[논문]DCM(심층혼합처리공법)에 의한 자립식 흙막이 적용사례

정경환; 김용완; 신민식; 한경태; 김태효

문제 정의

본 논문에서는 DCM(심층혼합처리)공법을 자립식 흙막이 공사에 적용한 사례를 통해 설계, 시공 및 계측단계에서 경험한 내용을 분석하여 공법의 장.단점 및 유의사항에 대해 고찰하고, 추후 DCM공법의 적용시 설계 및 시공단계에서 참고자료로 활용할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 DCM(심층혼합처리)공법에 의한 자립식 흙막이벽체의 설계와 시공을 성공적으로 마친 사례를 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

가설 설정

8)를 사용하여 지반변형해석을 수행하였으며, 토질정수는 표 5와 같고, 해석조건은 표 8과 같다. 지반은 Mohr-Coulomb 모델의 탄소성 재료로 가정하고 DCM 내부의 보강 H-pilee 탄성재료로 가정하였다. 변위의 경계조건은 수평방향 변위가 구속된 측면경계면, 연직 및 수평방향 변위가 구속된 하부경계면을 그림 8과 같이 설정하였다.

제안 방법

DCM 시공 후 개량효과를 검정하기 위해 그림 15와 같이 3개소의 확인조사와 채취한 코아로 일축압축시험을 실시하여 현장강도를 평가하였고,시추공영상촬영(BIPS)을 통해 개량상태를 확인하였다. 확인 조사 결과, 개량 후 상부 1.
같다. 관용설계법에 의한 각 Type별 검토결과는 표 7과 같고, 굴착심도에 따라 DCMe 각각 4열~8열로 계획되었으며, DCM의 시공심도는 지층조건과 시공효율을 감안하여 22m로 계획하였다.
지반굴착 및 흙막이 공사에는 구조물의 용도 및 굴착목적 등에 따라 다양한 공법이 적용되고 있을 뿐만 아니라, 새로운 공법들이 활발히 시도되고 있는데 엄지말뚝공법에서부터 최신의 부벽을 이용한 자립식 지하연속벽공법에 이르기까지 수많은 공법들이 개발되어 있기 때문에 어떤 공법을 선택하는가는 전체공사의 공사기간 및 공사비에 영향을 미칠 정도로 중요한 문제가 되고 있다. 본 논문에서는 DCM(심층혼합처리)공법을 자립식 흙막이 공사에 적용한 사례를 통해 설계, 시공 및 계측단계에서 경험한 내용을 분석하여 공법의 장.단점 및 유의사항에 대해 고찰하고, 추후 DCM공법의 적용시 설계 및 시공단계에서 참고자료로 활용할 수 있도록 하였다.
본 연구지역인 OO지구 배수펌프장은 N값 2이하의 연약점토가 두껍게 분포하고 있어서 1행정 방식이 효율이 높을 것으로 예상되었으며, DCM의 관입특성을 분석하기 위해 관입시간과 관입속도를 평가하였다.
설계시 목표강도에 따른 배합비를 결정하기 위해 실내배합시험을 실시하였으며, 그 결과는 그림 12와 같다. 일반적으로 DCM 개량체의 배합시 물-시멘트비는 0.
설계시 예상한 변위와 실제 발생하는 거동을 비교하여 굴착 중 발생할 수 있는 현상을 미리 예측하고, 향후 DCM 자립식 흙막이 계획과 설계에 참고자료로 활용하기 위해 지중경사계를 이용한 현장계측을 수행하였다.
안정성을 확보할 수 있는 벽체계획을 위해 각 Type별로 관용설계법에 의한 검토를 실시하였으며, 검토시 단면은 그림 7과 같이 굴착심도에 따라 구분하였고, DCM 개량체의 설계제원은 표 6과 같다. 관용설계법에 의한 각 Type별 검토결과는 표 7과 같고, 굴착심도에 따라 DCMe 각각 4열~8열로 계획되었으며, DCM의 시공심도는 지층조건과 시공효율을 감안하여 22m로 계획하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 그림 5, 그림 6과 같은 형식의 DCM 자립식 흙막이로 변경하였고, 그 결과 지반개량기간과 토공 및 구조물 조성기간을 포함하여 약 10개월 이상의 공사기간을 단축하면서성공적으로 마무리 하였다.

