광섬유 센서를 이용한 인장형 그라운드 앵커의 장력측정

Abstract

그라운드 앵커공법은 현재 우리나라에서 가장 일반적으로 사용되는 사면보강공법들 중 하나이다. 그러므로 앵커로 보강된 사면의 안정성을 장기간 확인하기 위해서는 그라운드 앵커의 긴장력을 측정하는 것이 매우 중요하다. 그러나 전통적인 로드 셀 방식의 측정기술을 제외하고는 특별한 기술이 개발된 것이 없다. 본 논문에서는 지반구조물의 보강을 위해 널리 사용되는 그라운드 앵커의 단기 및 장기 장력을 측정하기 위해 기존에 현장에서 주로 사용되는 스트레인게이지 또는 V/W 타입 로드 셀을 대체할 수 있는 새로운 방법에 대하여 기술하였다. 사용된 센서는 스트레인게이지 또는 V/W타입의 센서에 비해 크기가 작고 내구성이 우수하며 전자기파에 의한 노이즈 발생이 없는 광섬유 브래그격자(Fiber Bragg Grating ; FBG)센서이다. FBG 센서를 내장한 7연 강연선을 이용하여 원하는 위치에서 변형률 감지가 가능한 인장형 앵커를 제작하고 앵커 정착장을 연암과 화강풍화토 지반조건에 각각 2세트(set)씩 시공하여 현장인발실험을 수행하였다. 재하-제하단계를 포함하는 전 하중단계에서 FBG센서로 측정된 변형률로부터 장력 모니터링을 수행하였고 기존 로드 셀로 측정된 결과와 비교하였다. 현장 인발실험 결과, 제안된 광섬유 센서를 이용한 그라운드 앵커의 시공 중 긴장력 측정결과 실내 UTM 결과와 달리 약간의 차이가 있으나 실용적인 차원에서는 충분히 활용 가능한 것으로 확인되었다. Ground anchor method is one of the most popular reinforcing technology in Korea. For the sound monitoring of slope reinforced by permanent anchor for a long period, monitoring the tension force of ground anchor is very important. However, special technology except conventional load cell has not been developed for this purpose. In this paper, a new method is described to replace the conventional strain gauge and V.W. type load cell which has been commonly used as a prestress force monitoring tool for a short-term and long-term. Four 11.5 m long strain detectable tension type anchors were made using FBG sensor embedded tendon since FBG sensor is smaller than strain gauge type load cell and does not have noise from electromagnetic wave. Each two set strain detectable tension type anchors were installed into the different ground conditions, i.e., soft rock and weathered granite soil. Prestress force of ground anchor was monitored during the loading-unloading step from in-situ pullout test using proposed FBG sensor embedded in the tendon and the conventional load cell Test results show that the prestress force monitored from FBG sensor may well be used practically, for it almost matches with that measured from expensive load cell.