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문제 정의
- 삼성물산 건설부문에서는 90년대 후반에 제작되어 세계최초로 현장 지반조사에 활용되어 현재까지 사용되고 있는 미국 루이지애나 교통연구소(Louisiana Transportation Research Center, LTRC)의 MCPT 지반조사차량을 모델로 동일한 연속관입형 MCPT를 도입하여 삼성 MCPT 지반조사차량을 제작, 현장지반조사에 적용하였다. 본 논문에서는 부산지역 한 현장의 모래매립구간에서 수행된 MCPT 지반조사결과를 바탕으로 삼성 MCPT 시스템의 성능 및 특성을 살펴보았다. 또한, 근거리에서 함께 수행된 표준 CPT 지반조사결과와의 비교를 통해 삼성 MCPT 시스템의 성능을 검증하였고, 콘크기 차이에 따른 크기효과(Scale Effect)에 대해서도 살펴보았다.
제안 방법
- 표준 CPT를 수행하였다. 2개 지점은 서로 5m 떨어져 있으며 콘관입으로 인한 교란영향을 최소화하면서 동일 지반에 대한 비교가 가능하도록 1m 간격으로 각 지점에서 MCPT와 CPT를 수행하였다. 조사를 수행한 지점은 연약지반 상부에 해상모래를 10m 높이로 매립한 곳으로 200번체 통과량 1% 미만의 D50)ave=0.
- 로 구분하여 보여주고 있다. MCPT의 경우 좌굴의 영향을 고려하여 최대조사심도인 10m 미만에서 25MPa 정도의 qc가 나오는 심도에서 조사를 종료하였고, CPT의 경우 10m까지 조사를 수행하였다. qc의 경우 그림 13에 보이는 것처럼 MCPT와 CPT의 결과가 경향뿐 아니라 값까지도 상당히 근사함을 알 수 있다.
- 본 논문에서는 부산지역 한 현장의 모래매립구간에서 수행된 MCPT 지반조사결과를 바탕으로 삼성 MCPT 시스템의 성능 및 특성을 살펴보았다. 또한, 근거리에서 함께 수행된 표준 CPT 지반조사결과와의 비교를 통해 삼성 MCPT 시스템의 성능을 검증하였고, 콘크기 차이에 따른 크기효과(Scale Effect)에 대해서도 살펴보았다.
- 삼성 MCPT 시스템에서 유압장치는 MCPT 관입장치를 구동시켜 콘을 지중에 관입시키는 역할과 조사차량에 장착된 아웃리거 피스톤에 유압을 전달, 차량의 수평을 잡는 작업을 수행한다. 연속관입형 MCPT 관입장치를 구동시키기 위해선 3GPM(gallon per minute)@1,500psi 용량의 유압펌프가 필요하다는 제작사측의 의견을 참고하여 그림 10의 유압장치를 구성하였다.
- 2cm2)의 소형콘을 개발하여 채취된 비교란시료에 대해 관입시험을 수행하였다. 이렇게 실내실험에 적용된 MCPT와 달리, 연속관입형 MCPT는 현장적용을 목적으로 개발된 장비로 그림 6에서 보이는 것처럼 차량에 탑재되어 이동과 조사가 이루어졌다.
- CPT 지반조사차량은 일반적으로 장비의 탑재/운반 및 콘관입을 위한 반력의 두 가지 역할을 수행한다. 표준콘을 사용했을 때 반력확보를 위해 일반적으로 중량 20~30ton의 대형 트럭이 요구되는 반면, 삼성 MCPT 시스템의 경우 2.5ton의 소형트럭을 채택할 수 있어 장비의 경량화에 따른 경제적이고 효율적인 콘관입시험이 가능하도록 하였다. 그림 8은 표준 및 대형 CPT가 가능한 27ton 중량의 한국도로공사의 CPT 지반조사차량과 삼성 MCPT 지반조사차량의 비교를 보여준다.
