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문제 정의
- 7m), 대심도의 초연약지반 (16-32m, N=0) 조건을 고려한 설계사례를 시공 및 품질관리를 중심으로 설명하고자 한다. 대심도의 초연약지반에서 DCM 공법의 시공성 확보와 품질관리를 위해 도입한 설계기법과 이를 고려한 시험시공 및 품질시험계획등을 설명하고자 한다.
- 결과를 낳는다. 본 설계에서는 심도별 연약층 특성을반영하고자 표층에서 획득한 교란시료에 대해 심도별 함수비를 조정한 DCM 배합시험을 수행하였다. 향후 최적의 배합설계를 위해서는 심도별 시료를 채취하여 대표성을 갖도록 하는 것이 중요하다.
- 이러한 문제점을 해결하기 위하여 시공상 불가피한 시공조인트의 사전배치 계획을 시험 시공단계에서 수립하도록 하였다. 1일 시공블록을 예측하여 시공하므로써 1열 unit을 완성할 수 있으며, 이로 인해 발생하는 시공조인트에 대해서는 장주로 마감된 기존 개량체에 신설 개량체를 접원시공하고, 안정성을 확보하기 위하여 단주를 추가 시공하는 계획을 수립하였다.
- 본 고에서는 울산 북방파제 해역특성. 즉, 대수심(21 m), 고파랑(50년 빈도 최대 8.7m), 대심도의 초연약지반 (16-32m, N=0) 조건을 고려한 설계사례를 시공 및 품질관리를 중심으로 설명하고자 한다. 대심도의 초연약지반에서 DCM 공법의 시공성 확보와 품질관리를 위해 도입한 설계기법과 이를 고려한 시험시공 및 품질시험계획등을 설명하고자 한다.
제안 방법
- 1) 울산신항 북방파제 제1공구 기초처리공법으로 심층혼합처리공법인 DCM(Deep Cement Mixing)공법을 선정하였으며, 개량체의 구조형식은 개량체의 일체화, 시공장비 개선 등을 통하여 안정성을 확보할 수 있도록 상부 블록식, 하부 벽식의 구조형식을 채택하였다.
- 하였다. 1일 시공블록을 예측하여 시공하므로써 1열 unit을 완성할 수 있으며, 이로 인해 발생하는 시공조인트에 대해서는 장주로 마감된 기존 개량체에 신설 개량체를 접원시공하고, 안정성을 확보하기 위하여 단주를 추가 시공하는 계획을 수립하였다. 또한, 기싱악화, 징비고장 등의 우발조인트 발생시는 전단면을 불연속적으로 시공하고, 단주를 추가 보강하는 방안을 도입하였다.
- 2) 실내배합시험은 연약점성토층의 공학적 특성에 따라 3개 심도로 구분하여 심도별 함수비를 조정하여 반영하였으며. 배합시험을 통하여 결정된 시멘트량은 시험시공을 통하여 심도별 DCM 장비의 인발속도를 달리하여 적용하도록 개선하였다.
- 3) DCM 개량시 표층의 품질 미획보 원인과 DCM 시공시발생하는 융기토(부상토) 특성을 분석하여 개량체 품질 불량층인 표층과 융기토를 전부 제거하여 사석으로치환하므로써 대형 케이슨의 지지력을 확보하도록 계획하였다.
- 한다. DCM 시공시 심도별 시멘트량 차등적용을 위한 인발속도를 확인하기 위한 시험시공 계획을 수립하고, 배합설계를 통하여 선정된 물-시멘트비(W/C비)와 1행정(관입-인발) 시스템 및 선단처리방식 확인을 위한 시험시공 계획을 수립하였다. 그림 14의 Typee 심도별 적용하는 인발속도를 말한다.
- 개량율은 우선 상부하중에 대하여 재료의 허용응력을만족하도록 계획하였다. 시공중첩 30cm와 상부 블록식 98%를 적용하여 개량체의 완전한 강결구조를 형성하였으며, 상부 블록식은 구조물 하중을 하부 지지층으로 원활하게 전딜하는 판의 역할을 수행한다.
- DCM공법을 도입하였다. 개량체 단면 개량형식개량율 등 설계제원과 각종 설계기준을 결정한 후 DCM 구조체의 안정계산 등을 통하여 설정단면 결정과 세부설계를 수행하였으며 , 일련과정을 통하여 시공성과 품질을 확보한 DCM공법을 도입하였다.
- 같다. 개량형식은 말뚝사이 미개량토가 변형하여 개량지반 전체가 변형을 일으킬 위험성을 고려하고, 개량체의 일체화, 시공장비 개선 등을 통하여 안정성을 확보할 수 있도록 싱부는 3m 길이의 블록식, 하부는 벽식을 채택하였다. 시공 중첩폭 30cm 적용을 통해 하부는 격자식이 아닌벽식을 채택하므로써 안정성을 확보할 수 있다.
