[논문]도심지 굴착지반의 지반특성 비교

김병찬; 이진행

doi:10.21729/ksds.2017.10.1.35

초록
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본 연구는 지반함몰 발생 및 피해저감을 위한 지반 안정성 평가 및 굴착 보강 기술개발 과제 중 지반함몰 위험성 예측 및 평가기술 개발을 위한 기초자료로 활용하기 위한 연구로 수도권 6개 굴착지역에 대한 문헌자료에 의한 강도정수 산정, 시추에 의한 지반조사 및 표준관입시험, 시추공을 이용한 하향식탄성파 결과를 이용하여 지반특성을 비교 연구 하였다. 연구결과 표준관입시험 결과인 N치와 문헌자료를 이용하여 지반정수를 산정하였고, 시추된 홀에 하향식탄성파탐사를 실시하여 지반의 동적지반특성을 확인하였다. 각 지역별 지반특성을 확인한 결과 지반물성치가 상이하게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이는 각 현장별 N치와 문헌자료 조사자의 경험적 지반정수가 반영된 결과인 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This is a comparative study on the characteristics of excavated soils, which is proceeded using soil strength parameter by literature, geotechnical investigation, standard penetration test by drilling, and downhole test by borehole at six sites in urban areas. The results of these site surveys are u...

This is a comparative study on the characteristics of excavated soils, which is proceeded using soil strength parameter by literature, geotechnical investigation, standard penetration test by drilling, and downhole test by borehole at six sites in urban areas. The results of these site surveys are used as basic data for the evaluation and development of prediction of ground subsidence risk. Geotechnical properties are estimated with the result of standard penetration test-N value and literature. The dynamic geotechnical characteristics are also estimated with top-down seismic exploration at borehole.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 위험지에 대한 체계적인 관리방안이 필요하다. 본 연구는 지반함몰 위험성 예측 및 평가기술 개발 2차년도 과제를 수행하기 위해 기초자료 수집을 위하여 수도권 6개 지역의 굴착지반을 대상으로 문헌자료에 의한 강도정수 산정, 시추에 의한 지반조사 및 표준관입시험, 하향식탄성파탐사를 실시하여 지반특성 및 지반의 동적특성을 비교 하였다.
수도권 6개 지역에 대해 Borehole Geophone BGK3(Geotomographic, Germany)을 이용하여 하양식탄성파탐사인 다운홀테스트를 실시하였다. 현장조사를 통한 지층별 탄성파(P파, S파)속도를 파악함으로서 대상지역의 동역학적 특성파악 및 동적지반정수를 산출하여 구조물의 안전과 합리적인 설계를 위한 기초자료 제공을 위한 목적으로 실시하였다. 검층 지점 및 구간 선정 후 3성분 지오폰을 본체에 접속하고 시공내의 측정 심도에 설치하여 지표 진원으로서의 P파 및 S파 발진용 타격판과 감지기를 각각 설치하고 일정간격으로 반복하여 시험을 실시하였다.

제안 방법

현장조사를 통한 지층별 탄성파(P파, S파)속도를 파악함으로서 대상지역의 동역학적 특성파악 및 동적지반정수를 산출하여 구조물의 안전과 합리적인 설계를 위한 기초자료 제공을 위한 목적으로 실시하였다. 검층 지점 및 구간 선정 후 3성분 지오폰을 본체에 접속하고 시공내의 측정 심도에 설치하여 지표 진원으로서의 P파 및 S파 발진용 타격판과 감지기를 각각 설치하고 일정간격으로 반복하여 시험을 실시하였다. 측정된 결과는 탄성파속도, 동적물성치로 표출되며 전단파 속도에 의한 지반의 분류(지반구조물의 내진설계, 한국지반공학회)를 이용하여 분류 하였다.
본 연구는 지반함몰 위험성 예측 및 평가기술 개발 과제의 일환으로 수도권 6개 지역의 12공의 시추조사를 통해 표준 관입시험 결과인 N치와 문헌자료를 이용하여 지반정수를 산정하였고, 시추된 홀에 하향식탄성파탐사를 실시하여 지반의 동적지반특성을 확인하였다.
수도권 6개 지역에 대해 Borehole Geophone BGK3(Geotomographic, Germany)을 이용하여 하양식탄성파탐사인 다운홀테스트를 실시하였다. 현장조사를 통한 지층별 탄성파(P파, S파)속도를 파악함으로서 대상지역의 동역학적 특성파악 및 동적지반정수를 산출하여 구조물의 안전과 합리적인 설계를 위한 기초자료 제공을 위한 목적으로 실시하였다.
연구지역의 시추조사를 실시하여 표준관입시험, 공내지하수위 측정, 지층의 분포를 확인하였다. 표준관입시험을통해 나타난 N치와 문헌자료(표 1) 등을 비교 검토하여 강도정수를 산정하였으며, 연구지역의 조사된 시험결과는 표 2와 같다.
검층 지점 및 구간 선정 후 3성분 지오폰을 본체에 접속하고 시공내의 측정 심도에 설치하여 지표 진원으로서의 P파 및 S파 발진용 타격판과 감지기를 각각 설치하고 일정간격으로 반복하여 시험을 실시하였다. 측정된 결과는 탄성파속도, 동적물성치로 표출되며 전단파 속도에 의한 지반의 분류(지반구조물의 내진설계, 한국지반공학회)를 이용하여 분류 하였다. 분류된 시험결과는 표4~9, 그림 2~7과 같다.
연구지역의 시추조사를 실시하여 표준관입시험, 공내지하수위 측정, 지층의 분포를 확인하였다. 표준관입시험을통해 나타난 N치와 문헌자료(표 1) 등을 비교 검토하여 강도정수를 산정하였으며, 연구지역의 조사된 시험결과는 표 2와 같다.

