1. 서 론

그라운드 앵커는 1950년대 일본에서 비탈면 및 구조물의 안정을 위한 목적으로 처음 사용되었으며, 그라우트의 주입에 의해 지반에 조성되는 앵커체, 인장부, 앵커두부로 구성되어 있다(Korea Infrastructure Safety Corporation, 2009). 그라운드 앵커 공법은 앵커체에 프리스트레스를 가하여 지반과 구조물의 마찰력을 통해 지반 및 구조물의 안정성을 확보할 수 있다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010).

국내에서는 1970년대 이후로 비탈면 안정성 확보, 구조물 보강 등의 목적으로 그라운드 앵커 공법을 사용하고 있다. 그중 장기적으로 거동하는 영구앵커의 경우 구조물 사용기간동안 앵커의 지지력 및 내구성 확보가 필수적이나, 최근 국내·외 연구 결과에 따르면 앵커의 장기거동에 따라 긴장재 파단, 정착구 파손, 비탈면 변형 및 손상, 시간에 따른 잔존 긴장력 감소 현상 등이 발생했다고 보고되고 있다. Korea Expressway Corporation(2016)에 따르면 국내에 시공된 대부분의 앵커에서 잔존긴장력이 설계앵커력 대비 10% 이상 감소한 것으로 보고되었고, 급경사지 안전관리 실태 감사에 따르면 7개 현장을 대상으로 한 잔존긴장력 측정 결과 6개 현장에서 20% 이상의 잔존긴장력이 감소되었다고 보고되었다(The Board of Audit and Inspection of Korea, 2019). 이와 같은 장기거동에 대한 그라운드 앵커의 성능 하락에 대한 원인 조사는 예전부터 수행되어 왔으며, 보통 긴장재의 부식 및 손상, 긴장재의 Relaxation, 그라우트-긴장재 Creep, 지반-그라우트 Creep 등에 의해 발생한다고 알려져 있다. 하지만 이러한 각 요인들의 장기거동에 대한 영향 및 관련성 등에 대해서는 명확히 규명된 바 없다(Weatherby, 1982). 또한, 현재 적용되고 있는 그라운드 앵커의 설계법에 따르면 그라운드 앵커는 장기거동에 의한 긴장력 감소현상, 앵커체의 내구성 확보 등을 고려해야 한다는 일반적인 사항들만 언급되어 있고, 실제 지지력 및 긴장력 선정 시에 단기적인 재료의 파단, 그라우트와 지반의 마찰, 그라우트와 긴장재의 부착력 등만을 고려하여 설계하고 있는 실정이다(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2016).

그라운드 앵커의 장기거동에 따른 잔존긴장력 감소 문제는 앞으로 지속적으로 증가할 것으로 보이며, 이로 인한 유지보수 비용의 증가, 부실한 유지관리에 의한 시설물 붕괴 사고 등의 문제가 불가피할 것으로 보인다. 이러한 문제는 그라운드 앵커 유지관리 절차 및 방법이 보다 현실적으로 보완되어야 개선될 것으로 보인다.

이에 본 연구에서는 문헌연구를 수행하여 국내외 그라운드 앵커의 유지관리 기법에 대한 자료를 조사하여 국내 유지관리 기법의 문제점 및 한계를 제시하였으며, 앵커의 현 상태를 대표할 수 있는 요소 중 하나인 잔존긴장력 파악을 위한 하중계 계측기법과 리프트오프 시험에 대하여 문헌연구를 수행하였다. 이를 토대로 실제 현장 그라운드 앵커에 설치되어 있는 하중계 계측자료를 분석하였고, 앵커의 경과일에 따른 잔존긴장력의 변화를 파악하였다. 긴장력의 장기적인 증감 추이를 확인하기 위해 가장 단순한 방법인 선형회귀분석을 수행하였고, 그 결과를 통해 앵커의 시공조건, 구성암반, 앵커조건, 앵커종류 등이 긴장력의 증감에 미치는 영향을 파악하였다.

