GCP(Gravel Compaction Pile, 이하 GCP)공법은 현재 정량적인 설계법이 제시되어 있지 않아 경험적인 방법에 의해 설계 및 시공되고 있어 팽창파괴, 전단파괴 등 다양한 형태의 파괴가 빈번히 발생하고 있으나 명확한 원인 규명과 파괴 예방 대책수립이 어려운 실정이다. 또한 국내와 시공 장비, 재료 특성 등이 다름에도 불구하고 해외의 지반에 적용하는 공법을 그대로 국내에 적용하고 있어 지지력, 침하량 등이 실측값과 큰 차이를 나타내고 있다. 본 연구에서는 GCP공법의 합리적이고 안전한 설계법을 제안하기 위한 연구로써 국내 점토지반에 GCP공법을 적용하여 지반강도 변화에 따른 침하 및 응력 거동특성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 ABAQUS를 이용하여 복합지반의 침하량과 침하감소율, 응력분담비, GCP의 최대 수평변위량 및 발생 예상위치를 분석하고자 하였다. 분석 결과, 치환율 30%이상에서 복합지반의 침하감소율이 60%이상 감소하는 것을 확인하였고, GCP의 최대 수평변위량은 말뚝 직경의 2.6배의 깊이에서 발생하였으며, 치환율 40%이상에서는 수평변위량의 차이가 미미한 것을 확인하였다.
GCP(Gravel Compaction Pile, 이하 GCP)공법은 현재 정량적인 설계법이 제시되어 있지 않아 경험적인 방법에 의해 설계 및 시공되고 있어 팽창파괴, 전단파괴 등 다양한 형태의 파괴가 빈번히 발생하고 있으나 명확한 원인 규명과 파괴 예방 대책수립이 어려운 실정이다. 또한 국내와 시공 장비, 재료 특성 등이 다름에도 불구하고 해외의 지반에 적용하는 공법을 그대로 국내에 적용하고 있어 지지력, 침하량 등이 실측값과 큰 차이를 나타내고 있다. 본 연구에서는 GCP공법의 합리적이고 안전한 설계법을 제안하기 위한 연구로써 국내 점토지반에 GCP공법을 적용하여 지반강도 변화에 따른 침하 및 응력 거동특성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 ABAQUS를 이용하여 복합지반의 침하량과 침하감소율, 응력분담비, GCP의 최대 수평변위량 및 발생 예상위치를 분석하고자 하였다. 분석 결과, 치환율 30%이상에서 복합지반의 침하감소율이 60%이상 감소하는 것을 확인하였고, GCP의 최대 수평변위량은 말뚝 직경의 2.6배의 깊이에서 발생하였으며, 치환율 40%이상에서는 수평변위량의 차이가 미미한 것을 확인하였다.
Gravel Compaction Pile (GCP) method is currently being designed and constructed by empirical method because quantitative design method has not been developed, leading to various types of and frequent destruction such as expansion failure and shear failure and difficulties in establishing clear cause...
Gravel Compaction Pile (GCP) method is currently being designed and constructed by empirical method because quantitative design method has not been developed, leading to various types of and frequent destruction such as expansion failure and shear failure and difficulties in establishing clear cause and developing measure to prevent destruction. In addition, despite the difference with domestic construction equipment and material characteristics, the methods applied to the overseas ground is applied to the domestic as it is, leading to remarkable difference between applied values and measured values in variables such as bearing capacity and the settlement amount. The purpose of this study was, therefore, to propose a reasonable and safe design method of GCP method by analyzing the settlement and stress behavior characteristics according to ground strength change under GCP method applied to domestic clay ground. For the purpose, settlement amount of composite ground, stress concentration ratio, and maximum horizontal displacement and expected location of GCP were analyzed using ABAQUS. The results of analysis showed that the settlement and Settlement reduction rate of composite ground decreased by more than 60% under replacement ratio of 30% or more, that the maximum horizontal displacement of GCP occurred at the depth 2.6 times pile diameter, and that the difference in horizontal displacement is slight under replacement ratio of 30%.
