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성토고 변화를 고려한 새로운 연약 지반 침하 예측 기법
Newly Developed Settlement Prediction Method on Soft Soils with Subsequent Surcharge Change 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, C. 지반공학, 터널공학, v.31 no.5C, 2011년, pp.155 - 162  

천성호 (대림산업(주) 기술개발원 토목연구지원팀) ,  김한샘 (서울대학교 건설환경공학부) ,  윤찬영 (강릉원주대학교 토목공학과) ,  정충기 (서울대학교 건설환경공학부)

초록
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연약 지반 개량 현장의 효율적 시공 관리를 위해 침하 계측 자료를 이용한 정확한 향후 침하 거동 예측은 매우 중요하다. 현재 침하 예측을 위해 침하 계측 자료를 이용한 침하 예측 방법들이 널리 활용되고 있으나, 이러한 방법들은 일정 성토고 조건에서만 적용이 가능하며, 실제 현장처럼 계측 결과에 따라 지속적인 성토 변화가 발생하는 경우 적용이 매우 어렵다. 본 연구에서는 성토 조건의 변화를 고려한 침하량 예측을 위해 침하 계측 자료를 이용한 침하 예측 결과와 복잡한 현장 조건을 단순화하기 위한 가정 조건을 기반으로 간단한 역해석을 통해 향후 침하량을 이론적으로 예측할 수 있는 기법을 제안하였다. 대형 압밀 시험 결과, 유한 차분 해석 결과, 현장 침하 계측 자료에 제안 방법을 적용한 결과, 제안 방법이 하중의 재제하 등 다양한 성토 변화 조건에서 침하 거동을 신뢰성 있게 모사하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Settlement prediction based on field monitored data, which is used to control subsequent surcharges, is very important in construction management for soft ground improvement with the preloading method. Observational settlement prediction methods, which are suggested for an instantaneous loading, hav...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 연약 지반 개량 현장의 효율적 시공 관리를 위해서는 현재 성토고 조건이 아닌 성토 조건의 변화에 따라 현장 계측 자료를 이용하여 향후 침하량을 예측할 수 있는 방법이 필요하다. 본 연구에서는 침하 계측 자료를 이용한 침하 예측 결과와 복잡한 현장 조건을 단순화하기 위한 가정 조건을 기반으로 이론적 침하 예측에 필요한 정수들을 역해석을 통해 추정한 후, 이를 활용하여 추후 성토 하중의 변화에 따른 지반의 침하 거동을 예측할 수 있는 침하 예측 기법을 제안하였다. 또한, 제안 방법의 정확도와 적용성을 대형 압밀 시험 결과와 유한 차분 해석 결과를 이용하여 검증한 후, 제안 방법을 다양한 조건의 현장 계측 결과에 적용하여 현장 적용성을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 침하 계측 자료를 이용한 침하 예측 결과와 복잡한 현장 조건을 단순화하기 위한 가정 조건을 기반으로 이론적 침하 예측에 필요한 정수들을 역해석한 후, 이를 활용하여 성토 하중의 변화에 따른 침하 거동을 예측하기 위한 방법을 제안하였다. 제안 방법의 적용성 및 신뢰성을 이상화된 조건의 대형 압밀 시험 결과와 유한 차분 해석 결과를 이용하여 검증하였으며, 검증 후 실제 현장 침하 계측 결과에 제안 방법을 적용하여 현장 적용성 또한 검증하였다.

