KR100405802B1 - 현지토 및 불량 성토재를 이용한 연약지반 위 제방 축조공법 - Google Patents

현지토 및 불량 성토재를 이용한 연약지반 위 제방 축조공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연약지반 위에서 현지토 및 불량 성토재를 이용한 제방축조공법에 관한 것으로, 그 목적은 연약지반에 설치되는 모래기둥의 보강에 의해 지지력 및 내구력을 향상시키고, 불량토를 성토재로 사용하여 양질의 혼합골재와 동일한 응력 및 경사를 이루는 제방을 축조하며, 그 수명을 연장시킬 수 있는 현지토 및 불량 성토재를 이용한 연약지반위에서의 제방축조공법을 제공하는 것이다.
본 발명은 연약지반상에 제방을 축조하는 제방 축조공법에 있어서; 상기 연약지반에 일정높이로 포설하여 모래층을 형성하는 단계; 상기 모래층이 형성된 연약지반에 다수개의 케이싱을 압입하는 단계; 상기 압입된 케이싱내로 원통기둥 형상의 링타입 지오매트를 삽입하여 설치하는 단계; 상기 링 타입 지오매트내로 모래를 투입하여 진동다짐에 의해 충진하는 단계; 상기 연약지반내 압입된 케이싱을 제거하여 연약지반에 링타입 지오매트가 외부에 보강되어진 모래기둥을 설치하는 단계; 상기 타설된 각각의 모래기둥 상부에 Ｐ.Ｃ 캡블록을 설치하는 단계; 상기 최외각에 위치하는 Ｐ.Ｃ 캡블록 일측에 제방 사면각의 유지와 성토 토사의 다짐도를 보강하기 위한 스틸 와이어 메쉬를 설치하는 단계; 상기 Ｐ.Ｃ 캡블록 상부에 위치하고 양끝단이 스틸 와이어 메쉬에 위치하는 고응력의 망사형 지오그리드를 설치하는 단계; 상기 스틸 와이어 메쉬내의 망사형 지오그리드 상부에 식생토의 유실 방지를 위한 부직포를 추가 포설하는 단계; 상기 부직포가 포설된 망사형 지오그리드 양끝단에 90㎝의 높이로 식생토를 성토하고, 상기 식생토와 식생토 사이에 불량토를 60㎝ 높이로 성토/다짐하는 단계; 상기 90㎝ 높이로 성토된 식생토를 내포하도록 양끝단의 지오그리드를 말아 감은 후 끝단을 고정시키어 식생토의 지지력과 성토재의 사면 파괴 방지 지지력을 보강하는 단계; 상기 지오그리드의 끝단이 고정된 불량토 상부로 다시 30㎝ 높이로 불량토를 성토/다짐하여 식생토의 높이와 동일하게 하는 단계; 상기 일정높이로 성토된 불량토 상부에 다시 망사형 지오그리드를 설치한 후 스틸 와이어 메쉬 설치, 또다른 망사형 지오그리드 설치, 부직포의 설치 및 식생토와 불량토를 일정높이로 성토/다짐하는 것을 다수번 반복하는 단계를 통해 링 타입 지오매트로 보강된 샌드 파일이 타설된 연약지반에 불량토를 이용하여 제방을 축조할 수 있는 현지토 및 불량 성토재를 이용한 제방 축조공법을 제공함에 있다.

Description

현지토 및 불량 성토재를 이용한 연약지반 위 제방 축조공법{Embankment construction method with poor quality fill material and insitu soils on very soft subsoil area}
본 발명은 연약지반 상에서 현지토 및 불량 성토재를 이용한 제방축조공법에 관한 것으로, 링타입 지오매트로 보강된 샌드 콤팩션 파일에 의해 연약지반을 개량/보강하고, 현지토 및 불량 성토재를 이용하여 압축응력 및 전단응력이 우수한 제방을 축조할 수 있는 연약지반에서의 제방 축조공법에 관한 것이다.
