본 연구의 목적은 연약지반개량을 위한 수평배수층 재료로 순환골재의 적용가능성을 검증함에 있다. 최근 모래의 수급불균형이 초래되고 있으며, 이는 단순히 가격 상승의 문제에서 그치는 것이 아닌 전체 공정의 지연을 초래하게되어 문제의 심각성이 크다. 이러한 상황에서 순환골재는 그 수요를 충족시킬 수 있는 적절한 대체재료로 인식되고 있으며, 이를 검증하기 위해 우선 이미 제정된 각종기준과 규정을 찾아 비교 정리하였고, 다음으로 기존의 수평배수층 재료인 모래와의 공학적 특성에 대한 비교 및 검토를 시행하였다. 결과로써 순환골재는 모래에 비해 큰 투수계수 및 단위중량으로 인해 수평배수층으로써의 대부분 기준을 만족하였으며, 클로깅에 대한 문제는 수평배수층 상부에 필터층을 추가 설치하는 방안으로 해결할 수 있어, 현장적용이 가능한 것으로 판단되었다. 또한 모래에 비해 순환골재의 구입단가가 상대적으로 낮아 공사비 절감이 가능하여, 수평배수층 재료로 순환골재는 매우 경쟁력있는 대체재료라 할 수 있다.
본 연구의 목적은 연약지반개량을 위한 수평배수층 재료로 순환골재의 적용가능성을 검증함에 있다. 최근 모래의 수급불균형이 초래되고 있으며, 이는 단순히 가격 상승의 문제에서 그치는 것이 아닌 전체 공정의 지연을 초래하게되어 문제의 심각성이 크다. 이러한 상황에서 순환골재는 그 수요를 충족시킬 수 있는 적절한 대체재료로 인식되고 있으며, 이를 검증하기 위해 우선 이미 제정된 각종기준과 규정을 찾아 비교 정리하였고, 다음으로 기존의 수평배수층 재료인 모래와의 공학적 특성에 대한 비교 및 검토를 시행하였다. 결과로써 순환골재는 모래에 비해 큰 투수계수 및 단위중량으로 인해 수평배수층으로써의 대부분 기준을 만족하였으며, 클로깅에 대한 문제는 수평배수층 상부에 필터층을 추가 설치하는 방안으로 해결할 수 있어, 현장적용이 가능한 것으로 판단되었다. 또한 모래에 비해 순환골재의 구입단가가 상대적으로 낮아 공사비 절감이 가능하여, 수평배수층 재료로 순환골재는 매우 경쟁력있는 대체재료라 할 수 있다.
The purpose of this study is to examine the validity of recycled aggregates (RAs) as a substitute for Sand-Mat material for soft ground improvement in the housing site development. To evaluate the possibility of RAs as a substitute for sand mat material, first of all, the criteria and regulations re...
The purpose of this study is to examine the validity of recycled aggregates (RAs) as a substitute for Sand-Mat material for soft ground improvement in the housing site development. To evaluate the possibility of RAs as a substitute for sand mat material, first of all, the criteria and regulations related with the quality of lateral drain layer were collected and checked. Secondly, both of the properties of RAs were compared with the properties of natural sand for the lateral drain layer. The material properties related to coefficient of permeability, pressure at-rest state and so on satisfied most standards. On the basis of the test results, RAs were used to the construction site as lateral drain layer. Accordingly, if the quality of RAs can be managed well, the application of these RAs as lateral drain layer to replace natural sand was highly effective. Also, based on cost analysis of two materials, RAs are proved to be very competitive.
The purpose of this study is to examine the validity of recycled aggregates (RAs) as a substitute for Sand-Mat material for soft ground improvement in the housing site development. To evaluate the possibility of RAs as a substitute for sand mat material, first of all, the criteria and regulations related with the quality of lateral drain layer were collected and checked. Secondly, both of the properties of RAs were compared with the properties of natural sand for the lateral drain layer. The material properties related to coefficient of permeability, pressure at-rest state and so on satisfied most standards. On the basis of the test results, RAs were used to the construction site as lateral drain layer. Accordingly, if the quality of RAs can be managed well, the application of these RAs as lateral drain layer to replace natural sand was highly effective. Also, based on cost analysis of two materials, RAs are proved to be very competitive.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 모래가격 상승과 순환골재 활용이 필요한 두 가지 현장문제를 동시에 극복하고자, 골재가 대량 소비되는 연약지반 개량시의 수평배수증 재료로써모래를 사용하는 공법 대신 순환골재로 변경하여 적용해보았다. 이에 필요한 공학적 검증과 실제 적용사례를통한 기존 공법과의 비교를 통해 향후 적용가능성을 판단해보았으며, 품질확보와 시공성 향상을 위한 기준을제시함으로써 건설폐기물 자원화를 위한 토대를 마련코자 하였다.
