연구목적: 동치환공법은 유사한 동다짐공법에 비해 동치환 직경, 심도, 간격, 타격에너지(중추 무게와 낙하고), 지반강도 증대 효과, 지반 개량효율 등에 대한 연구 및 실증이 부족하다. 연구방법: 본 연구에서는 실트질 점토지반을 연구 대상 지반으로 선정하여 예비 동치환시공과 본시공 동치환의 2가지 경우로 나눠서 지반개량을 실시하고 효과를 분석하였으며, 결과를 바탕으로 적정 개량심도 결정 및 개량효과에 미치는 인자에 관하여 연구하였다. 연구결과: 실트질 점토 지반을 대상으로 동치환 적정 심도 결정, 지반개량효과에 끼치는 특성을 상세히 분석하여 동치환 시 적용할 수 있는 개량심도 ($D_R$) 관계식을 제안하였다. 결론: 동치환공법을 실트질 점토 지반에 적용한 경우, 동다짐공법의 낙하에너지보다 1.25~2.5배 증가시켜야 하는 것으로 나타났다.
연구목적: 동치환공법은 유사한 동다짐공법에 비해 동치환 직경, 심도, 간격, 타격에너지(중추 무게와 낙하고), 지반강도 증대 효과, 지반 개량효율 등에 대한 연구 및 실증이 부족하다. 연구방법: 본 연구에서는 실트질 점토지반을 연구 대상 지반으로 선정하여 예비 동치환시공과 본시공 동치환의 2가지 경우로 나눠서 지반개량을 실시하고 효과를 분석하였으며, 결과를 바탕으로 적정 개량심도 결정 및 개량효과에 미치는 인자에 관하여 연구하였다. 연구결과: 실트질 점토 지반을 대상으로 동치환 적정 심도 결정, 지반개량효과에 끼치는 특성을 상세히 분석하여 동치환 시 적용할 수 있는 개량심도 ($D_R$) 관계식을 제안하였다. 결론: 동치환공법을 실트질 점토 지반에 적용한 경우, 동다짐공법의 낙하에너지보다 1.25~2.5배 증가시켜야 하는 것으로 나타났다.
Purpose: Dynamic Replacement Method currently lacks of sufficient research, implementation cases, and case histories, compared with other comparable methods, such as Dynamic Compaction Method. Method: In this study, for Dynamic Replacement Method, the effective improvement depth and improved strengt...
Purpose: Dynamic Replacement Method currently lacks of sufficient research, implementation cases, and case histories, compared with other comparable methods, such as Dynamic Compaction Method. Method: In this study, for Dynamic Replacement Method, the effective improvement depth and improved strength were analyzed for silty clayey soils. Results: Testbed test was performed to verify the effectiveness of Dynamic Replacement Method followed by the main dynamic replacement implementation on real construction site. Conclusion: A The effects of changes of soft ground depth, dynamic replacements' diameter, depth, spacing, and applied energy on dynamic replacement efficiency in silty clays were assessed and the followings were found: Empirical coefficient for soil $n_R$ of Dynamic Replacement Method was within the range of 0.14~0.32 and its ${\sqrt{WH}}$ is recommended to be 1.25~2.5 times of those from Dynamic Compaction Method.
Purpose: Dynamic Replacement Method currently lacks of sufficient research, implementation cases, and case histories, compared with other comparable methods, such as Dynamic Compaction Method. Method: In this study, for Dynamic Replacement Method, the effective improvement depth and improved strength were analyzed for silty clayey soils. Results: Testbed test was performed to verify the effectiveness of Dynamic Replacement Method followed by the main dynamic replacement implementation on real construction site. Conclusion: A The effects of changes of soft ground depth, dynamic replacements' diameter, depth, spacing, and applied energy on dynamic replacement efficiency in silty clays were assessed and the followings were found: Empirical coefficient for soil $n_R$ of Dynamic Replacement Method was within the range of 0.14~0.32 and its ${\sqrt{WH}}$ is recommended to be 1.25~2.5 times of those from Dynamic Compaction Method.
