선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 연약지반에서 모래의 대체 재료로서 순환골재와 쇄석의 활용가능성에 대해 실내모형실험을 실시하고, 수평 및 연직 투수계수의 비교, 수평 유공관 설치에 따른 배수 성능, 수평배수층 두께와 침하속도에 따른 배수거리 및 동수경사와 매트저항을 고려한 수평유공관의 간격 등을 비교 분석하여 합리적인 설계방법을 제시하고자 한다. 또한 순환골재와 쇄석의 물리적·환경 특성분석 등을 고려하여 연약지반에 적합한 수평배수재의 품질관리기준을 제시하고자 한다.
- 또한 순환골재와 쇄석의 물리적·환경 특성분석 등을 고려하여 연약지반에 적합한 수평배수재의 품질관리기준을 제시하고자 한 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 또한 순환골재와 쇄석의 물리적·환경 특성분석 등을 고려하여 연약지반에 적합한 수평배수재의 품질관리기준을 제시하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 연약지반에서 모래의 대체 재료로서 순환골재와 쇄석의 활용가능성에 대해 실내모형실험을 실시하고, 수평 및 연직 투수계수의 비교, 수평 유공관 설치에 따른 배수 성능, 수평배수층 두께와 침하속도에 따른 배수거리 및 동수경사와 매트저항을 고려한 수평유공관의 간격 등을 비교 분석하여 합리적인 설계방법을 제시하고자 한다. 또한 순환골재와 쇄석의 물리적·환경 특성분석 등을 고려하여 연약지반에 적합한 수평배수재의 품질관리기준을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 따라서 모래, 순환골재 및 쇄석이 환경에 미치는 영향을 분석하기 위해 현장시험시공에 사용된 대표시료 (모래, 순환골재 40 mm 이하, 쇄석 25 mm)를 선정하여 화학적 시험을 실시하였다.
- 수평배수층 두께를 80 cm로 포설할 경우, 간극수가 수평배수층을 통하여 원활히 배출되기 위해 동수경사가 수평배수층 두께보다 작아야 한다. 따라서 수평유공관은 수평배수층 중간 깊이 40 cm에 매설하고, 동수경사를 80 cm 이내로 하기 위한 배수거리를 계산하면 모래 70 cm, 순환 118 cm, 쇄석 126 cm로 나타나 범위를 70, 90, 110, 130 m로 결정하였다. 평균 침하속도가 0.
- 본 논문에서는 현재 연약지반에 수평배수재로 사용 중인 모래의 대체 재료로서 순환골재와 쇄석의 활용성을 검토하는 것이나, 아직까지 연약지반 개량을 위한 모래의 대체 재료로서의 순환골재와 쇄석의 품질관리기준이 정립되지 않았다. 따라서 폐기물관리법, 토양환경 분석법을 참고해서 물리적 특성과 환경 특성 등에 관한 실험을 하고 품질관리기준을 검토하였다.
- 모래의 포설 규모는 폭 50 m, 높이 80 cm, 길이 50 m이고, 순환골재와 쇄석의 포설 규모는 폭 50 m, 높이 80 cm, 길이 20 m로 중앙부는 25 mm, 성토 비탈면 부분은 40 mm를 포설하였다. 또한 수평배수층 하부에 PP mat (49 kN/m)와 상부에 PET mat (392.4 kN/m)를 포설하고, 유공관은 직경 100 mm 다발관을 모래, 순환골재 및 쇄석 층의 중앙부에 깊이 40 cm 깊이로 5m간격으로 매설하였다.
- 매트저항 검토 시 수평배수층의 두께 (Hm)는 50, 80, 100 cm로 변화를 주었고, 수평배수층의 투수계수는 재료별로 실내모형 실험에 의해 구한 수평투수계수를 사용하였다. Yoshikuni (1979) 제안식에 의해 매트저항 (Lmat)이 전혀 없다면 0이 되며 압밀도 90 %에서 압밀지연효과를 계산하면 SCP와 PVD에서의 매트저항은 작아 압밀지연효과가 나타나지 않아 현장에 매설된 수평유공관 간격은 적당한 것으로 판단된다.
