KR101196631B1

KR101196631B1 - 지반 개량 공법

Info

Publication number: KR101196631B1
Application number: KR1020107029069A
Authority: KR
Inventors: 야스히꼬 오꼬찌; 히로시 미끼; 마사미 마끼노
Original assignee: 가부시끼가이샤 놈; 가부시키가이샤 카토켄세츠; 가부시끼가이샤 미끼지방깐꾜오꼬오가꾸껭뀨우죠
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2012-11-02
Also published as: BRPI0912274A2; CN102046885A; MY157228A; WO2009145147A1; KR20110021942A; JP4514835B2; JPWO2009145147A1; BRPI0912274B1

Abstract

본 발명의 과제는 지반토의 구속 효과를 적절하게 평가하여, 개량체의 배치를 합리적인 배치로 함으로써, 보다 저비용인 지반 개량 공법을 제공하는 것이다.
지반이 하중을 받아 변형하려고 할 때에 그 변형을 구속하는 개량체(1)의 배치를 갖고 지반 중에 개량체를 조성하는 지반 개량 공법이다. 개량체(1)에 의해 변형이 구속됨으로써 발생하는 지반토의 응력의 변화분을 구하여, 그 응력의 변화에 의해 발생하는 지반의 강도 및 강성 중 적어도 어느 한쪽의 변화를, 개량체(1)에 의한 상기 지반의 구속 효과로서 평가한다. 또한, 지반이 당해 구속 효과를 얻을 수 있도록 개량체(1)의 형상이나 배치를 결정한다. 응력의 변화는, 지반이 하중을 받았을 때에 개량체(1)에 의한 구속에 의해, 그 반력으로서 발생하는 직응력 및 전단 응력 중 적어도 어느 한쪽의 변화로서 평가한다.

Description

지반 개량 공법 {GROUND IMPROVEMENT METHOD}

본 발명은 지반 중에 개량체를 구축 또는 조성하는 지반 개량 공법에 관한 것이다.

지반 중에 개량체를 구축 또는 조성하는 방법으로서, 지반토와 고화재를 교반 혼합하는 방법이 있지만, 본 발명은 개량체를 조성하는 구체적 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.

지반 중에 개량체를 구축 또는 조성하는 종래의 지반 개량 공법은 그 배치를 결정하는 방법으로서, 크게 구별하여 이하와 같은 복합 지반적 방법, 구조물적 방법 등의 사고 방식을 적용하고 있다. 이들 방법은, 본 발명에서 제안하는, 지반이 개량체 등에 구속되는 효과를 고려하고 있는 것은 아니다.

복합 지반적 방법은 이하에 나타내는 수학식 1에 의해 개량체의 강도와 지반토의 강도를 개량률 등으로 가중치를 부여하여 평균으로 하고, 지반 전체를 평균화한 강도를 갖는 복합 지반으로서 취급하는 방법이다. 또한, 수학식 1을 포함하는 이러한 공법은, 예를 들어 비특허 문헌 1에 기재되어 있다.

구조물적 방법은, 지반의 강도는 그대로 하고, 개량체에 주된 외력을 분담시켜, 그 강도에는, 작용하는 인장력이나 압축력에 따라서 구조물로서의 안전율(통상은 3을 취함)을 고려하는 방법이다.

비특허 문헌 1 : 심층 혼합 처리 공법 매뉴얼 편집 위원회편, 「육상 공사에 있어서의 심층 혼합 처리 공법 설계ㆍ시공 매뉴얼 개정판」, 재단 법인 토목 연구 센터 발행, 평성 16년 3월, P80 내지 83

그런데, 지반 중에 개량체를 조성하는 종래의 지반 개량 공법에서는, 지반이 개량체 등에 의해 구속되어 있음에도, 개량체에 의해 지반이 구속되어 자유롭게 변형할 수 없으므로 강도ㆍ강성이 증가하는 것, 즉 본 발명에서 제안하고 있는 지반의 구속 효과를 고려하고 있지 않다. 결과적으로, 구속 효과를 발휘시키기 위한 보다 합리적인 개량체의 형상이나 배치를 고려하고 있지 않다.

이와 같은, 종래의 개량체에 의한 지반의 구속 효과를 고려하고 있지 않은 지반 개량 공법은 이하와 같은 문제점을 갖고 있다.

