[논문]방조재 시공을 위한 강제치환심도의 추정

장병욱; 우철웅; 김성필

doi:10.5389/ksae.2005.47.1.035

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The research has been done to obtain a empirical equation for the depth of replacement by the analysis of data collected from 8 sea-dike construction sites of south coast of Korean peninsula. The correlation analysis results show that the depth of replacement was mainly dependent upon the height of ...

The research has been done to obtain a empirical equation for the depth of replacement by the analysis of data collected from 8 sea-dike construction sites of south coast of Korean peninsula. The correlation analysis results show that the depth of replacement was mainly dependent upon the height of embankment and the undrained shear strength of soft soil. The suggested regression equation was quite well predicted the depth of replacement and recommended to use under certain restrictions where the embankment height was less than 10m and under 0.2 kgf/cm^{2} of the undrained shear strength of soil.

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문제 정의

지금까지 방조제 축조에 따른 지반 변형은 남해안의 많은 방조제에서 나타났으며 이에 다양한 조건에서의 사례도 축적되어 있다. 이에 본 연구에서는 우리나라의 남해안의 연약지반상에 축조된 방조제 변형 사례를 이용하여 방조제의 치환심도를 추정할 수 있는 경험식을 도출하고자 하였다.
또한, 잔류한 연약충의 충후가 두텁고 제방 축조 후 많은 시간이 경과하는 경우에는 지반의 압밀침하에 의한 영향을 배제할 수 없다. 이에 본 연구에서는 이러한 점을 고려하여 다음과 같은 조건을 설정하고 이러한 조건에 적합한 자료를 수집 하였다.

제안 방법

또한 사면경사는 사석제시공시에는 사석의 안식각으로 유지하고 추후 방괴석으로 설계사면을 완성하는 공법을 적용하므로 조사된 자료의 사면경사의 변화는 크지 않은 것으로 판단되어 외부 변수로는 성토고를 선정하였다. 지반 조건 변수로는 지반 조건을 나타내는 변수로는 함수비, 비중, 단위 중량, 액 성한계, 소성지수 압축지수, 압밀계수, 지반의 강도 그리고 지반의 지형적 조건을 나타내는 연약지반의 심도를 조사하였다.
치환심도에 영향을 미치는 인자를 도출하기 위해서 먼저 변수들을 상관분석 (Correlation analysis) 하였다. 상관분석 결과는 액성 한계, 소성한계, 압축지수와 강도는 매우 밀접한 상관관계를 보이고 있는 것으로 나타났다.
이러한 상관성은 세립토의 연경도와 흙의 특성에 대한 일반적인 거동과도 일치하고 있다. 따라서, 이들 변수는 동일한 특성을 반영하는 것으로 보았으며 지반의 지지력과 관계가 있는 변수인 비배수전단강도를 대표변수로 선정하였다. 이들 변수와 기타 지반정수들에 대한 상관분석결과 선정된 두 변수가 강제치환심도와 상관 정도가 높은 것으로 나타났으며, 두 변수와 강제치환심도에 대한 다중회귀 분석을 실시하였다.
우리나라 남해안의 8개 지구의 치환심도 자료를 수집하여 연약지반사석제 시공 자료를 검토하고 이를 지반 조건 즉, 연약지반 심도, 비배수전단강도 등의 물리적 특성과의 상관관계를 분석하여 지반 조 건에 따른 경험적 치환심도 추정식을 도출하였다.
1. 치환심도의 추정을 위해 잔류연약충이 존재하며 단순 제형인 제방의 치환사례를 수집하였다. 수집된 사례는 지반 특성은 함수비 60%, 비배수전단 강도 0.

대상 데이터

방조제 축조에 따른 치환심도의 분석을 위해 만덕지구 외 5개 지구의 방조제 축조시공 자료 및 광양 컨테이너 부두 공사 외 2건의 부두공사 시의 강제치환 사례 등 8개 지구에서 총 73건을 수집하여 이를 Table 1에 요약하였으며 지역적인 분포를 Fig. 1에 도시하였다.
지 않을 것으로 판단하였다. 또한 사면경사는 사석제시공시에는 사석의 안식각으로 유지하고 추후 방괴석으로 설계사면을 완성하는 공법을 적용하므로 조사된 자료의 사면경사의 변화는 크지 않은 것으로 판단되어 외부 변수로는 성토고를 선정하였다. 지반 조건 변수로는 지반 조건을 나타내는 변수로는 함수비, 비중, 단위 중량, 액 성한계, 소성지수 압축지수, 압밀계수, 지반의 강도 그리고 지반의 지형적 조건을 나타내는 연약지반의 심도를 조사하였다.

