본 연구의 목적은 쇄석배수층에 설치된 토목섬유의 효율성을 실험을 통해 검증하고자 하였다. 지지력 보강 역할을 수행하는 PET매트는 재하실험을 수행하여 효율성을 검증하였다. 또한, 폐색 방지 역할을 수행하는 PP매트는 하중재하와 강우 침투, 성토재의 특성에 따른 폐색 조건을 찾고 폐색에 의한 통수능 변화량를 파악하였다. PET매트의 재하실험 결과, PET매트가 설치되지 않으면 쇄석이 점토지반에 관입되며 파괴되었으며, PET매트 설치시 연약지반의 보강효과가 큰 것을 알 수 있었다. 또한, PP매트가 없는 경우에는 성토재의 점착력이 작으면 쇄석배수층이 쉽게 폐색되며, 이로 인해 쇄석배수층의 통수능이 약 98%정도 감소되었다.
본 연구의 목적은 쇄석배수층에 설치된 토목섬유의 효율성을 실험을 통해 검증하고자 하였다. 지지력 보강 역할을 수행하는 PET매트는 재하실험을 수행하여 효율성을 검증하였다. 또한, 폐색 방지 역할을 수행하는 PP매트는 하중재하와 강우 침투, 성토재의 특성에 따른 폐색 조건을 찾고 폐색에 의한 통수능 변화량를 파악하였다. PET매트의 재하실험 결과, PET매트가 설치되지 않으면 쇄석이 점토지반에 관입되며 파괴되었으며, PET매트 설치시 연약지반의 보강효과가 큰 것을 알 수 있었다. 또한, PP매트가 없는 경우에는 성토재의 점착력이 작으면 쇄석배수층이 쉽게 폐색되며, 이로 인해 쇄석배수층의 통수능이 약 98%정도 감소되었다.
This study is to prove the efficiency of geo-synthetics on the crushed stone layer by experiments. The strength of PET mat as reinforcing soft ground was verified through the loading experiments. Also, PP mat was used to protect the blockage of crushed stone layer by the filled soil, whose efficienc...
This study is to prove the efficiency of geo-synthetics on the crushed stone layer by experiments. The strength of PET mat as reinforcing soft ground was verified through the loading experiments. Also, PP mat was used to protect the blockage of crushed stone layer by the filled soil, whose efficiency was examined according to loading and infiltration conditions. The crushed stones were penetrated into clay layer if the PET mat was removed, which was verified by loading experiments. In addition, the cohesioness of soil without PP mat made the blockage of stone layer easily, which reduced the infiltration capacity by about 98%.
This study is to prove the efficiency of geo-synthetics on the crushed stone layer by experiments. The strength of PET mat as reinforcing soft ground was verified through the loading experiments. Also, PP mat was used to protect the blockage of crushed stone layer by the filled soil, whose efficiency was examined according to loading and infiltration conditions. The crushed stones were penetrated into clay layer if the PET mat was removed, which was verified by loading experiments. In addition, the cohesioness of soil without PP mat made the blockage of stone layer easily, which reduced the infiltration capacity by about 98%.
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문제 정의
본 연구의 목적은 쇄석배수층에 설치된 토목섬유의 효율성을 실험을 통해 검증하고자 하였다. 쇄석배수층의 장비주행성 확보를 목적으로 설치된 PET매트의 효율성을 검증하기 위해, PET매트의 설치 유무에 따른 지지력을 실험을 수행하였다.
PP매트의 미설치 시 점착력이 없는 주문진 표준사를 성토재로 사용할 경우, 쇄석배수층이 폐색되는 것을 알 수 있었다. 본 절에서는 쇄석배수층의 폐색으로 인한 통수능 감소량을 측정하였다. Fig.