삼면이 바다로 둘러싸이고 좁은 국토면적과 해외 의존 산업 형태에 따라 우리나라는 해안 및 내륙의 연약지반의 개발 활용을 통한 국토 이용이 절실한 실정이나, 보다 장기적으로 안정성이 확보되는 경제적인 연약지반의 개량/보강 공법과, 사회 경제적인 기반 시설의 중추인 대형 교통 토목 공사 즉, 도로, 철도, 항만, 임해 산업단지 개발 공사에 소요되는 양질의 골재 채취원의 구득난과 그 비용 또한 점증되고 있어, 보다 구득이 쉬우면서 저렴한 현지토의 활용이 절실하며, 인근의 풍부한 바다 모래를 사용할 수 있는 공법은, 공기 단축은 물론 막대한 예산 절가 효과와 환경파괴를 피할 수 있는 좋은 방법이 될 수 있다.
지금까지 사용되어온 연약지반 개량 공법으로 많이 사용되고 있는 플라스틱보드 드레인(Plastic board drain)공법, 샌드 드레인(Sand drain), 샌드 콤팩션 파일(Sand compaction pile), 쇄석 기둥 공법 등은 장기간의 압밀침하 기간이 소요될 뿐만 아니라, 연약지반 개량/보강 후 성토재료는 반드시 양질의 혼합골재를 사용하게 되고, 또한 상기 공법들은 압축 응력, 전단응력에서 장기간, 즉 구조물의 내구연한까지의 안정성이 부족하여, 시공 후 잔류 압밀 침하량이 설계치 이상으로 발생하여 막대한 건설 비용의 투자에도 불구하고, 유지보수 비용이 과대하게 발생하는 비 경제적인 면이 자주 발생되고 있다.
또한, 연약지반의 특성 또는 지진등과 같은 외부 영향에 의하여, 모래기둥, 쇄석기둥 등은 구조가 쉽게 흐트러지도록 되어 있어, 지지력이 저하되고, 이로 인해 상부의 구조물 안전에 심각한 위험을 줄 수 있는 등 여러 가지 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 연약지반에 설치되는 모래기둥의 보강에 의해 지지력 및 내구력을 향상시키고, 불량토를 성토재로 사용하여 양질의 혼합골재와 동일한 응력 및 경사를 이루는 제방을 축조하며, 시공기간의 단축과 경제성을 향상시킬 수 있는 현지토 및 불량 성토재를 이용할 수 있는 자연친화적으로 지진에 대한 저항성을 구비하는 제방축조공법을 제공하는 것이다.
본 발명은 연약지반에 제방을 축조하는 제방축조공법에 있어서; 상기 연약지반에 일정높이로 포설하여 모래층을 형성하는 단계; 상기 모래층이 형성된 연약지반에 다수개의 케이싱을 압입하는 단계; 상기 압입된 케이싱내로 원통기둥 형상의 링타입 지오매트를 삽입하여 설치하는 단계; 상기 링 타입 지오매트내로 모래를 투입하여 진동다짐에 의해 충진하는 단계; 상기 연약지반내 압입된 케이싱을 제거하여 연약지반에 링타입 지오매트가 외부에 보강되어진 모래기둥을 설치하는 단계; 상기 타설된 각각의 모래기둥 상부에 Ｐ.Ｃ 캡블록을 설치하는 단계; 상기 제방 양끝단에 제방 사면각의 유지와 성토 토사의 다짐도를 보강하기 위한 스틸 와이어 메쉬를 설치하는 단계; 상기 Ｐ.Ｃ 캡블록 상부에 위치하고 양끝단이 스틸 와이어 메쉬에 위치하는 고응력의 망사형 지오그리드를 설치하는 단계; 상기 스틸 와이어 메쉬내의 망사형 지오그리드 상부에 식생토의 유실 방지를 위한 부직포를 추가 포설하는 단계; 상기 부직포가 포설된 망사형 지오그리드 양끝단에 90㎝의 높이로 식생토를 성토하고, 상기 식생토와 식생토 사이에 불량토를 60㎝ 높이로 성토/다짐하는 단계; 상기 90㎝ 높이로 성토된 식생토를 내포하도록 양끝단의 지오그리드를 말아 감은 후 끝단을 고정시키어 식생토의 지지력과 성토재의 사면 파괴 방지 지지력을 보강하는 단계; 상기 지오그리드 끝단이 고정된 불량토 상부로 다시 30㎝ 높이로 불량토를 성토/다짐하여 식생토의 높이와 동일하게 하는 단계; 상기 일정높이로 성토된 불량토 상부에 다시 망사형 지오그리드를 설치한 후 스틸 와이어 메쉬 설치, 또다른 망사형 지오그리드 설치, 부직포의 설치 및 식생토와 불량토를 일정높이로 성토/다짐하는 것을 다수번 반복하는 단계;를 통해 링 타입 지오매트로 보강된 샌드 파일이 타설된 연약지반에 불량토를 이용하여 제방을 축조하는 현지토 및 불량성토재를 이용한 제방 축조공법을 제공함에 있다.