예를 들어, 강도가 큰 개량체를 지반 중에 소수 배치하는 것과, 강도가 약간 낮은 개량체를 다수 배치한 것을 비교하여, 지반 전체의 평균적인 강도(복합 지반으로서의 강도)가 동일하면, 실제로는 효과에 차이가 있음에도, 설계 안전율은 동일하게 된다.

또한, 개량체에 의해 자유로운 변형을 구속하는 지반토는, 그 반력에 의해, 보다 큰 강성과 강도를 발휘하지만, 그 구속 효과를 고려하지 않고, 지반토를 자유롭게 변형할 수 있는 상태의 강도 변형 특성을 사용하여 설계하고 있으므로, 지반토의 변형 억제나 안정에 대한 기여를 과소 평가하고 있다.

그 결과로서, 과도하게 안전측의 설계로 되어 있는 경우나, 개량체의 형상이나 배치가 적절하지 않은 경우가 간혹 있어, 비경제적인 설계ㆍ시공이 행해지는 경향이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 지반토의 구속 효과를 적절하게 평가하여 보다 적합한 배치의 기초로 개량체를 구축하는 지반 개량 공법을 제공하는 것을 목적으로 하고, 또한 개량체의 합리적인 형상과 배치 및 강도를 얻음으로써, 보다 저비용인 지반 개량 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하고, 또한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 지반 중에 개량체를 구축하는 지반 개량 공법으로서, 개량체의 구축에 의해 얻어지는 지반 변형의 구속 효과를 미리 파악해 두고, 이 지반 변형의 구속 효과를 고려한 개량체의 형상 및 배치를 갖고 당해 개량체를 구축하는 것으로 한다.
보다 구체적으로는, 청구항 1에 기재된 발명은, 지반 중에 개량체를 구축하는 지반 개량 공법으로서, 개량체의 구축에 의해 얻어지는 지반 변형의 구속 효과를 미리 파악하기 위해, 개량체의 형상 및 배치에 따라서 다른 지반 변형의 구속 효과를 유한 요소법에 의해 지반토의 응력의 변화로서 미리 평가하고, 이 응력의 변화에 의해 발생하는 지반토의 강도 및 강성의 변화 중 적어도 어느 한쪽의 변화가 증가 경향이 되는 개량체의 형상 및 배치를 갖고 당해 개량체를 구축하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 지반 개량 공법을 전제로 하여, 개량체의 형상 및 배치에 따라서 다른 지반 변형의 구속 효과를 유한 요소법에 의해 지반토의 응력의 변화분으로서 구하는 동시에, 이 응력의 변화분에 기초하여, 당해 응력의 변화에 의해 발생하는 지반토의 강도 및 강성의 변화 중 적어도 어느 한쪽의 변화분을 구하고, 이 적어도 어느 한쪽의 변화분이 증가 경향이 되는 개량체의 형상 및 배치를 갖고 당해 개량체를 구축하는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 2에 기재된 지반 개량 공법을 전제로 하여, 상기 유한 요소법에 의해 구하는 지반토의 응력의 변화분은, 지반이 하중을 받았을 때에 개량체에 의한 구속 효과로 인해 그 반력으로서 발생하는 직응력 및 전단 응력 중 적어도 어느 한쪽인 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 3에 기재된 지반 개량 공법을 전제로 하여, 상기 응력의 변화에 의해 발생하는 지반토의 강도 및 강성의 변화 중 적어도 어느 한쪽의 변화분은, 상기 직응력 및 전단 응력의 총합에 의해 발생하는 지반토의 강도 및 강성의 증가 중 적어도 어느 한쪽의 증가분인 것을 특징으로 한다.
여기서 말하는 지반토의 강도나 강성의 변화는, 흙을 구속하는 위치에 있는 개량체에 의해 발생하는 응력의 총합, 즉 상기 직응력 및 전단 응력의 총합에 의해 발생한다. 이 강도나 강성의 증가분은 이하에 나타내는 수학식 2로 구할(표현할) 수 있다.

삭제

여기에, ΔE : 지반토의 강성을 나타내는 변형계수의 변화

ΔS : 지반토의 강도의 변화

Δσ : 지반토의 직응력의 변화

Δτ : 지반토의 전단 응력의 변화

f, g : 함수

또한, 앞서 서술한 강도의 변화는, 이하에 나타내는 수학식 3, 수학식 4에 기초하여 구할 수 있다.

