[국내논문]사용종료 매립장의 장기침하 모델 매개변수 상관성 및 지지력 보강효과 분석 Analysis of Long-Term Settlement Parameter Correlation and Bearing Capacity Reinforcement Effect for Closed Waste Landfill원문보기
최근들어, 사용 종료된 폐기물 매립장을 공원 및 체육시설로 활용하는 사례가 증가하고 있으며, 사용종료 매립장 활용을 위해서는 일차적으로 환경영향 여부와 구조적 안정성이 중요하다. 특히 상부구조물 설치 시 지지력 및 침하에 대한 안정성을 확보하여야 하며 폐기물 매립지반의 침하에 대한 안정성 확보와 지지력 보강을 위하여 토목섬유(지오셀)을 포설하기도 한다. 본 논문에서는 사용 종료된 폐기물 매립장의 장기침하 계측결과 분석 및 매립지반에 대한 지오셀 보강 시 지지력 보강효과에 대하여 분석하였다. 장기침하 분석은 매립장의 현장계측 침하량과 쓰레기 침하 모델식별 산정된 침하량을 비교하였고, 각 모델식별로 침하량에 가장 큰 영향을 미치는 파라메타를 분석하였다. 본 연구결과에 따르면, Park모델식에 따른 예측침하량($C_{intermediate}$ = 0.0678)이 현장계측 침하량과 가장 유사한 경향을 나타내었다. 또한, 지오셀 보강에 따른 지지력 증가는 무보강 지반에 비하여 약 1.193~1.554배 증가되는 것으로 도출되었다.
최근들어, 사용 종료된 폐기물 매립장을 공원 및 체육시설로 활용하는 사례가 증가하고 있으며, 사용종료 매립장 활용을 위해서는 일차적으로 환경영향 여부와 구조적 안정성이 중요하다. 특히 상부구조물 설치 시 지지력 및 침하에 대한 안정성을 확보하여야 하며 폐기물 매립지반의 침하에 대한 안정성 확보와 지지력 보강을 위하여 토목섬유(지오셀)을 포설하기도 한다. 본 논문에서는 사용 종료된 폐기물 매립장의 장기침하 계측결과 분석 및 매립지반에 대한 지오셀 보강 시 지지력 보강효과에 대하여 분석하였다. 장기침하 분석은 매립장의 현장계측 침하량과 쓰레기 침하 모델식별 산정된 침하량을 비교하였고, 각 모델식별로 침하량에 가장 큰 영향을 미치는 파라메타를 분석하였다. 본 연구결과에 따르면, Park모델식에 따른 예측침하량($C_{intermediate}$ = 0.0678)이 현장계측 침하량과 가장 유사한 경향을 나타내었다. 또한, 지오셀 보강에 따른 지지력 증가는 무보강 지반에 비하여 약 1.193~1.554배 증가되는 것으로 도출되었다.
Recently, the closed landfills are usually converted into parks or playground by the check the stability of landfill because they settle unevenly making them unsuitable for structures. When the closed landfill reuse, environmental and structural stability is important. To increase the bearing capaci...
Recently, the closed landfills are usually converted into parks or playground by the check the stability of landfill because they settle unevenly making them unsuitable for structures. When the closed landfill reuse, environmental and structural stability is important. To increase the bearing capacity and reduce the probable settlement of a foundation on waste disposal ground, a layer of geosynthetics(Geocell) is placed on the waste disposal ground. In this paper, the analysis of long-term settlement parameter correlation was performed, also the evaluation of bearing capacity reinforcement effect was conducted by field test. The settlement measured in the field, and input the same ground index when an integer to identify each model were compared by calculating the settlement. In addition, by adjusting the parameters of each model to identify the most similar to the value of field measurement parameters were calculated. Based on the analysis results, when the using the Park's model C(intermediate) = 0.0678, the expected settlement is similar to the field measurement results. Also, the bearing capacity of geocell reinforced ground is 1.193~1.554 times higher than that of unreinforced ground.
Recently, the closed landfills are usually converted into parks or playground by the check the stability of landfill because they settle unevenly making them unsuitable for structures. When the closed landfill reuse, environmental and structural stability is important. To increase the bearing capacity and reduce the probable settlement of a foundation on waste disposal ground, a layer of geosynthetics(Geocell) is placed on the waste disposal ground. In this paper, the analysis of long-term settlement parameter correlation was performed, also the evaluation of bearing capacity reinforcement effect was conducted by field test. The settlement measured in the field, and input the same ground index when an integer to identify each model were compared by calculating the settlement. In addition, by adjusting the parameters of each model to identify the most similar to the value of field measurement parameters were calculated. Based on the analysis results, when the using the Park's model C(intermediate) = 0.0678, the expected settlement is similar to the field measurement results. Also, the bearing capacity of geocell reinforced ground is 1.193~1.554 times higher than that of unreinforced ground.