- 물 공급은 토조 내에 일정하게 유량을 공급 시켜줄 수 있도록 플라스틱 원형수조를 설치하였고, 직경 (∅) 50 mm 파이프에 구멍을 뚫어 시료 내에 매설하고 좌측에서 우측으로 물이 일정한 동수경사 0.5를 유지하며 수평이동 하도록 급수밸브를 조절하였다.
- 수평배수재내에 수평유공관의 설치 유·무에 따른 배수성능 효과를 비교하기 위하여 실내모형실험을 실시하였다.
- 유량공급수조에서 조절된 물은 파이프를 통해 상부에 포설된 성토재와 수평배수층에 침투한 후 유공관을 통해 수평방향으로 배수되도록 하였다. 수평배수재와 성토 사이에 공극수압계를 삽입하고, 공극수압의 값이 일정할 때까지 물을 공급시킨 후에 실험을 실시하였다. 점토와 모래, 성토재 포설후 다짐은 각각의 재료에 공극이 생기지 않도록 나무막대를 이용하였다.
- 수평유공관의 간격을 검토하기 위해 모래 (SA), 순환골재 25 mm (RA25), 쇄석 25 mm (CS25)의 수평투수계수 (kh)를 사용하였고, 수평배수층 두께 (Hm)는 50, 80, 100 cm로 변화를 두어 수두차 (∆hw)를 계산하였다. 현장시험시공에 적용된 수평배수재는 배수성능시험을 통하여 순환 25 mm와 쇄석 25 mm를 선정하였고, 수평배수층의 두께는 50～100 cm 범위에서 분석하였다.
- 순환골재를 사용하기 위한 물리적 특성을 분석하기 위해 한국도로공사의 sand mat 시방기준과 국토해양부에서 제정한 순환골재 품질기준 (성토용, 도로보조기층용)을 사용하여 순환골재의 활용성에 대해 판단하였다.
- 4체를 통과한 시료를 준비하고, 하부 점토는 현장에서 채취한 연약한 상태로 시험하였다. 시험방법은 Table 3과 같이 case 1-4 별로 수평유공관의 설치유무, PP mat 포설 유무, 성토재의 포설 유무로 구분하여 배수성능 실험을 실시하였다.
- 연약지반에서 수평배수재로서 사용되는 모래와 순환골재, 쇄석의 투수계수를 비교하기 위하여 수평 및 수직투수시험을 실시하였다.
- 유량공급수조에서 조절된 물은 파이프를 통해 상부에 포설된 성토재와 수평배수층에 침투한 후 유공관을 통해 수평방향으로 배수되도록 하였다. 수평배수재와 성토 사이에 공극수압계를 삽입하고, 공극수압의 값이 일정할 때까지 물을 공급시킨 후에 실험을 실시하였다.
- 이에 따라 수평배수재의 막힘 현상에 대한 검토가 필요하여 Table 3과는 별도로 수평유공관이 없는 상태에서 수평배수재의 상하부에 PP mat (인장강도: 49 kN/m)를 포설한 경우와 포설하지 않은 경우에 대하여 막힘 현상을 실험하였다.
- 입경 범위는 D15, D50, D85 기준으로 상·하한치 범위를 설정하였고, 각 입경범위에서 시험에 이용한 수평배수재의 입도 곡선 오차를 고려하여 다음과 같이 결정하였다.
- 수평배수재와 성토 사이에 공극수압계를 삽입하고, 공극수압의 값이 일정할 때까지 물을 공급시킨 후에 실험을 실시하였다. 점토와 모래, 성토재 포설후 다짐은 각각의 재료에 공극이 생기지 않도록 나무막대를 이용하였다.
- 2와 같이 높이 (H) 100 cm, 폭 (W) 130 cm, 길이 (L) 132 cm로 콘크리트로 제작하였다. 토조 전면에는 2개의 아크릴을 설치하였고, 유량공급수조에서 조절된 물은 pipe를 통해 수평으로 흐르도록 하였으며 토조 내부는 방수 페인트를 칠하여 누수를 방지하였다. 물 공급은 토조 내에 일정하게 유량을 공급 시켜줄 수 있도록 플라스틱 원형수조를 설치하였고, 직경 (∅) 50 mm 파이프에 구멍을 뚫어 시료 내에 매설하고 좌측에서 우측으로 물이 일정한 동수경사 0.
