[논문]DCM 공법에 의한 방파제 기초 적용사례

구임식; 김영상; 정경환; 최정욱; 신민식; 김재현

DCM 공법에 의한 방파제 기초 적용사례
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구임식 ((주)대우건설) , 김영상 (국립여수대학교 해양공학전공) , 정경환 ((주)동아지질) , 최정욱 ((주)동아지질) , 신민식 ((주)동아지질) , 김재현 ((주)동아지질)

The DCM(Deep Cement Mixing) Method was introduced domestically in 1985 and has been applied widely to improve stability, increase bearing capacity and reduce settlement of the structure. It has been only performed by the combined equipment to improve the soft ground in coastal areas. But it has qualify-control problems such as interference of waves and improving depth, etc. Therefore DCM Barge of specialist equipment, named by Dong Ji Ho, was equipped with three mixing shafts with four rod and installed GPS system In itself, had been developed in 2005 for the purpose of solving the above problems. This paper represents about Dong Ji Ho's qualify-control system as well as it's first domestic application to in-situ trial test and the original design of the Ulsan breakwater site.

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문제 정의

(조성태, 2006) 도입 초기는 육상용 파일드라이브를 대선(Barge)에 탑재시킨 조합선을 이용하여 2축으로 시공하였으며, 2004년 중반기에 4축 1연으로 수중 End "ader를 장착하여 48m까지 시공하였다. 외해의 심도가 깊은 지반을 개량하기 위해 2005년에 4축 3연의 독자적인 한국형 DCM 전용선(동지 1호)을 개발하여 현재 울산 남방파제 현장에서 시공 중에 있으며, 국내에서 DCM 전용선을 처음 적용한 현장이기에 설계내용과 시험시공 결과를 소개한다.

제안 방법

1) DCM 공법의 개발배경과 국내 도입경위 및 울산신항지역에 적용된 4축 3연의 한국형 DCM 전용선(동지 1호)의 특징과 품질관리를 위한 시스템을 알아보았다.
DCM 설계시, 실내배합시험으로 연약지반 개량시 예상되는 현장강도를 예측한다. 실내배합시험에서는 시멘트 종류와 양, 혼합수 종류, 물-시멘트비 등을 결정하는데, 본 현장의 경우는 고로슬래그 시멘트 와해 수를 사용하였고, 물-시멘트비는 0.
DCM기초는 [표 2]와 같은 항목을 검토하여 경제성과 시공성을 고려하여 적정한 단면과 개량형식을 선정하며, 또한 충분한 지반조사를 통하여 하단부 지지형식, 개량폭 및 개량율을 산정하고 필요에 따라서 원호 활동과 침하량을 검토한다.
기준. 동해설」(일본항만협회)이나 다른 기준에 따라 산정한 주동, 수동토압 및 잔류수압을 이용하여 계산한다. 검토결과 활동에서는 Fs=4.
물-시멘트비를 o.6:i, 0.7:1, 0.8:1로 하고, 시멘트량은 300kgf, 분당 유량은 480〃min로 시험시공을 실시하여 7일 및 28일 강도를 측정하였다. [그림 14]에서 같은 물-시멘트비에서는 양생기간이 길수록 일축 압축강도가 크게 나타나며, 또한 물-시멘트비가 작을수록 재령기간에 따른 강도 증가가 크게 나타난다.
본 연구에서는 남해안에서 시공된 DCM 사례 중 9지역의 실내배합시험 결과와 개량체의 28일 강도 D/B로부터 [그림 13]과 같이 구축된 인공신경망 모델(김영상 등, 2006)을 활용하여 연구대상 지반의 함수비, 단위중량, 세립분 함량, 시멘트량, 물-시멘트비의 5가지 입력변수로부터 개량체의 28일 일축 압축강도를 추정하였다.
설계기준강도는 개량체의 허용응력을 설정할 때의 기준강도로, 원지반을 이용한 실내배합시험의 일축 압축강도를 원칙으로 하는데, (조성태, 2006) 본 설계에서는 기 적용된 DCM현장의 실내배합시험 사례를 분석하고 적용지 반에 대해 실내배합시험을 실시하여 배합비를 결정하였다. DCM 개량체의 배합 강도는 원지반 강도가 일정하다고 가정할 때, 사용 시멘트량과 물-시멘트비의 영향을 받는데 통상적으로 물-시멘트비는 0.
실내배합시험에서는 시멘트 종류와 양, 혼합수 종류, 물-시멘트비 등을 결정하는데, 본 현장의 경우는 고로슬래그 시멘트 와해 수를 사용하였고, 물-시멘트비는 0.6~0.9 범위로 하였다.
침하량은 기초사석 층의 침하량과 DCM 개량체 의 탄성 침하량, 원지반 사질토층의 침하량으로 구분하여 검토하였으며, 구조물 완성 후 발생하는 침하량은 내측은 8.48cm, 외측은 1.75cm로서 허용침하량 10cm 이하로 나타났다. 또한, 원호활동에 대한 외적안정성 검토결과, 평상시 Fs=4.

대상 데이터

4축 3연의 DCM 전용선으로 시공 중인 “울산신항 남방파제 및 기타공사(제2공구) 축조공사”의 지층은 원지반 퇴적층.풍화토풍화암기반암 순으로 형성되어 있다.
시험시공 구간은 T/S부두 구간으로 원지반의 지층구성과 설계에 적용한 토질정수는 [표 5]와 같으며, 기초지반은 모래자갈층으로 구성되어 있다. 설계에 적용한 DCM의 제원은 [표 6]과 같다.

성능/효과

개량지반에 발생하는 내부응력은 허용압축응력과 허용전단응력 이하여야 하며, 일반적인 배면매립 시공속도의 경우에는 외적안정계산과 동일하게 산정한다. 검토결과, 단지압(tf/n")은 43.5<fca=53.0, 장벽전단응력(tf/if)은 15.795 ca=26, 단벽전단 응력(tf/W)은 12.97<La=26으로 모두 안정하게 나타났다.
동해설」(일본항만협회)이나 다른 기준에 따라 산정한 주동, 수동토압 및 잔류수압을 이용하여 계산한다. 검토결과 활동에서는 Fs=4.93, 전도에서는 Fs=11.33, 으로 기준 안전율 1.2이상으로 안정하게 나타났다.
75cm로서 허용침하량 10cm 이하로 나타났다. 또한, 원호활동에 대한 외적안정성 검토결과, 평상시 Fs=4.215>1.3, 지진시 Fs=3.908>l.l로서 안정하게 나타났다.

후속연구

얻은 일축압축강도와 잘 일치한다. 이러한 모델은 추후 실내에서 다양한 조건변화에 의한 개량체의강도 변화에 대한 선행설계 및 예측에 적극 활용할 수 있을 것이다.

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