2. 문헌연구

2.1 국내외 그라운드 앵커 유지관리 점검 기법

본 절에서는 국내·외 설계 기준에 대한 문헌연구를 수행하여 그라운드 앵커의 유지관리 점검 기법을 조사하였다. 국내 앵커 설계기준인 국토해양부(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010)에 따르면 그라운드 앵커 시설물의 유지관리를 위한 점검은 크게 육안에 의한 방법과 계측에 의한 방법을 제시하였으며, 일반적으로 육안점검을 수행하여 인장재의 파단, 각종부재의 부식, 하중을 같이 받는 수압구조물의 파단 등의 이상징후를 조사하나, 육안점검으로 확인이 불가능한 경우 시험이나 계측을 수행하도록 권고하고 있다. 점검 종류로는 초기, 정기, 정밀점검 등이 있으며, 정기적인 점검, 관측, 계측을 통해 이상징후를 확인하고, 이에 대한 적절한 대책을 마련하고 있다. 국토해양부에서 제시한 국내 그라운드 앵커 유지관리 관리 업무 흐름도는 Fig. 1과 같다.

Fig. 1.

Maintenance Management Flow Diagram (Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010)

Fig. 1에 따르면 국내 그라운드 앵커 유지관리 점검은 준공 후 6개월 이내에 초기점검을 의무적으로 실시하고, 그 이후 반기별 1회 정기점검을 실시한다고 제시되어 있다. 만약 긴급상황이 발생하거나 이상징후 발견 시 긴급점검을 수행하고, 그렇지 않으면 앵커 준공 5년 후 정밀점검을 실시하고, 그 이후 3년에 1회 주기로 정밀점검을 실시한다. 정밀안전진단이 필요한 경우를 제외하면 점검 및 진단결과를 검토하여 보수·보강을 실시한다. 각 점검 별 점검항목, 세부사항 및 점검방법은 국토해양부(2010)의 매뉴얼에 제시되어 있으며 주로 앵커, 앵커두부, 수압판 및 하중을 같이 받는 수압구조물에 대한 점검을 수행한다. 정밀안전진단은 앞에서 수행한 점검 결과 재해 및 재난 예방과 안정성 확보 등을 위해 필요하다고 판단되는 경우 실시하며, 선행 점검에서 수행하지 않은 정밀육안조사와 장비조사 및 현장시험을 수행하도록 제시되어 있다.

국외 기준은 BS 8081(영국), GEOSPEC1(홍콩), FHWA(미국), DIN-4125(독일)를 조사하였다. 조사 결과 국외 기준 모두 전반적으로 국내의 기준과 유사하다고 판단하였으나, 홍콩 기준의 경우 앵커의 이상징후 혹은 이전 시공 자료에 대한 정보를 바탕으로 앞으로 발생할 수 있는 위험 가능성을 미리 판단하여 이에 따른 앵커를 분류하였고, 이를 통해 분류된 앵커에 해당되는 육안조사의 빈도, 점검대상 앵커의 수량, 잔존긴장력 측정 빈도, 그리스(Grease) 점검 빈도 등을 상세히 명시하였다. 또한, 독일 기준의 경우 앵커 자체의 유지관리 뿐만 아니라 앵커 부재 및 시험 장비에 대한 점검, 품질기준을 명시하였고 이에 해당하는 각각의 점검빈도도 상세히 명시하였다. 홍콩 기준과 독일 기준의 유지관리 점검에 대한 세부사항은 각각 Table 1, Table 2와 같다.

국내 기준과 국외 기준을 비교 검토한 결과, 국내에서도 독일 기준과 같은 앵커 부재에 대한 통일된 규격 또는 품질기준이 필요하다고 판단되었고, 홍콩 기준과 같이 이전 시공자료 및 시험자료를 통해 앵커의 위험도를 분류하여 위험발생 가능성이 높은 앵커를 미리 판단하고 이러한 앵커들에 대한 추가 조치 및 정량적인 관리가 필요할 것으로 판단된다.

