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.
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.
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...
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, have been widely used in fields. However, they have difficulties in the settlement prediction with subsequent surcharge change. In this paper, a simple method to predict the settlement with subsequent surcharge change is suggested. The suggested method adopts assumptions to simplify the complex field condition and utilizes observational methods. The suggested method is applied to a large consolidation test result, FDM analysis results, and field monitored settlement data to confirm its practicability. From the applications, the suggested method produces reasonable prediction results with various subsequent surcharge changes.
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, have been widely used in fields. However, they have difficulties in the settlement prediction with subsequent surcharge change. In this paper, a simple method to predict the settlement with subsequent surcharge change is suggested. The suggested method adopts assumptions to simplify the complex field condition and utilizes observational methods. The suggested method is applied to a large consolidation test result, FDM analysis results, and field monitored settlement data to confirm its practicability. From the applications, the suggested method produces reasonable prediction results with various subsequent surcharge changes.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
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.
제안 방법
1) 침하 계측 자료 중 일정 성토 조건에서 침하된 기간에 대해 표 1의 쌍곡선법 등 침하 계측 결과를 이용한 침하 예측 방법들을 적용하여 시간에 따른 침하량을 산정한다.
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. 검증 결과, 제안 방법은 이상화된 조건의 대형 압밀 시험 결과와 유한 차분 해석 결과는 물론, 다층 지반, 하중의 다단계 재하 및 제하 조건의 현장 침하 계측 자료들의 성고토 변화에 따른 침하 거동을 신뢰성 있게 모사하였다.
그림 14와 같이 일정 성토가 유지되는 침하 계측 구간(표 3의 성토고 변화 중 밑줄 표기된 구간)에 대해 쌍곡선법과 같은 침하 예측 방법을 적용한 후, 제안 방법을 적용하여 성토 변화에 따른 침하 거동을 예측하였다.
그림 9와 11에서 표기된 기간의 대형 압밀 시험 및 유한 차분 해석 결과에 대해 쌍곡선법과 같은 침하 예측 방법을 적용한 후, 제안 방법에 따라 향후 기간의 침하를 예측하였다. 유한 차분 해석은 윤찬영 등(2007)이 개발한 압밀 중 물성 변화를 고려할 수 있는 SNUCON을 하중 제하를 모사할 수 있도록 수정하여 수행하였다.
다층 지반, 성토 하중의 다단계 재제하 등을 포함한 현장조건에 대한 제안 방법의 적용성 검토를 위해, 제안 방법을 국내외 연약 지반 개량 현장의 침하 계측 자료에 적용하였다. 적용 현장은 국내의 부산과 광양 현장, 국외의 CHANGI 공항과 CHEK LAP KOK 공항 현장(Kwan, 1991)이다.
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.
방사 내측 압밀 및 단계 하중 조건의 대형 압밀 시험 결과와 유한 차분 해석(FDM) 결과에 대해 2.2에서 기술한 적용 순서에 따라 제안 방법을 적용하여 이상화된 조건에서 지반의 규모에 따른 제안 방법의 적용성을 확인하였다.
실제 현장에서 발생할 수 있는 성토 하중의 재하 및 제하, 그리고 다양한 현장 조건을 만족하면서 충분한 신뢰성을 확보할 수 있는 해석 방법의 적용을 위해 다음과 같은 가정 조건을 적용하여 시공 및 지반 조건을 간략화하였다.
그림 9와 11에서 표기된 기간의 대형 압밀 시험 및 유한 차분 해석 결과에 대해 쌍곡선법과 같은 침하 예측 방법을 적용한 후, 제안 방법에 따라 향후 기간의 침하를 예측하였다. 유한 차분 해석은 윤찬영 등(2007)이 개발한 압밀 중 물성 변화를 고려할 수 있는 SNUCON을 하중 제하를 모사할 수 있도록 수정하여 수행하였다.
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. 검증 결과, 제안 방법은 이상화된 조건의 대형 압밀 시험 결과와 유한 차분 해석 결과는 물론, 다층 지반, 하중의 다단계 재하 및 제하 조건의 현장 침하 계측 자료들의 성고토 변화에 따른 침하 거동을 신뢰성 있게 모사하였다.
대상 데이터
다층 지반, 성토 하중의 다단계 재제하 등을 포함한 현장조건에 대한 제안 방법의 적용성 검토를 위해, 제안 방법을 국내외 연약 지반 개량 현장의 침하 계측 자료에 적용하였다. 적용 현장은 국내의 부산과 광양 현장, 국외의 CHANGI 공항과 CHEK LAP KOK 공항 현장(Kwan, 1991)이다.
제안 방법을 적용한 침하 계측 자료는 부산 현장 1개, 광양 현장 1개, CHEK LAP KOK 현장 1개, CHANGI 현장 2개이며, 각 침하 계측 지점의 초기 지층 구성 및 물성, 그리고 실제 현장의 성토 변화를 즉시 재제하로 가정한 성토 하중 변화는 표 3에 제시되어 있다. 또한, 각 침하 계측 지점의 상세한 침하 계측 및 성토 자료는 4.
성능/효과
1) 1차원 압밀 조건: 가해진 재하 하중과 동일한 과잉간극수압이 지반 내에서 균일하게 발생하며, 과잉간극수압에 의한 평균 압밀도와 침하량에 의한 평균 압밀도는 동일하다. Cao 등(2001)은 현장 침하 계측 자료를 이용하여 식 (1)을 포함한 1차원 압밀 조건의 적용성을 확인하였다.
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.
3) 점증 하중을 포함한 각각의 단계 하중은 그림 1과 같이 즉시 재하 및 제하되고, 이에 따른 지중 응력 변화는 하중 변화와 일치한다.
표 4에서 최적의 기존 침하 예측 방법은 각 지점별로 상이하며, 제안 방법에 의해 역해석된 압밀 정수둘 또한 지점별로 상이하다. 그러나 제안 방법에 의한 예측 침하 곡선과 계측 침하 곡선 간 상관 계수는 부산 현장 지점을 제외하고 0.98이상의 매우 높은 값을 보인다.
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.
참고문헌 (15)
유한규, 김종희(2000) 수정된 쌍곡선 법을 이용한 장기 침하량 예측. 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, Vol. 16, No. 3, pp. 163-172.
윤찬영, 조경진, 정충기(2007) 연약지반 압밀해석을 위한 다층지반 및 스미어 경계 영역에서의 수치해석 기법 개발. 2007년도 봄 학술발표회 논문집, 한국지반공학회, pp. 406-413.
정성교, 최관희, 최호광, 조기영(1998) 압밀해석을 위한 $\sqrt{S}$ 예측 기법. 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, Vol. 14, No. 2, pp. 41-53.
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.
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.
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.
Asaoka, A. (1978) Observational procedure of settlement prediction. Soils and Foundations, JGS, Vol. 18, No. 4, pp. 87-101.
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.
Kwan Lo, D.O. (1991) Soil improvement by vertical drains, Ph.D. Dissertation, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana-Champaign, Illinois, USA.
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.
Mesri, G. and Choi, Y.K. (1985) Settlement analysis of embankments on soft clay. Journal of the Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 111, No. GT 4, pp. 441-464.
Mesri, G. and Godlewski, P.M. (1977) Time- and stress-compressibility interrelationship. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 103, No. GT5, pp. 417-430.
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.
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.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.