현재 우리나라의 다짐관리와 평가에는 주로 평판재하시험, 현장에서 모래치환법에 의한 흙의 밀도 시험방법 등이 이용되고 있지만 이러한 방법들은 여러 문제점을 갖고 있다. 지난 30년 동안 문제점을 보완하기 위해 유럽, 미국 등을 중심으로 연속다짐관리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이 외에도 새로운 다짐평가장비인 지오게이지, 동평판재하시험기, 동적콘관입시험기 등을 개발하여 사용하고 있다. 이 연구에서는 이러한 새로운 다짐평가장비들을 기존 다짐평가방법을 보완, 대체할 수 있는 시험방법으로 활용하고자 시험성토를 통하여 현장시험을 실시하였다. 그 결과 연속다짐평가 장비인 컴팩토미터와 동평판재하시험기의 경우 기존 다짐도 평가 방법인 평판재하시험, 현장들밀도시험결과와 경향이 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.
현재 우리나라의 다짐관리와 평가에는 주로 평판재하시험, 현장에서 모래치환법에 의한 흙의 밀도 시험방법 등이 이용되고 있지만 이러한 방법들은 여러 문제점을 갖고 있다. 지난 30년 동안 문제점을 보완하기 위해 유럽, 미국 등을 중심으로 연속다짐관리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이 외에도 새로운 다짐평가장비인 지오게이지, 동평판재하시험기, 동적콘관입시험기 등을 개발하여 사용하고 있다. 이 연구에서는 이러한 새로운 다짐평가장비들을 기존 다짐평가방법을 보완, 대체할 수 있는 시험방법으로 활용하고자 시험성토를 통하여 현장시험을 실시하였다. 그 결과 연속다짐평가 장비인 컴팩토미터와 동평판재하시험기의 경우 기존 다짐도 평가 방법인 평판재하시험, 현장들밀도시험결과와 경향이 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.
The plate loading test(PLT) and the field density test are mainly used on the construction of embankments to control the compaction of a limited layer thickness. These two test methods are very time consuming and inefficient, but they are still commonly used as the methods of quality control for soi...
The plate loading test(PLT) and the field density test are mainly used on the construction of embankments to control the compaction of a limited layer thickness. These two test methods are very time consuming and inefficient, but they are still commonly used as the methods of quality control for soil compaction. In the last 3 decades, many devices such as geogauge, light falling weight deflectometer(LFWD) and dynamic cone penetrometer(DCP) etc., have been introduced into the engineering market with the objective of acquiring in situ stiffness properties of the compacted soil layers. Recently, a new type of sensor, called compactometer, which in mounted on the drum of a roller and measures impact forces continuously with GPS, called as Continuous Compaction Control(CCC), has come into use in many countries such as America, Germany, Japan and so on. The main objective of this paper is to assess the potential use of these new devices as quality control and assurance devices for compacted soil layers. Based on this study, compactometer and the LFWD results werestrongly correlated with the result obtained from the PLT and the field density test.
The plate loading test(PLT) and the field density test are mainly used on the construction of embankments to control the compaction of a limited layer thickness. These two test methods are very time consuming and inefficient, but they are still commonly used as the methods of quality control for soil compaction. In the last 3 decades, many devices such as geogauge, light falling weight deflectometer(LFWD) and dynamic cone penetrometer(DCP) etc., have been introduced into the engineering market with the objective of acquiring in situ stiffness properties of the compacted soil layers. Recently, a new type of sensor, called compactometer, which in mounted on the drum of a roller and measures impact forces continuously with GPS, called as Continuous Compaction Control(CCC), has come into use in many countries such as America, Germany, Japan and so on. The main objective of this paper is to assess the potential use of these new devices as quality control and assurance devices for compacted soil layers. Based on this study, compactometer and the LFWD results werestrongly correlated with the result obtained from the PLT and the field density test.
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제안 방법
이 연구에서는 이러한 새로운 다짐평가장비들을 기존 다짐평가방법을 보완, 대체할 수 있는 시험방법으로 활용하고자 시험성토를 통하여 현장시험을 실시하였고 그 결과를 기존 다짐평가 방법인 평판재하시험, 들밀도시험결과와 비교 분석하였다.
