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문제 정의
- 본 연구에서는 송도신도시 개발부지의 준설 매립지반을 대상으로 준설토의 물리적 특성과 매립지반에 대한 액상화 가능성을 분석하였으며, 다짐공법에 따른 개량 효과를 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 송도신도시 개발부지의 준설 매립지반을 대상으로 준설토의 전반적인 특성과 매립지반의 액상화 발생 가능성을 평가하였으며, 다짐 전.후에 수행한 표준관입시험(SPT), 정적콘관입시험(CPT)결과를 토대로 지반개량효과 및 액상화 보강 효과를 평가하여 동 다짐공법에 따른 다짐 관리 방안을 제시하였다.
가설 설정
- 그림처럼 준설토의 세립분 함유량이 증가할수록 액상화 저항강도비는 더 크게 증가하는 경향을 보인다. 그리고, 다짐 전 상대밀도(4)는 약 50%정도의 경우와 다짐 후의 상대밀도를 60, 70%로 가정하여 산정한 액상화 저항강도비는 표 6과같이 나타났다.
제안 방법
- 9가 된다. 王한, 진동삼축시험을 바탕으로 산정한 액상화 저항 강도를 현장시험자료와 연관시켜 기존의 간이평가 방법과 비교 분석을 통해 상호관계를 살펴보았다. 먼저, 실내 시험 조건 중 결과에 크게 영향을 미치는 상대밀도와 현장에서 얻을 수 있는 표준관입저항치(N)와의 관계를 규명해야 한다.
- 먼저, 실내 시험 조건 중 결과에 크게 영향을 미치는 상대밀도와 현장에서 얻을 수 있는 표준관입저항치(N)와의 관계를 규명해야 한다. 간이방법을 통해 산정한 세립분 함유량별 액상화 전단저 항응력 비는 진동삼축시험 결과와의 비교를 위해 상대밀도를 W치로 환산하여 산정한다. 이 때, 이용된 환산식은 1957년 Gibbs와 Holtz의 시험결과를 토대로 Meyerhof(1956)가 제안한 식 (2)를 사용하였다(신윤섭 등, 1999).
- 그리고, 동다짐 구간에서 수행한 SPT-匝치를 이용하여 Seed 방법으로 산정한 액상화 안전율과 진동삼축시험에 의한 상세평가방법으로 산정한 안전율을 비교하여 그림 24와 같이 도시하였다.
- 다짐 시험 시공은 지반개량 효과를 증대 시 키고 다짐 평가 방법 및 다짐 관리기준을 마련하고, 본 다짐공사의 경제적이고 안정된 작업을 수행할 수 있도록 기초자료를 확보하기 위해 실시하였다 다짐공법은 표 1과 그림 3과같이 다짐 패턴, 타격에너지를 고려하여 typel, typ ell로 구분하였고, 유압햄머다짐은 동다짐 typell와 동일한 다짐 에너지로 실시하였다. 그리고, 본 공사의 시공성 및 개량 효과를 검토 하기 위하여 추가적으로 시험동 다짐을 수행하였다.
- 동다짐공법의 개량효과를 평가하기 위하여 수행한 CPT-如 SPT-N, 그리고 상대다짐도 등의 결과를 토대로 준설매립지반의 다짐관리 방안을 제시하고자 이들 상호관계를 분석하였으며, 그 결과는 그림 22와 같다. 그림 22(a)는 SPT-N과 CPT-勿와의 관계이고, 그림 22(b) 는 현장밀도에 의한 상대다짐도와 정적콘관입시험의 qc 와의 관계이다.
- 또한 다짐시험시공은 표 1의 타격에너지를 고려해 typel과 typell 그리고 유압햄머다짐을 수행하였다. 다짐 전.
- 본 연구에서는 그림 7의 절차에 따라 준설 매립지반의 액상화 가능성을 평가하였으며, 대상구간은 지진 I 구역으로 재현주기는 500년, 대상지반의 최대 가속도(%睡) 는 0.11g, 지진규모(M) 6.5를 지진강도 정수로 이용하였다. 그림 3(a)의 시험구간을 대상으로 실시한 표준 관입시험 결과를 표 5와 같이 정리하였다.
- 이 때, 이용된 환산식은 1957년 Gibbs와 Holtz의 시험결과를 토대로 Meyerhof(1956)가 제안한 식 (2)를 사용하였다(신윤섭 등, 1999). 본 연구에서는 준설매립지반의 지진 규모 6.5를 기준으로 반복 재하횟수를 10회로 규정하여 최종 액상화 저항응력비를 산출하였다.
