조은경
(Seoul Metropolitan Goverment)
,
조국환
(Dept of Railway Construction Engineering, Graduate School of Railway, Seoul National University of Science & Technology)
철도노반에 대한 지반조사 방법은 표준관입시험(SPT), Cone 관입시험 등이 널리 이용되고 있다. 그러나 표준관입시험은 시험장비가 크기 때문에 운행선 주변의 전철주 등에 접촉 위험이 있어 적용에 어려움이 있다. 그리고 휴대용 장비인 DCP(Dynamic Cone Penetrometer)의 경우 타격에너지가 부족하고 관입되는 Cone-rod의 강성이 부족하므로 필요 깊이까지 관입이 불가능하여 사용에 제한을 받고 있다. 이에 본 연구에서는 휴대용 장비이면서 타격에너지와 강성이 큰 Pagani Cone Test를 표준관입시험과 동일한 지반에서 시험을 실시하여 N값을 비교 분석하였다. 그 결과 Pagano Cone Test의 N값을 보정시 사질토에서 SPT의 N값의 1.48배, 점토에서 1.33배를 얻었으며, Pagani Cone Test의 N값과 표준관입시험의 N값과의 상관관계를 제안하였다.
철도노반에 대한 지반조사 방법은 표준관입시험(SPT), Cone 관입시험 등이 널리 이용되고 있다. 그러나 표준관입시험은 시험장비가 크기 때문에 운행선 주변의 전철주 등에 접촉 위험이 있어 적용에 어려움이 있다. 그리고 휴대용 장비인 DCP(Dynamic Cone Penetrometer)의 경우 타격에너지가 부족하고 관입되는 Cone-rod의 강성이 부족하므로 필요 깊이까지 관입이 불가능하여 사용에 제한을 받고 있다. 이에 본 연구에서는 휴대용 장비이면서 타격에너지와 강성이 큰 Pagani Cone Test를 표준관입시험과 동일한 지반에서 시험을 실시하여 N값을 비교 분석하였다. 그 결과 Pagano Cone Test의 N값을 보정시 사질토에서 SPT의 N값의 1.48배, 점토에서 1.33배를 얻었으며, Pagani Cone Test의 N값과 표준관입시험의 N값과의 상관관계를 제안하였다.
Standard Penetration Test (SPT) and Cone Penetration Test (CPT) are widely used in geotechnical investigation methods for railway roadbed. However, SPT can not be used on the Railway track, since the equipment may contact to the electric lines. However, a portable equipment can be used for geotechni...
Standard Penetration Test (SPT) and Cone Penetration Test (CPT) are widely used in geotechnical investigation methods for railway roadbed. However, SPT can not be used on the Railway track, since the equipment may contact to the electric lines. However, a portable equipment can be used for geotechnical investigation without electrical hazard. Dynamic Cone Penetrometer (DCP) is one of representative portable equipments. A normal portable DCP has usually not enough driving energy and the rigidity of cone-rod, so it is impossible to investigate the required investigate penetration depth. In this study, The adaptability of Pagani cone test which is one of portable dynamic cone penetrometer is studied and compared with SPT-N data. As a result of this study, the proposed correlation factors between Pagani cone test and SPT-N values after corrections is 1.48 for sandy soil and 1.33 for clayey soil.
Standard Penetration Test (SPT) and Cone Penetration Test (CPT) are widely used in geotechnical investigation methods for railway roadbed. However, SPT can not be used on the Railway track, since the equipment may contact to the electric lines. However, a portable equipment can be used for geotechnical investigation without electrical hazard. Dynamic Cone Penetrometer (DCP) is one of representative portable equipments. A normal portable DCP has usually not enough driving energy and the rigidity of cone-rod, so it is impossible to investigate the required investigate penetration depth. In this study, The adaptability of Pagani cone test which is one of portable dynamic cone penetrometer is studied and compared with SPT-N data. As a result of this study, the proposed correlation factors between Pagani cone test and SPT-N values after corrections is 1.48 for sandy soil and 1.33 for clayey soil.
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문제 정의
본 연구에서는 Pagani cone의 철도노반 적용성을 평가하기 위하여 Pagani cone test를 표준관입시험과 동일한 위치에서 시험을 실시하였으며, SPT와의 상관관계를 분석하여 관계식을 제안하였다. 이에 대한 결론을 정리하면 다음과 같다.