동적콘관입시험기(DCP)(그림 2 (d) 참조)는 남아프리카에서 포장부의 현장 평가를 위해 개발되었다[8]. 시험은 575mm 높이에서 추를 낙하시켜 타격에 대한 관입깊이를 기록하여 관입속도(DCP-PR)를 계산한다.
현장시험은 경기도 일산에 위치한 OO 공사 현장에서 표 2, 그림 3과 같이 조건을 달리한 4개의 레인(폭 5m, 길이 40m)을 3구역으로 나누어 컴팩토미터를 진동다짐로울러에 장착한 후 다짐횟수를 4, 8, 12회로 달리하여 다짐을 수행하며 CMV를 측정하였고, 각각의 다짐평가시험을 실시하였다. JO-1현장시험에 사용한 흙은 통일분류법 (USCS)상 GP로 기본물성치는 표 3와 같고 입도분포 곡선은 그림 4와 같다.
시험지층의 탄성계수(EPLT) 계산을 위한 하중크기와 침하량은 시험에서 측정된 ‘하중-침하’곡선의 초기부분 접선을 이용하였다.
2m이고 진동횟수는 23∼28Hz까지 조절이 가능한 제품으로 총 중량은 약 10ton이다. 다짐로울러에는 그림 2(a)와 같이 컴팩토미터를 설치하여 연속적으로 지반강성을 측정하였다.
이 시험에서는 다짐도 평가를 위하여 새로운 다짐평가 장비와 더불어 평판재하시험(PLT), 현장들밀도시험도 함께 실시하였으며, PLT결과로부터 식 (4)을 이용하여 EPLT를 산정하였다[8].
(MPa), DCP로 측정한 DCP-PR(mm/blow)의 거리에 따른 변화를 나타낸 것이다. EG의 경우 값이 일반적으로 크게 산정되어 비교를 쉽게 하기 위하여 이 현장시험에서는 EG를 5로 나누어 정규화 한 값(geogauge/5)을 적용하였다. 또한, DCP-PR의 경우 지반강성이 커질수록 감소하는 특징을 나타내므로 다른 시험결과와 비교를 용이하게 하기 위하여 DCP-PR의 역수를 취하고 다른 시험결과와 유사한 크기의 값을 갖도록 200을 곱하여 나타내었다.
대상 데이터
지오게이지(그림 2 (c) 참조)의 기술은 원래 지뢰 발견을 위한 방위산업에 의해 발전되었다[6]. 장비의 무게는 약 10kg이고 직경 280mm, 높이 254mm이다. 외경 114mm, 내경 89mm, 두께 13mm의 흙에 접촉하는 환형 링을 갖고 있다[7].
현장시험에 사용된 다짐로울러는 일본 SAKAI사에서 제작한 SV500으로 다짐 폭이 약 2.2m이고 진동횟수는 23∼28Hz까지 조절이 가능한 제품으로 총 중량은 약 10ton이다.
성능/효과
하지만 12회 다짐에 대한 EPLT 측정 위치의 경우 CMV 값 역시 12회 다짐구역 중 지반 강성이 가장 작은 위치로 CMV와 EPLT 값이 유사한 결과를 나타낸다고 볼 수 있다. 또한, 현장들밀도시험 측정 위치에서의 CMV 변화에 따른 건조단위중량의 변화는 4회 다짐시 35.5m(17.6kN/m3) 지점에서 측정한 결과가 약간 높게 나타난 것을 제외하면 거의 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다.
그림 7에서와 같이 CMV와 EG의 변화양상이 일부구간에서는 유사하게 보이기는 하지만 약 13m와 20m 부근에서 CMV 값에 비해 EG 값이 상대적으로 크게 산정되었으며 4회 다짐 구간에서는 CMV가 감소하는 경향을 보이는데 반해 EG의 경우 증가하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. ELFWD의 경우 15에서 20m 정도 구간을 제외한 전 구간에서 변화양상이 거의 유사한 것으로 나타났다.
ELFWD의 경우 CMV와 비교시 값 증감에 따른 변화 형태가 거의 유사한 것으로 나타났고 8회와 12회 구간의 값이 전반적으로 유사한 값을 보여 앞에서 설명한 ‘CMV-PLT’, ‘CMV-현장들밀도시험’ 결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다.
