최근 해상 연약지반 개량공법으로 저소음, 저진동으로 공해가 적고, 단시간에 큰 강도를 얻을 수 있는 심층혼합공법이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 심층혼합공법 중 하나인 DCM(Deep Cement Mixing) 공법에 대하여 다양한 점토-시멘트 배합비를 갖는 공시체를 제작하여 일축압축강도시험을 수행하고 그 결과를 이용하여 적절한 점토-시멘트 배합비를 제안하고자 하였으며, 원심모형시험을 이용하여 접원식 및 벽식 DCM 공법 적용 현장의 케이슨 구조물 안정성을 평가하였다. 일축압축 시험결과 DCM 공법의 최적 점토-시멘트 배합비는 28.5%로 나타났다. 또한 원심모형시험 결과 DCM 공법으로 처리된 지반위에 놓인 케이슨 구조물의 안정성을 확인하였으나, 벽식 DCM 공법이 접원식 DCM 공법에 비해 케이슨 구조물의 수평 변위에 대해서는 7%, 침하에 대해서는 39% 정도 지반개량효과가 다소 크게 나타났다.
최근 해상 연약지반 개량공법으로 저소음, 저진동으로 공해가 적고, 단시간에 큰 강도를 얻을 수 있는 심층혼합공법이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 심층혼합공법 중 하나인 DCM(Deep Cement Mixing) 공법에 대하여 다양한 점토-시멘트 배합비를 갖는 공시체를 제작하여 일축압축강도시험을 수행하고 그 결과를 이용하여 적절한 점토-시멘트 배합비를 제안하고자 하였으며, 원심모형시험을 이용하여 접원식 및 벽식 DCM 공법 적용 현장의 케이슨 구조물 안정성을 평가하였다. 일축압축 시험결과 DCM 공법의 최적 점토-시멘트 배합비는 28.5%로 나타났다. 또한 원심모형시험 결과 DCM 공법으로 처리된 지반위에 놓인 케이슨 구조물의 안정성을 확인하였으나, 벽식 DCM 공법이 접원식 DCM 공법에 비해 케이슨 구조물의 수평 변위에 대해서는 7%, 침하에 대해서는 39% 정도 지반개량효과가 다소 크게 나타났다.
Recently, a deep mixture method as a soil improvement method of marine soft ground, which causes less noise and vibration than other methods, are widely used. In this study, for DCM(Deep Cement Mixing) method, one of the deep mixture method, optimum mixing ratio of clay-cement was suggested using un...
Recently, a deep mixture method as a soil improvement method of marine soft ground, which causes less noise and vibration than other methods, are widely used. In this study, for DCM(Deep Cement Mixing) method, one of the deep mixture method, optimum mixing ratio of clay-cement was suggested using uniaxial compression tests on specimens with various mixing ratio of claycement. In addition, the stability of a caisson on tangent circle-type and wall-type DCM treated ground was evaluated using centrifuge tests. As a result, optimum mixing ratio of clay-cement was 28.5% and the stability of the caisson on DCM treated ground was confirmed. However, the lateral displacement of the caisson on the wall-type DCM treated ground was 7% less and the settlement of that was 39% less than the case of the tangent-circle-type DCM method.
Recently, a deep mixture method as a soil improvement method of marine soft ground, which causes less noise and vibration than other methods, are widely used. In this study, for DCM(Deep Cement Mixing) method, one of the deep mixture method, optimum mixing ratio of clay-cement was suggested using uniaxial compression tests on specimens with various mixing ratio of claycement. In addition, the stability of a caisson on tangent circle-type and wall-type DCM treated ground was evaluated using centrifuge tests. As a result, optimum mixing ratio of clay-cement was 28.5% and the stability of the caisson on DCM treated ground was confirmed. However, the lateral displacement of the caisson on the wall-type DCM treated ground was 7% less and the settlement of that was 39% less than the case of the tangent-circle-type DCM method.
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문제 정의
를 갖는 최적 배합비를 선정하고자 하였다. 또한, 최적 배합비를 바탕으로 현장에 DCM 공법을 적용하여 개량된 지반위에 축조 될 케이슨 구조물의 원심모형시험을 수행하여 개량지반과 구조물 사이의 안정성을 평가하고자 하였다.
