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문제 정의
- 특히 다짐도를 평가하는 경우, 일점법에 의한 다짐 품질을 평가하기 때문에 전체 지역의 다짐도를 평가하는데는 무리가 있다. 따라서 본 연구에서는 현장 다짐기에 가속도계를 이용한 연속다짐 평가장치를 부착하여 현장시험에 대한 CMV와 다른 다짐도 평가장비들의 비교하였다.
- 본 연구에서는 여러 가지 시험조건으로 실제 현장규모로 다짐을 수행하여 가속도계를 이용한 연속다짐평가 방법에 대한 가능성을 살펴보았다. 또한 평판재하시험(PLT), 현장들밀도시험, 소형충격재하시험(LFWD), Geogauge 및 DCP를 이용하여 다짐도를 평가하고 비교, 분석하였다.
제안 방법
- 경기도에 위치한 OO 공사 현장에서 수행한 현장시험은 실제 현장규모로 수행하여 가속도계를 이용한 다짐도 평가 가능성을 평가하였다. 현장시험은 그림 5와 같이 5×41m의 직사각형 부지로 성토재료의 최대입자크기를 달리하여 표 1의 시험조건으로 시험을 실시하였고 성토재료의 입도분포곡선은 그림 6과 같다.
- 최근 다짐공사는 지지력계수와 같은 흙의 역학적 특성을 이용한 시방 기준에 따라 설계와 유지관리를 수행한다. 그러나 기존의 다짐시공 시에는 실내다짐시험 결과로 산정되는 최대건조단위중량과 최적함수비를 이용하여 현장에서의 단위중량을 측정 비교하여 현장다짐 두께 및 현장다짐장비의 운영을 계획한다. 이러한 설계, 시공관리, 그리고 유지관리 간의 개념적 차이는 전체 건설공정의 일관성을 떨어뜨리고 있으며 기술자의 경험적 판단에 크게 의지하는 불합리한 면을 지니고 있다.
- 본 연구에서는 여러 가지 시험조건으로 실제 현장규모로 다짐을 수행하여 가속도계를 이용한 연속다짐평가 방법에 대한 가능성을 살펴보았다. 또한 평판재하시험(PLT), 현장들밀도시험, 소형충격재하시험(LFWD), Geogauge 및 DCP를 이용하여 다짐도를 평가하고 비교, 분석하였다. 특히 가속도계를 이용한 연속다짐 평가가 기존 다짐도 평가를 대체할 수 있는지를 분석하기 위하여 기존의 다짐도 평가 장치를 이용한 지지력계수와 가속도계를 이용한 연속다짐평가 결과를 비교하였다.
- 2m이고 진동횟수는 23∼28Hz까지 조절이 가능한 제품으로 총 중량은 약 10ton이며 0∼10km/h의 속도로 이동이 가능하다. 본 연구의 현장 시험에서는 4km/h의 속도를 기본으로 하여 다짐을 실시하였다. 다짐로울러에는 그림 7과 같이 가속도계를 설치하였다.
- 이 밖에 본 연구에서는 다짐된 지반의 다짐도 평가를 위하여 다짐도 기준 평가시험인 판재하시험(PLT) 및 현장들밀도시험을 실시하고, 최근 많이 사용되는 소형충격재하시험, Geogauge 및 DCP 시험을 실시하여 그 결과를 비교, 분석하였다. 본 연구에서 사용된 소형충격재하시험기는 독일의 “흙과 암으로 건설하는 도로의 기술 시방서 TP BF -StB Teil B 8.
- 또한 평판재하시험(PLT), 현장들밀도시험, 소형충격재하시험(LFWD), Geogauge 및 DCP를 이용하여 다짐도를 평가하고 비교, 분석하였다. 특히 가속도계를 이용한 연속다짐 평가가 기존 다짐도 평가를 대체할 수 있는지를 분석하기 위하여 기존의 다짐도 평가 장치를 이용한 지지력계수와 가속도계를 이용한 연속다짐평가 결과를 비교하였다.
- 현장 다짐에서는 다짐도 기준시험으로 일반적으로 사용되는 평판재하시험을 수행하였으며 수행된 평판재하시험의 위치는 CMV 측정값 변화가 많이 발생하는 위치에서 시험하였다. 평판재하시험 결과로부터 지지력 계수(EPLT)를 산정하였다. 그림 10은 거리에 따른 평판재하시험으로 구한 지지력계수(EPLT)를 나타내고 있다.