Gravel Compaction Pile (GCP) method is currently being designed and constructed by empirical method because quantitative design method has not been developed, leading to various types of and frequent destruction such as expansion failure and shear failure and difficulties in establishing clear cause and developing measure to prevent destruction. In addition, despite the difference with domestic construction equipment and material characteristics, the methods applied to the overseas ground is applied to the domestic as it is, leading to remarkable difference between applied values and measured values in variables such as bearing capacity and the settlement amount. The purpose of this study was, therefore, to propose a reasonable and safe design method of GCP method by analyzing the settlement and stress behavior characteristics according to ground strength change under GCP method applied to domestic clay ground. For the purpose, settlement amount of composite ground, stress concentration ratio, and maximum horizontal displacement and expected location of GCP were analyzed using ABAQUS. The results of analysis showed that the settlement and Settlement reduction rate of composite ground decreased by more than 60% under replacement ratio of 30% or more, that the maximum horizontal displacement of GCP occurred at the depth 2.6 times pile diameter, and that the difference in horizontal displacement is slight under replacement ratio of 30%.
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문제 정의
선행연구에서 2D-축대칭을 이용한 GCP 복합지반의 거동특성 분석은 복합지반의 일부 평면을 축대칭 함으로써 전체 복합지반의 특성으로 일반화하여 분석한 결과이므로 지중응력을 고려하기에 한계가 있다. GCP로 개량된 복합지반은 GCP 중심으로 수평방향 및 수직방향으로 3차원적 배수가 발생되며, 이와 같은 3차원적 배수와 지중응력의 변화를 고려하기 적합한 3차원으로 모델링하여 GCP 거동특성 분석의 정확성을 높이고자 하였다.
Barksdale and Bachus(1983)은 다짐말뚝 길이가 다짐말뚝 직경의 2∼3배 이상의 길이를 가진 GCP에서는 팽창파괴가 발생한다하였고, 점토지반인 경우 지반의 전단응력이 최소가 되는 지점에서 팽창파괴가 발생한다고 하였다. 따라서 GCP가 적용된 복합지반의 측방이동과 다짐말뚝의 팽창파괴의 양상을 파악할 수 있는 GCP의 최대 수평변위량을 말뚝의 깊이(z/H)별로 파악하고자 하였다.
또한, GCP로 개량된 복합지반은 GCP 중심으로 수평방향 및 수직방향으로 3차원적 배수가 발생한다. 따라서 이와 같은 3차원적 배수와 지중응력의 변화를 고려하기 적합한 3차원으로 모델링하여 GCP 거동특성 분석의 정확성을 높이고자 하였다. 이를 위해 ABAQUS를 이용하여 복합지반의 침하량과 침하감소율, 응력분담비, GCP의 최대 수평변위량 및 발생 예상위치를 분석하고자 하였다.
가설 설정
GCP을 개량한 복합지반을 Fig. 2(c)와 같이 3차원 유한요소망을 사용하였으며, 복합지반의 측면은 수평방향(X, Y)변위를 구속, 하단면은 선단지지층까지 GCP가 관입되었음을 가정하고 수평방향(X, Y), 연직방향(Z) 변위를 구속하였다. 또한 재하하중에 의한 과잉간극수압은 점토층 상부에서의 간극수압이 ‘0’으로 소산되도록 하였으며, 해석의 편의상 쇄석다짐말뚝은 점토지반에 매입된 상태로 가정하였다.
① 원지반과 쇄석기둥은 같이 침하한다.
② 원주 측면의 수평변위는 구속되어 있다.
또한 재하하중에 의한 과잉간극수압은 점토층 상부에서의 간극수압이 ‘0’으로 소산되도록 하였으며, 해석의 편의상 쇄석다짐말뚝은 점토지반에 매입된 상태로 가정하였다.
제안 방법
2와 같이 단일 GCP로 개량된 복합지반을 3D 모델링으로 분석하였다. Fig. 2(a)에서 보이는 바와 같이 단일말뚝에 대한 거동분석을 위해 등가원주 형태로 모델링하였다. 또한, 점토지반과 GCP는 깊이 10m, Sand mat 길이는 0.
