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지반침하로 인한 지하공동 복구재료의 현장적용성 평가
Filed Applicability Evaluations of Restoration Material for Underground Cavities Formed by Ground Subsidence 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.21 no.3, 2020년, pp.5 - 11  

방성택 (Department of Construction & Disaster Prevention Engineering, Kyungpook National University) ,  백승주 (Department of Disaster Prevention & Environmental Engineering, Kyungpook National University)

초록
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최근 도심지에서 많이 발생되는 지반함몰은 교통흐름에 방해가 될 뿐만 아니라 재산적인 손실과 함께 인명피해도 심각하게 발생되는 등 시민들의 안전을 위협하는 요인이 되고 있다. 따라서 함몰된 지반을 긴급하게 복구하여 추가 피해에 대비하여야 하는데 현재 국내의 지반 함몰에 대한 구체적인 기준이 미흡하고 함몰 원인의 정확한 규명 및 재발생에 대한 대책이 미흡한 실정이다. 함몰된 지반의 복구방법으로는 함몰된 흙을 재사용하여 되메우기를 하거나 기타 성토재료를 사용하여 되메움 한 후 도로를 포장하는 방법을 가장 많이 사용하고 있는데 이는 지반함몰을 일시적으로 방지하는 방법에 불과할 뿐 근본적인 해결책으로 볼 수 없다. 또한 이러한 방법으로 보강된 지반은 되메움재의 불량 및 다짐불량 등으로 인하여 추가적인 지반함몰이 발생될 가능성을 배제할 없다. 이 연구에서는 지반 침하로 발생된 지하공동의 복구에 활용할 수 있는 복구재료로써 개량된 준설점토의 공학적 특성을 분석하기 위하여 친환경고화재(EHSM) 및 화강풍화토의 혼합비율을 변화시켜 제작한 공시체에 대한 일축압축강도시험을 수행하였으며, 복구재료의 환경변화에 따른 강도 특성을 규명하기 위하여 동결융해시험을 수행하고 각 단계별 시험이 종료되면 강도분석을 위하여 일축압축강도 시험 및 동탄성시험을 수행하였다. 또한 복구된 지반의 강도특성을 평가하기 위하여 동평판재하시험을 실시하여 복구된 지반의 개량효과를 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, ground pits that have been occurring frequently in urban areas are hindering traffic flow and causing property damages and loss of human life, acting as factors that are threatening the safety of citizens. Therefore, sunken ground must be quickly restored and provisions must be made for ad...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 연구에서는 지반침하로 인하여 발생된 지하공동의 복구재료로서 고강도를 발휘하는 친환경 고화재를 사용하여 개량한 준설점토의 강도특성 및 현장적용성을 평가하기 위하여 친환경 고화재 및 화강풍화토의 혼합비율을 변화시켜 제작한 공시체를 3, 7, 14, 28일 양생하여 일축압축강도시험을 수행하고 복구재료의 환경적 변화에 의한 강도특성을 규명하기 위하여 동결융해시험을 수행하여 동결 전과 후의 강도변화를 평가하였다. 또한, 현장실험을 수행하여 개량준설점토로 복구된 지반의 강도특성을 평가하고자 한다.
  • 이러한 지반함몰 현상으로 인해서 국민의 안전이 위협받고있으며, 정부에서는 지하안전관리에 관한 특별법을 제정하여 2019년 11월 1일부터 시행하고 있다. 이 법은 지하를 안전하게 개발하고 이용하기 위한 안전관리체계를 확립함으로써 지반침하로 인한 위해를 방지하고 공공의 안전을 확보함을 목적으로 하고 있다. 지반함몰현상을 발생시키는 가장 큰 요소 중 하나는 지하공동 형성이고, 그 원인은 크게 자연적인 원인과 인위적인 원인으로 구분되며, 최근 국내 곳곳에서 발생하여 문제가 되는 지반함몰은 대부분 인공발생에의한 지반함몰이라고 볼 수 있다(Choi et al.
  • 이 연구에서는 지반 침하로 발생된 지하공동 복구재료의 현장적용성을 평가하기 위하여 복구재료인 개량준설점토의 일축압축강도시험, 동결융해시험, 동탄성시험과 현장에서 동평판재하시험 등을 수행하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
  • 특히, 해빙기에 흔히 발생하는 옹벽 및 가시설 붕괴사고도 동결융해 등 계절적 환경변화에 노출된 지반의 열화현상 및 외력변화로 발생하는 시간 의존적 불안정에 근본 원인이 있다고 할 수 있다(Yoo & Shin, 2011). 이 연구에서는 지반 침하로 발생한 지하공동을 복구하기 위하여 준설점토에 EHSM 및 화강풍화토를 혼합하여 만든 복구재료에 대해 동결융해 반복작용을 부과하여 동결융해 반복작용이 복구재료의 압축강도에 미치는 영향에 대하여 연구를 수행하였다. 동결융해시험에서는 소정의 동결온도에 도달하는 시간과 동결상태에서의 동결지속시간, 흙 포장의 융해과정인 상시온도로의 회복시간, 상시온도에서의 지속시간 등의 시험조건과 동결 및 융해의 반복횟수 등에 대한 온도제어 패턴의 설정이 중요한 요소이므로 정확한 동결융해시험을 위해서는 시간설정을 하고 온도제어 패턴을 결정하여야 한다(Bang, 2014).
  • 이러한 방안의 하나로 준설점토를 고화재로 개량하여 함몰된 지반의 복구재료 및 성토재로로 활용하는 방법이 있다. 이 연구에서는 지반침하로 인하여 발생된 지하공동의 복구재료로서 고강도를 발휘하는 친환경 고화재를 사용하여 개량한 준설점토의 강도특성 및 현장적용성을 평가하기 위하여 친환경 고화재 및 화강풍화토의 혼합비율을 변화시켜 제작한 공시체를 3, 7, 14, 28일 양생하여 일축압축강도시험을 수행하고 복구재료의 환경적 변화에 의한 강도특성을 규명하기 위하여 동결융해시험을 수행하여 동결 전과 후의 강도변화를 평가하였다. 또한, 현장실험을 수행하여 개량준설점토로 복구된 지반의 강도특성을 평가하고자 한다.

