노상층의 지지력을 평가하는 일반적인 방법의 하나로 현장 CBR(California Bearing Ratio) 시험이 널리 이용되고 있다. 그러나 현장 CBR은 시간과 비용이 많이 소모되어 포장층의 강도특성을 단시간에 파악하기에는 어려운 단점이 있다. 최근에는 보다 신속하고 경제적인 방법으로 동적 콘관입시험(Dynamic Cone Penetrometer, DCP)이 많이 이용되고 있다. 본 논문에서는 폐석회를 혼합한 현장모형 노상토에 대하여 현장 CBR 시험과 DCP 시험을 수행하여 현장 지지력을 평가하였으며, 현장 CBR 값과 DCP 지수에 대한 상관관계를 분석하였다. 사용한 폐석회는 인천의 화학공장에서 소다회($Na_2CO_3$)를 생산하는 공정에서 부수적으로 발생하는 부산물이며, 현장시험에서는 현장함수비, 현장밀도, 현장 CBR 시험, DCP 시험을 수행하였다. 시험결과로부터 폐석회 활용도로 노상층에 대한 DCP지수를 제안하였다.
노상층의 지지력을 평가하는 일반적인 방법의 하나로 현장 CBR(California Bearing Ratio) 시험이 널리 이용되고 있다. 그러나 현장 CBR은 시간과 비용이 많이 소모되어 포장층의 강도특성을 단시간에 파악하기에는 어려운 단점이 있다. 최근에는 보다 신속하고 경제적인 방법으로 동적 콘관입시험(Dynamic Cone Penetrometer, DCP)이 많이 이용되고 있다. 본 논문에서는 폐석회를 혼합한 현장모형 노상토에 대하여 현장 CBR 시험과 DCP 시험을 수행하여 현장 지지력을 평가하였으며, 현장 CBR 값과 DCP 지수에 대한 상관관계를 분석하였다. 사용한 폐석회는 인천의 화학공장에서 소다회($Na_2CO_3$)를 생산하는 공정에서 부수적으로 발생하는 부산물이며, 현장시험에서는 현장함수비, 현장밀도, 현장 CBR 시험, DCP 시험을 수행하였다. 시험결과로부터 폐석회 활용도로 노상층에 대한 DCP지수를 제안하였다.
In-situ California Bearing Ratio(CBR) test has been widely used for evaluating the subgrade condition in pavements. However, because the in-situ CBR test is expensive and takes time for operation, it is difficult to figure out the in-situ characteristics of subgrade strength in detail. For faster an...
In-situ California Bearing Ratio(CBR) test has been widely used for evaluating the subgrade condition in pavements. However, because the in-situ CBR test is expensive and takes time for operation, it is difficult to figure out the in-situ characteristics of subgrade strength in detail. For faster and economical operation, the Dynamic Cone Penetrometer(DCP) has been often utilized for estimating the subgrade strength in the field. The purpose of this paper is to determine the relationship between CBR value and DCP index of the embankment constructed with mixtures of soil and waste lime. Waste lime used in this study is producted as a by-product in the manufacturing process of making $Na_2CO_3$ from local chemical factory in Incheon. In this field measurement, the geotechnical tests such as field water content, field density, field CBR test, and dynamic cone penetration test were conducted.
In-situ California Bearing Ratio(CBR) test has been widely used for evaluating the subgrade condition in pavements. However, because the in-situ CBR test is expensive and takes time for operation, it is difficult to figure out the in-situ characteristics of subgrade strength in detail. For faster and economical operation, the Dynamic Cone Penetrometer(DCP) has been often utilized for estimating the subgrade strength in the field. The purpose of this paper is to determine the relationship between CBR value and DCP index of the embankment constructed with mixtures of soil and waste lime. Waste lime used in this study is producted as a by-product in the manufacturing process of making $Na_2CO_3$ from local chemical factory in Incheon. In this field measurement, the geotechnical tests such as field water content, field density, field CBR test, and dynamic cone penetration test were conducted.
