KR100974892B1 - 지반의 다짐 품질 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다짐 품질을 관리하기 위하여, 현장에서 채취된 시료 및 다짐이 이루어진 현장 지반의 변형계수를 LFWD(Light Falling Weight Deflectometer) 장비를 이용하여 측정 비교하여 상대 다짐도를 구함으로써 현장에서의 다짐도를 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 지반의 다짐도 측정방법에 의하면 여러 구간에 걸쳐서도 신속하게 시험이 실시될 수 있고, 시험자의 기술적 숙련도나 외부 환경의 영향이 거의 없어 오차 발생없이 상대 다짐도가 측정될 수 있어, 효율적으로 다짐 품질을 관리할 수 있게 된다.

다짐, 품질관리, LFWD, 변형계수, 상대다짐도

Description

지반의 다짐 품질 측정 방법{Quality Control Method of Reinforcing Ground}

본 발명은 지반의 다짐 품질을 관리하기 위하여 LFWD(Light Falling Weight Deflectometer) 장비를 이용하여 지반의 다짐도를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다짐 품질을 효율적으로 관리하기 위하여, 현장에서 채취된 시료 및 다짐이 이루어진 현장 지반의 변형계수를 LFWD 장비를 이용하여 측정 비교하여 그 비율을 구함으로써 다짐 현장에서의 상대 다짐도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 지반 위에 구조물을 축조하기 위해 성토를 할 때, 성토된 지반이 구조물 또는 다른 외부환경 요인에 의해 과도한 침하가 일어나지 않도록 다짐이 행해진다. 이와 같은 다짐은 비단 위에서 예시한 성토 지반에 대해서만 행해지는 것이 아니라, 기존의 지반에 대해서도 행해질 수 있다.

다짐 작업을 수행한 후에는, 다짐 작업이 충분하게 이루어졌는지, 예를 들어 성토 지반 위에 구조물을 축조하는데 적합하게 다져졌는지 등의 판단하는 다짐 품질관리가 필요하다. 이러한 품질관리는 구조물의 안정성과 같이 후속 공정에 영향 을 미칠 수 있는 중요한 것이다.

지반의 다짐 품질관리에 있어서 다짐도를 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 다짐이라는 것은 결국 토양에 일정한 압력을 가하여 흙 입자가 근접되도록 함으로써 흙의 건조단위중량을 증가시키는 것을 말하며, 흙의 다짐은 흙의 함수비에 따라 달라지므로, 다짐도를 측정하기 위해서는 흙의 최적 함수비와 최대 건조단위중량을 아는 것이 매우 중요하다. 도 1에는 함수비에 따른 지반의 최대 건조단위중량(r_d)을 나타내는 그래프도가 도시되어 있다. 동일한 조건의 토양에 대해 함수비를 변화시키면서 다짐을 행하는 경우, 각각의 함수비에서 건조단위중량이 최대가 되는 점이 존재하게 된다. 예를 들어, 동일한 함수비에서도 다짐을 어느 정도로 했느냐에 따라 건조단위중량이 달라지는데, 해당 함수비에서 측정된 건조단위중량의 값에서 최대가 되는 점을 도시한 것이 도 1의 그래프인 것이다.

이와 같이 각각의 함수비에서 건조단위중량의 최대가 되는 점 중에서 가장 큰 건조단위중량의 값 즉, 건조단위중량이 최대가 되는 점이 존재한다. 즉, 도 1에서 가장 큰 건조단위중량 값을 보이는 점(건조단위중량이 최대가 될 때)에서의 함수비를 "최적함수비(W_opt)"라고 하며, 최적함수비(W_opt)에서 얻어지는 건조단위중량을 "최대 건조단위중량(γ_dmax)"라고 한다.

최대 건조단위중량의 측정은 일반적으로 현장에서 흙을 이용하여 시료를 만드는 단계, 시료화된 토양에 함수비를 달리하여 다짐을 실시하는 단계, 및 함수비에 따른 건조단위중량의 관계를 구하는 단계를 거치는 다짐 시험을 통해 이루어진 다.

