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문제 정의
- 따라서 석회암 공동이 분포하는 고생대 석회암층에 계획된 구조물의 합리적인 시공을 위해서는 지질 및 암반특성을 정확하게 이해하는 것이 필요하며, 석회암 공동 분포특성에 적합한 보강 및 시공대책을 수립하여야 하므로 석회암 공동 분포구간에 계획된 구조물의 설계 및 시공사례를 통해 합리적인 시공방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- • 1차 시추조사 및 전기비저항 탐사에 의해 공동의 징후가 나타나는 곳에 공동의 존재 유무 및 분포상태를 파악하기 위해 정밀시추조사 및 탄성파 토모그래피를 실시하였다.
- • 보강공법 검토 - 암반과 공동의 위치에 따라 개량체를 조정하여 필요에 의한 구근을 형성하고 석회암 공동 지역의 지반개량효과가 우수하며 시공사례가 많은 고압분사공법 적용을 원칙으로 하며, 기초의 설치 위치에 따라 부분적으로 강관말뚝공법 + 고압분사공법을 적용하였다.
- • 보강구간 선정 - 상기의 공동분포 개소에 대한 수치해석(최대 침하량 검토)을 실시하여 허용기준치에 따른 안정성 검토를 수행하여 보강여부를 결정하였다.
- • 실시설계 시 적용한 침하량(전침하량, 부등침하량, 각변위) 및 지지력 기준에 따라 검토하였으며, 해석모델은 2D, 3D 해석을 모두 적용하였다.
- • 정밀시추조사 및 탄성파토모그래피를 통해 공동 내부 충진물, 공동심도 등을 파악하여 안정성 검토자료로 활용하였다.
- 가. 그라우팅 효과 검증을 위해 기초별 2공씩 시추조사를 시행하여 주입개량 범위 및 효과를 확인하였으며, 보강구간 변형특성을 확인하기 위해 공내재하시험을 1회/공 시행하였다.
- 기존 연구자료 및 설계사례를 고려하여 직접 직접기초의 경우 경제성 및 적용사례가 우수한 Ø1,200을 기본으로 적용하고, 말뚝기초의 경우 일반말뚝은 Ø1,000(직경* 2~3배), 현타말뚝은 Ø1,500 보강 직경을 적용하였다.
- 다. 또한 GPR탐사의 신뢰성을 확보하기 위해 2개의 측선(1,2차선)으로 조사를하였으며, 가탐심도 및 해상도를 고려하여 각 측선별로 3개의 주파수(50, 100, 500MHz)로 3회 탐사를 시행하였다. 추후 탐사 결과를 분석하여 정밀조사(천공 후 내시경카메라로 육안확인)를 시행하여 공동의 유무 및 규모를 파악하여 별도의 보강계획을 수립할 예정이다.
- 나. 또한 고압분사주입공 시공직경 및 보강심도는 동일하게 유지하고 물/시멘트비, 사용압력, Rod인발속도, 고화재 단위분사량, 고화재 배합비를 각각 달리하여 시험시공(2개소)을 실시한 후 시공효과 확인과정을 통해 최적의 시공조건을 설정하였다.
- 본 고속도로 건설공사 구간이 석회암지대(공동분포)를 통과함에 따라 계획된 구조물의 안정성 확보를 위해 설계단계에서부터 시추 및 정밀조사(토모그래피탐사 등)를 시행하였으며, 교량부 13개소를 포함한 총 23개소의 공동에 대한 안정성 검토를 통해 최종 9개소에 대한 공동 보강계획을 수립하였다. 또한 시공단계에 교량기초 확인 보링 시 공동이 추가로 발견됨에 따라 전체 기초에 대한 정밀조사를 다시 시행하여 전체 6개교량/41개소의 공동에 대한 보강계획을 수립하여 현재 고압분사공법을 적용하여 보강공사를 진행 중에 있다.
- 정밀조사결과 공동의 형태는 충식초기단계∼공동연결단계로 빈공동 보다는 충진공동이 대부분으로서 강도증진 효과가 우수하고 적용사례가 많은 고압분사주입공법을 적용하였다.
- 조사부분의 한계로 인해 특정 보강구간 등은 선정·보강설계는 시행하지 않았으나, 공동의 분포형태 및 규모별로 개략적인 보강방법을 제시하였다.
- 나. 특히 터널 하부공동은 공용 중 주행의 안정성에 영향을 미치는 것을 고려하여 전구간 조사계획을 수립하여 정밀조사를 시행하였으며, 공용 중 안정성을 고려하여 비용은 다소 고가이나, 조사결과의 신뢰도 확보가 유리하다고 판단되는 GPR탐사를 적용하였다.
대상 데이터
- 가. 교량기초 68개소(교각, 교대)에 대한 시추조사를 총 156공(교각 4공+교대 3공)을 시행하였으며, 46개소에서 공동을 확인하였으며, 설계 시 기 보강설계 완료된 5개구간을 제외한 석회암 공동이 발견된 41개소에 대한 정밀조사를 수행하였다.
성능/효과
- 나. 또한 개량강도 및 확산경 확인을 위해 말뚝 외곽측에서 확인코어링을 하였으며, 시멘트밀크 자체에 대한 강도확인을 위해 중앙부에서 확인코어링을 실시하였으며, 조사결과 일축압축강도는 기준강도(10Mpa)를 상회하는 것으로 확인되었다.
- 다. 상기의 보강계획(보강영역, 보강직경, 보강공수 등)에 대한 보강 후 기초별 안정성 검토 결과 침하량, 각변위 허용기준에서 모두 안정한 것으로 검토되었다.
- 충식초기단계∼공동연결단계 형태의 충진공동이 주를 이루고 있으며, 빈공동 보다는 충진공동(점토, 모래, 실트)이 우세하였고 빈공동은 등봉2교, 북평교에서 일부 분포하는 것으로 파악되었으며, 충진공동의 경우 0.1~898.9m3, 빈공동의 경우 0.2~101.5m3의 범위로 분포되었다.
후속연구
- 이에 따른 연계공정 지연 등에 따라 공정추진에 애로가 있었다. 따라서 석회암지대의 통과구간 노선계획 시는 설계단계에서부터 조사기준 강화를 통한 면밀한 조사 및 보강 계획의 수립이 필요할 것으로 판단된다.
- 또한 GPR탐사의 신뢰성을 확보하기 위해 2개의 측선(1,2차선)으로 조사를하였으며, 가탐심도 및 해상도를 고려하여 각 측선별로 3개의 주파수(50, 100, 500MHz)로 3회 탐사를 시행하였다. 추후 탐사 결과를 분석하여 정밀조사(천공 후 내시경카메라로 육안확인)를 시행하여 공동의 유무 및 규모를 파악하여 별도의 보강계획을 수립할 예정이다.
- 깎기구간의 경우 현장 토공사가 진행 중에 있으며, 시공 중에 소규모의 공동은 간헐적으로 발견되었으나, 보강조치가 필요한 중·대규모의 공동은 발견되지 않았다. 추후 토공사완료(노체공사) 시 도로노면 하부에 대한 공동조사(GPR탐사)를 시행할 계획이며, 조사결과에 따라 별도의 보강계획을 수립하여 조치할 예정이다.
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