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- 1m 로 설계하여 구간별 16공씩 배치하였다. 개량 심도는 24m로서 상부 20m는 직경 1~ 1.2m, 하부 4m는 직경 0.6 ~ 0.9m의 스톤 칼럼으로 가정하였다.
- 13과 같으며 각 물성 및 강도 정수는 시험시공 지반에 대한 실내실험을 실시하여 구하였다. 압밀배수 삼축시험을 이용하여 구한 원지반의 전단강도정수는 Ju =1.2t/m2, фcu = 15 , C = 0.9t/m2, $, = 17°로 재하속도가 충분히 느리다고 가정하여 압밀비배수시험의 c' = 0.9 t/m2, ф'= 17°을 강도정수로 사용하였으며 복합지반의 비 배수 전단 강도는 C = 1.2t/m2, фs = 42°로 결정하였다.
- 치환재의 마찰각이 높기 때문에 침하는 탄성적 거동을 보이며, 대상지반의 침하 활동깊이에 대하여 작용하는 응력에 따른 침하량은 대상지반의 탄성계수와 반비례한다고 가정하였으며 복합지반을 하나의 시스템으로 보고 강성접지면으로 판단하여 균등침하를 가정하고 개량전 지반의 침하량(Su)에 대한 복합지반의 침하량(Ss)의 비를 n으로 표시한다.
제안 방법
- Priebe는 치환재의 재료특성에 따라 복합지반의 개량의 정도가 달라진다고 보고 치환재의 마찰각의 변화 및 면적비에 대한 지반의 개량정도를 파악하여 이를 개량계수라 하고, 설계목적에 따른 개량계수를 선택하여 이에 따른 치환재의 종류와 배치, 크기를 선택하여 설계에 적용하였다.
- Stone Column 공법의 지지력과 침하량을 검토하기 위하여 원지반과 시공 후의 복합 지반을 구분하여 해석하였다. 침하형태는 연성기초판과 강성 기초 판이 다르게 나타나며 재하하중의 상태에 따른 침하량 저감효과를 판단하기 위하여 연성접지면을 갖는 성토하중과 강성접지면을 갖는 정사각형 기초로 정하여 이론 식을 산정하였다.
- 7t/m2이었고 재하 기간은 100일이었다. 또한, 시공 후 Stone Column 주변 지반의 거동을 파악하기 위하여 지하수위계를 설치하고 계측하였다.
- 5m 마다 실시하였으며, 지층이 변화하면 심도에 관계없이 실시하였다. 본 시험에서 초기 15cm는 굴진 잔류물이 떨어져 있거나 굴진 용수로 인하여 지층이 교란되어 있어 타격횟수에 영향을 미칠 수 있으므로 관입저항치 결정의 예비타로 간주하고 나머지 30cm 관입하는데 소요되는 타격 횟수를 N 값으로 기록하였으며, 타격횟수가 50회를 초과할 경우에는 50회 타격시 관입심도를 기록하였다. 일부 자갈 전석층 구간에서는 전석 코아가 형성되거나 타격의 어려움 등의 이유로 시행치 못한 구간도 발생하였다.
- 본 시험에서는 Stone Column 시공 전후의 지반의 압밀 정도를 파악하여 N 값, 흙의 강도, 허용지내력, 점착력 등의 증가 정도를 파악하였다.
- 본 연구는 Stone Column 공법의 지지력 증진 및 침하량 저감 효과를 시험시공 지반에 대한 표준 관입시험(SPT), 평판재하시험(PBT), 콘관입시험(CPT) 을이 용하여 파악한 후 이론적 해석을 통해 공법의 효과를 검증하였다.
- 검토하였다. 상재하중 조건은 단위 면적 당 5t 및 10t의 등 분포하중이 작용하는 조건과, 3.4mx3.4m의 정사각형 기초에 기초판의 하중을 포함하여 단위면적당 5t, 10t의 하중이 작용하는 두 가지 조건을 고려하였다.
- Stone Column에 의한 지반 개량 효과를 비교하기 위해서 시공 전에 실시하고, 시험시공을 완료한 날로부터 21 일 경과 후에 실시하였다. 시험 방법은 최초 1.5m에서 시작하여 매 심도 1.5m 마다 실시하였으며, 지층이 변화하면 심도에 관계없이 실시하였다. 본 시험에서 초기 15cm는 굴진 잔류물이 떨어져 있거나 굴진 용수로 인하여 지층이 교란되어 있어 타격횟수에 영향을 미칠 수 있으므로 관입저항치 결정의 예비타로 간주하고 나머지 30cm 관입하는데 소요되는 타격 횟수를 N 값으로 기록하였으며, 타격횟수가 50회를 초과할 경우에는 50회 타격시 관입심도를 기록하였다.