이에 필요한 공학적 검증과 실제 적용사례를통한 기존 공법과의 비교를 통해 향후 적용가능성을 판단해보았으며, 품질확보와 시공성 향상을 위한 기준을제시함으로써 건설폐기물 자원화를 위한 토대를 마련코자 하였다.
아울러 모관현상에 의한 동결융해로 발생할 수있는 피해를 방지 할 수 있는 역할도 수행한다. 여기서는 국내에서 생산되고 있는 순환골재의 수평배수층 재료로써의 대체여부를 환경, 지반공학 및 재료 특성 등을고려한 그림 3과 같은 단계로 판단하였다.
연약지반 수평배수층으로 순환골재가 모래를 대체할수 있는지를 판단하기 위해 표 2에서 살펴본 바와 같이수평배수층용 모래를 기준으로 한 순환골재의 재료 특성을 비교해 보았다. 결과로써 순환골재가 모래보다 투수계수가 약 10배 우수하며, 특히 모래에 비해 큰 단위중량으로 이와 관련된 수평배수층 포설시 정지압, 성토체 사면안정 등을 얻을 수 있을 것으로 판단된 바, 이를수치해석을 통하여 검증하였다.
FLAC 2D는 지반해석용도로 쓰이며 지반공학 문제를 2차원적으로 모델링하여 수치해석할 수 있는바 이를 통해 해석을 실시하였다. 수치해석 방법은 실제 연약지반 개량시와 같이 지반을 모델링하고, 수평배수층 재료를 모래와 순환골재로 변화시키면서 허용안전율을 만족하는 한계성토고를찾아보고자 하였다.
본 연구에서는 연약지반 개량시 샌드매트의 대체재료로써 순환골재의 사용가능 여부와 현장 적용시의 모래와의 비교를 통한 대체가능성에 대해 알아보았으며다음과 같은 결과를 얻었다.
본 연구에서는 순환골재의 환경에 유해한 용출특성평가를 위하여 국내에서 일반적으로 적용되고 있는 폐기물공정시험법에 의한 용출시험을 실시하였다. 표 3에국내외의 각종 규제기준을 비교하였고, 이를 통해 현장에 적용한 품질기준을 작성하여 순환골재에 대해 실험해본 결과, 기준치를 크게 밑도는 것으로 나타났다.
가설 설정
6m로 설정하였고 압력수두를 수평배수층 내에서처리하기 위해 내부에 수평배수관을 별도 설치하였다. 수평배수층내 순환골재 및 모래의 투수계수는 표 2에서제시한 바와 같이, 각각 5.01xl0'2cm/sec (4, 329cm/day)와 6.64x10’cm/sec(574cm/day)로 가정하였다. 압밀침하는하중재하 초기에 빠르게 진행되며 기간이 경과할수록침하속도는 줄어들면서 최종 침하량에 수렴하게 되므로 간극수의 배수에 대한 안정성을 고려하여, 평균침하속도를 설계시 추정한 압밀도 50%의 침하량 및 침하시간으로부터 평균값(0.
제안 방법
일반적으로 선행재하 높이가 Im이상인바, 기준상 5mm체 통과율에 대한 문제는 없을 것으로 판단된다. 또한 이 규정이 골재의 입도와 관련된 것으로 불량한 입도에 따른 공극막힘 등에대해서는 별도로 분석(3.4 순환골재의 공극막힘 현상검토)하여 해결하였다. 한편 KS규격에는 다소 미달하는 것으로 나타났으며, 기준치를 밑도는 흡수율, 안정성, 마모율은 순환골재 사용목적이 포장 또는 철근콘크리트용 골재가 아닌 배수 및 성토용임을 감안할 때 사용에 지장이 없는바, 순환골재 사용은 가능한 것으로판단하였다.