- 5를 유지하며 수평이동 하도록 급수밸브를 조절하였다. 토조내의 수평배수재가 원활하게 배수되는지의 여부를 판단하기 위해 시료하부에 공극수압계를 설치하여 실험 동안의 변화량을 측정하였다. 수직투수계수를 구하기 위한 원형토조는 직경 (∅) 19.
- )를 계산하였다. 현장시험시공에 적용된 수평배수재는 배수성능시험을 통하여 순환 25 mm와 쇄석 25 mm를 선정하였고, 수평배수층의 두께는 50～100 cm 범위에서 분석하였다.
대상 데이터
- 실내모형실험 결과, 순환골재 중 10 mm 이하, 25 mm 이하, 40 mm, 40 mm 이하는 공장 파쇄 및 혼합배합 중에 이물질의 함유량이 많고, 특히 대량생산의 경우에는 더 심각하게 혼합될 것으로 판단되어 배수성능시험에는 25 mm를 선정하였다. 또한 쇄석의 경우는 40 mm 이하에서 석분의 함유량이 너무 많아 25 mm를 선정하였다.
- 모래의 포설 규모는 폭 50 m, 높이 80 cm, 길이 50 m이고, 순환골재와 쇄석의 포설 규모는 폭 50 m, 높이 80 cm, 길이 20 m로 중앙부는 25 mm, 성토 비탈면 부분은 40 mm를 포설하였다. 또한 수평배수층 하부에 PP mat (49 kN/m)와 상부에 PET mat (392.
- 모형실험에 사용한 수평유공관 (S형 집속다발관)의 관경은 100 mm, 다발수는 13본이고, 형상은 Fig. 4와 같이 실제 연약지반 현장에 사용된 재료로서 S자형 다발로 접속되어 다수의 집수구와 배수구가 상호 연결되어 있어 뛰어난 집배수 효과를 발휘할 수 있는 특징을 가지고 있다.
- 본 실험에 사용한 모래 (해사), 순환골재 및 쇄석은 충남 당진군에서 구입하였다. 시험에 사용된 시료는 모래 (1종), 순환 골재 (5종) 10 mm 이하, 25 mm, 25 mm 이하, 40 mm, 40 mm 이하, 쇄석 (3종) 6 mm 이하, 25 mm, 40 mm 이하로 총 9종의 시료를 사용하였다.
- 상부 성토재는 No. 4체를 통과한 시료를 준비하고, 하부 점토는 현장에서 채취한 연약한 상태로 시험하였다. 시험방법은 Table 3과 같이 case 1-4 별로 수평유공관의 설치유무, PP mat 포설 유무, 성토재의 포설 유무로 구분하여 배수성능 실험을 실시하였다.
- 수직투수계수를 구하기 위한 원형토조는 직경 (∅) 19.50 cm, 길이 (L) 39～44 cm를 사용하였다.
- 수평유공관 배수성능실험에 사용한 시료는 연약지반 현장의 시험시공에 수평배수재로 사용되었던 모래 (해사), 순환골재 25 mm, 쇄석 25 mm를 사용하였다.
- 수평유공관의 배수성능실험을 실시하기 위한 소형토조는 Fig. 3과 같이 높이 (H) 80 cm, 폭 (W) 40 cm, 길이 (L) 176cm 로 철재와 아크릴로 제작하였다.
- 수평투수계수를 구하기 위한 대형 토조는 Fig. 2와 같이 높이 (H) 100 cm, 폭 (W) 130 cm, 길이 (L) 132 cm로 콘크리트로 제작하였다. 토조 전면에는 2개의 아크릴을 설치하였고, 유량공급수조에서 조절된 물은 pipe를 통해 수평으로 흐르도록 하였으며 토조 내부는 방수 페인트를 칠하여 누수를 방지하였다.
