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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 연약지반에서 수평배수재로서 순환골재와 쇄석을 사용하였을 경우 막힘 현상에 대한 실내 모형실험을 실시하고, 막힘 현상을 최소화하기 위한 입도 기준 범위를 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 연약지반에서 수평배수재로서 순환골재와 쇄석을 사용하였을 경우 막힘 현상에 대한 실내모형실험을 실시하고, 막힘 현상을 최소화하기 위한 입도기준 범위를 제시하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- case 5는 점토 15 cm 상부에 수평배수재 30 cm, 성토재 20 cm 순으로 포설하고, case 6은 점토 15 cm 상부에 pp mat, 수평배수재 30 cm, pp mat, 성토재 20 cm 순으로 포설하고 동일한 유량 공급시 배수시간, 배수량 및 간극수압 변화를 측정하였다.
- 막힘 현상을 방지하기 위한 대책으로 성토층과 점토층사이에 pp mat를 포설하여 성토재와 점토의 혼입을 차단 할 수 있는지를 확인하였다. 또한 기존 수평배수재로 사용해왔던 모래의 대체 재료로서 적합한지를 배수성능 측정을 통하여 확인하였다.
- 막힘 현상을 방지하기 위한 대책으로 성토층과 점토층사이에 pp mat를 포설하여 성토재와 점토의 혼입을 차단 할 수 있는지를 확인하였다. 또한 기존 수평배수재로 사용해왔던 모래의 대체 재료로서 적합한지를 배수성능 측정을 통하여 확인하였다.
- 수평배수층으로 혼입이 가장 클 경우는 강우시 상부 성토재의 이동이므로 이를 바탕으로 모형실험을 수행하였다. 모형토조 내에 유입되는 강우량은 1일 최대 117 mm/day로 조절한 후 시험을 실시하였다.
- 유량공급수조에서 조절된 물은 파이프를 통해 상부에 포설된 성토재와 수평배수층에 침투한 후 수평방향으로 배수되도록 하였다. 수평배수재와 성토 사이에 공극수압계를 삽입하고, 공극수압의 값이 일정할 때까지 물을 공급시킨 후에 실험을 실시하였다.
- 수평배수층으로 혼입이 가장 클 경우는 강우시 상부 성토재의 이동이므로 이를 바탕으로 모형실험을 수행하였다. 모형토조 내에 유입되는 강우량은 1일 최대 117 mm/day로 조절한 후 시험을 실시하였다.
- 순환골재와 쇄석은 sand mat 입도 범위에 벗어나므로 막힘 현상이 발생할 것으로 판단되어 실내모형실험과 NAVFAC 기준 (1986)을 참고로 3가지 입도범위기준으로 막힘 현상을 분석하였다.
- 시험방법은 Table 3과 같이 6개의 case별로 하부점토의 포설유무, 수평배수재의 상하부에 pp mat (인장강도: 49 kN/m) 포설 유무, 성토재의 포설 유무로 구분하여 막힘 현상을 실험하였다.
- 유량공급수조에서 조절된 물은 파이프를 통해 상부에 포설된 성토재와 수평배수층에 침투한 후 수평방향으로 배수되도록 하였다. 수평배수재와 성토 사이에 공극수압계를 삽입하고, 공극수압의 값이 일정할 때까지 물을 공급시킨 후에 실험을 실시하였다.
- 이에 따라 수평배수재의 막힘 현상을 검토하기 위하여 6개의 case 별로 투수계수와 배수량을 비교함으로써 성토재와 점토의 혼입으로 인해 배수성능에 변화를 분석하였다.
대상 데이터
- 모래, 순환골재, 쇄석의 입도분석 결과를 도로 시공시 적용되는 sand mat 시방서 기준과 비교하면 모래(해사)만 적용기준에 만족한다. 그 외의 경우는 조립토가 많이 포함되어 있어 기준에 벗어나 있지만 수평배수재로서 사용가능 여부를 판단하는 것이 목적이므로 투수계수가 상대적으로 큰 재료를 선정하였고 다른 재료와 혼합 없이 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 모래(해사), 순환골재 및 쇄석은 충남 당진군에서 구입하였다. 시험에 사용된 시료는 최대입경은 모래 2 mm(SA), 순환골재 25 mm(RA25), 쇄석 25 mm(CS25)의 시료를 사용하였다.
- 점토와 성토재 포설후 다짐은 각각의 재료에 공극이 생기지 않도록 나무막대를 이용하였다. 상부 성토재는 No.4체를 통과한 시료를 준비하고, 하부 점토는 현장에서 채취한 연약한 상태로 시험하였다.
- 본 실험에 사용한 모래(해사), 순환골재 및 쇄석은 충남 당진군에서 구입하였다. 시험에 사용된 시료는 최대입경은 모래 2 mm(SA), 순환골재 25 mm(RA25), 쇄석 25 mm(CS25)의 시료를 사용하였다. 투수시험에 사용된 시료의 물리적 특성 및 입경가적곡선은 Fig.