시험을 통해 최대 건조단위중량이 구해지면, 현장에서는 다짐 작업이 행해진다. 다짐 작업이 행해진 현장 지반의 건조단위중량을 측정("현장의 건조단위중량")하여, 시험을 통해 구해진 최대 건조단위중량("다짐시험으로 구한 최대건조단위중량")을 비교하면, 현장에서 다짐 작업을 수행한 지반의 상대다짐도를 아래와 같은 수학식 에 의해 구할 수 있다.

일반적으로 시방기준에서는 상대다짐도(R)의 기준치가 제시되므로, 상대다짐도(R)는 지반의 다짐 품질관리의 지표가 된다.

정확한 상대다짐도(R)를 구하기 위해서는 현장의 건조단위중량이 정확하게 측정되어야 한다. 현장의 건조단위중량을 측정하기 위한 대표적인 시험 방법으로는 모래치환법, 고무막법, 석고치환법, 액체 치환법 방사능 밀도시험기를 이용한 측정법 등이 있다. 이 중에서 가장 많이 사용되는 방법은 모래치환법이다.

모래치환법을 이용한 흙의 단위 중량 시험방법의 표준 규격은 KS F 2311에 명시되어 있다. 모래치환법은 시험장소의 지표면을 편편히 고른 후에 밑판을 밀착시키고, 밑판의 구멍 내측의 흙을 파내어 흙의 무게를 측정하고, 흙을 파내어 형성 된 시험구멍에 모래를 채워 넣는 단계로 이루어진다. 시험구멍에 채워넣은 모래의 무게를 통해 시험구멍의 체적을 구하고, 시험구멍의 체적과 시험구멍으로부터 파낸 습윤토의 무게를 비교하여 흙의 습윤단위 중량을 구한다. 습윤단위 중량과 흙의 함수비를 비교하면 흙의 건조단위중량이 계산된다. 계산된 흙의 건조단위중량과 다짐시험으로 구한 최대건조단위중량을 상기 식에 의해 비교하면 상대다짐도(R)을 구할 수 있고, 상대다짐도(R)의 수치가 설정된 기준에 맞는지 판단하는 과정을 통해 지반의 다짐 품질관리가 이루어진다.

하지만, 모래치환법은 상기와 같이 한 개소에 대해서 많은 시험절차를 거쳐야하며, 시험자의 숙련도나 주변환경의 영향을 받는 문제점이 있다. 즉, 시험구멍에 모래가 자유낙하될 때에는 진동이나 충격을 받으면 모래가 조밀하게 쌓이므로 밀도가 커져서 시험결과에 영향을 미치게 되며, 시험자가 숙련되지 못하여 시험구멍에 모래가 골고루 채워지지 못하는 경우에도 시험결과에 영향을 미치게 되어 결과에 많은 오차가 발생하는 문제점이 있다.

즉, 종래의 방법에 의하여 현장의 건조단위중량을 측정함에 있어서는 많은 오차 요인이 존재하게 되는 것이다.

더 나아가 위와 같은 종래의 방법에서는, 사용 재료의 입경이 큰 경우, 충분한 체적을 확보하기 위해 큰 시험구멍을 파게 되므로, 시험이 어려운 경우가 발생하는 문제점이 있다.

또한, 시험 이후에도 시험 결과를 따로 작성하고, 그 결과를 여러 수식을 통해 비교하여 흙의 건조단위중량을 구해야 하므로, 상대 다짐도(R)가 현장에서 바로 계산되지 않는다는 문제점이 있다.

그 뿐만 아니라, 한 구간에서 흙의 건조단위중량을 측정하기 위해서는 많은 시간이 소요 되므로, 많은 구간에 거쳐 다짐도를 측정하는데 시간이 많이 소요된다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 현장에서 복잡한 절차를 거쳐서 흙의 건조단위중량을 구하지 않고도, LFWD 장비를 이용하여 간단하게 지반의 상대 다짐도를 측정하여 지반의 다짐 품질관리를 할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 현장의 토사를 채취하는 단계; 상기 채취한 토사를 함수비를 달리하여 시료화하는 단계; 상기 시료화된 토사를 건조단위중량이 최대가 되도록 다지는 단계; 건조단위중량이 최대가 되도록 다져진 시료화된 토사의 변형계수를 LFWD 시험을 통해 측정하는 단계; 상기 측정된 변형계수 중에서 최대 변형계수를 구하는 단계; 다짐 장비를 이용하여 다져진 현장 지반에 대해 LFWD 시험을 수행하여 측정된 현장 지반의 변형계수와, 상기 시료화된 토사에 대하여 다짐시험을 통해 구한최대 변형계수의 비율을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 지반의 상대 다짐도 측정방법이 제공된다.

