연약지반에서 도로 확장공사는 지반의 특성으로 인해 우선 시행되는 확장 부 성토 시 발생되는 침하로 기존고속도로에 연동침하가 발생된다. 이 경우 지반침하 및 변형에 의한 포장 평탄성 불량, 차량 주행 안전성 저하, 구조물 안정성 감소 등 시공 및 기존도로 유지관리에서 많은 어려움을 유발한다. 특히 대심도 연약지반에서는 이와 같은 문제가 발생될 수 있는 여지가 대단히 높다. 따라서 이러한 문제점이 고려된 설계가 이루어져야 할 것이다. 본 연구에서는 연약지반 분포심도 최대 약 50m가 존재하는 남해고속도로 제2지선 확장공사를 대상으로 설계 VE를 통해 원 설계안에 대한 현황 및 한계점을 파악한 후 아이디어 도출, 평가, 분석을 통해 개선안을 제시하였다. 또한 개선안에 대한 원가절감, 성능 및 가치향상 평가를 실시하였다. 평가결과 원가 절감 효과가 발생하고, 기능 향상 효과도 발생하여 전체적으로 개선된 설계안이 원설계에 비해 가치가 향상되는 것으로 나타났다.
연약지반에서 도로 확장공사는 지반의 특성으로 인해 우선 시행되는 확장 부 성토 시 발생되는 침하로 기존고속도로에 연동침하가 발생된다. 이 경우 지반침하 및 변형에 의한 포장 평탄성 불량, 차량 주행 안전성 저하, 구조물 안정성 감소 등 시공 및 기존도로 유지관리에서 많은 어려움을 유발한다. 특히 대심도 연약지반에서는 이와 같은 문제가 발생될 수 있는 여지가 대단히 높다. 따라서 이러한 문제점이 고려된 설계가 이루어져야 할 것이다. 본 연구에서는 연약지반 분포심도 최대 약 50m가 존재하는 남해고속도로 제2지선 확장공사를 대상으로 설계 VE를 통해 원 설계안에 대한 현황 및 한계점을 파악한 후 아이디어 도출, 평가, 분석을 통해 개선안을 제시하였다. 또한 개선안에 대한 원가절감, 성능 및 가치향상 평가를 실시하였다. 평가결과 원가 절감 효과가 발생하고, 기능 향상 효과도 발생하여 전체적으로 개선된 설계안이 원설계에 비해 가치가 향상되는 것으로 나타났다.
Expansion of a roadway on a soft ground can cause settlement of the existing road during embankment construction due to the consolidation characteristics of the soft soil. Many problems related to construction and maintenance, such as deterioration of the surface, decreased safety, and decreased str...
Expansion of a roadway on a soft ground can cause settlement of the existing road during embankment construction due to the consolidation characteristics of the soft soil. Many problems related to construction and maintenance, such as deterioration of the surface, decreased safety, and decreased structural stability, could affect the existing road. This scenario is especially true if the roadway foundation is a deep thick soft ground. Therefore, engineers should carefully select a proper design based on the characteristics of the soil layer. In this study, the expansion of the second branch of the Namhae Expressway was selected as the target site because this expressway has been constructing on a soft soil layer approximately 50 m thick. The original design was reviewed, problems were discussed and alternative was proposed through value engineering job plan phases: investigation, speculation, evaluation, development and presentation. In addition, the proposed alternative was evaluated on cost, function and value improvement. Compared to the original design, the proposed alternative saved cost and improved the function and overall value.
Expansion of a roadway on a soft ground can cause settlement of the existing road during embankment construction due to the consolidation characteristics of the soft soil. Many problems related to construction and maintenance, such as deterioration of the surface, decreased safety, and decreased structural stability, could affect the existing road. This scenario is especially true if the roadway foundation is a deep thick soft ground. Therefore, engineers should carefully select a proper design based on the characteristics of the soil layer. In this study, the expansion of the second branch of the Namhae Expressway was selected as the target site because this expressway has been constructing on a soft soil layer approximately 50 m thick. The original design was reviewed, problems were discussed and alternative was proposed through value engineering job plan phases: investigation, speculation, evaluation, development and presentation. In addition, the proposed alternative was evaluated on cost, function and value improvement. Compared to the original design, the proposed alternative saved cost and improved the function and overall value.
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문제 정의
본 연구는 대심도 연약지반에서 기존 고속도로를 확장하는 공사를 수행하는데 있어 적합한 설계 방안을 찾기 위해 진행되었다. 이를 위해 남해고속도로 제2지선 확장공사 설계에 대한 VE결과를 연구 대상으로 활용하였다.