2.2 하중계를 이용한 잔존긴장력 측정

본 절에서는 문헌연구를 통해 하중계를 부착한 그라운드 앵커의 장기적인 잔존긴장력 계측방법에 대하여 조사하였다. 현재 앵커의 잔존긴장력을 측정하는 방법으로는 하중계 부착을 통한 계측과 리프트오프 시험 등이 있다. 국내 앵커 설계 기준인 국토해양부(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010)에 의하면 하중계는 일부 앵커에 설치되어 점검(긴급점검, 정기점검 등) 수행 시 축적된 계측자료를 통해 잔존긴장력을 평가한다. 하지만 정밀안전진단 수행 시 ‘정밀안전진단이 필요한 앵커와 그 상하·좌우 및 그것을 뺀 앵커의 10% 또는 3본 이상’의 앵커에 리프트오프시험을 수행하도록 명시되어 있다.

하중계를 사용한 계측은 추가적인 장비 없이 앵커 긴장력의 주기적인 측정이 가능하지만, 자연재해에 의한 하중계 노화 및 유실 위험이 존재하고 기존 설치된 앵커의 경우 하중계 설치를 위한 긴장재의 충분한 길이확보가 어렵다. 또 기 시공된 앵커의 대부분은 하중계 미설치 및 손·망실된 경우가 많아 자료 획득이 어렵다는 단점이 있다. 이러한 하중계 설치가 어려운 앵커에 대해서는 리프트오프 시험을 수행하여 잔존긴장력을 추정하고 있다. 이처럼 리프트오프 시험은 필요시 언제나 확인할 수 있다는 장점이 있으나 재인장형 정착구의 적용이 필수적이며 별도의 시험비용이 발생한다(Kim, 2016).

홍콩 기준의 경우 국내 기준과 달리 앵커 위험도별 하중계 계측 시기를 제시하고 있다. 이는 Table 1과 같으며, 위험도가 높은 앵커들의 경우 하중계 설치 직후 초기값, 2주, 1개월, 3개월, 6개월, 9개월, 12개월, 18개월, 이후 매년 1년 측정을 원칙으로 하고 있다. 이에 국내에서도 이와 같이 하중계 계측 시기를 정량적으로 제시하여, 앵커의 유지관리를 위한 잔존긴장력 자료를 주기적으로 획득하는 것이 적절하다고 판단된다.

2.3 리프트오프시험을 통한 잔존긴장력 측정

본 절에서는 국내·외 문헌연구를 통해 리프트오프시험을 통한 잔존긴장력 측정 방법에 대하여 조사하였다. 국토해양부의 경우 리프트오프 시험을 통해 하중∼앵커두부량 관계를 작도하여 초기 직선 구간에서의 접선과 변곡점 이후의 직선 구간에서의 접선을 잔존긴장력으로 정의하고, 이 잔존긴장력과 설계긴장력을 비교하여 앵커의 안정성을 평가하도록 제시되어있다. 미국 FHWA(Sabatini et al., 1999)의 경우 하중∼변위 곡선에서 하중증가비가 급격히 감소하는 부분의 하중을 잔존긴장력으로 정의하였으며, 이 잔존긴장력과 설계긴장력을 비교하여 앵커의 안정성을 평가하고 있다. 홍콩 기준의 경우 국내, 미국과 유사하게 기울기가 급하게 변하는 지점을 잔존긴장력으로 정의하였다. 이처럼 국내·외 모두 하중증가비가 급격하게 감소하는 구간을 잔존긴장력으로 정의하였으며, Fuziwara와 Sakai(2016)는 계측 결과를 종합하여 Fig. 2와 같은 평가 방법을 제안하였다.

Fig. 2.

Evaluation of residual load by lift-off test (Fuziwara and Sakai, 2016)

Song 등(2019)은 위와 같은 잔존긴장력 평가방법을 적용하여 도로공사 도로교통연구원 내에 기 시공된 앵커에 리프트오프 시험을 수행하였고, 국내·외 기준 문헌연구와 시험 결과 분석을 통해 초기하중, 하중 증분방법, 하중 사이클, 긴장방식 등을 고려한 Fig. 3과 같은 리프트오프 시험 수행방안을 제시한 바 있다.

Fig. 3.