- 본 실험에 사용한 모래 (해사), 순환골재 및 쇄석은 충남 당진군에서 구입하였다. 시험에 사용된 시료는 모래 (1종), 순환 골재 (5종) 10 mm 이하, 25 mm, 25 mm 이하, 40 mm, 40 mm 이하, 쇄석 (3종) 6 mm 이하, 25 mm, 40 mm 이하로 총 9종의 시료를 사용하였다.
이론/모형
- 수평배수층에 도달된 과잉공극수는 시간이 경과함에 따라 천천히 소산되고, 수직방향흐름으로 인한 압밀을 무시하면 수평배수층 중앙에서는 배수거리가 길어져 압밀지연이 발생하게 된다. 압밀지연효과를 검토하기 위해 Yoshikuni (1979)가 제안한 압밀해석방법을 사용하였고, 분석대상지반은 Table 6과 같이 수평배수재를 현장에 포설한 연약지반 개량구간에 대하여 검토하였다.
성능/효과
- 1. 순환골재의 수평투수계수 (kh)는 모래보다 1.8～5.1배, 수직투수계수 (kv)는 1.2～2.7배 정도 더 크게 나타났고, 쇄석의 수평투수계수 (kh)는 2.1～3.3배, 수직투수계수 (kv)는 2.0～3.0배 정도 더 크게 나타났다. 따라서 순환골재 및 쇄석은 기존에 수평배수재로서 사용되어 왔던 모래의 대체 재료로 충분한 배수 성능을 나타내서 현장 적용성이 우수할 것으로 평가되었다.
- 2. 수평유공관을 매설하였을 경우의 수평투수계수는 매설하지 않았을 경우보다 1.9～6.8배 정도 커서 현장 매설시에는 매우 양호한 효과를 나타낼 것으로 평가되었다.
- 3. 수평배수층의 간극수가 원활히 배출되기 위한 합리적인 배수거리는 배수층의 두께가 증가할수록 직선적으로 증가하고, 순환골재는 모래보다 1.7배, 쇄석은 1.8배 정도 더 크게 나타나므로 모래와 동일한 조건에서 순환골재와 쇄석은 유공관 간격을 크게 할 수 있어 공사비와 공기를 단축시킬 수 있다.
- 4. 현장시험시공에서 SCP공법과 PVD공법은 압밀지연이 없는 것으로 나타났고, 수평배수층의 두께가 증가할수록 매트저항은 점차로 감소하여 모래는 순환골재와 쇄석보다 2.9～3.3배 정도 크게 나타났다.
- 5. 수평배수재의 매트저항은 드레인 타입간격이 1.0 m에서 2.0 m로 증가할 때 약 3～4배 정도 급격하게 감소하였고, 동일한 시간계수에서 수평배수층의 거리에 따른 압밀도는 큰 차이를 나타내지 않았다.
- 6. 순환골재와 쇄석의 입도기준 범위와 물리적·환경적 특성 분석을 바탕으로 연약지반에서 수평배수재를 활용할 수 있도록 적합한 품질관리기준을 제시하였다.
- SCP 공법 (a)에서는 중앙 (x/B=1.0)부터 측면 (x/B=0.1) 까지 시간계수에 따른 압밀도는 거의 일정하지만, 중앙부의 압밀도는 작고, 측면으로 갈수록 압밀도가 약간씩 증가하는 것으로 나타났다.
- 각종 품질기준에 제시된 유기물은 모래, 순환골재, 쇄석은 품질 기준치 1.0보다 낮게 나타났다. 구리와 카드뮴, 납은 2가지 기준치보다 낮았고, 수은은 전혀 검출되지 않았다.
- 따라서 기존에 수평배수재로서 사용되어 왔던 모래의 대체 재료로서 순환골재 및 쇄석은 충분한 배수성능을 나타내어, 현장 적용 시 우수한 수평배수재로서 사용가능할 것으로 평가되었다.
- 0배 정도 더 크게 나타났다. 따라서 순환골재 및 쇄석은 기존에 수평배수재로서 사용되어 왔던 모래의 대체 재료로 충분한 배수 성능을 나타내서 현장 적용성이 우수할 것으로 평가되었다.