가설 설정

  • 5) 스미어와 통수 저항 등의 연직 배수재 설치에 따른 효과 및 다층 조건 등으로 위치별 상이한 간극비, 초기 유효 응력은 식 (2)와 같이 각 지층 두께의 가중치 평균으로 가정한다.
  • 2) 지반 개량이 이루어지는 연약 지반은 대부분 약간 과압밀이나 정규 압밀 상태이며, 상재하중에 의한 압력은 선행압밀압(preconsolidation pressure)에 비해 매우 크다. 따라서 초기 지반을 보수적인 침하 예측이 이루어지는 정규 압밀 상태로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현장에서 널리 활용되는 침하 예측 방법은 어떤 것들이 있는가? 예측 및 평가 결과에 따라 공사 완료 후 허용 침하량을 만족시키기 위해 성토고를 변경하게 되며, 여성토를 적용하는 경우에도 절토에 따른 성토고 변경이 수반되는 등 거의 모든 성토에 의한 연약지반 개량 현장에서는 시공 중 성토고 변경을 시행하게 되며, 이 때 적절한 성토고를 결정하기 위해서는 성토 변화에 따른 침하 거동을 공사 중에 정확히 예측하는 것이 필요하다. 그러나 현장에서 널리 활용하고 있는 침하 계측 자료를 이용한 쌍곡선법(Tan 등, 1991), Asaoka법(Asaoka, 1978) 등의 침하 예측 방법은 일정 성토고 조건에서만 적용 가능하다.
연약 지반 개량 현장에서 설계 시, 실제 거동과의 차이를 보완하기 위해 국내외 현장에서는 어떻게 하는가? 연약 지반 개량 현장에서 설계 시 예측한 지반 거동은 지반의 불균질성, 해석 방법의 한계 그리고 시공 조건의 가변성 등으로 인하여 실제 거동과 많은 차이를 보인다. 이를 보완하기 위해 국내외 대부분의 현장에서는 시공 중 현장 계측을 수행하여 실제 지반 거동을 정량적으로 파악하고, 계측 지반 거동을 활용하여 설계의 신뢰성 및 시공 안정성을 검증하고, 시공 관리를 시행함으로써 시공의 안정성 및 경제성을 도모하고 있다.
적절한 성토고를 결정하기 위해선 무엇이 필요한가? 연약 지반 개량 현장에서는 현장 계측을 통해 정량적으로 평가되는 지반 거동 중, 계측 침하 거동을 토대로 향후 침하 거동을 예측, 평가하고, 공사 완료 후 설계 기준의 허용 침하량과 비교하여, 차후의 조치를 취하는 일련의 시공 관리를 수행한다. 예측 및 평가 결과에 따라 공사 완료 후 허용 침하량을 만족시키기 위해 성토고를 변경하게 되며, 여성토를 적용하는 경우에도 절토에 따른 성토고 변경이 수반되는 등 거의 모든 성토에 의한 연약지반 개량 현장에서는 시공 중 성토고 변경을 시행하게 되며, 이 때 적절한 성토고를 결정하기 위해서는 성토 변화에 따른 침하 거동을 공사 중에 정확히 예측하는 것이 필요하다. 그러나 현장에서 널리 활용하고 있는 침하 계측 자료를 이용한 쌍곡선법(Tan 등, 1991), Asaoka법(Asaoka, 1978) 등의 침하 예측 방법은 일정 성토고 조건에서만 적용 가능하다.
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참고문헌 (15)

  1. 유한규, 김종희(2000) 수정된 쌍곡선 법을 이용한 장기 침하량 예측. 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, Vol. 16, No. 3, pp. 163-172. 

  2. 윤찬영, 조경진, 정충기(2007) 연약지반 압밀해석을 위한 다층지반 및 스미어 경계 영역에서의 수치해석 기법 개발. 2007년도 봄 학술발표회 논문집, 한국지반공학회, pp. 406-413. 

  3. 정성교, 최관희, 최호광, 조기영(1998) 압밀해석을 위한 $\sqrt{S}$ 예측 기법. 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, Vol. 14, No. 2, pp. 41-53. 

  4. Aboshi, H. (1973) An experimental investigation on the similitude in the consolidation of a soft clay, including the secondary creep settlement, Proc., 8th Int. Conf. on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Moscow, Specialty Session 2, 4.3. pp. 88. 

  5. Al-Shamrani, M.A. (1998) Application of the $C_{a}/C_{c}$ concept to secondary compression of sabkha soils. Canadian Geotechnical Journal, NRC Research Press, Vol. 35, No. 1, pp. 15-26. 

  6. Al-Shamrani, M.A. (2004) Applying the hyperbolic method and $C_{a}/C_{c}$ concept for settlement prediction of complex organic-rich soil formations, Engineering Geology, Elsevier, Vol. 77, No. 1-2, pp. 17-34. 

  7. Asaoka, A. (1978) Observational procedure of settlement prediction. Soils and Foundations, JGS, Vol. 18, No. 4, pp. 87-101. 

  8. Cao, L.F., Chang, M.F., Teh, C.I. and Na, Y.M. (2001) Back-calculation of consolidation parameters from field measurements at a reclamation site. Canadian Geotechnical Journal, NRC Research Press, Vol. 38, No. 4, pp. 755-769. 

  9. Kwan Lo, D.O. (1991) Soil improvement by vertical drains, Ph.D. Dissertation, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana-Champaign, Illinois, USA. 

  10. Liingaard, M., Augustesen, A. and Lade, P.V. (2004) Characterization of models for time-dependent behavior of soils. International Journal of Geomechanics, Wiley InterScience, Vol. 4, No. 3, pp. 157-177. 

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  12. Mesri, G., Feng, T.W., and Benak, J.M. (1990) Postdensification penetration resistance of clean sands. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 116, No. 7, pp. 1095-1115. 

  13. Mesri, G. and Godlewski, P.M. (1977) Time- and stress-compressibility interrelationship. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 103, No. GT5, pp. 417-430. 

  14. Mesri, G., Stark, T.D., Ajlouni, M.A. and Chen, C.S. (1997) Secondary compression of peat with or without surcharging. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 123, No. 5, pp. 411-421. 

  15. Tan, T.S., Inoue, T. and Lee, S.L. (1991) Hyperbolic method for consolidation analysis. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 117, No. 11, pp. 1723-1737. 

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