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문제 정의
- 본 연구는 서해안의 새만금 지역에 있어서의 준설매립지반에 대해 모형실험을 실시하여 동다짐 에너지 변화에 따른 원지반의 상대밀도 및 N값의 변화를 예측할 수 있는 예측식을 제안하고, 효율적인 지반설계를 위한 동다짐 에너지를 산정하는데 목적이 있다.
제안 방법
- (2) 동다짐이 완료된 모형지반에 대하여 정적 콘관입 시험을 수행하고, 그 결과로부터 산정된 상대밀도및 표준관입 N값과의 상관관계를 분석하였으며, 결과는 다음과 같다. 개발된 다짐에너지 예측모델은 연구지역과 같은 토질특성을 갖는 비소성준설토 매립지반의 동다짐개량시 효율적인 지반개량을 위한 동다짐에너지 산정에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
- Fig. 1에서와 같이 서해안 지역의 비소성 준설토에 대한 실내 침강압밀시험을 실시하여 비소성 준설토의 침강 및 퇴적현상을 규명하고 상대밀도 시험을 수행하여 준설 매립 초기의 상대밀도를 파악하였다.
- Table 2는 N치가 5회씩 증가할 때 필요한 단위체적당 에너지를 산정한 것으로써, N치 5회 증가에 필요한 타격에너지 증가량 31.0, 63.0, 94.0, 125.0, 156.0, 188.0 kN ∙ m/m3를 적용하여 모형실험을 실시하였다.
- 단계별 동다짐 타격은 과잉간극수압이 소산되는 시점에서 실시하였으며, 동다짐시 발생하는 간극수압을 측정하여 수직 및 수평방향으로 동다짐 영향 범위와 깊이를 파악하고, 동다짐 완료 전, 후 중추 낙하지점에 대한 정적콘 관입시험 및 링 관입을 통해 밀도를 측정하였다.
- 동다짐 에너지 증가에 따른 간극수압의 변화를 알기 위해 계측센서를 수직방향으로 20cm, 40cm, 60cm의 위치에 매설하였으며, 낙하지점 60cm 깊이에서 수평방향으로 0cm, 30cm, 60cm의 간격으로 설치하였다. Fig 10은 위치별 간극수압의 변화를 측정한 결과이며, 에너지가 증가할수록 N치와 응력분담효과가 증가하여 간극수압이 감소하는 것으로 나타났다.
- 동다짐 완료 후 계량된 지반의 심도별 강도를 측정하기 위하여 정적콘관입시험을 실시하였다. 정적콘관입시험은 낙하추가 다짐을 실시한 자리에서 심도별로 변화하는 강도값을 측정하였다.
- 동다짐에 의한 수직변위를 측정하기 위하여 모형지반의 지반고를 수시로 측정하고 정적 콘 관입시험을 실시하여 지지력을 측정하였다. Fig.
- 동다짐에너지 증가에 따른 지반강도변화를 정적콘관입시험 결과로부터 확인하였다. Fig.
- 일반적으로 준설토의 계면고 관찰은 육안에 의하여 실시하므로 퇴적된 시료의 높이를 측정하기 위하여 아크릴 표면에 눈금자를 부착하여 실질 퇴적고의 측정이 용이하도록 하였다. 시험은 서해안 새만금지역의 건조된 시료를 준비하여 500%의 함수비로 인위적으로 조절하여 일시투기 방법으로 투기한 후 시간의 변화에 따른 계면고와 퇴적고의 변화를 측정하였다. 준설모래의 투기로 인한 초기 침강밀도를 산정하고, 상대밀도 실험을 습식법으로 적용하여 최대 및 최소 건조단위중량 측정하고 상대밀도를 산정하였다.
- 동다짐 완료 후 계량된 지반의 심도별 강도를 측정하기 위하여 정적콘관입시험을 실시하였다. 정적콘관입시험은 낙하추가 다짐을 실시한 자리에서 심도별로 변화하는 강도값을 측정하였다. 정적콘관입시험은 휴대가 간편하고, 낙하추가 다짐을 실시한 자리에서 심도별로 변화하는 강도값을 측정하였다.
- 정적콘관입시험은 낙하추가 다짐을 실시한 자리에서 심도별로 변화하는 강도값을 측정하였다. 정적콘관입시험은 휴대가 간편하고, 낙하추가 다짐을 실시한 자리에서 심도별로 변화하는 강도값을 측정하였다. 정적콘관입시험은 휴대가 간편하고, 조작이 용이하며, 깊이방향의 강도분포를 파악하기 위하여 사용하는 휴대용 장비이다.
