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문제 정의
- 본 연구에서는 원지반 상단에 준설해사로 매립한 부지에 단지성토로 인한 측방유동에 의한 지하매설관의 변형거동연구를 위하여 매립이 진행 중인 해안연약지반에 실험시공을 시행하였다. 현장 실험시공을 통하여 측방변형지반 속 지하매설관에 작용하는 측방토압을 저감하기 위해서 억지공법으로 성토지지말뚝을 적용하여 성토에 따른 측방변위 억지에 대한 효과를 평가하기로 하였고 성토에 의한 연약지반의 측방유동으로 인해 발생하는 지하매설관의 거동 억지를 분석하였다.
제안 방법
- 5m를 설계하였다. 5본을 설계한 이유는 매설관은 이음부에 응력이 집중하여 변형이 발생되는데 매설관 상단에 침하판을 설치하는 것을 고려하여 홀수로 설치하였고, 평면변형률 상태로 설치하는 성토체에 양질의 효과를 얻기 위해서는 매설관 길이가 길수록 유리하므로 5본으로 결정하였다. 또한, 매설관 부설후 부등침하를 방지하고 실제 지하매설관의 설치조건과 동일하게 하기 위해 원지반 상단에 약 0.
- 5본을 설계한 이유는 매설관은 이음부에 응력이 집중하여 변형이 발생되는데 매설관 상단에 침하판을 설치하는 것을 고려하여 홀수로 설치하였고, 평면변형률 상태로 설치하는 성토체에 양질의 효과를 얻기 위해서는 매설관 길이가 길수록 유리하므로 5본으로 결정하였다. 또한, 매설관 부설후 부등침하를 방지하고 실제 지하매설관의 설치조건과 동일하게 하기 위해 원지반 상단에 약 0.2m 두께로 40mm 이하 골재를 포설한 뒤 매설관을 부설하였고 되메우기를 한다.
- 성토는 총 3단계로 나누어 시행하였고, 3일간 매일 성토하는 것으로 계획하였다. 총 성토높이는 5m로 계획하였고 1단 성토는 2.
- 9와 같다. 성토전 지하매설관을 스캐닝후 침하와 수평변위 계측을 완료하고 지하매설관이 지장을 받지 않도록 굴착후 스캐닝하여 전후 결과를 Matching하여 분석하였다.
- 성토는 총 3단계로 나누어 시행하였고, 3일간 매일 성토하는 것으로 계획하였다. 총 성토높이는 5m로 계획하였고 1단 성토는 2.0m, 2단 성토는 1.5m, 3단 성토는 1.5m로 성토하는 것으로 하였다. 성토체 폭은 하부는 15m로 상부는 8m로 결정하였다.
- 침하판을 설치 후 지반이 안정화가 된 후 초기치를 설정하였다. 침하 측정은 성토 중에는 매일 시행하였고, 71일간에 걸쳐 총 10회의 계측을 시행하였다. 매설관의 누적침하량측정 결과를 깊이별로 살펴보면 Fig.
- 터파기 토사를 되메우기 후 침하판을 설치한다. 침하판은 지하매설관 중간지점 상단에 설치하여 침하판의 융기 및 침하를 관찰하는 것으로 하였다. 지중경사계는 성토로 인한 지중변위를 판단하기 위하여 재하성토의 영향을 가장 크게 받는 성토체 사면 끝단과 측방유동으로 인한 매설관의 거동을 확인하기 위하여 지하매설관 후면에 설치한다.
- 본 연구에서는 원지반 상단에 준설해사로 매립한 부지에 단지성토로 인한 측방유동에 의한 지하매설관의 변형거동연구를 위하여 매립이 진행 중인 해안연약지반에 실험시공을 시행하였다. 현장 실험시공을 통하여 측방변형지반 속 지하매설관에 작용하는 측방토압을 저감하기 위해서 억지공법으로 성토지지말뚝을 적용하여 성토에 따른 측방변위 억지에 대한 효과를 평가하기로 하였고 성토에 의한 연약지반의 측방유동으로 인해 발생하는 지하매설관의 거동 억지를 분석하였다.
