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문제 정의
- 쇄석말뚝은 복합지반으로서의 효과에 의한 침하감소 및 배수층으로서의 역할로 압밀을 촉진시켜 장래 설계하중에 대한 잔류침하를 줄이며 아울러 지반의 강도를 증가시켜 구조물의 안정성을 향상시 키는 효과가 있는 것으로 평가되어 왔다 본 연구에서는 쇄석말뚝에 의한 지반의 강도증가 효과를 확인하기 위하여 베인 시험을 이용하여 원지반 및 복합지반의 전단강도를 실험 전후 깊이에 따라 측정하여 지반강도 증가효과를 확인하였다. 대상지반의 강도는 압밀 후 배수에 의해 약 80%의 강도증가를 보였으며 보강 후 높이(0.
제안 방법
- 5kg/cnf의 예비하중을 재하하여 예압밀을 실시하였으며 쇄석 말뚝의 치환율을 0, 10, 20, 30%로 변화시키면서 한 하중 단계에서 1차 압밀 종료시까지 각각의 하중을 가압하여 단계에 따른 시간-침하 양상을 관찰하였다. 단계별 하중재하는 삼축압축시험기의 Air regulator를 이용하였으며 실제 지반의 배수재를 통한 압밀을 재현할 수 있도록 가압을 실시하였다. 또한, 중앙부의 쇄석말뚝 부위로 배수가 집중될 수 있도록 하부방향의 배수를 억제하고 상부방향 배수만을 허용하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 쇄석말뚝이 연약지반의 압밀 거동에 미치는 영향을 배수촉진 효과 및 강도증가 효과를 실내모형실험을 통해 공학적으로 구명하고 기존의 이론식을 통하여 장기침하량 및 잔류침하량을 산정하여 침하억제효과를 확인하였다.
- 5kg/cnf의 단계 하중을 재하하고 시간-침하 양상과 최종 침하량 및 압밀도 90%에도 달하는 압밀 시간비를 측정하였다. 또한 시험 종료후 베인 시험을 실시하여 지반강도의 증가를 분석하였으며, 쌍곡선법을 이용하여 복합지반의 장기침하량 및 잔류 침하량을 치환율에 따라 비교 분석하였다.
- 쇄석말뚝 설치를 위한 케이싱은 셀의 직경에 따른 치환율을 산정하여 강관(steel pipe)으로 제작하였고 케이싱 삽입과 인발에 따른 교란을 최소화하기 위하여 케이싱 주위에 그리스를 도포하였다. 또한 압밀하중은 삼축압축 시험기의 압축공기 조절기를 이용하여 연속적이고 균일한 하중을 유지할 수 있게 하였으며, 시간에 따른 침하량을 1/lOOmm까지 측정할 수 있는 LVDT를상부에 설치하였다.
- 단계별 하중재하는 삼축압축시험기의 Air regulator를 이용하였으며 실제 지반의 배수재를 통한 압밀을 재현할 수 있도록 가압을 실시하였다. 또한, 중앙부의 쇄석말뚝 부위로 배수가 집중될 수 있도록 하부방향의 배수를 억제하고 상부방향 배수만을 허용하였다. 시험종료 후 복합지반의 전단강도 증가효과를 측정하기 위하여 베인 시험을 실시하였다.
- 시험종료 후 복합지반의 전단강도 증가효과를 측정하기 위하여 베인 시험을 실시하였다. 모형실험은 선단이 지지되도록 하여 관입파괴나 말뚝의 좌굴을 최대한 억제하도록 하였다.
- 본 실험은 연약점토 지반에 조성된 쇄석말뚝의 저치 환율에서 침하 특성 및 강도증가 효과 및 하중 배분을 규명하기 위해 0.2, 0.4, 0.5kg/cnf의 예비하중을 재하하여 예압밀을 실시하였으며 쇄석 말뚝의 치환율을 0, 10, 20, 30%로 변화시키면서 한 하중 단계에서 1차 압밀 종료시까지 각각의 하중을 가압하여 단계에 따른 시간-침하 양상을 관찰하였다. 단계별 하중재하는 삼축압축시험기의 Air regulator를 이용하였으며 실제 지반의 배수재를 통한 압밀을 재현할 수 있도록 가압을 실시하였다.