- 시험시공 전에 지반의 물리적 성질을 파악하기 위하여 기본적인 토성시험을 실시하였으며 역학적 성질을 파악하기 위하여 삼축압축실험과 표준압밀실험, 일축 압축실험을 실시하였다.
- 5m 까지는 실트가 섞인 매립토층이며 그 아래는 실트층과 점토층으로 구성되어 있으며 연약층의 깊이는 20~ 25m 정도 형성되어 있다. 시험시공 지반은 입도분포가 불량하여 구조물 재하시 침하량 과다와 지반의 전단파괴 및 지진 시 액상화 발생 가능지역으로 판정되어, 쇄석과 슬래그를 재료로 하는 Stone Column 공법을 시공하여 시공 전과 시공후의 지지력, 침하량 증진 효과에 대한 검토를 하였다.
- 우리나라의 대표적 연약지반지역중의 하나인 인천의 준설매립지에서 실물 규격의 Stone Column 공법을 쇄석과 슬래그를 각각 치환재로 하여 20%의 면적치환비로 시험시공한 후 침하량 및 지지력에 대하여 쇄석 재료와 슬래그재료에 대한 공법의 효과를 검토한 결론은 다음과 같다.
- 지지력의 효과를 검토하기 위하여 상재하중 조건에 대한 시공전과 시공후의 지지력의 크기를 검토하였다. 상재하중 조건은 단위 면적 당 5t 및 10t의 등 분포하중이 작용하는 조건과, 3.
- 침하량 저감효과를 검토하기 위하여 지반에 작용하는 상재하중을 단위면적당 5t 및 10t의 연성기초와 3.4x3.4m2 규격의 강성기초판의 형태로 구분하여, Stone Column을 시공하기 전의 본지반의 1차 압밀 침하량과 Stone Column 시공 후의 복합지반의 압밀 침하량을 추정하여 이들을 비교하였다. 본지반의 침하량 계산에는 Terzaghi의 일차원 압밀이론을 적용하였고, 복합지반의 침하량 해석에는 Priebe의 방법을 적용하였다.
- 표준관입시험은 시추작업과 병행하여 토층의 상대 밀도, 연경도 및 시료 채취를 위하여 실시하였다. Stone Column에 의한 지반 개량 효과를 비교하기 위해서 시공 전에 실시하고, 시험시공을 완료한 날로부터 21 일 경과 후에 실시하였다.
- 현장 시험 조건은 Table 1 및 Fig. 7과 같이 평판재하시험, 표준관입시험, 콘관입시험을 시공 전과 후로 구분하여 실시하였으며, 재하중에 대한 Stone Column 드레인 공의 배수효과를 확인하기 위하여 지하수 위계를 설치하여 지하수위의 변화를 계측하였다. 시험공은 정사각형 배열로 직경 1m에 기둥간격 2.
대상 데이터
- 7과 같이 평판재하시험, 표준관입시험, 콘관입시험을 시공 전과 후로 구분하여 실시하였으며, 재하중에 대한 Stone Column 드레인 공의 배수효과를 확인하기 위하여 지하수 위계를 설치하여 지하수위의 변화를 계측하였다. 시험공은 정사각형 배열로 직경 1m에 기둥간격 2.1m 로 설계하여 구간별 16공씩 배치하였다. 개량 심도는 24m로서 상부 20m는 직경 1~ 1.
-
3. 현장 시험 시공
시험시공 위치는 인천광역시 중구 인천남항 지점이며, 약 10년 전에 준설매립한 지반특성을 가지고 있다. Fig.
- 현장의 지층은 Fig. 13과 같이 서로 다른 물성값을 갖는 3종류의 토층이 층상으로 구성되어 있으며 Table 3은 해석결과를 나타낸 것이다.
데이터처리
- 전단저항 산정에 있어서 필요한 석재기등과 원 지반의 혼합 마찰각과 점착력은 평균하여 산정한다.
이론/모형
- 4m2 규격의 강성기초판의 형태로 구분하여, Stone Column을 시공하기 전의 본지반의 1차 압밀 침하량과 Stone Column 시공 후의 복합지반의 압밀 침하량을 추정하여 이들을 비교하였다. 본지반의 침하량 계산에는 Terzaghi의 일차원 압밀이론을 적용하였고, 복합지반의 침하량 해석에는 Priebe의 방법을 적용하였다.