도 1 은 본 발명에 따라 축조된 제방의 일부분 구성을 보인 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 샌드 콤팩션 파일링(sand compaction piling) 기초 공정을 보인 예시도
도 3 은 본 발명에 따른 링 타입 지오-매트 구성을 보인 예시도
도 4 는 본 발명에 따른 신소재 지오그리드와 종래의 지오텍스타일의 인장강도/신율 상관관계를 보인 예시도
도 5 는 삼축압축시험에 의한 모래와 점성토의 응력-변형율 관계를 보인 예시도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(10) : 링타입 지오매트 (20) : 모래기둥
(30) : 성토재 (31) : 식생토
(40) : 망사형 지오그리드 (50) : 케이싱(casing)
(60) : 진동햄머 (70) : Ｐ.Ｃ 캡블록
(80) : 스틸 와이어 메쉬 (90) : 부직포
(100) : 연약지반 (200) : 제방
도 1 은 본 발명에 따라 축조된 제방의 일부분 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 연약지반(100)에 고응력을 구비하는 링타입 지오매트(10)내에 모래기둥(20)을 타설하여 연약지반(100)을 개량/보강하는 공정과, 상기 모래기둥 20)이 타설된 연약지반(100) 상부에 현지토, 점성토, 모래 등의 불량토를 성토재 30)로, 고강도를 구비하는 망사형 지오그리드(40)를 보강재로 하여 제방(200)을 축조하는 제방 성토공정으로 이루어져 있다.
상기 링타입 지오매트(10)는 연약지반(100)에 압입된 케이싱(50)내에 삽입/설치되는 것으로, 도 3 에 도시된 바와 같이 1,500 deniers 이상의 고강도 폴리에스터사로 환 편직에 의해 제직되고, 직경 400∼1,000 ㎜, 길이 100 m 이상의 원통기둥 형상을 구비하며, 원형 방향에 대해 50∼600 ｋＮ/ｍ, 길이방향에 대해 50∼200 ｋＮ/ｍ 의 응력을 구비하고, 1×10-4㎝/sec 이상의 투수속도를 구비한다.
상기 모래기둥(20)은 링타입 지오매트(10)내에 충진되는 것으로, 투수속도 1×10-2㎝/sec 이상의 No. 200 체 통과량이 3% 이하의 것을 사용한다.
상기 망사형 지오그리드(40)는 아라미드(Aramid) 사(紗)또는 ＰＶＡ(poly vinyl alcohol)사의 재질로 이루어진 그물 형상으로 구성되어 있으며, 상기 아라미드(Aramid) 사 로 이루어진 지오그리드의 경우, 최대인장강도가 50∼1,600 ｋＮ/ｍ, 최대인장신도가 3.5 % 이하, 2 % 신율시 인장강도가 최대인장강도의 40 % 이상, 3 % 신율시 인장강도는 최대인장강도의 70 % 이상으로, 1∼100 ㎜ 메쉬를 구비하고, 폭 4∼6 m 길이 120 ∼300 m 를 구비하며, 중성인 환경에 적용된다.