대상 데이터
- 삼성물산 건설부문에서는 90년대 후반에 제작되어 세계최초로 현장 지반조사에 활용되어 현재까지 사용되고 있는 미국 LTRC의 연속관입형 MCPT 지반조사차량을 모델로 삼성 MCPT 지반조사차량(그림 7)을 제작하였다. 이를 위해 LTRC의 연속관입 MCPT 시스템의 개발과 현장적용의 책임자였던 루이지애나 주립대 Tumay 명예교수의 자문을 받았고, 개선된 방식의 MCPT 지반조사차량을 제작하였다.
- 삼성물산 건설부문에서는 90년대 후반에 제작되어 세계최초로 현장 지반조사에 활용되어 현재까지 사용되고 있는 미국 LTRC의 연속관입형 MCPT 지반조사차량을 모델로 삼성 MCPT 지반조사차량(그림 7)을 제작하였다. 이를 위해 LTRC의 연속관입 MCPT 시스템의 개발과 현장적용의 책임자였던 루이지애나 주립대 Tumay 명예교수의 자문을 받았고, 개선된 방식의 MCPT 지반조사차량을 제작하였다. 삼성 MCPT 지반조사차량은 2.
- 제작된 삼성 MCPT 시스템의 성능확인을 위해 부산지역 A 현장의 2개 지점에서 2cm2 MCPT와 10cm2표준 CPT를 수행하였다. 2개 지점은 서로 5m 떨어져 있으며 콘관입으로 인한 교란영향을 최소화하면서 동일 지반에 대한 비교가 가능하도록 1m 간격으로 각 지점에서 MCPT와 CPT를 수행하였다.
- 제작된 삼성 MCPT 시스템의 성능확인을 위해 부산지역 A 현장의 2개 지점에서 2cm2 MCPT와 10cm2표준 CPT를 수행하였다.
- 2개 지점은 서로 5m 떨어져 있으며 콘관입으로 인한 교란영향을 최소화하면서 동일 지반에 대한 비교가 가능하도록 1m 간격으로 각 지점에서 MCPT와 CPT를 수행하였다. 조사를 수행한 지점은 연약지반 상부에 해상모래를 10m 높이로 매립한 곳으로 200번체 통과량 1% 미만의 D50)ave=0.34의 SP(Poorly Graded Sand)로 분류되는 지반조건을 가지고 있다. MCPT의 성능확인을 위한 표준 CPT는 그림 11의 20ton 중량 CPT 장비를 이용하여 수행하였다.
성능/효과
- (1986)이 제안한 지반분류표를 이용했을 때 CPT 및 MCPT 조사결과 모두 조사구간내 대부분의 지반을 Soil Behavior Type 9인 모래로 분류하여 MCPT 지반조사를 통해 실제와 일치하는 지반분류결과를 얻었음을 확인하였다. MCPT로부터 얻어진 qc는 CPT로부터 측정된 qc와 비교했을 때, 기존 연구결과와 일치하는 수준의 차이(약 10%)를 보임도 확인하였다. 그러나 fs의 경우 MCPT와 CPT 사이의 Scale Effect는 기존 연구결과의 값을 넘어서는 수준으로 측정되었고, 보다 정확한 fs 측정을 위해 주기적인 계측센서의 검교정, 시험 후 마찰주면의 작동여부 확인 등 보다 세밀한 시험의 세부과정 수행이 뒤따라야 할 것으로 여겨진다.
- 이러한 값과 경향은 Tumay and Kurup(2001)의 현장실험결과와 크게 다르지 않다. 결론적으로 현재까지의 연구결과에 따르면 MCPT와 CPT가 10% 내외의 측정 관입저항값 차이를 가지는 것을 알 수 있는데, 10% 내외의 측정값의 차이는 CPT 시험결과가 활용되는 지반분류 및 공학적 물성치를 산정에 있어 훨씬 미미한 차이로 나기 때문에 표준 CPT와 MCPT 사이의 Scale Effect는 심각하게 고려하지 않아도 된다고 여겨진다. 따라서, MCPT 결과와 CPT 결과의 이러한 차이를 이해하고 적용한다면 콘 크기 축소에 따른 보다 정밀한 지반조사의 강점을 십분 살릴 수 있는 성과를 얻을 수 있을 것이다.