인 FLAC 2D를 사용하였다. FLAC 2D는 지반해석용도로 쓰이며 지반공학 문제를 2차원적으로 모델링하여 수치해석할 수 있는바 이를 통해 해석을 실시하였다. 수치해석 방법은 실제 연약지반 개량시와 같이 지반을 모델링하고, 수평배수층 재료를 모래와 순환골재로 변화시키면서 허용안전율을 만족하는 한계성토고를찾아보고자 하였다.
안전율을 도출하는 수치해석 기법으로는 전단강도감소기법을 이용하였으며, 수치해석의 목적이 수평배수층으로 모래와 순환골재를 각각 적용할 경우에 대한안전율의 변화인바, 두 재료에 대한 물성은 현장 및 실내 시험을 통해 검증된 단위중량, 내부마찰각 등에 대해서만 차이를 주는 방식으로 지반의 기본물성치를 반영하였으며 내부 절리.불연속면.
지하수위 등은 고려하지 않았다. 또한, 두 재료를 이용한 연약지반 개량을 위한 프리로딩 설계시 적용하는 단계별 성토에 대한 한계성토고 개념으로, 허용안전율 1.3을 상회하는 성토높이를 구하여 두 재료간 효용성을 판단해 보았다
배수재의공극막힘의 가능성은 배수재 주변지반 토사의 입경과배수재의 입경 혹은 Opening size의 관계에 의해서 추정할 수 있으므로, 공극막힘을 방지하기 위한 배수재의 선정시에 NAVFAC 기준(NAVFAC, 1986)을 적용하여 판단할 수 있다(표 7). 판단결과 순환골재의 공극막힘에대한 문제가 있는 것으로 나타났으며 특히 현장여건상성토재가 양호한 토사가 아닌 세립분이나 함수비가 높은 토사가 섞일 가능성이 많은 상황이므로 안정한 시공을 위해 배수증 상부에도 P.P.Mat를 주가 시공하.여 공극막힘 문제를 해결코자하였다.
90? 이고 약 30%가 연약지반으로 구성되어 있으며, 2004년부터 본격적인 지반개량 공사가 시작되었으나, 골재파동으로 인해 공정이 지연되는 심각한 문제를 겪고 있었다. 이를 극복하기 위해 순환골재에 대한 활용 가능성을검토한 후 이를 토대로 동 현장에 적용하였다(그림 7). 순환골재를 이용한 연약지반 시공은 기존의 샌드매트시공과 동일하나, Clogging 방지를 위해 수평배수층 상부에 P.
이를 극복하기 위해 순환골재에 대한 활용 가능성을검토한 후 이를 토대로 동 현장에 적용하였다(그림 7). 순환골재를 이용한 연약지반 시공은 기존의 샌드매트시공과 동일하나, Clogging 방지를 위해 수평배수층 상부에 P.P.Mat를 추가로 시공하였다(그림 8, 그림 9).
두 가지를 고려한다. 연구현장의 경우 배수기능시 검토되는 압력수두가 수평배수층 두께보다 높지만, 경제성을 고려하여 수평배수층 두께는 장비주행성을 감안한 0.6m로 설정하였고 압력수두를 수평배수층 내에서처리하기 위해 내부에 수평배수관을 별도 설치하였다. 수평배수층내 순환골재 및 모래의 투수계수는 표 2에서제시한 바와 같이, 각각 5.
64x10’cm/sec(574cm/day)로 가정하였다. 압밀침하는하중재하 초기에 빠르게 진행되며 기간이 경과할수록침하속도는 줄어들면서 최종 침하량에 수렴하게 되므로 간극수의 배수에 대한 안정성을 고려하여, 평균침하속도를 설계시 추정한 압밀도 50%의 침하량 및 침하시간으로부터 평균값(0.633cm/day)을 적용하는 것으로 한다. 실제 평균침하속도는 모래와 순환골재가 상이하나설계 당시를 기준으로 비교하기 위해 동일값을 적용하였다.
