오세욱
(Department of Construction & Disaster Prevention Engineering, Kyungpook National University)
,
이봉직
(Department of Civil Engineering, Korea National University of Transportation)
,
김홍석
(Department of Disaster Prevention & Environmental Engineering, Kyungpook National University)
단지조성을 위한 성토과정에서 비다짐 시공은 별도의 다짐을 수행하지 않고 장비하중에 의해 다져지게 하는 공법으로 대부분의 현장에서 적용하고 있으나 구체적인 시공지침이나 시방에 명시되지 않아 토공량 평가에 불명확한 점이 있다. 본 연구에서는 단지조성을 위한 지반조성을 수행함에 있어 비다짐 성토지반에 대한 설계 토량환산계수와 실제 토량환산계수 값을 비교하여 타당성 여부를 검토하고 실내시험 및 현장시험, 하중-침하시험 등을 수행하여 합리적인 토량환산계수를 제안함으로써 현장에서의 토공 적정성을 검토하기 위한 기초연구이다. 비다짐 시 토량환산계수 C값은 1.0으로 설계하고 있으나, 현장실험결과 0.86으로 설계보다 작은 것으로 나타나 성토량이 증가될 것으로 예측되었으며, 시공결과 실제로 성토량에 차이가 발생하였다. 따라서 비다짐 성토의 경우 현장여건 및 성토고의 자중을 고려하여 현장조건에 적합한 C값을 실험을 통하여 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.
단지조성을 위한 성토과정에서 비다짐 시공은 별도의 다짐을 수행하지 않고 장비하중에 의해 다져지게 하는 공법으로 대부분의 현장에서 적용하고 있으나 구체적인 시공지침이나 시방에 명시되지 않아 토공량 평가에 불명확한 점이 있다. 본 연구에서는 단지조성을 위한 지반조성을 수행함에 있어 비다짐 성토지반에 대한 설계 토량환산계수와 실제 토량환산계수 값을 비교하여 타당성 여부를 검토하고 실내시험 및 현장시험, 하중-침하시험 등을 수행하여 합리적인 토량환산계수를 제안함으로써 현장에서의 토공 적정성을 검토하기 위한 기초연구이다. 비다짐 시 토량환산계수 C값은 1.0으로 설계하고 있으나, 현장실험결과 0.86으로 설계보다 작은 것으로 나타나 성토량이 증가될 것으로 예측되었으며, 시공결과 실제로 성토량에 차이가 발생하였다. 따라서 비다짐 성토의 경우 현장여건 및 성토고의 자중을 고려하여 현장조건에 적합한 C값을 실험을 통하여 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.
In a banking process for construction of a complex, non-compaction construction has been applied in most sites, which is a method that soils are compacted by the equipment load without being compacted separately. However, there are no specific descriptions in the construction manual or specification...
In a banking process for construction of a complex, non-compaction construction has been applied in most sites, which is a method that soils are compacted by the equipment load without being compacted separately. However, there are no specific descriptions in the construction manual or specifications, so it is unclear to evaluate the excavation volume. Hence, this study is a basic study to compare the soil conversion factor at a design stage and the actual soil conversion factor of a banking ground under a non-compaction condition in order to examine the feasibility in constructing the ground for construction of the complex and to examine appropriateness of the earth work in the site by conducting an indoor, field, and load-settlement test and proposing a reasonable soil conversion factor. Under the non-compaction condition, the soil conversion factor C is set to be 1.0 at the design stage, but the result of the field test was 0.86 which is smaller than the value at the design stage. It was expected that this result would increase the banking volume, and the construction result actually showed a difference in the banking volume. Therefore, for the baking ground under the non-compaction condition, it is necessary to apply the value C suitable for the site condition after performing test by considering the site's condition and the banking height.