상기한 본 발명에서, 측정된 상대 다짐도가 기설정된 기준에 미치지 못하는 경우, 현장의 지반을 재다짐하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

또한, 상기 채취된 토사를 함수비를 달리하여 시료화하는 단계는 상기 채취된 토사를 체가름하는 단계와, 상기 체가름된 토사를 건조시키는 단계와, 상기 건조된 토사에 물을 첨가하여 함수비를 달리하는 시료를 만드는 단계를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 체가름된 토사를 건조시키는 단계는 건조로에서 완전건조시킬 수도 있다.

또한, 상기 LFWD 시험에 의해 측정된 지반 변형계수의 데이터는 컴퓨터에 전송되고, 상기 최대 변형계수와 상기 지반 변형계수를 비교하여 상대 다짐도를 계산하는 것은 상기 컴퓨터에서 이루어질 수도 있다.

본 발명에 따른 지반의 다짐 품질관리 방법에 따르면 여러 구간에 걸쳐서도 신속하게 시험이 실시될 수 있고, 시험자의 기술적 숙련도나 외부 환경의 영향이 거의 없어 오차 발생없이 상대 다짐도가 측정된다는 이점이 있다.

또한, LFWD 장비와 연결된 메인 컴퓨터가 상대 다짐도를 바로 계산하도록 할 수 있어, 다짐 품질관리 시간이 단축된다는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지반의 다짐 품질관리 방법의 흐름을 나타내는 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상대 다짐도 측정방법에서는, 토 사의 최대 변형계수(E_{LFWD ( max )})를 구하기 위한 다짐 시험 단계(S101 내지 S105)와, 현장에서 다짐을 실시하여 현장 지반의 변형계수를 구하는 단계(S106, S107), 및 최대 변형계수(E_{LFWD( max )})와 지반의 변형계수를 비교하여 상대 다짐도를 계산하는 단계(S108)로 구분된다.

최대 변형계수(E_LFWD(max))와 지반의 변형계수는 LFWD(Light Falling Weight Deflectometer) 장비를 이용하여 구해진다. LFWD 장비는 지반의 상태를 간접적으로 평가할 수 있는 장비로서 지반의 변형계수를 구하는데 사용된다. 구체적으로, LFWD 장비는, 재하판을 지반에 밀착시키고 낙하추를 고무 완충기에 낙하시켜서, 고무 완충기에 등분포에 가까운 하중의 충격력을 가함으로써 지반의 처짐량과 변형계수를 바로 확인할 수 있는 공지의 장비이다.

최대 변형계수(E_LFWD(max))를 구하기 위해서, 현장의 토사가 채취되고(S101), 다짐 시험을 하기 위한 준비를 하게 된다. 이 때, 최대 변형계수(E_LFWD(max))를 구하기 위한 시험에 사용될 수 있도록 충분한 양의 토사를 채취하는 것이 바람직하다.

채취된 토사는 함수비를 달리하여 시료화한다(S102). 함수비는 예상되는 최적 함수비에 따라 정할 수 있으며, 본 실시예에서는 최초 5%에서 각 단계별로 3%씩 증가시켜 20%까지로 하였다.

채취된 토사는 체가름을 하여 입자를 고르고, 상기 체가름된 토사는 건조된 후 물을 첨가하여 정해진 함수비가 되도록 시료화된다. 물을 첨가하기 전에 토사 를 건조시킬 때는 건조로에서 완전건조시키는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 100에서 24시간 동안 건조하여 완전건조시켰다.

다만, 시료화되는 토사가 건조되면 시험결과에 영향을 주는 경우가 있는데, 이러한 경우에는 자연 함수비 상태에서 토사를 건조시키거나 또는 물을 가함으로써 시료를 필요한 함수비로 조정하는 방법(소위 "습윤법")을 이용하여 토사를 시료화할 수도 있다.