여기에, S : 변형을 구속한 것에 의해 변화된 지반토의 강도

Si : 변형을 구속하기 전의 지반토의 강도

Rs : 강도의 변화율

Δσ : 직응력의 변화

Δτ : 전단 응력의 변화

α, β, p, q : 지반을 구속하는 형상, 개량체의 강도로 결정되는 계수

마찬가지로, 앞서 서술한 강성의 변화는, 이하에 나타내는 수학식 5, 수학식 6에 기초하여 구할 수 있다.

여기에, E : 변형을 구속한 것에 의해 변화된 지반토의 강성을 나타내는 변형계수

Ei : 변형을 구속하기 전의 지반토의 강성을 나타내는 변형계수

Re : 강성의 변화율

Δσ : 직응력의 변화

Δτ : 전단 응력의 변화

γ, κ, r, s : 지반을 구속하는 형상, 개량체의 강성으로 결정되는 계수

청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 기재된 지반 개량 공법을 전제로 하여, 상기 개량체의 형상을 통 형상의 것으로 하는 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 기재된 지반 개량 공법을 전제로 하여, 상기 개량체의 형상을 편평한 통 형상의 것으로 하는 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 기재된 지반 개량 공법을 전제로 하여, 상기 개량체의 형상을 심도 방향을 향해 점차 직경 확장하고 있는 통 형상의 것으로 하는 것을 특징으로 한다.

청구항 1, 청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 개량체의 구축에 의해 얻어지는 지반 변형의 구속 효과를 미리 파악해 두고, 이 지반 변형의 구속 효과를 고려한 개량체의 형상 및 배치를 갖고 당해 개량체를 구축하는 것이므로, 종래 곤란했던 곳의 지반의 구속 효과를 고려한 보다 합리적인 개량체의 설계ㆍ시공을 할 수 있어, 보다 높은 개량 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에서 제안하고 있는 새로운 개념에 의한 지반 개량 공법을 사용함으로써, 종래의 설계 방법에서는 과대로 되는 경향이 있었던 지반 개량 공법의 설계나 시공을, 보다 합리적으로 실시할 수 있다.

특히, 구속 효과를 고려하지 않은 경우에는 어려웠던 적합한 개량체의 형상이나 배치 및 강도를 합리적으로 결정할 수 있어, 결과적으로, 낭비가 없는 개량체의 형상이나 배치가 가능해진다. 그로 인해, 고비용으로 되는 경향이 있는 연약 지반 지역의 인프라 정비를 보다 경제적으로 실시할 수 있어, 건설 투자의 유효 활용과 함께, 지역 사회에 큰 경제 효과를 초래하는 등의 효과가 얻어진다.
청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 개량체의 형상이나 배치 혹은 강도에 따라서 다른 응력의 변화에 주목하여, 유한 요소법에 의해 구하는 지반토의 응력의 변화분을, 지반이 하중을 받았을 때에 개량체에 의한 구속 효과로 인해 그 반력으로서 발생하는 직응력 및 전단 응력 중 적어도 어느 한쪽으로 하고 있으므로, 계산 방법이 간편해지는 이점이 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 따르면, 상기 응력의 변화에 의해 발생하는 지반토의 강도 및 강성의 변화 중 적어도 어느 한쪽의 변화분을, 상기 직응력 및 전단 응력의 총합에 의해 발생하는 지반토의 강도 및 강성의 증가 중 적어도 어느 한쪽의 증가분으로 하고 있으므로, 계산 방법이 간편해지는 동시에 계산 결과의 신뢰성이 높아진다.
청구항 5에 기재된 발명에 따르면, 상기 개량체의 형상을 원통 형상의 것으로 하여 지반을 구속하도록 배치함으로써, 보다 구속 효과가 높은 지반 개량 공법을 제공할 수 있다.

삭제

청구항 6에 기재된 발명에 따르면, 상기 개량체의 형상을 편평한 통 형상의 것으로 하여 지반을 구속하도록 배치함으로써, 보다 효율적으로 저비용인 구속 효과가 높은 지반 개량 공법을 제공할 수 있다.

청구항 7에 기재된 발명에 따르면, 상기 개량체의 형상을 심도 방향을 향해 점차 직경 확장하고 있는 통 형상의 것으로 하여 지반을 구속하도록 배치함으로써, 개량체에 의한 구속 효과를 한층 향상시킨다.

