인천국제공항 공사현장의 흙막이 굴착단면에서 계측된 자료를 검토하여 연약지반에 설치된 강널말뚝 흙막이벽의 수평변위와 굴착주변지반의 변형에 대한 상관관계를 조사하였다. 벽체의 지지방식에 따른 강널말뚝 흙막이벽의 수평변위는 앵커지지, 복합지지, 버팀보지지 순으로 작게 나타났으며, 각각의 지지방식에 따른 최대수평변위 발생위치도 서로 다르게 발생하였다. 흙막이벽의 최대수평변위 및 최대수평변위속도는 굴착지반의 안정수가 ${\pi}$이하일 경우 각각 굴착깊이의 $1\%$, 1mm/day이하로 발생되고, 안정수가 ${\pi}+2$ 이하일 경우 각각 굴착깊이의 $2.5\%$, 2mm/day이하로 발생되며, 안정수가 ${\pi}+2$ 이상일 경우 급격하게 증가한다. 또한, 굴착저면에서의 N치가 감소함에 따라 흙막이벽의 최대수평 변위는 증가하며, N치가 약 10이하일 경우 흙막이벽의 최대수평변위는 급격하게 증가함을 알 수 있다. 한편, Terzaghi(1943)에 의해 제안된 히빙에 대한 안전율이 감소함에 따라 흙막이벽의 최대수평변위는 증가하며, 히빙의 안전율이 2.0일 경우 흙막이벽의 최대수평변위는 급속하게 증가함을 알 수 있다. 따라서, 국내 연약지반 강널말뚝 흙막이벽의 경우 히빙에 대한 안전율은 2.0으로 제안할 수 있다.
인천국제공항 공사현장의 흙막이 굴착단면에서 계측된 자료를 검토하여 연약지반에 설치된 강널말뚝 흙막이벽의 수평변위와 굴착주변지반의 변형에 대한 상관관계를 조사하였다. 벽체의 지지방식에 따른 강널말뚝 흙막이벽의 수평변위는 앵커지지, 복합지지, 버팀보지지 순으로 작게 나타났으며, 각각의 지지방식에 따른 최대수평변위 발생위치도 서로 다르게 발생하였다. 흙막이벽의 최대수평변위 및 최대수평변위속도는 굴착지반의 안정수가 ${\pi}$이하일 경우 각각 굴착깊이의 $1\%$, 1mm/day이하로 발생되고, 안정수가 ${\pi}+2$ 이하일 경우 각각 굴착깊이의 $2.5\%$, 2mm/day이하로 발생되며, 안정수가 ${\pi}+2$ 이상일 경우 급격하게 증가한다. 또한, 굴착저면에서의 N치가 감소함에 따라 흙막이벽의 최대수평 변위는 증가하며, N치가 약 10이하일 경우 흙막이벽의 최대수평변위는 급격하게 증가함을 알 수 있다. 한편, Terzaghi(1943)에 의해 제안된 히빙에 대한 안전율이 감소함에 따라 흙막이벽의 최대수평변위는 증가하며, 히빙의 안전율이 2.0일 경우 흙막이벽의 최대수평변위는 급속하게 증가함을 알 수 있다. 따라서, 국내 연약지반 강널말뚝 흙막이벽의 경우 히빙에 대한 안전율은 2.0으로 제안할 수 있다.
Based on the field measuring data obtained from excavation sections in Inchon International Airport project, the relationships between the horizontal displacement of sheet-pile walls and the deformations of soft ground around the excavation were investigated. The horizontal displacements of walls ac...
Based on the field measuring data obtained from excavation sections in Inchon International Airport project, the relationships between the horizontal displacement of sheet-pile walls and the deformations of soft ground around the excavation were investigated. The horizontal displacements of walls according to supporting method occur, and the displacements were found to become larger in the order of anchors, anchors with struts, and struts. The depths of maximum horizontal displacement are varied with supporting systems. If the stability number shows lower than ${\pi}$, the maximum horizontal displacement and the velocity of maximum horizontal displacement are respectively developed less than $1\%$ of excavation depth and 1mm/day. When the stability number shows lower than ${\pi}+2$, the maximum horizontal displacement and the velocity are respectively developed less than $2.5\%$ of excavation depth and 2mm/day. Also, when the stability number shows more than ${\pi}+2$, the maximum horizontal displacement and the velocity rapidly increase. Also, the maximum horizontal displacement is found to increase rapidly when N value is less than 10. The maximum horizontal displacement increases with decreasing the factor of safety against basal heave (Terzaghi, 1943), and the maximum horizontal displacement is found to increase rapidly when the factor of safety against basal heave is greater than 2.0. This value can be proposed as the criterion for the factor of safety against basal heave in Korea.