본 연구에서는 목포 00부두 축조공사 현장에 적용될 접원식 및 벽식 DCM공법의 적용성을 평가하기 위해 다양한 점토-시멘트 비를 갖는 DCM 공시체를 제작하여 목표 일축압축강도 30 kfg/cm2을 갖는 최적 배합비를 선정하고자 하였으며, 최적 배합비를 바탕으로 현장에 DCM 공법을 적용하여 개량된 지반위에 축조 될 케이슨 구조물의 원심모형시험을 수행하여 개량지반과 구조물 사이의 안정성을 평가하고자 하였다. 실험 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 목포 00부두 축조공사 현장에 적용될 접원식 및 벽식 DCM공법의 적용성을 평가하기 위해 다양한 점토-시멘트 비를 갖는 DCM 공시체를 제작하여 목표 일축압축강도 30 kgf/cm2를 갖는 최적 배합비를 선정하고자 하였다. 또한, 최적 배합비를 바탕으로 현장에 DCM 공법을 적용하여 개량된 지반위에 축조 될 케이슨 구조물의 원심모형시험을 수행하여 개량지반과 구조물 사이의 안정성을 평가하고자 하였다.
제안 방법
DCM 개량체의 목표 일축압축강도 30 kgf/cm2을 만족하는 최적의 점토-시멘트 배합비를 결정하기 위하여 점토의 양을 일정하게 유지하면서 물/시멘트비(W/C) 70%를 갖는 고로슬래그 시멘트밀크의 시멘트 양을 조절하여 그림 4와 같이 배합비 20%, 30%, 40%, 50%, 60%에 따라 공시체를 제작하였다. 또한, 현장의 조건을 고려하여 1일 양생 후 탈형하여 점토내에서 7일째까지 양생 후 일축압축강도 시험을 실시하였다.
DCM 공법이 시공된 연약지반에 케이슨 구조물 시공 후 발생할 수 있는 지반의 침하 및 횡방향 변위를 파악하여 안정성 여부를 판단하고, 00부두 돌제부의 단면에 적용되는 벽식 및 접원식 구조형식을 각각의 모형에 적용하여 개량형식에 따른 차이점을 비교, 분석하고자 현장구조물을 상사비 (100:1)에 맞게 축소한 뒤 축소비율에 해당하는 100 g의 회전 원심력을 이용하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
원심모형시험에 사용된 점토 및 시멘트는 일축압축강도시험에 사용된 동일한 점토, 고로슬래그 시멘트를 사용하였으며, 사석층 설치를 위하여 20 mm 이하의 쇄석을 사용하였다. 또한, 모형케이슨은 강재(steel)로 제작하였으며, 모형 케이슨은 기준 접지압 500 kPa을 만족시키기 위하여, 케이슨 내부에 원형 쇠구슬을 이용하여 속채움을 하였다. 표 3과 그림 7은 시험에 사용된 시료의 특성 및 모형케이슨을 나타낸 것이다.
두 경우 모두 모형단면은 실제 현장을 단순화 하여 100:1로 축소하여 제작하였다. 또한, 지반 및 구조물에 발생하는 변위를 측정하기 위해 그림 9와 같이 변위계를 부착하였으며, 설계에 적용되는 케이슨 바닥의 접지압(500kPa)과 모형실험에서 얻어지는 케이슨 바닥에서의 접지압을 비교하기 위하여 모형 케이슨 바닥에 토압계를 부착하였다.
을 만족하는 최적의 점토-시멘트 배합비를 결정하기 위하여 점토의 양을 일정하게 유지하면서 물/시멘트비(W/C) 70%를 갖는 고로슬래그 시멘트밀크의 시멘트 양을 조절하여 그림 4와 같이 배합비 20%, 30%, 40%, 50%, 60%에 따라 공시체를 제작하였다. 또한, 현장의 조건을 고려하여 1일 양생 후 탈형하여 점토내에서 7일째까지 양생 후 일축압축강도 시험을 실시하였다.
원심모형시험 중 발생하는 변위와 토압변화를 측정하기 위하여 LVDT와 토압계를 사용하였으며, 측정된 변위와 토압은 원심모형시험기에 연결된 Data Logger에 저장하였고, 무선송·수신기를 이용하여 실시간으로 계측정보를 확인하였다.
그림 10 및 그림 11과 같이 제작된 DCM 개량 체를 점토 속에 7일간 양생한다. 이후 토조에 쇄석, 점토를 이용해 지반 조성 및 DCM 개량체를 설치 후 예비압밀 단계를 거쳐 원심모형시험을 수행한다.
접원식 DCM 공법을 적용한 00부두 돌제부에 케이슨을 안치하고 100 g-level의 회전원심력을 가하여 시간 경과에 따른 발생 변위 및 접지압을 측정하였다.
대상 데이터
이 흙에 대한 기본 물성시험 결과는 표 2에 정리하여 나타내었다. 또한, DCM 공시체를 제작하기 위해 내구성이 강하고 장기 강도 증진이 뛰어나며, 수화발열량이 적은 고로슬래그 시멘트를 사용하였다.