도 1은 성토 등의 하중이 가해지는 경우의 흙의 강도, 강성의 증가를 구하는 설명도로, (a)는 수직 단면 설명도, (b)는 도 1의 (a)의 평면 설명도이다.
도 2는 측방 이동 등의 하중이 가해지는 경우의 흙의 강도, 강성의 증가를 구하는 설명도로, (a)는 수직 단면 설명도, (b)는 도 2의 (a)의 평면 설명도이다.
도 3은 흙을 구속하도록 배치한 개량체의 예를 도시하는 평면 설명도이다.
도 4는 흙을 구속하도록 배치한 개량체의 상부에 천층 혼합 처리층을 배치하는 예를 도시하는 입체 설명도이다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 모두 편토압이 가해지는 경우에 토압에 저항하는 방향으로 개량체를 나란히 배치하는 예를 도시하는 평면 설명도이다.
도 6은 하부의 직경을 테이퍼 형상으로 확장한 개량체를 나란히 배치하는 예를 도시하는 도면으로, (a)는 그 입체 설명도, (b)는 도 6의 (a)의 단면 설명도이다.
도 7은 편평한 통 형상의 개량체를 사용한 경우의 개량 효과의 계산예를 도시하는 도면으로, (a)는 천층 혼합 처리층을 설치한 경우의 입체 설명도, (b)는 도 5와 동일한 개량체 단독의 입체 설명도, (c)는 도 7의 (a)의 천층 혼합 처리층 상에 성토체를 설치한 경우의 입체 설명도이다.
도 8은 통 형상의 개량체를 지그재그 형상으로 배치하는 예를 도시하는 평면 설명도이다.
도 9는 통 형상의 개량체를 격자 형상으로 배치하는 예를 도시하는 평면 설명도이다.
도 10의 (a), (b)는 모두 통 형상의 개량체를 서로 접촉하지 않는 배치로 한 예를 도시하는 평면 설명도이다.
도 11은 지반을 구속하도록 배치한 개량체가 평면적으로 볼 때 아치 형상인 예를 도시하는 설명도이다.
도 12는 (a) 내지 (d)는 모두 지반을 구속하도록 배치한 개량체가 평면적으로 볼 때 아치 형상인 다른 예를 도시하는 설명도이다.

이하, 본 발명에 관한 지반 개량 공법의 보다 구체적인 실시 형태에 대해 설명한다. 단, 본 발명의 실시 형태는 가장 바람직한 형태를 나타내는 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 여기서 서술하는 개량체는, 지반토와 시멘트 혹은 시멘트계 등의 고화재를 교반 혼합하여 조성하는 개량체 외에, 지반 중에 쇄석이나 모래를 압입하고, 지반토와 치환하여 조성되는 쇄석 기둥이나 모래 기둥도 포함된다. 또한, 개량체의 구축 또는 가공을 위한 방법은 고화재를 연약 지반 중에 토출시켜 교반 혼합하는 기계 교반 혼합 방식 혹은 고화재를 고압으로 회전 분사시키는 고압 분사 교반 방식의 어느 것이라도 좋고, 개량체를 구축 또는 가공하기 위한 구체적인 수단ㆍ방법은 특정한 것으로 한정되지 않는다.

본 발명은, 지반 중에 개량체를 조성하는 지반 개량 공법에 있어서, 하중을 받아 발생하는 지반의 변형을, 효과적으로 구속하도록 개량체의 배치나 형상 및 강도를 결정한 후 시공하는 방법인 것은 앞서 서술한 바와 같다.

지반이 하중을 받을 때에, 변형하려고 하는 지반토를, 개량체를 배치함으로써 그 변형을 구속한다. 그때, 지반토를 구속하는 위치에 있는 개량체에 의해 발생하는 지반토의 응력의 변화를, 전단 응력의 변화와 직응력의 변화로 하고, 그 응력의 총합에 의해 발생하는 지반토의 강도나 강성의 변화를 구하여, 개량체에 의한 지반의 구속 효과를, 지반토의 강도ㆍ변형 특성으로서 평가한 후, 개량체의 배치ㆍ형상 및 강도를 결정하여 시공함으로써, 합리적인 지반 개량 공법으로 할 수 있다.

예를 들어, 도 1의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 복수의 원기둥 형상의 개량체(1)와 그 사이의 지반인 미개량부(2)에, 성토체(3) 등의 하중(F)이 가해지는 경우, 현상의 설계ㆍ시공법에서는, 개량체(1)와 미개량부(2)의 지반토가 분담하는 응력의 비를 가정하여, 침하 계산을 하는 예가 있다. 종래, 미개량부(2)의 강도에 관해서는, 개량체(1)를 조성하기 전의 지반토의 강도 그대로 변화되지 않는다고 하고 있다.

