KR100686520B1

KR100686520B1 - 샌드매트 모형시험과 수치해석을 통한 점토지반 샌드매트의시공방법

Info

Publication number: KR100686520B1
Application number: KR1020060048424A
Authority: KR
Inventors: 김형주
Original assignee: 주식회사 씨엔텍
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-02-26

Abstract

본 발명은 부족한 연약지반 처리용 샌드매트 재료를 효율적으로 활용하기 위해서 준설토 및 모래 와 쇄석골재를 샌트매트의 재료로 이용할 경우에 대한 수두거동 및 기능성을 수치해석과 실내모형실험을 통해 샌드매트 내의 간극수압 확산형태를 분석하여 연약지반상에서 샌드매트의 기능과 역할을 제대로 수행할 수 있도록 설계기술을 제시한 샌드매트의 시공방법에 관한 것이다.

이에 따른 본 발명은 연직배수재 및 연약점토지반상부에 포설되는 샌드매트의 시공방법에 있어서, 테르자기(Terzaghi) 일차원 압밀이론에 의한 성토중심부(S_Of) 및 성토사면부(S_Df)의 최종침하량을 예측하여 성토중심부 및 성토사면부의 침하량 만큼의 침하보정토를 성토중심부에서 사면부로 갈수록 낮아지는 일정한 형태 또는 평균 높이로 사전에 성토한 다음 그 상부에 일정한 두께의 샌드매트를 포설하도록 함으로서, 성토시 발생하는 침하량만큼 사전에 침하량만큼 보정침하토를 성토한 후 상부에 샌드매트를 포설하면 침하증가에 의해 점토지반의 상부에 샌드매트가 유지됨으로 샌드매트 간극수의 배수가 용이하게 되어 잔류 동수구배가 저감되어 연약점토지반의 잔류침하를 저감할 수 있는 새로운 시공방법으로 각광 받을 것이다. 또한 본 시공방법은 원지반 상부에 포설되는 침하보정토가 연약지반의 지지력을 향상시키고 연약지반 개량기계의 접지압을 증가시켜 기계의 전도를 방지하게 되어 시공의 안정성을 도모하고 드레인 타설속도가 크게 증가되고 점토층의 교란도 방지하게 되어 드레인의 배수능력을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

샌드매트, 간극수압거동, 동수구배, 점토지반, 침하 보정토

Description

샌드매트 모형시험과 수치해석을 통한 점토지반 샌드매트의 시공방법{Construction Methods of Sand Mat on the Soft Clay by model test and numerical analysis}

도 1은 본 발명 실시 예의 샌드매트 압력수두 분포도,

도 2는 본 발명 실시 예의 투수계수 변화에 의한 수두곡선,

도 3은 본 발명 실시 예의 샌드매트 두께 변화에 의한 수두곡선,

도 4는 본 발명 실시 예의 압밀계수 변화에 의한 수두곡선,

도 5는 본 발명 실시 예의 샌드매트 동수구배 발생 모형실험도,

도 6은 본 발명 실시 예의 실험 샌드매트의 입도와 설계기준을 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명 실시 예의 성토고와 샌드매트 및 점토지반의 간극수압과 침하량을 나타낸 그래프,

도 8은 본 발명 실시 예의 샌드매트 포설시 간극수압 변화를 나타낸 그래프,

도 9는 본 발명 실시 예의 1차 성토시 간극수압 변화를 나타낸 그래프,

도 10은 본 발명 실시 예의 2차 성토시 간극수압 변화를 나타낸 그래프,

도 11은 본 발명 실시 예의 최종 성토시 간극수압 변화를 나타낸 그래프,

도 12는 본 발명 실시 예의 샌드매트 내의 압력수두 비교 그래프,

도 13은 본 발명 실시 예의 침하단차가 작은 경우 수치해석과 실험에 의해 포설되는 샌드매트 시공방법의 개략도.

도 14은 본 발명 실시 예의 침하단차가 큰 경우 수치해석과 실험에 의해 포설되는 샌드매트 시공방법의 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 토조, 2: 수두장치,

3: 샌드매트, 4: 점토층,

5: 간극수압계, 6: 다이얼게이지,

7: 침하판, 8: 토압계,

9: 준설토.

