[논문]대심도 연약지반 도로확장 공사에서의 설계 개선

김태형; 박태영; 김성렬; 유상호; 김국한; 김윤태

doi:10.7843/kgs.2012.28.8.89

대심도 연약지반 도로확장 공사에서의 설계 개선
Design Improvement of the Road Expansion on a Deep Thick Soft Ground 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.28 no.8, 2012년, pp.89 - 99

김태형 (한국해양대학교 건설공학과) , 박태영 (한국도로공사 냉정부산건설사업단) , 김성렬 (동아대학교 토목공학과) , 유상호 ((주)삼영기술) , 김국한 (한국해양대학교 건설공학과) , 김윤태 (부경대학교 해양공학과)

초록
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연약지반 구간의 도로 확장공사는 연약지반의 특성으로 인해 우선 시행되는 확장 부 성토 시 발생되는 침하로 기존고속도로에 연동침하가 발생된다. 이 경우 지반침하 및 변형에 의한 포장 평탄성 불량, 차량 주행 안전성 저하, 구조물 안정성 감소 등 시공 및 기존도로 유지관리에서 많은 어려움을 유발한다. 특히 대심도 연약지반에서는 이와 같은 문제가 발생될 수 있는 여지가 대단히 높다. 따라서 이러한 문제점이 고려된 설계가 이루어져야 할 것이다. 본 연구에서는 연약지반 분포심도 최대 약 50m가 존재하는 남해고속도로 제2지선 확장공사를 대상으로 기존 설계안의 현황을 파악한 후 그 개선안을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The expansion of a road on soft ground could induce an additional settlement to the existing road because of the consolidation characteristics of the soft soil layer subjected to additional load by an adjacent banking. In such case, the existing road could be faced with various problems during the stages of the construction and maintenance, such as deterioration of not only the surface smoothness yielding the decrease in automobile performance safety but also the structural stability of the embankment. These kinds of problems are expected to occur more freguently especially for the deep ground level with a fairly thick soft soil layer. Therefore, they should be examined and studied adequately during the design stage. As a reference case study, this paper deals with the project named Namhae Expressway of 2nd Branch with the soft soil layer with the thickness upto about 50m. After a lengthy review of the original design, an improved design is proposed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이를 통해 확장 공사 중 발생될 수 있는 문제점들을 최소화할 수 있으며, 유지관리를 감안한 건설비용 절감을 유도 할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 남해고속도로 제 2지선 확장공사 설계를 대상으로 설계에 대한 문제점을 도출하고 그 개선안을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 대심도 연약지반에서 기존고속도로를 확장하는 공사를 수행하는데 있어 적합한 설계 및 시공 방안을 수립하기 위해 진행되었다. 이를 위해 남해고속도로 제2지선 확장공사 구간을 연구 대상으로 활용하였다.
설계에서는 고속도로 확장을 위해 기존고속도로 위에 토사를 성토하여 도로 종단을 상향조정하고 도로 폭을 8차로로 확장하고자 하였다. 하지만 일부구간에서는 침하량이 2m이상(최대 5.

제안 방법

K-Embank를 이용 설계 시 적용된 지반정수 등 입력 변수를 그대로 적용하여 기존도로 여성토량만을 조정하여 여성토량에 따른 침하발생 양상을 검토하였다. 검토결과 여성토량을 1m 상향 조정할 경우 약 10%의 잔류침하량을 감소시킬 수 있는 것으로 확인되었다.
남해고속도로 확장 준공(96년) 이후 현재까지 문제점 발생(잔류침하 또는 부등침하)으로 인한 전반적인 포장 보수 등 처리실적 없다. 교량 접속부만 도로 평탄성 확보를 위해 절삭 및 덧씌우기 포장이 이루어졌다. 포장보수 실적은 연약지반 처리공법 적용 또는 무처리 여부에 큰 차이 없는 것으로 판단된다.
나머지 구간은 모래와 자갈을 이용한 MAT(모래, 자갈, 암버럭) 시공 후 성토체를 구축한 관계로 운영 중 장기적이고 지속적인 압밀침하가 발생되었다. 그래서 기존도로 제체를 제거하고 압밀촉진을 위한 연직배수재를 타설하고 선행하중(preloading)을 재하하는 것이 경제적으로 유리하고 잔류침하에 대한 장기적인 안정성이 확보되는 것으로 판단하여 다음과 같은 기존고속도로 처리공법을 설계 적용하였다(Fig. 3).
설계 개선에 따른 시공성, 경제성, 안정성, 유지관리 측면에서 다음과 같은 성과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 기존도로 제거 후 연직배수공법을 적용하는 기존 설계안을 무처리 공법으로 대체하여 작업단계 축소를 통한 공기단축이 가능하다. 기존고속도로 제체의 제거토 및 폐아스콘 등의 처리가 불필요하여 선후공정 제약이 없어 시공성과 경제성이 개선될 것으로 판단된다.
당초 지반조건(연약지반 심도)과 무관하게 일률적으로 10cm로 적용된 허용잔류침하량 설계기준을 Table 10과 같이 연약지반 심도에 따라 세분화 하여 설계 기준을 변경하였다.
종단하향조정에 따른 여유부지 및 확장구간 선형변경에 따른 당초 설계된 폐도구간을 활용하여 당초 중앙분리대 구간에 3～6m의 녹지대를 설치, 방향별로 노선 분리를 하여 방향별 재하이력차이에 의한 부등침하 피해 최소화를 유도하였고, 기존도로는 성토에 의한 종단조정 없이 덧씌우기 포장을 통한 포장보수 및 종단조정을 시행 하부 무처리가 가능토록 개선방안을 수립하였다.
5% 준수 및 확장공사 중 교통전환을 위한 조건을 만족시키기 위해 다음과 같이 당초 설계가 되어 있다: 연약지반 구간 내 있는 대저방향과 냉정방향 양방향을 접합하여 종단을 상향한 후 확폭한다. 주어진 공사기간인 1,500일 이내 잔류침하 10cm 만족을 위해 기존 도로 제체를 제거한 후 연약지반 처리 후 다시 성토 후 하중재하를 시행한다. 이와 같은 당초 설계로 인해 발생 되는 설계에 대한 여러 문제점을 해소하는 개선방향을 수립하는 것이 필요하다(Table 3).