원심모형시험에 사용된 점토 및 시멘트는 일축압축강도시험에 사용된 동일한 점토, 고로슬래그 시멘트를 사용하였으며, 사석층 설치를 위하여 20 mm 이하의 쇄석을 사용하였다. 또한, 모형케이슨은 강재(steel)로 제작하였으며, 모형 케이슨은 기준 접지압 500 kPa을 만족시키기 위하여, 케이슨 내부에 원형 쇠구슬을 이용하여 속채움을 하였다.
일축압축시험에 사용된 점토는 목포 00 부두 축조공사 현장에서 채취한 해성점토를 사용하였으며, 현장에서 채취한 해수를 배합수로 사용하였다. 이 흙에 대한 기본 물성시험 결과는 표 2에 정리하여 나타내었다.
성능/효과
1) DCM 공시체의 평균 일축압축강도는 배합비에 따라 선형적으로 증가하였으며, 선형 회귀 분석 결과 목표 값인 30 kfg/cm2의 일축압축강도를 갖는 배합비는 28.5%로 나타났다.
2) 접원식 DCM 공법이 적용된 케이슨에는 38.6 mm의 연직 침하 및 3.3 mm의 수평변위가 발생할 것으로 예상되었으며, 벽식 DCM 공법이 적용된 케이슨에는 35.9 mm 의 연직 침하 및 2.0 mm의 수평변위가 발생할 것으로 예상되었다. 연직 및 수평 침하의 대부분은 구조물의 시공 도중에 발생할 것으로 나타나, 접원식 및 벽식 DCM 공법 모두 케이슨 구조물의 시공 후 개량지반 및 구조물의 안정성은 충분히 확보될 것으로 판단된다.
3) DCM 공법의 개량형태에 따른 연직 및 수평 침하량 차이는 크지 않았지만, 케이슨 구조물의 연직방향 침하 저감의 측면에서 벽식 개량형태의 DCM공법이 다소 유리할 것으로 판단된다.
그림 13은 시간경과에 따른 케이슨 바닥면에서의 접지압 분포를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 케이슨 바닥면에서의 접지압 분포는 약 50일을 전후하여 설계기준 접지압인 약 500 kPa에 도달하는 것으로 나타났으며, 이는 침하의 대부분이 설계기준 접지압에 도달할 때까지 대부분의 발생하는 것으로 나타나 현장에서의 구조물 시공시 시공 중에 발생하는 탄성침하 이외에 더 이상의 침하는 발생하지 않을 것으로 판단된다.
또한, 구조물 전면의 점토지반에 발생한 총 연직 변위량은 0.187 mm로 현장에서는 약 18.7 mm의 침하가 발생하는 것으로 나타났으며, 접원식 모형시험에서와 마찬가지로 시험 초기에는 지반이 약간(약 0.039 mm) 융기되는 현상을 보이기도하였으나 시간의 경과에 따라 서서히 침하가 발생하는 것으로 나타났다. 점토지반에 나타나는 침하는 압밀침하인 것으로 판단되며 점토지반의 예압밀 후 점토지반 표면정리 및 2차 압축 등에 기인하여 추가적인 침하가 발생한 것으로 판단된다.
또한, 구조물 전면의 점토지반에 발생한 총 연직 변위량은 0.228 mm로 현장에서는 약 22.8 mm의 침하가 발생하는 것으로 나타났으며, 시험 초기에는 지반이 약 0.042 mm 정도로 다소 융기되는 현상을 보이기도 하였으나 시간의 경과에 따라 서서히 침하가 발생하는 것으로 나타났다. 점토지반에 나타나는 침하는 압밀에 기인하는 것으로 판단되며 시험전점토지반을 예압밀 하였더라도 예압밀 후의 지반정리 등으로 인하여 시험중 추가적인 압밀 침하가 발생한 것으로 판단된다.
02 mm로 현장에서는 약 2 mm가 발생하는 것으로 나타났다. 수평변위 역시 변위의 대부분이 시험 초기에 발생해 현장에서도 구조물의 시공 완료 후에는 구조물의 수평이동 또는 회전 등의 횡방향 활동에 대해서는 안전한 것으로 나타났다.
그림 12는 접원식 개량체 위에 놓인 케이슨 구조물의 시간 경과에 따른 수평변위 및 연직침하량을 나타낸 것이다. 시험 결과 케이슨에 발생한 총 연직 변위량은 0.386 mm로 상사법칙 적용시 현장에서는 약 38.6 mm의 침하가 발생할 것으로 판단된다. 침하의 대부분은 시험 초기에 발생되었으며 DCM 개량체 및 케이슨 하부 쇄석층의 탄성침하에 의한 침하량인 것으로 판단되며, 케이슨에 발생한 수평변위는 총 0.