- 시험시공결과에서 지반강도는 콘관입저항치(心을 이용한 경우가 표준관입저항치(N)를 이용하는 경우보다 정확도가 좋고 다짐관리가 용이한 것으로 나타난 바와 같이, 현장 다짐시험시공을 통해 얻은 SPT-7V치와 CPT- % 관계에서 각각의 CPT-% 값에 상응하는 SPT-W 치를 구하였다.
- 그러나 기 시공사례에 의하면 지반개량효과가 시공구간에 따라 부분적으로 크게 저하된 것으로 검토되었다. 이에 따라 본 현장의 불규칙한 지반 조건에 대한 개량효과를증진시키기 위하여 다짐시험 시공을 계획하였다.
- 후의지반 강도를를 측정하였다. 이와 더불어 준설토 시료에 대해서는 기본물성 등의 실내시험을 수행하였다.
- 준설 매립지반의 개량 전 부지를 대상으로 현장시험에 의한 간이평가 방법과 진동삼축시험에 기초한 상세평가 방법으로 액상화 가능성을 평가하였다.
- 지반의 액상화 저항응력비는 3회 이상 진동하중 변화에 따른 진동삼축시험을 실시하고 그 결과를 Seed와 Idress(1971)의 제안식(1)으로 보정하여 등가반복 재하횟수와 액상화 저항응력비와의 관계를 도출한다.
- 그림 3(a)의 시험구간을 대상으로 실시한 표준 관입시험 결과를 표 5와 같이 정리하였다. 특히, 준설토의 세립분 함유량이 액상화에 미치는 영향 등을 살펴보기 위하여 각 그룹의 입도특성별로 정리하였다. 이들 시험공의 지하수위는 지표로부터 약 2.
- 발생 가능성을 평가하였으며, 다짐 전.후에 수행한 표준관입시험(SPT), 정적콘관입시험(CPT)결과를 토대로 지반개량효과 및 액상화 보강 효과를 평가하여 동 다짐공법에 따른 다짐 관리 방안을 제시하였다.
- 다짐 전.후의 지반개량효과는 CPT-%, SPT-7V, 그리고 상대다짐도를 측정하여 그림 16~18과 같이 비교하였다. 각 다짐공법에 의한 개량심도는 대체적으로 7~9.
- 당초 동다짐 전.후의 확인시험은 매 200m 간격으로 동적콘관입시험(DCPT), SPT에 의하여 지반개량 효과의 영향 정도를 평가하고, 평판재하시 험과 현장 밀도시험은 상부 교란층의 다짐도를 평가하도록 시방에 규정되었다. 그러나, 동다짐의 지반개량 효과에 대한 다짐 관리기준이 불분명하고 DCPT의 동적콘관입저항치(凡)의 신뢰도가 다소 떨어지는 것으로 검토되었다(김종국과 채영수, 2004b).
- CPT시험을 추가하여 다짐 전.후의지반 강도를를 측정하였다. 이와 더불어 준설토 시료에 대해서는 기본물성 등의 실내시험을 수행하였다.
대상 데이터
- 본 연구대상 부지는 원지반 해성 퇴적층 위에 인위적으로 매립한 준설 매립지반으로 구분된다. 퇴적층 내에 연약층이 존재하는 경우에는 단순 Preloading공법 혹은 연 직배 수재(P.
- 본 지역은 인천광역시 송도유원지 남부에 위치하며, 인근지역은 시화공단 및 남동공단 등 이미 상당 부분 매립이 이루어진 지역이다. 그림 1은 이 지역의 대표적인 지반특성을 나타낸 것이다.
- 현장시험은 동다짐 전에 수행한 SPT 및 CPT를 이용하였다. SPT의 경우에는 Eurocode 및 일본 건축물 시방서의 근간이 되는 Seed 등(1983)의 방법과 진동삼축시험결과를 토대로 제안된 Iwasaki등(1978)의 방법을, CPT 의 경우는 Robertson과 Wride(1998)방법으로 액상화 가능성을 평가하였다.
데이터처리
- 전.후의 SPT-7V 및 CPT-%결과를 바탕으로 액상화 안전율을 산정하여 그림 19~21과 같이 비교하였다.