(2005)은 단위셀(Unit-Cell) 시험과 대형 토조시험을 통하여 차이를 분석하였다. GCP로 개량된 복합지반의 침하특성을 분석하여 지반 압축특성으로 응력분담비(Stress Concentration Ratio)를 제안하는 식을 제시하였으며, 기존의 침하량 예측기법에 대해 적용성을 검토하고 변형률과 압축지수 개념을 이용한 새로운 침하량 예측기법을 제안하였다.
, 2016). GCP의 점착력은 실내실험결과 0으로 나타났으나 본 연구에서 사용된 ABAQUS 프로그램에서 점착력을 0으로 입력하게 되면 해석오류가 발생하기 때문에 0에 가까운 값, 0.1로 고정하여 해석을 수행하였다(Table 1 참조).
따라서 본 연구에서는 ABAQUS를 이용하여 해석단면 Fig. 2와 같이 단일 GCP로 개량된 복합지반을 3D 모델링으로 분석하였다. Fig.
또한 GCP의 물성치는 쇄석에 의한 거동 분석을 위해 GCP현장에서 가장 많이 적용되는 입경에 해당하는 약 25∼40mm직경의 쇄석을을 사용하여 대형직접전단시험을 통하여 구한 물성치를 사용하였다(Na et al., 2016).
또한, 점토지반과 GCP는 깊이 10m, Sand mat 길이는 0.5m, GCP의 직경을 0.7m로 모델링하였으며, 점토지반의 크기를 다르게 하여 치환율(10∼40%)에 맞게 변화시켜 모델링하였다.
침하감소율은 가장 침하량이 높게 발생한 치환율 10%의 연약한 지반인 지반강도 25kPa를 기준으로 치환율과 지반강도에 따른 성토단계별 침하량 감소 비율을 나타낸다. 또한, 점토지반의 조건에 따라 복합적인 특성이 침하거동 특성이 발생할 수 있으나 치환율과 지반강도에 대한 분석을 위해 각 점토지반의 침하감소율에 대한 그래프를 작성하였다. 대체적으로 치환율 10% 대비, 치환율이 증가할수록 침하감소율은 증가하였으며, 치환율이 30%일 때 침하감소율의 기울기가 가장 높게 나타났다.
본 연구에서는 GCP공법의 거동에 대한 유한요소해석에 대한 정확성을 높이고자 3차원 모델링을 사용하였으며, 하중 재하단계 별 지반강도 및 치환율 변화에 따라 GCP 복합지반의 거동을 분석한 결과는 다음과 같다.
요소는 응력-간극수압 연계요소 CAX4P(4-node biquadratic displacement, bilinear pore pressure element), 4절점을 사용하였으며, 요소의 크기는 0.21×0.21m로 하여 모델을 분석하였다.
GCP공법으로 복합지반을 조성하는 경우 실제 시공을 설계할 때는 성토단계를 설정하게 된다. 이 때 성토하중의 단계에 따라 복합지반의 총 침하량에 미치는 영향을 분석하기 위해 성토 1단계를 50kPa로 설정하고 총 5단계까지 재하하여 치환율과 지반강도에 응력분담비를 분석하였다. 나승주(2017)는 성토단계가 진행될수록 복합지반 내에서의 응력분담비는 전반적으로 증가하는 경향을 나타내고 산정 위치에 따라 증가폭과 감소하는 폭이 다르다 하였다.
따라서 이와 같은 3차원적 배수와 지중응력의 변화를 고려하기 적합한 3차원으로 모델링하여 GCP 거동특성 분석의 정확성을 높이고자 하였다. 이를 위해 ABAQUS를 이용하여 복합지반의 침하량과 침하감소율, 응력분담비, GCP의 최대 수평변위량 및 발생 예상위치를 분석하고자 하였다.
점토지반의 지반강도를 일축압축강도를 통한 점토분류(Korean Geotechnical Society, 1997)로부터 근거하여 25kPa, 50kPa, 75kPa로 변화시켜 적용하였다.
