The Case Study of Design on Steel Pipe Sheet Pile for Earth Retaining Wall on Deep Excavation

대심도 지반굴착을 위한 벽강관말뚝 흙막이공법의 설계 사례 연구

In this study, the results of the elasto-plastic beam analysis, finite element analysis and optimization design of the steel pipe sheet pile applied as an earth retaining wall under the deep excavation were presented. Through this study, it was found that the high-strength and sea resistant steel pipe has high allowable stress, excellent structural properties, favorable corrosion, and high utilization as an earth retaining wall, and the C-Y type joint has significantly improved the tensile strength and stiffness compared to the traditional P-P type. In addition, it was investigated that even if the leak or defect of the wall occurs during construction, it has the advantage of being able to be repaired reliably through welding and overlapping. In the case of steel pipe wall, they were evaluated as the best in views of the deep excavation due to the large allowable bending stress and deformation flexibility for the same horizontal displacement than CIP or slurry wall. Elasto-plastic and finite element analysis were conducted in consideration of ground excavation under large-scale earth pressure (uneven pressure), and the results were compared with each other. Quantitative maximum value were found to be similar between the two methods for each item, such as excavation behavior, wall displacement, or member force, and both analysis method were found to be applicable in design for steel pipe sheet pile wall. Finally, it was found that economical design was possible when determining the thinnest filling method with concrete rather than the thickest hollow shape in the same diameter, and the depth (the embedded length through normality evaluation) without rapidly change in displacement and member force.

본 연구에서는 대규모 지반굴착 조건에서 흙막이 벽체로 적용된 벽강관말뚝의 탄소성보 해석, 유한요소 해석 및 최적화 설계 등의 결과를 제시하였다. 본 연구를 통해 고강도 내해수강 벽강관의 경우 부식에도 유리하고 허용응력이 커 구조적으로 우수하여 흙막이 벽체로써 활용성이 높고, C-Y형 이음부의 경우 기존 P-P형 대비 인장강도와 강성이 크게 개선되었음을 알 수 있었다. 또한, 시공 중 벽체 누수나 결함이 발생하더라도 용접, 덧댐 시공 등으로 확실한 보수가 가능한 장점이 있는 것으로 조사되었다. 벽강관 연속벽의 경우 CIP나 Slurry wall 대비 변위 순응 구조임과 동시에 동일 수평변위에 대하여 허용 휨응력이 매우 커 대심도 흙막이 측면에서 가장 우수한 것으로 평가되었다. 대규모 편토압 조건에서의 지반굴착임을 고려하여 탄소성보해석 및 유한요소 해석을 실시하고, 그 결과를 상호 비교한 결과, 굴착 시 전체적인 거동, 벽체의 변위나 부재력 등 각 항목별 발생 최대값에 대해서도 두 방법간에는 정량적 수치가 유사한 것으로 나타나 추후 설계 시 두 해석방법 모두 적용가능한 것으로 나타났다. 마지막으로, 동일 직경에서 가장 두꺼운 두께의 중공형보다는 가장 얇은 두께에 콘크리트로 속채움하는 방법, 그리고 변위와 부재력의 급격한 변화가 없는 깊이 즉, 정상성 검토를 통한 근입길이 결정 시 경제적인 설계가 가능함을 알 수 있었다.