본 고에서는 파쇄대가 존재하는 기반암 상부에 지하차도를 계획하는 경우, 하부지반의 지지력 증대 및 침하량 감소 목적으로 적용할 수 있는 기초 보강공법에 대하여 연구하였다. 보강효과 및 적정 설치간격을 수치해석적으로 예측함으로써 실제 시공시 기초자료로 활용할 수 있도록 하였다. 이를 위해, 충청남도 연기군 지역에서 수행된 시추조사, 물리탐사 및 실내 실험결과 등을 분석하여 그 결과로부터 파쇄대의 물리적, 역학적특성을 파악하고 지하차도의 지내력을 확보할 수 있는 효과적인 보강대책을 검토하였다. 아울러, 보강사례에서 조사된 공법들 중 이중관 고압분사 공법, 삼중관 고압분사 공법, 마이크로 파일 등의 적정 보강심도를 선정하였으며, 수치해석(Plaxis 8.2 프로그램)을 통해 설치간격 등을 변화시켜가면서 동일한 안정성을 기준으로 가장 효과적인 공법의 제원을 비교 검토하였다.
본 고에서는 파쇄대가 존재하는 기반암 상부에 지하차도를 계획하는 경우, 하부지반의 지지력 증대 및 침하량 감소 목적으로 적용할 수 있는 기초 보강공법에 대하여 연구하였다. 보강효과 및 적정 설치간격을 수치해석적으로 예측함으로써 실제 시공시 기초자료로 활용할 수 있도록 하였다. 이를 위해, 충청남도 연기군 지역에서 수행된 시추조사, 물리탐사 및 실내 실험결과 등을 분석하여 그 결과로부터 파쇄대의 물리적, 역학적특성을 파악하고 지하차도의 지내력을 확보할 수 있는 효과적인 보강대책을 검토하였다. 아울러, 보강사례에서 조사된 공법들 중 이중관 고압분사 공법, 삼중관 고압분사 공법, 마이크로 파일 등의 적정 보강심도를 선정하였으며, 수치해석(Plaxis 8.2 프로그램)을 통해 설치간격 등을 변화시켜가면서 동일한 안정성을 기준으로 가장 효과적인 공법의 제원을 비교 검토하였다.
The rock treatment methods for improving bearing capacity and reducing settlement of the underground roadway structure foundation on fractured rock was studied in this paper. Also, effective reinforcement scheme was evaluated by numerical analysis for the application to the practical construction. V...
The rock treatment methods for improving bearing capacity and reducing settlement of the underground roadway structure foundation on fractured rock was studied in this paper. Also, effective reinforcement scheme was evaluated by numerical analysis for the application to the practical construction. Various in-situ and laboratory tests were executed systematically at Yeongi-goon, Ohoongchungnam-do, Korea, for the purpose of defining the physical and mechanical properties of rock. Consequently the effective treatment methods insuring the bearing capacity of fractured rock were proposed. In addition, the adequate reinforcing depth of the comparatives measure, such as double rod, triple rod injection methods and micropile, were investigated from the case study. Finally, the most effective construction scheme with the consideration of safety and economical aspects were proposed by using numerical analysis(Plaxis ver. 8.2).
The rock treatment methods for improving bearing capacity and reducing settlement of the underground roadway structure foundation on fractured rock was studied in this paper. Also, effective reinforcement scheme was evaluated by numerical analysis for the application to the practical construction. Various in-situ and laboratory tests were executed systematically at Yeongi-goon, Ohoongchungnam-do, Korea, for the purpose of defining the physical and mechanical properties of rock. Consequently the effective treatment methods insuring the bearing capacity of fractured rock were proposed. In addition, the adequate reinforcing depth of the comparatives measure, such as double rod, triple rod injection methods and micropile, were investigated from the case study. Finally, the most effective construction scheme with the consideration of safety and economical aspects were proposed by using numerical analysis(Plaxis ver. 8.2).
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문제 정의
본 고에서는 파쇄대가 존재하는 기반암 상부에 지하차도 구조물을 계획.설계하는 경우, 하부지반 지지력 증대 및 침하량 감소 목적으로 적용할 수 있는 "기초보강공법" 대하여 보강효과 및 적정 설치간격을 수치 해석적으로 예측하고 실제 시공시 기초자료로 활용할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 파쇄대가 존재하는 기반암 지역에 지하차도 구조물을 시공하려는 경우, 안정성 및 시공성 확보를 위해 어떠한 제반 검토사항이 요구되는 지, 효과적인 대책공법은 무엇인지에 초점을 맞추고 이를 중점 검토하였다. 검토 대상지역에 대한 지질분포 현황, 파쇄대의 위치 및 구조물 현황 등에 대해서 상세히 언급하면 다음과 같다.
