KR100932970B1 - 연약지반 표층보강을 위한 대발매트（Ｍａｔ）구조 및 이를이용한 연약지반 표층보강공법 - Google Patents

연약지반 표층보강을 위한 대발매트（Ｍａｔ）구조 및 이를이용한 연약지반 표층보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연성인 토목섬유와 강성인 대발매트(Mat)구조 위에 벨트컨베이어를 이용하여 복토재를 일정거리 전방까지 단위포설(즉 계단식) 방식으로 포설하여 연약지반의 융기(heaving) 및 지반변형을 억제시킬 뿐 아니라 측방유동의 전방진행이 억제되도록 하여 히빙으로 인한 연약지반의 파괴를 방지하도록 함에 그 목적이 있다. 토목섬유 및 대발매트(Mat)구조가 일단구속ㆍ고정 구간을 두껍게 포설된 복토층에 의하여 구속되고, 전방단부의 타단구속ㆍ고정 구간은 얇게 포설된 전방 복토층에 의하여 구속고정 된다. 또한 대발매트(Mat)구조가 연성인 로프방향으로 대나무를 롤(roll)형상으로 말을 수 있도록 조직함으로써 운반과 포설이 효율적으로 이루어지도록 하는데 목적이 있다.
대발매트(Mat)구조를 이용한 연약지반 표층보강공법의 구성은 다음과 같다.
⒜ 연약지반 위에 토목섬유(20)를 포설하는 단계;
⒝ 일정간격을 두고 일 방향으로 길게 배치된 강성의 대나무(12) 그리고 대나무(12)의 배치방향과 직각되게 연성의 로프(14)로 엮은 대발매트(Mat)구조(10)를 연약지반(50)위에 포설하되 포설장비(30)의 복토재 포설진행방향과 직각이 이루어지도록 c1구역→b1구역→a1구역을 향하여 길게 대발매트(Mat)구조(10)의 대나무(12)를 길게 배치하는 단계;
⒞ 복토재는 포설장비(30)에 의하여 a1구역, b1구역과 c1구역에 “c1→b1→a1”의 단위포설형태(40)로 포설하되 c1구역의 복토층(42)에 의하여 연성의 토목섬유(20) 및 강성의 대발매트(Mat)구조(10)의 대나무(12)의 일단이 구속 고정된 상태가 되게 하면서 전방 a1구역의 압성토(a1구역의 복토층의 중량)에 의하여 토목섬유(20) 및 강성의 대발매트구조(10)의 대나무(12)의 타단이 구속 고정된 상태가 되도록 계단형의 “c1→b1→a1”의 단위포설형태(40)로 포설하는 단계;
⒟ “c1→b1→a1”의 단위포설형태(40) 단위포설형태(40)에다 복토재를 포설장비(30)에 의하여 a2구역, b2구역과 c2구역에 “c2→b2→a2”의 단위포설형태(40)로 포설하되 a1구역의 복토층(42)위에 b2구역의 복토재를 b1구역의 복토층(42) 두께와 동일하게 포설하고, 또 b1구역의 복토층위에 c2구역의 복토재를 c1구역의 복토층(42)두께와 동일하게 계단형태로 포설하여 a2구역의 압성토(a2구역의 복토층의 중량)에 의하여 전방의 토목섬유(20) 및 대발매트구조(10)의 대나무(12)의 전방타단을 구속 고정된 상태가 되도록 계단형의 “c2→b2→a2”의 단위포설형태(40)로 포설하는 단계;
⒠ “c3→b3→a3”의 단위포설형태(40), “c4→b4→a4”의 단위포설형태(40),ㆍㆍㆍㆍ“cn→bn→an”의 단위포설형태(40)로 포설하되 ⒟단계의 단위포설형태(40)와 동일한 방법으로 반복하여 포설하는 단계;로 이루어진다.
본 발명은 포설장비에 의해 복토재를 일정한 거리 전방까지 단위포설형태(즉 계단형태)로 동시에 포설하여 토목섬유 및 대발매트(Mat)구조의 대나무가 두껍게 포설된 복토층에 의하여 일단을 구속시키며, 전방단부의 얇게 포설된 전방 복토층에 의하여 타단이 구속ㆍ고정되게 한 것이므로 연약지반의 융기(heaving) 및 지반변형을 억제시킬 뿐 아니라 측방유동이 억제되어 히빙으로 인한 연약지반의 파괴가 방지되는 효과가 있고, 강성의 대나무를 연성의 로프로 엮어 대발매트(Mat)구조를 조직한 것이므로 대나무를 연성인 로프방향으로 롤(roll)형상으로 말을 수 있어 운반과 포설이 용이하고 간편하여 공기가 단축되고, 추진공정에 따라 필요한 면적만큼씩 부분적으로 포설할 수 있기 때문에 대발의 자외선노출이 최소화되어 대나무의 설계 강도가 유지되는 효과를 지닌 유용한 발명이다.