Suggested lift-off test method for site (Song et al., 2019)

본 시험방법은 초기 하중을 10%로 가하여 하중 초반에 발생할 수 있는 시험장비 간의 이격 및 압축에 의한 변위의 영향을 제거하여 정확한 앵커의 거동을 확인할 수 있도록 하였으며, 이는 잔존긴장력 평가 시 발생할 수 있는 오차의 원인을 줄일 수 있을 것으로 판단하였다. 하중 증분은 초기하중에서 설계하중의 70%까지는 설계하중의 20%, 설계하중의 70%∼100%는 설계하중의 5%, 설계하중의 100%∼110%는 설계하중의 2%로 적용하여, 리프트오프가 발생하는 지점에서 정확한 잔존긴장력을 파악할 수 있도록 하였다. 또 시험 결과를 통해 1 사이클 이후의 곡선 거동이 인장재의 탄성거동을 정확하게 대표하는 것을 확인하였고, 사이클의 횟수가 증가하여도 잔존긴장력 평가의 차이는 크지 않음을 확인하였다. 이에 2 사이클의 시험방법을 적용하여 현장에서의 시간적 소요를 줄이면서 정확한 잔존긴장력을 평가할 수 있도록 하였다(Song et al., 2019).

3. 그라운드 앵커 하중계 계측자료 분석

3.1 계측 현황

본 연구는 국내 비탈면 6개 현장에서 하중계가 설치된 99개의 그라운드 앵커 중 망실에 의해 계측이 중단된 1개와 재긴장을 수행한 2개의 앵커를 제외한 96개 앵커에 대한 장기계측 자료를 분석하였다. 본 앵커들은 절토비탈면 혹은 터널갱구부에 설치된 앵커들이며, 모두 앵커헤드를 직접 긴장하는 방식으로 재긴장을 수행하였으며, 해당 앵커들의 정착하중은 설계하중의 1.2배로 가하였다. 앵커조건은 격자블록, 패널식옹벽, 앵커+지압판, 기대기옹벽으로 구분하였다. 본 앵커들에 대한 하중증감 허용범위는 국토해양부(2010)에서 제안한 적용하중의 10%의 범위 기준을 적용하였다. 하중계 계측을 수행한 앵커의 현장 및 구간, 개수에 대한 정보는 Table 3과 같다.

3.2 계측 방법 및 기기

본 연구의 계측에 사용된 하중계는 E/A 하중계(Load Cell)이며, 본 기기는 스트럿, 그라운드 앵커, 락볼트 등에 부착하여 굴착진행으로 인한 하중 및 긴장력의 증감량, 변화속도 등을 계측하는 용도로 사용된다. 계측 데이터는 설계인장력 및 축력과의 비교·검토를 통해 안전도 및 공사 시 지반상황을 예측하여 안전관리를 위한 자료로 활용하기 위한 용도로 사용된다. 하중계에 의한 계측은 케이블을 Dial Gauge와 연결하여 초기치, 계측치를 측정하였고, 이를 계기상수 환산공식에 적용하여 인장력 및 하중을 계산하였다. 계측에 사용된 장비는 Fig. 4와 같다.

Fig. 4.

Load Cell used for this study

3.3 분석 방향

본 연구는 앵커의 긴장력 증감을 뚜렷하게 확인하기 위해 각 앵커들의 초기하중, 최대변화량과 초기계측일로부터 100일, 200일, 300일, 400일, 500일, 600일 경과일자 및 가장 최근 계측일자에서의 긴장력 변화량을 산정하였다. 계측이 수행된 일자가 각각 100일, 200일, 300일, 400일, 500일, 600일에 정확히 일치하지 않았을 경우, 해당 일자와 가장 근접한 이전 이후 데이터에 대한 선형 보간을 수행하여 해당 일자의 긴장력 변화량을 예측하였다.

추가로 긴장력의 장기적인 증감 추이를 확인하기 위해 가장 단순한 방법인 선형회귀분석을 수행하였다. 선형회귀분석 식의 기울기를 통해 해당 현장 앵커들의 긴장력 증감 방향을 파악하였고, 선형회귀분석 결과를 통해 산정된 결정계수 값으로 선형회귀분석 식의 적합성을 판단하였다. 이를 통해 국토해양부(2010)의 기준인 적용하중의 ±10%의 범위에서 벗어날 것으로 예측되는 일자를 평가하였다.