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문제 정의
이러한 연구를 살펴보면 Kleyn(1975), Harison(1989), Livneh 등(1993)이 있다[14,17,19]. 이런 연구들이 DCP 장비를 이용하여 도로 노상층에서의 CBR 값 추정하기 위해 이용되었다. Kleyn(1975)는 CBR - DCP의 상관관계를 제시하기 위하여 실내에서 모래, 점토 및 자갈에 대하여 다양한 함수비 조건에 따라 DCP 시험을 수행하였다[17].
본 논문에서는 폐석회를 혼합한 현장모형 노상토에 대하여 현장 CBR 시험과 DCP 시험을 수행하여, 현장 지지력을 평가하였으며, 현장 CBR 값과 DCP 지수에 대한 상관관계를 분석하였다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
본 논문에서는 폐석회를 혼합한 노상 성토체 조성 현장에서 노상의 지지력을 평가하는 방법인 현장 CBR 시험과 DCP 시험을 통해 폐석회를 혼합한 노상층의 강도 개선효과를 파악하고 아울러 두 시험결과의 상관관계를 분석하였다.
Livneh 등(1993)은 2곳의 공항과 1곳의 도로에서 DCP 시험을 실시하였다[19]. 이 실험으로부터 DCP 시험결과에 대한 연직구속과 마찰의 복합적인 영향을 분석하였다. 그 결과 상재하중과 마찰의 복합적인 영향은 무시할 수 있음이 밝혀졌다.
Harison(1989)은 함수비와 건조밀도는 CBR과 DCP 사이의 상관관계에 독립적임을 실험을 통해 조사하였다[14]. 시험 시 150 mm 몰드를 사용하여 다짐한 후 CBR 시험과 DCP 시험을 수행하였다. 그림 2에서 점토질 흙에 대해 함수비와 건조밀도의 변화에 따른 CBR 값과 DCP 지수를 도시하였다.
현장시험은 폐석회를 이용하여 2003년도에 조성된 시험성토체를 대상으로 실시하였다. 현장 성토체 시공 후, 약 48개월이 경과한 시점에서 현장시험을 실시하여 시간에 따른 폐석회 혼합층의 지반개량효과를 분석하여 보았다. 시험성토 시료는 송도 신도시 조성지역의 매립재인 준설토, 인천지역 부지내의 양질의 일반토사, 1년 이상 공기 중에서 적치된 폐석회를 사용하였으며, 그림 3과 깉이 2.
TDR은 검침기(probe)를 현장 지반에 삽입한 후, 전자파를 발생시켜 흙입자의 유전율(전기장이 가해졌을 때, 물질이 전하를 축적할 수 있는 정도를 표현한 양)과 공극에서의 유전율의 비인 유전상수(Dielectric Constant)를 측정하여 현장 지반의 함수비(체적함수비, ω v)를 도출하였다.
성토지반은 그림 3과 같이 일반토, 일반토+폐석회 층별매립, 준설토+폐석회 혼합매립 및 일반토+폐석회 혼합매립의 4개 구간으로 구분하였다. 시험시공 성토체의 규모는 폭 23.
본 성토체 구간에 대하여 함수비, 들밀도시험, 현장 CBR, DCP 시험을 수행하였다. 구간별 시험횟수는 현장여건에 따라 함수비 1~3회, 들밀도시험 1~3회, 현장 CBR 3~5회, DCP 3~5회를 1세트로 실시하여 구간(총 4구간) 별로 5세트를 실시하였다.
본 성토체 구간에 대하여 함수비, 들밀도시험, 현장 CBR, DCP 시험을 수행하였다. 구간별 시험횟수는 현장여건에 따라 함수비 1~3회, 들밀도시험 1~3회, 현장 CBR 3~5회, DCP 3~5회를 1세트로 실시하여 구간(총 4구간) 별로 5세트를 실시하였다. 현장 시험값 중 적합하지 못한 자료들은 제외시키고 재시험을 수행하였다.