대발매트(Mat)구조, 대나무, 로프, 포설장비, 단위포설형태

Description

연약지반 표층보강을 위한 대발매트（Ｍａｔ）구조 및 이를 이용한 연약지반 표층보강공법 {Bamboo mat structure of blind type for soft clay surface reinforcement and the construction method of reinforcing soft clay surface with it}
본 발명은 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조 및 이를 이용한 연약지반 표층보강공법에 관한 것으로 연성인 토목섬유와 강성인 대발매트(Mat)구조위에 벨트컨베이어 장비와 같은 포설장비에 의해 복토재를 단위포설형태(즉 계단형태)로 포설하여 토목섬유 및 대발매트(Mat)구조의 일단구속ㆍ고정은 두껍게 포설된 복토층에 의하여 수행되고, 전방단부의 타단구속ㆍ고정은 얇게 포설된 전방 복토층에 의하여 구속ㆍ고정되게 함으로써 연약지반의 융기(heaving) 및 지반변형을 억제시킬 뿐 아니라 측방유동의 전방진행을 억제시켜 히빙으로 인한 연약지반의 파괴를 방지하도록 한 것이다.
산업화와 경제발전에 따른 가용토지의 확보를 위하여 최근 우리나라에서는 해안매립사업이 활발하게 추진되고 있다. 매립재료는 바다에서 쉽게 구할 수 있는 해성점토나 준설점토가 주로 사용된다. 준설매립공법은 해저에 쌓인 해성점토나 준 설점토를 굴착하여 물과 토립자가 섞인 상태로 이송관을 통해 준설매립지역으로 이송시켜 지반을 매립하는 공법이다.
준설매립지반은 투기초기에는 거의 유체와 같은 상태이며 지반의 거동역시 유체의 거동과 유사하여 지반은 지지력이 거의 없는 상태이다. 이 상태를 연약지반이라 부른다. 일반적으로 연약지반은 상부구조물을 지지할 수 없는 상태를 지칭하며, 0.2t/㎡이하의 지반을 초연약지반이라 부른다. 연약지반 상에 성토를 하거나 구조물을 축조할 때 연약지반에 편재하중이 작용하게 되면 연약지반이 측방유동이나 활동파괴가 발생하게 된다. 도1은 상재하중에 의한 연약지반의 전형적인 변형거동 형태를 보인 모식도이다.
한편 준설매립지반은 시간이 경과함에 따라 표층이 건조하게 되어 함수비가 감소하는 상부 고결층은 통상 1~2년경과 시점에서 일정두께(1.0m내외)로 형성되며 그 이하에서는 장기간 방치하여도 고함수비 상태를 그대로 유지하고 있어 매우 연약한 상태이다. 그렇다고 단순히 건조상태로 방치해 둔다 해서 매립지역 전체의 기초지반으로서의 균등한 강도가 발현되는 것도 아니다. 그래서 준설매립지반이 기초지반으로서 가능할 정도로 강도가 발현되기 위해서는 이에 적합한 연약지반개량공법의 실시가 요구된다. 이에 대한 연약지반개량공법이 다양하게 개발되어있다. 이러한 연약지반처리공법을 수행하기 위해서는 먼저 장비투입 및 인력접근이 선행되어야한다. 그러나 지지력이 거의 없는 준설매립지반에 직접 장비를 투입하게 되면 장비는 그대로 전도, 함몰 또는 침몰된다.
준설매립지반에 연약지반개량을 위해 장비 진입이 가능할 정도의 지지력, 즉 측방유동이나 침하로 인한 파괴가 일어나지 않을 만큼의 지지력을 갖는 표층보강처리가 최우선적으로 이루어져야 하며 가장 일반화된 표층보강처리공법으로는 토목섬유(지오텍스타일; geotextile)공법이다. 이는 토목섬유(20)를 준설매립지반위에 부설하고 그 위에 복토재를 포설하는 표층보강공법이다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
준설매립지반(50)과 토목섬유 그리고 상재하중인 복토층(42)과의 관계는 도2와 같다.
복토층(42)의 자중으로 인하여 연약한 준설매립지반(50)이 침하되면서 측방유동이 전방으로 진행된다. 그 결과 양측 단부에는 측방융기(heaving)현상이 발생된다. 따라서 양단부가 구속 고정되어 있지 않으면 지지력이 없는 연약지반(50)에 포설장비(30), 예컨대 벨트컨베이어 장비 등을 투입한다는 것은 사실상 불가능하다. 따라서 토목섬유(20)에 의하여 연약지반(50)의 표층보강을 설계할 때 이를 수치적으로 해석하기 위해서는 양단 구속고정이 기본전제이다.