4. 계측자료 분석을 통한 잔존긴장력 감소 원인 파악

4.1 전체 앵커 계측 결과 및 평균 변화율 분석

본 절에서는 재긴장을 수행한 앵커 및 망실된 앵커를 제외하고 계측을 수행한 96개 앵커의 평균 변화율을 분석하여 앵커들의 전체적인 거동 및 잔존긴장력 증감 여부를 파악하였다. Fig. 5는 전체 앵커의 경과일에 따른 평균 긴장력 변화율 및 선형회귀분석 결과를 나타내고 있다.

Fig. 5.

Result of linear regression and average load change ratio for all the tested anchors

Fig. 5에서 볼 수 있듯이, 전체 앵커 평균 긴장력 변화율은 경과일 400일까지는 초기하중으로부터 1.6% 정도 감소하였고, 100일이 지난 경과일 500일에는 초기하중 대비 -5.5%에 도달하는 것을 확인할 수 있다. 하지만 600일에 도달하였을 때는 +0.57%로 변화하는 것을 확인하였다. 본 데이터의 선형회귀 분석 결과 적합도를 판단할 수 있는 결정계수의 값은 0.094로 매우 낮게 측정되었다. 결정계수의 값은 1에 가까울수록 회귀식의 적합도가 높다고 평가할 수 있기에, 본 선형회귀분석 결과는 적합성이 매우 떨어진다고 판단되었다. 결과의 적합성이 떨어지는 원인은 경과일 500일, 600일에 해당하는 자료의 개수가 부족하였기 때문으로 판단되었고, 500일 이후의 거동을 확인하기 위해서는 전체의 평균이 아닌 500일 이후의 데이터가 계측된 앵커들의 거동을 확인할 필요가 있을 것으로 판단되었다. 계측 결과에 의하면 총 6개 현장의 14개 구간 중 경과일 500일 이상까지 계측한 구간은 총 3개, 경과일 600일 까지 계측한 구간은 총 4개가 있으며, 이러한 장기계측을 수행하고 데이터의 개수가 많은 구간에 대하여 재분석을 수행하였다. 재분석을 수행한 구간들에 대한 경과일에 따른 긴장력 평균 변화율은 Table 4와 같다. A현장의 ②번 구간의 경우 경과일 400일까지, ④번 구간의 경우 200일까지의 기록만 존재하여 분석에서 제외하였으며, B현장의 경우 전체 구간이 경과일 200∼300일까지의 기록만 존재하여 분석에서 제외하였다. 또 D현장의 ③번 구간의 경우, 100일 이전의 기록만 존재하여 분석에서 제외하였다.

4.2 A현장 앵커 계측 결과 및 평균 변화율 분석

본 절에서는 A현장 앵커들의 계측 자료에 대한 분석을 수행하였다. A현장 ①번, ③번 구간 앵커들은 경과일 500일까지 계측되었으며 해당 앵커들의 경과일에 따른 평균 변화율 및 회귀분석 결과는 Fig. 6과 같다.

앞선 전체 96개 앵커의 선형회귀분석 결과 경과일에 따른 변화율은 Fig. 5와 같이 음의 방향으로 거동하였지만, Fig. 6에서 볼 수 있듯이 A현장의 경우 기울기는 양수로 추출되었다. 본 결과의 적합성을 확인하기 위해 결정계수를 확인해본 결과, A현장의 결정계수는 0.67로 전체 앵커에 대한 선형회귀분석 결정계수인 0.094에 비해 훨씬 1에 근접하였다. 이에 A현장 앵커들의 경과일에 따른 변화율 거동은 시간이 경과함에 따라 증가하는 경향을 보이며, 전체 앵커의 경과일에 따른 변화율 거동보다 적합성이 높을 것으로 판단되었다.

다음은 A현장 앵커들의 향후 거동을 예측하기 위하여 Fig. 6의 선형회귀식을 검토하였다. 선형회귀식의 X와 Y는 각각 경과일수, 변화율을 뜻하며, 허용범위는 국토해양부 기준을 적용하였다. 적용하중의 ±10%를 벗어나는 경과일을 추적하기 위하여 역계산 수행한 결과 경과일 545일에 허용범위를 벗어남을 확인하였다.