또한, 상기 ＰＶＡ(poly vinyl alcohol)사로 이루어진 지오그리드의 경우, 최대인장강도가 50∼1,200 ｋＮ/ｍ, 최대인장신도가 5 % 이하, 2% 신율시 인장강도가 최대인장강도의 35 % 이상, 3% 신율시 인장강도는 최대인장강도의 55 % 이상으로, 1∼100 ㎜ 메쉬를 구비하고, 폭 4∼6 m, 길이 120∼300m 를 구비하며, 강산성 또는 강알칼리 환경에 적용된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 망사형 지오그리드와, 종래에 사용되고 있는 PET 지오그리드 및 PET 매트와의 응력-변형도 선도를 살펴보면, 도 4 에 도시된 바와 같이, 종래에 사용되고 있는 PET 지오그리드 및 PET 매트에 비해 본 발명 지오그리드의 응력(인장강도)이 높음을 알 수 있다.
즉, 모래와 점성토의 응력-변형률 관계에서 도 5 에 도시된 바와 같이, 모래는 2%, 점성토는 5% 이하의 축 변형률에서 축차 응력이 최대가 되므로, 보강재의 경우, 2∼5% 변형 미만에서 최대 인장강도를 가지는 탄성재료의 물성치를 가지는 재료가 모래나 점성토만으로 제방 축조를 할 때 보다 경제적이며, 돌발적인 지진에 대한 사면 안정성을 유지할 수 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 샌드 콤팩션 파일링(sand compaction piling) 기초공정을 보인 예시도를 도시한 것으로, 상기와 같이 구성된 링 타입 지오매트(10)를 이용하여 연약지반(100)에 기초공사를 할 경우, 먼저, 연약지반에 모래층을 형성하고, 진동 햄머(60)등을 이용하여 연약지반(100)에 다수개의 케이싱(50)을 압입하며, 상기 토사가 제거된 케이싱(50) 내면에 외부면이 접촉되도록 원통기둥 형상의 링 타입 지오매트(10)를 삽입/설치한다.
이와 같이 링 타입 지오매트(10)가 설치되면, 링 타입 지오매트(10)가 설치된 케이싱(50)내에 링타입 지오매트 속으로 진동다짐방식에 의해 모래를 충진한 다음, 압입된 케이싱(50)을 제거하여, 링 타입 지오매트(10)로 보호되는 모래기둥 (20)이 연약지반(100)에 타설되도록 되어 있다.
도 1 은 본 발명에 따라 축조된 제방의 일부분 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 상기와 같이 기초공사가 완료되면, 상기 링 타입 지오매트(10)가 외각에 보강된 모래기둥(20)의 상단부에 원형상의 Ｐ.Ｃ 캡블록(70)을 설치하고, 제방 사면각의 유지와 성토 토사의 다짐도를 보강하는 스틸 와이어 메쉬(80)를 축조되는 제방(200)의 양끝단에 위치하도록 설치한다.
이와 같이 Ｐ.Ｃ 캡블록(70) 및 스틸 와이어 메쉬(80)가 설치되면, Ｐ.Ｃ 캡블록(70) 상부에, 아라미드(Aramid) 사 또는 ＰＶＡ(poly vinyl alcohol)사로 구성된 망사형 지오그리드(40)를 설치한다. 이때, 상기 설치되는 망사형 지오그리드 (40)의 양끝부분은 스틸 와이어 메쉬(80)에 위치하도록 설치한다.
