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문제 정의
- 본 연구에서는 도로 및 구조물이 시공되는 연약점토지반의 침하 및 지지력 개선 방안으로 고화처리공법 적용 시 고화처리단면에 따른 침하 및 지지력 개선효과의 특성을 파악하고자 사례현장의 침하 및 지지력해석을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 1%로 나타났다. 잔류침하량이 허용침하량 이상으로 나타나 장기간에 침하를 유도하는 선행재하공법을 적용하기엔 공기가 부족한 현장이란 점을 고려하여 추가적인 대책공법이 필요한 상황이었으며 이에 대한 대안으로 연약점토지반의 침하 및 지지력을 개선하고자 일정기간 추가여성으로 선행재하 공법을 적용 후 고화처리공법을 적용하고자 하였다.
제안 방법
- 2차 선행재하공법을 적용 후 A, B, C 구간의 잔류침하량은 25.5㎝, 17.7㎝, 48.0㎝로 기준허용침하량 10㎝이상으로 산정되었으며 잔류침하량으로 인한 도로구간의 침하 문제가 발생될 것으로 판단되어 이에 대한 추가적인 대책공법으로 고화처리공법을 적용하여 연약지반에 대한 압밀해석을 수행하였다.
- 고화처리공법 적용 시 고화처리층을 지지층으로 지지력을 산정하였다. 각 구간별 허용지지력 산정시 극한지지력의 안전율 3을 적용하여 산정하였으며, 지지력을 산정한 결과 A구간의 극한지지력은 1108.
- 본 연구에서는 광양 ○○산업단지 공사현장내의 도로 및 구조물 시공구간 중 연구대상 3구간을 선정하여 지반의 물리ㆍ역학적 특성을 분석하고 구조물 시공조건, 고화처리 단면조건에 따라 유한요소해석프로그램 MidasGTS를 통해 압밀해석과 실내 및 현장시험결과를 바탕으로 지지력 산정을 수행하였다[5,6]. 도로 및 구조물이 시공되는 연약점토지반의 침하 및 지지력 개선방안으로 고화처리공법 적용 시 지반의 안정성 개선효과와 고화처리단면에 따른 침하 및 지지력 개선효과의 특성을 분석하였다.
- 본 연구에서는 광양 ○○산업단지 공사현장내의 도로 및 구조물 시공구간 중 연구대상 3구간을 선정하여 지반의 물리ㆍ역학적 특성을 분석하고 구조물 시공조건, 고화처리 단면조건에 따라 유한요소해석프로그램 MidasGTS를 통해 압밀해석과 실내 및 현장시험결과를 바탕으로 지지력 산정을 수행하였다[5,6]. 도로 및 구조물이 시공되는 연약점토지반의 침하 및 지지력 개선방안으로 고화처리공법 적용 시 지반의 안정성 개선효과와 고화처리단면에 따른 침하 및 지지력 개선효과의 특성을 분석하였다.
- 침하와 지지력에 대한 안정성을 확보할 수 있는 적합한 고화처리층의 폭과 심도를 변화하여 수치해석을 실시하였으며, Table 8은 계획여성까지 선행재하공법 적용 후 침하 및 지지력을 확보하고자 PC Box 시공저면에 적용된 고화처리층 해석단면조건을 나타낸 것이다. 수치해석프로그램 Midas-GTS를 이용하여 풍화잔류토, 성토재 및 고화처리층은 탄성재료, 점토지반은 수정 Cam-Clay모델을 이용하여 탄점소성재료로 모델링하여 2차원 압밀해석을 수행하였다. 각 구간별 지지력은 단일토층의 경우 Terzaghi식과 Meyerhof식으로 산정하였으며 이질토층의 경우 Meyerhof의 이질토층식으로 산정하였다.
- 연구대상현장의 도로 및 구조물 시공구간 중 연구대상 A, B, C 구간의 연약점토층의 기본물성과 토질정수를 파악하기 위해 각 구간별로 물리 및 역학적 실험을 수행하였으며, 그 결과는 Table 4와 같다.
- 연직배수공법(PBD)으로 개량중인 연약점토지반에 계획여성고까지 선행재하공법을 적용시킨 후 Barron의 압밀이론에 의거 평균압밀도를 산정하였으며 시료교란을 고려하여 Cv와 Ch의 값을 동일하게 적용하였다. 또한, 지지력은 단일토층의 경우 Terzaghi식과 Meyerhof식으로 산정하였으며 이질토층의 경우 Meyerhof의 이질토층식으로 산정하였다[8-10].