Fig. 6.

Results of linear regression and average load change ratio of the anchors in site A

4.3 D현장 앵커 계측 결과 및 평균 변화율 분석

본 절에서는 D현장 앵커들의 계측 자료에 대한 분석을 수행하였다. D현장의 ①번 구간은 절토비탈면에 시공된 앵커이며 경과일 500일까지 계측을 수행하였지만, ②번 구간은 터널갱구부에 설치되었으며 경과일 600일까지 계측을 수행하였다. 이에 본 현장은 ①번 구간과 ②번 구간에 대한 분석을 나누어 수행하였다.

Fig. 7에서 볼 수 있듯이 D현장 ①번 구간 앵커의 선형회귀식은 음의 기울기를 가지고 있으며, 이는 긴장력이 시간의 경과에 따라 감소함을 뜻한다. Fig. 7에 따르면 본 구간의 결정계수는 0.951로 매우 적합한 데이터임을 검증할 수 있다. 반면에 ②번 구간 앵커의 선형회귀식은 양의 기울기를 가지고 있으며, 0.510의 결정계수 값을 획득하였다. ①, ②번 구간 앵커의 선형회귀식을 역계산하여 국토해양부의 기준인 적용하중의 ±10%를 벗어나는 경과일을 추적해본 결과 각각 527일, 1366일로 산정되었다. ①번 구간 앵커들의 경우 결정계수가 1에 매우 가까운 0.951로 안정성을 확보하기 위해 경과일 527일 이내 해당 구간 앵커들에 대한 재긴장이 수행되어야 할 것으로 판단된다. ②번 구간 앵커의 경우 결정계수가 0.501로 중간 정도의 적합성을 보이나 전반적인 변화율이 양의 방향으로 거동하며 타 구간에 비해 완만하게 거동하는 것을 확인하였고, 이는 해당 앵커들의 안정성이 확보된 것으로 판단하였다.

Fig. 7.

Results of linear regression and average load change ratio of the anchors in site D

4.4 E현장 앵커 계측 결과 및 평균 변화율 분석

본 절에서는 E현장 앵커들의 계측 결과에 대한 분석을 수행하였다. E현장의 경우 600일까지 계측을 수행한 ①번 구간과 500일까지 계측을 수행한 ②번 구간에 대한 재분석 및 선형회귀분석을 수행하였으며, 이에 대한 결과는 Fig. 8과 같다.

Fig. 8.

Results of linear regression and average load change ratio of the anchors in site E

Fig. 8에서 확인할 수 있듯이 E현장 ①번 구간 앵커들의 경우 초기지점으로부터 경과일 100일까지 긴장력이 감소하는 경향을 보이고, 그 이후 일정 긴장력을 유지하다가 재감소하는 경향을 보였다. 선형회귀분석 결과 결정계수는 0.76으로 타 앵커에 비해 상대적으로 높은 적합성을 보였고, 경과일에 따른 긴장력의 변화는 음의 기울기를 보였다. 본 구간 앵커들은 724일에 도달하였을 때 국토해양부의 기준인 정착하중의 ±10%를 벗어날 것으로 예측되었다.

②번 구간 앵커들은 경과일 500일까지 계측이 되었고, 초기지점으로부터 200일이 경과할 때 까지는 긴장력이 감소하다가 그 이후 비교적 완만히 감소하여 최종 경과일 부근에서 일정값으로 잔류하는 경향을 보였다. 본 구간의 앵커들은 타 앵커와 상이하게 계측기간 이내에 국토해양부의 기준을 벗어나 긴장력이 최대 정착하중의 -20.7%까지 변화하였고, 이에 신속한 재긴장이 수행되어야 할 것으로 판단되었다. 선형회귀분석 결과 결정계수는 0.62로 중간정도의 적합성을 가졌으며, 선형회귀식의 기울기가 타 앵커에 비해 매우 크게 나타나 경과일에 따른 긴장력의 변화가 매우 클 것으로 판단되었다.