함수비를 달리하여 시료화된 토사에 다짐을 실시한다(S103). 각 시료에 대한 다짐 작업은 각 함수비에서 시료의 최대 건조단위중량이 될 때까지 이루어지며, 그 방법은 흙의 다짐시험에 관한 표준규격 KS F 2312에 명시된 방법에 따라 이루어지는 것이 바람직하다.

각 함수비에서 건조단위중량(r_d)이 최대가 되도록 다져진 시료에 대해 LFWD 장비를 이용해 토사의 변형계수(E_LFWD)를 구한다(S104).

시료화된 토사의 각 함수비에 따른 변형계수(E_LFWD)를 위와 같은 방법을 통하여 측정하게 되면 해당 토사의 최대 변형계수(E_{LFWD ( max )})를 알 수 있다(S105). 이하 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 각 함수비에서의 지반의 최대 건조단위중량(r_d) 및 변형계수(E_LFWD)를 나타내는 그래프이다. 도 3의 그래프에서 실선으로 표시된 곡선은 함수비에 따른 건조단위중량을 표시한 것인데, 앞서 설명한 것처럼, 동일한 함수비에서도 건조단 위중량(r_d)이 최대가 되는 점이 존재하게 되고 이 건조단위중량의 값에서 최대가 되는 점을 연결한 것이 바로 도 3의 그래프에서의 실선인 것이다.

한편, 동일한 함수비에서 건조단위중량(r_d)이 최대가 되도록 다짐을 실시한 상태에서 LFWD 장비를 이용하여 변형계수(E_LFWD)를 측정하면 해당 함수비에서 변형계수(E_LFWD)의 최대값을 구할 수 있는데, 이러한 변형계수(E_LFWD)을 도시하여 선으로 연결하면 도 3에서 점선으로 나타낸 곡선을 형성하게 된다.

그런데 도 3에 도시된 바와 같이, 함수비에 따른 변형계수(E_LFWD) 곡선이 건조단위중량(r_d) 곡선과 완전히 일치하지는 않지만, 같은 유형의 곡선을 나타낸다. 즉, 변형계수(E_LFWD) 곡선도 건조단위중량(r_d) 곡선에서와 마찬가지로 변형계수(E_LFWD)가 최대가 되는 최대 변형계수(E_{LFWD ( max )}) 점이 존재한다. 따라서, 다짐 시험을 통해 측정된 최대 변형계수(E_{LFWD( max )})는, 현장 지반의 다짐도를 측정하는 기준이 될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 시료화된 토사에 대한 시험을 통하여 최대 변형계수(E_{LFWD ( max )})가 구하는 것과 별도로, 현장에서는 다짐 장비를 이용하여 지반에 다짐을 실시하고(S106), 다짐이 완료된 지반에 LFWD 시험 수행하여 현장의 지반 변형계수(E_{LFWD( ground )})를 측정한다(S107).

측정된 현장의 지반 변형계수(E_{LFWD ( ground )})("현장의 지반 변형계수")와 최대 변형계수(E_{LFWD ( max )})("다짐 시험을 통해 구한 최대 변형계수")를 비교하면 아래 식과 같은 관계에 의해 지반의 다짐 품질을 나타내는 척도가 되는 상대다짐도(R)를 구할 수 있다(S108).

LFWD 장비는 간단하게 휴대가 가능하고 장소의 제약을 받지 않아서 차량이 접근하기 곤란한 지점에서도 사용이 가능하다는 장점이 있다. 간단한 절차로 현장의 지반 변형계수(E_{LFWD ( ground )})를 측정할 수 있으므로, 많은 구간에 걸쳐 다짐도를 측정하는데 시간이 많이 소요되지 않는다는 이점이 있다.

또한, 다짐이 실시된 구간에 대하여, LFWD 장비를 통해 현장의 지반 변형계수(E_{LFWD ( ground )})를 측정하면 되므로, 시험방법이 간단하여 현장에서 시험자의 숙련도나 주변환경의 영향을 받지 않고 정확한 측정이 이루어질 수 있으며 개인차에 따른 오차가 거의 발생하지 않는다는 이점이 있다.