가설 설정

  • 동결융해시험에서는 소정의 동결온도에 도달하는 시간과 동결상태에서의 동결지속시간, 흙 포장의 융해과정인 상시온도로의 회복시간, 상시온도에서의 지속시간 등의 시험조건과 동결 및 융해의 반복횟수 등에 대한 온도제어 패턴의 설정이 중요한 요소이므로 정확한 동결융해시험을 위해서는 시간설정을 하고 온도제어 패턴을 결정하여야 한다(Bang, 2014).이 연구에서는 동결융해시험의 기준 온도를 -21℃와 +21℃로 설정하였다. 제1단계에서는 현재 온도에서 동결목표 온도인 -21℃에 도달하기 위한 시간을 30분으로 설정하고 제2단계에서는 충분한 동결조건을 확보하기 위하여 20시간동안 -21℃를 유지했다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지반함몰이란? 최근 우리나라에서는 도심지를 비롯한 여러지역에서 싱크홀, 포트홀 등 지반함몰 현상이 자주 발생되고 있다. 지반함몰이란 지하에 생성되어 존재하고 있는 다양한 공동의 상부지반 또는 구조물 등과 같은 다양한 하중의 무게를 견디지 못하여 지반이 공동 속으로 가라앉게 되어 지표면과 연결되는 커다란 구멍이 생기게 되는 현상이다(Oh et al., 2015).
되메움 한 후 도로를 포장하는 방법으로 보강된 지반의 의 위험성은? 함몰된 지반의 복구방법으로는 함몰된 흙을 재사용하여 되메우기를 하거나 기타 성토재료를 사용하여 되메움 한 후 도로를 포장하는 방법을 가장 많이 사용하고 있는데 이는 지반함몰을 일시적으로 방지하는 방법에 불과할 뿐 근본적인 해결책으로 볼 수 없다. 또한 이러한 방법으로 보강된 지반은 되메움재의 불량 및 다짐불량 등으로 인하여 추가적인 지반함몰이 발생될 가능성을 배제할 없다. 이 연구에서는 지반 침하로 발생된 지하공동의 복구에 활용할 수 있는 복구재료로써 개량된 준설점토의 공학적 특성을 분석하기 위하여 친환경고화재(EHSM) 및 화강풍화토의 혼합비율을 변화시켜 제작한 공시체에 대한 일축압축강도시험을 수행하였으며, 복구재료의 환경변화에 따른 강도 특성을 규명하기 위하여 동결융해시험을 수행하고 각 단계별 시험이 종료되면 강도분석을 위하여 일축압축강도 시험 및 동탄성시험을 수행하였다.
지반함몰현상을 발생시키는 요소와 원인은? 이 법은 지하를 안전하게 개발하고 이용하기 위한 안전관리체계를 확립함으로써 지반침하로 인한 위해를 방지하고 공공의 안전을 확보함을 목적으로 하고 있다. 지반함몰현상을 발생시키는 가장 큰 요소 중 하나는 지하공동 형성이고, 그 원인은 크게 자연적인 원인과 인위적인 원인으로 구분되며, 최근 국내 곳곳에서 발생하여 문제가 되는 지반함몰은 대부분 인공발생에의한 지반함몰이라고 볼 수 있다(Choi et al., 2016).
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참고문헌 (9)