- 3 % 범위로 공극이 감소하였다. 또한, 하부 점토가 수평배수층으로 혼입되는 깊이는 순환골재 약 2 cm 정도, 쇄석은 약 1 cm 정도로 이는 수평배수층 두께의 3.3 %～6.7 % 범위로 공극이 감소하여 전체적으로 토사유입에 의한 순환골재 및 쇄석의 통수단면감소는 작은 것으로 나타났다.
- 유공관 간격이 넓어지면서 모래는 매트저항이 급격하게 증가하고, 순환골재와 쇄석은 약간씩 증가하는 현상을 나타냈다. 모든 재료에서 매트저항은 작게 나타나 압밀지연은 발생되지 않았으나 순환골재와 쇄석은 모래보다 배수저항에 대한 영향이 작기 때문에 유공관 간격을 넓게 설계할 수 있는 것으로 나타났다.
- 442 cm/d를 적용하였다. 배수거리가 길어짐에 따라 동수경사는 모래에서 급격하게 증가하였고, 순환골재와 쇄석에서 거의 같게 약간씩 증가하였다.
- 구리와 카드뮴, 납은 2가지 기준치보다 낮았고, 수은은 전혀 검출되지 않았다. 비소는 토양 환경보전법 시행규칙의 토양오염우려기준보다는 낮았고, 지정 폐기물관리법의 기준치보다 순환골재와 쇄석은 2배 정도 높게 나타났으나, 수평배수재가 도로에 사용되므로 토양환경보전법 중[3지역]을 기준으로 판단하면 문제가 없는 것으로 나타났다. 아연과 니켈, 불소는 폐기물관리법 기준치보다 훨씬 낮은 수치를 보였다.
- 2배 정도 높은 것으로 측정되었다. 쇄석의 수평투수계수는 모래를 기준으로 쇄석 6 mm는 0.8배, 쇄석 25 mm에서는 3.3배, 쇄석 40 mm 이하에서는 2.1배 정도 높은 것으로 측정되었다.
- 2배 정도 높은 것으로 측정되었다. 쇄석의 입경별 수직투수계수는 모래를 기준으로 쇄석 6 mm는 0.15배, 쇄석 25 mm는 3.0배, 쇄석 40 mm 이하는 2.0배 정도 높은 것으로 측정되었다.
- 수평배수층 두께에 따른 배수거리는 모래를 기준으로 순환골재는 1.7배, 쇄석은 1.8배 정도 크게 나타났다.
- 시험결과 순환골재와 쇄석의 물리적 특성은 최대치수, 수정 CBR, 소성지수, 이물질 함유량 등은 순환골재 품질기준 (성토용, 도로보조기층용)에 만족하고 있다. 그리고 sand mat 시방 기준인 D15 및 D85 입경에서는 순환골재 25 mm, 40 mm 이하, 쇄석 25 mm, 40 mm 이하인 재료는 만족하지 못하고 있다.
- 실내모형실험 결과, 순환골재 중 10 mm 이하, 25 mm 이하, 40 mm, 40 mm 이하는 공장 파쇄 및 혼합배합 중에 이물질의 함유량이 많고, 특히 대량생산의 경우에는 더 심각하게 혼합될 것으로 판단되어 배수성능시험에는 25 mm를 선정하였다. 또한 쇄석의 경우는 40 mm 이하에서 석분의 함유량이 너무 많아 25 mm를 선정하였다.
- 순환골재와 쇄석은 sand mat 입도 범위에 벗어나 막힘 현상이 발생할 것으로 판단되었다. 실내모형실험과 NAVFAC 기준(1986)을 참고로 3가지 입도범위기준으로 막힘 현상을 분석한 결과, 상부 성토재를 기준으로 고려하면 순환골재는 기준 ①에서만 막힘 현상이 발생되고 쇄석은 ①, ②, ③의 모든 기준에서 막힘 현상이 발생되었다. 하부 점토를 기준으로 고려하면 순환골재는 10 mm 이하에서만 기준 ②에서 막힘 현상이 없고, 그 이외의 모든 수평배수재에서 막힘 현상이 발생되었다.
