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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 연직배수공법 적용시 가장 심각한 압밀지연현상의 발생요인인 지반교란의 발 생범위 및 교란영역 투수계수비의 범위를 선정하기 위하여 멘드럴 형상, 멘드럴 타입조건 및 멘드럴 타 입속도에 따른 현장시험을 수행하였다.
제안 방법
- 드레인 타설을 위하여 멘드럴 관입 및 인발에 의한 주변지반의 교란에 의한 강도저하 특성을 규명하기 위하여 멘드럴의 종류와 진동조건 그리고 관입속도를 달리하여 멘드럴을 관입 및 인발을 실시한 후 표 2에 나타낸 위치에서 피에조콘 조사를 실시하였다.
- 멘드렐 타설시 주변지반의 교란 정도를 파악하기 위하여 멘드렐의 형상과 관입조건 등을 변화시켜가 며 실내 및 현장시험을 실시하였다. 앞서 언급한 바와 같이 멘드렐 형상에 따라 다양한 크기의 스미어 존을 갖으며 그 결과를 표 3에 나타내었다.
- 양산물금지구 현장에서 실시한 1차 스미어존 시험을 검정하기 위하여 2차 검증 스미어존을 시험을 실시하였다. 시료채취 과정의 문제점을 최소화하는 방안을 강구하여 중장베(백호우)에 의한 방법으로 정 사각형 및 직사각형 멘드럴을 정정관입 하였다. 이와 같은 방법으로 시료를 채취하여 각 신월튜브에서 일정한 간격으로 시료를 분할하여 압밀시험 및 일축압축시험을 실시하였다.
- 6 kg/cm?을 기준으로 압밀계수와 투수계수를 산정하였다. 실내모형시험의 경우 대형 블럭시료를 이용하여 교란영역과 불교란 영역으로 구분하여 압밀계수와 투수계수비를 산정하였으며, 현장시험의 경우 수평시료를 멘드렐 중심에서 일정거리별로 실시한 압밀시험 결과를 상대 비교하여 일축압축강도비 %泌8=0.75인 지점의 압밀계수 및 투수계수 감소비를 산정하였다.
- 양산물금지구 현장에서 실시한 1차 스미어존 시험을 검정하기 위하여 2차 검증 스미어존을 시험을 실시하였다. 시료채취 과정의 문제점을 최소화하는 방안을 강구하여 중장베(백호우)에 의한 방법으로 정 사각형 및 직사각형 멘드럴을 정정관입 하였다.
- 시료채취 과정의 문제점을 최소화하는 방안을 강구하여 중장베(백호우)에 의한 방법으로 정 사각형 및 직사각형 멘드럴을 정정관입 하였다. 이와 같은 방법으로 시료를 채취하여 각 신월튜브에서 일정한 간격으로 시료를 분할하여 압밀시험 및 일축압축시험을 실시하였다.
대상 데이터
- 현장 스미어존 시험은 양산물금 시험시공부지내 메나드 드레인구간과 선행재하(preloading)구간 중간 에 위치 한 무처리 영역에서 실시하였으며, 시 험구간은 가로X세로(30mX30m)의 정방형의 크기로 선정 하였다. 시험은 시추장비에 길이 10m의 멘드렐을 설치하여 멘드렐의 형상과 규격 및 관입속도와 방법 등의 시험조건을 변화시켜가며 실시하였으며, 세부적인 시험조건은 표 1에 나타내었다:
데이터처리
- 멘드렐 관입에 의해 발생된 교란영역의 압밀특성 변화와 투수계수 감소비를 분석하기 위하여 표준압 밀시험을 실시하였으며, 시험결과 경향성을 보이지 않는 1차 현장시험시 원형 멘드렐에 대한 결과를 제외한 나머지 결과에 대하여 멘드렐 형상별로 표 4에 나타내었다. 이때 압밀하중은 지반의 유효응력과 성토하중을 고려하여 1.
성능/효과
- (1) 멘드렐 타설 주변지반의 강도 및 압밀특성은 멘드렐로부터 거리가 증가할수록 선형 또는 비선형적 으로 증가하였다. 멘드렐 관입은 저속의 정적관입을 실시하는 것이 관입에 따른 주변지반 교란의 영향이 저감되는 것으로 나타났다.
- (2) PBD재의 배수성능에 영향을 미치는 스미어존의 범위(djdm)는 수평시료인 경우 1.6~2.6으로 나타났다. 또한 CPT시험 결과에서는 2.
- (3) 멘드렐 형상에 따른 스미어존의 크기( djdm)의 평균값은 원형 2.45, 정사각형 4.3, 직사각형 3.01, 마 름모 2.45로서 평균 2.98의 크기를 보이며, 다른 시험방법에 비해 스미어존의 크기가 크게 산정된 CPT시험결과를 제외한 평균값은 원형 L87, 정사각형 2.4, 직사각형 2.08, 마름모 1.8로서 평균 2.05 로 나타났다.