본 연구는 대심도 연약지반이 분포된 남해고속도로 제2지선 확장공사에 대한 VE 사례로 원설계에서 제시된 기존도로 제거 및 연약지반 처리 방안에 대한 한계점을 안전성, 시공성, 경제성 등의 측면에서 파악하고 이를 해결할 수 있는 대안을 제시하였다. VE는 Job plan 절차에 의해 진행되었으며 대안은 연약지반의 침하로 인한 문제를 가능한 최소화 시킬 수 있는 상재하중경감과 종단선형조정이 반영되었다.
제안 방법
선정된 기능은 종단선형 조정과 기존도로 지반안정이다. 그 다음 이 기능에 대한 개인별, 집단별 브레인스토밍과 기존 설계자료 검토를 통하여 기능별 아이디어를 창출하고(창조단계) 분석평가(분석평가단계)를 거쳐 최적의 대안(구체화개발 및 제안단계)을 선정하였다: 기존도로 하부 연약지반 무처리에 따른 평면 및 종단 선형 조정. 내용을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
나머지 구간은 모래와 자갈을 이용한 MAT(모래, 자갈, 암버력) 시공 후 성토체를 구축한 관계로 운영 중 장기적이고 지속적인 압밀침하가 발생되었다. 그래서 기존도로 제체를 제거하고 압밀촉진을 위한 연직배수재를 타설하고 preloading 을 재하하는 것이 경제적으로 유리하고 잔류침하에 대한 장기적인 안정성이 확보되는 것으로 판단하여 다음 Fig. 3과 같은 기존 고속도로 처리공법을 원설계에 적용하였다.
기존도로의 제체를 제거한 후 연직배수공법을 적용하는 원설계는 공정의 복잡성, 공사기간의 과다 소요, 제체 제거토의 사토장 및 운반의 어려움, 제체 제거 후 Plastic Board Drain(PBD) 연직배수재 적용을 위한 항타 작업 시 매립층 재료로 과거에 사용된 자갈, 암버력 등 조립질 재료의 저항으로 인한 관입의 어려움, 장기간 안정된 하부지반의 연직배수재의 재시공으로 지반교란에 따른 강도저하 등을 내포 하고 있는 것으로 나타났다. 또한 원설계에서는 종단설정에 있어서도 기존도로 제거 후 연약지반 개량 후 토사를 성토하여 도로 종단을 상향조정하고 신설도로와 맞추는 것으로 계획하였다. 하지만 이럴 경우 일부구간에서는 침하량이 2m이상(최대 5.
시공성, 안정성, 경제성, 유지관리, 환경성 등에 중점을 두고 성능(기능) 향상 효과 평가가 이루어졌다. 각 항목별 구체적인 평가 내용은 Table 3과 같다.
1에서 언급된 기존 설계안에 내포된 여러 문제점를 해소하기 위해서는 설계안의 개선이 필요하다. 이를 위해 먼저 FAST Diagram 분석을 토대로 기능간 Cost를 분석하고, DARE(Decision Alternative Ratio Evaluation System) 법에 의거 기능별 가치지수를 산정하여 중점개선 대상기능을 선정하였다. 선정된 기능은 종단선형 조정과 기존도로 지반안정이다.
정보수집단계에서 대상노선의 주요기능들의 관계를 파악하기 위해 FAST(Function Analysis System Technique) Diagram을 작성하고 FAST Diagram을 통하여 원설계의 포괄적인 이해와 더불어 문제점과 비용 및 요구되는 기능이 어떤 관계가 있는지 분석이 이루어졌다. Fig.
초기공사비와 유지관리비를 기준으로 원가 절감을 산정하여야 하나 유지관리비용은 일상적 보수에만 해당되어 초기공사비만을 기준으로 분석하였다. 기존도로 존치, 연약지반 무처리, 종단하향조정과 평면선형 분리를 통해 절감할 수 있는 금액은 30억 정도이다.
각 항목별 구체적인 평가 내용은 Table 3과 같다. 평가는 항목별 등급을 가치향상 중요도에 따라 5에서 1로 다섯 단계를 적용하였다. 평가 결과(Table 4, Fig.
대상 데이터
본 연구는 대심도 연약지반에서 기존 고속도로를 확장하는 공사를 수행하는데 있어 적합한 설계 방안을 찾기 위해 진행되었다. 이를 위해 남해고속도로 제2지선 확장공사 설계에 대한 VE결과를 연구 대상으로 활용하였다. VE는 Job plan 이라 불리는 정보수집단계, 창조단계, 분석평가단계, 구체화개발단계, 제안단계로 구분되는 절차에 따라 진행되었다.