이론/모형
- SPT의 경우에는 Eurocode 및 일본 건축물 시방서의 근간이 되는 Seed 등(1983)의 방법과 진동삼축시험결과를 토대로 제안된 Iwasaki등(1978)의 방법을, CPT 의 경우는 Robertson과 Wride(1998)방법으로 액상화 가능성을 평가하였다. 이들 간이평가 방법의 특징을 개략적으로 비교하면 표 3과 같다(김종국과 채영수, 2005).
- 간이방법을 통해 산정한 세립분 함유량별 액상화 전단저 항응력 비는 진동삼축시험 결과와의 비교를 위해 상대밀도를 W치로 환산하여 산정한다. 이 때, 이용된 환산식은 1957년 Gibbs와 Holtz의 시험결과를 토대로 Meyerhof(1956)가 제안한 식 (2)를 사용하였다(신윤섭 등, 1999). 본 연구에서는 준설매립지반의 지진 규모 6.
성능/효과
- (1) 본 준설매립지반은 사질토(SM)부터 세립질 사질토 (SP-SM)가 대부분으로 액상화 현상이 발생하기 쉬운 조건을 가지고 있으며, 부분적으로 점토층이 혼재되어 있는 특성을 보인다. 이에 대한 액상화 평가 결과, SPT를 이용하는 경우에 있어 Iwasaki 등(1978) 의 방법에 의한 액상화 안전율은 Seed 방법보다 약 1.
- (2) 동 준설매립지반에 대한 다짐시험'시공결과, 상부 0~5m의 낮은 심도에서는 유압햄머다짐의 개량 효과가 동다짐공법보다 더 양호한 것으로 나타났고, 10m내외의 깊은 심도에서는 동다짐공법의 개량 효과가 유압햄머다짐보다 양호한 것으로 나타났으며, 시공성과 경제성 등을 고려할 때 동다짐공법의 다짐에 너 지가 클수록 개량효과가 우수한 것으로 나타났다. 특히, 동다짐의 지반개량효과는 표 8의 다짐 관리기준을 만족하는 경우 액상화 보강이 충분히 이루어져 내진성능 향상을 크게 도모 할 수 있는 것으로 평가되었다.
- 5보다 낮은 값으로 세립분 함유량이 많은 지층에서 다소 보수적인 결과를 보이는 것으로 나타났다. CPT-勿값에 기초한 Robertson과 Wride( 1998)방법의 경우, 콘관 입 저항치(德가。~4Mpa정도의 혼합점토층 일때, 액상화 안전율은 상당히 크게 증가하는 경향을 보이며 액상화 가능성이 거의 없는 것으로 나타나 세립분이 미치는 영향범위를 확인하는데 유용한 것으로 판단되었다.
- 세립질 사질토(SP-SN。가 대부분으로 액상화 현상이 발생하기 쉬운 조건을 가지고 있고, 부분적으로 점토질 실트, 실트 등이 혼재되어 있는 것으로 나타나 함수비 조절이 어려워 다짐작업이 곤란한 것으로 나타났다.
- 후의 지반개량효과는 CPT-%, SPT-7V, 그리고 상대다짐도를 측정하여 그림 16~18과 같이 비교하였다. 각 다짐공법에 의한 개량심도는 대체적으로 7~9.6m까지 다짐 영향이 미치는 것으로 나타났다. 특히 지표 상부층부터 5m내외의 사질토층에서는 지반개량효과가 상당히 크고 그 하부 심도에서는 개량효과가 다소 저하되는 경향을 보이는 것으로 나타났다.
- 또한, 추의 관입 에 의한 웅덩 이 (crater)의 체적변화가 한계점에 도달한 상태를 판단하기 위해 그림 15처럼 타격에 따른 타격효X4)을 구하게 되는데 이는 식 (3)에 의하여 결정한다. 그 결과 준설 매립지반에서의 융기나 침하가 거의 유사한 형상의 지반 거동을 보이며 타격효율은 약 97~ 103%정도로 매우 양호한 것으로 나타났으며, 이를 토대로 다짐공법의 다짐 간격 및 타격에너지의 최적상태를 확인할 수 있었다.
- 그림 24와 같이 동다짐 후의 액상화 안전율은 다짐 전안 전율보다 크게 증가하여 허용안전율 1.5보다 크게 나타나 액상화 보강은 만족한 것으로 확보되었다. 특히, Seed 방법으로 산정한 액상화 안전율이 허용안전율 1.