도2는 저면 Mat(예컨대 토목섬유)의 양단부가 고정된 상태에서 그 위에 상재하중이 재하된 모식도이다. 이와 같이 저면 Mat의 양단고정 방법으로는 말뚝이나 압성토에 의해 구속 고정하는 방법을 생각할 수 있으나 지반강도 등 현장 여건을 감안할 때 일반적으로 압성토에 의한 구속 고정하는 방법을 사용하고 있다.
이와 같이 양단이 구속 고정된 상태를 설계하거나 해석하는 것은 가능하다할 지라도 문제는 대규모 연약지반의 시공 시에 공사 시점 구속고정은 문제가 되지 않으나 전방단부를 어떻게 구속 고정하느냐? 가 문제이다.
연약층 위에 포설된 저면 Mat, 즉 토목섬유에 작용하는 힘은 복토층의 자중, 지반반력 및 토목섬유와 흙 사이의 전단저항이다. 여기서 지반반력과 토목섬유와 흙 사이의 전단저항에 대한 메카니즘은 너무 복잡하므로 정확하게 해석하는 것은 실질적으로 불가능하다.
그렇지만 토목섬유를 양단이 구속 고정된 단순 지지된 판이고 복토층(42)의 자중과 지반반력이 일정하게 분포된 것이라고 가정하면 복토층(42)의 자중은 토목섬유(20)의 인장력으로 지지되는 간단한 모델로 도2와 같이 단순화시킬 수 있다.
토목섬유공법을 해석하기위해서는 도2와 같은 간단한 모식도가 필요하다. 즉 연약지반(50)의 표층보강을 위한 지지력 산정을 위한 설계 및 해석이라면 도2와 같은 모식도가 필요하겠지만 실제 현장에서 복토층(42)를 토목섬유(20) 위에 부설하는 것은 상당한 어려움이 있다. 지지력이 없는 연약지반(50)에 측방유동이나 침하파괴가 일어나지 않게 하면서 복토재를 어떻게 포설할 수 있느냐?가 문제이기 때문이다.
실제 토목섬유공법에 의한 표층보강공법은 토목섬유(20)를 준설매립지반(50)에 부설하고 양단을 구속 고정시키는 방식이기 때문에 양단이 구속 고정되어있지 않으면 토목섬유(20)와 함께 복토재가 준설매립지반(50)으로 침몰되고 만다.
복토층(42)의 자중과 양단이 구속 고정된 토목섬유(20)가 복토층(42)의 자중을 지지하는 메카니즘은 복토층(42)의 자중을 연약지반의 지지력과 토목섬유(20)의 인장력으로 지지하는 방식으로 준설매립지반에서는 그 자중의 대부분을 토목섬유(20)가 부담한다.
토목섬유(20)는 그 재질이 연성이므로 양단이 구속 고정되어있지 않으면 토목섬유(20)만으로는 복토층(42)의 자중을 지지하는 것이 불가능할 뿐만 아니라 토목섬유가 비구속된 전방 지반에 히빙(heaving)이 발생하게 된다. 실제 토목섬유(20)의 양단 구속고정을 위해 거리가 길지 않은 호안사이에서 토목섬유(20)에 의한 표층보강공법이 이루어지는 것도 이 때문이다.
그러나 대규모의 산업단지를 조성하는 경우에는 토목섬유(20)의 전방단부 구속고정이 더 어렵기 때문에 측방유동이 전방으로 진행되면서 융기에 의한 지반파괴가 더욱 심하게 된다.
토목섬유(20)의 전방단부가 구속되지 않은 상태에서 전방으로 진행되는 측방유동을 최대한 억제하기 위하여 휨력에 대한 내구성이 강한 격자망형태의 대나무매트가 개발되어있다.
격자망 형태의 대나무매트는 연성을 갖는 토목섬유(20)와 정반대의 성질을 갖는 강성재질이므로 토목섬유(20)와 가장 잘 어울리는 보완재질이다.
토목섬유(20)의 전방단부가 구속되어있지 않더라도 휨에 대한 내구성이 강한 강성의 격자망형태의 대나무매트가 토목섬유(20)를 지지하고 있기 때문에 측방유동이 전방으로 진행되는 것을 최대한 억제하고 있어 히빙(heaving)으로 인한 지반파괴가 최소화되고 있다는 점에서는 강성매트로서 유익하다.
이와 같은 대나무매트는 강성매트로서 유익하지만 이를 준설매립지반까지 운 반ㆍ포설하는데 대한 여러 가지 문제점이 지적되고 있다. 이에 대한 문제점을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
대나무는 강성재료인데다 격자망 형태는 접는 것이 불가능하기 때문에 부피를 줄일 수가 없다. 접을 수 없기 때문에 조립을 위해 넓은 부지가 필요하다. 그 부지는 오로지 초연약지반 뿐이므로 지지력이 전혀 없는 그 위에서 격자망 형태의 대나무매트를 조립한다는 것은 사실상 불가능하다.