- 방법, Hoshino 방법 등이 있다. 본 연구에서는 쇄석 말뚝으로 보강된 복합지반의 침하에 Hyperbolic 방법을 적용하여 장기 침하량을 예측하였으며 이에 따른 잔류침하량을 산정하였다. 해석에 필요한 각 파라미터는 선형 회귀분석을 이용 하였으며 침하해석은 압밀 완료 후 시간을 기준으로 동일하게 적용하여 치환율 변화에 따른 침하량을 산정 .
- 있다. 쇄석말뚝 설치를 위한 케이싱은 셀의 직경에 따른 치환율을 산정하여 강관(steel pipe)으로 제작하였고 케이싱 삽입과 인발에 따른 교란을 최소화하기 위하여 케이싱 주위에 그리스를 도포하였다. 또한 압밀하중은 삼축압축 시험기의 압축공기 조절기를 이용하여 연속적이고 균일한 하중을 유지할 수 있게 하였으며, 시간에 따른 침하량을 1/lOOmm까지 측정할 수 있는 LVDT를상부에 설치하였다.
- 쇄석말뚝과 점토지반의 거동특성을 규명하기 위하여 치환율을 0, 10, 20, 30%로 변화시켜 1.0, 2.0, 2.5kg/cnf의 단계 하중을 재하하고 시간-침하 양상과 최종 침하량 및 압밀도 90%에도 달하는 압밀 시간비를 측정하였다. 또한 시험 종료후 베인 시험을 실시하여 지반강도의 증가를 분석하였으며, 쌍곡선법을 이용하여 복합지반의 장기침하량 및 잔류 침하량을 치환율에 따라 비교 분석하였다.
- 쇄석말뚝으로 치환된 복합지반의 최종 침하량을 예측하기 위하여 압밀 하중의 재하가 종료된 시간을 기준으로 해석을 수행하였으며 치환율의 변화에 따라 최종 침하량을 비교하였다. a, B를 결정하기 위한 모형실험의 분석 결과는 그림 10~12와 같고 쌍곡선 방법을 이용한 침하 해석 결과가 치환율 변화에 따라 표 5에 보여진다.
- 시험기를 제작하였다. 시험기는 직경 10cm, 높이 15cm로 횡 방향 변형을 구속하기 위하여 0.5cm 두께의 아크릴로 제작하였으며 그리스를 이용하여 측면마찰의 영향을 줄였다.
- 또한, 중앙부의 쇄석말뚝 부위로 배수가 집중될 수 있도록 하부방향의 배수를 억제하고 상부방향 배수만을 허용하였다. 시험종료 후 복합지반의 전단강도 증가효과를 측정하기 위하여 베인 시험을 실시하였다. 모형실험은 선단이 지지되도록 하여 관입파괴나 말뚝의 좌굴을 최대한 억제하도록 하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 시료는 서해안 당진 지역에서 채취한 실 트질 점토로서 시료를 교란된 상태로 채취하여 실내에서 불순물을 제거한 후 재 성형하였다. 재성형 시료는 액성한계 이상의 고함 수비로 조성하여 포화도를 높일 수 있도록 하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 쇄석 말뚝으로 보강된 복합지반의 침하에 Hyperbolic 방법을 적용하여 장기 침하량을 예측하였으며 이에 따른 잔류침하량을 산정하였다. 해석에 필요한 각 파라미터는 선형 회귀분석을 이용 하였으며 침하해석은 압밀 완료 후 시간을 기준으로 동일하게 적용하여 치환율 변화에 따른 침하량을 산정 . 비교하였다.
이론/모형
- 공극수압을 사용하여 산정한 압밀도와 침하량을 이용한 압밀 도가 비교적 일치한다는 Terzaghi(1943)의 이론에 근거하여 최종 침하량과 현재의 침하량을 이용하여 압밀도 기준 90%에도 달하는 압밀도달 시간을 산정하였다.
성능/효과
- (1) 전체 최종 침하량은 무보강지반에 비하여 쇄석말뚝으로 보강된 복합지반의 치환율이 10%, 20%, 30%일 때 19, 20%, 45.75%, 63.27%의 침하 감소가 나타나 치환율의 증가에 따른 침하 감소 효과가 큰 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 경향은 재하 초기 단계에서 두드러게 나타났다. 또한, 침하 저감 계수는 치환율에 따라 0.