3(b)는 GCP의 수평변위량의 측정 위치를 나타낸 것이다. 팽창범위를 더욱 명확하게 확인하기 위해 측정위치를 세분화하여 약 2배 이상 증가시켰고, 측정위치(z/H)는 깊이/전체길이로 표현하였다.
7m로 모델링하였으며, 점토지반의 크기를 다르게 하여 치환율(10∼40%)에 맞게 변화시켜 모델링하였다. 현장 시공 여건상 말뚝의 직경을 변화시키기는 어려워 GCP의 직경을 고정하고 지반의 크기를 조절하여 치환율을 변화시켰고, 치환율 50% 이상의 고치환율의 적용은 현장 여건 상 어려움이 많아 40%까지만 적용하였다.
현장 시공과정 모델링을 위해 재하하중 기간은 1일로 지정하고 압밀기간을 100일로 지정하여 과잉간극수압이 완전히 소산될 수 있도록 하였다. 요소는 응력-간극수압 연계요소 CAX4P(4-node biquadratic displacement, bilinear pore pressure element), 4절점을 사용하였으며, 요소의 크기는 0.
대상 데이터
Table 1, 2와 같이 설계정수는 실제 현장에 사용되었던 데이터로 점토지반 1은 부산 신항만 지역의 SCP 복합지반 설계 시 적용된 값을 사용하였으며(Busan New Port Corp, 1999), 점토지반 2는 해상에 호안을 설치하고 준설 매립하여 조성된 지반에서 매립 후 1~2년의 시간이 경과된 후 지반개량이 실시되었던 지반을 사용하였다(Han et al. 2013). 점토지반 3은 광양항 컨테이너 부두 조성공사 부지로써 실제 연약지반 개량이 실시되었던 점토지반의 값을 사용하였으며(Seong, 2003), 점토지반 4는 연약 해성 점성토층인 전남 율촌산업단지의 인근 해성점토에 대한 일반적인 값을 사용하였다(Kim, 2003).
이론/모형
비선형 유한요소해석에서는 적합한 구성모델과 매개변수의 결정이 가장 중요한 요소이다. 본 연구에서는 점토지반의 거동을 잘 표현할 수 있는 Cam-clay 탄･소성 모델을 적용하고, GCP는 Mohr-coulomb, 상부기초는 탄성모델로 적용하였다.
성능/효과
(1) 하중 단계 별 응력분담비 분석결과, 하중단계가 증가할수록 GCP 복합지반의 응력분담비는 증가하는 경향이 나타났으나 지반강도 75kPa인 단단한 지반의 상부에서는 오히려 감소하는 경향이 나타났다. 이는 단단한 지반일수록 원지반의 유효응력이 증가하여 말뚝의 유효응력으로부터 저항력이 증가하며 이에 따라 GCP 내에서 상부에서 하부로 전이되는 응력이 증가하는 것으로 판단된다.
(2) 침하량 분석 결과, 지반강도는 치환율에 비해 상대적으로 침하량에 미치는 영향이 더 작은 것으로 확인되었으며, 치환율이 증가함에 따라 연약한 지반에서 최대 약 81%가 감소하였고, 단단한 지반에서는 최대 약 65%가 감소하였다. 치환율을 40%로 설계한다면 과도한 압밀침하를 예방하여 설계할 수 있을 것으로 판단된다.
(3) 깊이 별 쇄석다짐말뚝의 수평변위량은 전반적으로 말뚝 직경의 2.6배(2.6D)인 깊이 1.8m에서 최대 수평변위량이 발생하였다. 또한 치환율 40%에서는 치환율 10%에 비해 상대적으로 확연하게 감소하는 경향이 나타났고, 지반강도 25kPa인 연약한 지반에서 최대 88%의 감소율이 나타났다.
4∼Fig. 6에서 나타난 바와 같이 치환율에 따라 감소하는 응력분담비의 폭보다 지반강도에 의해 감소하는 응력분담비의 폭이 더 큰 것을 확인할 수 있으며, 치환율이 복합지반의 응력분담비에 미치는 영향보다 단계별 상재하중의 영향이 더 큰 것을 확인할 수 있다.