In a banking process for construction of a complex, non-compaction construction has been applied in most sites, which is a method that soils are compacted by the equipment load without being compacted separately. However, there are no specific descriptions in the construction manual or specifications, so it is unclear to evaluate the excavation volume. Hence, this study is a basic study to compare the soil conversion factor at a design stage and the actual soil conversion factor of a banking ground under a non-compaction condition in order to examine the feasibility in constructing the ground for construction of the complex and to examine appropriateness of the earth work in the site by conducting an indoor, field, and load-settlement test and proposing a reasonable soil conversion factor. Under the non-compaction condition, the soil conversion factor C is set to be 1.0 at the design stage, but the result of the field test was 0.86 which is smaller than the value at the design stage. It was expected that this result would increase the banking volume, and the construction result actually showed a difference in the banking volume. Therefore, for the baking ground under the non-compaction condition, it is necessary to apply the value C suitable for the site condition after performing test by considering the site's condition and the banking height.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 단지조성을 위한 지반조성을 수행함에 있어 비다짐 성토지반에 대한 설계 토량환산계수와 실제 토량환산계수 값을 비교하여 타당성 여부를 검토하고 실내시험 및 대형현장시험, 하중-침하시험 등을 수행하여 합리적인 토량환산계수를 제안함으로써 현장에서의 토공 적정성을 검토하기 위한 기초자료를 확보하는데 연구의 목표가 있다.
가설 설정
자중에 의한 침하량 추정 시 성토재료가 균질등방이고, 연직방향으로 작용한 응력에 의해서만 생긴다고 가정하고 e-logP 곡선을 이용하여 침하량을 추정하였다.
제안 방법
고성토에 의한 자중침하 등 특수한 상황에서의 일반적으로 적용되고 있는 모래치환법에 의한 현장밀도시험으로는 평가에 어려움이 있어 대형 현장밀도시험을 적용을 통해 평가된 C 값을 설계도서의 C 값과 비교함으로써 실제적인 증감토량을 간접적으로 추정(Ju et al., 2007)이 가능하다고 하였으며 대형현장밀도 시험방법으로는 현장 내 위치한 부지에 대하여 바닥을 수평하게 최대한 고른 후 굴삭기를 이용하여 가로 1m, 세로 1m, 높이 1m의 크기로 굴착하고 굴착된 토사의 무게 측정 후 정확한 체적을 측정하기 위해 물치환법을 적용하여 체적을 구하는 순으로 시험을 수행하였으며, Fig. 1은 대형현장밀도시험 과정을 나타내고 있다.
단지조성 부지에서 성토에 필요한 정확한 토량을 평가하기 위하여 대형현장밀도시험을 수행하고 토량환산계수 C값을 평가하였다.
단지조성공사 현장에서 설계 토량환산계수와 현장실험을 통한 토량환산계수 적용의 적정성을 검토하기 위해 흙의 다짐특성 및 대형현장밀도시험을 통한 밀도평가, 하중-침하시험을 수행하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다.
또한 다짐이 없이 성토되는 현장에 대하여 토량환산계수는 자연 상태에서 흐트러진 상태로 변화되어 자연 상태의 수량에 L 값을 적용하는 것이 타당하나 현장시공 장비나 성토고에 따른 자중침하 등으로 다짐이 발생하게 되므로 자중과 시공 장비의 중량을 고려하여 침하량을 측정하는 시험을 수행하였다.
또한 현장시험은 동일한 조건의 성토지반 4구간에 대하여 수행하였으며, 성토지반에 사용된 성토재를 채취하여 현장밀도시험을 수행하고 현장 내에서 채취되는 유용토의 특성을 분석하기 위해 실내에서 기본물성시험 및 다짐도 90%, 95%에 대하여 삼축압축시험을 수행하여 점착력과 내부마찰각 등 역학적 특성을 분석하였다.
토량환산계수 평가를 위한 단위중량은 현장 내에서 대형현장밀도시험을 수행하여 평가하였으며 자연상태의 단위중량은 현장에 위치한 자연상태 지반에서 평가하였고, 다져진상태의 단위중량은 비다짐 성토 지반에 대하여 시험을 수행하였다. 또한 흐트러진 상태의 단위중량은 절토가 수행되고 있는 지반에서 시험을 수행하였다.
비다짐으로 성토하더라도 성토고에 따라 지반이 침하하므로 하부의 단위중량은 증가하게 되므로 이를 고려하기 위하여 실내에서 대형 압밀시험기를 사용하여 하중 증가에 따른 지반의 침하량을 추정하기 위한 실험을 수행하였다.