- (4) 지반교란에 의한 투수계수 감소비( kjkh)를 산정한 결과 0.60~0.66으로 나타났다.
- (6) 연약지반 개량시 연직배수재 타설에 따른 주변지반의 일축압축 특성, 압밀특성, 투수특성 및 전단특성 등을 파악함으로써 배수재 타설에 의한 주변지반의 교란영향과 교란메카니즘이 보다 더 정밀하 게 규명되었다.
- 그림과 표에서 보는 바와 같이 시험조건별로 심도에 따라 2. 6-8.1 djdm의 분포를 보이며 심도에 따라 비교적 일정한 크기의 스미어존을 갖는 것으로 나타났다.
- 6배 가량 교란영역이 증가하는 것으로 나타났다. 그리고, 직사각형 멘드렐 을 이용하여 관입속도를 변화시켜가며 실험을 실시한 결과 저속으로 관입하는 경우 교란이 적은 것으로 나타났다. 위와 같이 일축압축시험결과를 이용하여 교란영역비(ds/dm)를 산정한 결과 원형 멘드렐을 저 속과 무진동 조건으로 멘드렐을 관입하는 경우 주변지반 교란발생을 최소화할 수 있는 것으로 분석되었다.
- 그림 7에서 수 평축의 변위가 증가할수록 전단응력은 응력경화 현상이 일어나며, 나머지는 수직응력과는 무관하게 변 형률 경화-일정현상이 보인다. 그리고, 체적변화율은 연직응력과는 무관하게 압축발생이 일어났다. 이시 료는 정규압밀상태이기 때문에 설계상태의 전단강도 정수 c'=0, #=26° , f f= 0.
- 동일심도에서 위치별로 멘드렐 관입에 따른 지반교란의 영향과 정도의 차이로 인하여 멘드렐 중심에 가까울수록 투수계수 감소비가 작아지는 것을 현장시험 결과를 통해 알 수 있었다. 수평시료에 대한 시 험결과 일축압축강도비 qcs/q«>=0・75인 위치에서 구한 멘드렐 형상별로 압밀계수 감소비의 평균값은 정 사각형 0.
- 따라서 위에 제시 된 형상별 스미어존의 크기 산정결과는 멘드렐 관입시 장변과 단변 방향에 대한 시료채취와 CPT시험 방향에 따라 스미어존의 크기가 다르게 산정될 수 있는 유동성을 내포하고 있다. 또한 관입속도와 멘드 렐의 크기에 따른 스미어존의 크기를 비교 분석한 결과 저속의 무진동 조건이 고속의 진동조건보다 스 미어존의 크기가 작게 산정되며, 부분적으로 관입조건에 따라 특별한 경향성은 없는 결과가 나타나는데, 지반의 불균질성으로 인하여 조건별 스미어존의 크기를 산정할 때 절대적 기준보다는 각 시험조건별로 최외곽의 값을 이용한 상대적 평가 방법을 이용할 수 밖에 없는 평가방법의 한계성을 보이는 것도 하나의 원인인 것으로 판단된다.
- 0m부근에서 최소치를 보이며, 이후 심도가 증가함에 따라 완만하게 증가하는 경향을 보인다. 또한 멘드럴 끝단에 가까운 위치 에서 실시한 시험결과가 동일심도의 바같쪽 결과에 비해 교란의 영향으로 인해 콘관입 저항치가 작은 것으로 나타났다.
- 그림에서 보는 바와 같이 멘드렐 끝단에서 멀어질수록 일축압축강도가 증가하 고, 초기접선의 기울기가 증가하는 경향을 보인다. 또한 멘드렐 끝단 부근의 시험결과의 경우 멘드렐 관 입에 의한 교란의 영향으로 인하여 변형율이 증가함에 따라 하중이 일정하게 증가하는 응력-변형 특성을 보이고 있으며, 멘드렐 끝단부로부터 거리가 멀어질수록 응력-변형 특성은 궁극하중강도로 수렴해 가는 변형율 경화현상(hardening)을 보이거나 비교적 완만한 상태로 최대하중강도를 보이는 경향을 나타낸다.
- 65로 나타났다. 또한 모든 시험결과의 평균은 압밀계수 감소비의 경우 0.61, 투 수계수 감소비의 경우 0.64로 나타났다.
- 멘드렐 형상에 따른 스미어존의 크기를 비교한 결과 평균값을 이용하는 경우, 마름모(2.45)-원형 (2.45)-직사각형(3.01)-정사각형(4.3)의 순으로 스미어존의 크기가 증가하며, 환산직경 dm=18cm, 관입속도 0.4m/sec, 무진동 조건의 동일시험조건에 대한 결과를 비교한 결과 원형(2.30)-마름모(2.45)-직사각형 (3.08)-정사각형(4.3) 순으로 스미어존의 크기가 증가하는 것으로 나타났다. 본 시험결과의 전체평균은 2.