대상 데이터

본 연구에서는 대심도 연약지반에서 기존고속도로를 확장하는 공사를 수행하는데 있어 적합한 설계 및 시공 방안을 수립하기 위해 진행되었다. 이를 위해 남해고속도로 제2지선 확장공사 구간을 연구 대상으로 활용하였다.

이론/모형

Figure 5는 연약층 두께에 따른 최종침하량과 침하기간을 나타낸 것이다. 해석은 Terzaghi의 일차원 압밀이론을 사용, 연약지반 해석 전용프로그램인 K-Embank를 사용하였다. K-Embank는 Cc법, △e법, Mv법을 이용한 연약점성토 압밀침하계산, de Beer식, B.
2). 허용잔류침하량 10cm 만족을 위해 압밀촉진 공법이 적용되었다. 압밀촉진을 위한 연직배수공법으로는 PBD가 적용되어있다.

성능/효과

K-Embank를 이용 설계 시 적용된 지반정수 등 입력 변수를 그대로 적용하여 기존도로 여성토량만을 조정하여 여성토량에 따른 침하발생 양상을 검토하였다. 검토결과 여성토량을 1m 상향 조정할 경우 약 10%의 잔류침하량을 감소시킬 수 있는 것으로 확인되었다. 하지만 설계고 +2.
포장보수 실적은 연약지반 처리공법 적용 또는 무처리 여부에 큰 차이 없는 것으로 판단된다. 또한 교통량 대비 포장 보수 시행 실적 비교 시 연약지반 처리공법 미적용 구간이 적용구간 보다 적은 것으로 나타난 것을 볼 때 시공 당시 포장의 품질 상태에 기인한 포장보수가 이루어 진 것으로 판단된다.
또한 본선 횡단 교량 형식 변경(하부통과 → 상부 통과)및 교량의 통과높이 형하 여유고 조정을 통하여 가능한 기존고속도로 종단고와 유사토록 개선방안을 수립하였다(Fig. 6).
K,Hough 도표를 이용한 사질토 즉시침하계산, 무처리 및 처리시 압밀시간/압밀도 계산, Smear Effect, Well Resistance를 고려한 압밀도/시간 계산 등의 기능을 가추고 있다. 해석 결과는 연약층이 두꺼울수록 침하량 증가와 더불어 침하 기간이 증가되는 것을 알 수 있다. 하지만 침하속도는 점점 감소한다.

