KR100257630B1 - 진동억제 및 액상화방지 지반고결 공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동억제 및 액상화 방지 지반고결 공법에 관한 것으로서, 기초구조물(6)의 하부 혹은 땅속 혹은 내부에 지반고결 공법으로 주변지반보다 고강도의 고결지반(1)을 조성하고 흙표면부(3)를 고결지반(1)보다 저강도로 개량하며 흙표면부(3)의 침하를 방지하는 것과 함께 고결지반(1)으로 진동억제와 액상화를 방지하고, 특히 연약지반이 깊은 경우에는 고결지반(1)을 복수단으로 조성하여 액상화를 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

진동억제 및 액상화방지 지반고결 공법
제1도는 1단의 고결지반을 조성한 상태의 단면도.
제2도는 제1도의 평면도.
제3도는 3단의 고결지반을 조성한 상태의 단면도.
제4도는 기초지반의 주위에 3단의 고결지반을 조성한 상태의 단면도.
제5도는 성토구조물내에 3단의 고결지반을 조성한 상태의 단면도.
제6도는 시간경과와 진동의 전파속도와의 관계도.
제7도는 진동수와 푸리에스펙트럼과의 관계도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 1a, 1b, 1c : 고결지반 2 : 고결체
3 : 흙표면부 4 : 저강도체
6 : 기초구조물
본 발명은 예를 들면 프레스기 등을 설치한 기초구조물과 철도구조물등의 주변지표면에 대한 진동전파의 억제 및 진동의 전파에 의한 기초구조물위에 설치된 구조물의 진동을 억제하고 지반의 액상화를 방지하기 위한 공법에 관한 것이다.
최근 기계진동과 교통진동에 의해서 구조물주변에 대한 진동장해가 다발하고 있어서 진동장해를 방지하는 대책이 강하게 요망되고 있다. 특히 연약지반상의 기초지반의 경우 진동이 연약층 내로 전파되어 그 주변 지표면에 대한 영햐이 커지고 또한 표층지반의 탁월진동이 유발되는 일도 있다. 또한 연약지반이 지진과 다른 진동에 의해서 액상화하여 구조물에 큰 피해를 미치는 일이 있어 액상화 방지의 대책도 요망되어지고 있다.
진동장해를 방지하는 한 방법으로 진동을 발생하는 기초구조물의 주위에 트랜치를 설치하는 경우가 있다. 그러나 이 방법으로는 완전한 트랜치를 유지하는 것은 실제로는 불가능하기 때문에 토류와 지보부재를 설치할 필요가 있지만 토류 등에 의해서 진동을 억제하는 효과가 감소하며 게다가 트랜치 부분의 토지를 이용할 수 없게 되는 결점이 있다.
또한 강성이 높은 땅속연직벽을 진동을 발생하는 기초구조물의 주위에 설치하는 방법도 있다. 그러나 이 방법도 수도관 등의 지하매설물에 대한 대책의 필요와 비용상승의 결점이 있다.
그래서 본 출원인등은 상기 종래방법의 결점을 해소하기 위해 발명의 명칭을 「매설평판 블록에 의한 진동억제 방법」으로 하는 특허출원을 했다(일본국 특원평 5-172363). 그 특징은 「진동을 발생하는 또는 진동을 받는 기초구조물의 바로 아래 혹은 기초구조물 주위의 지하에 주변지반보다 강성이 높은 평판블록을 설치한다」는 것에 있다. 상기 방법은 해석결과와 시험결과로부터 평판블럭이 연직벽에 비교해서 진동억제 효과가 높은 것이 판명되었다.
그러나 상기 방법에 있어서 고압분사 교반공법을 사용하는 경우는 흙표면이 적기 때문에 주입압에 의해 상부가 어지럽혀지고, 기계교반공법을 사용하는 경우는 지표면에서 교반을 실행하기 때문에 역시 상부가 어지럽혀져 두 경우 모두에 있어서 흙표면부의 흐트러짐이 발생하다. 그 결과 지표면 침하의 발생과 교통능력(trafficability)의 확보가 곤란하여 작업성이 나빠지는 문제가 발생했다.
또한 평판블럭을 1단에만 설치하면 특히 연약층이 깊은 경우 하층부에 대한 진동억제효과가 적고 즉 하층부의 진동이 커져 액상화가 발생할 염려가 있다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 상기 주변지반보다 강성이 높은 평판블록을 설치함으로서 발생하는 흙표면부의 어지럽혀짐을 방지하는 것과 또한 액상화를 방지하는 것에 있다.
본 발명의 특징은 진동을 발생하는 또는 진동을 받는 기초구조물의 하부 혹은 주변의 땅속 혹은 내부에 지반고결 공법에 의해 주변지반보다 고강도의 고결지반을 조성하고 고결체 상층의 흙표면부를 고결지반보다 저강도로 개량하는 것에 있다.