대상 데이터

0의 범위가 적용되며, 시멘트량은 개량목적 및 목표강도에 따라 150~350kgf/m3^ 범위로 다양하게 적용된다. 본 시험에서는 시공시 효율을 고려하여 물-시멘트비 1。에 대해 사용시멘트량을 150kgf/m3, 180kgf/m3 및 200kgf/m3으로 하였다. 실내배합시험 결과 시 멘트량이 150kgf/m3 이상일 때 28일 강도가 설계시 목표강도 20kgf/cm2 을 상회하였으며, 적용 시멘트량은 leOkgf/n?으로 하였다.

데이터처리

특히 자립식 흙막이벽체는 무지 보이므로 변위의 제어가 공사의 성공여부를 좌우한다고 해도 과언이 아니다. 그러나, 관용설계법으로 자립식 흙막이 벽체의 변위를 평가하는 것은 상당히 제한적이므로 유한요소 프로그램인 PLAXIS(Ver.8)를 사용하여 지반변형해석을 수행하였으며, 토질정수는 표 5와 같고, 해석조건은 표 8과 같다. 지반은 Mohr-Coulomb 모델의 탄소성 재료로 가정하고 DCM 내부의 보강 H-pilee 탄성재료로 가정하였다.

성능/효과

1. 연약지반에서 DCM 자립식 흙막이 공법을 적용하므로써 기존의 지보를 이용한 흙막이 공법보다 공정을 단축시키고 시공성을 크게 향상시킬 수 있었다.
2. 관용설계법과 수치해석법에 의한 변형해석치를 현장계측치와 비교한 결과, 자립식벽체의 변형해석을 위해서는 관용설계법에 의존하는 것보다 수치해석을 동반하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
3. DCM 시공 후 확인조사와 채취한 코아의 일축압축강도 시험을 통해 DCM 개량체가 설계 기준치를 만족하는 것을 확인하였고, BIPS 결과와 TCR을 비교할 때 일축압축강도 시험에 의해 평가한 개량체의 강도가 일부 심도에서 저평가함을 확인하였다.
4. DCM에 의한 자립식 흙막이 벽체의 설계시에는 평면배치가 벽체변형에 미치는 영향을 고려하는 것이 바람직하다.
유한요소해석에 의한 지반변형해석 결과 벽체의 변위는 그림 9~그림 11과 같은 형상을 나타내고 표 9와 같이 약 160mm~192mm로 평가되었으며, 이는 관용설계법에 의해 평가된 변위인 13mm~28min와는 상당한 차이가 있음을 알 수 있다.
김해의 O。지구 배수펌프장 신설을 위한 흙막이 및 지보공법은 원설계시에 그림 3, 그림 4와 같이 SCP 지반개량+널말뚝+버팀보(Strut)로 계획되어 있었으나, 현장여건상 지반개량을 위한 공기(8개월)를 단축할 필요성이 제기되었고 계획된 버팀보의 수직 및 수평간격이 1.5m~2.0m로 협소하여 토공과 구조물 공사시 상당한 간섭이 예상되었다.
그림 17에 의하면 DCM 코아 회수율(TCR)이 대부분 80% 이상이지만, 일부 심도에서 TCR이 50%미만으로 평가되는 것은 양호한 BIPS의 결과를 감안할 때 확인조사에 의한 DCM 개량체의 강도가 코아 채취시 기계적 균열 등에 의해 저평가될 수 있음을 의미한다. 채취된 코아에 대해 일축압축강도시험을 실시한 결과, 그림 18과 같이 3개소 평균 강도가 12.9~20.8kgf/cm²으로 설계기준강도를 만족하였다.
실시하여 현장강도를 평가하였고,시추공영상촬영(BIPS)을 통해 개량상태를 확인하였다. 확인 조사 결과, 개량 후 상부 1.2~1.3m는 공삭공, 하부 19.6~20.7m는 DCM 개량체가 형성되어있었다. 그림 16의 시추공영상촬영(B1PS) 결과에 의하면, 개량체 전체가 균질하고 양호하게 나타났다.

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