데이터처리
633cm/day)을 적용하는 것으로 한다. 실제 평균침하속도는 모래와 순환골재가 상이하나설계 당시를 기준으로 비교하기 위해 동일값을 적용하였다.
이론/모형
순환골재를 人용하기 위한 물리적 역학적 특성을 분석하기 위해, 표 4와 같이 순환골재 자체의 특성 부분은한국산업 규격 (KS) 부순돌골재의 평가기준인 KS F 2527 을 사용하고, 순환골재의 활용부분은 건설교통부에서 2005년에 제정한 순환골재 품질기준(성토용)을 사용하여 활용가능성을 판단하였다. 건교부 순환골재 품질기준은 5mm체 통과율을 제외하고 모두 만족하고 있다.
본 연구의 수치해석은 유한차분법을 이용한 상용 소프트웨어 인 FLAC 2D를 사용하였다. FLAC 2D는 지반해석용도로 쓰이며 지반공학 문제를 2차원적으로 모델링하여 수치해석할 수 있는바 이를 통해 해석을 실시하였다.
순횐골재가 샌드매트 상한과 하한치의 범위에 있지 않은 것을 알 수 있으며, 이에 따라 순환골재의 공극막힘에 대한 적절한 검토가 필요하다. 배수재의공극막힘의 가능성은 배수재 주변지반 토사의 입경과배수재의 입경 혹은 Opening size의 관계에 의해서 추정할 수 있으므로, 공극막힘을 방지하기 위한 배수재의 선정시에 NAVFAC 기준(NAVFAC, 1986)을 적용하여 판단할 수 있다(표 7). 판단결과 순환골재의 공극막힘에대한 문제가 있는 것으로 나타났으며 특히 현장여건상성토재가 양호한 토사가 아닌 세립분이나 함수비가 높은 토사가 섞일 가능성이 많은 상황이므로 안정한 시공을 위해 배수증 상부에도 P.
표 5와 같이 사면의 물성은 실시설계보고서(대한주택공사, 2002) 및 현장실험 등을 통해 취득하였으며, 해석을 위해 사용한 구성방정식은 암반과 토질분야에서 일반적으로 활용하고 있는 Mohr-Coulomb 모델을 이용하였다. 안전율을 도출하는 수치해석 기법으로는 전단강도감소기법을 이용하였으며, 수치해석의 목적이 수평배수층으로 모래와 순환골재를 각각 적용할 경우에 대한안전율의 변화인바, 두 재료에 대한 물성은 현장 및 실내 시험을 통해 검증된 단위중량, 내부마찰각 등에 대해서만 차이를 주는 방식으로 지반의 기본물성치를 반영하였으며 내부 절리.
성능/효과
순환골재의 품질기준만이 순환골재의 품질을 유일하게 규정짓고 있으나, 고품질을 요구하는 콘크리트용 부순돌골재 기준을통해 순환골재의 품질정도를 가늠해 볼 수 있다. 본 연구는 연약지반 샌드매트용 순환골재의 활용성을 검토하는 것이기 때문에 콘크리트용 부순돌골재의 적용을통한 직접적인 판단에는 다소 무리가 있으나, 현재 연약지반 개량을 위한 샌드매트 대체재료로서의 순환골재의 품질기준이 정립되어 있지 않기 때문에, 보다 상세하고 높은 품질기준을 요구하는 콘크리트용 부순돌골재기준과 성토용도로서의 순환골재 품질기준을 표 2와 같이 차용하여 비교해 보는 것이 현 상황에서 순환골재의품질수준을 판단하기에 가장 적합하다.
의한 용출시험을 실시하였다. 표 3에국내외의 각종 규제기준을 비교하였고, 이를 통해 현장에 적용한 품질기준을 작성하여 순환골재에 대해 실험해본 결과, 기준치를 크게 밑도는 것으로 나타났다. 다만 pH의 경우, 알칼리 경향을 보였으나 특정한 순환골재 관련 기준치가 마련되어 있지 않은바, 폐기물관리법에 명시된 관리형 매립시설의 차수시설 및 침출수처리시설의 성능에 지장을 초래하지 않는 범위(폐기물관리법 시행령 제6조)와, 이용수 등(2001)이 시간경과에 따른 폐콘크리트의 pH 특성이 약 알칼리로 변한다는 연구결과를 토대로하여, 실제 현장내 과잉간극수가 수평배수층을 통과하여 집수정내에 모여졌다가 펌핑을 통해서 자연 배수되는 단계별로 각 위치에 따른 pH의 변화를판단해 보았다.
