[국내논문]강성도를 고려한 연약지반 표층처리공법 지지력산정방법에 관한 연구 A Study on Bearing Capacity Evaluation Method of Surface Reinforcement Method for Soft Ground in Consideration of Stiffness원문보기
본 연구는 국내의 초연약지반에 적용 가능한 표층보강재를 이용한 연약지반 표층처리공법을 정립시키기 위한 기초적 연구로서 표층처리공법에 사용되는 보강재의 강성도를 고려한 지 지력산정방법을 제안하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위하여 직포, 지오그리드, 강봉(대나무 대채재료)을 이용하여 광폭인장시험 및 보강재의 단부 구속조건을 완전구속, 부분구속(3종류)으로 한 21 종류의 실내모형실험을 수행하였다. 실험결과, Terzaghi의 지지력이론식은 직포와 지오그리드와 같은 연성보강재 사용시에는 지지력산정이 적절하나, 대나무 망과 같은 강성도가 큰 재료에 대해서는 강성도를 적절히 표현하지 못하는 것으로 평가되었으며, 초연약지반 표층처리공법의 지지력산정방법을 Terzaghi 지지력이론식을 수정하여 강성도의 영향을 정확히 평가하는 새로운 지지력이론식을 제안하였다.
본 연구는 국내의 초연약지반에 적용 가능한 표층보강재를 이용한 연약지반 표층처리공법을 정립시키기 위한 기초적 연구로서 표층처리공법에 사용되는 보강재의 강성도를 고려한 지 지력산정방법을 제안하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위하여 직포, 지오그리드, 강봉(대나무 대채재료)을 이용하여 광폭인장시험 및 보강재의 단부 구속조건을 완전구속, 부분구속(3종류)으로 한 21 종류의 실내모형실험을 수행하였다. 실험결과, Terzaghi의 지지력이론식은 직포와 지오그리드와 같은 연성보강재 사용시에는 지지력산정이 적절하나, 대나무 망과 같은 강성도가 큰 재료에 대해서는 강성도를 적절히 표현하지 못하는 것으로 평가되었으며, 초연약지반 표층처리공법의 지지력산정방법을 Terzaghi 지지력이론식을 수정하여 강성도의 영향을 정확히 평가하는 새로운 지지력이론식을 제안하였다.
This study, as basic research which was intended to develope the surface reinforcement method using reinforcement material which is applicable to very soft ground in Korea, was aimed at proposing Bearing Capacity Evaluation method for the surface ground improvement method. To that end, a wide width ...
This study, as basic research which was intended to develope the surface reinforcement method using reinforcement material which is applicable to very soft ground in Korea, was aimed at proposing Bearing Capacity Evaluation method for the surface ground improvement method. To that end, a wide width tensile test using geotextile, geogrid and steel bar (substitute for bamboo) and 21 kinds of the laboratory model tests with the end restraint conditions of the reinforcement that comprises the constrained and partially constrained (3 types) conditions were conducted. According to result of tests, Terzaghi's bearing capacity method is adequate to calculate bearing capacity in non-stiff material(geotextile, geogrid). But, It can't adequate to stiff material(bamboo net). So, New bearing capacity method suggest surface reinforcement method of very soft ground which Terzaghi's bearing capacity method modify for effect of stiffness.
This study, as basic research which was intended to develope the surface reinforcement method using reinforcement material which is applicable to very soft ground in Korea, was aimed at proposing Bearing Capacity Evaluation method for the surface ground improvement method. To that end, a wide width tensile test using geotextile, geogrid and steel bar (substitute for bamboo) and 21 kinds of the laboratory model tests with the end restraint conditions of the reinforcement that comprises the constrained and partially constrained (3 types) conditions were conducted. According to result of tests, Terzaghi's bearing capacity method is adequate to calculate bearing capacity in non-stiff material(geotextile, geogrid). But, It can't adequate to stiff material(bamboo net). So, New bearing capacity method suggest surface reinforcement method of very soft ground which Terzaghi's bearing capacity method modify for effect of stiffness.