  1. An, J. S., Kang, K. N., Song, K. I. and Kim, B. C. (2018), A numerical study on the characteristics of small underground cavities in the surrounding old water supply and sewer pipeline, Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 20, No. 2, pp. 287-303 (In Korean). 

  2. Bang, S. T. (2014), Characteristics of the Soft Block Mixed Staple Fiber-Soil Stabilizer and Wood-chip, Ph D. dissertation, Chungbuk National University, pp. 103-104 (In Korean). 

  3. Choi, S. K., Baek, S. H., An, J. B. and Kwon, T. H. (2016), Geotechnical investigation on causes and mitigation of ground subsidence during underground structure construction, Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 18, No. 2, pp. 143-154 (In Korean). 

  4. Lee, D. Y., Kim, D. M., Ryu, Y. S. and Han, J. G. (2015), Development and application of backfill material for reducing ground subsidence, Journal of the Korean Geosynthetic Society, Vol. 14, No. 4, pp. 147-158 (In Korean). 

  5. Lee, G. H. (2012), Study on utilization of subgrade soil with improved soft-ground by chemical agent, Ph D. dissertation, Incheon National University, pp. 103-104 (In Korean). 

  6. Oh, D. W., Kong, S. M., Lee, D. Y., Yoo, Y. S. and Lee, Y. J. (2015), Effects of reinforced pseudo-plastic backfill on the behavior of ground around cavity developed due to sewer leakage, Journal of Korean Geo-Environmental Society, Vol. 16, No. 2, pp. 13-22 (In Korean). 

  7. Oh, S. W., Baek, S. J. and Bang, S. T. (2019), Strength characteristics of improved dredged clay for urgent recovery of ground subsidence, Journal of the Korean Geo-Enviromental Society, Vol. 20, No. 5, pp. 31-38 (In Korean). 

  8. Shin, Y. C. and Bark, S. Y. (2018), Apllication of paper sludge ash-stabilized soft ground for subgrade soil, Journal of the Korean Geo-Enviromental Society, Vol. 19, No. 6, pp. 13-22 (In Korean). 

  9. Yoo, C. C. and Shin, B. N. (2011), Effect of cyclic freezingthawing on compressive strength of decomposed granite soils, Journal of Korean Geosynthetics Society, Vol. 10, No. 1, pp. 19-28 (In Korean). 

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