제안 방법
1) 본 논문에서는 과업 구간의 하중조건과 지반 조건을 토대로 허용지지력의 만족 여부를 다각적으로 검토하고, 수치해석(Plaxis 8.2 프로그램)으로 평가한 발생 침 하량을 고려함으로써 허용지내력을 갖추는데 필요한 제반요건들을 분석하였다. 또한, 허용 침하량을 초과하는 경우에는 기초 보강사례에서 조사된 공법(이중관 고압분사 공법, 삼중관 고압분사 공법, 마이크로 파일 공법)을 중심으로 적정 보강심도를 선정하고 설치간격 등을 변화시켜가면서, 동일한 안정성을 충족시키기 위한 제원을 비교.
보강대책을 검토하였다. 또한, 보강공법(이중관 고압 분사 공법, 삼중관 고압분사 공법, 마이크로 파일) 별로 적정 보강심도를 선정하고 수치해석을 통해 설치 간격 등을 변화시켜가면서, 동일한 안정성을 기준으로 가장 효과적인 공법의 제원을 비교. 검토하였다.
2 프로그램)으로 평가한 발생 침하량을 고려함으로써 허용지내력을 갖추는데 필요한 제반 요건들을 분석하였다. 또한, 허용침하량을 초과하는 경우에는 기초 보강사례에서 조사된 공법(이중관 고압 분사 공법, 삼중관 고압분사 공법, 마이크로 파일 공법)을 중심으로 적정 보강심도를 선정하고 설치간격 등을 변화시켜가면서, 동일한 안정성을 충족시키기 위한 제원을 비교.분석하였다.
2 프로그램)으로 평가한 발생 침하량을 고려함으로써 허용지내력을 갖추는데 필요한 제반 요건들을 분석하였다. 또한, 허용침하량을 초과하는 경우에는 기초 보강사례에서 조사된 공법(이중관 고압 분사 공법, 삼중관 고압분사 공법, 마이크로 파일 공법)을 중심으로 적정 보강심도를 선정하고 설치간격 등을 변화시켜가면서, 동일한 안정성을 충족시키기 위한 제원을 비교.분석하였다.
본 분석에서는 과업구간의 하중조건과 지반조건을 토대로 허용지지력의 만족 여부를 다각적으로 검토하고, 아울러 수치해석(Plaxis 8.2 프로그램)으로 평가한 발생 침하량을 고려함으로써 허용지내력을 갖추는데 필요한 제반 요건들을 분석하였다. 또한, 허용침하량을 초과하는 경우에는 기초 보강사례에서 조사된 공법(이중관 고압 분사 공법, 삼중관 고압분사 공법, 마이크로 파일 공법)을 중심으로 적정 보강심도를 선정하고 설치간격 등을 변화시켜가면서, 동일한 안정성을 충족시키기 위한 제원을 비교.
초과하는 것으로 나타났다. 심도가 깊어질수록 침하량은 감소하는 경향을 보이나 허용치(25.4 mm)를초과하는 영역이 기초바닥면부터 5 m 심도까지 분포하여 이를 보강영역(심도)으로 선정하였다.
이를 위해, 행정중심복합도시내 국도1호선 우회도로건설공사(1공구)를 위해 수행된 충남 연기군, 공주시 일대의 시추조사, 물리탐사 및 실내실험결과 등을 분석하고 파악된 파쇄대의 분포와 공학적 특성을 근거로 하여, 상부구조물인 지하차도의 지내력을 확보할 수 있는 적정 보강대책을 검토하였다. 또한, 보강공법(이중관 고압 분사 공법, 삼중관 고압분사 공법, 마이크로 파일) 별로 적정 보강심도를 선정하고 수치해석을 통해 설치 간격 등을 변화시켜가면서, 동일한 안정성을 기준으로 가장 효과적인 공법의 제원을 비교.