이와 같이 망사형 지오그리드(40)의 설치가 완료되면, 스틸 와어어 메쉬(80)내에 위치하는 망사형 지오그리드(40)의 끝부분에 식생토의 유실을 방지하는 부직포(90)를 추가 포설하고, 상기 부직포(90)가 포설된 망사형 지오그리드(40) 양끝부분에 식생토(31)를 일정높이로 성토/다짐한 다음, 양끝부분에 성토된 식생토와 식생토 사이의 망사형 지오그리드(40) 상부에 현지토, 점성토, 모래 등의 불량토를 성토재(30)로 하여 일정높이까지 성토/다짐한다.
이를 더욱 자세하게 설명하면, 식생토를 30㎝ 높이로 성토/다짐하고, 불량토의 성토재를 이에 맞추어 30㎝ 높이로 성토/다짐한 후, 다시 식생토 및 성토재를 30㎝ 높이로 성토/다짐하는 과정을 반복한 다음, 다시 식생토를 30㎝높이로 성토/다짐하여 총 90㎝ 높이로 성토/다짐하고, 상기 90㎝높이로 성토/다짐된 식생토를 망사형 지오그리드(40) 끝단으로 말아 감은 후 그 끝단을 60㎝ 높이로 성토된 불량토 성토재 상부에 고정하고, 망사형 지오그리드 끝단이 고정된 성토재 상부로 다시 불량토 성토재를 30㎝ 높이로 성토/다짐하여 성토재의 높이와 식생토(30)의 높이를 일치시킨다. 즉, 상기 식생토(31)는 부직포(90)에 의해 유실이 방지되고, 망사형 지오그리드(40) 끝부분에 감기어 망사형 지오그리드(40)로 둘러싸이도록 되어 있다.
이와 같은 과정의 반복에 의해 현지토, 점성토, 모래 등의 불량토를 성토재, 식생토, 망사형 지오그리드가 다수개의 층을 이루며 축조된다.
상기와 같은 공법에 의해 축조된 제방 등의 구조물은 토압을 분배하여 지지력을 향상시키는 그리드를 고응력을 구비하는 아라미드(Aramid) 사 또는 ＰＶＡ (poly vinyl alcohol)사로 구성/설치하도록 되어 있어, 성토된 성토재의 지지력을향상시키게 되므로, 양질의 혼합골재 축조와 동일/이상의 경사를 구비하는 제방 등의 구조물을 축조할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 고강도를 구비하는 링타입 지오매트를 모래기둥에 감싸도록 되어 있어, 연약지반의 지지력을 향상시키고, 이를 기초로 하여 축조되는 제방등의 구조물 하중을 견고하게 지지하며, 지진등과 같은 외부영향에 대한 대항력이 향상되는 효과가 있다.
또한, 고응력을 구비하는 망사형 지오그리드에 의해 성토된 성토재의 토압을 분배하고, 지지력을 향상시킴으로써, 현지 불량토, 모래, 점성토 등을 성토재로 사용하여도, 양질의 혼합골재를 사용하는 것과 동일/유사한 응력 및 내구성을 구비하는 제방 등의 구조물을 축조할 수 있다.