Fig. 8에서 보이는 바와 같이 점토지반 1에서 침하 감소율이 가장 크게 나타나는 연약한 지반인 25kPa인 경우, 치환율 10%에서 치환율 40%로 증가함에 따라 평균 최종침하량이 218.33mm에서 42.64mm로 약 80.46% 감소하였고, 지반강도 50kPa에서는 치환율 10%에서 치환율 40%로 증가함에 따라 평균 최종침하량이 139.36mm에서 37.67mm로 약 73% 감소하였으며 단단한 지반인 75kPa에서는 약 64%가 감소하였다.
Table 3은 치환율 10∼40%에서 지반강도에 따른 침하량과 침하감소율을 나타낸 것이다. 가장 침하량이 높게 발생한 치환율 10%의 연약한 지반인 지반강도 25kPa를 기준으로 치환율과 지반강도에 따른 성토단계별 침하량과 침하감소율을 나타내었다.
(2005)은 PENTAGON 3D를 이용한 유한요소해석 기법을 이용하여 치환율에 따른 지반의 응력분담비 및 복합지반의 거동을 분석하였다. 그 결과, 응력분담비는 치환율이 증가할수록 높아지고 지반과 말뚝의 상대침하량의 차이는 감소한다고 하였으며, 치환율 70%이상의 경우 말뚝과 지반의 침하량 차이는 거의 없다고 하였다.
(2003)은 실내실험과 유한요소해석을 실시하여 각각의 치환율에 따른 이론을 적용하여 SCP의 수직 응력을 비교하였다. 그 결과, 점토의 응력이 모래말뚝으로 전이되는 현상이 발생하여 응력분담은 하부로 갈수록 증가하는 것을 확인하였다.
또한, 점토지반의 조건에 따라 복합적인 특성이 침하거동 특성이 발생할 수 있으나 치환율과 지반강도에 대한 분석을 위해 각 점토지반의 침하감소율에 대한 그래프를 작성하였다. 대체적으로 치환율 10% 대비, 치환율이 증가할수록 침하감소율은 증가하였으며, 치환율이 30%일 때 침하감소율의 기울기가 가장 높게 나타났다.
이는 점토지반에 비해 상대적으로 강성이 큰 GCP의 연직유효응력이 상재하중에 의해 증가하는 폭이 점토지반보다 더 높아 응력분담비가 증가한 것으로 판단된다. 또한 Fig. 6에서 보이는 바와 같이 점토강도 75kPa 이상인 지반인 경우, 상재하중의 단계가 증가할수록 복합지반 상부에서의 응력분담비가 감소하는 경향이 나타났다. 이는 단단할수록 점토지반의 유효응력이 증가하여 말뚝의 유효 응력으로부터 저항력이 증가되므로 말뚝 내 상부에서의 응력이 하부로 전이되는 응력이 증가하기 때문인 것으로 판단된다.
8m에서 최대 수평변위량이 발생하였다. 또한 치환율 40%에서는 치환율 10%에 비해 상대적으로 확연하게 감소하는 경향이 나타났고, 지반강도 25kPa인 연약한 지반에서 최대 88%의 감소율이 나타났다.
Mohamed and Basuony(2016)은 PLAXIS를 사용하여 GCP로 개량된 복합지반에서 말뚝 간 거리, 말뚝 직경, 말뚝 길이 등의 변화에 따라 말뚝의 지지력, 침하저감효과, 말뚝의 휨 모멘트에 미치는 요인들에 대한 영향을 분석하였다. 분석 결과, 치환율, 말뚝 길이의 증가와 말뚝 간격 비율의 감소에 따라 지지력과 침하저감 효과는 크게 나타났으며 말뚝 길이 비가 0.75의 말뚝을 이용하는 것이 지지력과 침하저감효과 개선과 경제성 측면에서 효과적이라 판단하였다.
(2007)은 침하특성을 분석하기 위하여 현장재하시험과 수치해석을 실시하였으며, 이후 비교를 위하여 현장원형시험도 실시하였다. 분석결과, 강성기초보다 연성기초가 경계면조건에 더 크게 영향을 받았으며, 자유변형률로 인하여 침하는 다짐말뚝에서는 감소하고 점토지반은 증가함을 보였다.
