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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 연약지반에서 수평배수재로 모래를 대체할 수 있는 순환골재와 쇄석의 활용 가능성에 대해서 현장 시험 시공을 실시하여 침하량, 공극수압 및 토압 등을 비교 분석하고, 수평배수재의 두께를 변화시켰을 경우의 관입저항을 평가하여 순환골재와 쇄석의 현장 적용성을 제시 하고자 한다.
- 본 연구에서는 연약지반에서 수평배수재로서 모래를 대체할 수 있는 순환골재와 쇄석의 현장 적용성을 평가하기 위하여 현장시험 시공을 실시하고, 침하량, 공극수압 및 토압 등을 비교 분석하였다. 또한 PVD 및 SCP 장비를 이용하여 수평배수재의 두께를 변화시켰을 경우 관입저항을 평가한 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 계측기는 모래 (SA), 쇄석 (CS) 및 순환골재 (RA)를 80 cm 성토 한 후에 수평유공관 사이 중심부에 지표 침하판( ), 공극수압계 (△), 토압계 (○)를 Fig. 3과 같이 매설하였다. 계측빈도는 성토중에는 1회/1일, 성토후에는 측정기간을 조정하였다.
- 3과 같이 매설하였다. 계측빈도는 성토중에는 1회/1일, 성토후에는 측정기간을 조정하였다.
- 수평배수재로서 순환골재와 쇄석을 사용할 경우 모래와는 다르게 연약지반 개량장비가 관입할 때 수평배수재의 두께와 입경에 따라 관입저항이 발생하게 된다. 따라서 이와 같은 상황에서 관입저항이 어느 정도 영향을 미치는가를 평가하고자 모래 (SA), 순환골재 (RA) 25 mm 및 40 mm, 쇄석 (CS) 25 mm 및 40 mm에 대해서 수평배수층 두께를 50 cm, 80 cm, 100 cm의 3단계로 변화시키면서 관입속도를 측정하였다. 연약지반 개량장비는 유압식 PVD 장비 (중앙부), SCP 장비 (비탈면)를 사용하였고, PVD 관입시에 shoe는 일반 직사각형 (10×15 cm) 철판을 사용하였다.
- 모래 (SA)의 포설 규모는 폭 50 m, 높이 80 cm, 길이 50 m이고, 순환골재와 쇄석의 포설 규모는 폭 50 m, 높이 80 cm, 길이 20 m로 중앙부는 25 mm, 성토 비탈면 부분은 40 mm를 포설하였다. 또한 수평배수층 하부에 PP mat (49 kN/m)와 상부에 PET mat (392.4 kN/m)를 포설하고, 유공관은 직경 100 mm 다발관을 모래, 순환골재 및 쇄석 층의 중앙부에 깊이 40 cm 깊이로 5 m간격으로 매설하였다.
- 순환골재와 쇄석은 sand mat의 상한과 하한치의 범위에 포함되지 않아 시방서 기준에 적합하지 않으나, 실내모형실험 결과 투수성이 양호하고 공극의 막힘으로 인한 배수기능 저하현상이 미미하여 현장에 적용하였다. 또한 현장시험시공에서 SCP공법과 PVD공법은 압밀지연이 없는 것으로 나타났고, 수평배수층의 두께가 증가할수록 매트저항은 점차로 감소하여 모래는 순환골재와 쇄석보다 2.
- 현장 지반의 물리적·역학적 특성을 파악하기 위하여 지반조사를 실시하였고, 불교란 시료를 채취하여 실내시험을 실시하여 현장자료와 비교분석하였다.
- 현장에 설치된 계측기는 연약지반의 침하 및 안정 관리 외에 수평배수재의 배수성능을 시험하기 위한 목적으로 매설된 현장 시험시공용 계측기로 시공 중에 발생되는 문제점을 정확하게 파악할 수 있도록 내구성이 양호하며, 신뢰성 있고, 파손가능성이 적은 진동현식 공극수압계와 토압계, 지표면 침하판 및 지하수위계 등을 매설하였다.