본 연구에서는 휴대가 가능한 콘관입시험기인 DCP(Dynamic Cone Penetrometer)의 일종으로 비교적 관입심도가 깊은 Pagani cone test를 실시하였으며, 지반조사방법 중 표준관입시험과 비교·분석하여 철도노반의 적용성을 검증하고 새로운 관계식을 제시하고자 한다.
제안 방법
3과 같이 시험기기의 구성요소는 hammer, rods, cone tips 등이고, 제원은 Table 2와 같다. Pagani cone test에서 얻어진 타격횟수(N)를 SPT N값으로 환산하여 지반을 형성하고 있는 각 지층의 상대밀도(Relative Density) 및 연경도(Consistency)를 판정한다.
4와 같이 Pagani cone test와 표준관입시험을 실시하였다. Pagani cone test와 표준관입시험은 서로 지반 교란에 따른 영향이 없도록 2m 이상 떨어진 지점에서 실시하였다.
Pagani cone과 표준관입시험(SPT), 동적콘관입시험(DCPT)의 상관관계를 파악하기 위하여 관입에너지(Q)를 산정하고 비교·분석하였다.
5cm, 길이 81cm의 분리형 원통샘플러(split spoon sampler)를 시추공 바닥까지 밀어 넣는다. 그 후 샘플러에 연결된 굴착로드(rod)의 상단을 63.5kg의 해머로 76cm의 높이에서 낙하 타격하여 샘플러를 45cm 관입시키고, 마지막 30cm 관입에 필요한 타격횟수(표준 관입시험치 : N값)를 구한다. 표준관입시험의 성과를 신뢰할 수 있는 최대깊이는 30cm 정도이고, 표준관입시험을 1회 시행하는데 필요한 최소깊이는 50cm 정도이나 실제로는 1m 간격으로 실시하는 것이 일반적이다.
본 연구에서는 Pagani cone test와 표준관입시험과의 상관관계를 파악하기 위하여 쉴드공법을 실시한 서울 지하철 9호선 현장의 A공구와 B공구 터널 상부구간에서 Fig. 4와 같이 Pagani cone test와 표준관입시험을 실시하였다. Pagani cone test와 표준관입시험은 서로 지반 교란에 따른 영향이 없도록 2m 이상 떨어진 지점에서 실시하였다.
본 연구에서는 휴대가 가능하고 기존의 동적콘관입시험기에 비하여 비교적 관입심도가 깊어 강화노반을 지나 원지반까지 조사할 수 있는 장비인 Pagani cone을 표준관입시험과 동일한 위치에서 시험을 실시하였다.
총 8곳에서 Pagani cone test와 SPT를 실시하였으며, Pagani cone의 10cm 관입시 타격 횟수와 SPT의 30cm 관입시 타격 횟수를 비교하였다. A공구에서는 아스콘 하부 기층, 보조기층에 의해 상부에서 높은 N값(66타 이상)이 나왔으며, 그 밑으로는 점토와 사질토로 파악되었다.
성능/효과
1. 원지반 상태를 10cm 마다 평가할 수 있으며, DCPT에 비해 비교적 큰 타격에너지가 발휘되어, 심도 13m까지의 깊은 지반까지 측정이 가능하였다.
2. Pagani cone test와 SPT의 N값 상관관계는 사질토에서 NPCT = 1.79NSPT, 점토에서는 NPCT = 1.35NSPT로 추론되었으며, 유효상재압력과 로드에 대한 보정 후, 사질토에서 NPCT = 1.48NSPT, 점토에서 NPCT = 1.33NSPT로 나타나 이론식(NPCT = 1.3NSPT)과 유사한 것으로 나타났다.
4. Pagani cone test는 일반적인 DCP에 비하여 비교적 관입심도가 깊어 강화노반을 지나 원지반까지 조사할 수 있으므로 철도 노반의 적절한 지반조사 방법으로 판단된다.
32NSPT과 유사하게 나타났다. 깊은 심도에서 Pagani cone test의 N값이 하향 조정되었기 때문에 전체적으로 데이터의 결정계수(R2값)이 높게 평가되었다(R2 = 0.9~0.95).
7과 같이 나타내었다. 데이터를 분석한 결과 사질토에서 NPCT = 1.79NSPT로 Pagani cone test의 N값이 비교적 크게 나타났다. 점토에서는 NPCT = 1.
SPT시험은 관입장비의 높이와 무게 등으로 인하여 운용중인 철도 현장으로의 접근성에 한계가 있다. 따라서 운용중인 철도 성토노반의 지반조사 방법으로 SPT 시험보다는 Pagani cone test의 현장적용성이 높은 것으로 평가된다.
