A Study on Pullout-Resistance Increase in Soil Nailing due to Pressurized Grouting

Pressurized grouting is a common technique in geotechnical engineering applications to increase the stiffness and strength of the ground mass and to fill boreholes or void space in a tunnel lining and so on. Recently, the pressurized grouting has been applied to a soil-nailing system which is widely used to improve slope stability. Because interaction between pressurized grouting paste and adjacent ground mass is complicated and difficult to analyze, the soil-nailing design has been empirically performed in most geotechnical applications. The purpose of this study is to analyze the ground behavior induced by pressurized grouting paste with the aid of laboratory model tests. The laboratory tests are carried out for four kinds of granitic residual soils. When injecting pressure is applied to grout, the pressure measured in the adjacent ground initially increases for a while, which behaves in the way of the membrane model. With the lapse of time, the pressure in the adjacent ground decreases down to a value of residual stress because a portion of water in the grouting paste seeps into the adjacent ground. The seepage can be indicated by the fact that the ratio of water/cement in the grouting paste has decreased from a initial value of 50% to around 30% during the test. The reduction of the W/C ratio should cause to harden the grouting paste and increase the stiffness of it, which restricts the rebound of out-moved ground into the original position, and thus increase the in-situ stress by approximately 20% of the injecting pressures. The measured radial deformation of the ground under pressure is in good agreement with the expansion of a cylindrical cavity estimated by the cavity expansion theory. In-situ test revealed that the pullout resistance of a soil nailing with pressurized grouting is about 36% larger than that with regular grouting, caused by grout radius increase, residual stress effect, and/or roughness increase.

가압 그라우팅 쏘일네일링의 인발저항력 증가 원인에 관한 연구

압력식 그라우팅은 지반 보강의 대표적인 공법 중 하나이며, 최근에는 사면 안정 공법으로 널리 사용되는 쏘일네일링에도 적용되고 있다. 그러나 가압 그라우팅 쏘일네일링 공법은 가압에 따른 그라우트와 지반 사이의 메커니즘이 매우 복잡하여 대부분 경험적인 설계가 이루어지고 있는 실정이다. 본 연구는 가압 그라우팅 쏘일네일링의 실내 모형실험, 현장시험 및 수치모델의 분석을 통해 그라우트와 주변 지반의 상호 거동을 평가하고, 이를 통해 인발저항력을 발휘하는 원인을 고찰하는데 그 목적이 있다. 실내 모형실험은 화강풍화토에 대해 수행하였으며, 그라우트 가압에 따라 초기에는 membrane 모델과 같이 공벽에 큰 압력이 작용하였으나, 점차 그라우트 내의 물이 주변지반으로 침투하면서 잔류응력까지 감소하는 것을 확인하였다. 이 때, 주입초기에 50%였던 물-시멘트비는 약 30%까지 감소하였으며, 이를 통한 그라우트의 강성 증가로 변위회복의 감소 및 주입압의 약 20%에 해당하는 잔류응력이 확인되었다. 또한 가압시 발생 변위를 측정하여, 그 값을 공팽창이론에 의한 값과 비교하였으며 그 결과는 대체적으로 일치하였다. 현장 시험 역시 풍화토에서 수행되었으며, 가압 그라우팅 쏘일네일링의 인발저항력이 중력식보다 약 36% 더 큰 것으로 나타났다. 이는 유효경 증가효과 약 24%, 기타, 잔류응력 및 구근 거칠기 증가 효과 약 10%에 기인함을 알 수 있었다.