- 현장 다짐에서는 다짐도 기준시험으로 일반적으로 사용되는 평판재하시험을 수행하였으며 수행된 평판재하시험의 위치는 CMV 측정값 변화가 많이 발생하는 위치에서 시험하였다. 평판재하시험 결과로부터 지지력 계수(EPLT)를 산정하였다.
- 현장시험은 그림 5와 같이 5×41m의 직사각형 부지로 성토재료의 최대입자크기를 달리하여 표 1의 시험조건으로 시험을 실시하였고 성토재료의 입도분포곡선은 그림 6과 같다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 소형충격재하시험기는 독일의 “흙과 암으로 건설하는 도로의 기술 시방서 TP BF -StB Teil B 8.3”에 제시되어 있는 소형충격재하시험에 적합하게 만들어진 독일제 “Light Drop Weight Tester ZFG2000”을 사용하였다.
데이터처리
- 가속도계를 이용한 연속다짐평가에 대한 다짐도 평가 가능성을 살펴보기 위하여 CMV와 다짐도 평가시험들간의 회귀분석을 수행하여 그림 26에서 그림 30에 나타내었다. 그림 26과 그림 27은 DCP시험과 Geogauge 시험 결과에 대한 CMV와의 비교를 나타내고 있는데 그림에 나타난 것과 같이 대부분의 회귀분석이 통계적으로 매우 약한 분포를 나타내고 있으므로 상관관계가 거의 없다고 할 수 있다.
- 다짐도 평가시험에서 가장 많이 사용하고 있는 평판재하시험과 여러 가지 다짐도 평가시험들 간의 상관관계를 알아보기 위하여 회귀분석하여 그림 23에서 그림 25에 나타내었다. 그림 23의 평판재하시험과 소형충격재하시험 결과의 상관관계는 L3 보다 L1과 L2에서 더 높이 나왔으나 그림 24의 평판재하시험과 DCP 시험 결과, 그림 25의 평판재하시험과 Geogauge 시험에서는 L1과 L2 보다 L3에서의 상관관계가 더 강한 분포로 나타났다.
이론/모형
- 따라서 GM 및 SM 성토지반의 특성이 차이가 나는 것으로 판단된다. 본 연구에서 지지력 계수는 Kleyn(1975)이 제안한 식을 사용하였다.
성능/효과
- (1) 소형충격재하시험과 Geogauge시험 결과, DCP시험 결과와 소형충격재하시험 결과, DCP시험 결과와 Geogauge시험 결과에 대한 회귀분석 결과 대부분의 회귀분석이 통계적으로 매우 약한 분포를 나타내고 있었다. 또한 다짐도와 소형충격재하시험 결과, 다짐도와 Geogauge시험 결과 및 다짐도와 DCP 시험 결과에 대한 회귀분석 역시 매우 약한 상관관계를 나타내고 있다.
- (2) 현장시험에 대한 CMV와 다른 다짐도 평가장비들의 비교 분석 결과 CMV에 대한 평판재하시험 및 다짐도 계수간에 상관관계를 회귀분석하여 성토재료가 균질한 경우 통계적으로 매우 양호한 상관관계식을 얻을 수 있었다. 따라서 기존의 평판재하시험 및 다짐도에 의한 지지력계수를 연속다짐 평가 계수인 CMV로 변환하여 다짐관리에 활용할 수도 있음을 알았다.
- (3) CMV를 이용한 다짐도 평가 후 검증을 위한 시험으로는 거의 모두 그 경향이 유사하게 나타난 평판재하시험, 소형충격재하시험 및 현장밀도시험을 통한 다짐도가 다른 시험에 비해 가장 상관관계가 강한 시험방법인 것으로 판단되었다.
- (4) 평판재하시험과 다짐도의 경우 시험의 특성상 연속적인 시험이 불가능하고 시험에 많은 시간이 소요 된다는 점을 감안할 때 시험속도가 상대적으로 빠른 CMV와 연관하여 다짐도 평가를 검증하는 것도 효과적일 것으로 판단되었다. 특히 CMV의 경우 다짐공정과 다짐 평가를 분리하여 진행하던 공정을 다짐 진행과 동시에 다짐평가를 연속적으로 수행할 수 있으므로 다른 다짐도 평가 시험에 비해 빠른 공정관리를 진행할 수 있으며 일점시험(spot test)으로 전체의 다짐을 관리하고 있는 현재의 시험관리 방법과는 다르게 전체 부지의 다짐도를 평가할 수 있는 가능성을 제시 하였다.
- L2의 12회 다짐을 제외하고 4, 8, 12회의 다짐횟수 증가에 따라 CMV가 증가하는 것을 확인할 수 있었으며 12회 다짐시 CMV는 24∼35m 구간에서 40∼50정도로 가장 큰 값을 나타내었다.