- 1일 시공블록을 예측하여 시공하므로써 1열 unit을 완성할 수 있으며, 이로 인해 발생하는 시공조인트에 대해서는 장주로 마감된 기존 개량체에 신설 개량체를 접원시공하고, 안정성을 확보하기 위하여 단주를 추가 시공하는 계획을 수립하였다. 또한, 기싱악화, 징비고장 등의 우발조인트 발생시는 전단면을 불연속적으로 시공하고, 단주를 추가 보강하는 방안을 도입하였다.
- 마련하여 설계에 도입하였다. 또한, 상기 개선책에 대한 시공 및 품질 관리를 위하여 본시공 이전에개선된 장비를 통한 시험시공 계획과 개량체 품질을 확인하기 위한 품질관리 계획을 도입하였다.
- 또한, 선단고화처리시에는 기존의 정지한 상태에서 2 분간 고화하는 기존 방식을 개선하여 기존의 하부 토출구를 이용하는 관입토출방식(관입시 토출 및 교반)과 새로추가한 상부 토출구를 이용하는 인발토출방식을 병행하여 W형 선단처리가 되도록 계획하였으며 인발은 토출구와 교반날개 높■이를 고려하여 1.8m 이상 시공하도록 계획하였다.
- 강도를 증대시켰다. 또한, 중간층과 하부층에대해서도 동일한 배합시험을 수행하여 투입시멘트량을결정하였다.
- 심도별 차등 적용하였다. 또한, 착저층 확인과 선단고화는 기존의 일률적인 방식에서 W형으로 개선하여 상부하중을 지지층에 원활하게 전달하도록 계획하였다
- 배합시험을 통하여 결정된 시멘트량은 시험시공을 통하여 심도별 DCM 장비의 인발속도를 달리하여 적용하도록 개선하였다.
- 이를 활용하고자 하는 경우에는 양질토사를 포설하여 관입시 시멘트를토출하여 교반하여야 한다. 본 설계에서는 양질토사(모래) 포설시 파랑에 의한 유실 등의 문제점이 있어 그림 6과 같이 개량이 불량한 초연약 점성토층인 표층 L5m와융기토 약 3.0m를 준설, 제거하여 사석으로 치환하여 대형 케이슨의 지지력을 확보할 수 있는 방안을 도입하였다.
- 상기와 같은 문제점을 해결하기 위히科 그림 H과 같이상부에 토출구를 추가하여 인발시 상부에 토출된 시멘트 슬러리를 하부 교반날개로 교반하여 그 효율을 극대화하도록 계획하였다, 토출구를 추가 시공하는 방법은 그림과 같이 롯드 중앙에 토줄장치를 주가하는 방법과 기존하부토출구와 동일한 방법인 롯드내 토출장치를 추가하는 방법이 있다. 후자의 경우 롯드내 설치로 장비 개선이다소 복잡한 특성을 지녀 롯드 중앙에 추가하는 방법을제안하였다.
- 설계기준강도는 상부 구조물 하중에 저항할수 있는 22.5蛔赤1須로 설정하고 배합시험을 통하여 이를 만족하는 시멘트량, W/C비 등을 결정하였다.
- 시공장비는 시공성, 경제성 측면에서 유리한 4축 장비를 도입하였으며, 개량체 단면의 직경은 기존의 장비중첩, t=10cm의 000mm에서 장비중첩을 20cm로확폭한 <|)=l, 100mm를 도입하였다. 장비중첩의 확폭은교반날개 길이를 증대시키므로써 간단히 증가시킬 수 있지만, 이는 오거모터의 적정성을 고려하여야 한다.
- 심도별 배합시험 결과를 반영하여 토출구를 통해 지층에 투입되는 시멘트량은 그림 4와 같이 롯드의 인발속도를조절하므로써 심도별 차등 적용하였다. 또한, 착저층 확인과 선단고화는 기존의 일률적인 방식에서 W형으로 개선하여 상부하중을 지지층에 원활하게 전달하도록 계획하였다
- 이러한 문제점을 극복하기 위하여 국내외 설계기준 및 일본의 DCM 장비특성 등 사례를 참고하였으며, DCM 공법의 시공성 및 확실한 품질관리 확보를 위하여 5가지사항에 대한 개선점을 마련하였다.
- 현재 도입된 장비 특성은 육상조건 장비에서 시작하였으며, 해상조건의 설계특성과 비교시 설계와 시공상의 불일치한측면이 있다. 이러한 부분을 반영히■여 기존 DCM 공법설계의 문제점을 도출하고, 국내외 설계기준 및 해외장비특성 등을 참고하여 국내 실정에 맞는 DCM 공법을설계하였으며, 설계기준을 중심으로 한 최적설계 사례를 소개하였다(지반과 기술, 2009, 여름호).