본 연구의 목적은 쇄석배수층에 설치된 토목섬유의 효율성을 실험을 통해 검증하고자 하였다. 쇄석배수층의 장비주행성 확보를 목적으로 설치된 PET매트의 효율성을 검증하기 위해, PET매트의 설치 유무에 따른 지지력을 실험을 수행하였다. 성토재의 침투로 인한 쇄석배수층 폐색 방지를 목적으로 설치된 PP매트의 효율성을 검증하기 위해, 하중재하와 강우 침투 등 여러 현장조건을 모형실험에서 재현하여 PP매트 설치 유무에 따른 혼재량을 측정하였다.
또한, 수평배수층의 상・하에는 토목섬유를 설치하고 있다. 수평배수층에 설치되는 토목섬유의 목적은 연약지반의 장비주행성 확보와 상부 성토재의 혼재로 인한 배수층의 폐색 등을 방지하여 장기간의 통수능력을 확보하기 위함이다.
제안 방법
Fig. 12(a)와 같이 토조 내 쇄석배수층을 50cm 설치한 후 상부에서 건조된 표준사를 포설하였다. Fig.
(c)와 같이 소형재하판(40cm×40cm)을 이용하여 하중재하에 따른 성토층의 폐색 정도를 측정하였다.
3) 점착력이 없는 흙의 폐색 등의 세 가지 조건으로 실험을 수행하였다.
PET매트 미설치시 상재하중을 100kPa, 200kPa, 300kPa, 400kPa, 500kPa, 600kPa의 6단계로 재하시켜가며 침하량 및 주변 지반의 융기량을 측정하였다.
PET매트 설치유무에 따른 쇄석배수층의 거동을 알아보기 위해 PET매트의 지지력 실험을 수행하였다. 모형 실험토조 제작 시 Table 2에 보인바와 같은 연약지반에 사용되는 장비접지압을 고려하여 제작하였으며, 최대 600kPa까지 하중재하가 가능하도록 제작하였다.
9는 강우 침투에 의한 쇄석배수층과 성토층의 폐색 실험과정을 나타낸 것이다. 강우 침투는 최악의 조건을 재현하기 위해 상부에 물이 저류되도록 하였으며 물조리개를 이용하여 세굴이 발생되지 않토록 실험을 수행하였다.
성토재의 침투로 인한 쇄석배수층 폐색 방지를 목적으로 설치된 PP매트의 효율성을 검증하기 위해, 하중재하와 강우 침투 등 여러 현장조건을 모형실험에서 재현하여 PP매트 설치 유무에 따른 혼재량을 측정하였다. 또한, 통수능 실험을 수행하여, PP매트가 설치된 쇄석배수층과 PP매트가 설치되지 않아 폐색된 쇄석배수층의 통수능 변화량을 판단하였다.
먼저 PP매트의 설치로 인해 성토재가 폐색되지 않은 상태에서 통수능 실험을 수행하였다. 먼저 실험토조에 점성토층과 쇄석배수층을 형성하였다.
먼저 PP매트의 설치로 인해 성토재가 폐색되지 않은 상태에서 통수능 실험을 수행하였다. 먼저 실험토조에 점성토층과 쇄석배수층을 형성하였다. Fig.
PET매트 설치유무에 따른 쇄석배수층의 거동을 알아보기 위해 PET매트의 지지력 실험을 수행하였다. 모형 실험토조 제작 시 Table 2에 보인바와 같은 연약지반에 사용되는 장비접지압을 고려하여 제작하였으며, 최대 600kPa까지 하중재하가 가능하도록 제작하였다. 점성토층 상부에 PET매트의 유무에 따라 쇄석을 10cm 포설한 후 하중(0~600kPa)을 증가시켜 가며 재하판의 침하 량과 주변의 융기량을 LVDT로 측정하였다.
쇄석배수층의 장비주행성 확보를 목적으로 설치된 PET매트의 효율성을 검증하기 위해, PET매트의 설치 유무에 따른 지지력을 실험을 수행하였다. 성토재의 침투로 인한 쇄석배수층 폐색 방지를 목적으로 설치된 PP매트의 효율성을 검증하기 위해, 하중재하와 강우 침투 등 여러 현장조건을 모형실험에서 재현하여 PP매트 설치 유무에 따른 혼재량을 측정하였다. 또한, 통수능 실험을 수행하여, PP매트가 설치된 쇄석배수층과 PP매트가 설치되지 않아 폐색된 쇄석배수층의 통수능 변화량을 판단하였다.
