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가설 설정
- 자연상태 토취장의 단위중량을 측정하기 위하여 밀양과 울산의 토취장 현장의 대표적인 위치에서 물치환법에 의한 들밀도 시험을 시행하였고, 각각의 들밀도 시험 평균값은 토취장 전체의 단위중량과 같다고 가정하였다. 이는 임창규 등(2003)이 대규모현장에서 실시한 40개소의 단위중량 측정값이 거의 유사하다는 것을 참고하였다.
제안 방법
- 먼저, 자연상태의 체적은 표면의 잡초뿌리를 제거하고 본바닥을 최대한 수평하게 고른 후에 백호우를 이용하여 굴착하였다. 굴착된 부분의 체적을 구하기 위하여 사진 1(a)와같이 줄자로 본바닥의 치수(가로, 세로 및 높이)를 측정하였다. 흐트러진 토사의 체적은 사진 1(c)에 나타난 바와 같이 가로 1m, 세로 1m, 높이 1.
- 2m의 용접된 철재상자를 이용 하여 측정하고, 중량은 경상남도 과적 단속팀의 도움을 받아 측정하였다. 다져진 상태의 체적 측정을 위하여 흐트러진 토사를 고르게 편 후 각 현장에서 수급 가능한 다짐장비를 이용하여 일정한 방향과 속도로 다짐 작업을 수행한 후, 줄자와 스태프(staff)를 이용하여 다져진 토사의 체적을 구하는 순으로 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 2개소의 현장에서 대규모 깎기 작업에 기인하여 토석이 혼재되어 있는 경우의 암석과 토사의 혼합비와 공극 채움 효과에 따른 단위중량의 변화, 현장에서의 다짐작업 시 다짐횟수에 따른 체적감소량 및 단위중량의 변화 등을 측정하여 암석과 토사가 혼재된 상태의 현장여건이 고려된 토량환산계수를 평가하였다.
- 암석과 토사의 혼합된 체적의 측정은 철재상자와 덤프트럭의 적재함을 이용하였다. 또한 토사의 함수비를 측정하여 단위중량의 계산에 이용하였다.
- 먼저, 자연상태의 체적은 표면의 잡초뿌리를 제거하고 본바닥을 최대한 수평하게 고른 후에 백호우를 이용하여 굴착하였다. 굴착된 부분의 체적을 구하기 위하여 사진 1(a)와같이 줄자로 본바닥의 치수(가로, 세로 및 높이)를 측정하였다.
- 밀양과 울산의 2개 도로축조현장에서 토량환산계수의 적정성 검토를 위해 암석과 토사의 혼합비를 변경하면서 다양한 현장시험을 실시하였으며 대표적 시료를 채취하여 실내에서 보충시험을 실시하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 암석과 토사가 혼합된 상태에 정량적인 단위중량변화의 평가와 최대의 단위중량을 나타낼 수 있는 최적의 암석과 토사의 혼합비를 측정하기 위하여 암석과 토사와 혼합비를 변화 시켜가며 시험이 실시되었으며, 암석과 토사의 혼합비율은 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10의 5가지의 조건을 이용하였다. 중량의 측정은 사진 1(d)에 나타난 바와 같이 공차의 중량과 암석과 토사를 조건에 맞도록 혼합한 후의 중량을 비교하여 측정되었다.
- 암석과 토사의 혼합비에 따른 L값의 변화를 알아보기 위하여 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10의 5가지로 혼합되어 있는 시료에 대하여 중량을 측정한 후, 각각의 중량을 토취장에 따른 평균 단위중량으로 나누어 자연상태의 체적을 구하였다. 그림 5는 암석과 토사의 혼합비를 바꾸어 가면서 흐트러진 상태의 토량환산계수 L값을 나타낸 것이다.
- 암석과 토사가 혼합된 상태에 정량적인 단위중량변화의 평가와 최대의 단위중량을 나타낼 수 있는 최적의 암석과 토사의 혼합비를 측정하기 위하여 암석과 토사와 혼합비를 변화 시켜가며 시험이 실시되었으며, 암석과 토사의 혼합비율은 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10의 5가지의 조건을 이용하였다. 중량의 측정은 사진 1(d)에 나타난 바와 같이 공차의 중량과 암석과 토사를 조건에 맞도록 혼합한 후의 중량을 비교하여 측정되었다. 암석과 토사의 혼합된 체적의 측정은 철재상자와 덤프트럭의 적재함을 이용하였다.