Based on the field measuring data obtained from excavation sections in Inchon International Airport project, the relationships between the horizontal displacement of sheet-pile walls and the deformations of soft ground around the excavation were investigated. The horizontal displacements of walls according to supporting method occur, and the displacements were found to become larger in the order of anchors, anchors with struts, and struts. The depths of maximum horizontal displacement are varied with supporting systems. If the stability number shows lower than ${\pi}$, the maximum horizontal displacement and the velocity of maximum horizontal displacement are respectively developed less than $1\%$ of excavation depth and 1mm/day. When the stability number shows lower than ${\pi}+2$, the maximum horizontal displacement and the velocity are respectively developed less than $2.5\%$ of excavation depth and 2mm/day. Also, when the stability number shows more than ${\pi}+2$, the maximum horizontal displacement and the velocity rapidly increase. Also, the maximum horizontal displacement is found to increase rapidly when N value is less than 10. The maximum horizontal displacement increases with decreasing the factor of safety against basal heave (Terzaghi, 1943), and the maximum horizontal displacement is found to increase rapidly when the factor of safety against basal heave is greater than 2.0. This value can be proposed as the criterion for the factor of safety against basal heave in Korea.
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문제 정의
이를 통하여 흙막이 벽의 지지형식에 따른 흙막이 벽의 변형 특성을 서로 비교 고찰하고자 한다. 그리고, 흙막이 벽의 변형 거동과 굴 착 저면 지반에서의 융기에 대한 안정성의 상관관계를 이용하여 강널말뚝 흙막이 벽의 설계 및 시공기준을 마련하고자 한다.
14( 久+2) 이상이면 굴착 저 면에서는 저면 파괴로 계속적인 히빙이 발생하게 된다. 따라서, 굴착지반의 안 정수를 이용하여 연 약지 반상 흙막이 벽의 안정성을 검토하여 보고자 한다. 이를 위하여 흙막이 벽의 단계별 최대 수평 변위 및 단계별 굴착 완료 후 최대 수평 변위 증가속도와 굴착지반의 안정수와의 상관관계를 조사하였다.
연약지반에서 굴착공사를 안전하고 합리적으로 시행하기 위해서는 흙 막이 벽의 수평 변위와 연계하여 굴착 저면 지반의 융기에 대한 안정성을 반드시 검토해야 할 것이다. 따라서, 본 연구에서는 연약지반 굴착 시 지지형식에 따른 흙막이 벽의 거동을 조사하여 보고자 한다. 이를 통하여 흙막이 벽의 지지형식에 따른 흙막이 벽의 변형 특성을 서로 비교 고찰하고자 한다.
본 연구에서는 총 44개 단면의 강널말뚝 흙막이 벽을 대상으로 계측기를 설치하여 흙막이 벽의 거동을 조사하였다. 이 가운데 버팀보지 지 강널말뚝 흙막이 벽은 19개 단면이고, 앵커 지지 강널말뚝 흙막이 벽은 7개 단면이며, 버팀보와 앵커의 복합지지 강널말뚝 흙막이 벽은 18개 단면이다.
따라서, 본 연구에서는 연약지반 굴착 시 지지형식에 따른 흙막이 벽의 거동을 조사하여 보고자 한다. 이를 통하여 흙막이 벽의 지지형식에 따른 흙막이 벽의 변형 특성을 서로 비교 고찰하고자 한다. 그리고, 흙막이 벽의 변형 거동과 굴 착 저면 지반에서의 융기에 대한 안정성의 상관관계를 이용하여 강널말뚝 흙막이 벽의 설계 및 시공기준을 마련하고자 한다.