설령 조립이 가능하다하더라도 조립 후 격자망 형태의 대나무매트를 포설될 준설매립지반(50)까지 운반한다는 것은 불가능하다. 접을 수 없는 구조인데다 펼쳐져있어 그 크기가 너무 커서 그 상태로 운반할 수 있는 수단도 없고 더욱이 운반수단이 있다하더라도 지지력이 없는 연약지반 위로 운반할 수 없기 때문이다.
격자망 형태의 대나무매트를 조립한 후 실제 운반하는 수단을 설명하면 다음과 같다.
연약지반을 개량하기위하여 표층위에 있는 물을 가급적 빨리 배수하여야 하는데도 불구하고 대나무매트를 포설하기 위하여 연약지반위에 물을 담수한 후 한번에 운반 포설이 가능할 정도의 면적만큼 격자망 형태의 대나무매트를 조립하여 물위에 띄워 정 위치에 고정하는 형식으로 수차례에 걸쳐 연약지반처리 대상 면적 전체를 포설한 다음 서로 결속하는 방법으로 포설한다. 이렇게 대나무매트를 포설한 다음에는 담수된 물을 제거한 다음 한쪽에서부터 점진적으로 복토하게 되는데 복토가 완료되기 까지는 수개월에서부터 십수 개월 동안 자외선에 노출되어 대나무 강도는 당초 설계 강도이하로 급격하게 저하하게 되고 이는 설계하중이하에서도 대나무의 취성파괴가 일어나게 되는 문제점이 있다. 또한 격자망 형태의 대나무조립, 운반 거치 포설을 위한 담수 및 배수등 공사기간이 길어지며 시공이 비효율적이고 비경제적이며 품질관리에도 많은 문제점이 있다.
본 발명은 연성인 토목섬유와 강성인 대발매트(Mat)구조위에 벨트컨베이어 장비와 같은 포설장비에 의해 복토재를 단위포설형태(즉 계단형태)로 포설하여 토목섬유 및 대발매트(Mat)구조의 일단구속고정은 두껍게 포설된 복토층에 의하여 수행되고, 전방단부의 타단구속고정은 얇게 포설된 전방 복토층에 의하여 구속ㆍ고정되게 함으로써 연약지반의 융기(heaving) 및 지반변형을 억제시킬 뿐 아니라 측방유동의 전방진행이 억제되어 히빙으로 인한 연약지반의 파괴를 방지하도록 함에 그 목적이 있고,
강성의 대나무를 연성의 로프로 엮어 이들에 의해 이루어지는 형상이 단위사각형이 되도록 대발매트(Mat)구조를 조직함으로써 연성인 로프방향으로 대나무를 롤(roll)형상으로 말을 수 있어 운반과 포설이 용이하고 간편하여 공기가 단축됨은 물론 대발의 자외선노출이 최소화되어 대나무의 설계 강도가 그대로 유지되도록 함에 다른 목적이 있으며,
벨트컨베이어와 같은 포설장비에 의해 동시에 단위포설형태의 계단형포설이 가능함으로써 포설속도가 신속할 뿐만 아니라 압성토에 의하여 전방단부의 구속고정이 용이하여 측방유동의 전방 진행이 방지되게 되어 표층보강처리가 효율적이고 경제적으로 이루어지도록 함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조(10)의 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 대발매트(Mat)구조(10)는 일 방향으로 배치된 대나무(12)의 강성과, 그리고 대나무(12)의 배치방향과 직각되게 엮은 로프(14)의 연성으로 짜여진 구조이다. (도3참조)
로프(14)는 대나무(12) 강성에 비하여 롤(roll)형상으로 말려질 수 있는 연성을 갖는 것이면 어떤 재질이든 상관이 없다.
대발매트구조(10)밑에 토목섬유(20)가 포설된다. 대나무(12)사이의 간격은 토목섬유(20)가 복토층(42)의 자중에 의하여 함몰되지 않을 정도이면 어느 간격이든 상관이 없다. 바람직한 간격은 30~60cm이다. 포설장비(30)에 의하여 복토재가 포설되는 경우에는 전방단부가 단계별로 구속고정이 가능하므로 그 간격을 크게 하여도 된다.
또한 복토재를 계단형태로 포설하는 포설장비(30)와 그리고 대발매트구조(10)의 관계에 있어서는 대발매트구조(10)의 대나무(12)는 포설장비(30)의 진행방향에 대하여 직각방향으로 배치된 상태이다.(도4참조)
여기서 포설장비(30)는 복토재를 계단형태로 포설할 수 있는 장비이면 어떤 것이든 상관이 없다. 즉 복토재를 계단형태로 포설할 수 있는 장비라면 포설장비(30)와 동일한 장비로 취급한다. 이하 설명의 편의상 포설장비(30)로 부르 기로 한다.
