EPS(Espanded Poly Styrene) 공법 설계 예

1. 경량성토공법 설계예 

(1) 흐름도

<그림1> 연약성토 설계 작업 흐름도

(2) 계산예

① 설계조건
 · 성토 형상 및 토층구조, 지하수위는 <그림21>과 같다.
 · 사용 E.P.S는 3호로 단위중량 = 20㎏/㎥, 설계기준강도 qa = 4ton/㎥
 · 연약층의 압밀특성은 <그림21>과 같다.
 · 허용 침하량 : 10㎝
 · 부력 및 활동에 대한 안전계수 = 1.2
 · 성토 두께에 대한 교통하중 영향 w = 2.0ton/㎥으로 한다.
 · 차륜 최대하중은 DB18ton으로 하며
 · 후륜 하중 -7.2ton, 후륜 접지폭 = 0.5m, 후륜 접지장 = 0.2m
 · 포장구조 결정은, C.B.R = 8%, C교통량 기준이며 이때 포장구조는 다음과 같다.

구 분	단위중량(ton/㎥)	성토고(m)
포 장 층	r1 = 2.2	h1 = 0.5
보 호 층	r2 = 2.4	h = 0.1
하 중 분 포 층	r3 = 2.1	-

<그림2> 구조물 단면 및 지반의 압밀특성


② EPS 응력도 검사
P = P1 + P2
P : E.P.S상면에 전달되는 응력 
P1 : 사하중 
P2 : 윤하중에 대한 영향응력 

P1 = 11h1 + 12h2 = 2.2 x 0.5 + 2.4 x 0.1 = 1.34ton/㎥

∴ P = P1 + P2  = 1.34 + 3.93 = 5.27 〉4(NG)

여기서

q : 차륜 최대하중 (ton) 
I : 충격하중계수 (0.3적용) 
B : 접지폭 
L : 접지장 
H : h1 + h2따라서 보조기층 밑에 10㎝의 하중분포층을 넣어 하중을 분산시킨다.




③ 치환두께 결정

치환 깊이는 치환 저면에서의 성토에 의한 응력 증가가 없는 깊이까지 계산한다. 임의의 깊이 D까지 치환할 때
Q1 = W + p1 + 1e(He+D) 
Q2 = rs x D 
교통하중 및 성토하중에 의한 응력 증가량이 △δ= 0 이 되려면 Q1 = Q2


여기서,

Q1 : 치환 깊이까지의 상재하중 
Q2 : 치환된 흙의 무게 
W : 교통하중 
P1 : 포장 구조물 하중 
re : E.P.S단위 중량 
He : H - 포장두께 = 3 - 0.9 = 2.1m 
D : 치환의 깊이 
r : 흙의 단위 무게


④ 부력에 대한 안정검토적용수위는 설계시 최고 수위를 적용하며, 교통하중과 E.P.S의 자중, 지반내의 마찰력은 안전측을 고려 무시

Fs ≤	P
	u

이어야 하며,

P : 상재하중 
u : 부 력 
Hw : 지하수위 밑의 E.P.S 두께

P = P1 = 1.97 u = rw·Hw = 1 x (2.79 - 0.2) = 2.59 
∴ P/U = 1.97/2.59 = 0.76〈 1.2(NG) 

따라서 Fs ≥1.2 되도록 E.P.S의 두께 감소
P/U = 1.97/1(D - 0.2) = 1.2 
∴ D = 1.84 ≒ 1.8(m)

⑤ 침하에 대한 검토 성토에 따른 응력증가 
△δ = δ1 - δ2 에서 
δ1 = 2.0 + 1.97 + 0.1 x (2.1 + 0.2) = 4.20 
δ2 = 1.6 x 1.8 = 2.88 
∴△δ = 4.20 - 2.88 = 1.32ton/㎡
압밀층의 두께 = 4 - 1.8 = 2.2m 
점토층 중앙부의 유효응력
P0 = 1.6 x 0.2 + (16-1) x 2.7 = 1.94ton/㎡
상재하중을 포함한 유효응력
P1 = P0 + △δ = 1.94 + 1.32 = 3.26ton/㎡ 에서 
E0, E1은 <그림21>(b)에서 P0,P1에 해당하는 값으로 E0 = 3.01, E1 ≒ 2.90


∴ 침하량 = 3.2cm〈 10cm(OK)

<그림3> E.P.S 설치 단면도

2. 지하구조물에 적용 
설계법의 순서는 경량성토공법의 <그림20>과 동일하다. 그러나 경량성토공법과 설계시 차이점은 다음과 같다.
 · 부력에 대한 대책 : 구조물 저판에 Key를 두어 부력에 대한 저항성을 높인다. 
 · E.P.S 블록내의 하중분포는 1:2 분포법으로 한다.