제안 방법
0m로 시공되었다. 강널말뚝의 근입깊이는 최종굴착 깊이로부터터 약 14m 정도를 더 근입시켜 지지층에 도달하도록 하였다.
그림 4~ 그림 6은 각각의 지지방식에 따른 굴착단계별 강널말뚝 흙막이 벽의 수평 변위를 나타낸 것이다. 굴착단계별 흙 막이 벽의 수평 변위를 나타내기 위하여 횡축에는 흙 막 이 벽의 수평 변위량을 누계변위량으로 나타내었고, 종축에는 지표면으로부터의 깊이를 나타내었다.
즉, 버팀보의 축력을 측정하기 위하여 변형률 계를 설치하였고, 앵커의 축력을 측정하기 위하여 하중계를 설치하였다. 그리고, 시공 도중 흙막이 벽의 변형을 살펴보기 위하여 흙막이 벽에 근접하여 지중 경사계를 설치하였다. 또한, 굴착단계 및 강우에 따른 지하 수위의 변화를 조사하기 위하여 지하수 위계를 지중 경사계와 인접하여 설치하였다.
그림 3은 굴착 단면도에 계측기 설치 위치를 함께도 시한 것이다. 그림을 살펴보면 각각의 지지방식별 흙 막이 벽에 대하여 변형률 계, 하중계, 지중 경사계 및 지 하수 위계를 설치하여 계측을 수행하였다. 즉, 버팀보의 축력을 측정하기 위하여 변형률 계를 설치하였고, 앵커의 축력을 측정하기 위하여 하중계를 설치하였다.
그리고, 시공 도중 흙막이 벽의 변형을 살펴보기 위하여 흙막이 벽에 근접하여 지중 경사계를 설치하였다. 또한, 굴착단계 및 강우에 따른 지하 수위의 변화를 조사하기 위하여 지하수 위계를 지중 경사계와 인접하여 설치하였다.
본 현장에서는 지하 수위가 높은 연 약점성토 지반으로 구성되어 있으므로 흙막이벽의 강성이 우수하고 별도의 차수 공법을 고려하지 않아도 되는 강널말뚝을 채택하였고, 강널말뚝의 이음부를 물리게 하여 연속성을 확보할 수 있도록 하였다. 그리고, 강널말뚝 흙 막 이 벽의 형식은 U-Type(KWSP-IV)을 적용하였다.
따라서, 굴착지반의 안 정수를 이용하여 연 약지 반상 흙막이 벽의 안정성을 검토하여 보고자 한다. 이를 위하여 흙막이 벽의 단계별 최대 수평 변위 및 단계별 굴착 완료 후 최대 수평 변위 증가속도와 굴착지반의 안정수와의 상관관계를 조사하였다.
인천국제공항 현장의 연약지반에 설치된 강널말뚝 흙 막이 벽의 수평 변위에 대한 현장 계측 결과를 토대로지 지형식에 따른 수평 변위 특성 및 지반의 안정수, 굴착 저 면지 반의 강도 및 히빙에 대한 안전율과의 상관관계를 조사한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
그림을 살펴보면 각각의 지지방식별 흙 막이 벽에 대하여 변형률 계, 하중계, 지중 경사계 및 지 하수 위계를 설치하여 계측을 수행하였다. 즉, 버팀보의 축력을 측정하기 위하여 변형률 계를 설치하였고, 앵커의 축력을 측정하기 위하여 하중계를 설치하였다. 그리고, 시공 도중 흙막이 벽의 변형을 살펴보기 위하여 흙막이 벽에 근접하여 지중 경사계를 설치하였다.
한편, 그림 8은 최대 수평 변위 속도와 안 정수와의 상관관계를 도시한 것이다. 최대 수평 변위 속도 는 단계별 굴착이 완료되고 일주일 경과 후 발생된 최대 수평 변위를 경과일수로 나누어 선정하였다. 그림을 살펴보면 안정수가 3.