연성로프(14)에 의하여 롤 형태로 접혀진 대발매트구조(10)를 포설장비(30)의 진행방향으로 펼쳐 포설하면 된다.
이러한 배치상태에서 포설장비(30)에 의하여 토목섬유(20)위에 살포된 복토재의 계단형태의 압성토가 토목섬유(20)의 전방단부를 구속고정하게 되는 메카니즘을 설명하면 다음과 같다.
도4에서와 같이 포설장비(30)가 복토재를 살포하는 과정은 먼저 Ⅰ단계를 살포한다.
이때 대발 매트구조 위에 복토재는 포설장비(30)로부터 전방으로 5~10m이상 뿌려 포설한다. Ⅰ단계에서 복토재는 포설장비의 살포에 의하여 a1구역, b1구역과 c1구역으로 그 복토층의 (42)두께를 달리한 계단형태로 살포한다.
이와 같은 계단형태 살포는 처음 시점에서 포설장비 포설거리를 조정하여 처음만 형성되면 이후에서 똑같은 두께로 동시에 포설됨에 따라 같은 형상의 계단 형태로 계속 이루어진다.
복토층(42)의 두께는 a1구역에서 가장 얇다. a1구역의 복토층(42)의 자중에 의한 전방지반의 측방유동을 최소화시키기 위해서다. a1구역의 복토층두께는 보통 10~15cm로 포설된다.
토목섬유(20)의 일단인 복토층 포설이 완료된 구역(여기서는 c1구역)은 복토층 하중에 의해 구속된 상태이며 토목섬유 타단인 복토시행 예정구역은(여기서는 a1 , b1구역) c1구역 복토하중으로 인한 측방유동 영향권 밖까지 점진적으로 얕게 복토함으로써 전방단부를 구속하게 된다.
전방에 얇게 포설된 a1구역의 압성토(a1구역의 복토층의 중량)는 복토층(42)의 하중이 측방유동에 의해 상부로 융기하려는 힘에 카운터 웨이트(Counter Weight)로 작용하여 융기 및 지반변형을 억제시키는 역할을 한다. 즉 융기 및 지반변형을 억제됨으로써 하중평형상태가 유지된다.
a1구역과 b1구역과 c1구역으로 이루어진 계단형태는 측방유동이 전방단부로 진행되는 것을 억제하는 단위포설형태(40)이다. 단위포설형태(40)에 의하여 토목섬유(20)는 양단이 구속고정된 상태가 된다.
“c1→b1→a1”의 계단형 단위포설형태(40)로 복토재를 포설한 다음 그 위에 “c2→b2→a2”의 계단형 단위포설형태(40)로 복토재를 포설한다. “c2→b2→a2”의 계단형 단위포설형태(40)의 포설은 포설장비의 포설속도, 복토재 공급량 등 포설조건이 동일하면 복토포설거리 포설두께가 일정하여 단위포설형태(40)의 a2, b2, c2 복토가 동시에 이루어져 압성효과가 일정하여 연약토층의 소성변위가 발생되지 않는다.
“c3→b3→a3”의 단위포설형태(40), “c4→b4→a4”의 단위포설형태(40),ㆍㆍㆍㆍ“cn→bn→an”의 단위포설형태(40)의 포설에 대해서도 포설장비(30)에 의하여 상기의 단위포설형태(40)를 동일한 방법으로 반복형성하면서 계단형태로 포설하면 된다.
대발매트구조(10)는 토목섬유(42)를 지지하고 있다.
대발매트구조(10)의 대나무(12)는 a1구역, a2구역,ㆍㆍㆍㆍㆍㆍan구역을 향하여 길게 배치되어있다.
이러한 배치는 포설장비(30)의 복토재 포설진행방향과 직각을 이루고 있는 배치이다.
대발매트구조(10)의 역할을 “c1→b1→a1”의 계단형 단위포설형태(40)와 관련하여 살펴보면 다음과 같다.
대발매트구조(10)의 대나무(12)의 배치는 c1구역→b1구역→a1구역을 향하여 길게 배치되어야 한다. 이와 같이 배치되어야만 강성인 대나무(12)의 일단이 c1구역 그리고 타단이 a1구역에서 구속고정 상태를 이룰 수 있기 때문이다.
즉 대발매트구조(10)의 대나무(12)는 c1구역의 복토층(42)에 의하여 일단이 구속고정 되어있으면서 a1구역의 복토층(42)에 의하여 타단이 구속ㆍ고정된 상태이다. 이러한 양단 구속고정 상태에서 b1구역의 복토층(42) 하중으로 인하여 a1구역의 대나무(12)가 위로 상승되려고 하지만 a1구역의 복토층(42)의 압성토(a1구역의 복토층의 중량)에 의하여 이에 대한 상승을 억제하게 된다.