ELFWD의 경우 15에서 20m 정도 구간을 제외한 전 구간에서 변화양상이 거의 유사한 것으로 나타났다. 한편 DCP로 측정한 지반강성은 CMV와 같이 다짐횟수 증가에 따라 증가하는 경향을 잘 나타내기는 하지만 각 위치에 따른 값의 변화 양상은 잘 일치하지 않는 것으로 나타났다.
의 경우와 유사하게 나타났다. 특히 EPLT 측정위치에서의 CMV와 EPLT를 비교할 경우 CMV 변화 따른 EPLT의 변화가 더욱 잘 일치하는 것으로 나타났다.
의 경우 CMV와 비교시 값 증감에 따른 변화 형태가 거의 유사한 것으로 나타났고 8회와 12회 구간의 값이 전반적으로 유사한 값을 보여 앞에서 설명한 ‘CMV-PLT’, ‘CMV-현장들밀도시험’ 결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 한편 JO-2의 경우 DCP로 측정한 지반 강성의 변화양상은 CMV의 변화양상과 15m 부근을 제외한 전 구간에서 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.
그림 12는 JO-3 레인의 CMV와 EPLT(MPa), 건조단위 중량(γd, kN/m3), 지반 함수비(%)를 비교한 것인데 그림에서와 같이 CMV의 경우 8회 다짐구간이 12회 다짐 구간에 비해 지반강성이 비슷하거나 약간 큰 것으로 나타났으며 4회에서 8회로 다짐횟수 증가시 약 28~31m 구간에서 4회 다짐시의 CMV 값이 8회 다짐시에 비해 크게 증가하는 경향을 나타내었지만 EPLT 측정위치에서의 CMV와 EPLT를 비교할 경우 CMV 변화 따른 EPLT의 변화가 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.
CMV와 현장들밀도시험으로 구한 건조단위중량(γd, kN/m3)과 지반 함수비(%)를 비교했을 때 현장들밀도시험 측정 위치에서의 CMV 변화에 따른 건조단위중량의 변화는 8회 다짐에 대한 건조단위중량이 12회 다짐에 대한 건조단위중량에 비해 약간 작게 나타났지만 전반적으로 거의 유사한 것으로 나타났다.
EG의 경우 EG값이 4회와 12회 구간에서 상대적으로 크게 산정되어 ELFWD에 비해 잘 일치하지 않는 것으로 나타났다. 한편, DCP로 측정한 지반강성 변화양상의 경우 CMV 값 변화양상과 8회 다짐 구역을 제외한 전 구간에서 일치하지 않는 것으로 나타나 났다.
또한 JO-4는 JO-3과 유사하게 10∼25m 구간이 다른 구간에 비해 상대적으로 지반 강성이 약하게 나타났고 이러한 경향은 지오게이지(EG)시험을 제외한 다른 다짐평가시험결과와 유사한 것으로 나타났다.
이러한 결과는 EPLT의 경향과 잘 일치하는 것으로 나타났는데 CMV가 작게 평가된 위치(4, 8회 시험위치)에서 결정된 EPLT 값은 작게 나타난 반면 CMV가 상대적으로 큰 값으로 나타난 위치(12회 시험위치)에서 결정된 EPLT 값은 2배 이상 큰 값을 나타내었다. 또한, 현장들밀도시험 측정 위치에서의 CMV 변화에 따른 건조단위중량의 변화는 8회 다짐구간에서 측정된 값을 제외하면 전반적으로 잘 일치하는 결과를 나타내었다.
값은 2배 이상 큰 값을 나타내었다. 또한, 현장들밀도시험 측정 위치에서의 CMV 변화에 따른 건조단위중량의 변화는 8회 다짐구간에서 측정된 값을 제외하면 전반적으로 잘 일치하는 결과를 나타내었다.