- 액상화 안전율 비교결과이다. 그림처럼 준설 매립 층의 액상화 안전율은 허용안전율 1.5보다 낮은 값을 보이며 액상화 발생 가능성이 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 평가방법에 따른 안전율을 비교하면, 상세예측법 > Robertson과 Wride방법 > Seed방법 순으로 나타났으나, 매립층 상부 약 4m까지는 상세평가방법에 의한 안전율이 간이평가방법의 안전율보다 큰 값을 보이고, 그 하부심도에서는 서로 상반되는 특징을 보인다.
- 다짐시험시공 결과를 정리하면, 표 7과 같이 다짐 후 CPT-勿와 SPT-JV치에 의한 개량효과는 상부층 0~5m 사이에서 상당히 크게 증가하였고, 하부 5~ 8m 심도에서는 급격히 감소하는 경향을 보였다. 다만, 상부층과 하부층 사이에 점토층이 존재하는 경우 다짐시 정적 충격에너지를 충분히 지지할 수 없어 지반강도가 크게 감소하는 것으로 추정된다.
- D) + Preloading공법을, 준설 매립지반의 경우에는 지반 강도 증대 및 액상화 방지 대책의 일환으로 동다짐공법이 설계되었다. 당초 설계된 동다짐 공법은 목표 개량 심도를 약 10m로 증가 g|(A7V) 5회를 기준으로 다짐간격 및 타격에너지가 결정되었다. 그러나 기 시공사례에 의하면 지반개량효과가 시공구간에 따라 부분적으로 크게 저하된 것으로 검토되었다.
- 따라서, 연약 점토층이 존재하는 준설매립지반의 지반개량효과 평가는 표 8의 “CPT-%(Mpa), 과 SPT-7V■의기준”과 그림 23의 “면적비 X 95%의 기준” 등을 종합적으로 분석하여 최소 한가지 기준에 만족한 경우 적합한 것으로 평가하였다.
- 6보다 큰 경우 세립토로 분류되어 액상화 가능성이 거의 없는 것으로 나타나기 때문이다. 또한, Robertson과 Wride방법에 의한 안전율은 동다짐의 타격에너지가 미치는 다짐영향과 더불어 세립분 함유량이 미치는 영향범위를 보다 쉽게 평가 할 수 있었다.
- 또한, 준설매립지반의 불규칙한 지층의 변화 특성을 반영하여 개량 심도 이내에서 원지반이 나타날 때에는 개량 심도를 매립층 깊이까지로 제한하였으며, 자갈층, 혼합토층 등에서는 표준관입시험을 병행하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
- 5보다 낮은 값을 보이며 액상화 발생 가능성이 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 평가방법에 따른 안전율을 비교하면, 상세예측법 > Robertson과 Wride방법 > Seed방법 순으로 나타났으나, 매립층 상부 약 4m까지는 상세평가방법에 의한 안전율이 간이평가방법의 안전율보다 큰 값을 보이고, 그 하부심도에서는 서로 상반되는 특징을 보인다. 이는 Seed 방법의 경우 매립층 깊이에 따른 세립분 함유량 변화를 정확하게 반영하기 어렵기 때문으로 사려되며, CPT의 경우에는 흙 고유입자 특성 즉, 세립분의 함유량과 소성에 따라 콘관입저항치 및 마찰비의 영향을 고려해 보정하기 때문으로 추정된다.
- 본 준설매립지반의 다짐효과 즉, 상부 0~5m의 낮은 심도에서는 유압햄 머다짐공법이 동다짐공법보다 약 1.4 배정도 큰 값을 보인 반면에, 10m내외의 깊은 심도에서는 동 다짐공법의 개량효과(약 1.7배)가 유압햄머다짐의 개량 효과(약 1.1 배)보다 양호한 것으로 나타났다. 이와 같이각 공법의 개량효과, 개량심도 시공성 및 경제성 등을 종합적으로 평가할때, 동다짐공법의 다짐에너지가 클 수록개량 효과가 우수한 것으로 나타났다 그리고, 다짐 전.
- 이는 CPT-% 기준 적용시 개량 다짐도가 %-깊이 곡선 평면에서 면적비의 95%이상이면 다짐 기준을 만족하는 것으로 하였다.
- 있는 특성을 보인다. 이에 대한 액상화 평가 결과, SPT를 이용하는 경우에 있어 Iwasaki 등(1978) 의 방법에 의한 액상화 안전율은 Seed 방법보다 약 1.2~ 1.7배 정도 크게 산정되며, 지표 부근에서의 액상화 안전율이 하부층보다 크게 산정되는 경향을 보이고 있고, 세립분 함유량이 증가할수록 안전율은 크게 증가한 것으로 나타났다. 반면에, Seed 방법은 매립층 전 심도층에서 안전율이 1.
