모래다짐말뚝(Sand Compaction Pile, 이하 SCP)공법은 느슨한 모래나 점성토 연약지반에 모래를 다지면서 압입하여 비교적 지름이 큰 모래 말뚝을 조성하는 지반개량공법으로서, 모래지반의 경우에는 밀도증대와 액상화방지, 수평저항력 등을 증가시키고 점토지반에서는 원지반과 다져진 모래말뚝으로 이루어진 복합지반을 형성함으로써 지반의 ...
모래다짐말뚝(Sand Compaction Pile, 이하 SCP)공법은 느슨한 모래나 점성토 연약지반에 모래를 다지면서 압입하여 비교적 지름이 큰 모래 말뚝을 조성하는 지반개량공법으로서, 모래지반의 경우에는 밀도증대와 액상화방지, 수평저항력 등을 증가시키고 점토지반에서는 원지반과 다져진 모래말뚝으로 이루어진 복합지반을 형성함으로써 지반의 전단강도 및 지지력 증대, 측방 변위 억제 압밀침하 저감 등의 효과를 목적으로 한다. 이 공법은 1955년 일본의 岡隆一이 개발한 후 1957년 충격식 말뚝 시공법 도입, 1959년 진동기개발, 1960년 진동식 모래다짐말뚝의 타설기의 개발에 따라 시공 능률 향상과 해상시공법적용이 가능하게 되어 육상과 해상의 연약지반 개량공법으로 많이 적용되고 있다. 이 모래다짐 말뚝공법으로 조성된 복합지반의 거동 분석의 핵심은 지반개량 목표에 부합되는 적절한 치환율의 결정과 치환율에 따른 응력분담비와 침하저감계수를 결정하는데 있으나 현재의 기술수준은 아직 치환율 및 응력분담비에 대한 신뢰성 있는 설계지침을 제시하지 못하고 있으며, 대부분 경험에 의한 개략적인 설계지침이 적용되고 있는 실정이다. 응력분담비란 복합지반에서 모래 말뚝과 원지반 사이의 응력의 비를 의미하며 침하감소계수는 미개량 지반의 침하에 대한 개량지반의 침하비를 나타낸다. 이 값들을 추정하는데 있어 경험적 방법 (Greenwood, 1970; Thorburn, 1975), 해석적 방법 (Priebe, 1976; Aboshi et al., 1979; Goughnour and Bayuk, 1973; Ballam and Booker, 1981; Groughnour, 19830 및 수치해석적 방법 (Balaam et al. 1977, 1985; Morgenthaler et al. 1978; Mitchell et al. 1985)이 이용되고 있다. 이 중 해석적 방법으로는 Aboshi 등(1979)에 의하여 반무한 연약지반에 시공된 단일 모래 말뚝의 해석이 처음으로 시작된 이래 단일 말뚝과 말뚝이 영향을 미치는 범위를 하나의 단위원으로 묶어 해석하는 등가 단위셀 (Unit Cell)의 개념 (Goughnour and Bayuk, 1973; Priebe, 1976; Ballam and Booker, 1981)이 도입되었고 현재 대부분의 해석에 단위셀의 개념이 사용되고 있다. 본 논문에서는 최근 발달하고 있는 3-D 유한요소해석과 등가 단위셀 개념을 이용하여 SCP 복합지반을 3차원적으로 모델링한 후 수치해석적 방법에 의한 SCP 복합지반의 거동을 분석하였다. 분석 결과, 수치해석에 의해 SCP의 응력분담비를 구할 경우 저치환율일 경우는 선형탄성해석을 이용하더라도 해석 결과에 큰 차이가 없으며 고치환율의 경우 선형탄성해석과 비선형 탄소성해석의 차이가 약 20%정도 선형탄성해석의 응력분담비가 더 큰 결과를 얻게 된다. 따라서 저치환율 SCP의 응력분담비 산정 수치해석에는 간편한 선형탄성 해석을 시행하여도 큰 문제가 없을 것으로 판단된다. 하지만, 수치해석의 결과는 입력 물성치에 의해 크게 좌우되므로 적절한 실내시험 및 현장 시험으로 타당한 물성치의 산정이 요구되며, 고치환율 SCP의 경우, 선형탄성 해석과 비선형 탄소성 해석의 결과 응력분담비가 약 20%정도의 차이를 보이므로 정확한 응력분담비 산정을 원할 시에는 비선형 탄소성해석의 시행을 추천한다.