- 침하와 지지력에 대한 안정성을 확보할 수 있는 적합한 고화처리층의 폭과 심도를 변화하여 수치해석을 실시하였으며, Table 8은 계획여성까지 선행재하공법 적용 후 침하 및 지지력을 확보하고자 PC Box 시공저면에 적용된 고화처리층 해석단면조건을 나타낸 것이다. 수치해석프로그램 Midas-GTS를 이용하여 풍화잔류토, 성토재 및 고화처리층은 탄성재료, 점토지반은 수정 Cam-Clay모델을 이용하여 탄점소성재료로 모델링하여 2차원 압밀해석을 수행하였다.
대상 데이터
- 본 연구대상구간에서는 도로시공구간 하부 PC BOX 구조물이 설치되는 연약점토지반에 시공심도 1.0m 이상, 압축강도 180kPa 이상 확보되도록 시공기준이 적용되었으며 고화토층의 표준배합비는 Table 2와 같다.
데이터처리
- PC Box 및 도로시공 후 최종 계획단면에서 지표최대침하량에 대해 고화처리 단면에 따라 해석을 수행하였으며 Fig. 5 ～ Fig. 7은 Midas-GTS를 이용하여 해석한 결과를 나타내며, Table 10에 압밀해석결과 값을 나타내었다.
이론/모형
- 수치해석프로그램 Midas-GTS를 이용하여 풍화잔류토, 성토재 및 고화처리층은 탄성재료, 점토지반은 수정 Cam-Clay모델을 이용하여 탄점소성재료로 모델링하여 2차원 압밀해석을 수행하였다. 각 구간별 지지력은 단일토층의 경우 Terzaghi식과 Meyerhof식으로 산정하였으며 이질토층의 경우 Meyerhof의 이질토층식으로 산정하였다. 각 구간에 적용된 고화처리층 해석단면은 Fig.
- 의 값을 동일하게 적용하였다. 또한, 지지력은 단일토층의 경우 Terzaghi식과 Meyerhof식으로 산정하였으며 이질토층의 경우 Meyerhof의 이질토층식으로 산정하였다[8-10]. 연구대상 A, B, C 구간의 각 구간별 계획여성에 따른 압밀침하 해석단면과 도로시공구간 하부에 PC BOX 구조물 하부기초지반의 지지력 해석단면을 Fig.
성능/효과
- (1) 도로 및 구조물이 시공되는 연약점토지반에 고화처리공법을 적용 시 침하 및 지지력 개선효과가 뛰어난 것으로 나타났다.
- (2) 고화처리공법 적용 전보다 고화처리공법 적용 후 압밀침하량이 최소 53%에서 최대 82%까지 감소하여 압밀침하억제효과가 우수한 것으로 나타났다.
- (3) 고화처리공법 적용 시 고화처리 폭이 설치 구조물 폭의 2배 이상인 경우 고화처리 폭이 증가하여도 압밀침하 억제효과는 1～7%정도로 미소한 것으로 나타났다.
- (4) 고화처리 폭 6m, 심도 1m이상 적용시 고화처리 전보다 허용지지력이 2.3～3.3배정도 크게 증가한 것으로 나타나 고화처리공법을 적용하면 지지력 증대효과가 매우 우수함을 알 수 있었다.
- A구간 258.7㎝, B구간 197.5㎝, C구간 366.9㎝를 목표침하량으로 설계를 한 후 PBD공법을 적용하여 연약지반 개량 중이었으며, 현 시점에서 압밀해석을 수행하고 해석상 산정된 목표침하량을 기준으로 A, B, C 구간의 압밀도를 산정한 결과 76.7%, 75.8%, 77.1%로 나타났다. 잔류침하량이 허용침하량 이상으로 나타나 장기간에 침하를 유도하는 선행재하공법을 적용하기엔 공기가 부족한 현장이란 점을 고려하여 추가적인 대책공법이 필요한 상황이었으며 이에 대한 대안으로 연약점토지반의 침하 및 지지력을 개선하고자 일정기간 추가여성으로 선행재하 공법을 적용 후 고화처리공법을 적용하고자 하였다.
- 3배정도 증가한 것으로 나타났다. B구간의 검토 허용지지력의 경우 380.68kN/㎡으로 상부하중 112.50kN/㎡ 보다 큰 값으로 나타나 지지력에 대해 안정한 결과로 나타났다. 고화처리 전보다 허용지지력이 2.
- 고화처리공법 적용 시 고화처리층을 지지층으로 지지력을 산정하였다. 각 구간별 허용지지력 산정시 극한지지력의 안전율 3을 적용하여 산정하였으며, 지지력을 산정한 결과 A구간의 극한지지력은 1108.38～1466.04 kN/㎡, 허용지지력은 369.46～488.68kN/㎡으로 산정되었으며 안정검토에는 369.46kN/㎡을 적용하였다. B구간의 극한지지력은 1142.