- 이에 따라 수평배수재의 막힘 현상 실험을 실시하기 위해 Fig. 3과 같이 높이(H) 72 cm, 폭(W) 40 cm, 길이(L) 176 cm, 배수높이(h) 23 cm로 철재와 아크릴로 제작하여 실험하였다.
- 점토와 성토재 포설후 다짐은 각각의 재료에 공극이 생기지 않도록 나무막대를 이용하였다. 상부 성토재는 No.
이론/모형
- 따라서 한국도로공사의 sand mat 시방기준, 국토해양부에서 제정한 순환골재 품질기준(성토용, 도로보조기층용), 실내모형실험, NAVFAC 기준 (1986)을 참고로 순환골재와 쇄석의 입도관리기준 범위를 제시하였다.
성능/효과
- 1. 연약지반 개량시에 점토와 수평배수층 사이에 pp mat가 없는 경우 (case 4)는 점토의 미세한 입자들이 상승하여 수평배수층의 막힘 현상이 발생하였고, 수평배수층 상하부 사이에 pp mat를 모두 제거할 경우(case 5)는 상부 성토재 혼입과 하부 점토 입자의 혼입으로 인해 배수성능 감소가 가장 크게 나타났다.
- 2. 수평배수층의 막힘 현상을 최소화하기 위한 방법은 수평배수층 상하부에 매트를 포설하는 것으로 나타났고, 실내모형실험 결과, 순환골재와 쇄석에 대하여 상하부에 매트를 포설한 경우 (case 6)는 포설하지 않은 경우 (case 5)보다 2.1 배 이상 배수성능이 향상되었다.
- 3. 매트를 포설하지 않았을 경우 상부 성토재의 미립자가 혼입되는 깊이는 2～4 cm 정도로 수평배수층 두께의 6.7～13.3% 범위이고, 하부 점토에서는 1～2 cm 정도로 수평배수층 두께의 3.3～6.7% 범위로 공극이 감소하여 토사유입에 의한 순환골재와 쇄석의 통수단면감소는 작은 것으로 나타났다.
- 4. 순환골재와 쇄석의 입도기준 범위를 실내시험을 바탕으로 연약지반에서 수평배수재로 활용할 수 있도록 적합한 기준 범위를 제시하였다.
- 따라서 기존에 수평배수재로서 사용되어 왔던 모래의 대체 재료로서 순환골재 및 쇄석은 충분한 배수성능을 나타내어, 현장 적용 시 우수한 수평배수재로서 사용가능할 것으로 평가되었다.
- 또한, 하부 점토가 수평배수층으로 혼입되는 깊이는 순환골재 약 2 cm 정도, 쇄석은 약 1 cm 정도로 이는 수평배수층 두께의 3.3～6.7% 범위로 공극이 감소하여 전체적으로 토사유입에 의한 순환골재 및 쇄석의 통수단면감소는 작은 것으로 나타났다.
- 시험결과 순환골재와 쇄석의 물리적 특성은 최대치수, 수정 CBR, 소성지수, 이물질 함유량 등은 순환골재 품질기준 (성토용, 도로보조기층용)에 만족하고 있다. 통일 분류법 (USCS)에 의한 입도는 GP로 나타났고, 균등계수 (Cu)는 1.
- 실험 결과 투수계수가 작게 측정되었을 경우는 성토재와 점토가 수평배수층내로 혼입되어 막힘 현상이 발생되고 배수성능이 감소하는 것으로 판단하였다.
- 위와 같은 case 1～case 6 시험 결과로부터 수평투수계수는 상부 성토재와 하부 점토의 혼입으로 인해 배수성능이 떨어지는 것을 확인할 수 있었고, 이와 같은 방지대책으로 pp mat가 막힘 현상을 최소화 하는데 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 이러한 막힘 현상을 최소화하기 위한 대책으로 수평배수층 상하부에 pp mat 를 포설하여 배수성능을 실내모형실험으로 분석한 결과, 순환골재 25 mm와 쇄석 25 mm에 대하여 상하부에 pp mat를 포설한 경우는 포설하지 않은 경우보다 2.1배 정도 배수성능이 향상되었다.
- 시험결과 순환골재와 쇄석의 물리적 특성은 최대치수, 수정 CBR, 소성지수, 이물질 함유량 등은 순환골재 품질기준 (성토용, 도로보조기층용)에 만족하고 있다. 통일 분류법 (USCS)에 의한 입도는 GP로 나타났고, 균등계수 (Cu)는 1.8로 나타났다.
후속연구
- 현장시공시에는 실내모형실험보다 열악한 조건이므로 강우시 성토재와 점토의 미세한 입자의 혼입으로 인해 순환골재 및 쇄석에 막힘 현상이 발생되어 배수성능 감소가 클 것으로 예측되므로 이와 같은 배수성능 감소현상을 해결하기 위한 방법으로 pp mat의 포설이 필요할 것으로 판단된다.
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