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문제 정의
일반적으로 매립지반의 보강공법은 동다짐과 같은 다짐공법과 토목섬유 보강재를 활용하는 방법이 있다(Yee Ir Kenny, 1999). 본 논문에서는 사용종료 후 18년이 경과한 생활폐기물 사용종료 매립장의 토지활용 시 구조물의 안정적인 건설을 위하여 장기침하 및 지지력 보강효과를 분석하였다. 장기침하 예측은 연구대상 매립장의 침하계측 결과와 침하모델식별 침하특성을 비교 검토하였으며, 토목섬유(지오셀)를 시험시공 및 현장지지력 시험을 실시하여 지오셀 보강방법에 따른 보강효과를 분석하였다.
본 연구에서는 기존 사용종료 매립장 상부에 신규 매립장을 조성할 경우, 기존시설의 안정성 확보 및 신규 매립장의 지지력을 확보를 위하여 제안된 격자형 토목섬유 보강재인 지오셀(Geocell)을 시공하고, 지오셀의 보강거동을 분석하기 위하여 보강재 종류 및 보강유무에 따른 현장시험을 실시하였다. 본 연구의 현장지지력시험에 사용된 지오셀의 형상 및 물성값은 Fig 2와 Table 2에 나타낸 바와 같다.
제안 방법
본 논문에서는 사용종료 후 18년이 경과한 생활폐기물 사용종료 매립장의 토지활용 시 구조물의 안정적인 건설을 위하여 장기침하 및 지지력 보강효과를 분석하였다. 장기침하 예측은 연구대상 매립장의 침하계측 결과와 침하모델식별 침하특성을 비교 검토하였으며, 토목섬유(지오셀)를 시험시공 및 현장지지력 시험을 실시하여 지오셀 보강방법에 따른 보강효과를 분석하였다.
연구대상 사용종료 매립장은 경상남도에 위치하고 있으며, 폐기물 매립은 1991년 1월부터 1995년 7월까지 약 4년 7개월간 4단계로 폐기물 매립을 실시하였다. 매립면 적은 225,400m2으로 생활쓰레기를 매립하였으며, 사용종료 후 매립장 상부 부지를 농경지로 활용하였다. 사용종료 매립장은 총 4구간으로 매립장이 구분이 되어있으며, 1구간 면적 66,700m2, 2구간 66,500m2, 3, 4구간 92,200m2,매립고는 평균 8.
사용종료 매립장은 1,2 단계 매립장의 폐기물을 3,4단계 매립지반 위에 다시 적재하여 신규 매립장으로 사용하였으며, 1.2단계 매립장은 폐기물을 모두 제거하고 복토 후 산업단지로 활용하고, 3.4단계 매립장은 1,2단계의 폐기물을 적재한 다음, 지반이 안정화 된 후 공원으로 활용할 계획이다. 본 논문의 대상이 되는 구간은 3.
무보강구간은 원지반을 상부토사 계획고까지 제거하고 평판재하시험을 재하판의 크기(Φ300, Φ400)에 따라 각각 시험을 실시하였으며, 무보강 복토구간은 원지반 상부에 토사를 44cm 두께로 포설하여 다진 지반에 재하판의 크기에 따라 각각 시험을 실시하였다.
무보강구간은 원지반을 상부토사 계획고까지 제거하고 평판재하시험을 재하판의 크기(Φ300, Φ400)에 따라 각각 시험을 실시하였으며, 무보강 복토구간은 원지반 상부에 토사를 44cm 두께로 포설하여 다진 지반에 재하판의 크기에 따라 각각 시험을 실시하였다. 마지막으로 지오셀 보강구간은 원지반위에 부직포를 포설하고 지오셀(H=24cm)을 설치한 다음, 토사를 포설(지오셀 포함 44cm)하고, 10Ton 로울러를 이용하여 다짐한 후 재하판의 크기에 따라 각 재하시험을 실시하였다.
본 연구에서는 기존 매립지반에 대하여 각각의 해석모델을 적용할 경우 20년간의 침하량을 분석하였으며 각각의 해석모델의 입력변수는 본 매립장에서 실측된 침하자료를 바탕으로 도출하였다. Table 4는 장기침하 분석에 적용한 입력변수이며, Fig.