대상 데이터
- 8 m이고, 연약지반개량공법은 중앙부는 PVD, 비탈면은 SCP 공법으로 정사각형 배치로 2 m 간격으로 타입 하였다. 모래 (SA)의 포설 규모는 폭 50 m, 높이 80 cm, 길이 50 m이고, 순환골재와 쇄석의 포설 규모는 폭 50 m, 높이 80 cm, 길이 20 m로 중앙부는 25 mm, 성토 비탈면 부분은 40 mm를 포설하였다. 또한 수평배수층 하부에 PP mat (49 kN/m)와 상부에 PET mat (392.
- 본 연구에서는 00지구 도로 공사 현장을 선정하고 수평 배수재로 순환골재와 쇄석을 포설하여 현장시험시공을 하였다. 현장 지반의 물리적·역학적 특성을 파악하기 위하여 지반조사를 실시하였고, 불교란 시료를 채취하여 실내시험을 실시하여 현장자료와 비교분석하였다.
- 연약지반 개량장비는 유압식 PVD 장비 (중앙부), SCP 장비 (비탈면)를 사용하였고, PVD 관입시에 shoe는 일반 직사각형 (10×15 cm) 철판을 사용하였다.
성능/효과
- 1. 시간에 따른 모래, 쇄석 및 순환골재의 실측 침하량은 각각 29.7 cm, 30.3 cm 28.4 cm 이고, 예측침하량은 28.4 cm로 실측 침하량보다 작게 나타났다. 시간에 따른 실측압밀도는 모래 85.
- 2. 시간에 따른 과잉공극수압의 크기는 모래＞쇄석＞순환골재 순으로 나타나서 쇄석과 순환골재는 모래의 대체 재료로 충분한 배수 성능을 가진 것으로 확인되었다. 순환골재와 같이 과잉공극수압이 작게 되면 투수성이 우수하기 때문에 압밀 침하속도가 빨라져서 침하기간을 단축시키고 잔류침하량을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
- 3. 시간에 따른 토압의 분포는 성토하중의 증가에 따라서 30.73 kPa - 116.62 kPa 범위에서 점차적으로 증가하였다. 토압분포는 모래보다는 쇄석과 순환골재에서 약간 더 크지만 그 영향은 미미하게 나타났고, 쇄석과 순환골재는 원활한 배수로 인하여 매트저항이 발생되지 않은 것으로 판단되어 수평배수재로서 충분한 배수성능을 가진 것으로 검증되었다.
- 4. 수평배수층의 두께를 50, 80, 100 cm로 변화시켰을 경우에 관입속도는 SCP 개량구간에서는 10-20 cm/s 범위로 순환골재와 쇄석 모두 층두께에 따라서 큰 차이를 나타내지 않았다. PVD 개량구간에서는 40-140 cm/s 범위로 관입속도가 빠르고 분포범위도 넓게 나타나 수평배수층 두께에 따라서 큰 차이가 발생하지 않았다.
- 그러나 시험시공 현장에 적용하였던 수평배수재 모두 유사한 침하량 분포를 나타냈고, 압밀지연은 발생되지 않아 순환골재와 쇄석 모두 수평배수재로서 충분한 배수성능을 나타낸 것으로 판단된다.
- 따라서 수평배수층에서의 압밀계수를 연직압밀계수와 동일하게 고려한 경우(Ch=Cv)와 수평압밀계수를 Ch=2.8Cv로 고려한 경우의 압밀도를 분석한 결과, 각각 61 % 및 69 %로 나타나서 전체적으로 실측압밀도는 예측압밀도보다 크게 나타났다.
- 전체적으로 수평배수층 두께가 증가할수록 관입하는데 시간이 많이 소요되어 관입저항이 클 것으로 예측되었으나 측정결과 큰 차이가 발생하지 않았다. 또한 입경에 따른 관입저항은 순환골재와 쇄석 모두 25 mm보다는 40 mm에서 관입저항이 약간 더 크게 나타났는데, 이와 같은 현상은 SCP와 PVD 관입시 shoe 때문에 초기 저항이 약간 크게 나타난 것으로 판단된다. 그러나 관입시간 차이는 0.