구간별 시험횟수는 현장여건에 따라 함수비 1~3회, 들밀도시험 1~3회, 현장 CBR 3~5회, DCP 3~5회를 1세트로 실시하여 구간(총 4구간) 별로 5세트를 실시하였다. 현장 시험값 중 적합하지 못한 자료들은 제외시키고 재시험을 수행하였다. 또한 각 측정 지점별로 평균값을 도출하였다.
TDR은 검침기(probe)를 현장 지반에 삽입한 후, 전자파를 발생시켜 흙입자의 유전율(전기장이 가해졌을 때, 물질이 전하를 축적할 수 있는 정도를 표현한 양)과 공극에서의 유전율의 비인 유전상수(Dielectric Constant)를 측정하여 현장 지반의 함수비(체적함수비, ω v)를 도출하였다. 현장 들밀도시험은 대상지반의 흙을 파내어 구멍을 파낸 후, 그 흙과 표준사를 구멍 속에 넣어 치환하는 방법으로 시험구멍의 체적을 구하고, 함수비를 구하여 건조밀도를 구하였다.
현장 CBR 시험은 현장 CBR 시험기를 설치할 수 있는 트럭에 하중을 싣고 실험을 실시하며, 시험하려는 깊이까지 굴착 후 시험 위치의 표면을 지름 30 ㎝의 수평한 면으로 다듬질한다. 평평하게 다듬질 할 수 없는 곳에는 건조모래를 얇게 깔아 고르고 평평한 면으로 다듬질한다.
대상 데이터
현장시험은 폐석회를 이용하여 2003년도에 조성된 시험성토체를 대상으로 실시하였다. 현장 성토체 시공 후, 약 48개월이 경과한 시점에서 현장시험을 실시하여 시간에 따른 폐석회 혼합층의 지반개량효과를 분석하여 보았다.
현장 성토체 시공 후, 약 48개월이 경과한 시점에서 현장시험을 실시하여 시간에 따른 폐석회 혼합층의 지반개량효과를 분석하여 보았다. 시험성토 시료는 송도 신도시 조성지역의 매립재인 준설토, 인천지역 부지내의 양질의 일반토사, 1년 이상 공기 중에서 적치된 폐석회를 사용하였으며, 그림 3과 깉이 2.0 m 높이로 층별매립 및 혼합매립을 하였다.
시험시공 성토체의 규모는 폭 23.0 m, 넓이 95.0 m, 높이 2.0 m이고 이를 4개의 구간으로 나누어 각 시험 구간의 크기는 15×15×2 m이다.
각 구간의 단면 구성은 그림 4와 같다. 본 현장은 해안을 매립한 지역으로 상부로부터 3.5～5.9 m 심도까지는 매립층이 있으며, 그 아래로는 점토층이 4.3～9.2 m 형성되어 있고, 그 이하는 풍화잔류토, 연암의 순서로 구성되어있다. 지하수위는 1.
본 연구에서 사용한 DCP 장치는 그림 5와 사진1의 형태로 직경 16 mm의 강봉과 해머(무게 8 kg) 및 콘(직경 20 mm, 내각 60°)으로 구성되어 있고, 슬라이딩 해머의 자유낙하(낙하고 575 mm)에 의해 충격이 가해질 때, 지중에 관입된 깊이(mm), 관입지수(mm/blow)-해머 1회 타격당 관입깊이-를 기록하며, 장비의 총무게는 12 kg이다.
데이터처리
현장 시험값 중 적합하지 못한 자료들은 제외시키고 재시험을 수행하였다. 또한 각 측정 지점별로 평균값을 도출하였다. 각 구간별 시험횟수는 표 2에 정리하였다.