- (2) 전체적으로 복합지반의 T90은 무보강 지반에 비해 모든 압밀 하중단계 및 치환율에서 짧게 나타나고 있으며 치환율의 증가에 따른 압밀 시간의 단축효과가 커짐을 알 수 있었다. 또한 이러한 경향은 재하 초기단계에서 두드러지는 것으로 나타났다.
- (3) 이론식을 통한 장기 침하량 및 잔류 침하량을 예측한 결과 원지반에 비하여 복합지반에서 최종 침하량은 치환율 증가에 따라 30.85% 50.45% 67.08% 감소되었고, 쇄석의 경우 잔류침하량은 쇄석은 70.85%, 71.56%, 79.38%의 감소를 나타내어 쇄석말뚝의 침하억제 효과를 검증하였으며 실험치와의 비교를 통하여 쇄석말뚝 보강지반에 대한 침하 예측이 가능함을 확인하였다.
- (4) 복합지반의 강도는'치환율에 따라 27~38%, 67~74% 정도로 증가하였으며 이러한 현상은 쇄석에 의한 압밀 배수 촉진과 재하시 방사방향으로의 응력 전달에 기인된 것으로 판단된다. 澎
- 0kg/cni2 하중단계에서 20, 30% 치환시에는 l.Okg/际의 하중 단계와 유사한 경향을 나타내고 있으며 원지반과도 상당한 변형률 속도의 감소 경향을 볼 수 있었다. 또한 초기 하중 단계에 비해 감소율이 빠른 시간내에 도달되고 있다.
- 각 하중단계에 대한 실험 결과 보강지반의 변형속도는 초기에는 하중단계에 관계없이 유사한 경향을 나타내며 일정 시점을 기준으로 감소율이 증가되는 경향을 보이고 있다.
- 또한, 재하 초기의 변형은 치환율에 상관없이 거의 일정한 속도로 발생되고 있다. 따라서, 해석결과 20%와 30% 치환시에는 큰 차이를 보이고 있지는 않으나 치환율이 높아질수록 압밀 종료시점이 짧아지는 경향을 나타내고 있어 쇄석말뚝이 배수를 유도하여 압밀을 촉진시키고 있음을 확인할 수 있었다.
- 침하량은 하중단계가 증가함에 따라 침하량이 감소하는 경향을 보이며 치환율이 증가함에 따라 두드러지게 감소하였다. 또한, 무보강 지반에 비해 현저히 짧은 시간에 압밀이 종료되는 양상을 관찰할 수 있었다.\
- 복합지반에 대한 해석결과 치환율이 증가함에 따라 실내실험 결과와 같이 최종 침하량이 감소하여 치환율 증가에 의한 자반의 침하억제 효과를 확인할 수 있었다. 또한.
- 실험결과 말뚝의 면적 치환율이 증가할수록 침하감소 효과가 크게 나타남을 알 수 있었으며 이러한 경향은 재하 초기 단계에서 두드러게 나타났다.
- 나타내었다. 전체적으로 복합지반의 압밀도 90%에 도달하는 시간이 무보강 지반에 비해 모든 압밀 하중단계 및 치환율에서 짧게 나타나고 있으며 치환율의 증가에 따른 압밀 시간의 단축효과가 커짐을 알 수 있었다. 또한, 이러한 경향은 재하 초기단계에서 두드러 지는 것으로 나타났다.
- Okg/稣 재하시 가장 많은 침하가 발생되고 압밀 초기에는 쇄석말뚝으로 보강된 복합지반의 초기 침하속도가 무보강지반에 비해 빠른 경향을 나타내며, 이러한 경향은 하중단계가 증가함에 따라 쇄석을 통한 배수의 촉진으로 두드러지는 양상을 띄고 있는 것으로 관찰되었다. 침하량은 하중단계가 증가함에 따라 침하량이 감소하는 경향을 보이며 치환율이 증가함에 따라 두드러지게 감소하였다. 또한, 무보강 지반에 비해 현저히 짧은 시간에 압밀이 종료되는 양상을 관찰할 수 있었다.
후속연구
- 또한. 실험을 통한 최종침하량과 비교하여 적은 범위내에서 예측침하량이 나타나] 그로쇄석말뚝 보강지반의 장기침하량 예측에 있어 쌍곡선법의 적용 가능성을 확인할 수 있었으나 향후 치환율의 변화에 따른 침하억제 효과와 현장시험시공을 통한 다양한 침하예측 기법의 검증이 필요할 것이다.
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