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문제 정의
동치환공법의 계획은 이론적 배경이 정립되어 있는 것이 아니라, 경험적인 부분에 의존하는 부분이 많다. 본 논문에서는 연구지반을 대상으로 예비 동치환과 본시공 동치환 계측, 수치해석 결과를 고찰하고, 그로 인해 산출된 치환율, 낙하횟수, 낙하고의 타당성 여부 등에 대해서도 연구하였다.
제안 방법
(1) 동다짐공법에 준하여 계획하고 동치환 구근심도, 직경, 치환율 확인을 위해 예비 동치환을 실시하였다. 계획값과 비교한 결과 중추의 무게, 낙하고, 낙하횟수를 변경시켜 동치환 타격시방을 확정하였다.
(1) 동다짐공법에 준하여 계획하고 동치환 구근심도, 직경, 치환율 확인을 위해 예비 동치환을 실시하였다. 계획값과 비교한 결과 중추의 무게, 낙하고, 낙하횟수를 변경시켜 동치환 타격시방을 확정하였다.
동치환공법은 이론적 배경이 명확히 정립되어 있는 것이 아니라, 경험적인 부분에 의존하는 부분이 많다. 동치환 공법이 모래, 실트, 점성토 지반까지 적용성이 다양하지만 실트질 점토지반을 연구 대상 지반으로 선정하여 예비 동치환, 본시공동치환의 조사, 시험 및 계측결과를 기본으로 연약지반 두께, 동치환 심도, 직경, 치환율, 낙하횟수, 낙하고와 간격을 변화시킨 모든 경우에 대해 영향을 고찰하였다. 각각의 결과를 근거로 도출한 결론은 다음과 같다.
0 m로 적용하였다. 목표 개량심도를 결정하고 이에 따라 동치환 적용시 중추의 중량과 낙하고를 결정하였다. Fig 4에 동치환 개랑공법 적용 평면도를 보여주었는데 도로구분은 시추조사시와 동일하며, Fig 5에는 대표적인 도로 3로, 도로 4로의 동치환 단면도를 보여주었다.
최근에 와서 Chow and Lee(1994)에 의해 말뚝항타시의 동적해석을 응용하여 느슨한 사질토에서, 낙하추의 근입에 의한 타격공의 깊이나 접지면 아래의 개량 정도와 깊이를 추정할 수 있는 지반과 낙하추의 상호작용을 고려한 해석프로그램과 측방으로의 파전달 에너지 이론을 고려한 타격지점 간격의 영향해석에 의한 프로그램을 작성하였다. 본 연구에서는 실트, 점성토 지반까지 적용성이 다양하지만 실트 질 점토지반을 연구 대상 지반으로 선정하여 예비 동치환, 본시공 동치환의 조사, 시험 및 계측을 수행하였다. 동치환공법의 계획은 이론적 배경이 정립되어 있는 것이 아니라, 경험적인 부분에 의존하는 부분이 많다.
실트질 점토지반의 개량심도는 구역별로 차이는 있으나, 도로 1로의 경우 연약지반 심도가 평균 5.0 m 정도이고 4 m는 동치환을 적용하고, 연약층 최하단 1 m 내외는 상부 치환에 의하여 압축되어 강도가 증가하는 것으로 계획하였다. 본 연구에서 적용한 실트질점토 지반의 목표 개량심도는 2.
실트질 점토지반의 동치환 심도를 결정하기 위하여 현장실험을 계획한 구역별로 개량목표치를 설정하고 이에 따른 개량심도, 동치환공법 적용시 필요한 낙하높이, 중추의 무게, 타격회수를 산정하였다. 연약지반 개량 목표치 설정 시 DB-24 교통하중, 포장하중, 노상하중을 고려한 하중, 여쌓기하중을 산정하여 적용하였으며, 이에 따른 허용지지력을 산정한 후 개량 목표 표준관입값(N)을 산정하였다.
Fig 6에는 동치환공법 탬핑 상세도와 같이 배치하였고 타격에너지 결정은 개량목표치 지반 표준관입값과 원지반의 N 값과의 증가분을 고려하여 산정하였으며, 1,310～2,060 kNm/㎡ 으로 산정되었다. 여기에서 산정된 값을 적용하여 동치환 타격회수는 11～14 회로 정하였다. 동치환의 경우 1 단계는 쇄석기둥을 조성하는 단계이므로 적용타격에너지를 증가시켜 주어야 하며, 증가량은 현장토질조건에 따라 차이가 있다.