지하차도 종점부 box type 구간에는 연장 30 m (STA.4 +400-STA.4+430) 정도의 파쇄대가 분포하며 파쇄대의 중심부의 위치가 가장 취약할 것으로 판단되는 바, STA.4+420을 대표단면으로 선정하였다. 해석단면 상부의 토피고는 4.
성능/효과
2) 각 대표단면별로 극한지지력에 대한 소정의 안전율 (FS=3)은 충족시키지만 침하량 기준을 초과하는 영역이 존재하여(그림 8 참조), 침하량 억제를 위한 기초 보강공법의 적용이 필요하였다.
3) 기초 보강공법을 적용하여 해석을 수행한 결과, 균질한 개량체의 형성이 가능한 삼중관 고압분사 공법이 안정성 측면에서 가장 유리한 것으로 분석되었으며, 동일한 안정성(허용침하량)을 충족시키는 조건에서도 유사공법에 비해 시공성 및 경제성이 양호한 것으로 분석되었다.
4) 또한, 파괴규준(이론식)을 이용하여 기초지반의 최소안전율(FS=3.0)을 만족하는 지하차도 기초부 암반의 소요 일축압축강도를 예측해 본 결과, 10 MPa 이상으로 분석되었으며 이는 삼중관 고압분사 공법의 개량 일축압축강도 범위인 10~20 MPa 내에 포함되므로 보강을 통한 안정성 확보가 가능할 것으로 판단된다.
있다. 분석결과에 의하면, 암반의 일축 압축강도가 5~8 MPa(무보강시) 범위에서는 AASHTO(1996) 의 최소안전율 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났으나, 삼중관 고압분사 공법을 적용하여 10-20 MPa (보강시)의 일축압축강도를 확보할 경우에는 최소안전율을 상회하는 안정한 상태로 분석되었다.
사례에서 살펴본 바와 같이, 파쇄대 지역의 기초 하부지반을 보강하는 방법은 이중관 고압분사공법, 삼중관 고압 분사공법 및 마이크로파일 공법 등을 들 수 있다. 먼저, 이중관 고압분사 공법은 절삭과 동시에 원지반 토와 그라우트재를 혼합.
전기비저항 탐사결과에 의하면 화강암과 편마암의 암종 경계부 내에 파쇄대로 판단되는 수평 및 수직적인 저비저항 분포대가 다수 존재하는 것으로 분석되었으며 지하차도 통과구간에는 풍화대 및 불규칙 암반구간이 산발적으로 분포함에 따라 확인 시추조사를 수행하였다. 확인 시추조사 결과, 지하차도 기초심도 이하의 구간에서 파쇄대가 확인되었으며(그림 2) 절리면 전단시험 및 JRC 레이저 분석(그림 4 참조) 등을 토대로 불연속면의 특성을 파악하였다.
해석결과, 허용침하량을 만족시키는 적정 설치간격 (C.T.C)은 삼중관 고압분사 공법이 3.5 이로 가장 크게 나타났으며, 유효경이 작은 마이크로파일 공법은 1.0 m 이하의 설치간격이 필요한 것으로 분석되었다. 환산변형계수에 의한 제한적인 분석이긴 하나 동일한 침하억제 효과를 얻기 위해서는 삼중관 고압분사 공법이 가장 효과적임을 시사하는 분석결과이다.
허용지내력에 의한 검토방법 외에 암반의 파괴규준을 이용하여 작용하중하의 지반상태를 평가한 결과, 파괴는 발생하지 않았으나 기초에 대한 최소안전율#에 못 미치는 것으로 나타났다.
허용지지력 분석에서 나타난 바와 같이 전반적으로 기초의 지지력은 양호한 편이나, 기초하중과 흙의 자중으로 인해 발생하는 응력영향 범위내에서 침하량이 허용치를 초과하는 것으로 나타났다. 심도가 깊어질수록 침하량은 감소하는 경향을 보이나 허용치(25.
수행하였다. 확인 시추조사 결과, 지하차도 기초심도 이하의 구간에서 파쇄대가 확인되었으며(그림 2) 절리면 전단시험 및 JRC 레이저 분석(그림 4 참조) 등을 토대로 불연속면의 특성을 파악하였다.
참고문헌 (7)
이태형, 임종철, 2006, 조밀한 모래지반의 기초인접에 설치된 마이크로파일 보강효과에 관한 실험적 연구, 한국지반공학회 논문집, 제22권, 5호, pp. 69-81
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