데이터처리

따라서, 이들 변수는 동일한 특성을 반영하는 것으로 보았으며 지반의 지지력과 관계가 있는 변수인 비배수전단강도를 대표변수로 선정하였다. 이들 변수와 기타 지반정수들에 대한 상관분석결과 선정된 두 변수가 강제치환심도와 상관 정도가 높은 것으로 나타났으며, 두 변수와 강제치환심도에 대한 다중회귀 분석을 실시하였다.
치환심도와 비배수 강도와 성토고 간의 관계를 선형으로 한 다중회귀 모형, 다항회귀모형 그리고 로그 항을 포함한 모형을 선택하여 각 모형에 대하여 회귀분석을 수행하였고 각각의 모형에 대하여 R-square 값을 구하고 F-검정을 실시하였다. 회귀분석에 사용된 모형과 회귀분석의 결과치 및 각 모형의 R-square값은 Table 3과 같다.
5과 같다. 개발된 회귀 모형과 회귀분석에 사용된 설명 변수를 이용하여 치환심도를 구해 본 결과와 실제의 치환심도를 비교하였다. 그 결과 최대 5.
2. 매개변수를 선정하기 위하여 상관분석을 실시하였으며 그 결과 여러 지반정수는 상당한 상관관계를 보였으며 이를 고려하여 지반 조건의 대표변 수로 점착력을 외부 변수로는 성토고를 선정하였다.

이론/모형

Table 3은 성토고에 따른 비선형성을 고려한 모형이 비배수 강도의 경우보다 더 좋은 IF를 보였으나 두 차이는 유의성이 없었다. 따라서 본 연구에서는 이들 모형 중에서 가장 R-square 값이 높은 이차다항회 귀모형을 치환 심도 모형으로 선택하였다. 이 모형의 회귀계수의 특성은 Table 4와 같다.

성능/효과

이러한 결과는 자료가 전체적으로는 큰 왜곡없이 잘 분포되어 있는 것으로 볼 수 있으나 비배수 강도 및 성토고는 다소 큰 자료가 포함되어 있다고 할 수 있다. 분석 대상이 되는 연약지반은 지반 특성은 함수비 63.9%, 비배수전단강도 0.128 kgf/cm2, 액성한계 55%, 성토고7.26 m 정도가 평균이며 비교적 고소성의 지반이며, 성토고는 10 m 이하가 대부분이라는 점이 특징이다.
치환심도에 영향을 미치는 인자를 도출하기 위해서 먼저 변수들을 상관분석 (Correlation analysis) 하였다. 상관분석 결과는 액성 한계, 소성한계, 압축지수와 강도는 매우 밀접한 상관관계를 보이고 있는 것으로 나타났다. 이러한 상관성은 세립토의 연경도와 흙의 특성에 대한 일반적인 거동과도 일치하고 있다.
회귀분석 결과 선형회귀 모형을 제외한 모든 모형에서 R2 값에서 비슷한 결과를 얻었으며 P-검정 결과도 매우 유의한 것으로 나타났다. Lee(1993)는 치환심도에 대해 다음과 같은 경험식을 제안한 바 있다.
개발된 회귀 모형과 회귀분석에 사용된 설명 변수를 이용하여 치환심도를 구해 본 결과와 실제의 치환심도를 비교하였다. 그 결과 최대 5.71 m의 차이를 보이는 곳이 있었고 평균적으로 약 2.3 m정도의 오차를 보이고 표준편차는 1.678 m 이다. 따라서, 개발된 모형은 약 2 m 정도의 오차 한계를 가지고 있는 것으로 판단된다.
치환심도의 추정을 위해 잔류연약충이 존재하며 단순 제형인 제방의 치환사례를 수집하였다. 수집된 사례는 지반 특성은 함수비 60%, 비배수전단 강도 0.12 kgf/cm2, 액성 한계 50% 정도, 성토고는 7 m 정도가 평균적인 분포이다.
3. 회귀모형을 검토한 결과, 선형 모형은 적용성이 없으며 치환심도와 성토고 및 비배수점 착력은 비선형적 관계를 보인다는 것을 알 수 있었다.

후속연구

이러한 오차는 모형의 한계는 물론이거니와 사용된 지반 강도 정수의 불확실성, 자료의 한계 등에서 기인한다. 따라서, 본 모형은 개략적인 치환심도의 예측에 유용하지만 이를 적용할 때에는 이러한 오차를 감안하여야 할 것으로 생각된다.
농림수산부의 간척자원조사 결과에 의하면 수심 10 m 정도인 천해 간척자원은 전체 간척자원의 약 10% 정도이며 현재까지 진행된 대부분의 간척사업이 여기에 속한다. 따라서, 향후의 대단위 간척사업 및 심해 간척에 연구결과를 적용하기 위해서는 심해 간척에 대한 자료가 보완되어야 할 것으로 판단되며 이후에 보다 많은 자료가 추가된다면 보다 넓은 범위에 대하여 적용성이 있는 모형을 구할 수 있을 것이다.

참고문헌 (14)

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Lee, S. H. 1993. A study on deformation of soft clay foundation by soil structure. Ph. D. Dissertation. Hanyang University. (In Korean)
Lee, S. H. and Y. J. Lee. 2000. A study on the numerical model for predicting depth of replacement and consolidation by embankment on weak soil. J. of Ocean Engineering and Technology. The Korean Committee for Ocean Resources and Engineering. 14 (3) : 61-65
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