쇄석배수층이과 성토재로 폐색되는 것을 억제하기 위해 설치되는 PP매트의 효능을 검증하기 위해 재료분리 검증실험을 수행하였다. 실험조건은 1) 하중재하에 의한 폐색, 2) 강우 침투에 의한 폐색,3) 점착력이 없는 흙의 폐색 등의 세 가지 조건으로 실험을 수행하였다.
본 연구의 목적은 쇄석배수층에 설치된 토목섬유의 효율성을 실험을 통해 검증하고자 하였다. 이를 위해 쇄석배수층의 장비주행성 확보을 위한 PET매트의 지지력 실험과 성토재와의 폐색을 방지하기 위한 PP매트의 폐색 및 통수능 실험을 수행하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
점성토층 상부에 PET매트를 설치한 후 상재하중을 100kPa, 200kPa, 400kPa, 600kPa의 4단계로 재하시켜가며 침하량 및 주변 지반의 융기량를 측정하였다. 배수 층에 사용된 쇄석은 일반적으로 현장에서 가장 많이 사용되는 25mm 쇄석을 이용하였다.
모형 실험토조 제작 시 Table 2에 보인바와 같은 연약지반에 사용되는 장비접지압을 고려하여 제작하였으며, 최대 600kPa까지 하중재하가 가능하도록 제작하였다. 점성토층 상부에 PET매트의 유무에 따라 쇄석을 10cm 포설한 후 하중(0~600kPa)을 증가시켜 가며 재하판의 침하 량과 주변의 융기량을 LVDT로 측정하였다.
15(a) 와 같이 표준사로 폐색된 수평배수층을 불포화상태로 만들었다. 주문진 표준사로 폐색된 쇄석배수층의 유입량과 유출량, 누적유입량과 누적유출량을 측정하고 내부의 수위변화를 측정하였다.
초기 건조된 주문진 표준사의 영향을 줄이기 위해 수위를 20cm까지 상승시켜 모관흡수력에 의한 불포화영역을 재현한 후 물을 배수시켜 Fig. 15(a) 와 같이 표준사로 폐색된 수평배수층을 불포화상태로 만들었다.
통수능 실험 결과를 이용하여 투수계수를 산정하였으며, Fig. 18과 같이 쇄석배수층의 내부 수위와 동수경사를 나타내었다.
17은 PP매트 설치로 인해 폐색되지 않은 쇄석배수층과 PP매트 설치하지 않아 주문진 표준사로 폐색된 쇄석배수층의 통수능 실험 결과이다. 통수능 실험에서 측정된 유입량과 유출량, 누적유입량과 누적 유출량, 내부 수위변화를 나타내었다.
대상 데이터
점성토층 상부에 PET매트를 설치한 후 상재하중을 100kPa, 200kPa, 400kPa, 600kPa의 4단계로 재하시켜가며 침하량 및 주변 지반의 융기량를 측정하였다. 배수 층에 사용된 쇄석은 일반적으로 현장에서 가장 많이 사용되는 25mm 쇄석을 이용하였다.
성토재에 포함된 세립분의 점착력으로 인해 쇄석배수층이 폐색되지 않았다. 성토재의 점착력에 의한 폐색 정도를 판단하기 위해 점착력이 없는 주문진 표준사를 성토재로 사용하여 실험을 수행하였다.
실내시험을 위해 Fig. 1과 같이 제작한 모형토조는, 현장 조건 재현을 위해 점성토 토조(L=80cm, B=40cm, H=30cm), 쇄석 토조(L=80cm, B=40cm, H=60cm), 성토재 토조(L=80cm, B=40cm, H=30cm)를 별도로 제작하였다. 또한, 누수가 발생하기 않도록 모형토조 내부에 방수테이프를 설치하였다.