본 발명은 샌드매트내에 발생되는 간극수압 거동을 수치해석과 시험을 통한 점토지반 샌드매트의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 골재자원의 부족한 국내현실을 고려하여 자원의 효율적인 활용과 기능을 향상시키고자 준설토 및 모래 ,쇄석골재를 샌트매트의 재료로 이용할 경우를 상정하여 성토시 샌드매트내의 간극수압 거동을 수치해석과 실내모형실험을 통해 샌드매트의 간극수압 확산을 분석함으로서 샌드매트의 기능과 역할을 제대로 수행할 수 있도록 설계기술을 제시한 도로 성토시 샌드매트의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 연직드레인공법이라 함은 샌드매트하부에 드레인재를 타설하여 배수를 촉진시키는 연약지반 개량공법의 일종으로, 연약한 점성토 지반 내에 인공적으로 연직 드레인을 다수 설치하여 배수거리를 단축시킴으로써 압밀을 촉진시키는 공법이다. 연직배수공법·버티컬드레인공법이라고도 한다. 또한 표면수평배수공법은 연약지반의 두께가 작은 경우 연직드레인공법을 적용하지 않고 샌드매트에 의해 점토층의 압밀수를 수평으로 배수시키는 공법이다.

상기 연직드레인공법 및 수평배수공법을 이용하여 점토지반을 개량하고 성토를 하는 경우 성토중앙부는 배모양과 같이 오목하게 중앙부가 침하량이 증가되므로 자연적인 배수가 어렵다. 또한 연약점토지반 상부에 바로 설치되는 샌드매트는 하부지반이 연약한 경우 원지반으로 많은 양이 함몰됨으로 드레인 타설기계 및 기타시공기계의 중량을 버틸 수 있는 접지압이 부족하여 시공기계가 자주 전도된다. 또한 점토지반도 크게 교란된다. 이로 인해 시공기계의 전도위험에 의한 시공지연과 지반교란 영역 내 원지반의 투수계수 감소에 의해 배수 효과가 줄어들게 되고 배수시간이 길어서 개량효과가 저하된다. 더나아가 성토재하시 원래의 점토지반 하부로 샌드매트가 함몰되어 외측으로 배수가 불가능하다. 따라서 배수영역을 촉진시키기 위해서 연직배수재와 샌드매트가 서로 중첩되게 설치해야 하고 연직배수재가 없는 경우는 침하토가 점토지반보다 투수계수가 큰 것을 선택하는 것이 중요하다.

시공 방법에 따라 주로 점토층내부의 배수기능 역할을 위해 기둥 모양의 모래말뚝을 설치해 배수거리를 짧게 하는 연직배수공법계통인 샌드드레인 공법(sand drain method), 팩드레인 공법(pack drain method), 플라스틱(페이퍼) 드레인 공법(plastic drain method),쇄석말뚝(gravel drain method)등이 있다. 또한 압입 다짐기계에 의해 케이싱매부에 재료를 관입하여 인발과 압축에 의해 다짐말뚝을 형성하여 모래 및 쇄석말뚝의 지지력과 배수를 동시에 도모하는 다짐말뚝계통인 샌드컴팩션공법(sand compaction methd), 쇄석다짐공법(gravel compaction method)등으로 구분된다. 그리고 연직배수공법중 플라스틱 드레인공법은 모래 대신 특수가공된 플라스틱재나 이들의 복합재인 카드보드(card-board)를 땅속에 박아 압밀을 촉진시키는 공법이다.

플라스틱 드레인공법은 샌드 드레인공법에 비하여 시공이 간편하면서 속도가 빠르고, 관입시 점토지반내부의 교란이 적고 , 드레인 단면이 깊이 방향으로 일정하여 확실한 시공이 가능하고, 배수 효과가 좋으며, 공사비가 저렴하다는 장점이 있다.

샌드(자갈) 드레인공법과 샌드(자갈)컴팩션 공법은 최근 시공기계의 발달로 육상 및 해상 공사에서 확실한 압밀 및 다짐효과를 가져오므로 널리 시용되고 있고 비교적 고가이다.