이론/모형
현장에서 수행한 각 시험들에 대한 수행방법은 다음과 같다. 현장 함수비는 TDR(Time Domain Reflectometry)를 이용하여 측정하였다. TDR은 검침기(probe)를 현장 지반에 삽입한 후, 전자파를 발생시켜 흙입자의 유전율(전기장이 가해졌을 때, 물질이 전하를 축적할 수 있는 정도를 표현한 양)과 공극에서의 유전율의 비인 유전상수(Dielectric Constant)를 측정하여 현장 지반의 함수비(체적함수비, ω v)를 도출하였다.
성능/효과
Kleyn(1975)는 CBR - DCP의 상관관계를 제시하기 위하여 실내에서 모래, 점토 및 자갈에 대하여 다양한 함수비 조건에 따라 DCP 시험을 수행하였다[17]. 그 결과 DCP 지수는 토질의 함수량 변화에 따라 CBR 결과와 유사한 경향을 나타내는 것으로 판명되었다. Harison(1987)은 점토, 모래 및 자갈에 대하여 CBR 시험과 DCP 시험을 수행하여 두 결과의 상관관계식을 제안하였다[14].
또한 각 시험구간에 대한 시험결과의 평균값은 그림 6에 도시하였다. 시험현장의 물성치를 살펴보면 현장에서 측정한 함수비는 8.2~14.5 %의 범위로 일반적인 자연 상태의 함수비를 나타냈다. 또한 현장밀도는 1.
5 %의 범위로 일반적인 자연 상태의 함수비를 나타냈다. 또한 현장밀도는 1.67~1.93 g/cm3로 다짐상태는 양호하였으며, 일반토 단순매립이 층별매립 및 혼합매립한 구간보다 다소 높게 나타났다. 그림 6에서 현장 CBR 값을 살펴보면 모든 구간에서 도로설계편람[1]에서 제시한 포장 노상층 기준인 10보다 높게 나타나 현장의 다짐상태는 양호한 것으로 나타났다.
그림 6에서 현장 CBR 값을 살펴보면 모든 구간에서 도로설계편람[1]에서 제시한 포장 노상층 기준인 10보다 높게 나타나 현장의 다짐상태는 양호한 것으로 나타났다. 구간에 따른 CBR 값은 일반토 단순매립구간은 22.22 %이며, 층별매립은 16.77 %로 다소 작게 나타났다. 반면 폐석회 혼합매립구간은 단순 매립구간보다 준설토+폐석회 매립구간(30.
동적 콘관입시험의 DCP 지수를 살펴보면 일반토 단순매립구간은 11.39 mm/blow, 층별매립구간은 15.41 mm/blow, 준설토+폐석회 매립구간은 8.09 mm/blow, 일반토+폐석회 매립구간은 6.69 mm/blow로 현장 CBR 값과 유사한 강도효과를 보였다. 폐석회와 흙입자 사이에서 발생하는 강도발현 효과(2장 참조)로 폐석회와 혼합한 매립구간에서는 일반토 단순 매립구간보다 지지력은 증가하였으나, 폐석회와 일반토를 층별로 매립한 구간은 다소 작게 나타났다.
69 mm/blow로 현장 CBR 값과 유사한 강도효과를 보였다. 폐석회와 흙입자 사이에서 발생하는 강도발현 효과(2장 참조)로 폐석회와 혼합한 매립구간에서는 일반토 단순 매립구간보다 지지력은 증가하였으나, 폐석회와 일반토를 층별로 매립한 구간은 다소 작게 나타났다. 이는 현장 시공시 층별매립으로 인해 폐석회 흙과의 혼합이 낮아지는 효과로 충분한 강도발현이 발생되지 않는 것으로 판단된다.
기존 문헌조사에서 DCP 시험과 현장 CBR 시험은 각각 함수비, 지반밀도, 토질종류, 토질입도에 의존하는 것으로 나타났으나 함수비와 밀도의 경우 CBR 값과 DCP 지수와의 상관관계에서는 아무런 영향을 미치지 않는 독립변수임이 판명되었다. 이는 함수비 및 지반밀도가 증가 또는 감소함에 따라 CBR 값과 DCP 지수가 동시에 같은 경향을 보이며 증가하거나 감소하기 때문이다.