깊이별로 비슷한 공학적 특징 및 강도를 나타내며, 세 구간의 점성토 모두 통일분류법상 CL로 분류된다. 실내실험을 위한 점성토는 약 4.0m 지점에서 채취하였다.
주문진 표준사로 폐색된 후의 단면적은 40cm × 21.22cm이며, 시료의 두께는 80cm, 시료 상하면의 수두차는 12cm, 시험에 소요된 시간은 10min, 시간 t동안의 유량은 24,180cm3이다.
성능/효과
(1) PET매트 설치 시 재하실험 결과, 100~600kPa 재하 시까지 침하량은 29.19mm로 나타났으며, 쇄석이 점성토층에 직접 관입되지 않았고 PET매트의 상태도 양호하였다. 하중-침하량 곡선에서도 항복점이 발생되지 않았다.
(2) PET매트 미설치 시 재하실험 결과, 300kPa 재하 시부터 침하량은 33.52mm로 나타났고, 600kPa 재하시 최종 119.58mm까지 침하되었다. 쇄석이 점성토 층에 직접 관입되었으며, 하중-침하량 곡선에서 항복지지력은 378.
(3) PP매트 설치로 인해 쇄석배수층이 폐색되지 않았을 경우, 투수계수는 17.58cm/sec로 산정되었으며, PP 매트가 설치되지 않아 쇄석배수층이 폐색되었을 경우에는 투수계수가 0.3165cm/sec로 나타났다. PP매트를 설치하지 않아 점착력이 없는 성토재로 폐색될 경우, 통수능은 약 98.
3165cm/sec로 나타났다. PP매트를 설치하지 않아 점착력이 없는 성토재로 폐색될 경우, 통수능은 약 98.2%정도 감소되는 것으로 나타났다. 따라서, 성토재와 쇄석배수층 간의 층분리를 위해 설치되는 PP매트가 없을 경우, 성토재의 점착력이 없는 사질토라면 상당한 통수능 감소가 유발될 수 있음을 알 수 있다.
PP매트의 미설치 시 점착력이 없는 주문진 표준사를 성토재로 사용할 경우, 쇄석배수층이 폐색되는 것을 알 수 있었다. 본 절에서는 쇄석배수층의 폐색으로 인한 통수능 감소량을 측정하였다.
Table 3은 PET매트의 설치 유무에 따른 재하시험의 침하량을 나타낸 것이다. 덤프트럭을 제외한 연약지반에서 사용되는 건설장비(대형도저)의 접지압보다 큰 100kPa 재하 시, 침하량은 PET매트 설치 시에 5.06mm, PET매트 미설치 시 12.14mm로 나타났다. 600kPa 재하시, PET 매트 설치 시에 29.
4(c)). 또한, 재하시험 후 쇄석층을 제거하고 PET매트의 상태를 확인한 결과, 손상된 부분 없이 상태가 양호하여 쇄석이 점토에 직접 관입되지 않았다.
실험 결과를 이용하여 PP매트 설치로 인해 폐색되기 전과 PP매트 미설치로 인해 주문진 표준사로 폐색된 후에 각 조건에서의 투수계수를 산정한 결과, 폐색 전에는 17.58cm/sec 폐색 후에는 0.3165cm/sec로 나타났다. 쇄석배수층이 폐색되면, 다음 식 (4)와 같이 투수계수가약 98.
8(b)는 수평배수층과 성토층의 경계단면을 보여준다. 실험결과, 최종하중 600kPa 재하 시까지 두 층의 폐색영역이 거의 발생되지 않았으며, 이는 40cm의 성토층이 충분한 지지력을 발휘하여 상부 집중하중을 견딜 수 있으므로, 성토층이 쇄석층에 관입되지 않았다는 것을 의미한다.
11과 Table 4는 성토재와 주문진 표준사의 체분석과 비중 시험 결과를 나타낸 것이다. 이를 살펴보면 성토재의 경우, 양질의 토사로 세립분 함유량이 3.5%이며 통일분류법상 SW로 나타났고 주문진 표준사의 경우 세립분 함유량이 0%이며 통입분류법상 SP로 나타났다.