- 시험은 서해안 새만금지역의 건조된 시료를 준비하여 500%의 함수비로 인위적으로 조절하여 일시투기 방법으로 투기한 후 시간의 변화에 따른 계면고와 퇴적고의 변화를 측정하였다. 준설모래의 투기로 인한 초기 침강밀도를 산정하고, 상대밀도 실험을 습식법으로 적용하여 최대 및 최소 건조단위중량 측정하고 상대밀도를 산정하였다.
- 최근 서해안 지역에서 준설매립지반 재료로 주로 사용되는 비소성준설토에 대하여 동다짐공법을 적용한 모형 실험을 수행하였으며, 지반개량에 가장 효율적인 동다짐 에너지를 산정할 수 있도록 다짐에너지에 따른 상대밀도의 증가량 및 표준관입 N치와의 상관관계를 분석하였다.
- 측정된 결과를 바탕으로 심도별 상대밀도와 N치로 환산하였으며, 이를 바탕으로 다짐에너지 증가에 따른 상대밀도와 타격에너지 및 N치의 상관관계식을 유도하였다.
- 퇴적고 관찰이 이루어진 준설토에 대한 퇴적특성 분석을 통하여 동다짐 에너지가 밀도변화에 미치는 영향을 파악하고, 지반개량에 가장 효율적인 동다짐 에너지를 산정할 수 있도록 다짐에너지에 따른 상대밀도의 증가량 및 표준관입 N치와의 상관관계를 분석하였다.
대상 데이터
- 대상 현장의 개량심도 8.0m를 기준으로 1/10의 상사율을 적용하였으며 서해안 새만금지역의 준설시료를 이용하여 모형지반을 조성하였다. 다짐에너지는 모형실험시 낙하고 1.
- 본 논문에서 사용한 침강압밀시험장치는 Photo 1과 같다. 시험장치는 직경 22cm, 높이 100cm로 아크릴로 제작된 원형 실험장치와 하부에서 침강시험전에 교반할 수 있는 압축 펌프의 연결이 가능하도록 제작하였다. 일반적으로 준설토의 계면고 관찰은 육안에 의하여 실시하므로 퇴적된 시료의 높이를 측정하기 위하여 아크릴 표면에 눈금자를 부착하여 실질 퇴적고의 측정이 용이하도록 하였다.
성능/효과
- (1) 비소성준설토의 침강압밀실험결과, 준설토의 침강압밀 투기에 따른 침강특성은 계면고 형성 후 체적의 변화가 크게 발생하지 않는 것으로 나타났다. 시료 투기시 조립의 모래질 시료가 침강된 이후 시간 경과에 따라 실트분이 침강된 후 계면고 형성이 완료되었으며, 계면고 형성이후 자중압밀 시점에서 15일 간의 변화가 크게 발생하지 않는 것으로 나타났다.
- (3) 동다짐에너지 증가에 따른 지지력의 변화는 심도가 깊어질수록 증가하는 경향을 보이고 있으며, 상대밀도는 심도가 깊어질수록 크게 증가하는 경향은 미미하지만, 동다짐 에너지에 의존하는 경향을 나타내었다. 표준관입치 N은 동다짐에너지가 증가할수록 심도에 따라 확연하게 증가하는 경향을 보이고 있다.
- (4) 따라서, 동다짐에 따른 지반의 지지력 증가는 다짐시 발생하는 충격과 진동에 의한 토립자 재배열이 초기강도를 상회하는 지반개량효과를 보여주는 것으로 파악된다.
- 동다짐에 의한 수직변위를 측정하기 위하여 모형지반의 지반고를 수시로 측정하고 정적 콘 관입시험을 실시하여 지지력을 측정하였다. Fig. 7과 같이 동다짐 에너지가 증가함에 따라 지지력은 증가하는데, 이는 원지반 상대밀도가 높아지기 때문인 것으로 판단되며 상대밀도가 최대 8.6% 증가하는 것으로 측정되었다. 매립초기에 비하여 N 치가 5회씩 증가할수록 지반강도가 크게 향상되었으며, 일정심도 이상에서는 콘의 관입이 불가능할 정도로 지반의 강도가 증가하는 것을 확인하였다.
- 단위체적당에너지를 N치가 5회씩 증가하도록 타격하여 침하량을 산정한 결과 N치 15회(Ev = 94.0 kN⋅m/m3 )이상에서는 침하량이 크게 발생하지 않으며, N치가 20회 이상이 되면 침하량 변화는 거의 없는 것으로 나타났다.