다만 pH의 경우, 알칼리 경향을 보였으나 특정한 순환골재 관련 기준치가 마련되어 있지 않은바, 폐기물관리법에 명시된 관리형 매립시설의 차수시설 및 침출수처리시설의 성능에 지장을 초래하지 않는 범위(폐기물관리법 시행령 제6조)와, 이용수 등(2001)이 시간경과에 따른 폐콘크리트의 pH 특성이 약 알칼리로 변한다는 연구결과를 토대로하여, 실제 현장내 과잉간극수가 수평배수층을 통과하여 집수정내에 모여졌다가 펌핑을 통해서 자연 배수되는 단계별로 각 위치에 따른 pH의 변화를판단해 보았다. 총 4회 시험을 실시한 결과 현장에서 최종 펌핑하는 과잉간극수의 pH가 평균 9.95로써 순환골재 사용으로 인한 pH 변화를 고려하였을 때 순환골재현장 적용은 가능한 것으로 판단된다(그림 4). 비소의 경우에는 폐기물관리법상의 기준을 다소 상회하고 있으나, 건설폐기물법내에 순환골재 품질기준(복토용)이 별도제정된 바, 이 기준으로 판단할 경우 순환골재를 현장내적용하는데 환경적 문제는 없을 것으로 판단된다.
4 순환골재의 공극막힘 현상검토)하여 해결하였다. 한편 KS규격에는 다소 미달하는 것으로 나타났으며, 기준치를 밑도는 흡수율, 안정성, 마모율은 순환골재 사용목적이 포장 또는 철근콘크리트용 골재가 아닌 배수 및 성토용임을 감안할 때 사용에 지장이 없는바, 순환골재 사용은 가능한 것으로판단하였다.
비교해 보았다. 결과로써 순환골재가 모래보다 투수계수가 약 10배 우수하며, 특히 모래에 비해 큰 단위중량으로 이와 관련된 수평배수층 포설시 정지압, 성토체 사면안정 등을 얻을 수 있을 것으로 판단된 바, 이를수치해석을 통하여 검증하였다.
표 9, 표 10에 나타내었다. 본 연구지역의 경우모래와 순환골재가 구간별로 시공되어 상호 비교가 가능하였다. 표 9의 결과로써, 목표압밀도, 최종허용침하량 등을 고려할 때, 모래와 순환골재 모두 연약지반 개량효과가 있는 것으로 나타났다.
본 연구지역의 경우모래와 순환골재가 구간별로 시공되어 상호 비교가 가능하였다. 표 9의 결과로써, 목표압밀도, 최종허용침하량 등을 고려할 때, 모래와 순환골재 모두 연약지반 개량효과가 있는 것으로 나타났다. 다만, 순환골재의 경우모래보다 설계대비 계측침하량이 작게 나왔으며, 이에대한 원인은 연약지반의 심도 등 지형적 특성과 시공환경 등 여러가지 차이에 의한 것으로 판단해 볼 수 있으나, 이를 명확히 판단하기 위해서는 동일조건의 두 재료간 비교와 같은 추가적인 연구가 필요하다.
3m로 비교적 두꺼운 연약층을 개량하기 위한 수평배수층 재료로 순환골재와 모래를 각각 적용한 결과를 예로 나타내었다즉, 순환골재를 적용했을 경우에도 모래의 경우와 유사하게 일정시간 경과후 계측침하량이 수렴하고 있으며, 표 11과 같이 잔류침하량이 허용잔류침하량보다 작았고, 계측종료 압밀도는 목표 압밀도보다 컸다. 그리고 개량후 비배수 전단강도가 크게 증가된 결과를 종합할 때, 수평배수층에 순환골재를 적용할 경우에도 지반개량 효과가 있음을 알 수 있다.