대상 데이터

대상지역인 A, B, D현장은 충적층(Qa), C현장은 화성암인 서울화강암(Jsgr), E현장은 변성암인 호상 편마암(PCEbngn), F현장은 변성암인 흑운모 편마암(PCEbng) 등으로 나타났다(그림 1
연구 지역은 고양시 2개소, 서울특별시 2개소, 부천시 1개소, 평택시 1개소로 총 6개소이며, 각 연구지역 위치는 그림 1(a)와 같다. 연구지역의 지질을 확인하기 위해 한국지질자원연구원에서 조사한 지질도(1:50,000도)를 검토하였으며, 그 결과 다음과 같다. 대상지역인 A, B, D현장은 충적층(Qa), C현장은 화성암인 서울화강암(Jsgr), E현장은 변성암인 호상 편마암(PCEbngn), F현장은 변성암인 흑운모 편마암(PCEbng) 등으로 나타났다(그림 1(b)).

성능/효과

(1) 본 연구시, 지반정수 산정결과에 따라 화성암 지역은 풍화암 기준 5,000 tf/m2로, 변성암 지역은 풍화암 기준 3,300tf/m2의 지반변형 계수가 산정되었다.
(2) 연구지역 하향식탄성파탐사 결과 전단파 속도에 의한 지반의 분류(지반구조물의 내진설계, 한국지반공학회)를 이용하여 분류시 SC, SD로 나타났다. 이 결과로 내진설계의 기초자료로 활용 할 수 있을 것이다.
D현장의 다운홀테스트 결과 탄성파속도 Vp 421 m/ses ~796 m/sec, Vs 133 m/sec ~ 413 m/sec로 포와송비 0.32 ~ 0.44,전단탄성률 32.5 ~ 831MPa, 동탄성계수 276 ~ 7,860 MPa,체적탄성률 228 ~ 8,840 MPa으로 나타났다. 전단파속도에의한 지반분류 결과 평균 255 m/ses로 SD 단단한 토사지반으로 분류된다.
F현장의 다운홀테스트 결과 탄성파속도 Vp 357 m/ses ~1,268 m/sec, Vs 117 m/sec ~ 6654 m/sec로 포와송비 0.44 ~ 0.31,전단탄성률 24.0 ~ 930 MPa, 동탄성계수 70.0 ~ 2,440 MPa,체적탄성률 197 ~ 2,140 MPa으로 나타났다. 전단파속도에의한 지반분류 결과 평균 567 m/ses로 Sc(매우 조밀한 토사지반 또는 연암지반)으로 분류된다.
시추조사 결과로 A현장 4공, B현장 2공, C현장 4공, D현장 4공, E현장 2공, F현장 3공의 결과를 표 2에 정리하였다,표 2는 각 지역별 지반물성치의 평균치 결과로 현장별 물성치는 상이하게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이는 각 현장별 N치와 기존문헌자료인한국도로공사 도로설계요령, 경험식에의한 강도 Terzaghi & Peck (1948), Dunham (1954), Meyerhof(1956) 등과 조사자의 경험적 지반정수가 반영된 결과인 것으로 판단된다.