또한 대발매트구조(10)는 강성인 대나무(12)와 연성인 로프(14)로 사각형구조를 이루고 있고 연성인 토목섬유(20)가 그 위에 포설된다. 사각형구조가 토목섬유(20)를 지지하고 있기 때문에 토목섬유(20)위의 복토층(42)이 단위포설형태(40)로 포설되어있는 한 복토층(42)의 하중에 의하여 토목섬유(20)가 함몰되지 않는다.
이와 같이 강성인 대나무(12)와 연성인 로프(14)에 의해 이루어진 사각형구조와 포설장비(30)에 의한 단위포설형태(40) 그리고 강성인 대나무(12)가 전방으로 길게 배치된 상태에서는 토목섬유(20)의 양단 구속고정 및 그 유지가 용이할 뿐 아니라 전방 압성토에 의하여 대나무(12)의 상승작용이 억제되어 그 밑에 포설된 토목섬유(20)의 측방유동 역시 전방진행이 억제되게 된다.
토목섬유(20)는 구조 역학적으로 볼 때 대발매트구조(10)의 상부 또는 하부에 포설해도 좋으나 포설방법 등을 감안할 때 하부에 포설하는 것이 바람직하다.
토목섬유(20)와 대발매트구조(10)는 그 크기를 무한정 크게 할 수 없기 때문 에 포설과정에서 단위 토목섬유(20)와 단위 대발매트구조(10)를 수시로 연속적으로 이어나가면 된다.
본 발명은 연성인 토목섬유와 강성인 대발매트(Mat)구조위에 포설장비에 의해 복토재를 단위포설형태(즉 계단형태)로 포설하여 토목섬유 및 대발매트(Mat)구조의 대나무의 일단구속고정은 두껍게 포설된 복토층에 의하여, 전방단부의 타단구속고정은 얇게 포설된 전방 복토층에 의하여 구속고정되게 한 것이므로 연약지반의 융기(heaving) 및 지반변형을 억제시킬 뿐 아니라 측방유동의 전방진행이 억제되어 히빙으로 인한 연약지반의 파괴가 방지되는 효과가 있다.
강성의 대나무를 연성의 로프로 엮어 이들에 의해 이루어지는 형상이 단위사각형이 되도록 대발매트(Mat)구조를 조직한 것이므로 대나무가 연성인 로프방향으로 롤(roll)형상으로 말을 수 있어 운반과 포설이 용이하고 간편하여 공기가 단축됨은 물론 필요로 한 만큼 부분적으로 포설이 가능함에 따라 복토시공 전 까지 대발의 자외선노출이 최소화되어 대나무의 설계 강도가 그대로 유지되는 효과가 있다.
포설장비에 의해 단위포설형태의 계단형포설이 가능하여 포설속도가 신속할 뿐만 아니라 압성토에 의하여 전방단부의 구속고정이 용이하여 측방유동의 전방 진행이 방지되게 되어 표층보강처리가 효율적이고 경제적으로 이루어지는 효과가 있 다.
해안에서 준설토나 해성점토로 이루어진 연약지반(50)을 산업단지로 조성하기 위해서는 여러 가지 압밀공법을 이용하여 연약지반(50)을 강화 후 기초지반을 조성한다.
이와 같은 기초지반의 조성을 위해서는 먼저 연약지반처리에 동원되는 중량급의 건설장비 통행을 위한 작업도로를 설치하거나 또는 바로 연약지반 위에 모래와 같은 양질토사를 살포하여 일정한 두께의 복토를 형성하기 때문에 중량급의 건설장비 진입이 가능해진다.
연약토층을 개량하기 위해서는 대상지반이 연약하여 사전에 지반개량 및 장비 진입을 위한 복토를 시행하게 되는데 이 때 연약지반 위에 지지력 이상의 국부적인 하중이 실리게 되면 지반이 함몰(침하) 및 융기가 발생하여 공사에 차질이 생긴다.
이를 방지하기 위하여 연약층 상단에 토목섬유(20)와 같은 보강매트(Mat) 포설 후 복토를 시행하게 되는데 이때 보강매트가 제 기능을 발휘하기 위해서는 양단이 고정(구속고정)되어야 복토 하중으로 지반 변형이 발생하면 그때 보강매트의 강도(인장력)가 발휘되어 변형이 억제된다. 그런데 지금까지의 시공방법은 지반지지력이 0.250ton/㎡정도 이상의 지역에서는 토목섬유와 포설장비를 이용하여 점진적으로 복토를 포설하면 가능하였으며 0.250ton/㎡이하의 초연약지반에서는 상기 방법이 곤란하여 격자망의 대나무매트를 이용하여 시공하였으나 대나무매트 포설시 복토면적의 제약 포설을 위한 담수 및 이로 인한 지반 연약화 등 포설에 따른 문제점과 대나무 품질관리 및 고가의 공사비 등 많은 문제점이 있어 활용에 제약을 받고 있는 실정이다.