- 다짐도 평가시험에서 가장 많이 사용하고 있는 평판재하시험과 여러 가지 다짐도 평가시험들 간의 상관관계를 알아보기 위하여 회귀분석하여 그림 23에서 그림 25에 나타내었다. 그림 23의 평판재하시험과 소형충격재하시험 결과의 상관관계는 L3 보다 L1과 L2에서 더 높이 나왔으나 그림 24의 평판재하시험과 DCP 시험 결과, 그림 25의 평판재하시험과 Geogauge 시험에서는 L1과 L2 보다 L3에서의 상관관계가 더 강한 분포로 나타났다. 또한 그림 23과 그림 24에 나타난 바와 같이 평판재하시험과 소형충격재하시험 결과 및 평판재하시험과 DCP 시험 결과의 상관관계식에 대한 기울기는 일정치 않았지만 그림 22와 그림 25와 같이 평판재하시험과 다짐도 및 평판재하시험과 Geogauge 시험 결과의 상관관계 식의 기울기는 거의 일치하는 것으로 나타났다.
- (2) 현장시험에 대한 CMV와 다른 다짐도 평가장비들의 비교 분석 결과 CMV에 대한 평판재하시험 및 다짐도 계수간에 상관관계를 회귀분석하여 성토재료가 균질한 경우 통계적으로 매우 양호한 상관관계식을 얻을 수 있었다. 따라서 기존의 평판재하시험 및 다짐도에 의한 지지력계수를 연속다짐 평가 계수인 CMV로 변환하여 다짐관리에 활용할 수도 있음을 알았다.
- 그러나 그림 22와 같이 평판재하시험과 다짐도에 대한 상관관계는 L1과 L2의 경우 통계적으로 약한 상관관계를 나타내고 있지만 L3의 경우 통계적으로 매우 좋은 분포를 나타내고 있다. 따라서 다짐도와 평판재하시험 결과를 제외하고 다짐도 평가 시험들의 측정값에 대한 상관관계를 회귀분석 결과는 상관관계가 거의 없는 것으로 나타났다. 이 같은 원인은 그림 10에서 그림 15에 나타낸 바와 같이 현장시험에서 측정된 다짐도 평가 시험 결과가 비교적 폭 넓은 범위를 나타내고 있었던 것으로 기인하며 자갈의 유무에 따라 지반강성의 평가 차이가 나기 때문인 것으로 판단된다.
- L1과 L2의 경우 소형충격재하시험과 Geogauge시험 결과에 대한 상관관계를 회귀분석 결과 L3에 비해 상대적으로 상관관계가 양호한 것으로 나타났다. 또한 그림 18과 같이 DCP시험 결과와 Geogauge시험결과만 비슷한 상관관계식의 기울기를 가지는 형태를 나타내고 있고 소형충격재하시험과 Geogauge시험 결과 및 DCP시험 결과와 소형충격재하시험 결과의 기울기는 차이가 많이 남을 알 수 있었다.
- 그림 23의 평판재하시험과 소형충격재하시험 결과의 상관관계는 L3 보다 L1과 L2에서 더 높이 나왔으나 그림 24의 평판재하시험과 DCP 시험 결과, 그림 25의 평판재하시험과 Geogauge 시험에서는 L1과 L2 보다 L3에서의 상관관계가 더 강한 분포로 나타났다. 또한 그림 23과 그림 24에 나타난 바와 같이 평판재하시험과 소형충격재하시험 결과 및 평판재하시험과 DCP 시험 결과의 상관관계식에 대한 기울기는 일정치 않았지만 그림 22와 그림 25와 같이 평판재하시험과 다짐도 및 평판재하시험과 Geogauge 시험 결과의 상관관계 식의 기울기는 거의 일치하는 것으로 나타났다.
- (1) 소형충격재하시험과 Geogauge시험 결과, DCP시험 결과와 소형충격재하시험 결과, DCP시험 결과와 Geogauge시험 결과에 대한 회귀분석 결과 대부분의 회귀분석이 통계적으로 매우 약한 분포를 나타내고 있었다. 또한 다짐도와 소형충격재하시험 결과, 다짐도와 Geogauge시험 결과 및 다짐도와 DCP 시험 결과에 대한 회귀분석 역시 매우 약한 상관관계를 나타내고 있다. 그러나 일부 L3의 경우 통계적으로 매우 좋은 분포를 나타내고 있었다.