- 0㎝ 침하량이 발생하여 기준허용침하량 10㎝ 보다 작은 값으로 나타나 침하에 대해 안정성을 확보하였다. 고화처리 전보다 침하량이 53～60% 감소하였으며 고화처리 폭이 2m 확대되면 침하량이 7% 정도 더 감소하는 것으로 나타났다. 또한, C구간에서 고화처리 폭 7m의 경우 9.
- 8㎝ 침하량이 발생하여 기준허용침하량 10㎝ 보다 작은 값으로 나타나 침하에 대해 안정성을 확보하였다. 고화처리 전보다 침하량이 76～77% 감소하였으며 고화처리 폭이 2m 확대되면 침하량이 1% 정도 더 감소하는 것으로 나타났다. B구간에서 고화처리 폭 7m의 경우 8.
- 8㎝ 침하량이 발생하여 기준허용침하량 10㎝ 보다 작은 값으로 나타나 침하에 대해 안정성을 확보하였다. 고화처리 전보다 침하량이 81～82% 감소하였으며 고화처리 폭이 2m 확대되면 침하량이 1% 정도 더 감소하는 것으로 나타났다. 고화처리공법이 적용된 A, B, C 모든 구간에서 설계하중 재하시 침하량이 억제되어 허용침하량 이내로 발생되는 것으로 나타났으며 동일구간에서 고화처리 폭이 2m 확대되면 침하량이 1～7% 더 감소하는 경향을 보였다.
- 83kN/㎡ 보다 큰 값으로 나타나 지지력에 대해 안정한 결과로 나타났다. 고화처리 전보다 허용지지력이 2.3배정도 증가한 것으로 나타났다. 고화처리공법이 적용된 A, B, C 모든 구간에서 고화처리 전보다 검토 허용지지력이 2.
- 50kN/㎡ 보다 큰 값으로 나타나 지지력에 대해 안정한 결과로 나타났다. 고화처리 전보다 허용지지력이 2.7배정도 증가한 것으로 나타났다. 또한, C구간의 검토 허용지지력의 경우 373.
- 50kN/㎡ 보다 큰 값으로 나타나 지지력에 대해 안정한 결과로 나타났다. 고화처리 전보다 허용지지력이 3.3배정도 증가한 것으로 나타났다. B구간의 검토 허용지지력의 경우 380.
- 고화처리공법 적용 전 A, B, C 구간의 PC BOX 구조물 기초지반의 검토 허용지지력은 86.53kN/㎡, 103.98 kN/㎡, 114.86kN/㎡로 산정되었으며 A, C구간의 경우 각 구간의 상부하중 83.50kN/㎡, 91.83kN/㎡보다 크게 산정되어 안정한 것으로 나타났으나 B구간의 경우 상부하중 112.50kN/㎡보다 작게 산정되어 불안정한 것으로 나타났다. 고화처리공법 적용 후 지지력해석결과 A구간의 검토 허용지지력의 경우 369.
-
4.3 침하 및 지지력 결과분석 및 고찰
고화처리공법 적용 전 A, B, C 구간의 잔류침하량은 25.5㎝, 17.7㎝, 48.0㎝로 기준허용침하량 10㎝ 이상으로 나타나 침하에 대해 불안정한 것으로 나타났다. 고화처리공법 적용 후 침하해석결과 A구간에서 고화처리 폭 6m의 경우 6.
- 50kN/㎡보다 작게 산정되어 불안정한 것으로 나타났다. 고화처리공법 적용 후 지지력해석결과 A구간의 검토 허용지지력의 경우 369.46kN/㎡으로 상부하중 83.50kN/㎡ 보다 큰 값으로 나타나 지지력에 대해 안정한 결과로 나타났다. 고화처리 전보다 허용지지력이 3.
- 0㎝로 기준허용침하량 10㎝ 이상으로 나타나 침하에 대해 불안정한 것으로 나타났다. 고화처리공법 적용 후 침하해석결과 A구간에서 고화처리 폭 6m의 경우 6.1㎝, 폭 8m의 경우 5.8㎝ 침하량이 발생하여 기준허용침하량 10㎝ 보다 작은 값으로 나타나 침하에 대해 안정성을 확보하였다. 고화처리 전보다 침하량이 76～77% 감소하였으며 고화처리 폭이 2m 확대되면 침하량이 1% 정도 더 감소하는 것으로 나타났다.