본 발명은 지반지지력이 0.250ton/㎡이하의 초연약지반에서 휨에 대한 저항력이 강한 대나무와 로우프를 이용한 대발매트를 포설 후 복토를 얕게 점진적으로 뿌려 포설할 수 있는 포설장비를 이용하여 복토하는 방법이다.
본 발명의 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조(10)를 이용한 연약지반 표층보강공법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
⒜ 연약지반 위에 토목섬유(20)를 포설하는 단계;
⒝ 일정간격을 두고 일 방향으로 길게 배치된 강성의 대나무(12) 그리고 대나무(12)의 배치방향과 직각되게 연성의 로프(14)로 엮은 대발매트(Mat)구조(10)를 연약지반(50)위에 포설하되 포설장비(30)의 복토재 포설진행방향과 직각이 이루어지도록 c1구역→b1구역→a1구역을 향하여 길게 대발매트(Mat)구조(10)의 대나무(12)를 길게 배치하는 단계;
⒞ 복토재는 포설장비(30)에 의하여 a1구역, b1구역과 c1구역에 “c1→b1→a1”의 단위포설형태(40)로 포설하되 c1구역의 복토층(42)에 의하여 연성의 토목섬유(20) 및 강성의 대발매트(Mat)구조(10)의 대나무(12)의 일단이 구속 고정된 상태가 되게 하면서 전방 a1구역의 압성토(a1구역의 복토층의 중량)에 의하여 토목섬유(20) 및 강성의 대발매트구조(10)의 대나무(12)의 타단이 구속 고정된 상태가 되도록 계단형의 “c1→b1→a1”의 단위포설형태(40)로 포설하는 단계;
⒟ “c1→b1→a1”의 단위포설형태(40)에다 복토재를 포설장비(30)에 의하여 a2구역, b2구역과 c2구역에 “c2→b2→a2”의 단위포설형태(40)로 포설하되 a1구역의 복토층(42)위에 b2구역의 복토재를 b1구역의 복토층(42) 두께와 동일하게 포설하고, 또 b1구역의 복토층위에 c2구역의 복토재를 c1구역의 복토층(42)두께와 동일하게 계단형태로 포설하여 a2구역의 압성토(a2구역의 복토층의 중량)에 의하여 전방의 토목섬유(20) 및 대발매트구조(10)의 대나무(12)의 전방타단을 구속 고정된 상태가 되도록 계단형의 “c2→b2→a2”의 단위포설형태(40)로 포설하는 단계;
⒠ “c3→b3→a3”의 단위포설형태(40), “c4→b4→a4”의 단위포설형태(40),ㆍㆍㆍㆍ“cn→bn→an”의 단위포설형태(40)로 포설하되 ⒟단계의 단위포설형태(40)와 동일한 방법으로 반복하여 포설하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조를 이용한 연약지반 표층보강공법이다.
여기에서 단위 토목섬유(20)와 단위 대발매트구조(40)를 연이음 하는 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조를 이용한 연약지반 표층보강공법이다.
이와 같이 구성된 본 발명은 포설면적에 따라 포설량의 조절이 가능하여 품 질관리에 용이하다. 대나무를 로우프에 의하여 일정한 간격으로 연결됨에 따라 원통형 보관이 가능하고 또한 운반이 용이하여 연약지반 내 담수를 하는 등 별도의 사전 조치 없이 필요에 따라 신속하게 포설이 가능하고 복토시공 전 자외선 노출을 최소화 시킬 수 있어 대나무의 강도 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 대발매트(Mat)구조는 연약지반의 강도보강효과와 유동성에 적응하는데 적합하다.
초연약지반에서 복토를 위한 지반보강재로서 대나무가 강성 매트의 특성을 발휘하며 연약지반에 필요한 최소한의 유동성에 적응 할 수 있도록 로우프를 사용하여 시공방향 및 연약층 지지력에 따라 대발간격 조정할 수 있어 현장 적용성이 탁월하다.
강성 매트의 단점인 취성 파괴를 최소화할 수 있어 안전하다. 대나무의 갑작스러운 파괴, 즉 취성파괴에 따른 문제점을 최소화하기 위하여 시공방향에 맞춰 필요한 방향만 대나무를 사용한 Mat로 취성과 연성을 동시에 발현하기 때문에 안전하다.
조립포설이 용이하다. 대나무와 로우프를 연결하여 발식으로 조립하기 때문에 연결 후 원통형으로 감는 것이 용이하며 조립 장소에 대한 제약이 거의 없으며 운반과 포설이 쉽고 또한 기계 조립 포설도 가능하여 경제적이다.