실트질 점토지반의 동치환 심도를 결정하기 위하여 현장실험을 계획한 구역별로 개량목표치를 설정하고 이에 따른 개량심도, 동치환공법 적용시 필요한 낙하높이, 중추의 무게, 타격회수를 산정하였다. 연약지반 개량 목표치 설정 시 DB-24 교통하중, 포장하중, 노상하중을 고려한 하중, 여쌓기하중을 산정하여 적용하였으며, 이에 따른 허용지지력을 산정한 후 개량 목표 표준관입값(N)을 산정하였다. 식 (2)를 이용하여, 도로 1로는 허용지지력 131.
첫 번째 방법은 지표면에서 1.5∼2.5 m의 구덩이를 굴착한 후 구덩이내에 충격에너지를 가하는 방법으로서, 보다 많은 에너지가 Love파로 전환되어 본질적으로 Rayleigh파의 강도가 감소 되도록 도랑을 파서 Rayleigh파의 절점속도를 감소시키는 방법이다.
Mayne and Jones(1983)는 동다짐 하에서 충격응력 산정을 시도하였고, Qian(1986)은 유한차분법과, 경계요소법을 이용하여 모델과 경험적인 지반의 응력-변형율 관계로부터 낙하추의 근입 깊이를 예측하였다. 최근에 와서 Chow and Lee(1994)에 의해 말뚝항타시의 동적해석을 응용하여 느슨한 사질토에서, 낙하추의 근입에 의한 타격공의 깊이나 접지면 아래의 개량 정도와 깊이를 추정할 수 있는 지반과 낙하추의 상호작용을 고려한 해석프로그램과 측방으로의 파전달 에너지 이론을 고려한 타격지점 간격의 영향해석에 의한 프로그램을 작성하였다. 본 연구에서는 실트, 점성토 지반까지 적용성이 다양하지만 실트 질 점토지반을 연구 대상 지반으로 선정하여 예비 동치환, 본시공 동치환의 조사, 시험 및 계측을 수행하였다.
이론/모형
이런 상태에서는 타격을 계속하여도 개량효과를 기대할 수 없기 때문에 과잉간극수압이 소산될 때까지 일정기간을 두어야 한다. 대기기간이 길어지면 경제성의 문제가 있으므로 과잉간극수압을 빠르게 소산하기 위하여 Menard 드레인공법과 병용하여 적용함으로서, 수직드레인에 의해 과잉간극수압이 빠르게 소산되므로 대기기간을 빠르게 할 수 있다. 인접구조물에 대한 영향은 지표면의 충격에 의해 발생한 진동에 의해서 인접구조물의 영향을 주는 파는 지표면을 따라 전달되는 Rayleigh파로서, 인접구조물의 피해유무를 판단할 수 있는 Rayleigh파의 질점속도(Vr)로 평가할 수 있다.
위 식에 의하여 개량을 목표로 하는 연약지반의 N 값을 구할 수 있다. 동치환 심도 결정시 적용할 적절한 제안식이 없어 동다짐 공식을 준용하여 결정하고 있는 바, 식 (1)에서 이미 언급한 바와 같이 Menard(1975)와 FHWA(1995)에 의해 발표한 식을 사용하고 있다. 이 식에서, 중요한 지반 실험계수 n 값은 당초 Menard사에서 공법을 개발할 당시에는 정확한 값이 제시되어 있지 않았다.
성능/효과
(2) 예비 동치환 시 도로 3로, 도로 4로에 시추조사와 연약지반 계측을 수행함과 동시에 동치환 시방규정을 변경하여 시공하였고, 백호로 굴착한 결과, 계획직경은 2.0 m 이나 시공된 동치환 직경은 2.4∼3.2 m 이고, 구근심도가 대부분 계획심도 이상임을 확인하였다.