최근 연안지역의 과도한 해사 채취로 인하여 해안 생태계의 불균형을 초래하고 어획고가 감소하여 어민들의 민원이 크게 증가하고 있다. 따라서 건설재료용 골재를 지속적으로 공급하기 위해 배타적 경계수역의 모래자원을 적극 개발하고 있으나 깊은 수심으로 인해 양질의 해사확보도 어렵고 채취비용도 크게 증가하고 있다.

이러한 상황에 의해 연약지반 처리에 필요한 배수재의 확보는 우선적인 콘크리트 골재의 공급의 중요성에 비추어 뒤쳐지게 되어 연약지반 개량공사는 더욱 더 어려운 시기에 직면하고 있다. 그러므로 경제적이고 효율적으로 연약지반개량을 위해 다소 입도기준에 부적합한 재료를 사용하는 경우 배수기능을 향상시킬 수 있는 대책기술이 요구되고 있다.

이러한 연구를 위하여 잔골재 또는 Fiber Mat재료를 이용하여 실내시험에 의해 연약지반 배수재로서의 활용성을 검토하거나 준설토를 샌드매트 대안으로 이용하여 수평배수의 기능을 유지하고자 측구를 설치하고 압밀 침하량이 큰 경우에는 배수대책의 필요성을 제시하였지만 이러한 기존의 연구들은 실험적인 유효성의 고찰로 전체적인 샌드매트의 배수와 지반침하를 고려한 정상적인 메카니즘과 설계 및 시공기술 등이 아직 제시되지 않고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 제반문제를 해결하기 위해 창출된 것으로서, 연약지반상에 포설되는 샌드매트의 기능을 최대한 극대화 하고 부족한 모래자원을 대체한 활용성을 확대하는데 필요한 기술적 과제를 해결하고자 한다. 따라서 일반모래보다 배수성이 다소 떨어지는 준설토를 샌트매트의 재료로 이용할 경우 수두거동 및 기능성을 수치해석과 실내모형실험을 통해 샌드매트 내의 간극수압 확산형태를 분석하였다. 그러므로 배수 샌드매트의 기능을 발휘 할 수 있도록 설계기술과 샌드매트의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연약점토지반에 포설되는 샌드매트의 설계방법은 도로설계요령(1992)에 의해 압밀층의 평균침하속도를 주로 고려하여 구한 샌드매트내의 압력수두 높이(Ht)에 의해 샌드매트포설 두께를 결정하고 있다. 이 경우 압밀침하속도를 중점적으로 고려하기 때문에 샌드매트 포설두께보다 원지반의 침하량이 큰 경우 샌드매트는 원지반 하부에 함몰되어 배수기능을 유지할 수 없어 도로의 경우 장기적인 잔류침하의 원인이 되고 있다. 따라서 샌드매트의 기능을 장기적으로 유지하기 위해서는 점토지반의 압밀침하속도 보다 점토지반의 침하형태를 고려한 샌드매트 설계 및 시공기술의 개발이 필요하다. 따라서 본 발명은 압밀이론에 의한 성토중심부(S_Of) 및 성토사면부(S_Df)에서 점토지반의 최종침하량 및 침하속도를 동시에 고려할 수 있는 식(3)을 제안하였다. 그리고 다소 투수성이 떨어지는 준설토를 이용한 샌드매트 모형재하실험을 통하여 샌드매트에 발생하는 간극수압 분포를 측정하고 분석하였다. 연구결과 샌드매트에 발생하는 간극수압 분포는 점토층의 침하단차( S_Of- S_Df)의 영향을 크게 받기 때문에 샌드매트의 중심기능인 수평배수를 저하시키고 있다. 따라서 샌드매트의 수평동수구배를 증가시키기 위해서는 성토중앙부및 사면어깨부에 발생하는 최종 침하량만큼 침하보정토를 성토한 후에 상단에 샌드매트를 포설하여야 만 수평구배가 유지할 수 있다. 시공기술로는 사전에 성토체 중앙부와 좌우측의 침하량을 예측하여 침하 보정토를 사전에 포설한 후에 상단에 샌드매트를 시공하는 것이 동수구배 및 샌드매트 수평수두저항을 감소시킬 수 있으므로 요약하여 샌드매트 시공방법이 도 13과 같이 제안된다. 도 13에서 에서 기존 샌드매트 포설방법은 성토중앙부의 응력집중에 의해 침하량이 크게 증가하므로 포설된 샌드매트가 침하량만큼 지표면 하부로 침하되어 오목한 모양을 형성하게 되어 간극수가 잔류된다. 따라서 성토시 발생하는 침하량만큼 사전에 경제성과 지반개량기계의 트래피커빌리티를 확보할 수 있는 실트질 준설토와 양질의 토사로서 점토지반보다 투수계수가 큰 재료를 침하 보정토로 사용하면 하부점토층의 압밀간극수가 상부의 샌드매트로 전달되고 수평구배가 유지됨으로 측구를 향해서 배수가 가능하다.
일반적으로 점토지반의 샌드매트 포설 두께는 약 50cm가 널리 적용되고 있으나 매우 연약한 지반의 경우 샌드매트가 하부지반으로 혼입되어 수평배수기능을 유지하지 못하고 작업기계의 연직도 조차도 확보가 매우 어려운 경우가 종종 발생되고 있다. 본 시공방법은 점토지반 상부에 포설되는 양질의 침하 보정토가 장비의 진입이 곤란한 점토지반에서 고가의 모래대신 먼저 포설되고 그 상부에 샌드매트가 포설되기 때문에 샌드매트가 점토지반에 함몰되거나 절단될 가능성이 적기 때문에 수평배수기능을 유지할 수 있기 위해서는 성토중심부의 침하량(S_Of S_Df)의 침하보정토를 일정높이에서 가장자리로 갈수록 낮아지는 형태로 사전에 성토하거나 평균 침하량 만큼[(S_Of + S_Df ) /2] 성토한 다음 그 상부에 일정한 두께의 샌드매트를 포설하도록 한 특징을 갖는다.