대상 데이터
- 5m를 적용하였다. 매설관 부설연장은 5본(2.5m/본), 12.5m를 설계하였다. 5본을 설계한 이유는 매설관은 이음부에 응력이 집중하여 변형이 발생되는데 매설관 상단에 침하판을 설치하는 것을 고려하여 홀수로 설치하였고, 평면변형률 상태로 설치하는 성토체에 양질의 효과를 얻기 위해서는 매설관 길이가 길수록 유리하므로 5본으로 결정하였다.
- 본 실험부지의 지층은 지표면 하부 1.5～5.0m 구간에 서는 N치가 7 정도이고 하부로는 10m 까지는 N치가 2 정도의 연약한 점토로 나타났다. 점토층의 비배수전단 강도 cu는 약 0.
- 성토로 인한 측방유동 억지효과를 재현하기 위한 성토지지말뚝은 직경 100mm(t=2.3mm)의 강관을 사용하였다. 성토지지말뚝을 3 × 3열로 배치 관입하였고 말뚝 간격은 가로･세로 1.
- 성토지지말뚝을 3 × 3열로 배치 관입하였고 말뚝 간격은 가로･세로 1.5m이며 말뚝 길이는 6～10m로 결정하였다.
- 시험시공에 사용할 지하매설관은 오･우수관으로 가장 활용도가 높은 흄관(D=400mm)을 사용하였다. 매설관 부설 심도는 실험부지가 연약지반인 점을 감안하여 심도가 깊으면 별도의 흙막이벽체 설치가 필요하여 일반적인 오･우수관 부설심도의 가장 얕은 심도인 1.
- 실험시공 현장은 국내 서해안의 대표적인 연약지반 지대라 할 수 있는 경기도 안산･시화 지역의 해안매립 지반으로 시화방조제 시점과 인접한 곳이며 해안 연약 지반인 원지반 상단에 약 1.5m 정도를 준설 해사를 이용하여 매립한 상태이다. 특히, 본 현장을 실험시공 부지로 선정한 사유는 인근지역에 본 연구의 목적이라 할 수 있는 건축공사 터파기시 발생하는 되메우기 토사를 인접부지에 무분별한 성토로 지하매설관의 측방유동 파괴가 많이 발생하여 연구대상 부지의 조성이 완료된 후 입주과정에서도 유사한 지하매설관의 파괴가 발생할 것이 예상되어 본 연구의 실험부지 대상으로 선정하였다.
- 5m 정도를 준설 해사를 이용하여 매립한 상태이다. 특히, 본 현장을 실험시공 부지로 선정한 사유는 인근지역에 본 연구의 목적이라 할 수 있는 건축공사 터파기시 발생하는 되메우기 토사를 인접부지에 무분별한 성토로 지하매설관의 측방유동 파괴가 많이 발생하여 연구대상 부지의 조성이 완료된 후 입주과정에서도 유사한 지하매설관의 파괴가 발생할 것이 예상되어 본 연구의 실험부지 대상으로 선정하였다.
이론/모형
- 6과 같다. 초기의 침하관계를 자세히 확인하기 위하여 반대수축(semi- logarithmic)을 적용하여 정리하였다.
성능/효과
- (1) 연약지반상의 지하매설관 침하경향은 성토도중에는 융기가 되었다가 침하가 발생하였으며 점차 수렴하는 결과를 나타났고, 성토하중은 지하매설물의 안전성에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
- (2) 지하매설관의 연직변위 결과 무보강에서는 총 127mm 의 침하량이 발생되었고, 성토지지말뚝보강부위는 총침하량은 81mm가 발생되었다. 수평변위는 성토체 끝단에서 무보강의 경우 184.
- (3) 성토로 인한 지하매설관의 침하와 측방변위에 대한 억지대책으로 적용한 성토지지말뚝은 효과가 있는 것으로 분석되었고, 침하보다는 측방 변위에 더 효과적인 것으로 판단된다.