- 3배정도 증가한 것으로 나타났다. 고화처리공법이 적용된 A, B, C 모든 구간에서 고화처리 전보다 검토 허용지지력이 2.3～3.3배정도 크게 증가한 것으로 나타나 고화처리공법이 지지력 증대효과가 매우 우수한 것으로 확인되었다.
- 고화처리 전보다 침하량이 81～82% 감소하였으며 고화처리 폭이 2m 확대되면 침하량이 1% 정도 더 감소하는 것으로 나타났다. 고화처리공법이 적용된 A, B, C 모든 구간에서 설계하중 재하시 침하량이 억제되어 허용침하량 이내로 발생되는 것으로 나타났으며 동일구간에서 고화처리 폭이 2m 확대되면 침하량이 1～7% 더 감소하는 경향을 보였다. 본 연구대상 모든 구간에서 고화처리 전보다 고화처리 후 압밀침하량이 최소 53%에서 최대 82%까지 감소하여 압밀침하억제효과가 우수한 것으로 나타났으나 일정 개량 폭 이상인 경우 개량 폭이 증가하여도 압밀침하 억제효과는 최소 1%에서 최대 7%정도로 미소한 것으로 나타났다.
- 8㎝의 침하량이 발생하는 것으로 평가되었다. 고화처리공법이 적용된 A, B, C 모든 구간에서 설계하중 재하시 침하량이 억제되어 허용침하량이내로 발생되는 것으로 나타났으며 동일구간에서 고화처리 폭이 클수록 침하량이 감소되는 것으로 나타났다.
- 고화처리 전보다 침하량이 53～60% 감소하였으며 고화처리 폭이 2m 확대되면 침하량이 7% 정도 더 감소하는 것으로 나타났다. 또한, C구간에서 고화처리 폭 7m의 경우 9.2㎝, 폭 9m의 경우 8.8㎝ 침하량이 발생하여 기준허용침하량 10㎝ 보다 작은 값으로 나타나 침하에 대해 안정성을 확보하였다. 고화처리 전보다 침하량이 81～82% 감소하였으며 고화처리 폭이 2m 확대되면 침하량이 1% 정도 더 감소하는 것으로 나타났다.
- 7배정도 증가한 것으로 나타났다. 또한, C구간의 검토 허용지지력의 경우 373.48kN/㎡으로 상부하중 91.83kN/㎡ 보다 큰 값으로 나타나 지지력에 대해 안정한 결과로 나타났다. 고화처리 전보다 허용지지력이 2.
- 0㎝의 침하량이 발생하는 것으로 평가되었다. 또한, C구간의 폭 7m, 심도 2m의 경우 9.2㎝, 폭 9m, 심도 2m의 경우 8.8㎝의 침하량이 발생하는 것으로 평가되었다. 고화처리공법이 적용된 A, B, C 모든 구간에서 설계하중 재하시 침하량이 억제되어 허용침하량이내로 발생되는 것으로 나타났으며 동일구간에서 고화처리 폭이 클수록 침하량이 감소되는 것으로 나타났다.
- 고화처리공법이 적용된 A, B, C 모든 구간에서 설계하중 재하시 침하량이 억제되어 허용침하량 이내로 발생되는 것으로 나타났으며 동일구간에서 고화처리 폭이 2m 확대되면 침하량이 1～7% 더 감소하는 경향을 보였다. 본 연구대상 모든 구간에서 고화처리 전보다 고화처리 후 압밀침하량이 최소 53%에서 최대 82%까지 감소하여 압밀침하억제효과가 우수한 것으로 나타났으나 일정 개량 폭 이상인 경우 개량 폭이 증가하여도 압밀침하 억제효과는 최소 1%에서 최대 7%정도로 미소한 것으로 나타났다.
- 연직배수공법(PBD)으로 개량중인 연약점토지반에 계획여성고까지 선행재하공법을 적용시킨 후 도로시공구간 하부에 PC BOX 구조물 기초지반의 지지력을 산정한결과 A구간의 극한지지력은 259.60～335.06kN/㎡, 허용 지지력은 86.53～111.72kN/㎡으로 산정되었으며 안정검토에는 86.53kN/㎡을 적용하였다. B구간의 극한지지력은 311.
- 해석결과 A구간의 폭 6m, 심도 1m의 경우 6.1㎝, 폭 8m, 심도 1m의 경우 5.8㎝의 침하량이 발생하는 것으로 평가되었으며, B구간의 폭 7m, 심도 1m의 경우 8.4㎝, 폭 9m, 심도 1m의 경우 7.0㎝의 침하량이 발생하는 것으로 평가되었다. 또한, C구간의 폭 7m, 심도 2m의 경우 9.
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