이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

연약점토지반에 포설되는 샌드매트의 간극수압은 테르자기(Terzaghi) 일차원 압밀이론에 의해 점토층의 침하량과 비례하여 증가하게 된다. 증가된 과잉간극수압은 샌드매트의 투수성에 의해 성토체 외측으로 빠르게 배수된다.

그러나, 도 1과 같이 연약점토지반의 침하가 큰 경우 성토체 중앙부는 오목한 모양을 형성하므로 동시에 기 포설된 샌드매트도 오목한 모양을 형성하게 되어 제체외측으로 배수가 지연되고 잔류됨으로 압력수두가 증가되어 잔류침하의 감소가 어렵다.

도 1은 성토에 의해 발생한 포화 점토층의 압밀침하량은 일차원으로 변화되고 압밀 간극수가 포화된 샌드매트를 통해 제체 외인 수평방향으로 완전 배수된다고 가정하고 있다. 그러므로 포화점 토지반은 테르자기(Terzaghi) 일차원 압밀방정식에 의해, 점토층의 압밀침하는 평균압밀도(U)와 시간(t)의 함수로 나타낼 수 있다. 따라서 샌드매트 수평거리(x)에서 발생하는 압력수두(H)는 테르자기(Terzaghi) 일차원 압밀방정식에 의해 식(1)과 같이 제시된다.

--- 식(1)

여기서

는 점토층의 침하속도, S_0f는 성토중심부의 최종침하량, S_Df는 성토사면부의 최종침하량, T는 샌드매트 두께, k는 샌드매트 투수계수, 2L은 샌드매트 횡전단폭,

는 물의 단위중량이다.

식(1)은 샌드매트 간극수의 수평일차원 흐름만을 가정하고 있으므로 샌드매트 경계부 x=L에서 압력수두 H=0이다.

따라서 식(1)에서 성토중심부의 최대 압력수두를 H_0t, 횡단방향의 평균압력수두를 H_t로 표시하면, 각각의 압력수두는 아래의 식(2) 및 식(3)으로 제시된다.

---식(2)

---식(3)

식(2), 식(3)에서 샌드매트의 압력수두는 침하속도

, 최종침하량(S_0f, S_Df), 샌드매트 두께(T)와 투수계수(k), 성토폭(2L)에 의해 변화되고 있다.