- 시공 전의 지지력은 Terzaghi의 기초 지지력 식을 이용하여 계산하였고 시공 후에는 복합지반으로 해석하는 방법을 택하였다. 등분포하중이 작용하는 성토 조건과 정사각형 기초에 대하여 검토한 결과는 Table 2와 같다.
- 평판재하시험은 KSF-2444 규정을 적용하여 Single type stress control method, Constant time interval method로 실시하였고 재하판의 크기는 3.4mx3.4m 규격의 강재 재하판으로 면적은 11.5m2이며 재하하중은 118t으로 하였다.
성능/효과
- 1) 본바닥 지반에 대한 복합지반 지지력은 1.7배에서 9.5배의 증진효과가 있는 것으로 나타났으며, 이는 Stone Column 시공을 통한 밀도의 증가 때문이며, 또한 상재응력의 영향깊이가 클수록 복합지반의 지지력 증진효과가 커지는 것으로 판단되었다.
- 2) Fig. 8과 같이 슬래그 재료의 높은 투수성으로 인하여 쇄석 재료에 비하여 침하속도와 지하수위 저하 속도에 있어서 우수한 성능을 발휘하였고, 또한 지지력 측면에서도 비슷한 효과를 나타냄으로써 쇄석 재료의 대안으로 슬래그 재료는 그 적용성에 문제가 없다 판단된다.
- 3) 복합지반의 침하량은 본지반의 침하량에 비하여 2.2배의 침하 저감효과가 나타나며, 이는 개량계수의 크기와 직접 관계가 있고 개량계수는 면적치환비와 내부마찰각에 따라 그 정도가 달라진다.
- 4) 원위치 시험결과, 진동치환 Stone Column 공법으로 개량된 지반의 SPT N값이 평균 2배 증가하였으며 CPT의 선단저항도 약 1.8배 증가하여 개량 효과를 확인할 수 있었다.
- 검토 결과, 약 2.2배의 침하량 저감효과가 나타났으며 이는 재하하중의 상태(등분포 하중조건과 강성기초조건) 와는 관계가 없는 것으로 나타났다. 이 값은 개량계수의 값과 같은 값으로, 침하량의 저감은 개량계수의 값 배율만큼 비례하여 저감되며 개량계수의 값은 치환 재의 양과 내부마찰각에 좌우되므로 결국, 복합지반의 개량 정도는 복합지반의 배치와 치환재의 재질 그리고 기등의 크기에 관계되는 것으로 판단된다.
- 8로 증가하고 전단파괴는 발생하지 않는다. 또한 5와 10t/m2의 정사각형 기초하중에 대하여 본바닥 지반의 허용지지력은 4.87(t/m2)로 전단파괴가 발생하나, Stone Column을 시공후의 지반의 허용지지력은 8.31, 13.1(t/m2)로 설계하중에 안전한 것으로 나타났다. 따라서 설계하중 등분포하중 5t 및 10t에 대한 지지력증진 효과는 5.
- 쇄석구간과 슬래그구간의 SPT N값이 평균 2배 증가하였으며 CPT 시험 결과인 선단관입저항은 약 1.8 배가 증가하였다. 이는 원지반에 비하여 강성이 좋은 쇄석과 슬래그의 충진과 시공 중에 진동을 가함으로써 원지반 밀도가 조밀해짐에 따라 강도가 증가가 발생한 것에 기인한다.
- 10과 같다. 최대하중재하 시의 침하량은 쇄석을 사용한 구간은 20.94㎛, 슬래그를 사용한 구간은 24.59㎛로 나타났다. 슬래그사용 구간이 쇄석 사용 구간 보다 침하량이 약간 크게 발생하였으나, 장기적으로는 치환재의 종류에 관계없이 침하량이 일정하게 수렴하는 양상이 나타나며, 이는 1차 압밀침하가 거의 완료됨에 따라 두 치환 재의침하량 간격이 좁혀지고, 2차 압밀침하에 진입하는 단계이기 때문이다.
후속연구
- 35로 설계내용은 적정하다 할 수 있다. 그러나, 설계의 적정성여부는 현장조건에 따른 설계목적에 부합하여야 하며, 필요할 경우 침하량 검토와 액상화 검토가 요구되며, 이들을 종합적으로 고려하여야 한다.
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