후속연구
또한 탄성파를 발생시켜 노반을 평가하는 표면파(Surface-wave) 기법과 품질관리에 대한 연구도 진행되고 있으나, 아직 실용화 단계에는 이르지 못하였다. 이와 같은 이유로 비파괴 시험방법들은 신뢰성이 떨어지며, 심도에 따라 직접적으로 철도 궤도하부 구조물을 평가할 수 있는 원위치 관입시험에 대한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시공 이후에 유지보수비용을 최소화하기 위해서는 어떻게 해야하는가?
시공 이후에 유지보수비용을 최소화하기 위해서는 침하 원인 규명을 위한 도상 및 노반의 정확한 상태를 평가한 후 보강 및 복원 공사가 실시되어야 한다. 그러나 이를 평가할 수 있는 신뢰할 만한 체계는 구축되어 있지 않으며, 이러한 문제를 해결하고자 다양한 지반조사 방법을 적용한 연구가 진행되어 왔다.
원위치 관입시험에는 무엇이 있는가?
원위치 관입시험에는 SPT(Standard penetration test), CPT(Cone penetration test), DMT(Flat plate dilatometer test), PMT(Pressuremeter test) 그리고 VST(Vane shear test) 등이 있다. SPT의 경우 가장 일반적인 지반조사 방법이지만 Fig.
운용중인 철도 성토노반의 지반조사 방법으로 Pagani cone test의 현장적용성이 SPT보다 높은 것으로 평가되는 이유는?
3. SPT시험은 관입장비의 높이와 무게 등으로 인하여 운용중인 철도 현장으로의 접근성에 한계가 있다. 따라서 운용중인 철도 성토노반의 지반조사 방법으로 SPT 시험보다는 Pagani cone test의 현장적용성이 높은 것으로 평가된다.
참고문헌 (12)
Byun, Y.H., Kim, J.H. and Lee, J.S. (2013) Cone penetrometer with a helical-type outer screw rod for evaluation of the subgrade condition, Journal of Transportation Engineering, 139, pp. 115-122.
Kim, D.S., Hwang, S.K., Shin, M.H. and Park, T.S. (2005) Evaluation on the condition of track substructure using GPR/PBS/LFWD, Journal of the Korean Geotechnical Society, 21(5), pp. 163-170 .
Kim, D.S., Lee, S.H., Kang, S.G. and Son, K.H. (2004) Research for assessing railway trackbed condition, 2004 Spring Conference of Korean Society for Railway, Korea, pp. 54-60.
Kim, D.S., Park, S.Y. and Kim, S.I. (2008), Evaluation of correlation between subgrade reaction modulus and strain modulususing plate loading test, Journal of the Korean Geotechnical Society, 24(6), pp. 57-67.
Lee, J.S., Shin, D.H., Yoon, H.K. and Lee, W. (2008) Development and application of ultra small micro-cone penetrometer, Journal of the Korean Geotechnical Society, 24(2), pp. 77-86.
Park, C.S., Mok, Y.J., Hwang, S.K. and Park, I.B. (2009a) A methodology for quality control of railroad trackbed fills using compressional wave velocities: 1. preliminary investigation, Journal of the Korean Geotechnical Society, 25(9), pp. 45-55.
Park, C.S., Mok, Y.J., Hwang, S.K. and Park, I.B. (2009b) A methodology for quality control of railroad trackbed fills using compressional wave velocities: 2. verification of applicability, Journal of the Korean Geotechnical Society, 25(9), pp. 57-66.
Park, Y. W., Lee, H. C., Park, J. H., Kim, S. H.(1993) Hammer energy measurement of Standard Penetration Test, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 1, pp. 573-576.
Langton, D.D. (1999) The panda lightweight penetrometer for soil investigation and monitoring material compaction, Ground Engineering, 32(9), pp. 33-37.
Park, J.O. (2009) Evaluation of subgrade state in the gyeongbu high speed railway through GPR tests and drilling boreholes, Journal Spring Conference of the Korean Society for Railway, Heongseong, pp. 984-996.
Choi, J.S. (2015) The development of assessment compaction equipment for compaction test in excavation site, Korean Society of Civil Engineer 2015 Convention, 2015 Civil Expo and Conference, Gunsan, pp. 117-118.
Oh, H.J. (2009) Reliability analysis and resistance characteristics of dynamic cone penetration test according to ground characteristics, Master's thesis, Chungju National University, pp. 1-15.
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