한편, 본 발명에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 성토체(3) 등의 하중(F)이 가해지는 경우에는, 지반토의 변형 구속에 의해 발생하는 직응력의 변화를 Δσ로 나타내고, 상기 수학식 3 내지 수학식 6으로부터 지반토의 강도, 강성의 변화를 구한다. 또한, 도 1의 (b) 중의 ΔS는 지반토의 강도 변화를, ΔE는 지반토의 강성 변화를 각각 나타낸다.

이에 의해, 개량체(1)에 의한 지반토의 구속 효과를, 지반토의 강도ㆍ변형 특성의 변화로서 평가하고, 이것을 고려하여 지반 개량을 위한 개량체(1)의 형상이나 배치 등을 결정함으로써, 지반토의 구속 효과를 적절하게 평가한 합리적인 지반 개량을 행할 수 있다.

또한, 도 2의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 교대(4)측의 성토체(3)로 인해, 편토압에 의한 측방 이동 등의 하중(IF)이 가해지는 경우에는, 지반토의 변형 구속에 의해 발생하는 전단 응력의 변화를 Δτ로 나타내고, 상기 수학식 3 내지 수학식 6으로부터 지반토의 강도, 강성의 변화를 구한다.

이와 같이, 구속에 의한 응력의 변화를 적절하게 평가하여, 이것을 지반토의 강도ㆍ강성의 변화에 반영함으로써 합리적인 설계ㆍ시공이 가능해진다. 또한, 개량체(1)의 배치에 따라서 다른 구속의 효과를 평가하고 있으므로, 보다 합리적인 개량체(1)의 형상이나 배치 및 강도를 결정할 수 있다.

또한, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 지반토를 구속하도록 배치한 개량체(11)가 편평한 중공 통 형상(평면 형상이 대략 편평 타원형 또는 편평 타원형)인 경우, 연직 하중에 대해서는, 통 형상으로 배치한 개량체(11)의 지반토의 변형 구속에 의해 발생하는 직응력의 변화를 Δσ로 나타내고, 상기 수학식 3 내지 수학식 6으로부터 지반토의 강도, 강성의 변화를 구한다. 이와 같이, 연직 하중에 대해서는, 도 3과 같은 통 형상으로 둘러싸는 방법이 합리적이지만, 개량체(11)로 둘러싸인 미개량부(2a)가 지나치게 크면 구속 효과는 저하된다. 또한, 지반토를 구속하도록 배치한 개량체(11)가 통 형상이면, 진원 형상, 타원 형상, 사각 형상, 삼각 형상 등 특별히 한정되지 않고, 통 형상의 축방향의 단면적이 동일해도, 상이해도 좋고, 이후에도 마찬가지이다. 또한, 타원 형상, 편평 형상의 형상인 경우에는, 도 3과 같이 반드시 폐쇄 루프 형상일 필요는 없고, 장변 방향의 일단부 혹은 양단부가 개방되어 있어도, 구속 효과에 영향이 적은 경우도 있다.

도 4에서는, 지반토를 구속하도록 배치한 도 3과 동일한 편평한 중공 통 형상의 개량체(11)의 상부에 천층 혼합 처리층(5)을 배치하고 있다. 이와 같이, 통 형상의 개량체(11)에 천층 혼합 처리반(층)(5)에 의해 뚜껑을 덮는듯한 개량 형식으로 하면, 개량체(11)의 내부의 지반토, 즉 미개량부(2a)는 이동할 장소가 없어, 극히 높은 구속 효과가 얻어지고, 침하나 변형이 효과적으로 억제된다.