연구대상 지역의 유용토에 대한 물리･역학특성을 분석하기 위하여 기본물성시험과 다짐시험, 삼축압축강도시험, 투수시험 등을 수행하였다. 삼축압축강도시험은 다짐도의 90%에 해당하는 밀도로 공시체를 제작하고 습윤상태(W) 및 포화상태(S)로 구분하여 시험을 하고 비압밀비배수(UU) 조건을 적용하였다.
연구대상 지역의 유용토에 대한 물리･역학특성을 분석하기 위하여 기본물성시험과 다짐시험, 삼축압축강도시험, 투수시험 등을 수행하였다. 삼축압축강도시험은 다짐도의 90%에 해당하는 밀도로 공시체를 제작하고 습윤상태(W) 및 포화상태(S)로 구분하여 시험을 하고 비압밀비배수(UU) 조건을 적용하였다.
대상지역의 현장 내 각 구간에서 채취되는 유용토는 성토재로 활용된다. 이에 따라 성토 시 혼합재료로 성토되므로 성토재의 특성을 분석하였다.
토량환산계수 평가를 위한 단위중량은 현장 내에서 대형현장밀도시험을 수행하여 평가하였으며 자연상태의 단위중량은 현장에 위치한 자연상태 지반에서 평가하였고, 다져진상태의 단위중량은 비다짐 성토 지반에 대하여 시험을 수행하였다. 또한 흐트러진 상태의 단위중량은 절토가 수행되고 있는 지반에서 시험을 수행하였다.
하중-침하시험은 비다짐 성토고 5m, 10m, 20m, 40m에 대하여 각각 0.8, 1.6, 3.2, 6.4Mpa의 하중을 가하였으며 흙의 평균 단위중량은 1.70t/m3를 적용하였다. Fig.
하중침하 특성을 고려하기 위해 비다짐 성토구간의 동일한 조건의 대표적인 성토지반 4구간을 선정하고 구간별로 성토재를 채취하여 시험을 수행하였다.
현장에서 토량환산계수(L, C) 값을 평가하기 위해 경북 봉화군에 위치한 농공단지 현장에서 시험을 수행하였다. 현장시험은 대형현장밀도 시험, 성토재의 분석 등이 수행되었다.
대상 데이터
일반적으로 성토재는 표토, 풍화대 및 암반층에서 채취하여 사용되므로 이러한 흙을 KS F 2312 규정에 의거하여 채취하고 다짐시험을 수행하였다. 다짐시험에 사용된 재료는 지표면 하 1.5m 내외에서 채취된 재료를 활용하였으며 총 4개의 부지를 선정하여 시료를 채취하였다. 시험결과 최적함수비(O.
2.2 현장시험
현장에서 토량환산계수(L, C) 값을 평가하기 위해 경북 봉화군에 위치한 농공단지 현장에서 시험을 수행하였다. 현장시험은 대형현장밀도 시험, 성토재의 분석 등이 수행되었다.
이론/모형
일반적으로 성토재는 표토, 풍화대 및 암반층에서 채취하여 사용되므로 이러한 흙을 KS F 2312 규정에 의거하여 채취하고 다짐시험을 수행하였다. 다짐시험에 사용된 재료는 지표면 하 1.
토량환산계수(L, C) 값은 현장 내 위치한 단지조성 부지에서 자연상태, 흐트러진 상태, 다져진 상태의 무게를 측정하고 물 치환법을 적용한 사례(Lim et al., 2003)를 참고하여 체적을 측정하였다.
성능/효과
(1) 대상지반에서 채취된 성토재는 통일분류법상 SW-SM에 속하는 지반으로 17.5~24.5%의 자연함수비를 가지며 18.2~19.4kN/m3의 밀도를 가지는 것으로 나타났다.또한 쌓기부의 다짐도를 분석하기 위해 자연 상태의 지반과 비다짐 성토 지반의 대형현장밀도 시험을 수행한 결과 자연 상태의 지반은 77%의 다짐도를 보이는 반면 비다짐 성토 지반에서는 최대 98%의 다짐도를 나타났다.