- 3°가 발생하는 경우최대 심도에서는 약 28cm의 시공오차가 발생하는 문제점을 내포하고 있다. 이를 해결하기 위하여 싱가폴 MCE 공사(30cm 중첩), 일본 하네다공항 공사(35cm 중첩) 등을 참조하여 시공중첩을 30cm로 확폭하였으며, 이로 인해 상부 하중을 균등하게 분배시킬 수 있다
- 또한, 정규분포곡선을 도출하기 위하여 개소당 시험개수를 15개 이상으로 권장하고 있다. 이러한 점을 반영하여 시추공수를 개량토량 lOO’OOOn?이상의 대규모 공사에 해당하는 50, 000nj3당 1개소 시행하는 것으로 계획하였으며, 품질시험회수는정규분포곡선을 이용한 평가기법에 적합한 시험회수를적용하였다.
- 첫째, 지반특성을 고려한 배합설계 적용, 둘째, DCM 개량시 필수적으로 발생하는 융기토와 표층에 대한 처리, 셋째, 대심도 해역의 연직도 및 위치오차 관리, 넷째, 토출교반방식 등 기존장비 개선, 다섯째, 작업중단시 품질확보를 위한 시공조인트 적용 등 5가지 문제점에 대한개선책을 마련하여 설계에 도입하였다. 또한, 상기 개선책에 대한 시공 및 품질 관리를 위하여 본시공 이전에개선된 장비를 통한 시험시공 계획과 개량체 품질을 확인하기 위한 품질관리 계획을 도입하였다.
- 방법이 있다. 후자의 경우 롯드내 설치로 장비 개선이다소 복잡한 특성을 지녀 롯드 중앙에 추가하는 방법을제안하였다.
대상 데이터
- 본 고에서는 울산 북방파제 해역특성. 즉, 대수심(21 m), 고파랑(50년 빈도 최대 8.
- 본 해역은 그림 7과 같이 약 21m의 수심 조건을 가지며, 최대 32m의 초연약지반으로 구성되어 있다. 기존 시공중첩폭은 10cm를 주로 적용하는데, 이 경우 개량체의위치오차 10cm 감안시 그림 8과 같이 개량체의 시공중첩이 오차범위를 벗어난다.
- 개량폭은 DCM 내 .외적안정에 충분히 안정하도록 계획하였으며, 구간별 59.8~68.3m를 적용하였다.
이론/모형
- 울산 북방파제 1공구 기초처리공법으로 기존 DCM공법의 문제점과 울산해역의 지층특성을 반영한 고품질 개량형 DCM공법을 도입하였다. 개량체 단면 개량형식개량율 등 설계제원과 각종 설계기준을 결정한 후 DCM 구조체의 안정계산 등을 통하여 설정단면 결정과 세부설계를 수행하였으며 , 일련과정을 통하여 시공성과 품질을 확보한 DCM공법을 도입하였다.
- 침하 안정성을 확보하여야 한다. 이를 위해 각종예비검토 등을 통하여 심층혼합처리공법인 DCM(Deep Cement Mixing)공법을 최적의 기초처리공법으로 선정하였다.
성능/효과
- 4) 해역 및 지층특성을 감안한 DCM 공법의 위치오차와연직도 오차를 분석하였으며, 그 결과 시공중첩폭을기존의 에서 30cm로 확폭하여 위치오차 발생시에도 개량체간 실질적인 중첩이 이루어지도록 하였다.
- 5) 기존의 하부토출방식을 상, 하부 토출방식으로 개선하여 W형 선단처리와 인발시스템에 적합한 토출방식을적용하였으며, 작업 중단시의 시공조인트 계획을 반영하여 개량체 전체의 안정성을 확보하도록 하였다.
- 6) 설계에 적용한 인발속도 및 물-시멘트비, 행정시스템등에 대한 시험시공계획을 반영하였으며, 정규분포곡선 및 불량발생율 등의 통계적인 기법을 도입한 개량체 품질기준을 설정하여 품질관리를 수행할 수 있는합리적인 품질시험 계획을 수립하였다.
- 본 해역에 퇴적된 연약점성토층은 상부층(함수비 115%), 중간층(함수비 85%), 하부층(함수비 55%)의 3개 심도로구분된다. 설계기준강도는 상부 구조물 하중에 저항할수 있는 22.
후속연구
- 본 해역은 대수심, 고파랑 해역 및 대심도의 초연약지반 조건으로 최적의 기초처리공법 설계를 위해서 해역및 지반특성, 더불어 DCM 공법의 설계시 시공 및 품질측면에서 고려되지 않은 한계점을 고려하여야 한다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 국내외 설계기준 및 일본의 DCM 장비특성 등 사례를 참고하였으며, DCM 공법의 시공성 및 확실한 품질관리 확보를 위하여 5가지사항에 대한 개선점을 마련하였다.
- 향후 DCM공법의 설계는 현장 시공조건을 감안하여시공성과 품질을 확보할 수 있는 계획이 수립되어야 하며, 본 고에 기술된 설계기법은 시험시공 및 본시공 결과를 통하여 국내 해역과 지층특성에 적합한 DCM공법으로발전할 수 있을 것으로 기대된다.
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