성능/효과
8% 나타나 상당히 성능이 향상됨을 알 수 있다. 가치 향상 효과 분석 결과 가치점수(V)는 개선 설계안의 경우 181점으로 원 설계에 비해 가치향상도가 2.48로 나타나 가치 향상이 발생됨을 알 수 있다.
Table 2는 공종별 금액의 감소를 보여주고 있다. 개선 설계안을 통해 공사비를 26.8%를 절감할 수 있다.
, 2003). 기존도로의 제체를 제거한 후 연직배수공법을 적용하는 원설계는 공정의 복잡성, 공사기간의 과다 소요, 제체 제거토의 사토장 및 운반의 어려움, 제체 제거 후 Plastic Board Drain(PBD) 연직배수재 적용을 위한 항타 작업 시 매립층 재료로 과거에 사용된 자갈, 암버력 등 조립질 재료의 저항으로 인한 관입의 어려움, 장기간 안정된 하부지반의 연직배수재의 재시공으로 지반교란에 따른 강도저하 등을 내포 하고 있는 것으로 나타났다. 또한 원설계에서는 종단설정에 있어서도 기존도로 제거 후 연약지반 개량 후 토사를 성토하여 도로 종단을 상향조정하고 신설도로와 맞추는 것으로 계획하였다.
VE는 Job plan 절차에 의해 진행되었으며 대안은 연약지반의 침하로 인한 문제를 가능한 최소화 시킬 수 있는 상재하중경감과 종단선형조정이 반영되었다. 또한 제시된 대안에 대한 원가절감, 성능 및 가치향상 평가를 실시하여 대안의 우수성을 확인하였다.
8% 절감할 수 있다. 시공성, 안정성, 경제성, 유지관리, 환경성 등에 중점을 두고 성능(기능) 향상 효과 평가 결과 성능점수(F)가 73(원설계)에서 132(개선안)로 증가하고 기능향상지수(FI)가 80.8% 나타나 상당히 성능이 향상됨을 알 수 있다. 가치 향상 효과 분석 결과 가치점수(V)는 개선 설계안의 경우 181점으로 원 설계에 비해 가치향상도가 2.
제안된 설계 개선안에 대한 가치개선 평가 결과 다음과 같은 성과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 원가절감 효과 분석 결과 개선안을 통해 절감할 수 있는 금액은 30억 정도로 공사비를 26.8% 절감할 수 있다. 시공성, 안정성, 경제성, 유지관리, 환경성 등에 중점을 두고 성능(기능) 향상 효과 평가 결과 성능점수(F)가 73(원설계)에서 132(개선안)로 증가하고 기능향상지수(FI)가 80.
평가는 항목별 등급을 가치향상 중요도에 따라 5에서 1로 다섯 단계를 적용하였다. 평가 결과(Table 4, Fig. 7) 개선안을 적용하면 기능점수(F)가 73에서 132로 증가하고 기능향상지수(FI)가 80.8% 나타나 상당히 성능이 향상됨을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구의 정보수집단계에서의 작업 내용은?
정보수집단계에서 대상노선의 주요기능들의 관계를 파악하기 위해 FAST(Function Analysis System Technique) Diagram을 작성하고 FAST Diagram을 통하여 원설계의 포괄적인 이해와 더불어 문제점과 비용 및 요구되는 기능이 어떤 관계가 있는지 분석이 이루어졌다. Fig.
연약지반에서 도로확장공사는 무엇으로 인해 기존 고속도로에 연동 침하가 발생되는가?
하지만 연약지반 구간에서 고속도로 확장의 경우 기본적으로 고속도로의 교통소통 기능을 유지한 상태에서 단계별 교통전환을 하면서 확장이 이루어지고, 공사기간이 한정되어 있어 이 조건을 만족하기 어려운 실정이다. 연약지반에서 도로확장공사는 연약지반의 특성으로 인해 우선 시행되는 신설확장 부 성토 시 발생되는 침하로 기존고속도로에 연동침하가 발생된다. 이 경우 부등 침하 및 변형에 의한 포장 평탄성 불량, 차량 주행 안전성 저하, 구조물 안정성 감소 등의 문제를 유발한다(Kim et al.
기존 도로 제체를 제거 후 PBD 시공 시 지반교란으로 인한 연 동침하 등 지반안정화 저해요인이 발생 시 무엇으로 인해 공사 지연이 예상되는가?
기존 도로 제체를 제거 후 PBD 시공 시 지반교란으로 인한 연 동침하 등 지반안정화 저해요인이 발생될 수 있다. 기존도로 법면부 천공후 PBD 배수재 설치는 천공시간에 따른 공기 과다 소요인접공 시공에 따른 공벽붕괴 및 재천공, 관입공에 대한 별도의 공내충진작업 등 시공성 저하로 공사지연이 예상된다(Kim et al., 2012).
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