도 5는 지반토를 구속하도록 배치한 통 형상의 개량체(11)에, 편토압에 의한 측방 이동의 하중(IF)이 가해지는 경우에, 토압에 저항하는 방향으로 도 3과 동일한 개량체(11)를 나란히 배치하는 예이다. 즉, 도 5의 (a), (b), (c)는 편토압에 의한 측방 이동의 하중(IF)이 가해지는 경우에, 지반토의 구속 효과를 증가시키기 위한 개량 패턴의 예이다. (a)는 이웃하는 개량체(11, 11)끼리가 이격되어 있고 서로 독립되어 있는 독립 배치 타입, (b)는 이웃하는 개량체(11, 11)끼리가 접촉되어 있는 연속 배치 타입, (c)는 서로 이격되어 독립되어 있는 개량체(11, 11‥)를 지그재그 형상으로 배치한 지그재그 배치 타입의 것이다. 이와 같은 배치로 함으로써, 편토압에 의해 변형하려고 하는 지반토, 즉 미개량토(2, 2a)가 구속되는 동시에, 개량체(11)에는 압축 응력이 발생하여, 인장 응력의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 도시는 하고 있지 않지만, 도 4와 마찬가지로, 천층 혼합 처리반(5)을 개량체(11)의 상부에 실시함으로써, 개량체(11)의 내부의 흙[미개량토(2a)]도 포함시켜, 높은 침하 억제 효과를 발휘한다.

또한, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 성토체(3) 등의 하중(F)이 큰 경우에는, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 개량체(21)의 평면 형상으로서 도 3과 동일한 형상을 전제로 한 후, 심도 방향을 향해 점차 직경 확장하는 형상으로 하기 위해, 하부의 직경을 스커트 형상으로 넓힌 테이퍼 형상(대략 절두원추 형상)의 것으로 함으로써, 화살표 P로 나타낸 바와 같이 개량체(21)의 내부에 미개량의 지반토가 압입되어, 미개량부(2a)의 부분의 구속 효과를 보다 한층 높일 수 있다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 개량체(21)의 상부에, 도 4와 마찬가지로 천층 혼합 처리층(5)을 배치함으로써, 개량체(21, 21)끼리의 사이의 미개량토(2)가 성토 하중에 의해 대략 밀폐 상태로 되어 미개량부(2)의 부분의 구속 효과를 보다 한층 높일 수 있다. 또한, 도 6의 (a)의 WF는 지하수의 흐름을 도시하고 있다.

다음에, 지반토의 구속 효과의 계산예를 도 5의 (a)의 실시예에 의해 이하에 나타낸다.

ㆍ 성토체(3)와 개량체(11)의 조건

성토체(3)의 높이 : 8m

개량체(11)의 형상 : 편평한 통 형상

[개량체의 상부에 1.5m의 천층 혼합 처리층(5)을 배치]

이때의 지반토의 전단 강도는 30kN/㎡, 강성을 나타내는 영률은 1MN/㎡로 하고, 또한 개량률 ap＝18％, 개량체의 강도는 500kN/㎡, 변형계수는 60MN/㎡로 한다.

종래 설계법에서는, 구속 효과에 의한 미개량부의 지반토의 강도의 변화는 고려하지 않고, 복합 지반의 평균적인 강도(S)를 계산하여, 이하와 같이 된다.

S ＝ 500×0.18＋30×(1-0.18)

＝114.6kN/㎡

마찬가지로, 강성을 나타내는 변형계수E는 이하와 같이 된다.

E＝60×0.18＋1×(1-0.18)

＝11.62MN/㎡

한편, 여기서는, 도 7에서 도시한 3차원의 유한 요소법을 사용하여 직응력(σ) 및 전단 응력(τ)의 변화를 계산하였다. (a)는 성토를 하기 전의 지반의 상태를, (b)는 편평한 통 형상의 개량체(11)를, (c)는 성토를 탑재한 상황을 각각 도시한다.

본 계산예에서의 개량체(11)에 의해 구속된 내부의 응력은,

ㆍ 직응력의 변화의 평균치 Δσ＝11.6kN/㎡

ㆍ 전단력의 평균치 Δτ＝0.5kN/㎡

로 된다.

여기서, α＝0.04, β＝0.1, p＝1, q＝1로 하면,

Rs＝1＋αΔσ^p＋βΔτ^q

＝1＋0.04×(11.6)¹＋0.1×(0.5)¹

＝1.52

로 된다.

이에 의해, 종래 설계법보다 강도가 52％ 증가한다. 따라서, 개량체에 의해 구속된 연약층의 전단 강도는 30×1.52＝45.6kN/㎡로 증가한다.

복합 지반의 평균적인 강도를 상기 전단 강도를 사용하여 계산하면, 이하와 같이 되어, 상기 종래 설계법의 강도 114.6kN/㎡보다 약 10％ 강도가 증가한다.