- 토량환산계수(L, C값)는 각 현장에서 자연상태, 흐트러진 상태 및 다져진 상태의 체적과 무게를 측정하여 구하였으며, 시험시행 방법은 다음과 같다.
- 현장에서의 토량환산계수(L값, C값)의 측정 및 토사와 암석의 혼합비 변화에 따른 단위중량의 변화 등을 검토하기 위하여 밀양현장(경남 밀양시 청도면 소태리)과 울산현장(경남 울주군 두서면 합천리)등 2개소의 도로현장을 택하여 현장시험을 실시하였다. 현장시험은 현장 들밀도시험, 암석과 토사의 혼합비 변화에 따른 중량변화 측정, 다짐횟수에 따른 체적변화량과 단위중량의 변화 측정 등이 수행되었다.
- 현장에서 다짐작업 시 다짐횟수에 따른 체적변화량과 단위 중량의 변화를 측정하기 위하여, 다짐횟수에 따른 체적변화와 단위중량 측정을 실시하였다. 현장시험에 사용된 다짐장비로 밀양현장에서는 폭 40 cm, 길이 45 cm인 G200 HONDA 5.
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2.2 현장시험
현장에서의 토량환산계수(L값, C값)의 측정 및 토사와 암석의 혼합비 변화에 따른 단위중량의 변화 등을 검토하기 위하여 밀양현장(경남 밀양시 청도면 소태리)과 울산현장(경남 울주군 두서면 합천리)등 2개소의 도로현장을 택하여 현장시험을 실시하였다. 현장시험은 현장 들밀도시험, 암석과 토사의 혼합비 변화에 따른 중량변화 측정, 다짐횟수에 따른 체적변화량과 단위중량의 변화 측정 등이 수행되었다.
대상 데이터
- C값을 구하기 위해 밀양현장과 울산현장에서 각각 2개소씩 모두 4개소에서 시험을 실시하였다. 특히, C값을 구하기 위한 시험에 있어 다짐횟수에 따른 높이변화량을 측정하여 다짐횟수마다 체적을 산정하고, 다짐횟수마다 C값의 변화를 계산하여 그림 6에 나타냈다.
- 밀양과 울산 시료의 개략적인 물리 · 역학적 특성을 알아보기 위하여 밀양과 울산 토취장의 대표적인 시료들을 대상으로 KS F규정에 의거한 시험을 실시하였으며, 표 1은 토사에 대한 시험 결과를 나타내고 있다.
- 현장에서 다짐작업 시 다짐횟수에 따른 체적변화량과 단위 중량의 변화를 측정하기 위하여, 다짐횟수에 따른 체적변화와 단위중량 측정을 실시하였다. 현장시험에 사용된 다짐장비로 밀양현장에서는 폭 40 cm, 길이 45 cm인 G200 HONDA 5.5의 탬핑장비를, 울산 현장에서는 104 kN, 폭 2.1 m인 CS-533 CATERPILLAR의 로드 롤러가 사용되었다. 체적변화의 측정은 각 다짐횟수마다 줄자를 이용하여 그 변화를 측정하였으며, 단위중량의 변화는 물치환법에 의한 현장밀도시험을 통하여 측정하였다.
- 굴착된 부분의 체적을 구하기 위하여 사진 1(a)와같이 줄자로 본바닥의 치수(가로, 세로 및 높이)를 측정하였다. 흐트러진 토사의 체적은 사진 1(c)에 나타난 바와 같이 가로 1m, 세로 1m, 높이 1.2m의 용접된 철재상자를 이용 하여 측정하고, 중량은 경상남도 과적 단속팀의 도움을 받아 측정하였다. 다져진 상태의 체적 측정을 위하여 흐트러진 토사를 고르게 편 후 각 현장에서 수급 가능한 다짐장비를 이용하여 일정한 방향과 속도로 다짐 작업을 수행한 후, 줄자와 스태프(staff)를 이용하여 다져진 토사의 체적을 구하는 순으로 측정하였다.
이론/모형
- 1 m인 CS-533 CATERPILLAR의 로드 롤러가 사용되었다. 체적변화의 측정은 각 다짐횟수마다 줄자를 이용하여 그 변화를 측정하였으며, 단위중량의 변화는 물치환법에 의한 현장밀도시험을 통하여 측정하였다.