침하저감비는 재하성토 조건에서의 계산을 통해 산정된 침하량과 동일한 재하조건에서 수치해석으로 산정된 침하량의 비로 산정된다. 분석결과, 치환율이 증가할수록 마찰재의 사용으로 인하여 침하가 상당히 감소되며, 본 연구에서 얻은 SRR의 값은 실제 SRR의 값과 유사하게 나타나는 것을 확인하였다.
4는 하중 재하단계별 지반강도 별 응력분담비를 분석한 그림이다. 상부하중의 단계별로 증가할수록 복합지반에서의 응력분담비가 평균적으로 증가하는 경향으로 나타났다. 이는 점토지반에 비해 상대적으로 강성이 큰 GCP의 연직유효응력이 상재하중에 의해 증가하는 폭이 점토지반보다 더 높아 응력분담비가 증가한 것으로 판단된다.
8m로 굴착하고 GCP를 군말뚝 형태로 설치하여 현장재하시험을 실시하였고, 현장모습과 유사하게 3차원으로 모델링하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과, 사용한 모델 중 Modified Cam-Clay 모델은 침하량 및 거동특성이 매우 유사한 결과를 보였으며, Mohr-Coulomb 모델은 지반의 거동 특성을 과소평가 할 수 있다고 판단하였다.
실험결과, SCP로 개량된 복합지반의 경우 응력분담비의 범위가 1.4∼3.8로 나타나고, GCP로 개량된 복합지반의 경우 응력분담비의 범위가 1.2∼3.3의 범위가 나타남을 확인하였다.
증가폭은 SCP로 개량된 복합지반 보다 GCP로 개량된 복합지반에서 현저하게 감소한 것으로 확인하였다. 즉, 동일한 조건으로 시험한 결과, GCP로 개량된 복합지반에서 침하저감 효과가 큰 것으로 확인하였다.
(2012)은 단일말뚝을 저치환율로 개량된 지반에 대하여 1g 모형시험을 실시한 결과, 압밀압력이 증가할수록 침하량은 증가하였으나, 침하량 증가폭은 점차 감소하는 경향을 보였다. 증가폭은 SCP로 개량된 복합지반 보다 GCP로 개량된 복합지반에서 현저하게 감소한 것으로 확인하였다. 즉, 동일한 조건으로 시험한 결과, GCP로 개량된 복합지반에서 침하저감 효과가 큰 것으로 확인하였다.
치환율 별 측정위치에 따라 GCP의 수평변위량을 분석한 결과, 치환율이 증가함에 따라 수평변위량이 확연히 감소하였고, 성토단계가 증가할수록 수평변위량은 증가하였다. 치환율이 증가하여 GCP의 면적 비율이 증가할수록 성토에 따른 지반에서의 유효면적이 감소하였고, 이에 따라 점토지반의 유효응력이 증가하게 되어 GCP의 측방유동을 억제하는 것으로 판단된다.
치환율 별 측정위치에 따라 GCP의 수평변위량을 분석한 결과, 치환율이 증가함에 따라 수평변위량이 확연히 감소하였고, 성토단계가 증가할수록 수평변위량은 증가하였다. 치환율이 증가하여 GCP의 면적 비율이 증가할수록 성토에 따른 지반에서의 유효면적이 감소하였고, 이에 따라 점토지반의 유효응력이 증가하게 되어 GCP의 측방유동을 억제하는 것으로 판단된다.
침하감소율이 가장 높은 치환율 40%에서는 연약지반에서 최대 평균 81% 감소율을 나타내고 치환율 20%에서는 최대 평균 44%의 감소율을 나타내었다. GCP공법 설계 시 침하량은 중요한 설계요소이기 때문에 향후 추가적인 점토지반에 대한 연구를 수행하고, 실내시험 및 현장시험의 검증을 통해 침하량 예측에 대한 정량적인 설계법 도입이 가능할 것으로 판단된다.