그림 14는 벽식 개량체 위에 놓인 케이슨 구조물의 시간경과에 따른 수평변위 및 연직침하량을 나타낸 것이다. 시험결과 케이슨에 발생한 총 연직 변위량은 0.359 mm로 상사법칙을 적용시 현장에서는 약 35.9 mm가 발생할 것으로 판단된다. 접원식 모형에서와 마찬가지로 침하의 대부분은 시험 초기에 발생되어 DCM 개량체 및 케이슨 하부 쇄석층의 탄성 침하에 의한 침하량인 것으로 판단되며, 케이슨에 발생한 수평변위는 총 0.
0 mm의 수평변위가 발생할 것으로 예상되었다. 연직 및 수평 침하의 대부분은 구조물의 시공 도중에 발생할 것으로 나타나, 접원식 및 벽식 DCM 공법 모두 케이슨 구조물의 시공 후 개량지반 및 구조물의 안정성은 충분히 확보될 것으로 판단된다.
원심모형시험 결과를 종합하여 볼 때, 벽식 DCM 공법이 접원식 DCM 공법에 비해 케이슨 구조물의 수평 변위에 대해서는 7%, 침하에 대해서는 39% 정도 지반개량효과가 다소 크게 나타나, 케이슨 구조물의 연직방향 침하 저감의 측면에서 벽식 개량형태의 DCM공법이 다소 유리할 것으로 판단된다.
9 mm가 발생할 것으로 판단된다. 접원식 모형에서와 마찬가지로 침하의 대부분은 시험 초기에 발생되어 DCM 개량체 및 케이슨 하부 쇄석층의 탄성 침하에 의한 침하량인 것으로 판단되며, 케이슨에 발생한 수평변위는 총 0.02 mm로 현장에서는 약 2 mm가 발생하는 것으로 나타났다. 수평변위 역시 변위의 대부분이 시험 초기에 발생해 현장에서도 구조물의 시공 완료 후에는 구조물의 수평이동 또는 회전 등의 횡방향 활동에 대해서는 안전한 것으로 나타났다.
6 mm의 침하가 발생할 것으로 판단된다. 침하의 대부분은 시험 초기에 발생되었으며 DCM 개량체 및 케이슨 하부 쇄석층의 탄성침하에 의한 침하량인 것으로 판단되며, 케이슨에 발생한 수평변위는 총 0.033 mm로 현장에서는 약 3.3 mm가 발생하는 것으로 나타났다. 수평 변위 역시 변위의 대부분이 구조물 시공시 발생하는 것으로 나타났으며 시공이 완료된 후에는 변위가 거의 발생하지 않는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근 해상 연약지반 개량공법으로 어떤 방법이 널리 사용되고 있는가?
최근 해상 연약지반 개량공법으로 저소음, 저진동으로 공해가 적고, 단시간에 큰 강도를 얻을 수 있는 심층혼합공법이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 심층혼합공법 중 하나인 DCM(Deep Cement Mixing) 공법에 대하여 다양한 점토-시멘트 배합비를 갖는 공시체를 제작하여 일축압축강도시험을 수행하고 그 결과를 이용하여 적절한 점토-시멘트 배합비를 제안하고자 하였으며, 원심모형시험을 이용하여 접원식 및 벽식 DCM 공법 적용 현장의 케이슨 구조물 안정성을 평가하였다.
연약지반이란 무엇인가?
연약지반이란 전단강도가 작아 상부에 건설되는 구조물을 지지할 수 없거나, 또는 상부 구조물의 축조로 인해 매우 큰 변형이 발생하는 지반을 말한다(김명모 등, 2004). 특히, 해안항만공사는 해저 연약지반위에 대형구조물을 설치해야 하는 어려움이 있다.
해상지반의 연약지반 개량공법의 시공 후의 안정성 확보가 용이하지 못하고, 심도가 깊은 연약층에는 적용하기가 어려운 단점을 해결하기위해 사용한 방법은?
그동안 해상지반의 연약지반 개량공법으로 모래다짐말뚝 (SCP)공법, 쇄석다짐말뚝(GCP)공법, 치환공법 등이 주로 적용되어 왔는데 이러한 공법들은 시공 후의 안정성 확보가 용이하지 못하고, 심도가 깊은 연약층에는 적용하기가 어려운 단점이 있다(허열 등, 1993). 최근 이러한 문제를 극복하기 위해 연약지반에 고화재를 삽입하여 임의 형상의 견고한 지반을 형성하는 심층혼합공법이 사용되기 시작했는데, 이 공법은 저소음, 저진동으로 공해가 적고, 단시간에 큰 강도를 얻을 수 있는 장점이 있다.
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