- 위와 같이 case별 배수성능 시험결과로부터 수평유공관을 매설하였을 경우와 매설하지 않았을 경우에 수평투수계수를 비교해보면 수평유공관 설치로 인해 배수성능은 1.9～6.8배 정도 효과가 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 실제 현장에서 수평유공관을 매설할 경우에 상당한 배수성능효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
- 수평배수층은 상부 성토재와 하부 점토층의 중간에 존재하기 때문에 입도뿐만 아니라 강우 및 연약지반개량시 시공장비 등에 의해 상부 성토재와 하부 점토가 혼입으로 막힘 현상이 발생되어 배수성능이 감소하게 된다. 이러한 막힘현상을 최소화하기 위한 대책으로 수평배수층 상하부에 PP mat (49 kN/m)를 포설하여 배수성능을 실내모형실험으로 분석한 결과, 순환 골재 25 mm와 쇄석 25 mm에 대하여 상하부에 PP mat를 포설한 경우는 포설하지 않은 경우보다 2.2배 정도 배수성능이 향상되었다.
- 전체적으로 동일한 시간계수에서 수평배수층의 거리에 따른 압밀도는 큰 차이를 나타내지 않았고, 동일한 배수저항 조건에서 SCP 공법에서는 시간계수가 작은 경우에도 이미 압밀이 완료되었지만, PVD 공법에서는 시간계수가 1.0이 되어야만 압밀이 완료되는 것으로 나타났다.
- 전체적으로 연약지반에서 수평배수재로서 순환골재와 쇄석의 입경별 투수시험을 모래 (해사)를 기준으로 비교·분석한 결과, 순환골재의 경우 (6 mm 제외), 수평투수계수는 1.8～5.1배, 수직투수계수는 1.2～2.7배 정도 더 크게 나타났고, 쇄석의 경우 (6 mm 제외), 수평투수계수는 2.1～3.3배, 수직투수계수는 2.0～3.0배 정도 더 크게 나타났다.
- 전체적으로, 침하속도가 증가함에 따라 순환골재와 쇄석은 비슷한 동수경사를 나타냈으나 모래는 동수경사가 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
- 그러나 투수계수는 모래 기준보다 (10-3 cm/s) 약 100배 (10-1 cm/s) 크게 나타나 배수성능의 우수성이 실내모형실험을 통하여 검증되었다. 통일 분류법 (USCS)에 의한 입도는 SW, SP, GP, GW 등으로 나타났고, 균등계수 (Cu)는 1～19 범위로 세립분의 함유량이 적게 나타났다.
후속연구
- 드레인 간격이 1 m일 때는 모래는 순환골재, 쇄석보다 3배정도 크게 나타나지만, 드레인 간격이 2～3 m일 때는 큰 차이를 나타내지 않았다. 드레인 간격이 1.0 m에서 2.0 m로 증가할 때 매트저항이 약 3～4배 정도 급격하게 감소하였고, 그 이후로는 큰 차이를 나타내지 않아 적정한 드레인 간격을 추정하는데 참고자료로서 이용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 8배 정도 효과가 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 실제 현장에서 수평유공관을 매설할 경우에 상당한 배수성능효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
- 시험결과 9.0 < pH < 12.0 범위에 포함되어 pH < 12.5가 되어야 할 것으로 판단되고, 향후 연구를 통하여 적절한 기준을 수립해야 할 것으로 보인다.
- 앞으로 건설폐기물은 배출·처리에 관한 관리가 강화되고 재개발, 재건축 및 택지개발 등 대형 공사의 증가로 지속적으로 증가할 것으로 전망된다.
- 위와 같은 시험결과를 기초로 순환골재와 쇄석은 유해물질의 농도가 각종 규제기준을 밑도는 것으로 나타나 수평배수재로 사용함에 있어 환경적인 영향은 미미할 것으로 판단된다. 특히, 순환골재는 생산과정에서 크러셔로 가공된 후, 유기물과 이물질의 제거를 위해 파쇄 및 세척과정을 거치기 때문에 환경적으로 유해한 물질이 용출될 가능성이 적고, 용출된 물질도 배수층을 통한 분산, 이동과정에서 연약지반에서 배출된 공극수와 희석되기 때문에 환경적인 유해요소가 감소될 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.