71. 어스앵커(earth anchor)

 구조물을 지반에 정착하기 위하여 필요한 인장력을 충분히 지지하도록 지중에 타설된 정착체로서 인장재와 두부를 연결하여 구조물과 연결된 것을 일반적으로 어스앵커라 한다. 그러나, 널말뚝 안벽의 축조 등으로 과거 방법과 같이 타이로드로 연결하여 매설한 형식은 포함되지 않는다.

'어스앵커'란 말은 암반에 정착된 앵커, 즉 록앵커에 대응하여 사력 또는 점토층 등을 정착대상으로 하는 앵커(soil anchor)를 가르키는 경우가 많지만, 영어에서 ground anchor 또는 anchorage 에 상당하는 총칭적인 의미로 사용되는 경우도 있다.

어스앵커의 용도는 다양한데, 가설구조물의 앵커로는 흙막이벽의 타이백, 우물통의 침설을 위한 반력용 앵커 등이 있다. 또, 영구구조물에 대한 것으로서는 각종 건축물, 교량하부공, 옹벽, 철탑, 호안 및 해양구조물, 활동방지공, 도크, 지하탱크 등이 있다.

어스앵커는 그림 71-1과 같이 구조물로부터의 인장력을 지반과의 마찰저항, 지압저항에 의하여 지반에 전달하기 위한 저항부분, 즉 앵커체와 앵커두부로 부터의 인장력을 앵커체에 전달하는 인장부분 및 구조물로부터의 힘을 인장부에 전달하기 위한 앵커두부 등 3가지 부분으로 구성되어 있다.

앵커체는 일반적으로 지반에 착공하여 시멘트계의 그라우트를 주입하여 조성된다. 인장부는 보통 PC 강재를 주요재로 하고 자유장부는 쉬스 또는 케이싱으로 지반과 구조물을 절연하여 자유롭게 신축가능한 구조로 되어 있다. 앵커 두부는 정착철물, 지압판 및 대좌로 이루어져 있고, 앵커의 집중저긴 힘을 분산하며, 방향을 조정하여 고정하는 역할을 한다. 정착철물은 보통의 PS 콘크리트 용의 철물이지만 상용하는 인장강재와 조합하여 사용된다.

앵커체로부터 지반에 힘을 전달하는 방식, 즉 지지방식에 의해 어스앵커를 분류하면 시공방법과도 관련하여 다음 같이 대별할 수 있다.

   가. 주면마찰형 앵커

 지중에 착공하여 그 선단부의 어느 길이까지 그라우트를 주입하여 지반 내에 원통형의 앵커체를 만들어, 그 주변의 마찰력에 의해 인장력을 지지하도록 하는 것이기 때문에 충분한 마찰저항을 발휘하도록 하기 위해 시공할 때에는 어느 방법보다도 그라우트를 가압하는 것이 원칙으로 되어 있다.

   나. 지압형 앵커

 지중에 천공한 구멍의 선단 부근 단면을 확대하여 그라우트를 주입하여 괴상의 앵커체를 조립하기도 하고, 판상 때로는 날개상의 강재부재를 기계적인 조립에 의해 지중에 삽입시켜(이같은 앵커는 주입형 앵커와 구별하여 메커니컬 앵커라 칭한다) 저항부분으로 하여 주로 그 전면에 작용하는 수동토압에 의해 인발력에 저항시키는 앵커이다.

   다. 복합형 앵커

 착공 및 그라우트 주입에 의해 조성된 앵커체의 일부 또는 전단면을 일차 천공 단면보다 확대하여 주면 마찰저항과 확대부 전면의 지압저항을 함께 기대하는 앵커이다. 확대부는 1개소인 경우도 있고, 여러 개를 병행하는 경우도 있다.

이상과 같이 "가" 형태의 앵커는 지반에 대한 적용성이 넓고, 연약지반을 제외한 모든 지반에 대하여 비교적 큰 인발저항이 기대되며, 적당한 공법을 선정하면 높은 외압 지하수가 존재하는 지반에서도 시공가능하다. 어스앵커를 설게하는 경우 설계앵커력에 대한 각각 앵커력의 안전을 고려하고 앵커와 이를 지지하는 지반 및 구조물을 포함한 전체의 안전성을 검토해야만 한다.

각각의 앵커력을 앵커체의 극한 인발력, 인장재의 인장강도 및 인장재와 앵커체의 결합부분 강도(부착, 지압 등)가 설계앵커력에 대하여 각각의 소요 안전율을 갖도록 해야 한다.

구조계 전체의 안전은 앵커의 사용방법(목적)에 따라 검토방법도 차이가 있지만, 예를 들면, 흙막이벽의 타이백 앵커의 경우에는 일반적으로 외적 및 내적인 안정을 계산한다. 외적 안정계산은 흙막이벽, 앵커 및 배면토괴가 일체로 되어 움직이는 활동파괴에 대한 안전율을 구하며, 원호활동 등으로 해석된다.(그림 71-3(a) 참조).

내적 안정계산은 앵커체 정착부와 흙막이벽과의 사이에서 앵커를 지지하는 토괴의 활동파괴에 관한 안전율을 구하며, Coulomb의 방법에 의해 해석할 수 있다(그림 71-3(a) 참조).

어스앵커는 지중에 조성되어 있기 때문에 시각적으로 보는 것이 불가능하고, 지질의 복잡한 변화도 알기 어렵기 때문에 앵커의 품질이 소요이 목적을 갖추었는지 여부는 시험에 의해 확인할 수 밖에 없다. 대개의 경우 설계하중 또는 그 이상 정도가지의 인장시험은 비교적 간단히 행할 수 있다. 또한 그것에 의해 실제 사용하는 앵커의 개개에 대하여 내력을 사전에 확인할 수 있는 것이 앵커공법이 잇점 중의 하나라고 할 수 있다.