- 87배 변위가 발생하였다. 두 실험을 비교하면 무보강과 성토지지말뚝을 보강한 결과 성토체 끝단에서 성토지지말뚝 보강이 약 2.1배의 효과가 발생하였고, 지하매설관 끝단에서는 보강한 실험이 약 1.47배로 나타났다.
- 0m)에서는 성토체 방향으로 변위가 발생한 것으로 나타났다. 또한, 성토체 끝단에 설치한 경사계는 심도별로 변위를 받는 경향에 많은 차이가 있었으나 매설관 후면은 상대적으로 심도별 변위의 변화가 크지 않고 선형적으로 나타났다.
- 25 kgf/cm2이며, 내부마찰각은 25°～30°이다. 또한, 이 지역의 해성 퇴적토의 경우 통일분류법상 CL이 약 75%, CH가 약 15% 정도가 되며, 액성지수는 0.2～5.2의 매우 연약한 점토이며, 활성도는 1.86로 활성점토로 구분할 수 있다.
- 무보강 실험의 침하계측 결과는 성토 기간에는 매일 1mm 정도의 침하로 급격한 침하는 발생하지 않았고 총 127mm의 침하량이 발생되었고, 성토지지말뚝보강부위는 성토도중에는 아주 작은 값이지만 성토의 영향으로 지반이 융기되는 것으로 나타났고, 총침하량은 81mm가 발생되었다. 성토가 끝난후에 지속적으로 침하가 발생하는 경향을 보이고 있다.
- 성토체 끝단에서 3m 이격한 지점에서는 무보강 실험이 δ=1.28S+1.89로 나타났고, 성토지지말뚝 보강실험은 δ=0.73S+1.34로 나타나 성토지지말뚝에 대한 효과가 있는 것으로 확인되었다.
- 성토체 끝단지점에서 무보강 실험 결과 δ=2.61S+16.23로 나타났고, 성토지지말뚝 보강 실험에서는 δ=1.07S+0.81로 확인되었다.
- 13(a)는 무보강과 성토지지말뚝을 보강하였을 경우 변위에 대한 보강 효과를 나타낸 것이다. 심도에 따라 최소 1.74배에서 최대 4.65배 까지 평균 약 2배의 보강 효과가 있는 것으로 나타났다. 특히, 하부지반에서 대적으로 보강 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 이 실험 결과로 무보강실험의 경우 성토체 끝단이 3m 이격한 지하매설관 끝단보다 약 2.6배의 정도 크게 변위가 발생한 것으로 나타났고, 성토지지말뚝 보강실험에서는 성토체 끝단의 측방거동보다 약 1.87배 변위가 발생하였다. 두 실험을 비교하면 무보강과 성토지지말뚝을 보강한 결과 성토체 끝단에서 성토지지말뚝 보강이 약 2.
- 04mm로 나타났다. 지하매설관 뒤에서는 무보강에서는 69.6mm로 성토지지말뚝 보강에서는 47.1mm로 나타나 성토지지말뚝 보강이 침하나 수평변위 모두 보강 효과가 있는 것으로 확인되었다.
- 13(b)는 무보강과 성토지지말뚝을 보강하였을 경우 침하에 대한 보강 효과를 나타낸 것이다. 최소 1.0배에서 최대 1.7배 까지 평균 약 1.35배의 보강 효과가 있는 것으로 나타났다. 이로써 연약지반에 성토로 인한 지하매설관의 측방이동 방지를 위한 성토지지말뚝 보강의 효과는 침하보다 변위에 더 유리하다는 것을 알수 있다.
- 1mm로 나타났다. 최종적인 변위 방향은 하중 작용방향인 매설관측으로 나타났으나, 성토초기에는 하부지반(지표면 7.5～9.0m)에서는 성토체 방향으로 변위가 발생한 것으로 나타났다. 또한, 성토체 끝단에 설치한 경사계는 심도별로 변위를 받는 경향에 많은 차이가 있었으나 매설관 후면은 상대적으로 심도별 변위의 변화가 크지 않고 선형적으로 나타났다.
- 65배 까지 평균 약 2배의 보강 효과가 있는 것으로 나타났다. 특히, 하부지반에서 대적으로 보강 효과가 있는 것으로 나타났다. Fig.
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