- 단위체적에너지에 따른 원지반 상대밀도 Dr = 58.3%에서 Dr = 68.3%로 증가시키는데 필요한 에너지는 Fig. 7의 상관관계식으로 산정한 결과 Ev = 108.0 kN⋅m/m3이며, 이때의 타격에너지는 Fig. 9에서 산정한 ΔN = 13회로 증가가 가능한 것으로 나타났다.
- 대상지역의 비소성준설토를 매립재료로 사용하는 경우, 투기후 초기밀도는 γd = 14.95kN/m3, 상대밀도 Dr = 58.3%로 나타났다.
- 15에서 표준관입치 N은 동다짐 에너지가 증가할수록 심도에 따라 증가하는 경향을 명확히 보이고 있다. 따라서 결론적으로 동다짐에 따른 지반의 지지력 증가는 다짐시 발생하는 충격과 진동에 의한 토립자 재배열이 초기강도를 상회하는 지반개량 효과를 보여주는 것으로 파악된다.
- 동일한 타격에너지를 가했을 때의 과잉간극수압이 수평방향보다 수직방향에서 크게 나타나는 것은 낙하추의 진동영향이 수평보다 수직방향으로 멀리 전파된다는 것을 의미하며, 이는 동다짐에 의한 지반개량이 수직방향으로 더욱 효과적일 것이라는 판단을 가능케 한다. 또한, 지반개량강도 증가에 따른 과잉간극수압이 발생 영향이 미비하여 동다짐으로 인한 지반개량이 액상화 안정성을 확보하는데 큰 도움이 되는 것을 확인할 수 있다.
- 6% 증가하는 것으로 측정되었다. 매립초기에 비하여 N 치가 5회씩 증가할수록 지반강도가 크게 향상되었으며, 일정심도 이상에서는 콘의 관입이 불가능할 정도로 지반의 강도가 증가하는 것을 확인하였다.
- 상대밀도와 표준관입 N값의 관계에서 상대밀도를 10% 증가시키는데 필요한 1m3당 동다짐 에너지는 Ev = 100.0 kN⋅m/m3이며, 이 때의 에너지는 ΔN=12회 증가시킬 수 있는 것으로 산정되었다.
- 상사율을 적용한 실내실험에 필요한 낙하 추의 무게와 낙하고를 낙하 간격에 따라 설정한 결과 타격간격 0.6×0.6(m)에서 낙하추는 20kg, 낙하고는 3.0m, 타격횟수는 15회로 산정되었다.
- (1) 비소성준설토의 침강압밀실험결과, 준설토의 침강압밀 투기에 따른 침강특성은 계면고 형성 후 체적의 변화가 크게 발생하지 않는 것으로 나타났다. 시료 투기시 조립의 모래질 시료가 침강된 이후 시간 경과에 따라 실트분이 침강된 후 계면고 형성이 완료되었으며, 계면고 형성이후 자중압밀 시점에서 15일 간의 변화가 크게 발생하지 않는 것으로 나타났다. 대상지역의 비소성준설토를 매립재료로 사용하는 경우, 투기후 초기밀도는 γd = 14.
- 준설모래의 침강압밀 투기에 따른 침강특성은 계면고 형성 후 체적의 변화가 크게 발생하지 않는 것으로 나타났으며, 준설모래의 침강완료 후 초기밀도 γd = 14.95 kN/m3는 상대밀도 Dr = 58.3%의 퇴적특성으로 보통의 조밀한 상태를 갖는 것으로 나타났다.
- 침강압밀 초기의 상대밀도를 확인하기 위하여 습식법에 의한 상대밀도 시험을 실시하였으며, 시험결과 최대건 조단위중량 γdmax = 16.82 kN/m3, 최소건조단위중량γdmin = 12.34 kN/m3, 초기침강밀도 14.95 kN/m3으로 측정되었다.
후속연구
- (2) 동다짐이 완료된 모형지반에 대하여 정적 콘관입 시험을 수행하고, 그 결과로부터 산정된 상대밀도및 표준관입 N값과의 상관관계를 분석하였으며, 결과는 다음과 같다. 개발된 다짐에너지 예측모델은 연구지역과 같은 토질특성을 갖는 비소성준설토 매립지반의 동다짐개량시 효율적인 지반개량을 위한 동다짐에너지 산정에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
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