4.5 A현장, D현장, E현장 선형회귀분석 결과 분석

앞선 절에서는 하중계 계측을 500일 이상 수행한 A현장, D현장, E현장 앵커들에 대한 재분석을 수행하였다. 분석결과 A현장 전체 구간과 D현장의 ②번 구간은 긴장력이 상승하는 경향을 보였고, D현장 ①번 구간과 E구간 전체 구간은 긴장력이 감소하는 경향을 보였다. Fig. 9는 A현장, D현장, E현장 앵커들에 대한 선형회귀분석 결과들을 한 그래프에 종합하여 나타내고 있다.

Fig. 9.

Results of linear regression of the anchors in site A, D and E

회귀분석 결과를 살펴보면 시공된 그라운드 앵커들은 모두 초기 지점 이후로 경과일에 따라 긴장력이 증가하거나 감소하는 경향을 보인다. 결정계수가 1에 가장 근접하여 앵커의 실제 거동을 대표적으로 나타낼 수 있었던 D구역 ①번 구간의 경향을 살펴보면 앵커는 시간의 흐름에 따라 긴장력을 감소하는 경향을 보였다. 문헌조사 결과 이와 같이 긴장력의 증감이 발생하게 되는 원인으로는 웻지의 Set량에 대한 영향, 강연선의 노후화 및 부식, 정착지반의 Creep 및 Relaxation, 온도의 영향 등이 있다고 밝혀진 바 있다(Lee, 2018). 앵커의 긴장력 변화를 대표할 수 있는 실제 거동에 근접한 식을 도출하기 위해서는 본 연구에서 파악한 경과일수에 대한 영향, 문헌연구를 통해 파악된 긴장력 영향 요소 등을 종합하여 분석해야 할 것으로 판단된다.

4.6 계측자료 분석 결과를 통한 잔존긴장력 증감 영향요소 파악

본 절에서는 긴장력의 증감에 영향을 미치는 요소들을 파악하기 위해 하중계 계측을 수행한 앵커들을 시공조건, 구성암반 및 앵커조건에 따라 분류하였다. 분석 대상 앵커의 특징 및 지반조건에 따른 분류는 다음 Table 5와 같다.

앞 절에서 수행한 긴장력 분석 결과와 Table 5를 시공조건 기준으로 살펴본 결과 터널갱구부에 설치된 앵커들은 모두 경과일에 따라 긴장력이 증가하는 것을 확인하였다. 하지만 절토비탈면에 설치된 앵커들은 증가하는 경우와 감소하는 경우 모두 존재하였다. 이에 절토비탈면에 설치된 앵커들만 따로 추출하여 구성암반 및 앵커조건에 대한 영향요소를 재분류하여 확인하였다. 절토비탈면에 설치된 앵커들의 긴장력 증감 영향을 파악하기 위해 Table 6과 같이 정리하였다.

Table 6에서 확인할 수 있듯이 절토비탈면에 설치된 앵커들 중 앵커 조건이 기대기옹벽인 앵커들의 경우 긴장력이 감소하였다. 반면에 앵커조건이 패널식옹벽인 앵커들의 경우 모두 긴장력이 증가하는 공통적인 경향을 보였다. 앵커조건이 격자블록인 경우에는 압축형 앵커와 구성암반에 토사층이 존재하는 경우 긴장력이 감소하는 경향을 보였다. 토사층이 포함되지 않은 인장형 앵커들의 경우 긴장력이 모두 증가하는 경향을 보였다.

Lee(2018)에 의하면 압축형 앵커의 긴장력 변화는 인장형 앵커의 긴장력 변화보다 작아야 되나 본 연구에서 분석을 수행한 앵커들의 경우 구성암반이 같을 때 인장형 앵커와 달리 압축형 앵커의 경우 긴장력이 증가하는 경향을 보였다. 이는 앵커의 종류 및 구성암반의 영향보다 더 큰 영향인자가 있기 때문으로 판단되었고, 이에 대한 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

앞선 선형회귀분석 결과와 앵커의 특징 및 지반조사별 긴장력 증감 분석을 통해서 파악한 바 앵커의 긴장력에 영향을 미치는 요소들은 기간에 따라 다양하게 나타났으며, 이를 파악하여 그에 대한 유지관리가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

5. 요약 및 결론

본 연구에서는 그라운드 앵커의 장기거동에 따른 잔존긴장력 증감문제에 미치는 영향인자들을 평가하기 위하여 실제 계측된 자료들을 분석하였다. 분석 결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) A현장 앵커들의 계측 자료에 대한 재분석을 수행한 결과 경과일 100일까지 긴장력이 감소하다가 그 이후 증가하는 경향을 보였다. 선형회귀분석 결과 경과일에 따른 긴장력의 변화는 음의 방향으로 파악되었다.