후속연구

기존도로 제거 후 연직배수공법을 적용하는 기존 설계안을 무처리 공법으로 대체하여 작업단계 축소를 통한 공기단축이 가능하다. 기존고속도로 제체의 제거토 및 폐아스콘 등의 처리가 불필요하여 선후공정 제약이 없어 시공성과 경제성이 개선될 것으로 판단된다. 기존도로 법면부 천공 PBD 시공에 따른 장비 조합 애로 및 작업효율 저하 등 시공성 저하 문제가 해소될 수 있다.
또한 기존고속도로 제체의 제거토 및 폐아스콘 등의 처리가 불필요하여 선후공정 제약이 없어 시공성이 개선될 것으로 판단된다. 기존도로 법면부 천공PBD 시공에 따른 장비 조합 애로 및 작업효율 저하 등 시공성 저하 문제가 해소될 수 있다.
하지만 이 또한 공정이 복잡하고 공사기간 또한 과다하게 소요될 것으로 예측되었다. 또한, 30년 이상 사용되어 안정화된 기존 고속도로 하부 연약지반에 연약지반 처리공법 적용 후 추가 성토토록 계획되어 있어 지반교란으로 예기치 못한 주변부 변위가 예상된다. 그 결과 기존 고속도로 주변 농경지 및 공장, 가옥으로 부터 민원 발생이 우려 되는 실정이다.
따라서 기술적 측면에서 안정화된 연약지반 확장공사 설계 및 시공 방안의 수립이 필요하다. 이를 통해 확장 공사 중 발생될 수 있는 문제점들을 최소화할 수 있으며, 유지관리를 감안한 건설비용 절감을 유도 할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 남해고속도로 제 2지선 확장공사 설계를 대상으로 설계에 대한 문제점을 도출하고 그 개선안을 제시하고자 한다.
이 경우여성 토량 감소와 동일한 총 침하량 감소가 예상되며 이에 따라 같은 공기 내 잔류 침하량 감소가 예상된다(Table 8). 자연적으로 토공량 감소에 따른 공사비 절감 효과도 기대 할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연약지반 구간의 도로 확장공사 특징은 어떠한가?	연약지반 구간의 도로 확장공사는 연약지반의 특성으로 인해 우선 시행되는 확장 부 성토 시 발생되는 침하로 기존고속도로에 연동침하가 발생된다. 이 경우 지반침하 및 변형에 의한 포장 평탄성 불량, 차량 주행 안전성 저하, 구조물 안정성 감소 등 시공 및 기존도로 유지관리에서 많은 어려움을 유발한다.
	지반의 지중응력은 어떻게 발생되는가?	지반은 직접 상부가 아닌 인접지점의 재하에 의해서도 지중응력이 발생한다. 포화된 점성토층의 경우 이 때 유발된 과잉간극수압의 소산으로 압밀침하가 일어나 위치별로 부등침하에 의한 단차 및 상부 균열 현상이 일어날 수 있다(Korea Land Corporation, 1992; Cheong et al.
	연약지반 구간의 도로 확장공사에서의 어려움은 무엇인가?	연약지반 구간의 도로 확장공사는 연약지반의 특성으로 인해 우선 시행되는 확장 부 성토 시 발생되는 침하로 기존고속도로에 연동침하가 발생된다. 이 경우 지반침하 및 변형에 의한 포장 평탄성 불량, 차량 주행 안전성 저하, 구조물 안정성 감소 등 시공 및 기존도로 유지관리에서 많은 어려움을 유발한다. 특히 대심도 연약지반에서는 이와 같은 문제가 발생될 수 있는 여지가 대단히 높다.

참고문헌 (19)

Cheong, H. I., Lee, Y. S., Cheong, G. S., Jin, H. S., Cheong, M. G., Woo, J. Y., Cho, S. D., Kim, Y. J., Ahn, T. B., Kim, I. D., Koh, G. S. and Park, Y. M. (1999), "A study of the consolidation characteristics of soft ground"
Cheong, J. H., Cho, S. M., Kim, H. J., Cheong, G. J., Park, J. G. and Kim, D. S. (2005), "A study of the settlement evaluation and maintenance of long-term settlement for the highway on the soft grounds", Expressway & Transportation Research Institute.
Choi, Y. C., Cheon, S. S., Park, Y. S. and Yang, H. S. (2003), "A study of compaction density of surcharge on soft ground", Expressway & Transportation Research Institute, pp.200.
Kim, H. J., Cho, S. M., Cheong, J. H., Cheong, G. J., Soe, J. W. and Lee, J. Y. (2004), "Countermeasures for maintenance of highway on soft ground(II)", Expressway & Transportation Research Institute, pp.46
Kim, S. H. and Noh, H. S. (1995), "A study on the settlement estimation of soft ground", Expressway & Transportation Research Institute, pp.300.
Korea Expressway Corporation (1982), "Documents for busan- masan expressway construction"
Korea Expressway Corporation (2002), "Road design manual"
Korea Expressway Corporation (2006), "Report of namhae expressway expansion project".
Korea Expressway Corporation (2008a), "General report for the expansion project between naengjeong and busan of highway No. 104 in the namhae expressway: section No.3-1".
Korea Expressway Corporation (2008b), "General report for the expansion project between naengjeong and busan of highway No. 104 in namhae expressway: Section No.3-2".
Korea Expressway Corporation (2008c), "The expansion project between naengjeong and busan of highway No.104 in namhae expressway: section No.4".
Korea Expressway Corporation (2008d), "Ground survey report for the expansion project between naengjeong and busan of highway No.104 in namhae expressway: section No.3-1".
Korea Expressway Corporation (2008e), "Ground survey report for the expansion project between naengjeong and busan of highway No.104 in namhae expressway: section No.3-2".
Korea Expressway Corporation (2008f), "Ground survey report for the expansion project between naengjeong and busan of highway No.104 in namhae expressway: section No.4".
Korea Expressway Corporation (2008g), "Completion documents for pavement rehabilitation construction in gyeongnam branch (1996-2008)".
Korea Land Corporation (1992), "Study on settlement measurement in soft ground improvement (I)".
Korean Geotechnical Society (2005), "Soft ground".
Ministry of Construction and Transportation (2003), "Manual and guideline for standards of road's structure and facilities".
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (1991), "Handbook for road pavement maintenance".

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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