[논문]연약지반에서 보상기초 개념을 적용한 지하차도 기초설계에 대한 고찰

신중훈; 김도선

문제 정의

따라서 연약지반 상에서의 지하차도 기초 설계시 말뚝기초 공법 대안으로 보상기초 개념으로 도입하여 심층혼합 처리공법을 적용한 지하차도 기초의 설계사례를 통해 안정성, 시공성, 경제성 있는 설계내용을 소개한다.

가설 설정

4) 굴착에 의한 지반팽창과 건축물의 축조에 의한 재압축을 고려해야 한다.

제안 방법

적용하였다. 개량체의 변형계수는 여수항 건설사무소(1998)에서 제안한 회귀분석식 E50=58.6qu + 204.30을 이용하여, 다양한 개량체와 지반의 강성비(개량체E/지반E = 5, 10, 15, 20, 30)와 타설간격(3m, 5m)을 모사한 후 강성비에 따른 지반과 개량체의 변위와 응력 발생 양상을 분석하였다. 입력물성은 3.
구조물의 침하기준과 개량체의 강도 기준을 동시에 만족시킬 수 있는 치환율검토 결과 최대 치환율은 해안 지하차도에서 10~35% 적용하여 설계하였다.
기초 처리 필요성을 검토한 결과 하중에 대하여 기초지지력은 안정한 것으로 나타났으나, 기초하부 연약지반의 침하량이 허용 침하량 이상 발생하므로 이에 대한 대책이 필요하여 하중에 대한 침하기준을 만족하고 부등침하를 최소화할 수 있는 기초공법을 검토하였다.
시멘트량 250kgf/rf 에 물시멘트비 1.0으로 배합시 일축 압축강도 qu 은 3.3MPa 로 설계기준강도 quck 는 안전율 4 를 적용하여 0.75MPa 로 설계기준강도를 산정하였다.
연약지반의 지하차도 기초 공법에서 복합지반보강공법적용 시 개량심도까지 개량체 형성이 가능하며, 침하에 대한 안정성과 지하차도 굴착시 히빙에 대한 안정성을 동시에 만족시킬 수 있는 심층혼합처리공법 선정하였다.
지하차도 구조물 특성에 부합하는 충분한 조사 수행 및 조사항목은 다음과 같이 선정하였으며, 조사결과의 상호연계성 있는 분석을 통해 지반특성을 파악하여 설계지반물성치를 적용하였다.
모델을 적용하였다. 해석위치는 동춘교차로의 치환율이 상이한 구간 U-Type (10%)구간과, Box(25%) 와 송도교차로의 U-Type (10%)과, 일부 보강 없는 기초처리구간의 2구간에 대하여 검토하였다. 입력물성치는 3.

대상 데이터

본 과업은 송도해안도로 확장공사로서 연장은 5.92km 이며, 매립지반에 도로폭 75.1m (12차로로 확장하는 공사이다. 주요 구조물로는 송도대교, 송도고가교 교량 2개소와동춘, 송도, 해안 지하차도 3개소이며 지하차도 주요
설계구간은 해안 매립구간의 확장도로상의 지하차도로 지층은 매립층, 퇴적층(점토) 풍화토 풍화암으로 형성되어 있다. 퇴적층(점토)은매립층아래로。~24.
30을 이용하여, 다양한 개량체와 지반의 강성비(개량체E/지반E = 5, 10, 15, 20, 30)와 타설간격(3m, 5m)을 모사한 후 강성비에 따른 지반과 개량체의 변위와 응력 발생 양상을 분석하였다. 입력물성은 3.3 설계적용 물성치를 사용하였으며, 해석요 소망 및 측정위치는 아래와 같다.