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문제 정의
본 연구는 국내의 초연약지반에 적용 가능한 지지력개선효과에 미치는 보강재의 강성도의 영향을 고려한 지지력 이론식을 제안하는 것을 목적으로 하고 있으며 이를 위하여 직포, 지오그리드, 강봉(대나무 대채재료)을 이용한 실내모형실험을 수행하였다.
제안 방법
강봉은 7톤 습지도저의 무한궤도(폭 0.55m, 길이 3.0m)와 대나무 망 현장타설 폭 0.5m×0.5m을 상정하여 강봉 망을 0.1m×0.1m 로 제작하였다(그림 2 참조).
먼저 제1모터를 이용하여 재하속도 400mm/min로 각 단계별 하중의 ±1.0kgf까지 재하 후, 제2모터를 이용하여 재하속도 0.1mm/min 로 각 단계별 하중의 ±0.01kgf 까지 재하 하였다.
본 연구에서는 점토지반의 함수비를 120%(약 3LL)로 조절하여 목표높이 (80cm)까지 타설하고, 표층보강재를 거치시켰다. 표층보강재의 구속방법은 완전구속, 부분구속조건의 2가지 조건으로 실시하였다.
본 연구에서는 점토지반의 함수비를 120%(약 3LL)로 조절하여 목표높이 (80cm)까지 타설하고, 표층보강재를 거치시켰다. 표층보강재의 구속방법은 완전구속, 부분구속조건의 2가지 조건으로 실시하였다. 보강재의 단부에 T=23.
재하방법은 실제 현장에서의 급속시공(비배수조건)을 모사하기 위하여 급속하중을 기본으로 하며, 2개의 모터를 이용하였다. 먼저 제1모터를 이용하여 재하속도 400mm/min로 각 단계별 하중의 ±1.
01kgf 까지 재하 하였다. 각 단계의 재하가 완료된 후 15분경과 후 차기 하중을 증가시키는 방법으로 점토지반의 중앙에서 단계적으로 하중을 재하 시켰다. 각 단계별의 재하시간은 예비모형실험을 통해 결정하였고, 하중 증가 없이 침하가 지속적으로 진행되는 하중을 극한하중(Ultimate load)으로 정의하여 극한하중에서 각각의 실험을 종료하였다.
각 단계의 재하가 완료된 후 15분경과 후 차기 하중을 증가시키는 방법으로 점토지반의 중앙에서 단계적으로 하중을 재하 시켰다. 각 단계별의 재하시간은 예비모형실험을 통해 결정하였고, 하중 증가 없이 침하가 지속적으로 진행되는 하중을 극한하중(Ultimate load)으로 정의하여 극한하중에서 각각의 실험을 종료하였다. 실험 종료 후에는 본 연구에서 제작한 교반기를 이용하여 토조안에서 직접 교반시킨 후 차기시험을 실시하였다.
각 단계별의 재하시간은 예비모형실험을 통해 결정하였고, 하중 증가 없이 침하가 지속적으로 진행되는 하중을 극한하중(Ultimate load)으로 정의하여 극한하중에서 각각의 실험을 종료하였다. 실험 종료 후에는 본 연구에서 제작한 교반기를 이용하여 토조안에서 직접 교반시킨 후 차기시험을 실시하였다. 표 4에 실시한 실내모형실험 조건을 나타내고 있다.
대상 데이터
본 연구에서는 전라남도 광양항에서 채취한 해성점토를 실내모형실험의 모형지반에 사용하였다. 채취한 시료는 불순물을 제거한 후 재성형하여 실험에 사용하였고, 시료를 대상으로 물리적 특성과 역학적 특성을 조사하기 위해 각종 토질시험을 실시한 결과 광양 점토시료는 비중 2.
실내모형실험에서 표층보강재로는 PP직포와 지오그리드, 강봉 등을 사용하였으며, 지오그리드시료는 결합형 지오그리드를 사용하였다. 또한 대나무 망 대체재료 선정을 위하여 강성도(캔틸레버시험과 굴곡시험)를 실시하였다(함태규, 2008).