(2) D현장 앵커들의 ①번 구간은 절토비탈면, ②번 구간은 터널갱구부에 시공되었으며, 각각 초기지점 이후 경과일 500일, 600일까지 계측을 수행하였다. 선형회귀분석 결과 ①번 구간 앵커의 긴장력은 음의 방향으로 거동하였으며, ②번 구간의 앵커의 긴장력은 양의 방향으로 거동하였다.

(3) E현장 앵커들의 계측 결과 ①번 구간 앵커의 경우 초기지점으로부터 경과일 100일 까지 긴장력이 감소하다가, 이후 일정 긴장력이 유지되고 다시 감소하는 경향을 보였다. ②번 구간 앵커는 타 앵커와 상이하게 계측기간 이내에 국토해양부의 기준을 벗어나 초기하중 기준 최대 -20.7%까지 변화하였고, 이에 대한 신속한 조치가 필요할 것으로 판단된다.

(4) A현장, D현장, E현장 앵커들의 선형회귀분석 결과들을 종합해본 결과, 시공된 그라운드 앵커들은 모두 초기 지점 이후로 경과일에 따라 긴장력이 증가하거나 감소하는 경향을 보인다. 이와 같이 긴장력의 증감이 발생하게 되는 원인으로는 여러 가지 요인이 있으며, 이는 선행 연구를 통해 밝혀진 바 있다. 앵커의 긴장력 변화를 대표할 수 있는 실제 거동에 근접한 식을 도출하기 위해서는 본 연구에서 파악한 영향 요소들과 선행연구에서 수행된 영향 요소들을 종합할 필요가 있을 것으로 판단된다.

(5) 긴장력의 증감에 영향을 미치는 요소들을 파악하기 위해 하중계 계측을 수행한 앵커들을 시공조건, 구성암반 등으로 분류한 결과 터널갱구부에 설치된 앵커들은 모두 경과일에 따라 긴장력이 증가하는 것을 확인하였다.

(6) 절토비탈면에 설치된 앵커들은 기대기옹벽인 경우 긴장력이 감소하였고, 패널식옹벽인 경우 긴장력이 증가하였다. 앵커조건이 격자블록인 경우 압축형 앵커와 구성암반에 토사층이 존재하는 경우 긴장력이 감소하는 경향을 보였다. 반면에 토사층이 포함되지 않은 인장형 앵커의 경우 모두 긴장력이 증가하는 경향을 보였다.

(7) 과거 수행된 문헌연구에 따르면 압축형 앵커의 긴장력 변화는 인장형 앵커의 변화보다 작아야 하나 본 연구의 분석결과에 의하면 구성암반이 같을 때 압축형 앵커의 긴장력이 증가하는 경향을 확인하였다. 이는 긴장력의 증감에 앵커의 종류 및 구성암반의 영향보다 더 큰 영향을 미치는 요소가 있기 때문으로 판단되었고, 이에 대한 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

(8) 본 연구에서는 장기계측을 통해 비탈면 및 터널 갱구부와 같은 영구구조물에 설치된 그라운드 앵커의 잔존긴장력 측정을 수행하였고, 이에 대한 분석 결과 그라운드 앵커에 작용하고 있는 긴장력은 기간 경과에 따라 초기 정착 하중에 비해 감소하거나 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 따라서 장기적인 안정성 확보를 위해 영구구조물에 설치된 그라운드 앵커에 대해서는 주기적인 점검 및 계측을 수행하여 해당 앵커의 잔존긴장력 증감여부를 철저히 파악해야 할 필요가 있을 것으로 판단된다.