- 향후 MCPT 를 수행함에 있어 보다 정확한 fs 측정을 위한 주기적인 계측센서의 검교정, 시험 후 마찰주면의 작동여부 확인 등 보다 세밀한 시험의 세부과정들이 뒤따라야 할 것으로 여겨진다. 균질한 모래지반은 아니지만 지표면으로부터 5.5m 심도까지의 평균 qc를 비교하니, 2개 지점에서 MCPT로부터의 qc가 CPT로부터의 qc 보다 11% 더 큰 것으로 나타났다. 그림 14와 15에 보이는 것처럼 Robertson et al.
- 비교시험은 지반의 불균질성 영향을 최대한 배제하기 위해 균질성이 우수한 구간을 선별하여 수행하였고, 선별된 점토 및 실트질 점토 지반인 경우 10cm2 표준 CPT 측정값을 기준으로 2cm2 MCPT에서 qc는 약 10~13%정도 크게, fs는 약 9~13% 작게 측정되었다.
- 표준 CPT를 수행하였다(고려대학교, 2008). 실험결과 사질토 지반의 경우 MCPT가 CPT에 비해 약 11~14% 큰 qc와 약 3~14% 작은 fs를 측정하는 것으로, 점토 지반인 경우 MCPT가 CPT에 비해 약 4% 큰 qc와 약 7%작은 fs를 측정되었다. 이러한 값과 경향은 Tumay and Kurup(2001)의 현장실험결과와 크게 다르지 않다.
후속연구
- MCPT로부터 얻어진 qc는 CPT로부터 측정된 qc와 비교했을 때, 기존 연구결과와 일치하는 수준의 차이(약 10%)를 보임도 확인하였다. 그러나 fs의 경우 MCPT와 CPT 사이의 Scale Effect는 기존 연구결과의 값을 넘어서는 수준으로 측정되었고, 보다 정확한 fs 측정을 위해 주기적인 계측센서의 검교정, 시험 후 마찰주면의 작동여부 확인 등 보다 세밀한 시험의 세부과정 수행이 뒤따라야 할 것으로 여겨진다.
- 결론적으로 현재까지의 연구결과에 따르면 MCPT와 CPT가 10% 내외의 측정 관입저항값 차이를 가지는 것을 알 수 있는데, 10% 내외의 측정값의 차이는 CPT 시험결과가 활용되는 지반분류 및 공학적 물성치를 산정에 있어 훨씬 미미한 차이로 나기 때문에 표준 CPT와 MCPT 사이의 Scale Effect는 심각하게 고려하지 않아도 된다고 여겨진다. 따라서, MCPT 결과와 CPT 결과의 이러한 차이를 이해하고 적용한다면 콘 크기 축소에 따른 보다 정밀한 지반조사의 강점을 십분 살릴 수 있는 성과를 얻을 수 있을 것이다.
- 물론 지금까지의 연구결과들은 제한적인 지반조건 안에서 수행됐던 것들로 A 현장에서 얻어진 결과에 바로 적용하기 에는 무리가 있으나 실험값의 차이가 예상보다 큰 부분들은 원인을 파악한 후에 수정·보완하여 향후에 수행될 시험에서의 신뢰도를 향상시켜야 할 것으로 여겨진다.
- 원인 중 하나로 차감방식의 fs 측정을 고려해 볼 수 있는데, 차감식 콘의 경우 상대적으로 큰 값인 qc와 qc+fs를 구하여 그 차이로부터 상대적으로 작은 값인 fs를 구하기 때문에 qc와 비교하여 fs 측정은 좀 더 큰 오차범위를 가질 수 있다. 향후 MCPT 를 수행함에 있어 보다 정확한 fs 측정을 위한 주기적인 계측센서의 검교정, 시험 후 마찰주면의 작동여부 확인 등 보다 세밀한 시험의 세부과정들이 뒤따라야 할 것으로 여겨진다. 균질한 모래지반은 아니지만 지표면으로부터 5.
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