따라서 LFWD 장비를 이용하여 구한 지반 변형계수를 기준으로 상대다짐도를 측정하는 본 발명에 의하면, 위와 같이 다짐도의 측정에 많은 시간이 걸리지 않으며, 측정방법이 용이할 뿐만 아니라, 주변환경이나 측정자의 개인 숙련도 등에 의해 영향을 받지 않게 된다는 장점이 있다.

시공 현장의 토양 상태나 또는 설계 시방에 따라 다져진 지반이 일정한 다짐도를 갖는다고 평가할 수 있는 상대다짐도(R)의 기준이 설정된다.

상대 다짐도(R)을 구하고 나면 구해진 상대다짐도(R)가 기 설정된 기준에 만족하는지 여부를 판단한다(S109). 일반적으로 90%이상으로 설정되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것이 아니다.

만일 상대 다짐도(R)가 기 설정 기준을 만족하는 경우에는 작업을 완료하고, 만족하지 못하는 경우에는 다짐 작업(S106)부터 다시 실시하여 기 설정 기준을 만족하도록 한다.

본 발명의 방법은, LFWD 장비를 이용하여 현장에서 측정된 변형계수(E_LFWD)를 PDA와 같은 컴퓨터에 전송하여, 컴퓨터에 수록되어 있던 시료화된 지반에 대한 최대 변형계수(E_{LFWD ( max )})와, 현장 지반에서 측정한 변형계수를 비교하여 상대다짐도를 계산하도록 프로그램될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 측정된 수치를 바탕으로 상대 다짐도를 계산하기 위해서는 많은 절차가 소요되던 종래와 달리, 상대 다짐도(R)가 컴퓨터를 통해 현장에서 바로 계산될 수 있으며, 그에 따라 계산된 상대 다짐도(R)에 근거하여 신속히 재다짐 여부를 결정할 수 있게 되므로, 재다짐 여부를 결정하는 시간이 단축 되어 공사 기간을 단축할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 각 함수비에서의 지반의 최대 건조단위중량(r_d)을 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지반의 다짐 품질관리 방법의 흐름을 나타내는 순서도이다.

도 3은 각 함수비에서의 지반의 최대 건조단위중량(r_d) 및 변형계수(E_LFWD) 를 나타내는 그래프이다.

Claims (6)

1. 현장의 토사를 채취하는 단계;

   상기 채취한 토사를 함수비를 달리하여 시료화하는 단계;

   상기 시료화된 토사를 건조단위중량이 최대가 되도록 다지는 단계;

   건조단위중량이 최대가 되도록 다져진 시료화된 토사의 변형계수를 LFWD 시험을 통해 측정하는 단계;

   상기 측정된 변형계수 중에서 최대 변형계수를 구하는 단계;

   다짐 장비를 이용하여 다져진 현장 지반에 대해 LFWD 시험을 수행하여 측정된 현장 지반의 변형계수와, 상기 시료화된 토사에 대하여 다짐시험을 통해 구한최대 변형계수의 비율을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 지반의 상대 다짐도 측정방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상대 다짐도는 하기의 수학식 2에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 현장 지반의 상대 다짐도 측정방법.

   [수학식 2]

   
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 상대 다짐도가 기설정된 기준에 미치지 못하는 경우, 현장의 지반을 재다짐하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 지반의 상대 다짐도 측정방법.
4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 채취된 토사를 함수비를 달리하여 시료화하는 단계는,

   상기 채취된 토사를 체가름하는 단계;

   상기 체가름된 토사를 건조시키는 단계;

   상기 건조된 토사에 물을 첨가하여 함수비를 달리하는 시료를 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 지반의 상대 다짐도 측정방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 체가름된 토사를 건조시키는 단계는 건조로에서 완전건조시키는 것을 특징으로 하는 현장 지반의 상대 다짐도 측정방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 LFWD 시험에 의해 측정된 지반 변형계수의 데이터는 컴퓨터에 전송되고, 상기 최대 변형계수와 상기 지반 변형계수의 비율을 계산하는 것은 상기 컴퓨터에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 현장 지반의 상대 다짐도 측정방법.

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