실험재료 중 하부점토의 압밀특성은 과압밀된 점토를 교란 재성형 후 압밀시료를 제작하여 표준압밀시험에 의해 구하였다. 압밀시험결과와 역학적특성 및 기타 투입함수비 등을 표 1에 표시하였다.

표 1 재성형 실험 점토의 물리 및 역학적 특성

(%)	(kN/m³)	Gs	CONSOLIDATION				USCS
			ｅ_o	Cc	Cv	Pc (kPa)
				Cs
54.5	16.61	2.600	1.261	0.380	1.56*10^-4	10	CL
				0.159

또한 최종침하량은 압밀시험의 압축지수(Cc)와 투입함수비에 의한 초기 간극비 및 각각의 성토하중에 대한 점토층 하단의 토압계에서 측정된 지중응력(

)에 의해 계산하였다. 압밀도는 압밀시험의 제원을 이용하여 계산된 최종침하량과 측정된 실측침하량 비에 의해 구하였다.

도 5에 제시된 모형실험장치에서 중앙부의 토압계의 측정치(

)와 중심부, 좌우선단부의 침하다이얼게이지에 의해 측정된 침하량 S_0f와 S_Df를 각각의 단계성토에 따라 표 2에 나타내었다.

표 2. 단계성토시 측정된 침하량과 지중응력

	Sand Mat (20cm)	1차성토 (30cm)	2차성토 (30cm)	3차성토 (30cm)
S_Df(cm)	0.89	1.35	1.76	2.04
S_Of(cm)	1.33	1.87	2.32	2.62
(kPa)	3.4	3.6	5.1	5.1

식(2)에 초기 압밀도(U) 3%를기준으로 표 1의 3차성토시 측정된 성토중심부의 침하량 S_Of와 성토 외측부의 침하량 S_Df, 포설두께(T) 20cm를 각각 대입하였다.

그리고 투수계수 k를 10^-4~10^-2(cm/sec)까지 변화시켜 수치해석을 실시하였다. 도 2 및 도 3에서와 같이 샌드매트의 투수계수가 작을수록 중앙부에서 동수구배가 증가되므로 압력수두도 크게 증가하고 있다. 특히 샌드매트 투수계수가 10^-4(cm/sec) 이하는 간극수의 배수가 지연되어 수두상승이 크다. 또한 전과 동일하게 식(2)에 압밀도 3%를 기준으로 표 1의 3차성토시 측정된 성토중심부의 침하량 S_0f와 성토 외측부의 침하량 S_Df를 각각 대입하고 투수계수 k는 10^-3(cm/sec)로 일정하게 하여, 샌드매트 두께(T)를 5 ~ 30cm까지 변화시켜 해석한 결과가 도 3과 같다.

상기 도 3에서 샌드매트 두께가 증가하면서 점진적으로 압력수두가 저하되고 성토단부에서는 동수구배의 영향을 덜 받기 때문에 수두변화가 작다. 따라서 동일한 투수계수를 가진 샌드매트는 포설두께가 증가하는 경우 동수구배가 저하되어 압력수두도 감소한다.

또한 하부점토층의 침하속에 따른 샌드매트 압력수두를 분석하기 위하여 점토층의 침하속도인자로서 압밀계수(Cv)를 선택하였다. 전절과 동일하게 식(2)에 압밀도(U) 3%를 기준으로 표 1의 3차 성토시 측정된 성토중심부의 침하량 와 성토 외측부의 침하량 를 각각 대입하고 포설두께(T)는 20cm, 투수계수 k는 10^-3(cm/sec)로 일정하게 하였다. 그리고 압밀계수 Cv를 10^-5 ~ 10^-3(cm/sec)까지 변화시켜 해석을 실시하였다. 도 4와 같이 점토층의 압밀계수가 클수록 성토중심부에서 압력수두가 증가되나 성토단부에서는 크게 감소되고 변화도 작다. 이러한 원인은 성토중앙부에서 응력중가에 의해 점토층의 침하속도가 증가되어 압밀배수량이 증가되기 때문이다.

