Pullout Behavior of Mechanically Stabilized Earth Wall Abutment by Steel Reinforcement and Backfill Properties

금속 보강재와 채움재 특성에 따른 보강토교대의 인발거동 분석 연구

Abstract

The mechanically stabilized earth wall abutment is an earth structure using a mechanically stabilized earth wall and it uses in-extensional steel reinforcements having excellent friction performance. In order to analyze the pullout behavior of in-extensional steel reinforcements usually applied on the mechanically stabilized earth wall abutment, effects of stiffness and particle-size distributions of backfills and also horizontal spacings were considered in this study. As a result of parametric analyses, the highest pulling force acted on the uppermost reinforcement, and the stiffness and the particle-size distributions of the backfill significantly affected the pulling resistance of the reinforced soils. The internal friction angle of backfills should be at least 25 degrees, the coefficient uniformity factor should be at least 4, and the horizontal spacing of the uppermost steel reinforcement should be less than 25cm. Therefore, in order to secure the pullout resistance of the reinforced soil, it is necessary a properly spacing of reinforcement and more strict quality control for the backfill.

보강토교대는 보강토옹벽을 교대로 활용하는 토류구조물로써, 보강토체의 변형을 억제하기 위해, 마찰성능이 우수한 채움재와 비신장성 금속 보강재를 사용하고 있다. 본 연구에서는 보강토교대에 주로 사용되는 비신장성 금속 보강재에 대한 인발거동을 분석하기 위하여, 보강토교대 채움재의 강성 및 입도분포와 보강재의 간격에 따른 인발거동을 검토하였다. 매개분석을 통한 분석결과, 보강토체의 인발력은 최상단 보강재에 가장 크게 작용하였고, 보강토교대의 채움재의 특성과 보강재의 수평간격도 보강토의 인발저항에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 채움재의 내부마찰각은 최소 25도 이상, 균등계수는 4 이상의 사질토 그리고 최상단 보강재의 수평간격은 25cm 이하로 배치해야만 설계기준에 제시된 최소 인발 안전율을 만족하였다. 따라서, 보강토체의 인발저항성능을 확보하기 위해서는 채움재의 특성을 면밀하게 고려하여 설계를 수행하여야 하며, 채움재의 특성뿐만 아니라 하중조건을 고려하여 보강재의 배치도 적절하게 하여야 할 것이다. 시공시에는 설계시 고려한 채움재의 강성과 입도분포에 대한 철저한 품질 및 시공 관리가 필요할 것이다.

Fig. 1. Shematic of MSEW abutment [4]

Fig. 2. Stress distribution of reinforced soil caused byload of super-structure [10] (a) Vertical earth pressure (b) Horizontal earth pressure

Fig. 3. Location of line of maximum tension on a MSEW abutment depending on seat geometry[10] (a) Case 1 (b) Case 2 (c) Case 3

Fig. 4. Cross Sectional View of MSEW abutment

Fig. 5. Pullout load by variation of internal friction angles of backfill. (a) Static condition (b) Seismic condition

Fig. 6. Pullout Safety Factors by variation of Internal Friction Angles of Backfill

Fig. 7. Pullout Safety Factors by variation of uniformity coefficient of Backfill

Fig. 8. Pullout Safety Factors by variation of reinforcement spacing

Table 1. Parametric Analysis Plan

Table 2. The input data for design of soils on the MSE wall

Table 3. Load condition applied to stability evaluation of true MSEW abutment

Table 4. Minimum factor of safety on MSE wall

Table 5. Long-term allowable tensile force of the ribbed metal strip