근래 지구촌의 산업화가 가속됨에 따라 대지의 활용도가 급속하게 증가하고 있으며 아울러 인구의 증가 및 개개인 삶의 공간적 범주가 점점 확대되면서 지구상에 광범위하게 분포되어 있는 연약지반으로의 관심이 집중되고 있는 실정이다. 최근 국내에서도 고속철도, 인천국제공항, 도심지 지하철 및 서ㆍ남해안 항만공사 등 대규모 국가건설공사가 진행 중에 있으며 더더욱 임해시설의 확충이라든지 인공섬 등의 건설이 활발해지면서 연약지반에 대한 관심이 고조되고 있다. 하지만 연약지반의 특성을 경시한 나머지 터널의 붕락, 주변지반 및 인접건물의 부등침하, 측방유동에 의한 구조물변위 등 대형 안전사고가 빈발하게 발생되어 왔다. 이러한 안전사고의 대책으로서 지반보강을 위한 여러 가지 신공법이 개발되었고, 새로운 터널보조공법이 국내 지하철건설현장에서 널리 쓰여지고 있으며 이러한 공법 등을 통한 성과도 적지 않게 보고되고 있다.(중략)
철도사면은 예상치 못한 연약지반의 존재로 인해 붕괴될 수 있다. 이 연구는 철도사면의 파괴원인을 규명하고 대책공법 적용을 위한 강도정수를 결정하는데 그 목적이 있다. 사면파괴의 원인을 파악하기 위하여 시추조사, 콘관입시험, 현장베인시험 등이 수행되었다. 또한 연약지반의 강도정수를 구하기 위해 불교란상태로 시료를 채취하여 실내시험을 수행하였다. 현장원위치시험 및 실내시험 결과 사면 파괴의 원인은 과압밀점토의 점진적 파괴에 따른 연약지반 강도저하영역의 전파에 기인한 것으로 밝혀졌다.
연약지반상에서 교대 뒷채움으로 인하여 측방이동이 발생된 교대에 대하여 현장조사를 수행하였다. 교대측방이동의 원인을 분석한 결과, 설계시 교대기초말뚝을 수동말뚝으로 고려하지 않고, 연약지반에 대한 개량이 충분히 이루어지지 않은 것으로 조사되었다. 교대측방이동에 대한 대책공법으로 파일슬래브 공법이 제안되었다. 이 공법은 교대배면의 성토하중을 말뚝을 통하여 지지층으로 전달함으로써 연약지반의 측방유동을 효과적으로 방지할 수 있다. 연약지반상 파일슬래브공법으로 보강된 교대의 거동을 조사하기 위하여 현장계측을 수행하였다. 현장계측결과 파일슬래브공법은 교대뒷채움으로 인한 측방이동에 대하여 효과적으로 저항하는 것으로 나타났으며, 뒷채움으로 인한 성토하중은 말뚝을 통하여 지지층으로 전달됨을 알 수 있다. 이를 통하여 파일슬래브공법의 교대측방이동에 대한 억지효과를 확인할 수 있으며, 적용된 설계법의 합리성을 검증할 수 있다.
연약지반 위에 설치된 교대나 옹벽과 같이 성토재하중을 받는 구조물은 연약지반의 과도한 변형 때문에 지반이 수평방향으로 이동하는 측방유동 현상이 발생할 수 있고 이로 인해 많은 피해가 발생할 수 있다. 이 연구에서는 원심모형시험을 이용하여 현장에서 교대 배면부 성토시 발생할 수 있는 교대 측방유동여부를 판단하였고, 교대측방유동에 대한 대책공법으로 압성토 공법을 적용하여 공법적용 후 지반과 교대 구조물에 대한 안정성 여부를 FEM(Finite Element Method)프로그램인 MIDAS/GTS를 이용하여 검토하였다. 원심모형시험 결과 현장에서 예측되는 교대의 수평변위는 허용치(15mm)를 초과하여 발생하였으며, 대책공법으로 압성토 공법 적용할 때 교대는 측방유동에 대해 안정하다는 사실을 수치해석을 통해 알 수 있었다.
연약지반은 지반강도가 낮으므로 공학적 문제점 개선방법에 대해 많은 연구가 수행되어 왔다. 대상현장은 연약지반의 압밀침하에 대해 안정성을 확보하기 위해 경량성토제인 EPS를 시공하였다. 그러나 포장층의 침하와 경계석의 파손 등 안정성에 문제점이 발생하였으며, 조사결과 현재높이가 설계높이보다 1m 이상 압축된 것으로 나타났다. 분석결과 상재하중에 영향을 받는 EPS가 설계 및 시공당시 상부 지반층 및 교통 하중이 과다하게 적용된 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 연약지반에 EPS가 시공된 현장의 고성토로 인한 문제점을 분석하고, 합리적인 대책공법을 제시한 사례를 소개함으로서 EPS 설계 및 시공 시 유의점을 제시하고자 한다.
국토의 70%를 산이 차지하고 있는 우리나라의 여건으로 볼 때 효율적이고 경제적인 연약지반 개량의 필요성이 점차 높아지고 있다. 해양개발을 위한 연약지반개량 공법에는 모래다짐말뚝공법, 치환공법, 프리로딩공법, 대기압공법, 지하수위 저하공법, 팩드레인공법, 생석회말뚝공법 등이 있는 데, 그 중 모래다짐말뚝공법은 모래의 수급이 어려워져 수입하는 등의 경제적인 문제점과 모래채취로 인한 자연 훼손의 문제점을 야기하므로 이에 대한 대책공법이 시급한 실정이다. 최근, 모래와 공학적 성질이 유사한 화력발전소 부산물인 저회를 대체 재료로 활용하기 위한 연구가 이루어지고 있으나 연약지반 개량 재료로 활용하기 위한 연구는 미미한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 10~80%의 치환율로 복합지반을 조성하여 대형직접전단시험, 전단시험, 표준압밀시험을 실시한 후 저회다짐말뚝의 전단특성과 압밀특성을 규명하였다. 연구결과 저회다짐말뚝의 치환율이 증가에 따라 전단강도 정수는 증대하고, 침하저감 계수 및 $t_{90}$은 감소하는 경향이 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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