또한, 성토재의 현지조달로 인해 현장까지의 성토재 운반이 용이하고, 비용이 절감되며, 작업시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 일반 제방축조, 도로, 철도노반 축조, 항만 공사의 호안 축조, 방파제 축조, 임해 공단/물류 단지 조성 등 연약 지반 개량보강이 요구되는 지반 조건부지에 적용할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 연약지반에 제방을 축조하는 제방축조공법에 있어서;
    상기 연약지반에 일정높이로 포설하여 모래층을 형성하는 단계;
    상기 모래층이 형성된 연약지반에 다수개의 케이싱을 압입하는 단계;
    상기 압입된 케이싱내로 원통기둥 형상의 링타입 지오매트를 삽입하여 설치하는 단계;
    상기 링 타입 지오매트내로 모래를 투입하여 진동다짐에 의해 충진하는 단계;
    상기 연약지반내 압입된 케이싱을 제거하여 연약지반에 링타입 지오매트가 외부에 보강되어진 모래기둥을 설치하는 단계;
    상기 타설된 각각의 모래기둥 상부에 Ｐ.Ｃ 캡블록을 설치하는 단계;
    상기 제방의 양끝단에 제방 사면각의 유지와 성토 토사의 다짐도를 보강하기 위한 스틸 와이어 메쉬를 설치하는 단계;
    상기 Ｐ.Ｃ 캡블록 상부에 위치하고 양끝단이 스틸 와이어 메쉬에 위치하는 고응력의 망사형 지오그리드를 설치하는 단계;
    상기 스틸 와이어 메쉬내의 망사형 지오그리드 상부에 식생토의 유실 방지를 위한 부직포를 추가 포설하는 단계;
    상기 부직포가 포설된 망사형 지오그리드 양끝단에 90㎝의 높이로 식생토를 성토하고, 상기 식생토와 식생토 사이에 불량토를 60㎝ 높이로 성토/다짐하는 단계;
    상기 90㎝ 높이로 성토된 식생토를 내포하도록 양끝단의 지오그리드를 말아 감은 후 끝단을 고정시키어 식생토의 지지력과 성토재의 사면 파괴 방지 지지력을 보강하는 단계;
    상기 지오그리드의 끝단이 고정된 불량토 상부로 다시 30㎝ 높이로 불량토를 성토/다짐하여 식생토의 높이와 동일하게 하는 단계;
    상기 일정높이로 성토된 불량토 상부에 다시 망사형 지오그리드를 설치한 후 스틸 와이어 메쉬 설치, 또다른 망사형 지오그리드 설치, 부직포의 설치 및 식생토와 불량토를 일정높이로 성토/다짐하는 것을 다수번 반복하는 단계;
    를 통해 링 타입 지오매트로 보강된 샌드 파일이 타설된 연약지반에 불량토를 이용하여 제방을 축조하는 것을 특징으로 하는 현지토 및 불량 성토재를 이용한 제방 축조공법.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 링타입 지오매트는 1,500 deniers 이상의 고강도 폴리에스터사로 환 편직에 의해 형성되고, 직경 400∼1,000 ㎜, 길이 100 m 이상의 원통기둥 형상을 구비하며, 원형 방향에 대해 50∼600 ｋＮ/ｍ, 길이방향에 대해 50∼200 ｋＮ/ｍ 의 응력을 구비하고, 1×10-4㎝/sec 이상의 투수속도를 구비하는 것을 특징으로 하는현지토 및 불량 성토재를 이용한 제방 축조공법.
  3. 제 1 항에 있어서'
    상기 망사형 지오그리드는 아라미드(Aramid) 사(紗)또는 ＰＶＡ(poly vinyl alcohol)사의 재질에 의해 그물 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 현지토 및 불량 성토재를 이용한 제방 축조공법.
  4. 제 3 항에 있어서'
    상기 아라미드(Aramid) 사 로 이루어진 지오그리드는 1∼100 ㎜ 메쉬를 구비하고, 폭 2∼8 m, 길이 120 ∼300 m를 구비하며, 최대인장강도가 50∼1,600 ｋＮ/ｍ, 최대인장신도가 3.5 % 이하, 2 % 신율시 인장강도가 최대인장강도의 40 % 이상, 3 % 신율시 인장강도는 최대인장강도의 70 % 이상인 것을 특징으로 하는 현지토 및 불량 성토재를 이용한 제방 축조공법.
  5. 제 3 항에 있어서'
    상기 ＰＶＡ(poly vinyl alcohol)사로 이루어진 지오그리드는 1∼100 ㎜ 메쉬를 구비하고, 폭 2∼8 ｍ, 길이 120∼300ｍ를 구비하고, 최대인장강도가50∼1,200 ｋＮ/ｍ, 최대인장신도가 5 % 이하, 2% 신율시 인장강도가 최대인장강도의 35 % 이상, 3% 신율시 인장강도는 최대인장강도의 55 % 이상인 것을 특징으로 하는 현지토 및 불량 성토재를 이용한 제방 축조공법.
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