay drain tile and sewer pipe, Iowa Engineering. Experiment Styation Bull., Iowa State College Ames. Iowa, No. 31, pp. 181.
  15. Naik, T.R. and Singh, S.S. (1997), Permeability of Flowable Slurry Materials Containing Foundry Send and Fly Ash, ASCE, Vol. 123, No. 5, pp. 446-452.
  16. Spangler, M.G. (1948), Underground conduits - An Appraisal of modern Research, Transactions of ASCE. Paper, Vol. 113, No. 2337, pp. 316-345.
  17. Spangler, M.G. and Handy, R.L. (1982), Soil Engineering, 4th Ed., Harper and Row Publishing, Inc., New York, NY. pp. 819.