S＝500×0.18＋45.6×(1－0.18)

＝127.4kN/㎡

마찬가지로, 강성의 변화율에 관해서도, γ＝0.15, κ＝0.05, r＝0.5, s＝0.5로 하면,

Re＝1＋γΔσ^r＋κΔτ^s

＝1＋0.15×(11.6)^0.5＋0.05×(0.5)^0.5

＝1.55

로 되어, 강성이 55％ 증가한다.

강도와 동일한 평가 방법으로 강성을 나타내는 변형계수를 평가하면 이하와 같이 되어, 상기 종래 설계법의 변형계수 11.62MN/㎡보다 변형계수가 약 4％ 증가한다.

E＝60×0.18＋1.55×(1－0.18)

＝12.071MN/㎡

이상과 같이, 본 발명의 강도 평가 방법을 미개량부의 지반토에 응용하면, 종래의 복합 지반적 설계법을 사용했다고 해도, 강도의 증가에 의해 약 10％, 강성의 증가에 의해 약 4％ 지반 평가가 증가하게 된다. 이는, 전술한 바와 같이 개량체의 강도, 배치량(개량률)의 저감이 도모되게 되어, 비용의 삭감으로 된다. 또한, 지반을 효율적으로 구속시키는 개량체의 형상이나 배치에 의해, 상기 계산예보다도 보다 합리적인 지반 개량 공법의 제공이 가능해진다.

도 8은 지반토를 구속하도록 배치한 복수의 중공 원통 형상의 개량체(31)를, 서로 접촉하도록 지그재그 형상으로 배치한 예이다. 지반토를 유효하게 구속하여, 개량체(31)에 인장 응력을 발생시키기 어려운 배치로, 참고 개량률은 44％이다. 예를 들어, 시멘트계의 개량체(31)는 압축과 비교하여 인장 강도가 작으므로, 지반토를 구속하는 효과를 충분히 발휘시키기 위해서도, 인장 응력을 가능한 한 발생시키지 않는 개량체(31)의 배치가 바람직하다. 도 8의 배치는 이 요구에 합치하는 것으로, 각각의 중공 원통 형상의 개량체(31)의 내부의 미개량부(31a)에 추가하여, 서로 접하고 있는 개량체(31, 31)끼리의 사이에 생기는 공극부인 미개량부(2)에도 동일한 구속력이 작용하므로, 개량체(31)에 발생하는 인장 응력은 매우 작아진다. 이 경우에 있어서, 도 4와 마찬가지로 천층 혼합 처리층(5)으로 덮개를 덮는듯한 구조로 하면 더욱 효과가 증가하는 것은 이후에도 마찬가지이다.

도 9는 지반토를 구속하도록 배치한 복수의 중공 원통 형상의 개량체(31)를, 직사각 형상 또는 격자 형상으로 배치한 예이다. 지반토를 유효하게 구속하여, 개량체(31)에 인장 응력을 발생시키기 어려운 배치로, 참고 개량률은 38.5％이다. 이와 같이, 도 9의 배치에서도 도 8의 지그재그 형상으로 배치한 경우와 동일한 효과가 있다. 미개량부(2)의 지반토에도 개량체(31)의 내부의 미개량부(31a)와 동일한 외향의 직응력(Δσ)이 발생하는 것은 도 8의 경우와 마찬가지이다.

도 10의 (a), (b)는 도 8 또는 도 9의 배치를 기본으로 한 후, 중공 원통 형상의 개량체(31, 31)끼리가 서로 접촉하지 않는 배치로 한 것이다. 이 경우에는 유사한 효과는 발휘되지만, 개량체(31)의 원통 외부의 지반토에 대한 구속의 효과가 작아지므로, 전체적인 보강 효과는 약간 작아진다. 이 통 형상의 개량체(31)가 접촉하지 않는 배치에서는, 개량체(31, 31)끼리의 사이의 거리가 2m인 경우, 참고 개량률은 23％ 내지 27％이다.

도 11은 측방 이동 등의 하중(IF)이 편토압으로서 가해지는 경우에, 토압에 저항하는 방향으로 평면에서 볼 때 형상이 대략 반원 형상 또는 아치 형상인 개량체(41)를 나란히 배치한 예이다. 옹벽 등에서 편토압이 가해지는 경우에는, 토압에 저항하는 방향으로 아치 형상의 개량체(41)를 배치하면, 개량체(41) 내의 인장 응력의 발생이 억제된다.