- 순환골재와 쇄석은 sand mat의 상한과 하한치의 범위에 포함되지 않아 시방서 기준에 적합하지 않으나, 실내모형실험 결과 투수성이 양호하고 공극의 막힘으로 인한 배수기능 저하현상이 미미하여 현장에 적용하였다. 또한 현장시험시공에서 SCP공법과 PVD공법은 압밀지연이 없는 것으로 나타났고, 수평배수층의 두께가 증가할수록 매트저항은 점차로 감소하여 모래는 순환골재와 쇄석보다 2.9～3.3배 정도 크게 나타났다. 동일한 시간계수에서 수평배수층의 거리에 따른 압밀도는 큰 차이를 나타내지 않았다 (Lee et al.
- 수평배수재의 두께에 따른 관입속도를 3번 측정하여 평균한 결과, SCP 개량구간에서는 10-20 cm/s (관입시간: 3-8 sec) 범위로 나타났고, 순환골재 (25 mm, 40 mm)와 쇄석 (25 mm, 40 mm) 모두 층두께에 따라서 큰 차이를 나타내지 않았다. PVD 개량구간에서는 40-140 cm/s (관입시간: 0.
- 5%로 예측압밀도보다 크게 나타났다. 순환골재와 쇄석 모두 압밀지연은 발생되지 않았고 모래와 유사한 침하량 분포를 나타내서 수평배수재로서 충분한 배수성능을 가진 것으로 판단된다.
- 4 cm로 실측 침하량보다 작게 나타났다. 시간에 따른 실측압밀도는 모래 85.3%, 쇄석 87.0% 및 순환골재 81.5%로 예측압밀도보다 크게 나타났다. 순환골재와 쇄석 모두 압밀지연은 발생되지 않았고 모래와 유사한 침하량 분포를 나타내서 수평배수재로서 충분한 배수성능을 가진 것으로 판단된다.
- 5 m 두께로 N 치는 35-37으로 조밀한 상태의 상대밀도를 나타내고 있다. 실내시험 결과는 Table 1과 같이 No. 200번체 통과량은 거의 90 % 이상으로 세립분의 함유량이 매우 높은 점토이고, 일축압축시험에서 구한 점착력은 23.6-32.5 kPa, 삼축압축시험에서 구한 점착력은 17-22 kPa 범위로 연약한 상태로 나타났다.
- 전체적으로 과잉공극수압의 크기는 모래＞쇄석＞순환골재 순으로 나타나서 쇄석과 순환골재는 모래의 대체 재료로 충분한 배수 성능을 가진 것으로 확인되었다. 특히, 순환골재와 같이 과잉공극수압이 작게 되면 투수성이 우수하기 때문에 압밀침하속도가 빨라져서 침하기간을 단축시키고 잔류침하량을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
- 전체적으로 수평배수층 두께가 증가할수록 관입하는데 시간이 많이 소요되어 관입저항이 클 것으로 예측되었으나 측정결과 큰 차이가 발생하지 않았다. 또한 입경에 따른 관입저항은 순환골재와 쇄석 모두 25 mm보다는 40 mm에서 관입저항이 약간 더 크게 나타났는데, 이와 같은 현상은 SCP와 PVD 관입시 shoe 때문에 초기 저항이 약간 크게 나타난 것으로 판단된다.
- 토압 분포는 모래보다는 쇄석과 순환골재에서 약간 더 크지만 그 영향은 미미하게 나타났고, 쇄석과 순환골재는 원활한 배수로 인하여 매트저항이 발생되지 않은 것으로 판단되어 수평배수재로서 충분한 배수성능을 가진 것으로 검증되었다.
- 토압 분포는 모래보다는 쇄석과 순환골재에서 약간 더 크지만 그 영향은 미미하게 나타났고, 쇄석과 순환골재는 원활한 배수로 인하여 매트저항이 발생되지 않은 것으로 판단되어 수평배수재로서 충분한 배수성능을 가진 것으로 검증되었다.
후속연구
- 또한 성토 하중에 의해 장기간의 압밀 침하 발생이 예상되는 연약지반현장에 지하수위계, 공극수압계, 토압계, 지표 침하판을 설치하여 기존 수평배수재의 대체재로 순환골재와 쇄석을 비교 분석한 연구는 아직까지 많은 연구가 이루어지고 있지 않아 이에 대한 많은 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
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