모형실험은 도 5에 도시된 바와 같이 300cm*70cm*70의 토조(1) 양옆에 샌드매트내의 지하수위를 일정하게 유지할 수 있도록 수두장치(2)가 설치되고, 또한 재하시 샌드매트(3)와 그 하부의 점토층(4)의 침하량 및 간극수압을 측정할 수 있도록 간극수압계(5) 4개, 소형 다이얼게이지(6) 및 침하판(7) 3개, 토압계(8) 2개를 각각 설치하였다. 샌드매트 하부의 연약 점토층(4)은 간이 토조(1)에서 전기교반기로 증류수를 이용하여 충분하게 교반한 후 슬러리 상태로 공기가 유입되지 않도록 플라스틱 바가지를 이용하여 서서히 30cm 높이까지 투입하였다. 이어서 포화수를 수두장치(2)에 의해 정상상태가 될 때까지 약 일주일동안 공급하였다. 그리고 시트를 깔고 상단에 샌드매트 대용으로 준설토(9a, 9b, 9c)를 20cm 높이로 포설한 후 서서히 풍화토를 이용하여 3단계까지 재하하였다.

실험에 사용한 준설토의 물리적 성질 및 입도분포는 표 3과 같으며, 국내 연약지반 설계에 적용되는 샌드매트 재료 시방기준에 따른 입도범위도 함께 제시하였다. 본 실험에 이용된 준설토는 샌드매트 재료기준의 세립 하한치에 근접하고 있어 양질의 모래보다는 다소 뒤떨어지고 있으나 국내의 부족한 골재자원을 효율적으로 활용하는 측면에서는 샌드매트 대체 재료로 활용가치가 있다고 판단된다.

표 3. 실험에 이용된 샌드매트의 물리적 성질

함수비	17.6
소성지수	NP
비중(Gs)	2.60
#200체 통과량(%)	9.5 ~ 13.3
정수위 평균 투수계수	1.34*10-3cm/sec
USCS	SM

도 7의 상단은 단계성토 재하고에 따른 샌드매트층 좌측, 중앙, 우측에 설치한 침하게이지에 의한 침하량을 표시하였고, 그림 하단은 샌드매트층 내부 및 점토층 중심에 설치한 간극수압계에 의해 측정된 결과를 경과시간에 따라 각각 나타낸 것이다. 단계성토는 쌍곡선법에 의해 압밀도 90% 이상을 확인하고 11일 동안 총 100cm의 높이까지 3단 분할 재하를 하였다. 성토고가 증가되면서 점토층 중앙부가 좌우측보다 침하량이 크게 발생하고 있다. 또한 단계성토시 발생하는 점토층과 샌드매트층의 간극수압을 비교하면 점토층에서 간극수압이 크게 증가하고, 샌드매트층은 중앙부가 크고 좌우측은 작게 발생하고 있다. 이러한 원인은 점토층의 중앙부가 응력이 집중되어 증가된 잔류간극수압이 동수구배를 증가시키고 있기 때문이 다. 그리고 더 나아가 재하직후는 점토층의 투수계수가 작기 때문에 급격하게 과잉간극수압이 증가되지만 시간이 경과하면서 샌드매트의 투수에 의해 감소되고 있다.

도 8 내지 도 11은 모형실험에 의해 점토층과 샌드매트에 설치된 간극수압계에 의해 측정된 간극수압을 단계별성토에 따라 상세하게 나타내었다.

도 8은 샌드매트 포설시에 포화 연약 점토층 상단에 잔류되어 있는 지하수위와 다소의 지반교란에 의해 간극수압이 급격하게 상승되었다. 샌드매트 중앙부에서는 1.6kPa까지 크게 간극수압이 상승되지만 시간이 경과되면서 서서히 감소하고 400분 경과시점에서 중앙부는 최소 0.4kPa로 수렴한다. 그러나 양쪽 경계 배수지역에서는 간극수압이 미소하게 증가된 후 빠르게 소산되고 있다.

도 9는 1차 성토시 측정된 간극수압으로 샌드매트 재하시보다 중앙부에서 최대 상승값이 작고 좌우측에서 다소 지연되는 것은 하부 점토층이 재하시 불안정한 상태에서 서서히 안정단계로 진입하여 정상적인 압밀침하가 발생되기 때문이다. 도 10은 2차 성토시 측정된 간극수압으로 재하초기에 중앙부가 최고 1.6kPa까지 상승하고 시간이 경과하면서 좌우, 중앙부가 일정하게 0.5kPa 정도로 수렴하고 있다. 침하가 증가하면서 지반이 안정화되어 좌우, 중앙부에서 변화형태가 유사하다.

