본 조사는 "○○항 건설공사 동방파제 지반조사"에서 기시공된 동방파제 구간 중 No.38+0단면과 No.40+0단면에 대해서 사석침하의 확인과 안정성을 검토할 목적으로 공대공 탄성파 토모그래피 탐사를 실시하였으며, 그리고 토모그래피 탐사에 의한 속도분포를 가지고 지반의 성층상태를 정량적으고 표현하였다 탄성파 토모그래피 탐사결과와 시추 결과를 종합분석하여 보면, 탄성파 속도 2100m/sec를 기준으로 투하된 사석층과 원지반 퇴적층이 명확히 구분된다. 설계시 설정한 침하예상선과 현재의 사석침하 상태는 다소 차이가 보이는 것으로 나타나며, 탄성파 토모그래피는 이러한 현재의 침하상태를 정량적으로 잘 표현해 주고 있다.
Compaction is a process of increasing soil density using physical energy. It is intended to improve the strength and stiffness of soil. In embankment, degree of compaction affects the construction time, money, also method of soil improvement. In large scale embankment project, difficulties of embankment should change due to uncertainty of settlement. So it is very important to predict the final settlement and factor of safety induced by embankment. In many construction site, there are primarily design of high embankment using in-situ soil. Therefore numerical analyses are necessary for valid evaluation of the settlement prediction. But due to the construction cost and schedule, there were lacking in properties of soil and also limited number of in-situ test were performed. So we proposed the method that can easily estimate the proper soil parameters and suggest the proper method of numerical analysis. From this, two-dimensional finite-difference numerical analysis was conducted to investigate the settlement and factor of safety induced by embankment with various case of compaction rate and embankment height.
스톤컬럼 공법의 침하량 저감과 지지력 증진 효과를 파악하고자 연약한 준설매립 지반에 쇄석재료와 슬래그 재료를 이용하여 시험시공 후 지하수위계측 및 현장시험을 진행하였다. 현장실험 결과, 지지력 증진 및 침하량 저감 효과가 파악되었으며 상재하중 없이도 지하수위는 저하되는 양상을 보였다. 이는 스톤컬럼 공법이 밀도증가 측면과 더불어 액상화 저항에 우수함을 나타낸다. 일반적인 이론식을 이용하여 원지반 및 복합지반에 대한 침하량과 지지력 산정 결과, 스톤컬럼 공법은 2.7~5.7배의 지지력 증진 효과와 2~3.5배의 침하량 저감 효과가 있는 것으로 판단되었다.
In this study, the full-scale laboratory model test on utilization of recycled aggregates and crushed stone as vertical drains to use an alternative material of sand in soft ground is performed. The settlement and pore water pressure were measured to evaluate the discharge capacity and filed application, and the results were compared and analyzed through the finite element method. The measured and estimated settlement in all vertical drain materials decreases gradually with the load increase. The measured settlement 6.55~8.63 mm, and the estimated by the Hyperbolic model was 7.45~7.92 mm. So the model used for the analysis can be applied to the settlement estimation of the actual field. The variations of pore water pressure with time showed constantly regardless of the load in all vertical drainage materials. The pore water pressure was similarity to that of sand after rapid drawdown. Therefore, it was applicable to the field because discharge capacity was enough to be an alternative material to the sand which had been being used as the vertical drains.
최근 급격한 도시화로 인한 신도시, 택지개발지구 등의 증가로 기존 구조물 하부를 통과하는 비개착 강관압입공법의 적용이 증가하는 추세이다. 비개착공법은 시공 중 기존구조물의 정상적인 운영 안정성이 확보되어야 하므로 강관압입에 의한 지표침하의 정밀한 예측이 필수적으로 필요한 공법이다. 강관압입 시 침하를 발생시키는 원인은 강관 선단과 강관과의 직경차에 의한 공극, 원활한 강관압입을 위한 과굴착, 강관과 지반과의 마찰에 의한 공극 발생 등이 있으며, 이는 Shield TBM 시공 시 발생하는 침하 원인과 유사하다. 본 연구에서는 Shield TBM의 침하 예측방법인 Gap Parameter Method와 Volume Loss Method를 이용하여 강관압입 시 침하를 예측하였으며, 현장시험을 통하여 예측방법에 대한 비교 분석을 수행하였다. 그 결과 Volume Loss 예측방법이 현장시험과 가장 유사한 결과로 나타났으나, 추후 예측방법의 Factor 결정 및 비개착공법 전체 침하예측을 위한 적용성 등 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
지반굴착은 필연적으로 인접지반의 지반변위를 유발시키며, 지반변위에 노출된 구조물 및 시설물들은 다양한 피해를 입을 수 있다. 따라서 굴착유발 인접구조물 및 시설물의 손상 및 피해를 최소화하기 위해서는 우선적으로 굴착으로 인해 발생하는 인접지반에서의 지반변위(침하 및 수평변위)를 예측하여야 한다. 흙막이 굴착 유발 지반변위 정보는 상대적으로 많이 존재하지만 원형 형태의 수직구 굴착에 대한 지반변위 정보는 충분치 않다. 본 연구에서는 수직구 굴착에 대한 사례분석 및 흙막이 굴착과의 비교를 통해서 수직구 굴착유발 인접지반 침하예측에 대한 정보를 제공하고자 한다. 본 연구를 통해서 수직구 굴착 시 침하관리 기준으로서 흙막이 굴착의 침하기준을 사용하는 것은 안전성 측면에서 보수적인 접근방법으로 판단되나 경제성 측면을 고려할 때 벽체의 과다설계를 초래할 수 있어 수직구 굴착에 대해 보다 합리적인 침하기준이 필요한 것으로 나타났다.