성능/효과
- 1. 2개현장의 시험결과 L값은 표준품셈에서 제시된 상한값보다 약 4~11%의 큰 값을 나타냈으나, C값은 하한값보다 약 13~20% 낮은 값을 나타냄을 알 수 있었다. 이는 최근 다짐장비의 대형화 및 다짐작업의 합리화에 기인되는 현상이므로 흙쌓기 작업에서 이에 대한 대책이 필요할 것으로 판단된다.
- 밀양시료와 울산시료에 대한 누적압축량과 누적높이변화를 표 5에 나타냈다. 1회 다짐작업 수행 시 밀양, 울산시료의 체적이 각각 30%, 34% 감소하였으며 최종적으로 7회(밀양) 와 10회(울산)의 다짐작업 후에 각각 체적이 53%와 56% 감소하는 것으로 나타나 초기 1회 다짐작업의 영향이 상대 적으로 크게 나타남을 알았다. 그림 4에는 다짐횟수별 단위 중량을 나타내었다.
- 2. 깎기부에서 발생한 암석과 토사를 쌓기부에 유용하는 경우, 현장여건에 따라 암석과 토사가 다양한 혼합비로 혼재될 수 있으며, 이 경우 L값에 차이를 나타내므로 현장 여건에 맞는 합리적인 L값의 적용이 요망된다.
- 3. 암석과 토사가 혼재되는 경우 5:5의 혼합비율일 경우 가장 큰 단위중량을 나타내며 L값이 가장 작게 나타났다. 또한 혼합된 암석의 직경이 클수록 단위중량의 차이가 더 크게 나타났다.
- 4. 다짐작업에 기인한 체적은 처음 펴고른 상태에서 1회 다짐 시 약 30~34% 감소하였으며, 최종적으로 약 59~60% 의 체적감소를 나타냈다. 또한 균등계수(Cu)와 곡률계수 (Cc)가 클수록 최대건조단위중량(γdmax)는 높고 최적함수비 (OMC)는 낮게 나타났다.
- 이들의 차이는 경암인 경우 암석의 모서리가 강하여 공극형성이 크게 이루어지고 풍화암인 경우는 적재 시에 모서리가 쉽게 손상되기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 전반적으로 암석과 토사가 일정비율로 혼합된 상태로 운반하면 암석 또는 토사만을 적재한 것보다 더욱 유리하다는 것을 알 수 있다.
- 또한 균등계수(Cu)와 곡률계수 (Cc)가 클수록 최대건조단위중량(γdmax)는 높고 최적함수비 (OMC)는 낮게 나타났다.
- 5%를 각각 나타냈다. 또한 표 2에서 알 수 있듯이 균등계수(Cu)와 곡률계수(Cc)가 클수록 최대건조단위중량은 높고 최적함수비는 낮게 나타났다.
- 15(울산)로 각각 11%, 16% 감소된 값이 나타났다. 밀양과 울산현장 모두 토사 100%의 L값이 암석과 토사가 5:5로 혼재된 경우의 L값보다 각각 5%와 4% 높은 값을 나타내어 암석과 흙이 5:5로 혼재된 경우 L값이 최소화될 수 있음을 알 수 있다.
- 이는 임창규 등(2003)이 대규모현장에서 실시한 40개소의 단위중량 측정값이 거의 유사하다는 것을 참고하였다. 밀양에서 4개소와 울산에서 2개소의 토취장에서 현장단위중량을 측정한 결과, 밀양과 울산의 자연상태 토사의 평균 단위중량은 각각 18.6kN/m3과 18.5kN/m3을 나타냈다.
- 그림에서 나타난 바와 같이 1 회 다짐작업에 의한 C값의 변화가 상대적으로 크게 나타나며 그 이후로는 다짐횟수에 대해 직선적으로 C값이 감소해 감을 알 수 있다. 본 시험의 최종단계 다짐 후 C값은 밀양이 약 60%, 울산이 약 59%로 측정되었으며, 토질조건이 유사한 이들 두 현장에서 C값의 차이는 다짐장비의 차이에 기인하는 것으로 판단된다. 밀양현장에서의 다짐작업은 편도 7회가 실시되었고, 울산현장에서는 왕복 5회(총 10회)의 다짐작업이 이루어졌다.