모래다짐말뚝(Sand Compaction Pile, 이하 SCP)공법은 느슨한 모래나 점성토 연약지반에 모래를 다지면서 압입하여 비교적 지름이 큰 모래 말뚝을 조성하는 지반개량공법으로서, 모래지반의 경우에는 밀도증대와 액상화방지, 수평저항력 등을 증가시키고 점토지반에서는 원지반과 다져진 모래말뚝으로 이루어진 복합지반을 형성함으로써 지반의 전단강도 및 지지력 증대, 측방 변위 억제 압밀침하 저감 등의 효과를 목적으로 한다. 이 공법은 1955년 일본의 岡隆一이 개발한 후 1957년 충격식 말뚝 시공법 도입, 1959년 진동기개발, 1960년 진동식 모래다짐말뚝의 타설기의 개발에 따라 시공 능률 향상과 해상시공법적용이 가능하게 되어 육상과 해상의 연약지반 개량공법으로 많이 적용되고 있다. 이 모래다짐 말뚝공법으로 조성된 복합지반의 거동 분석의 핵심은 지반개량 목표에 부합되는 적절한 치환율의 결정과 치환율에 따른 응력분담비와 침하저감계수를 결정하는데 있으나 현재의 기술수준은 아직 치환율 및 응력분담비에 대한 신뢰성 있는 설계지침을 제시하지 못하고 있으며, 대부분 경험에 의한 개략적인 설계지침이 적용되고 있는 실정이다. 응력분담비란 복합지반에서 모래 말뚝과 원지반 사이의 응력의 비를 의미하며 침하감소계수는 미개량 지반의 침하에 대한 개량지반의 침하비를 나타낸다. 이 값들을 추정하는데 있어 경험적 방법 (Greenwood, 1970; Thorburn, 1975), 해석적 방법 (Priebe, 1976; Aboshi et al., 1979; Goughnour and Bayuk, 1973; Ballam and Booker, 1981; Groughnour, 19830 및 수치해석적 방법 (Balaam et al. 1977, 1985; Morgenthaler et al. 1978; Mitchell et al. 1985)이 이용되고 있다. 이 중 해석적 방법으로는 Aboshi 등(1979)에 의하여 반무한 연약지반에 시공된 단일 모래 말뚝의 해석이 처음으로 시작된 이래 단일 말뚝과 말뚝이 영향을 미치는 범위를 하나의 단위원으로 묶어 해석하는 등가 단위셀 (Unit Cell)의 개념 (Goughnour and Bayuk, 1973; Priebe, 1976; Ballam and Booker, 1981)이 도입되었고 현재 대부분의 해석에 단위셀의 개념이 사용되고 있다. 본 논문에서는 최근 발달하고 있는 3-D 유한요소해석과 등가 단위셀 개념을 이용하여 SCP 복합지반을 3차원적으로 모델링한 후 수치해석적 방법에 의한 SCP 복합지반의 거동을 분석하였다. 분석 결과, 수치해석에 의해 SCP의 응력분담비를 구할 경우 저치환율일 경우는 선형탄성해석을 이용하더라도 해석 결과에 큰 차이가 없으며 고치환율의 경우 선형탄성해석과 비선형 탄소성해석의 차이가 약 20%정도 선형탄성해석의 응력분담비가 더 큰 결과를 얻게 된다. 따라서 저치환율 SCP의 응력분담비 산정 수치해석에는 간편한 선형탄성 해석을 시행하여도 큰 문제가 없을 것으로 판단된다. 하지만, 수치해석의 결과는 입력 물성치에 의해 크게 좌우되므로 적절한 실내시험 및 현장 시험으로 타당한 물성치의 산정이 요구되며, 고치환율 SCP의 경우, 선형탄성 해석과 비선형 탄소성 해석의 결과 응력분담비가 약 20%정도의 차이를 보이므로 정확한 응력분담비 산정을 원할 시에는 비선형 탄소성해석의 시행을 추천한다.
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