도 12는 측방 이동 등의 하중(IF)이 편토압으로서 가해지는 경우에, 보다 한층 지반토의 구속 효과를 증가시키기 위해, 아치 형상의 개량체(41)의 개방측을 연장하거나, 혹은 그 개방측을 폐쇄한 개량체 배치로 한 예이다. 구체적으로는, 도 12의 (a)는 독립 배치의 아치 형상의 개량체(41)의 개방측을 곧게 뻗은 벽체(6)를 갖고 연장한 것, 도 12의 (b)는 연속 배치된 아치 형상의 개량체(41)의 각각의 개방측을 벽체(6)로서 연장한 것이다. 또한, 도 12의 (c)는 독립 배치의 아치 형상의 개량체(41)의 개방측을 벽체(6)로서 각각 연장한 후, 그 벽체(6, 6)끼리의 사이에도 다른 아치 형상의 개량체(51)를 배치함으로써 폐쇄하여 개량체 전체를 폐쇄 루프 형상의 것으로 한 것, 도 12의 (d)는 도 12의 (c)의 독립 배치 대신에, 연속 배치로 한 것이다.

이 도 12에 도시한 배치에 따르면, 도 11의 배치에 비해 한층 지반토의 구속 효과의 향상을 기대할 수 있다.

본 발명은 지반 중에 구축되는 개량체에 의한 지반토의 구속 효과를 미리 적절하게 평가한 후, 개량체의 형상이나 배치 및 강도를 결정하여 실시하는, 보다 저비용인 지반 개량 공법이다.

1 : 개량체
2 : 미개량부(지반토)
2a : 미개량부(지반토)
3 : 성토체
5 : 천층 혼합 처리층
11 : 개량체
21 : 개량체
31 : 개량체
31a : 미개량부
41 : 개량체
51 : 개량체
F : 성토 하중
IF : 측방 이동 등의 하중
WF : 지하수의 흐름
Δσ : 지반토의 변형 구속에 의해 발생하는 직응력의 변화
Δτ : 지반토의 변형 구속에 의해 발생하는 전단 응력의 변화
ΔS : 지반토의 강도 변화
ΔE : 지반토의 강성 변화

Claims

지반 중에 개량체를 구축하는 지반 개량 공법에 있어서,
개량체의 구축에 의해 얻어지는 지반 변형의 구속 효과를 미리 파악하기 위해, 개량체의 형상 및 배치에 따라서 다른 지반 변형의 구속 효과를 유한 요소법에 의해 지반토의 응력의 변화로서 미리 평가하고,
이 응력의 변화에 의해 발생하는 지반토의 강도 및 강성의 변화 중 적어도 어느 한쪽의 변화가 증가 경향이 되는 개량체의 형상 및 배치를 갖고 당해 개량체를 구축하는 것을 특징으로 하는, 지반 개량 공법.
제1항에 있어서, 개량체의 형상 및 배치에 따라서 다른 지반 변형의 구속 효과를 유한 요소법에 의해 지반토의 응력의 변화분으로서 구하는 동시에,
이 응력의 변화분에 기초하여, 당해 응력의 변화에 따라서 발생하는 지반토의 강도 및 강성의 변화 중 적어도 어느 한쪽의 변화분을 구하고,
이 적어도 어느 한쪽의 변화분이 증가 경향이 되는 개량체의 형상 및 배치를 갖고 당해 개량체를 구축하는 것을 특징으로 하는, 지반 개량 공법.
제2항에 있어서, 상기 유한 요소법에 의해 구하는 지반토의 응력의 변화분은, 지반이 하중을 받았을 때에 개량체에 의한 구속 효과로 인해 그 반력으로서 발생하는 직응력 및 전단 응력 중 적어도 어느 한쪽인 것을 특징으로 하는, 지반 개량 공법.
제3항에 있어서, 상기 응력의 변화에 의해 발생하는 지반토의 강도 및 강성의 변화 중 적어도 어느 한쪽의 변화분은, 상기 직응력 및 전단 응력의 총합에 의해 발생하는 지반토의 강도 및 강성의 증가 중 적어도 어느 한쪽의 증가분인 것을 특징으로 하는, 지반 개량 공법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개량체의 형상을 통 형상의 것으로 하는 것을 특징으로 하는, 지반 개량 공법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개량체의 형상을 편평한 통 형상의 것으로 하는 것을 특징으로 하는, 지반 개량 공법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개량체의 형상을 심도 방향을 향해 점차 직경 확장하고 있는 통 형상의 것으로 하는 것을 특징으로 하는, 지반 개량 공법.
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