후속연구

(3) 추후 여러 지역에 대한 지반특성 자료를 이용하여 지반함몰에 영향을 주는 다양한 요소를 고려하여 연구한다면 지역 특성을 고려한 합리적인 위험도 예측이 가능할 것으로 판단된다.
전단파속도에 의한 지반분류 결과 평균 721 m/ses로 Sc(매우조밀한 토사지반 또는 연암지반)으로 분류된다. 위의 결과와 표 3의 전단파 속도에 의한 지반의 분류를 이용하여 비배수전단강도(Su)를 확인 할 수 있었으며, 다운홀테스트를 결과로 내진설계의 기초자료로 활용 할 수 있을 것이다.
(2) 연구지역 하향식탄성파탐사 결과 전단파 속도에 의한 지반의 분류(지반구조물의 내진설계, 한국지반공학회)를 이용하여 분류시 SC, SD로 나타났다. 이 결과로 내진설계의 기초자료로 활용 할 수 있을 것이다.
전단파속도에 의한 지반분류 결과 평균 721 m/ses로 Sc(매우조밀한 토사지반 또는 연암지반)으로 분류된다. 위의 결과와 표 3의 전단파 속도에 의한 지반의 분류를 이용하여 비배수전단강도(Su)를 확인 할 수 있었으며, 다운홀테스트를 결과로 내진설계의 기초자료로 활용 할 수 있을 것이다.
전단파속도에 의한 지반분류 결과 평균 721 m/ses로 Sc(매우조밀한 토사지반 또는 연암지반)으로 분류된다. 위의 결과와 표 3의 전단파 속도에 의한 지반의 분류를 이용하여 비배수전단강도(Su)를 확인 할 수 있었으며, 다운홀테스트를 결과로 내진설계의 기초자료로 활용 할 수 있을 것이다.
전단파속도에 의한 지반분류 결과 평균 721 m/ses로 Sc(매우조밀한 토사지반 또는 연암지반)으로 분류된다. 위의 결과와 표 3의 전단파 속도에 의한 지반의 분류를 이용하여 비배수전단강도(Su)를 확인 할 수 있었으며, 다운홀테스트를 결과로 내진설계의 기초자료로 활용 할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지반함몰이란 무엇인가?	최근 도심지 개발지역 인근에서 지반함몰 현상이 빈번하게 발생하여 경제적 손실, 사회적 관심이 증가하고 있다. 지반함몰은 자연적 요인과 인위적인 요인에 의해서 지반의 붕괴와 함몰에 의해 생기는 공동을 말한다. 자연적인 요인인 기후변화의 영향으로 과거에 비해 강우일수는 줄었으나 재해를 발생할 수 있는 높은 강우강도가 빈번해지는 경향을 보이고 있다.
	연구지역의 지질을 확인하기 위해 검토한 것은?	연구 지역은 고양시 2개소, 서울특별시 2개소, 부천시 1개소, 평택시 1개소로 총 6개소이며, 각 연구지역 위치는 그림 1(a)와 같다. 연구지역의 지질을 확인하기 위해 한국지질자원연구원에서 조사한 지질도(1:50,000도)를 검토하였으며, 그 결과 다음과 같다. 대상지역인 A, B, D현장은 충적층(Qa), C현장은 화성암인 서울화강암(Jsgr), E현장은 변성암인 호상 편마암(PCEbngn), F현장은 변성암인 흑운모 편마암(PCEbng) 등으로 나타났다(그림 1(b)).
	위험지에 대한 체계적인 관리방안이 필요한 이유는?	인위적인 요인으로 노후된 하수구의 손상, 도심지 개발에 따른 지하수위 저하 등을 들 수 있다. 이러한 안전사고는 시공을 불문하고 발생하며 여러 영향 인자에 의해발생지역을 예측하기 힘들다. 따라서 위험지에 대한 체계적인 관리방안이 필요하다.

참고문헌 (5)

한국도로공사 (2009), 도로설계요령.
한국지반공학회 (2006), 지반구조물의 내진설계, pp.283.
Dunham, J. W. (1954), "Pile foundation for building", Proc. ASCE, Vol.80, No.385, pp.7.
Meyerhof, G. G. (1956), "Penetration tests and bearing capacity of cohesionless soil", JSMFED, ASCE, Vol.82, No. SMI.
Terzaghi, K. and Peck, R. B. (1948), "Soil mechanics in engineering practice", New York, John Wiley and Sons, pp.566.

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