하중 재하단계에 따른 치환율과 지반강도 별 GCP의 수평변위량을 분석한 결과, 재하단계가 진행될수록 수평변위량은 증가하였고, 치환율과 지반강도가 증가할수록 수평변위량은 확연하게 감소하였다.
하중 재하단계에 따른 치환율과 지반강도 별 침하량을 분석한 결과, Fig. 7과 같이 성토단계가 진행될수록 침하량이 증가하였고, 치환율과 지반강도가 증가할수록 침하량이 큰 것으로 나타났고, 지반강도가 증가함에 따라 최종침하량이 감소하는 것으로 나타났다.
후속연구
침하감소율이 가장 높은 치환율 40%에서는 연약지반에서 최대 평균 81% 감소율을 나타내고 치환율 20%에서는 최대 평균 44%의 감소율을 나타내었다. GCP공법 설계 시 침하량은 중요한 설계요소이기 때문에 향후 추가적인 점토지반에 대한 연구를 수행하고, 실내시험 및 현장시험의 검증을 통해 침하량 예측에 대한 정량적인 설계법 도입이 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 단일말뚝의 경우, 하나의 복합지반에 대해 분석한 결과로 추후 다양한 점토지반과 실제 현장에서의 거동특성에 대한 비교 및 세밀한 분석을 통해 국내 GCP공법 연약지반 개량에 적용해야 할 것으로 사료된다.
(2) 침하량 분석 결과, 지반강도는 치환율에 비해 상대적으로 침하량에 미치는 영향이 더 작은 것으로 확인되었으며, 치환율이 증가함에 따라 연약한 지반에서 최대 약 81%가 감소하였고, 단단한 지반에서는 최대 약 65%가 감소하였다. 치환율을 40%로 설계한다면 과도한 압밀침하를 예방하여 설계할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
GCP공법의 문제점은?
그러나 GCP공법은 시공과정 중 교란으로 인해 점토지반에서 강도를 쉽게 상실하여 시공의 불확실성과 내부 파괴의 문제점을 가지고 있으며, 시공사례가 증가함에 따라간극막힘(Clogging) 현상, 선단부 팽창파괴(Bulging Failure) 등의 피해사례가 급격히 증가하고 있다. 현재 국내 GCP공법은 정량적인 설계법이 제시되어 있지 않아 경험적인 방법에 의해 설계 및 시공되고 있어 팽창파괴, 전단파괴 등 다양한 형태의 파괴가 빈번히 발생하고 있으나 명확한 원인 규명과 파괴 예방 대책 수립이 어려운 실정이다.
GCP(Gravel Compaction Pile, 이하 GCP)공법이란 무엇인가?
GCP(Gravel Compaction Pile, 이하 GCP)공법은 연약지반에 모래 또는 쇄석 등 조립토 재료를 사용하여 연약지반을 10∼40% 정도 치환하고 일정하게 압입하는 과정을 통해 말뚝을 조성하여 연약지반을 개량하는 공법이다. 또한 쇄석다짐말뚝으로 개량된 복합지반은 쇄석말뚝과 지반의 서로 다른 강성으로 인해 지반 상부의 하중이 상대적으로 강성이 높은 다짐말뚝으로 집중된다.
국내 GCP공법의 문제점은?
그러나 GCP공법은 시공과정 중 교란으로 인해 점토지반에서 강도를 쉽게 상실하여 시공의 불확실성과 내부 파괴의 문제점을 가지고 있으며, 시공사례가 증가함에 따라간극막힘(Clogging) 현상, 선단부 팽창파괴(Bulging Failure) 등의 피해사례가 급격히 증가하고 있다. 현재 국내 GCP공법은 정량적인 설계법이 제시되어 있지 않아 경험적인 방법에 의해 설계 및 시공되고 있어 팽창파괴, 전단파괴 등 다양한 형태의 파괴가 빈번히 발생하고 있으나 명확한 원인 규명과 파괴 예방 대책 수립이 어려운 실정이다. 또한 국내와 시공 장비, 재료 특성 등이 다름에도 불구하고 해외의 지반에 적용하는 공법을 그대로 국내에 적용하고 있어 지지력, 침하량 등이 실측값과 큰 차이를 나타내고 있다.
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