현장 실측 침하량과 변수값 변화에 따른 유사한 거동을 보이는 Sowers모델, Park모델 및 Bjarngard and Edgers모델에 대하여 침하량 변화를 분석하여 도시하였다. Fig.
Fig. 3과 같이 시험시공 위치는 매립장 내 W10m×L30m 크기의 현장에서 지오셀 보강여부 등 여러 조건별로 부지를 조성한 다음 평판재하시험을 실시하였다.
본 논문에서는 사용 종료된 생활폐기물 매립장의 토지 활용 시에 필요한 장기침하 분석 및 지지력 보강효과 분석을 실시하였으며 연구결과 도출한 총괄결론은 다음과 같다.
대상 데이터
본 논문의 대상이 되는 구간은 3.4단계 매립장의 일부지역인 침출수 관측시설이 있는 구간으로 기존의 사용종료 매립장 위에 약 1.0∼2.0m의 성토가 이루어진 지반이다.
연구대상 사용종료 매립장은 경상남도에 위치하고 있으며, 폐기물 매립은 1991년 1월부터 1995년 7월까지 약 4년 7개월간 4단계로 폐기물 매립을 실시하였다. 매립면 적은 225,400m2으로 생활쓰레기를 매립하였으며, 사용종료 후 매립장 상부 부지를 농경지로 활용하였다.
매립면 적은 225,400m2으로 생활쓰레기를 매립하였으며, 사용종료 후 매립장 상부 부지를 농경지로 활용하였다. 사용종료 매립장은 총 4구간으로 매립장이 구분이 되어있으며, 1구간 면적 66,700m2, 2구간 66,500m2, 3, 4구간 92,200m2,매립고는 평균 8.0m로 조성되었다. 매립장 상부에 약 2m∼3m의 최종 복토를 시행하였으며 수직가스 포집공, 지하수 검사정이 설치되어 있다(Masan City, 2007).
현장계측은 기존 매립장의 경우, 사용종료 이후 2003년, 2008년 주변 환경영향 종합보고서의 계측값을 활용하고 자료가 미비한 초기압축부분은 보간법에 의한 계산으로 산출하였으며, 또한, 2010년부터 2012년 까지는 신규매립장 조성공사 시 계측한 자료를 사용하였다.
또한 사용종료 후 약 2년경과 후부터 장기적인 분해단계의 압축지수 값을 나타내었다. 본 연구대상지는 매립이 종료된 지 18년이 경과하여 초기 일차압축 및 이차압축에 의한 침하는 거의 종료되었으며, 현재 분해에 의한 장기적인 압축침하가 발생되고 있는 것으로 판단된다.
성능/효과
사용종료 매립장의 초기압축 침하는 앞에서 언급한 환경영향평가 보고서의 자료와 보간법으로 산출한 누락부분의 자료를 취합하여 분석하였으며, 분석결과 2010년 초기계측 이전에 약 1.25m의 초기압축 침하가 발생된 것으로 판단된다. 2010년 이후 외부성토(복토)에 의한 상재하중의 영향과 장기침하로 인해 발생하는 총 침하는 640일간에 0.
Fig. 5에서 보는 바와 같이, 폐기물 매립이력, 매립폐기물 특성조사 및 현장계측 결과에 따른 입력변수를 동일하게 적용할 경우, Sowers법, Yen & Scanlon법, Bjarngard & Edgers법은 실측값보다 침하량이 작게 산출되었고, Power Creep Law Method는 상당히 크게 산출되었다.
0678로 나타났다. 또한 사용종료 후 약 2년경과 후부터 장기적인 분해단계의 압축지수 값을 나타내었다. 본 연구대상지는 매립이 종료된 지 18년이 경과하여 초기 일차압축 및 이차압축에 의한 침하는 거의 종료되었으며, 현재 분해에 의한 장기적인 압축침하가 발생되고 있는 것으로 판단된다.
12의 BCR값은 무보강 원지반에 대한 성토 44cm, 지오셀 보강에 따른 지지력 증가비를 나타낸 것이다. 각각의 시험결과에서 보는 바와 같이, 원지반에 성토만 44cm 시행할 경우, 직경 300mm일 경우에 지지력이 약 1.193~1.22배 증가하며, 재하판 직경이 400mm 일 경우에 1.509~1.554배 지지력이 증가하는 것으로 도출되었다. 또한 재하판 직경이 증가할수록 지지력 증가비가 증가하였다.