그림 7은 현장시험 결과를 바탕으로 현장 CBR 값과 DCP 지수의 상관관계를 도시한 그래프이다. 각 구간에 따라 측정되는 분포는 지지력의 차이에 따라 다르게 분포되었고 양질의 다짐작업으로 인해 상관성은 좋게 나타났다(R2=0.8532).
Klimochko(1991)에 의하면 CBR 시험은 탄성범위 내에서 지반의 강도특성을 측정하는 반면, 동적 콘관입시험은 재료의 파괴에 기인한 것이므로 이러한 방식으로 인하여 두 시험 간의 상관관계에 영향을 미친다고 하였다[18]. 따라서 폐석회 혼합토의 강도발현효과(양이온교환, 면모화반응, 경화반응, 포졸란반응)로 폐석회 혼합토는 고화된 상태로 변모했으며 탄성범위 내에서 지반의 강도특성을 측정하는 CBR 값의 강도증진 효과보다 재료의 파괴에 기인하는 DCP 시험의 강도증진 효과가 CBR 보다 약간 작게 나타난 것으로 판단된다. 이에 두 시험 결과 간의 상관관계에 기존식보다 약간 적게 나타났다.
(2) 현장 CBR 값은 모든 구간에서 도로설계편람에서 제시한 포장 노상층 기준을 만족하였다. 구간에 따른 CBR 값을 비교하면 일반토 단순매립구간에 비해 층별매립층은 작게 나타났으나, 폐석회 혼합 매립구간인 준설토+폐석회 매립구간과 일반토+폐석회 매립구간은 단순매립구간에 비해 각각 1.
(2) 현장 CBR 값은 모든 구간에서 도로설계편람에서 제시한 포장 노상층 기준을 만족하였다. 구간에 따른 CBR 값을 비교하면 일반토 단순매립구간에 비해 층별매립층은 작게 나타났으나, 폐석회 혼합 매립구간인 준설토+폐석회 매립구간과 일반토+폐석회 매립구간은 단순매립구간에 비해 각각 1.37배와 1.81배 증가하였다. DCP 지수도 현장 CBR 값과 유사한 강도경향을 나타냈다.
(3) 현장시험에서 도출한 결과와 기존의 연구에서 도출한 CBR-DCP 관계를 비교해 보면 기존식과는 유사하거나 약간 작게 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현장 CBR 시험은 무엇을 평가하는 시험인가?
노상층의 지지력을 평가하는 일반적인 방법의 하나로 현장 CBR(California Bearing Ratio) 시험이 널리 이용되고 있다. 그러나 현장 CBR은 시간과 비용이 많이 소모되어 포장층의 강도특성을 단시간에 파악하기에는 어려운 단점이 있다.
현장 CBR의 단점을 보완하기 위해 새롭게 이용되는 것은 무엇인가?
그러나 현장 CBR은 시간과 비용이 많이 소모되어 포장층의 강도특성을 단시간에 파악하기에는 어려운 단점이 있다. 최근에는 보다 신속하고 경제적인 방법으로 동적 콘관입시험(Dynamic Cone Penetrometer, DCP)이 많이 이용되고 있다. 본 논문에서는 폐석회를 혼합한 현장모형 노상토에 대하여 현장 CBR 시험과 DCP 시험을 수행하여 현장 지지력을 평가하였으며, 현장 CBR 값과 DCP 지수에 대한 상관관계를 분석하였다.
현장 CBR의 단점은 무엇인가?
노상층의 지지력을 평가하는 일반적인 방법의 하나로 현장 CBR(California Bearing Ratio) 시험이 널리 이용되고 있다. 그러나 현장 CBR은 시간과 비용이 많이 소모되어 포장층의 강도특성을 단시간에 파악하기에는 어려운 단점이 있다. 최근에는 보다 신속하고 경제적인 방법으로 동적 콘관입시험(Dynamic Cone Penetrometer, DCP)이 많이 이용되고 있다.
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