International Journal of Highway Engineering (한국도로학회논문집)

Korean Society of Road Engineers (한국도로학회)
권호 표지

The Frost Heaving Characteristics of Subgrade Soils Using Laboratory Freezing System

실내동결시스템을 이용한 노상토의 동상 특성

  • 신은철 (인천대학교 건설환경공학과) ;
  • 류병현 (인천대학교 건설환경공학과) ;
  • 박정준 (인천대학교 건설환경공학과)
  • Received : 2010.01.08
  • Accepted : 2010.04.15
  • Published : 2010.06.15
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Abstract

The influence of fines of the frost susceptibility of subgrade soils were established by laboratory freezing system test simulating closely the thermal conditions in the field. During the winter season, the climate is heavily influenced by the cold and dry continental high pressure. Because of siberian air mass, the temperature of January is $-6{\sim}-7^{\circ}C$ on average. This chilly weather generate the frost heaving by freezing the moisture of soil and damage potential of the road structure. In the freezing soil, the ice lenses increase the freeze portion of soil by absorbing the ground water with capillary action. However, the capillary characteristics differ from the sort of soil on the state of freezing condition. In the current design codes for anti-freezing layer, the thickness of anti freezing layer is calculated by freezing depth against the temperature condition. Therefore, they have a tendency of over-design and uniform thickness without the considerations of thermal stability, bearing capacity and frost susceptibility of materials. So, it is essential for studying the appropriateness and bearing capacity besides the seasonal and mechanical properties of pavement materials to take a appropriate and reasonable design of the road structure. In this Paper, the evaluation of frost susceptibility was conducted by means of the mechanical property test and laboratory freezing system apparatus. The temperature, heaving amount, heaving pressure and unfrozen water contents of soil samples, the subgrade soils of highway construction site, were measured to determine the frost susceptibility.

겨울에는 시베리아기단의 영향으로 한랭 건조한 대륙성 고기압의 영향을 받아 춥고 건조하여 1월 평균기온이 $-6{\sim}-7^{\circ}C$의 영하의 온도로 낮아져 지반동결시 수분이동으로 동상현상이 발생하여 도로의 불균형 동결팽창을 초래하며, 결국 포장체를 파손시킨다. 동상발생시 토립자는 모관력에 의해 지하수를 흡수하여 아이스렌즈를 형성하며, 이 모관 흡수력은 토립자의 크기에 영향을 받는다. 도로는 다양한 재료와 단면으로 구성된 구조물이기 때문에 환경성과 재료 물성뿐만 아니라 포장체 각 층의 구조적 적정성 또는 지지력을 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재 기존 동상방지층 설계법에 따르면, 동상방지층은 포장체의 구조적 적정성과는 무관하게 온도 조건에 따른 동결깊이에 따라 일률적으로 결정되고 있다. 이러한 동결깊이를 포장구조설계에 적용함으로써 포장의 과다설계 우려가 있다. 따라서 본 논문에서는 도로 동상방지층의 효용성 검증 및 설치기준 확립을 위해 실내동결시스템을 활용하여 도로 노상토의 동상 특성에 대한 민감성을 판별, 도로건설 현장 노상토에 대한 역학적 특성과 실내 동결 시험을 수행하였으며, 외부 동결온도의 지속 조건에 대한 시료의 온도변화, 동상팽창압, 동상팽창량, 부동수분 등의 결과값을 통하여 동결 과정에 따른 지반공학적 특성을 평가하였다.

Keywords

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