도 11은 최종성토시 간극수압변화로 확연하게 중앙부가 2.6kPa까지 크게 상승하고 좌우는 2kPa까지 간극수압이 상승하였다. 중앙부는 재하직후 시간이 경과하면서 서서히 감소하고 있지만 좌우측은 소산속도가 빠르고 초기에 일정한 값에 수렴하고 있다.

도 12는 단계성토시 도 5의 간극수압계에 의해 측정된 수두와 식(2)에 의해 예측된 압력수두를 비교한 것이다. 식(2)에 의해 예측된 값은 수평거리 중앙부에서 압밀도 U=3 ~ 9%에서 최고로 상승되었다. 그러나 실측된 간극수압은 샌드매트 포설과 1단 재하시는 압밀도 30%, 2단 재하시는 압밀도 19%, 최종 재하시는 압밀도 14%정도에서 각각 최대로 상승되어 실측값이 예측보다 지연되고 있다. 이러한 원인은 단계성토에 따라 중앙부에서 재하응력이 증가되어 침하량이 크기 때문에 샌드매트가 오목한 모양을 형성하면서 간극수가 지속적으로 유입되어 동수구배가 증가되기 때문이다. 따라서 시공에는 도 13에서와 같이 사전에 중앙부 및 사면부의 침하량을 예측하여 침하량만큼 침하토를 보정하여 볼록하게 성토시공하거나 침하량이 적은 경우는 성토중앙부와 사면부의 침하량의 합계의 평균(

)을 구해 침하토를 보정한 후 상단에 샌드매트 시공이 이루어지면 동수구배 및 샌드매트 수평수두저항을 감소시킬 수 있다.

기존 샌드매트 포설방법은 성토중앙부의 응력집중에 의해 침하량이 크게 증가하므로 포설된 샌드매트가 침하량만큼 지표면 하부로 침하되어 간극수압이 잔류되지만 본원 발명은 성토시 발생하는 침하량만큼 사전에 침하량만큼 보정침하토를 성토한 후 상부에 샌드매트를 포설하면 침하증가에 의해 발생하는 샌드매트 간극수의 배수가 용이하므로 동수구배의 저감이 가능한 새로운 시공방법으로 각광받을 것이다. 또한 본 시공방법은 원지반 상부에 포설되는 침하보정토가 연약지반개량의 지지력을 향상시키고 점토층의 교란도 방지하게 되어 점토층의 배수능력을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims

연약점토지반에 포설되는 샌드매트의 시공방법에 있어서,

식(1),(2)(3)에 의해 테르자기(Terzaghi) 일차원 압밀이론 또는 기타 압밀이론에 의한 성토중심부(S_0f) 및 성토사면부(S_Df)의 최종침하량을 예측하고, 샌드매트 모형재하실험을 통해 샌드매트 간극수의 거동을 관찰함으로서, 성토중앙부와 사면부의 침하단차는 동수구배를 증가시켜 샌드매트의 수평배수를 저하시키고, 성토중심부와 사면부의 최종 침하량 만큼의 침하보정토를 원 점토지반 상단에 일정높이에서 가장자리로 갈수록 낮아지는 형태로 사전에 성토하거나, 평균 침하량 만큼[(S_0f + S_Df ) /2] 일률적으로 포설하고 그 상부에 일정한 두께의 샌드매트를 포설하도록 함을 특징으로 하는 점토지반 샌드매트의 시공방법.

(식(1)---
: 샌드매트 수평거리(x)에서 발생하는 압력수두

식(2)---
: 성토중심부의 최대 압력수두

식(3)---
: 횡단방향의 평균압력수두

단, 평균압밀도(U), 시간(t), 샌드매트 수평거리(x), 압력수두(H),

는 점토층의 침하속도, S_0f는 성토중심부의 최종침하량, S_Df는 성토사면부의 최종침하량, T는 샌드매트 두께, k는 샌드매트 투수계수, 2L은 샌드매트 횡전단폭,
는 물의 단위중량)
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