고결지반은 기계교반공법에 의한 지반개량에 의해서 형성할 수 있거나 또는 시멘트계 혼합지반개량 고압분사교반공법, 액상약주입공법에 의해서도 형성할 수 있다. 고강도라고 하는 것은 고결강도가 10kg/㎠ 이상을 말하고 전단파속도에서 주변지반의 3~5배 이상이다. 또한 저강도라고 하는 것은 고결강도가 10kg/㎠ 이하로 주변지반강도와 같은 정도를 말한다.
이 고결지반은 직접적으로 접촉하는 기초가 기초구성물인 경우 대상 기초구조물의 하부 혹은 그 주위에 전면적으로 설치할 필요가 없고 1단의 고결지반에 의한 지반의 개량률을 기초폭의 30%정도 이상정도로 할 때에도 진동을 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 그리고 고결지반을 복수의 기둥형상 고결체열로 조성하는 경우에는 기둥형상고결체의 중심사이간격을 기둥형상고결체의 외부직경의 1.5배 정도로 배치하면 개량률은 35%가 된다.
또한 고결지반은 지표면에서 1.0m 정도의 깊이에서 두께 1.0m 이상으로 조성한다. 고결지반의 하부지반에 따라서는 고결지반이 1단만으로도 액상화방지의 효과가 있지만 고결지반의 하부가 깊은 연약지반에서 지진시 또는 다른 진동으로 액상화의 위험이 있는 경우에는 고결지반을 연직방향으로 복수단 설치한다.
다음으로 본 발명의 진동억제효과를 나타내는 실험예를 설명한다.
실험예에는 지표면의 아래 0.7~0.8m의 범위에 N값 0의 연약한 점성토가 분포하고 GL-12.0m 부근으로부터 N값 50 이상의 자갈모래가 존재하고 있다. 제1도, 제2도에 나타낸 바와 같이, 1은 고결지반, 2는 고결지반 1을 구성하는 18개의 기둥형상고결체, 도면번호 “4”는 고결지반(1)의 상층의 흙표면부(3)에 조성된 저강도체, 5는 기반이다.
기계교반공법에 의해 시공직경 800mm이고 흙표면부(3)를 고결강도를 10kg/㎠ 이하의 저강도의 기둥형상 저강도체(4)를 조성하고 그 하부 약 1m를 고결강도가 매 평방cm에 20~30kg인 고강도 고결체(2)를 조성했다. 고결지반(1)은 가로 5600mm, 세로 4400mm, 두께 150mm이다.
진동의 발생은 힌지구조의 암(약 70cm)의 선단에 부착된 무거운추(약 40kg)에 의한 충격제하로 하고 서보(servo)형상 속도계를 사용했다.
파동전파의 측정은 고결지반(1)의 바로 위에 설치한 기초 [도시하지 않음]의 중심에 진동을 가하여 고결지반의 중심부근에 있는 측정점의 지표면의 속도응답을 계측했다.
진동억제의 효과를 제6도, 제7도에 나타낸다. 제6도에서 가로축은 시간(단위·초)을, 세로축에 진동의 전파속도(단위·cm/초)를 나타낸다. 도면중 A는 본 발명에 의한 지반개량후의, 또한 B는 지반개량전의 각각 전파속도의 감쇄곡선을 나타내고 있다. 제7도는 푸리에 스펙트럼을 나타내고 가로축에 진동수(단위·Hz)를, 세로축에 푸리에 스펙트럼을 각각 나타낸다. 도면중 A는 기반개량후를, B는 지반개량전의 푸리에 스펙트럼의 진동수와의 관계를 각각 나타낸다.
이 측정결과는 지반개량전에 비교하여 지반개량후는 약 20~50%의 진동억제효과를 발휘하고 있는 것을 나타내고 있다.
또한 고결지반을 복수단 설치한 경우에, 직접기초에서는 진동을 발생하는 기초구조물의 진동은, 제 1 단째의 고결지반에 의해서, 그것보다 상부의 진동이 어느 정도 억제된다. 그러나 완전하게 억제되지는 않고 또한 그 하부의 제 2 단째의 고결지반으로 전파한다. 이 진동은 제 2 단째의 고결지반에서 어느정도 억제되며 제 3 단째의 고결체로 전파하지만 제 3 단째의 고결지반에서 억제되어 큰 진동억제효과를 발휘한다.
진동을 받는 직접기초의 기초구조물도 외부로부터의 진동은 제 1 단째의 고결지반에 의해서 그 상층의 진동이 억제되며 제 1 단째의 고결지반에 의해 하부에 전달된 진동은 제 2 단째, 제 3 단째의 고결지반에 의해 억제된다.
또한 제4도에 나타낸 바와 같은 기초지반의 기초구조물(6)의 경우는 지표면에서 1/β(β·특성값)의 범위에서 변형이 크지만 직접기초의 경우와 같은 원리로 진동이 억제된다.