- 3) 순으로 스미어존의 크기가 증가하는 것으로 나타났다. 본 시험결과의 전체평균은 2.98dm으로 나타났으며, 다른 시험방법에 비하여 상대적으로 스미어존의 범위가 큰 CPT시험결과를 제외 하면 스미어존의 범위는 2.05dm으로 나타났다.
- 그림 6은 멘드렐 관입 전, 후에 지표면으로 부터 2m 심도에서 채취한 시료를 대상으로 삼 축압축시험으로부터 얻은 비배수 전단강도를 나타내고 있다. 불교란 점토의 비배수전단강도 Cuu=0.20kg/cirf으로 나타났고, 교란 점토의 비배 수전단강도는 j=0.15kg/cnf를 나타내어 s의 약 75%이며, 멘드렐 관입에 의해 주위 점토지 반에 스미어 존이 형성됨을 알 수 있다. 이 결과는 블럭시료의 일축압축강도시험 결과와 유사한 값이다.
- 동일심도에서 위치별로 멘드렐 관입에 따른 지반교란의 영향과 정도의 차이로 인하여 멘드렐 중심에 가까울수록 투수계수 감소비가 작아지는 것을 현장시험 결과를 통해 알 수 있었다. 수평시료에 대한 시 험결과 일축압축강도비 qcs/q«>=0・75인 위치에서 구한 멘드렐 형상별로 압밀계수 감소비의 평균값은 정 사각형 0.64, 직사각형 0.60, 마름모의 경우 0.61 로 나타났으며, 투수계수 감소비의 경우 정사각형 0.66, 직사각형 0.64, 마름모 0.65로 나타났다. 또한 모든 시험결과의 평균은 압밀계수 감소비의 경우 0.
- 시험조건에 따른 교란영역비를 분석한 결과, 동일한 관입조건(무진동, 4m/sec)에서 원형, 마름모, 직 사각형, 정사각형으로 갈수록 교란영역비(ds/dm)가 증가하는 것으로 나타났으며, 진동에 의한 멘드렐 관 입시 무진동 조건보다 1.5~1.6배 가량 교란영역이 증가하는 것으로 나타났다. 그리고, 직사각형 멘드렐 을 이용하여 관입속도를 변화시켜가며 실험을 실시한 결과 저속으로 관입하는 경우 교란이 적은 것으로 나타났다.
- 그리고, 직사각형 멘드렐 을 이용하여 관입속도를 변화시켜가며 실험을 실시한 결과 저속으로 관입하는 경우 교란이 적은 것으로 나타났다. 위와 같이 일축압축시험결과를 이용하여 교란영역비(ds/dm)를 산정한 결과 원형 멘드렐을 저 속과 무진동 조건으로 멘드렐을 관입하는 경우 주변지반 교란발생을 최소화할 수 있는 것으로 분석되었다.
- 6으로 나타났다. 이 결과를 참고로 타입방법별 및 멘드렐 형상별 지반교란 영향을 검토하면 직사각형, 정사각형 및 마름모 중에서 직사각형 형상의 멘드렐 및 저속관입이 유리한 것으로 판단된다.
- 앞서 언급한 바와 같이 멘드렐 형상에 따라 다양한 크기의 스미어 존을 갖으며 그 결과를 표 3에 나타내었다. 표 3의 원형멘드렐에 대한 스미어존 시험결과에서는 관입 속도와 진동조건에 대한 관입조건의 차이가 있으나, 현장 1차시험 수평시료-CPT시험결과 순으로 스미 어존이 크게 산정되는 결과를 보이며, 전체적으로 1.6~3.6 dm의 범위를 갖는다. 정사각형 멘드렐 시험 결과와 직사각형 멘드렐에서도 동일한 경향성을 보이며, 각각 2.
- 현장 CPT시험결과 콘 관입 저항치는 표층부에서 크게 나타내며 지표하부 2.0m부근에서 최소치를 보이며, 이후 심도가 증가함에 따라 완만하게 증가하는 경향을 보인다. 또한 멘드럴 끝단에 가까운 위치 에서 실시한 시험결과가 동일심도의 바같쪽 결과에 비해 교란의 영향으로 인해 콘관입 저항치가 작은 것으로 나타났다.
후속연구
- (5) 연직배수공법에 의한 연약지반 개량공사 설계시에 지금까지는 외국에서 제시된 스미어존 크기, 투수 계수 감소비 등을 사용하여 개략적인 설계를 수행하였는데, 본 연구에서 제시된 지반교란 영향을 고 려한다면 보다 정밀한 해석이 가능할 것이다.
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