(3) 치환심도 및 타격당에너지, 치환심도 및 단위면적당 타격에너지, 치환심도 및 타격횟수, 치환심도 및 낙하고와의 관계 그래프를 보여 주었고, 타격당에너지, 단위면적당 타격 타격에너지, 타격횟수 및 낙하고는 치환심도가 깊을수록 비례하여 커지는 경향을 보였다. 중추의 규격이 100 kN, 150 kN의 2 종류이며 동일지점이 아니므로 위치에 따라 연약지층의 두께가 다르고 연약정도가 다르므로 동일한 단위면적당 타격에너지에서 치환심도의 편차가 발생하고 있다.
(4) 동치환 현장실험시 얻은 자료를 바탕으로 치환심도에 따른 타격에너지 #Latex WH 와의 관계 그래프를 보여주었다. 동치환 시 본 연구에서 수행한 실트질 점토 지반의 경우 시험분석 결과, 지반 실험계수 nR 값이 0.14∼0.32 으로 제시된 표의 값보다 40∼80% 작게 나오므로 원하는 동치환 심도를 얻기 위해서는 낙하에너지를 조정하여야 하며 중추의 무게나 낙하고를 1.25∼2.5 배 정도 증가시켜야 한다는 결론을 도출했다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동치환공법이란?
동다짐공법을 응용한 동치환공법은 점성토 지반에서, 쇄석의 관입에 의해 주변 지반을 압축시켜 지반 강도를 증대시키며, 타입된 쇄석말뚝이 지반 압축시 발생한 과잉간극수압을 소산시키는 배수로 역할을 하여 선행하중공법 등 타 공법에 비해 과잉간극수압 소산시간을 짧게 하여 점성토층의 지지력 증대 및 침하 감소를 기대할 수 있는 공법으로 보고되고 있다. 동다짐공법의 경우 연약지반에서의 적용성은 높은 것으로 보고되어 있으나 동치환공법의 경우 타 대책공법에 비하면 시공실적이나 연구가 아직까지는 미진한 상태이며, 어느 정도의 개량효과가 있는지 아직 불투명한 상태라고 할 수 있다.
동다짐공법은 어떻게 정립되었는가?
동다짐공법은 최초에 심부를 다져서 개량하고, 순차적으로 상부지반 개량을 실시하여 최종적으로 마무리 다짐으로 지표면을 다지는 것이 계획의 기본이며, 이론적인 근거보다는 경험적 방법으로 Menard(1975)에 의해 정립되었지만, 현재까지 도시공후의 효과를 사전에 추정하는 방법이 정형화되어 있지 않다. 동다짐공법의 계획은 대부분의 경우 경험이 축적된 전문가에 의해 추정 계획이 이루어지며, 이에 대한 효과 판정 및 성과에 대한 책임이 시공전문가에 귀속되므로, 그 공정이 단순함에도 불구하고 널리 보급되지 않고 있다.
과잉간극수압 소산기간에서 일정 기간을 둬야 하는 이유는?
이런 상태에서는 타격을 계속하여도 개량효과를 기대할 수 없기 때문에 과잉간극수압이 소산될 때까지 일정기간을 두어야 한다. 대기기간이 길어지면 경제성의 문제가 있으므로 과잉간극수압을 빠르게 소산하기 위하여 Menard 드레인공법과 병용하여 적용함으로서, 수직드레인에 의해 과잉간극수압이 빠르게 소산되므로 대기기간을 빠르게 할 수 있다.
참고문헌 (8)
Gambin, M. P.(1979), "Menard Dynamic Consolidation", presented at ASCE Seminar on Ground Reinforcement, George Washington University, Washington, D.C., Jan.
Mayne, P. W., Jones, J. S.(1983), "Impact Stress during Dynamic Compaction", Journal of the Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 109, No. 10, Oct., 1983, pp.1342-1347.
Mayne, P. W., Jones, J. S. and Dumas, J. C.(1984), "Ground Response to Dynamic Compaction", Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.110, No.6, pp.757-774.
Qian, J. H.(1986), "Dynamic Consolidation from Practice to Theory", 8th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, pp.213-217.
Chow, Y. K., Lee, S. L.(1994), "Dynamic Compaction of Loose Granular Soils: Effect of Print Spacing", Jounal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.120, GT.7, pp.1115-1133.
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