연약지반 위에 토공구조물을 축조할 경우, 기초지반이 지지할 수 없는 큰 하중의 성토를 실시하게 되면 지반파괴가 발생하면서 연약층 내로 성토재료가 함몰하게 된다. 이때, 축조재료가 어떤 깊이까지 연약지반에 침하하여 단면이 형성되는가를 예측할 필요가 있다. 기존의 이론식(Janbu, Peroff의 이론식)을 이용하여 즉시침하량을 계산하구 결과를 검토한 후 문제점을 분석하여 대나무 매트를 부설한 지반에 적합한 이론식을 제시하였고, 이를 현장에 적용하여 즉시 침하량을 계산하고 지반조사에 의한 침하량과 유한요소해석 결과를 고찰하였다. 그 결과, 침하는 제체 중앙부에서 최대 침하가 발생하였으며 이론식과 비슷한 수치와 경향을 나타내었다. 기존 이론식으로 현장의 즉시침하량을 계산한 결과, Janbu의 방법과 Peroloff의 방법의 침하량은 실제 침하의 40%정도의 침하량이 계산되었다.
흙막이 벽체 배후지반의 지표 침하는 인접구조물의 안전성에 많은 영향을 미친다. 그러나 지반굴착에 따른 주변 지반의 침하는 예측하기가 쉽지 않고 굴착면으로부터 이격거리에 따른 침하량을 정량적으로 구하는 것은 더욱 어려운 일이다. 흙막이 벽체의 변형에 의한 지표침하는 수치해석(FEM)이나, 경험적 방법 Peck(1969)등으로 추정하고 있으나 주로 토사층을 대상으로 하고 있다. 본 연구에서는 토사층 하부에 암반층이 위치하는 복합지반을 굴착 할 때 암반층의 깊이와 절리경사에 따른 흙막이 벽체 배후지반의 지표침하를 대형모형실험(규격: $3m{\times}3m{\times}0.5m$)을 수행하여 측정하였다. 모형실험은 축척 1/14.5로 하고 10단계로 굴착을 하였다. 암반층 비율은 35%와 50%로 하였고 암반층의 절리경사를 $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$로 하여 단계굴착하면서 흙막이 벽체 버팀대에 작용하는 토압(Lee 2014)과 흙막이 벽체 배후지반의 지표 침하량을 측정하였다. 암반층비율과 암반층 절리경사가 증가하면 배후지반의 지표침하량도 증가하며 암반층 절리경사 $60^{\circ}$(J60)에서는 수평지반 굴착시에 비해 최대 17배 크게 발생하였다. 흙막이벽체 배후지반에서 최대 지표침하는 경험적 방법과 달리 흙막이 벽체로부터 굴착깊이의 17%~33%만큼 이격된 위치에서 가장 크게 발생하였다. 복합지반의 지표침하는 전반적으로 경험적 추정방법에 의한 지표침하량에 비해 작게 나타났다.
얕은기초의 설계에 있어 작용하중에 의한 침하량 산정은 기초의 지지력 산정과 함께 매우 중요한 고려사항이다. 상부구조물에 의한 설계하중이 지표면의 기초지반에 직접 작용하는 얕은기초의 경우, 기초지반의 거동은 일반적으로 완전 선형탕성도 아니며, 파괴에 도달한 소성상태도 아닌 비선형 응력-변형률의 거동을 보이게 된다. 이러한 지반의 비선형성은 침하량 산정에 있어 매우 중요한 요소로 간주될 수 있으나, 실제 설계에 있어서는 대표탄성계수의 적용에 의한 간편법이 보편적으로 적용되고 있다. 일반적으로 사질토지반에 놓인 얕은기초 침하량 산정은 표준관입시험(SPT)나 콘관입시헙(CPT) 등의 현장시험 결과를 토대로 이루어진다. 본 연구에서는 비선형 유한요소해석에 의한 얕은기초 하중-침하량 분석을 수행하였으며, 기존의 탄성론에 근거한 침하량 산정법과의 비교분석 또한 수행하였다. 이와 같은 해석을 통하여 콘관입시헙(CPT) 결과에 근거한 새로운 얕은기초 침하량 산정법 및 얕은기초 설계법을 제안하였다.
사질토상의 직접기초는 기초의 지지력보다 침하량이 기초의 설계에 있어 주요 지배요소이다. 침하량을 산정함에 있어 토질 특성치 중 표준관입시험 N치가 주된 요소이다. 그러므로, 침하량 예측시 장비 효율에 대한 적절한 N치의 보정이 이루어질 때 예측 침하량의 정확성이 확보된다. 특히, N치가 50/30이상인 지반의 경우 롯드의 30cm 관입시 타격수를 기록하는 것이 아니라 일반적으로 50회 타격시 롯드의 관입량으로 N치를 기록하고, 침하량 산정시 N치 50을 일률적용함으로 실측 침하량과 큰 오차를 보이게 된다. 이에, 본 연구에서는 N치 50/30이상인 지반의 침하량 산정을 위한 N치 보정방법을 제시하였다. 또한, 미보정 N치, 보정 N치를 적용하여 탄성이론에 근거한 4가지 방법과 7가지의 경험적 제안식으로 산정한 침하량을 평판재하시험 실측치와 비교 검토하였다. 연구 결과 풍화지반(풍화암)에서 탄성이론에 근거한 방법 중에는 Original Elastic Theory, 경험적 제안식 중에서는 Terzaghi-Peck(1948, 1967) modified 1 방법이 평판재하시험 실측치에 가까운 값을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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