(2) 성토고에 따른 하중-침하 관계를 분석하기 위해 대형 압밀시험기를 사용한 결과 성토재에 따라 차이가 나타나지만 성토고 5m에 비해 40m에 대하여 약 4~10배의 압축침하가 발생하였다. 이는 성토고에 따른 자중이 발생되어 압축침하가 증가되는 것을 알 수 있으며 실내 압축-침하 시험을 통해 설계 토량환산계수와 실제 현장토량환산계수의 상당한 차이가 발생할 것으로 판단된다.
(3) 비다짐 성토부에서 다짐 C의 설계기준은 대부분 1.0을 적용하고 있으나 현장실험 및 실내시험을 수행하여 평가된 다짐 C 값은 0.86으로 평가되었다. 이는 당초 설계기준의 성토량보다 증가될 것으로 예측되며 실제 현장에서 성토량이 상이한 차이가 발생한 것으로 나타났다.
5는 비다짐성토고에서 각각 채취한 시료를 대상으로 하중-침하시험을 수행한 결과이다. Fig. 5를 보면 비다짐 성토 BH-1구간과 BH-2구간은 성토고 5m에 비해 40m에서 약 10배의 침하가 증가하는 것으로 나타났으며, BH-3구간과 BH-4구간에서는 약 4배의 침하가 증가되는 것으로 나타났다. 따라서 토량환산계수 L 값을 적용하게 되면 성토고의 자중 또는 시공 장비의 이동으로 인해 외부하중이 작용하여 설계 토공량과 실제 토공량의 차이가 발생하게 된다.
성토다짐은 최적 함수비 상태에서 다지는 것이 가장 이상적이며, 일반적으로 실내 다짐시험 규정인 정적 다짐에너지에 현장 포장다짐의 동적 및 진동에 의한 에너지가 근접하여야 효율적으로 토공 다짐관리가 이루어지는 것이 일반적이나 대상지역은 비다짐 성토 구간으로 자연상태의 흙을 절토하여 성토함으로써 이론적으로 자연상태 지반의 밀도와 비교적 유사한 값을 나타내야 한다. 따라서 비다짐 성토구간과 자연상태 지반에 대하여 대형현장밀도시험을 수행하고 밀도를 분석한 결과 자연상태에서는 16.7kN/m3로 77%의 다짐도가 나타나는 반면 비다짐 성토 구간에서는 19.4kN/m3로 최대 98%의 다짐도로 평가되어 약 5~13% 증가되었음을 알 수 있다. 이는 비다짐 성토에서도 성토고에 따라 자중 및 시공 장비 이동에 의한 다짐 및 침하가 발생된 것으로 판단할 수 있다.
4kN/m3의 밀도를 가지는 것으로 나타났다.또한 쌓기부의 다짐도를 분석하기 위해 자연 상태의 지반과 비다짐 성토 지반의 대형현장밀도 시험을 수행한 결과 자연 상태의 지반은 77%의 다짐도를 보이는 반면 비다짐 성토 지반에서는 최대 98%의 다짐도를 나타났다. 이는 성토고의 자중 및 시공 장비의 이동 등으로 인한 외부적인 요인으로 다짐이 발생된 것으로 보인다.
삼축압축강도시험결과 점착력은 9.8~25.5kPa, 내부마찰각은 23~43°로 분석되었으며 유용토와 현장 성토재의 경우 폭넓은 내부마찰각범위를 나타내고 있고, 비교적 세립분이 포함되어 있는 상태로 압축성이 크지 않은 양입도의 모래질 흙으로 분석되었다.
5m 내외에서 채취된 재료를 활용하였으며 총 4개의 부지를 선정하여 시료를 채취하였다. 시험결과 최적함수비(O.M.C)는 10.4~11.2%, 최대 건조단위중량은 19.8~2.0kN/m3로 나타났다. Fig.