554배 지지력이 증가하는 것으로 도출되었다. 또한 재하판 직경이 증가할수록 지지력 증가비가 증가하였다. 지반반력계수 산정은 k75는 k30과 k40으로 구한 값의 평균값으로 산정하였으며, 그 결과는 Table 6에 나타낸 바와 같다.
(1) 폐기물 매립지반의 압축지수는 매립대상 폐기물의 종류, 기후조건, 안정화 촉진 여하에 따라 다양하게 발생되는데, 본 연구대상 매립장의 침하양상은 매립종료 후 1년~2년 사이에 약 72%의 역학적 압축침하(Cintermediate=0.0678)가 발생되었으며, 매립종료 후 18년이 지난 현재시점은 분해에 의한 압축침하(Cromgterm 0.00061)가 진행되고 있는 것으로 판단된다.
(2) 예측모델을 통한 장기침하량 분석결과, Power creep law모델은 과다예측 되었고, Sowers법, Bjarngard and Edgers 모델, 대수함수는 다소 작게 예측되었다. 반면, 매립폐기물의 성상, 역학적 침하와 분해 침하를 구분한 Park의 예측모델은 계측 침하량과 유사하였다.
(3) Park모델의 분석결과 압축지수 C(intermediate)=0.0678(계측 분석값 적용)을 쓸 경우, 전체적인 침하량 값은 계측결과와 유사하나, 분해단계의 침하속도에 차이가 있는 것으로 도출되었다. 반면, Sowers model은 매립지반 초기간극비와 C(intermediate) 값 변동에 따라 계측값과 상당히 근접한 결과를 얻을 수 있었다.
(4) 현장에서 실험한 사안에 대하여 평가하면, 지오셀 보강지반의 지지력이 무보강 지반보다 약 1.193~1.554배 증가하였으며 재하판 직경증가에 따라 약 2.2~2.9% 증가 하는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사용종료 매립장 활용을 위해 중요한 것은?
최근들어, 사용 종료된 폐기물 매립장을 공원 및 체육시설로 활용하는 사례가 증가하고 있으며, 사용종료 매립장 활용을 위해서는 일차적으로 환경영향 여부와 구조적 안정성이 중요하다. 특히 상부구조물 설치 시 지지력 및 침하에 대한 안정성을 확보하여야 하며 폐기물 매립지반의 침하에 대한 안정성 확보와 지지력 보강을 위하여 토목섬유(지오셀)을 포설하기도 한다.
사용 종료된 폐기물 매립시설에 대해 사후관리를 해야 하는 이유는?
현재 우리나라에는 약 1,300여개의 사용종료 매립장이 있으며, 도시지역의 확장으로 인하여 과거 도시 외곽에 위치하던 폐기물 매립장이 주거지역에 인접해지며, 다양한 형태의 토지활용이 요구되고 있다. 그러나, 사용 종료된 폐기물 매립시설은 그 시설로 인한 주민의 건강·재산 또는 주변 환경의 피해를 방지하기 위하여 사후관리를 해야 하며, 사용종료 또는 폐쇄한 매립장이 점오염원으로 작용하여 주변지역에 영향을 미치고 있다고 판단되는 경우에는 토지활용을 일정기간 제한할 수 있다(Ministry of Environment, 2013). 토지이용의 제한기간은 폐기물 매립시설이 사용종료 되거나 폐쇄된 날부터 30년 이내로 하며, 30년 이전에 사후관리를 종료하고 토지를 활용하기 위해서는 주변환경 영향 평가, 매립시설 안정화도 평가, 특히, 토지활용 시 적정성 여부에 대한 다양한 검토가 필요하다.
사용종료 매립장 활용을 위한 상부구조물 설치 시 확보해야 할 사항은?
최근들어, 사용 종료된 폐기물 매립장을 공원 및 체육시설로 활용하는 사례가 증가하고 있으며, 사용종료 매립장 활용을 위해서는 일차적으로 환경영향 여부와 구조적 안정성이 중요하다. 특히 상부구조물 설치 시 지지력 및 침하에 대한 안정성을 확보하여야 하며 폐기물 매립지반의 침하에 대한 안정성 확보와 지지력 보강을 위하여 토목섬유(지오셀)을 포설하기도 한다. 본 논문에서는 사용 종료된 폐기물 매립장의 장기침하 계측결과 분석 및 매립지반에 대한 지오셀 보강 시 지지력 보강효과에 대하여 분석하였다.
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