대상 데이터
그림 3(a) 는 버팀 보지지 강널말뚝 흙막이 벽의 굴착단면도 를 나타낸 것으로 굴착 깊이는 13m 정도이며, 총 4~5단의 버팀보에 의하여 강널말뚝 흙막이 벽이 지지되어 있다. 굴착 폭은 22m이며, 굴착 단면의 중앙에 버팀보의 처 짐을 방지하기 위하여 2~3개의 중간말뚝을 설치하였다. 버팀보의 수평 간격은 2.
버팀보, 띠장 및 중간말뚝은 모두 H-말뚝을 사용하였다. 버팀 보는 H-300 X 300 X 10 X 15를 사용하였고, 띠 장은 H-300X300X 10X 15 또는 H-35OX35O X15X 19을 사용하였으며, 중간말뚝은 H-250X250x 9x 14을 사용하였다. 특이한 사항으로는 띠 장의 단면 이 두 가지 형태이며 2열 띠 장을 사용한 구간도 있다.
본 연구는 인천국제공항의 신설부지 가운데 A-1 공구, A-2 공구, A-3 공구 그리고, A-4 공구의 강널말뚝 흙막이 벽을 이용한 굴착 현장을 대상으로 실시하였다. 대 상현 장의 강널말뚝 흙막이 벽은 모두 공동구와 지하차도 건설을 위하여 수행된 것이다.
본 연구의 대상 지역인 인천국제공항 현장은 행정구 역상 인천직할시 중구에 해당하는 영종도, 용유도 및 신 불도 일대로서 영종도와 용유도 사이에 총길이 17.3km의 방조제를 쌓고 1, 700만 평의 바다 갯벌을 부지로 조성하였다. 인천국제공항 신축공사는 4개의 평행활주로, 한 동의 여객터미널, 두 동의 탑승동 및 배수 구조물, 중수 처리시설, 수흐卜물 처리시설 그리고, 건축 및 부대시설 등으로 분류하여 시공되었다.
특이한 사항으로는 띠 장의 단면 이 두 가지 형태이며 2열 띠 장을 사용한 구간도 있다. 앵커는 주변 마찰형 형태이며 PC 스트랜드 강연 선을 사용하였고, 강 선수는 7~8개를 사용하였다. 앵커의 설치각도는 40。고, 자유 장의 길이는 23~28m이며 정 착장의 길이는 8~10m이다.
연구대상 지역의 지반 조건은 그림 2에서 보는 바와 같이 지표면으로부터 매립 층, 해성 퇴적층, 풍화잔류토 층, 풍화암층, 및 연암층의 순으로 구성되어 있다. 매 립 층은 지표면으로부터 약 3m 정도까지 분포하고 있으며, N치가 18~31까지 나타나는 양호한 지반이다.
이론/모형
본 현장에서는 지하 수위가 높은 연 약점성토 지반으로 구성되어 있으므로 흙막이벽의 강성이 우수하고 별도의 차수 공법을 고려하지 않아도 되는 강널말뚝을 채택하였고, 강널말뚝의 이음부를 물리게 하여 연속성을 확보할 수 있도록 하였다. 그리고, 강널말뚝 흙 막 이 벽의 형식은 U-Type(KWSP-IV)을 적용하였다. 한편, 흙막이 벽의 지지방식으로는 버팀보와 앵커가 사용되었다.
성능/효과
(1) 지지방식에 따른 강널말뚝 흙막이 벽의 수평 변위 억 제 효과는 앵커 지지, 복합지지, 버팀 보지지 순으로 크게 나타났으며, 각각의 지지형식에 따른 최대수평 변 위 발생위치도 서로 다르게 발생함을 알 수 있다.
(2) 연약지반 강널말뚝 흙막이 벽을 이용한 굴착 시 굴착 지반의 안정수가 ”이하이면 최대 수평 변위는 굴착 깊이의 1% 이하로 발생되고, 안정수가? r+2 이하이 면 최대수평 변위는 굴착 깊이의 2.5% 이하로 발생되며, 안정수가 兀+2 이상이면 최대 수평 변위는 급격하게 발생된다.
(3) 연약지반 강널말뚝 흙막이 벽을 이용한 굴착 시 굴착 지반의 안정수가 久 이하이면 최대 수평 변위 속도는 Imm/day 이하로 발생되고, 안정수가 卄2 이하이면 최대 수평 변위 속도는 2mm/day 이하로 발생되며, 안 정수가? r+2 이상이면 최대 수평 변위 속도는 급격하게 증가된다.
