In foundation design for transmission towers, live loads such as wind are considered as a dominant major load causing uplift tensile forces to the foundation. To resist such uplift loads, conventional "pad and pier" footings required very deep foundations, resulting in high construction costs. As an effort to reduce costs, rock anchor footings have been implemented. This rock anchor system consists of vertical grouted anchors tied into a foundation at shallow .. depth, thus transmitting the uplift tensile forces to a load bearing structure. Design of rock anchor foundations requires specifications of the diameter, length, and spacing of the individual anchors. These design parameters are normally determined so as to insure the overall stability of foundations considering the nature of the surrounding rock mass, the allowable displacements, and the risk of tendon corrosion.
This paper presents the results of full-scale loading tests performed on 54 passive anchors and 4 group anchored footings grouted to various lengths at several sites in Korea. Various rock types were tested, ranging from highly weathered shale to sound gneiss. Rock anchors were installed over a wide range of rock types and qualities with a fixed anchored depth of 1~6 m. The majority of installations used 51 mm high grade steel rebar to induce rock failure prior to rod failure. However, a few installations included the use of 32 mm rebar at relatively deeper anchored depth so as to induce rod failure. In many tests, rock failure was reached and the ultimate loads were recorded along with observations of the shape and extent of the failure surface. The present laboratory pullout tests were conducted to determine bond strength and bond stress-shear slip relation at the tendon/grout interface when a corrosion protection sheath is installed in the cement-based grout.
The test results, the failure mechanisms as well as uplift capacities of rock anchors depend mostly on rock type and quality, embedded fixed length, properties of the discontinuities, and the strength of rebar. Anchors in poor quality rocks generally fail along the grout/rock interfaces when their depths are very shallow (a fixed length of less than lm). However, even in such poor rocks, we can induce a more favorable mode of rock pull-up failure by increasing the fixed length of the anchors. On the other hand, anchors in good quality rocks show rock pull-up failures with high uplift resistance even when they are embedded at a shallow depth. Laboratory test results revealed that a form of progressive failure usually occurs starting near the upper surface of the grout, which then progresses downward. The ultimate tendon-grout bond strength measured from 18~25% of unconfined compressive strength of grout. One of the important findings from these tests is that the measured strains along the corrosion protection sheath were so small that practically the reduction of bond strength by the presence of sheath would be negligible.
Based on test results, the main parameters governing the uplift capacity of the rock anchor system were determined. By evaluation of the ultimate uplift capacity of anchor foundations in a wide range of in situ rock masses, rock classification suitable for a transmission tower foundation was developed. Finally, a very simple and economical design procedure is proposed for rock anchor foundations subjected to uplift tensile loads.
송전철탑은 바람에 의한 활하중이 대단히 큰 특성을 가지고 있으며, 이로 인해 기초에는 큰 인발하중이 작용하여 설계를 지배하는 주요요소가 된다. 이와 같은 인발력에 저항하기 위해 기존의 역T형 기초 (Pad and Pier형태) 로 이루어진 기초를 사용하고 있으나 대단히 깊은 굴착 및 구조물의 대형화가 불가피 하여 시공비용의 증가의 원인이 되고 있다. 이에 양호한 암반에 앵커를 이용한 기초를 도입하면 기초크기 및 굴착량을 획기적으로 감소시킬 수 있어 경제적인 설계가 가능하다. 암반앵커를 적용하기 위해서는 현장의 엔지니어가 필수적으로 다음 사항들을 알아야 한다. 즉 앵커간격, 정착깊이, 개수, 앵커크기, 적용암반 및 분류기준, 인발저항력 평가방법 및 설계절차 등이다.
본 연구에서는 이와같은 설계파라메타 결정 및 인발저항력 평가방법을 제안하고자 국내 여러 site에 대해 현장실증시험을 수행하였다. 암반은 매우 신선한 화강암으로부터 풍화가 심한 혈암에 이르기 까지 정착깊이를 변화시키면서 총 54회 단일앵커시험을 수행하였으며, 4회의 실규모 앵커기초에 대해 검증시험을 실시하였다. 또한 앵커텐던과 그라우트 사이의 부착강도 및 방식쉬이스의 영향은 실내시험을 통해 평가하였다.
실험결과, 암반앵커의 인발저항력은 암반의 종류 및 암질, 앵커의 정착깊이, 불연속면의 특성, 텐던의 인장강도, 그라우트의 압축강도와 대단히 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다. 풍화가 심한 암반에 정착깊이 1.0m 이하일 경우 그라우트 암반사이의 부착파괴가 발생하였으며, 정착깊이가 깊어지면 암반파괴 또는 텐던의 파괴가 발생하였다. 또한 연암급 이상의 암반에서는 대단히 작은 깊이에서도 암반파괴가 관찰되었으며, 강도가 크게 나타났다. 한편 군앵커기초 시험을 통해 앵커의 군앵커 효과를 파악하였다.
본 연구를 통해 암반앵커기초의 인발저항력을 지배하는 요소를 도출하고 국내 송전철탑기초에 적용가능한 암반등급및 분류기준을 제시하였다. 또한 주어진 하중조건하에서 암반앵커기초를 경제적이고 간편하게 설계할 수 있는 설계절차 및 설계방법을 제안하였다.