점착력이 없는 주문진 표준사를 성토재로 이용한 실험 결과, 성토재에 점착력이 없을 경우 하중재하 및 강우 등의 외부영향이 없이도 쉽게 쇄석배수층으로 폐색되는 것을 알 수 있었다.
4(c)는 600kPa 재하 시이다. 최종하중 600kPa 재하 시, 재하부분의 쇄석층은 침하되고 주변의 비재하부분은 융기되는 것을 볼 수 있었다(Fig. 4(c)).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
쇄석배수층을 경계로 서로 다른 세 가지 재료(점성토, 쇄석, 토사)간의 역학적, 수리학적 거동들로 인해 쇄석배수층의 소요 성능 (지지력, 통수능)을 장기간 구현 시, 발생하는 문제점은?
연약지반과 쇄석배수층이 접한 경계면에서는 상부 하중 재하로 인해 쇄석이 연약지반에 관입되며 과도한 소성변형을 유발하게 되고 건설장비의 과도한 주행으로 인해 최악의 경우 연약지반의 관입파괴가 발생된다. 또한, 쇄석배수층과 성토재가 접한 경계면에서는 흙의 입도분포, 배수재의 특성 그리고 지하수의 흐름과 우수 침투에 따라 입자의 유동이 여러 가지 형태로 나타난다. 양입도 지반에 타설된 배수재에 한 방향 지하수 흐름이 작용하면 지하수의 흐름과 함께 미세입자는 배수재를 통해 유실되는 정상이동이 발생된다. 흙의 입경보다 배수층의 입경이 상대적으로 클 경우, 많은 양의 입자가 유실되면서 큰 간극이 발생되고 유수의 흐름을 난류로 바뀌는 내적침식(Internal erosion) 현상이 발생되고, 흙이 빈입도를 갖는 경우에는 배수재의 간극 크기보다 작은 세립토는 배수재를 통하여 유실되고, 조립토는 배수 재에 잔류하는 형태로 Soil suffusion이 발생된다. 또한 철도나 임시도로 등과 같이 동적 하중을 받는 지역에 타설된 배수재의 경우에는 펌핑(Pumping)작용에 의해 세립토가 상부로 이동되는 파이핑(Piping) 현상이 발생할 수도 있다(John, 1987).
국내에서 시공되는 대부분의 연약지반 처리현장에서 적용되는 방법은?
국내에서 시공되는 대부분의 연약지반 처리현장에서는 프리로딩(Pre-loading)공법과 연직배수공법이 주로 적용되고 있다. 연직배수공법과 함께 과잉간극수의 원활한 배수를 위해 쇄석이나 양질의 모래를 이용하여 수평배수층을 시공하게 된다.
수평배수층에 설치되는 토목섬유의 목적은 무엇인가?
또한, 수평배수층의 상・하에는 토목섬유를 설치하고 있다. 수평배수층에 설치되는 토목섬유의 목적은 연약지반의 장비주행성 확보와 상부 성토재의 혼재로 인한 배수층의 폐색 등을 방지하여 장기간의 통수능력을 확보하기 위함이다.
참고문헌 (4)
Kim, S. K., Kim, H. T., and Kong, K. Y. (2001), "Evaluation of Required Discharge Capacity for Prefabricated Vertical Drains", Journal of Korea Geotechnical Society, Korea Geotechnical Society, Vol.7, No.1, pp.35-45.
Lee, J. Y., Chun, H. P., Jeong, W. C., and Lim, H. S. (2008), "A Study on Uilization of Recycled Aggregates as Lateral Drain for Soft Ground Improvement", Journal of Korea Geotechnical Society, Korea Geotechnical Society, Vol.24, No.10, pp.5-15.
Jung, K. H., Lee, Y. G., Lee, S. Y, Kim, J. S., and Kim, B. T. (2006), "The Design Case of Lateral Drain Using Crushed Stone Mat", Geotechnical Engineering, Korea Geotechnical Society, Vol.22, No.7, pp.28-39.
John, N. W. M. (1987), Geotextiles, Chapman and Hall.
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