- 이와 같이 준설매립지반에 대하여 수행한 액상화 분석 결과, 다짐전 액상화 안전율은 허용안전율보다 낮은 값을 보이고 있어 액상화에 불안전한 것으로 나타났다. 따라서, 본 준설매립지반은 다짐도 증진 및 액상화 방지을 위해 다짐공법을 적용하는 것이 타당한 것으로 사료되며, 다짐 후의 지반개량효과 평가 및 액상화 평가를 통해 보강 효과를 검증하는 것이 필요한 것으로 판단되었다.
- 1 배)보다 양호한 것으로 나타났다. 이와 같이각 공법의 개량효과, 개량심도 시공성 및 경제성 등을 종합적으로 평가할때, 동다짐공법의 다짐에너지가 클 수록개량 효과가 우수한 것으로 나타났다 그리고, 다짐 전.후의 개량효과 평가방법은 CPT-%를 이용하는 경우가 SPT- 加치의 경우보다 매립지층의 지반특성 및 다짐효과를 정밀하게 평가할 수 있어 매우 효과적인 것으로 판단된다.
- 이와같이 향후 본 준설매립지반과 유사한 조성부지는 사전 설계 및 시공시 대상지반의 지반특성을 반영한 시험시공 등을 실시하고, 다짐관리방안을 마련하여 고품질을 확보하는 것이 중요한 것으로 판단되었다.
- 5보다 낮은 값을 보인다. 준설토의 세립분 함유량 증가 즉, A그룹에서 B그룹, C그룹으로 갈수록 액상화 안전율은 Iwasaki방법이 Seed 방법보다 약 1.2, 1.5, 1.7배 이상 크게 증대되는 것을 볼 수 있다. Seed 방법은 세립분 함유량 변화에 따른 안전율 변화폭이 작고 Iwasaki(1978)은 세립분 함유량이 증가할수록 안전율은 크게 증가하는 경향을 보인다.
- 6m까지 다짐 영향이 미치는 것으로 나타났다. 특히 지표 상부층부터 5m내외의 사질토층에서는 지반개량효과가 상당히 크고 그 하부 심도에서는 개량효과가 다소 저하되는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 한편 동다짐의 경우 상부 교란 심도는 약 0.
- 5보다 크게 나타나 액상화 보강은 만족한 것으로 확보되었다. 특히, Seed 방법으로 산정한 액상화 안전율이 허용안전율 1.5보다 더 클 경우 상세평가에 의한 안전율 1.0보다 크게 나타남에 따라 간이평가방법에 의하여 동다짐의 액상화 보강효과를 평가 할 수 있을 것으로 사료된다.
- 특히, 동다짐의 지반개량효과는 표 8의 다짐 관리기준을 만족하는 경우 액상화 보강이 충분히 이루어져 내진성능 향상을 크게 도모 할 수 있는 것으로 평가되었다. 그리고 다짐 전.
- 5보다 더 크게 증가한 것으로 나타났다. 특히, 매립층내 점토질 실트층에서는 CPT-勿값이 0~4 Mpa정도의 낮은 값을 보인 반면에 액상화 안전율은 상당히 크게 증가되는 것으로 나타났다. 이는 4(soil behavior type index)값이 2.
- 특히 지표 상부층부터 5m내외의 사질토층에서는 지반개량효과가 상당히 크고 그 하부 심도에서는 개량효과가 다소 저하되는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 한편 동다짐의 경우 상부 교란 심도는 약 0.9~ 1.2m정도로 다짐에너지가 커질수록 교란정도는 다소 증가하는 경향을 보이고, 유압햄머다짐은 동다짐에 비해 상부 교란정도가 약간 감소하는 것으로 나타났다.
- 그림 19~21처럼 다짐전.후의 SPT-7V 및 CPT-&, 결과는 다짐에너지가 미치는 영향심도 8~ 10m까지는 지반 강도가 대체적으로 크게 증가한 것으로 나타나, 액상화 안전율도 크게 증가한 것으로 나타났다. Seed 방법에 기초한 액상화 안전율은 다짐 전 안전율 0.
후속연구
- 나타났다. 따라서, 본 준설매립지반은 다짐도 증진 및 액상화 방지을 위해 다짐공법을 적용하는 것이 타당한 것으로 사료되며, 다짐 후의 지반개량효과 평가 및 액상화 평가를 통해 보강 효과를 검증하는 것이 필요한 것으로 판단되었다.
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