[도1] 상재하중에 의한 연약지반의 변형거동을 보인 전형적인 모식도
[도2] 양단고정에서 토목섬유가 상재된 복토층의 하중에 의하여 침하와 측방유동관계를 보인 모식도
[도3] 본 발명의 대발매트(Mat)구조를 나타낸 평면도
[도4] 포설장비에 의하여 대발매트(Mat)구조 및 토목섬유위에 복토재를 단위포설형태로 포설된 Ⅰ단계 및 Ⅱ단계의 단면도
※ 도면부호에 대한 설명
10; 대발매트(Mat)구조
12; 대나무, 14; 로프
20; 토목섬유
30; 포설장비
40; 단위포설형태, 42; 복토층
50; 연약지반

Claims (7)

  1. 일정간격을 두고 일 방향으로 길게 배치된 강성의 대나무(12) 그리고 대나무(12)의 배치방향과 직각되게 연성의 로프(14)로 엮되 대나무(12)의 배치방향은 포설장비(30)의 복토재 포설진행방향과 직각을 이루고 또 c1구역→b1구역→a1구역을 향하여 길게 매설되는 형태이면서 a1구역의 압성토(a1구역의 복토층의 중량)에 의하여 대나무(12)의 전방단부가 구속 고정되는 형태로 형성됨을 특징으로 하는 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조
  2. 제1항에 있어서
    대나무(12)의 간격을 30~60cm가 되게 함을 특징으로 하는 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서
    대발매트(Mat)구조(10)하부에 토목섬유(20)를 먼저 포설함을 특징으로 하는 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조
  4. ⒜ 연약지반 위에 토목섬유(20)를 포설하는 단계;
    ⒝ 일정간격을 두고 일 방향으로 길게 배치된 강성의 대나무(12) 그리고 대나무(12)의 배치방향과 직각되게 연성의 로프(14)로 엮은 대발매트(Mat)구조(10)를 연약지반(50)위에 포설하되 포설장비(30)의 복토재 포설진행방향과 직각이 이루어지도록 c1구역→b1구역→a1구역을 향하여 길게 대발매트(Mat)구조(10)의 대나무(12)를 길게 배치하는 단계;
    ⒞ 복토재는 포설장비(30)에 의하여 a1구역, b1구역과 c1구역에 “c1→b1→a1”의 단위포설형태(40)로 포설하되 c1구역의 복토층(42)에 의하여 연성의 토목섬유(20) 및 강성의 대발매트(Mat)구조(10)의 대나무(12)의 일단이 구속 고정된 상태가 되게 하면서 전방 a1구역의 압성토(a1구역의 복토층의 중량)에 의하여 토목섬유(20) 및 강성의 대발매트구조(10)의 대나무(12)의 타단이 구속 고정된 상태가 되도록 계단형의 “c1→b1→a1”의 단위포설형태(40)로 포설하는 단계;
    ⒟ “c1→b1→a1”의 단위포설형태(40)에다 복토재를 포설장비(30)에 의하여 a2구역, b2구역과 c2구역에 “c2→b2→a2”의 단위포설형태(40)로 포설하되 a1구역의 복토층(42)위에 b2구역의 복토재를 b1구역의 복토층(42) 두께와 동일하게 포설하고, 또 b1구역의 복토층위에 c2구역의 복토재를 c1구역의 복토층(42)두께와 동일하게 계단형태로 포설하여 a2구역의 압성토(a2구역의 복토층의 중량)에 의하여 전방의 토목섬유(20) 및 대발매트구조(10)의 대나무(12)의 전방타단을 구속 고정된 상태가 되도록 계단형의 “c2→b2→a2”의 단위포설형태(40)로 포설하는 단계;
    ⒠ “c3→b3→a3”의 단위포설형태(40), “c4→b4→a4”의 단위포설형태(40),ㆍㆍㆍㆍ“cn→bn→an”의 단위포설형태(40)로 포설하되 ⒟단계의 단위포설형태(40)와 동일한 방법으로 반복하여 포설하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조를 이용한 연약지반 표층보강공법
  5. 제4항에 있어서
    단위 토목섬유(20)와 단위 대발매트구조(10)를 연이음 하는 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조를 이용한 연약지반 표층보강공법
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서
    대발매트(Mat)구조(10)에서 대나무의 간격을 30~60cm가 되게 함을 특징으로 하는 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조를 이용한 연약지반 표층보강공법
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서
    전방의 a1, a2, a3, ㆍㆍㆍㆍan구역의 복토층(42)은 10~15cm의 두께로 살포함을 특징으로 하는 연약지반 표층보강을 위한 대발매트(Mat)구조를 이용한 연약지반 표층보강공법
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