- 그림 14와 같이 L1의 경우 다짐횟수에 따라 EG의 값이 증가하는 양상을 보이지만 L2와 L3의 경우 EG 값의 변화는 크게 나타나지 않았다. 또한 모든 레인에서 4회의 변동폭보다 12회 다짐으로 갈수록 EG 값의 변동 폭이 더 커짐을 알 수 있었다.
- 본 연구에서 수행된 현장 시험 데이터의 회귀분석 결과와 한국형 포장설계법 개발과 포장성능 개선방안 연구(2009)에서 수행한 결과, 소형충격재하시험 ELFWD 값과 평판재하시험 EPLT 값과의 상관관계식 및 소형충격재하시험 ELFWD 값과 다짐도 값과의 상관관계가 약간 차이가 남을 알 수 있다. 특히 자갈이 많이 함유되어 있는 곳의 결정계수(R-square, R2) 차이는 한국형 포장설계법 개발과 포장성능 개선방안 연구(2009)와 비교하여 현저한 차이가 발생하였다.
- 본 연구에서는 CMV의 적용성을 평가하기 위하여 다짐도 약 86% ∼ 다짐도 약 96%(4회 다짐 = 약 86%, 8회 다짐 = 약 87%, 및 12회 다짐 = 96%) 사이의 데이터에 대해 분석하였으나 사용된 LFWD, Geogauge, DCPT 측정 장비는 강성 측정 장비이므로 적절한 다짐도(즉 지반의 상태가 균질한)에서 좀 더 정확한 값을 나타낼 수 있다.
- (4) 평판재하시험과 다짐도의 경우 시험의 특성상 연속적인 시험이 불가능하고 시험에 많은 시간이 소요 된다는 점을 감안할 때 시험속도가 상대적으로 빠른 CMV와 연관하여 다짐도 평가를 검증하는 것도 효과적일 것으로 판단되었다. 특히 CMV의 경우 다짐공정과 다짐 평가를 분리하여 진행하던 공정을 다짐 진행과 동시에 다짐평가를 연속적으로 수행할 수 있으므로 다른 다짐도 평가 시험에 비해 빠른 공정관리를 진행할 수 있으며 일점시험(spot test)으로 전체의 다짐을 관리하고 있는 현재의 시험관리 방법과는 다르게 전체 부지의 다짐도를 평가할 수 있는 가능성을 제시 하였다.
- 표 2에서와 같이 현장 시험에 사용한 흙은 통일분류법(USCS)에 의해 GP로 분류되었으며, 이 흙을 이용한 다짐시험(KS F2312)결과(그림 8 참조) 최대건조단위중량과 최적함수비는 각각 20.38kN/m3 , 8.57%이고, 함수비 3.8∼11.26% 구간에서 최대건조단위중량의 95%이상에 해당하는 건조단위중량을 갖는 것으로 나타났다.
후속연구
- 이처럼 소형충격재하시험, 다짐도, CMV와 평판재하시험 결과의 상관관계가 매우 좋은 것은 균질한 성토지반 재료를 이용한 다짐으로 자갈이 포함되지 않았기 때문으로 판단된다. 그러나 L1과 L2의 경우 CMV와 소형충격재하시험, 다짐도 및 평판재하시험 간의 회귀 분석 결과가 L3의 결과에 비해 상대적으로 낮은 R2 값으로 인해 평가기준값으로 이용하기에는 더 높은 신뢰도가 필요한 해석과 데이터 획득이 필요할 것으로 판단된다. 그림 16에서 그림 30에 작성된 직선식은 통계적 해석을 통한 회귀분석 결과인 선형회귀분석 방정식의 기울기와 절편을 의미하며, R은 표본 상관계수 이다.
- 그러나 일부 L3의 경우 통계적으로 매우 좋은 분포를 나타내고 있었다. 따라서 다짐도와 평판재하시험 결과를 제외하고 다짐도 평가시험들의 측정값에 대한 상관관계를 회귀분석 결과는 시험 데이터를 활용한 연구가 필요한 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 CMV의 적용성을 평가하기 위하여 다짐도 약 86% ∼ 다짐도 약 96%(4회 다짐 = 약 86%, 8회 다짐 = 약 87%, 및 12회 다짐 = 96%) 사이의 데이터에 대해 분석하였으나 사용된 LFWD, Geogauge, DCPT 측정 장비는 강성 측정 장비이므로 적절한 다짐도(즉 지반의 상태가 균질한)에서 좀 더 정확한 값을 나타낼 수 있다. 따라서 보다 많은 현장 시험 및 데이터 획득으로 LFWD, Geogauge, DCPT 측정 장비 및 CMV의 현장 적용성을 확인하고 향후 더 많은 데이터를 활용한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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