(4) 연약지반에서 굴착 시 굴착저면 지반에서의 히빙에 대한 안전율이 2.0 이하이거나, 굴착 저면에서의 N치 가 10이하일 경우 흙막이벽의 최대 수평변위는 급격하게 증가하여 흙막이벽의 안정성에 문제를 발생하게 된다.
3 이하일 경우에 흙 막 이 벽의 최대 수평 변위가 급속하게 증가한다고 제안한 바 있다. 그러나, 본연구결과에서는 앞서 제안한 바와 같이 최대 수평 변위가 굴착 깊이의 1.0%일 때 히빙의 안 전율은 2.0이 되며, 히빙의 안전율이 2.0 이하일 경우 흙 막이 벽의 수평 변위는 크게 증가함을 알 수 있다. 따라서, Mana and Clough(1981)의 연구 결과인 히빙안전율 1.
14 이상이면 굴착 저 면에서 소성역이 확대되기 시작하여 지반 융기가 현저하게 된다고 하였다. 그리고, 대상 현장의 경우 굴착지반의 안정수가 3.14 이상이 되면 흙막이 벽의 최대 수평 변위는 굴착 깊이의 1.0%가 되는 것으로 나타났다. 따라서, 대상 현장에서는 최대수평 변 위가 굴착 깊이의 1.
5% 이하로 발생되는 것으로 나타났다. 그리고, 한계안정 수인 5.14 이상에서 최대 수평 변위는 급격하게 증가하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 한편, 그림 8은 최대 수평 변위 속도와 안 정수와의 상관관계를 도시한 것이다.
이러한 원인은 지지방식에 따른 시공과정 및 시공조건, 굴착 완료 후 점성토지 반의 크 리프 성 변형 등에 의한 것으로 판단된다. 그리고, 흙 막 이 벽의 변형 형상은 버팀 보지지 흙막이 벽의 경우 굴착 저 면에서 최대 수평 변위가 발생되고, 앵커 지지 흙막이 벽 의 경우 최대 수평 변위는 최대굴착 깊이의 1/2지점에서 발생되며, 복합지지 흙막이 벽의 경우 최대 수평 변위는 최대굴착 깊이의 2/3지점에서 발생됨을 알 수 있다. 한편, 최종 굴착 저면 부근에서 강널말뚝 흙막이 벽의 수평 변위가 크게 발생되고 있는데 이는 굴착 저 면에서의 히 빙 현상이 발생되고 있음을 보여주고 있다고 할 수 있다.
이상의 결과를 살펴보면 강널말뚝 흙막이 벽의 최대 수평 변위는 버팀 보지 지의 경우 가장 크고, 그다음은 복합지지의 경우가 크며, 앵커 지지 흙막이 벽의 경우가 가장 작은 것으로 나타났다. 이러한 원인은 지지방식에 따른 시공과정 및 시공조건, 굴착 완료 후 점성토지 반의 크 리프 성 변형 등에 의한 것으로 판단된다.
38(R) 단면의 굴착단계별 수평 변위를 나타낸 것이다. 지표면으로부터 약 6m를 경계로 하여 상부의 수평 변위와 하부의 수평 변위가 서로 다른 형태로 발생하는 것으로 나타났다. 이러한 원인은 지표면으로부터 약 6m 깊이를 경계로 상부는 버팀 보지지 구조이고, 하부는 앵커 지지 구조로 설치되어 있기 때문이다.
후속연구
그리고, 연약지반에서 굴착 저면 지반의 융기 현상 은 흙막이 벽의 수평 변위와 더불어 흙막이 벽의 안정성에 영향을 미치는 중요한 요인이 된다. 연약지반에서 굴착공사를 안전하고 합리적으로 시행하기 위해서는 흙 막이 벽의 수평 변위와 연계하여 굴착 저면 지반의 융기에 대한 안정성을 반드시 검토해야 할 것이다. 따라서, 본 연구에서는 연약지반 굴착 시 지지형식에 따른 흙막이 벽의 거동을 조사하여 보고자 한다.
참고문헌 (15)
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