토량환산계수 평가에 필요한 자연 상태의 밀도, 흐트러진 상태의 밀도, 다짐상태의 밀도를 측정한 결과 각각 16.7kN/m3, 12.3kN/m3, 19.4kN/m3로 나타났으며 성토에 필요한 토량환산계수 C 값은 0.86으로 평가되었다. 이는 당초 설계기준의 C 값 1.
후속연구
(4) 또한 LH Corporation(2007) 등에서 나타나듯 현장의 부득이한 여건으로 인해 이론적 토량환산계수를 적용하게 되면 성토재의 물리적 특성과 구성에 따라 압축성이나 침하 특성을 고려할 수 없어 신뢰성의 감소가 우려된다. 따라서 현장여건 및 성토재의 특성을 분석하고 현장조건에 적합한 토량환산게수를 적용하여 합리적인 토량환산계수를 평가해야 될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
설계 토공량과 실제 토공량이 일치하지 않는 현장여건을 극복하기 위해 사용되는 방법은?
이러한 현장여건들로 인해 보다 정확한 토량환산계수를 평가하고자 현장에서 모래치환법을 활용한 현장밀도시험을 많이 사용되고 있으며, 대형현장에서는 물 치환법을 활용한 대형 현장밀도시험을 수행하여 토량환산계수를 평가하고 있다.
단지조성공사는 어떤 작업이 주를 이루고 있는가?
우리나라는 최근 지역균형발전과 기술의 발전으로 첨단산업시설을 확충하기 위해 농공단지나 산업단지 조성공사가 급격히 증가하고 있다. 일반적으로 단지조성공사는 대규모의 깎기 작업과 쌓기 작업으로 구분되는 토공작업이 주를 이루고 있으며, 시공성과 경제성을 고려한 합리적인 시공을 위해 설계단계에서 양질의 품질을 확보하고 보다 정확한 토공량을 예측하고 개선할 필요성이 있다(Kim et al., 2008).
비다짐 시공이란 무엇인가?
단지조성을 위한 성토과정에서 비다짐 시공은 별도의 다짐을 수행하지 않고 장비하중에 의해 다져지게 하는 공법으로 대부분의 현장에서 적용하고 있으나 구체적인 시공지침이나 시방에 명시되지 않아 토공량 평가에 불명확한 점이있다(Oh et al., 2015).
참고문헌 (11)
Ju, J. W., Park, J. B., Ma, M. S. and Na, H. H. (2007), The estimation of soil conversion factor using large field density test, Korean Society of Civil Engineers Conference, Korean Society of Civil Engineers, pp. 4339-4344 (in Korean).
KICT (2017), Standrd of Construction Estimate, pp. 707-708.
Kim, Y. M., Lee, S. I. and Kim, M. G. (2008), The coefficient of soil swell and shrinkage for noncompaction condition in the field, Korean Society of Civil Engineers Conference, Korean Society of Civil Engineers, pp. 3871-3874 (in Korean).
Kwon, J. G., Noh, I. K., Jung, J. Y. and Im, J. C. (2009), An experimental study for estimation of compression settlementon embankment material under self-weight, Journal of the Korean Geo-Environmental Society, Vol. 10, No. 4, pp. 33-40 (in Korean).
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Lee, S. E. and Choi, B. H. (2015), Living civil engineering, goomibook, pp. 64-65.
LH Corporation (1987), Research of soil conversion factor of weathered residual granite soil, Technical Research of Technology Laboratory, No. 87-12.
LH Corporation (2007), Guideline (Civil engineering), pp. 35-40.
Lim, C. K., Jeong, J. H. and Lee, B. G. (2003), Study of estimating bulking factor of soilon the large scale field test, Korean Society of Civil Engineers Conference, Korean Society of Civil Engineers, pp. 3706-3710 (in Korean).
Oh, S. W., Lee, B. J., Kim, H. S. and Kwon, Y. C. (2015), Estimation of soil conversion factor by field density test under noncompaction conditions, Korean Geo-Environmental Society Conference, Korean Geo-Environmental Society, pp. 286-289 (in Korean).
Park, Y. M. (2012), An experimental study on the change of bulking coefficient of soils mixed with rock blades, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 32, No. 5C, pp. 193-198 (in Korean).
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