그림 10에서 1차 압밀 종료시점을 12월 08일 경으로 판단할 수 있어, 실제 지반처리기간이 약 9개월 소요된 것으로 이해할 수 있다. 따라서 순환골재 사용시에도 설계 지반 처리기간에 실제지반 처리기간이 근접함을 알 수 있으며, 설계시 미고려한 수평배수관 및 집수정 설치 공사기간 등을 감안할경우, 설계와 유사하게 되어 적정한 지반개량이 가능한것으로 분석되었다.
(1) 순환골재는 환경 및 각종 품질기준에 부합되어 연약지반 수평배수재의 대체재료로 현장에 적용할 수 있으며, 순환골재를 수평배수재로 사용한 결과, 허용잔류침하량과 목표압밀도 이내로 수렴하고 지반강도가 증진되는 등 지반개량 효과가 있는 것으로나타나 연약지 반 수평 배수재 로써 사용가능하다.
(2) 기존의 수평배수층 재료로 이용된 모래보다 단위중량 및 내부마찰각이 큰 순환골재를 적용할 경우, 모래의 경우보다 단계별 성토시의 한계성토고가 상대적으로 높아, 시공성 향상이 기대된다.
후속연구
결과로써 표 6과 같이 사면안전율이 기준치를 상회하는 성토고가 본 연구의 수치해석 조건에서는 순환골재가 약 0.4m 추가 시공이 가능한 것으로 판단되어, 순환골재가 모래보다 프리로딩시 현장상황에 따른 고속성토 및 한계성토고 상향조정이 가능할 것으로 예상되는등 전반적인 시공성 향상에 기여할 수 있는 것으로 기대된다. 실제 적용시에는 Matuo-Kawamura 법 등을 이용하여 실제 계측자료 분석을 통한 단계 성토속도에 따른측방변형 안정성 검토도 같이 수반되어야 한다.
표 9의 결과로써, 목표압밀도, 최종허용침하량 등을 고려할 때, 모래와 순환골재 모두 연약지반 개량효과가 있는 것으로 나타났다. 다만, 순환골재의 경우모래보다 설계대비 계측침하량이 작게 나왔으며, 이에대한 원인은 연약지반의 심도 등 지형적 특성과 시공환경 등 여러가지 차이에 의한 것으로 판단해 볼 수 있으나, 이를 명확히 판단하기 위해서는 동일조건의 두 재료간 비교와 같은 추가적인 연구가 필요하다.
순환골재 적용시에도 지반개량 효과가 있는봐, 추가적인 고려사항으로 연약지반 시공시 설계에는미반영되어 있으나 실제 공기가 소요되는 집수정 및 유공관 설치 등에 대해 검토할 경우, 순환골재의 상대적으로 큰 투수성을 이용하여 시공비용 및 공기를 줄일 수있을 것으로 기대된다.
(5) 순환골재의 최초 적용에 따른 시공 관련 불안정성을 해소코자 모래의 경우와 동-일하게 시공하였으나, 시공결과 순환골재의 배수성이 모래보다 양호하여, 검토결과 수평배수층 내부 수평배수관 간격을 상대적으로 벌릴 수 있는 등 시공량 및 시공시간 단축이가능하여 순환골재 사용에 의한 시공성 향상이 기대된다.
참고문헌 (14)
건설교통부 (2005), '순환골재 품질기준', pp.1-77
건설교통부 (2006), '순환골재의 품질인증 및 관리에 관한 규칙', 건설교통부령 제534호, pp.1-4
곽기석, 이주형, 박재현, 정문경 (2005), '재생골재를 이용한 지 오백 세굴보호공법 개발', 한국건설기술연구원 지반연구부 사이버 연구성과 발표회, pp.1-14
국립기술품질원 (1997), 'KS F 2527 콘크리트용 부순 골재', pp.3-35
김상규 (2006), '연약지반 침하관리에 있어서 잔류 침하량에 대한 올바른 이해', 한국지반공학회지, 지반 Vol.22, No.10, pp.17-21
대한주택공사 (2002), '인천 논현(2)지구 대지조성공사 및 도시기반시설공사 지구시방서', pp.657-658
윤여원 (2004), '인천 논현(2)지구 대지조성공사 연약지반처리에 있어서 Sand Mat의 대체 재료로서 재생골재 사용에 대한 검토서', pp.1-9
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.