[실시예]
제1도 및 제2도는 기계교반공법에 의해 지반개량을 실행하는 대표적인 실시예를 나타낸다. 도면번호 “1”은 수평방향으로 1단에 조성된 고결지반, 도면번호 “2”는 기둥형상고결체, 도면번호 “4”는 흙표면부(3)에 조성된 기둥형상의 저강도체, 도면번호 “5”는 기반이다. 우선 기계교반공법에 의해 시공직경(D)이 800mm이고 지표면에서 약 1m 깊이까지의 흙표면부(3)를 고결강도가 10kg/㎠ 이하의 저강도체(4)로 개량한다. 다음으로 흙표면부(3)의 하부를 깊이 약 1.5m까지 계속하여 기계교반공법에 의해 고결강도가 20~30kg/㎠의 고강도로 고결체(2)를 조성하다.
이 실시예의 경우 이웃하는 고결체(2)의 중심간의 거리는 1.5D, 즉 약 1200mm이고 개량면적비율(기초구조물(6)의 면적에 대한 개량면적)은 35%이지만 기초구조물(6)의 면적에 따라서 고결체(2)의 수, 즉 개량면적을 설정한다. 또한 고결체(2)는 예를 들면 제2도에서 화살표(a) 방향으로 진동이 전파하는 경우 그 전파를 막도록 배치한다.
제3도는 지표면에서 기반(5)까지 비교적 깊고 연약하며 지진시 등에 액상화할 염려가 있는 경우에 진동을 억제하는 것과 함께 액상화를 방지하는 목적의 실시예를 나타낸다. 기계교반공법에 의해 제 3 단째의 고결지반(1c)을 조성하고 다음으로 그 상부에 제 2 단째의 고결지반(1b)을 마지막에 고결지반(1b)의 상부에 제 1 단째의 고결지반(1a)을 조성한다. 각각 수평방향으로 조성된 고결지반(1a~1c)은 제1도, 제2도의 실시예와 같은 기둥형상고결체(2)로 구성된다.
또한 흙표면부(3) 및 상하의 고결체(1a~1b), (1b~1c) 사이는 기계교반공법으로, 상기 실시예와 같이 고결지반(1a~1c)보다 저강도로 개량하여 각각 저강도체(4)를 조성한다. 또한 흙표면부(3)의 깊이는 약 1.1m, 각 고결지반(1a~1c)의 간격은 약 2.3m, 두께는 약 1.2m이지만 이들의 값은 대상이 되는 지반에 의해서 적절하게 선택할 수 있고 또한 고결지반의 단수도 연약지반의 깊이에 의해 적절하게 선택할 수 있다.
제4도는 기초구조물(6)이 기초지반인 경우의 실시예를 나타내고, 제3도의 실시예와 같이 연약지반이 깊은 경우 진동을 억제하는 것과 함께 액상화를 방지하는 것이다. 공법은 제3도의 실시예와 같이 3단의 환상고결지반(1a~1c)이 조성되어 있다.
제5도는 예를 들면 궤도용, 제방 등의 성토구조물을 기초구조물(6)로 한 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는 횡방향의 길이가 상단보다 하단이 크게 되도록 3단의 고결지반(1a~1c)가 기초구조물(6)내에 조성되어 있다.
흙표면부를 저강도로 개량하여 진동을 억제하는 효과를 가지고 지표면침하의 방지와 함께 교통능력(trafficability)을 확보할 수 있다. 더구나 대폭적인 비용절약과 공사기간의 단축을 도모할 수 있다. 특히 상기 실시예와 같이 개량면적비율을 100%보다 적게 할 수 있기 때문에 비용절약, 공사기간의 단축효과가 현저하다.
복수단에 고결지반을 설치함으로써, 지반의 액상화에 대한 충분한 대책을 도모할 수 있는 것과 함께 연약지반 전체의 개량을 필요로 하지 않기 때문에 대폭적인 비용절약과 공사기간의 단축을 도모할 수 있다.

Claims (3)

  1. 진동을 발생하거나 진동을 받는 기초구조물의 하부 또는 주위의 땅속 또는 내부에 지반고결 공법에 의해 주변지반보다 고강도의 고결지반을 조성하고 고결지반 상층의 흙표면부를 고결지반보다 저강도로 개량하는 것을 특징으로 하는 진동억제 및 액상화방지 지반고결 공법.
  2. 제1항에 있어서, 고결지반을 연직방향으로 복수단으로 조성하는 것을 특징으로 하는 진동억제 및 액상화방지 지반고결 공법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고결지반을 기둥형상의 다수의 고결체로 조성하는 것을 특징으로 하는 진동억제 및 액상화방지 고결공법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62260919A (ja) * 1986-05-07 1987-11-13 Tokyu Constr Co Ltd 基礎地盤の耐震補強方法

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