설계구조 
 · 구조물 단면은 <그림4,5>과 같다. 
 · 구성채의 단위중량은 다음과 같다.

구 분	단위중량(ton/㎡)
포 장 흙 철근콘크리트 무근콘크리트	r1 = 2.2 r2 = 1.6 r3 = 2.4 r4 = 2.3

사용 EPS(1호)
단위중량 = 30㎏/㎥
설계기준강도 = 0.8㎏/㎠

<그림4> 구조물 단면도 

<그림5> EPS 설치 단면도

공동구 중량
Wc = A3 x r3 + A4 x r4  = ((2.0 + 1.6) x 2 x 0.2 + 0.152) x 2.4 + 0.1 x 2 x 2.3  = 3.97ton
E.P.S 접지압
Q = q + r1 x H1 + r2 x H2 + Wc/B = 2.9 + 2.2 x 0.5 + 1.6 x 0.5 + 3.97/1.8 = 7〈 8(ton/㎥) O.K
치환깊이 결정
Q1 = Q + 0.1D 
Q2 = 1.6 x (3.3 + D) 
Q1 : 구조물의 하중 
Q2 : 치환된 흙무게

구조물에 의한 응력의 증가가 없으려면

Q1 = Q2 7 x B/(B + 2 x D x 0.5)+ 0.1D = 1.6 x 3.3 + 1.5D 
7 x 1.8/(1.8 + 2 x D x 0.5) = 5.28 + 1.5D 
∴ D = 0.36 따라서 치환깊이 40cm로 결정
부력에 대한 검토 
Fx = P/U = (7 - 2.9)/(3.1 + 1.4)
1.17 〈 1.2 NG
P : 교통하중을 제외한 사하중 
U : 기초저면의 간극수압
기초 저판에 B'폭의 Key를 설치 상재하중을 증가 
(7 - 2.9) x 1.8 + 1.6 x 3.2 x B' ≥ 1.2 x (3.1 + 0.1) x 1.8 + B'x 3.1 
B' ≥ 0.09(m) 
Key를 양측에 10cm씩 설치 O.K
유효응력의 증가가 없으므로 침하에 대한 검토 생략

3. 옹벽에 적용

(1) 설계조건
 · 점성토의 표준관입 시험치 N = 4
 · 파일은 N ≥50인 풍화암 상단까지 관입
 · 사용파일은 ф406, t = 9mm 강관파일로 토압은 파일 직경폭만큼 작용
 · 상怯의 앵커역할은 무시
 · E.P.S 배면경사는 흙의 내부 마찰각으로 토압 무시
 · 지하수위 없음
 · 구조물의 단면은 <그림25>참조

<그림6> 구조물 단면도

<그림7> 토압분포

(2) 토압
P1 = q x Ka x B = 1 x 0.271 x 2 = 0.54 ton/m 
P2 = P1 + r1 x H1 x ka x B = 0.54 + 2.2 x 0.65 x 0.274 x 2 = 1.32ton/m 
P3 = (q + r x H1 + r2 x H2) x B/10 = (1 + 2.2 x 0.65 x 2.3 x 0.15) x 2/10 = 0.57ton/m ton/㎡ 
P4 = P3 + r3 x H3 x B/10 = 0.56 + 0.02 x 2.2 x 2/10 = 0.57ton/m
- 지표면의 하중 q' = q + r1 x H1 + r2 x H2 + r3 x H3
                            = 1+ 2.2 x 0.65 + 2.3 x 0.15 + 0.02 x 2.2 = 2.82ton/㎡
- 지중파일에 작용하는 토압 
δa = (q' + + r x D) x Ka - 2 x C 
δp = r x D Kp + 2 x C 
P5 = (rp - ra) x B' = (4 x C -q') x B' = (4 x 4 - 2.82) x 0.4 = 5.27ton/㎡
※ Ka = Kp =1
- 바닥에 작용하는 토압 
δa = r1 x D x Ka - 2 x C 
δp = (q'+r x D) Kp + 2 x C 
P6 = (δp - δa) x B' = (4 x C x q') x B' = (4x 4 + 2.82) x 0.4 = 7.53ton/㎡  

출처 : civileng7.tistory.com by 찬늘봄 님의 블로그
        찬늘봄님의 블로그..정말 좋은 정보가 많은 블로그입니다. 항상 감사드립니다.