본 연구에서 사용한 실내모형실험기는 모형토조, 재하장치, 계측장치로 구성되어 있고, 모형토조 크기는 길이 2000mm, 높이 1000mm, 폭 500mm이며, 최대 100mm까지 측정가능하며 오차범위 1/100mm변위를 측정할 수 있는 자기저항식 변위계(LVDT)를 이용하였다(함태규 등, 2008).
성능/효과
본 연구에서는 전라남도 광양항에서 채취한 해성점토를 실내모형실험의 모형지반에 사용하였다. 채취한 시료는 불순물을 제거한 후 재성형하여 실험에 사용하였고, 시료를 대상으로 물리적 특성과 역학적 특성을 조사하기 위해 각종 토질시험을 실시한 결과 광양 점토시료는 비중 2.65, 액성한계(LL) 45.9% 및 소성지수(PI) 24.2%이며, 통일분류법의 분류기준에 의하면 CL로 분류되는 것으로 확인되었다. 표 1에 물성시험결과를 나타내었다.
표 3에 본 연구에서 사용한 보강재의 강성도를 나타내고 있다. 표로부터 지오그리드A의 강성도는 직포의 33배, 강봉 망은 직포의 690배 인 것을 알 수 있다. (함태규, 2008)
또한 그림 7(b), 8(b), 9(b)는 지지력에 미치는 각각의 지지력 항의 감도정도를 분석하고자 재하응력과 q1/q, q2/q, q3/q, q4/q 와의 관계를 나타낸 것이다. 그림 7(a), 8(a), 9(a)로부터 야마노우치 제안식으로 산정한 지지력q는 재하응력의 증가와 함께 거의 같은 값의 증가 정도를 보이다가 극한하중에 이르렀을 때 재하응력보다 작은 지지력 값을 나타내며 파괴에 이르는 모형실험 결과를 거의 정확히 표현하고 있는 것을 알 수 있다. 또한 그림 7(b), 8(b), 9(b)의 결과를 살펴보면 실험에 사용된 보강재 모두 재하응력 0.
그림 7(a), 8(a), 9(a)로부터 야마노우치 제안식으로 산정한 지지력q는 재하응력의 증가와 함께 거의 같은 값의 증가 정도를 보이다가 극한하중에 이르렀을 때 재하응력보다 작은 지지력 값을 나타내며 파괴에 이르는 모형실험 결과를 거의 정확히 표현하고 있는 것을 알 수 있다. 또한 그림 7(b), 8(b), 9(b)의 결과를 살펴보면 실험에 사용된 보강재 모두 재하응력 0.4tf/m2 까지는 지지력 항 중 점착력으로 인한 지지력 항(q1)의 효과가 가장 크고, 재하응력 0.4tf/m2 이후부터 재하하중에 의한 보강재의 인장력이 발생되어 지지력 항(q2)의 효과가 급격히 증가되어 지지력의 약 70%이상을 차지하는 것을 알 수 있다.
1. 보강재 종류에 관계없이 재하응력 0.4tf/m2 까지는 지지력 항(q1)의 효과가 가장 크고, 재하응력 0.4tf/m2 이후부터는 보강재의 인장력이 급격히 증가하여 지지력 항(q2)의 효과가 전체 지지력에 약 70%이상 차지하는 것으로 나타났다.
2. 선행하중 23.0kgf로 부분구속하여 실시된 실내모형실험결과, 직포는 지지력 항(q2)의 효과가 차지하는 비율 q2/q가 78%, 지오그리드A는 81%, 강봉 망은 91%로 나타나, q2/q항은 강성도에 의존한다 판단된다.
후속연구
3. 본 연구에서 제안한 강성도를 고려한 지지력 산정방법은 실험을 통해 얻은 결과를 거의 정확히 추정하는 것으로 나타났으며, 추후 여러 가지 시험을 통한 검증이 필요하다 판단된다.
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