이론/모형

연약지반에서의 기초를 심층혼합처리로 개량하여, 안정성 검토에 사용한 해석프로그램은 Itasca에서 개발한 FLAC 2D, 3D 이며, 지반구성모델eMoh-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였다. 해석위치는 동춘교차로의 치환율이 상이한 구간 U-Type (10%)구간과, Box(25%) 와 송도교차로의 U-Type (10%)과, 일부 보강 없는 기초처리구간의 2구간에 대하여 검토하였다.
지반과 개량체의 강성비와 타설중심거리에 따른 거동을 분석하기 위해 적용한 유한요소해석 프로그램은 VisualFEA이며, 지반구성모델은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였고 176kr의 재하하중을 적용하였다. 개량체의 변형계수는 여수항 건설사무소(1998)에서 제안한 회귀분석식 E50=58.

성능/효과

1) 보상기초에 영향을 미치는 깊은 굴착 등이 인접한 경우 기존 보상기초의 영향을 고려하여야 한다.
2) 연약지반에서는 기초 침하가 허용기준을 초과하게 되면, 이에 대한 대책으로 지반개량공법을 적용하 는 것이 말뚝기초보다 경제성이 있는 것으로 나타났으며. 지하차도 기초를 말뚝으로 적용할 경우, 굴 착시히빙에 대한 문제, 연약층의 말뚝기초 시공성 문제, 부마찰력 문제 등에 대한 대안으로 보상기 초 개념을 도입하여 심층혼합처리에 의한 지반개량 공법 적용이 좋을 것으로 사료된다.
3) 지반개량으로 심층혼합처리공법 적용시 배합시험에 의한 설계기준 강도를 산정해야 하며, 침하기준과 개량체의 강도기준을 동시에 만족시키는 치환율을 산정하여야 한다.
4) 연약지반상의 지하차도 기초는 부등침하로 인한 피해 가능성이 많으므로 설계단계에서 치환율 상이 구간 기초처리 변화구간 등에 대해 상세한 검토가 필요하며, 본 과업에서는 복합지반강도 정수를 산 정하여 수치해석 한 결과 연직침하는 0.6~1.56cm, 각변위 1/909~1/510 으로 모두 허용기준을 만족 하는 것으로 나타났다.
개량체에 발생하는 응력은 지반에 발생하는 응력보다 2배~7배 정도 크게 발생하였다. C.T.C 3m에서 5m 조건으로 증가시켜 해석한 결과응력비 5~20조건일때 개량체에 발생되는 응력은 서서히 증가하는 경향을 보이다가 응력비 30조건일때는 최대 769.2 皿의 급격한 응력집중 현상을 나타내어 허용응력 (750 kr)을 초과하는 것으로 나타났다.
가 커질수록 개량체 및 지반에 발생하는 변위 또한 증가하는 경향을 보였다. 개량체 변위와 지반 변위를 비교할 때 개량체 변위가 개량되지 않은 지반보다 적은 침하량을 나타냈다. 개량체에 발생하는 응력은 지반에 발생하는 응력보다 2배~7배 정도 크게 발생하였다.
T.C 3m에서 5m 조건으로 증가시켜 해석한 결과 강성비 5~2。조건일 때 개량체에 발생되는 응력은 증가하는 경향을 보이다가 강성비 30조건일때는 최대 769.2 kr로 응력집중 현상을 나타내며 허용응력(750 r)을 초 과하는 것으로 나타났다. 따라서 연약지반에 심층혼합처리공법으로 개량시 원지반의 강성과 설치간 격을 고려하여 설계하여야 할 것으로 판단된다.
따른 변위 및 발생응력을 아래에 나타냈다. 지반 및 개량체에 발생하는 변위 및 응력 발생 경향을 분석한 결과 응력비와 C.T.C.가 커질수록 개량체 및 지반에 발생하는 변위 또한 증가하는 경향을 보였다. 개량체 변위와 지반 변위를 비교할 때 개량체 변위가 개량되지 않은 지반보다 적은 침하량을 나타냈다.
지하차도 기초를 심층혼합처리공법을 적용하여 지반개량 하여 2, 3차원 수치해석을 통한 지반의 부등침하에 대한 안정성 검토 결과 2차원 해석결과 연직침하 1.1~ 1.56cm 각변위 1/909~1/625로 나타났으며, 3차원 해석 결과 연직침하 0.6~0.8cm와 각변위 1/667~1/510 으로허용범위를 만족하는 것으로 나타났다.

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