(MPa), DCP-PR(mm/blow)의 거리에 따른 변화를 나타낸 것이다. JO-4 레인에 대한 ELFWD의 경우 12회 다짐 구역에서 CMV 값에 비해 다소 작게 산정되긴 했지만 전반적인 값의 증감 경향은 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났고, EG의 경우 변화양상이 전체 구간에 걸쳐 잘 일치하지 않는 것으로 나타났다. 반면, DCP로 측정한 지반강성의 변화양상은 CMV의 변화양상과 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.
JO-4 레인에 대한 ELFWD의 경우 12회 다짐 구역에서 CMV 값에 비해 다소 작게 산정되긴 했지만 전반적인 값의 증감 경향은 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났고, EG의 경우 변화양상이 전체 구간에 걸쳐 잘 일치하지 않는 것으로 나타났다. 반면, DCP로 측정한 지반강성의 변화양상은 CMV의 변화양상과 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.
현장 시험시공을 통해 다양한 다짐도 평가장비들의 시험결과를 비교, 분석해 본 결과 컴팩토미터(Compactometer)를 이용하여 측정한 CMV의 경우 기존 다짐도 평가 방법인 평판재하시험(PLT), 현장들밀도시험 결과와 비교시 경향이 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으며, 새로운 다짐도 평가 장비들 중에선 동평판재하시험(LFWD)의 결과가 비교적 유사한 경향을 나타내었다. 하지만 앞에서 설명한 바와 같이 기존 다짐도 평가방법의 경우 시험에 있어 많은 제약과 단점을 내포하고 있다.
하지만 앞에서 설명한 바와 같이 기존 다짐도 평가방법의 경우 시험에 있어 많은 제약과 단점을 내포하고 있다. 따라서 기존의 다짐도 평가 방법을 대체하기 위한 다짐도 평가방법으로는 CMV 측정을 이용한 실시간, 연속적인 다짐도 평가와 함께 시험 속도가 상대적으로 빠르고 신뢰성 있는 결과를 제공해주는 동평판재하시험(LFWD)을 기준시험으로 실시하여 CMV에 대한 다짐도 평가를 검증하는 방법이 매우 효과적일 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동적콘관입시험기가 개발된 이유는 무엇인가?
동적콘관입시험기(DCP)(그림 2 (d) 참조)는 남아프리카에서 포장부의 현장 평가를 위해 개발되었다[8]. 시험은 575mm 높이에서 추를 낙하시켜 타격에 대한 관입깊이를 기록하여 관입속도(DCP-PR)를 계산한다.
동적콘관입시험기의 시험은 무엇을 계산하는가?
동적콘관입시험기(DCP)(그림 2 (d) 참조)는 남아프리카에서 포장부의 현장 평가를 위해 개발되었다[8]. 시험은 575mm 높이에서 추를 낙하시켜 타격에 대한 관입깊이를 기록하여 관입속도(DCP-PR)를 계산한다.
지오게이지의 기술이 발전된 이유는 무엇인가?
지오게이지(그림 2 (c) 참조)의 기술은 원래 지뢰 발견을 위한 방위산업에 의해 발전되었다[6]. 장비의 무게는 약 10kg이고 직경 280mm, 높이 254mm이다.
참고문헌 (8)
박용원, 김병일, 이승현, "토질역학", 대영사, pp. 38-39, 1월, 2005.
KS F 2310, "도로의 평판 재하 시험 방법", 한국산업규격, 2000.
KS F 2311, "모래 치환법에 의한 흙의 밀도 시험 방법", 한국산업규격, 2001.
KS F 2312, "흙의 다짐 시험 방법", 한국산업규격, 2001.
조성민, 정경자, "반발력을 이용한 새로운 다짐도 검사기법 개발", 2000년도 소과제 연구보고서, 한국도로공사 도로연구소, pp. 26, 2000.
Fiedler, S. et al., "Soil Stiffness Gauge for Soil Compaction Control.", public Road Magazine, Vol. 61, No. 5, pp.5-11, April, 1998.
Lenke, L. R. et al, "Laboratory Evalyation of Geogauge for Compaction Control.", National Research Council, Washington, D.C, PP. 20-30, 2003.
Kleyn, E. G., "The Use of the Dynamic Cone Penetrometer(DCP)", Report 2/74. Transvaal Roads Department, Pretoria, 1975.
이 논문을 인용한 문헌
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