- 실내 다짐시험에 의해서 구한 최대건조단위중량(γdmax)과 최적함수비(OMC)는 밀양현장 시료의 경우 평균 20.1kN/m3, 10.5%였으며, 울산시료의 경우 19.1kN/m3, 12.5%를 각각 나타냈다.
- 그림 5는 암석과 토사의 혼합비를 바꾸어 가면서 흐트러진 상태의 토량환산계수 L값을 나타낸 것이다. 암석 100%일 때의 L값인 밀양 1.25, 울산 1.31을 기준으로 하여, 암석과 토사의 혼합비가 5:5일 때 L값은 1.13(밀양), 1.11( 울산)로 L값이 각각 15%와 17%로 감소하였고, 토사 100% 일 때는 1.18(밀양), 1.15(울산)로 각각 11%, 16% 감소된 값이 나타났다. 밀양과 울산현장 모두 토사 100%의 L값이 암석과 토사가 5:5로 혼재된 경우의 L값보다 각각 5%와 4% 높은 값을 나타내어 암석과 흙이 5:5로 혼재된 경우 L값이 최소화될 수 있음을 알 수 있다.
- 그림 3, 4에서 알 수 있듯이 초기 1회의 다짐작업으로 다짐장비에 무관하게 높이와 밀도에 큰 변화가 발생하였다. 최종 다짐 후의 높이변화는 밀양과 울산의 각 2개소씩 4군데 시험에서 모두 초기높이의약 53~56%를 나타내어 절반정도의 압축이 일어났음을 알 수 있다. 이는 다짐작업 전, 후의 면적이 동일하다고 가정할 때 흐트러진 상태에서 다져진 상태로의 토량환산계수 C/L값과 동일하며 C/L값의 평균은 밀양시료가 0.
- 표 1에서 나타난 바와 같이 밀양 토취장의 토사시료들은 통일분류법(U.S.C.S)상 실트질 모래인 SM이 다수를 차지하였고, 저소성 실트인 ML과 고소성 실트인 MH 등으로 분류되었다. 울산 토취장의 토사 시료는 SM이 주종을 이루고 있으며 시료의 비중은 2.
- 현장시험결과와 표준품셈의 L값을 비교하면 M-B는 측정값이 표준품셈에서 제시하는 값의 범위 안에 해당하였으나, M-A, U-A는 표준품셈에서 제시된 상한 값보다 약 4% 큰 값이 나타났으며 U-B는 표준품셈에서 제시하는 상한 값보다 약 11% 큰 값이 나타났다. C값은 M-A와 M-B는 표준품셈에서 제시하는 값의 하한 값보다 20% 정도 작은 값이 나타났고, U-A, U-B는 각각 13%, 15% 정도 작은 결과를 보였다.
후속연구
- 그러므로 보다 실제현장에 부합하는 토량환산계수의 적용을 위해 합리적인 연구의 수행이 요망된다. 국내에서 이와 같은 현장토량환산계수의 변화특성을 검토한 대규모 연구로 주재우 등(2007)의 대형현장밀도시험을 통한 토량환산계수의 적용성 검토와 임창규 등(2003)이 택지조성현장에서 대규모 현장실험을 통한 토량환산계수 산정연구 등이 있다.
- C값에 대한 비교결과는 최근 다짐장비의 대형화, 다짐작업의 합리화에 기인되는 현상으로 판단된다. 따라서 향후 성토작업 시 토량의 부족이 발생될 가능성이 있음을 알 수 있었고, 이에 대한 대책이 강구될 필요가 있으며, 가장 유리한 방법으로 현장에서 직접대형시험을 실시하는 것으로 판단된다.
- 본 연구는 시험 지역과 시험 조건이 제한적이므로 실제 현장성을 충분히 고려한 토량변화계수의 제시를 위해서는, 보다 많은 시험지역과 다양한 시험 조건하에서의 추가 연구 수행이 필요하다고 판단된다.
- 2개현장의 시험결과 L값은 표준품셈에서 제시된 상한값보다 약 4~11%의 큰 값을 나타냈으나, C값은 하한값보다 약 13~20% 낮은 값을 나타냄을 알 수 있었다. 이는 최근 다짐장비의 대형화 및 다짐작업의 합리화에 기인되는 현상이므로 흙쌓기 작업에서 이에 대한 대책이 필요할 것으로 판단된다.
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