KR20080075255A - 부력조절에 의한 선행재하공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 성토하중 선행재하공법을 참고하되 수평배수재의 역할을 극대화하도록 하여, 연약지반의 상부에 지수 또는 차수 처리된 수평배수재를 마련하고 상기 수평배수재로부터 물을 배출함으로써 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 감소를 통하여 연약지반에 작용하는 유효하중을 증가시키고, 압밀침하 완료후에는 자연스럽게 수평배수재로부터의 물의 배출을 중지하여 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 증가를 통하여 연약지반에 작용하는 유효하중을 감소시키도록 하여, 일반적인 성토하중 선행재하공법에 비하여 보다 작은 양의 성토가 필요하며, 이에 의하여 대량의 토사 운반이 불필요하게 되며, 또한 압밀침하 완료 후에도 성토 제거가 거의 불필요한 새로운 선행재하공법을 제공한다.

Description

부력조절에 의한 선행재하공법{PRELOADING METHOD BY CONTROLLING OF BUOYANCY}

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 성토하중 재하공법이 적용된 예.

도 3은 연약지반의 1차 압밀침하량 산출식.

도 4a 내지 도 4c는 유효재하하중 증분(ΔPv')의 변동치 비교예.

도 5a 내지 도 5m은 준설매립지반에 적용된 본 발명의 일 실시례의 시공 순서를 경시적으로 도시한 도면들.

도 6a 내지 도 6c는 준설매립지반에 적용한 부력조절에 의한 선행재하공법의 여러가지 단면도들.

도 7a 내지 도 7c는 자연퇴적지반에 적용한 부력조절에 의한 선행재하공법의 여러가지 단면도들.

도 8a 내지 도 8f는 수평배수재와 연직배수재가 결합된 형태의 부력조절에 의한 선행재하공법의 도면들.

본 발명은 연약지반에 계획 구조물 등의 하중보다 크거나 또는 동등한 하중을 미리 재하시켜 구조물 등의 설치 이전에 필요한 만큼의 침하가 발생하도록 유도하는 선행재하공법에 관한 것으로, 특히 연약지반의 상부에 지수 또는 차수 처리된 수평배수재를 마련하고 상기 수평배수재로부터 물을 배출함으로써 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 감소를 통하여 연약지반에 작용하는 유효하중을 증가시키는 부력조절에 의한 선행재하공법에 관한 것이다.

기존에 알려진 선행재하공법으로는, 성토하중 재하공법, 지하수위 저하공법(Well Point Method), 대기압공법(Vacuum Consolidation Methdo) 등이 알려져 있으며, 이중 대표적이 성토하중 재하공법은 설계 하중 이상의 성토하중을 재하하는 공법이며, 성토를 하기 위하여는 많은 양의 토사가 필요하며, 성토에 필요한 대량의 토사를 운반하여야 하고, 또한 압밀침하 완료 후에 성토를 제거하여야 하므로, 운반로 주변의 소음, 진동에 의한 공해에 대한 배려가 필요하다.

도 1은 자연퇴적지반에 성토하중 재하공법이 적용된 예이며, 도 2는 준설매립지반에 성토하중 재하공법이 적용된 예이다.

이때 성토층의 하부에 샌드 매트(sand mat) 등과 같은 수평배수재가 시공되는 경우가 있으며, 또한 경우에 따라서는 수평배수재의 하부에 연직배수재가 연결되는 경우가 종종 있다.

이 경우 수평배수재는 지반개량에 따른 배수층의 역할을 할 뿐이므로, 수평배수재는 도 1에서의 지하수위 혹은 도 2에서의 해수의 수위보다 상부에 위치하게 되는 것이 일반적이다.

본 발명은 상기와 같은 성토하중 선행재하공법을 참고하되 수평배수재의 역할을 극대화하도록 하여, 연약지반의 상부에 지수 또는 차수 처리된 수평배수재를 마련하고 상기 수평배수재로부터 물을 배출함으로써 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 감소를 통하여 연약지반에 작용하는 유효하중을 증가시키고, 압밀침하 완료후에는 자연스럽게 수평배수재로부터의 물의 배출을 중지하여 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 증가를 통하여 연약지반에 작용하는 유효하중을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 연약지반의 상부에 하중을 미리 재하시켜 압밀침하를 유도하는 선행재하공법에 있어서, 상기 연약지반의 상부에 수평배수재와 상기 수평배수재로부터 물을 배출하기 위한 양수정을 시공하며, 상기 수평배수재를 주변의 수원에 대하여 지수 또는 차수 처리하며, 상기 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 감소로 상기 연약지반에 작용하는 유효하중을 증가시켜 상기 연약지반의 압밀침하를 유도하기 위하여 상기 양수정을 통하여 상기 수평배수재로부터 물을 배출하며, 상기 연약지반의 압밀침하 후 상기 수평배수재는 주변 수원의 수위의 하부에 위치되는 것을 특징으로 한다.

상기 및 이하에서 배수재는 모래나 기존의 플라스틱 보드 등과 같은 배수재, 유공관 등 어느 것이든 불문하며, 수평배수재란 수평 방향으로 마련되는 배수재들을, 연직배수재란 연직 방향으로 마련되는 배수재들을 말한다.

상기 및 이하에서 수평배수재 주변의 수원이란, 준설매립지반의 경우에는 주변의 해수 혹은 강물을 말하며, 자연퇴적지반의 경우에는 지하수를 말한다. 즉, 본 발명은 최종적으로 수평배수재가 주변 수원의 수위보다 하부에 위치한 상태에서 작동되는 것이다.

또한 수평배수재가 주변의 수원에 대하여 지수 또는 차수 처리된다는 것은, 수평배수재로부터 물을 배출(양수)할 때, 배출되는 물의 양보다 수평배수재로 유입되는 물의 양이 적을 수 있을 정도의 지수 또는 차수 능력을 가진 물질에 의하여 수평배수재가 주변의 수원으로부터 차단된다는 것을 의미한다.

따라서 지수 또는 차수 처리는 분리막은 물론이며 준설점토에 의해서도 구현될 수 있다.

또한 본 발명에 의하여 부력이 감소 또는 증가하는 수평배수재 이상에 위치한 시공물이란, 수평배수재로서만 이루어질 수도 있으며, 혹은 수평배수재와 상부의 준설점토, 혹은 수평배수재와 상부의 성토층, 혹은 수평배수재와 상부의 준설점토와 성토층 등으로 이루어질 수 있다.

또한 수평배수재로써 효과적으로 부력을 조절하기 위하여는 수평배수재가 압밀침하전과 압밀침하후에 주변 수원의 수위의 하부에 위치하는 것이 바람직하며, 적어도 압밀침하가 완료된 상태에서는 반드시 수평배수재가 주변 수원의 수위의 하 부에 위치하여야 한다.

상기에 있어서, 상기 수평배수재로부터 물을 배출할 때 상기 수평배수재에서의 물의 수위가 상기 수평배수재의 중간부보다 낮게 유지되도록 물을 배출하는 것이 바람직하다. 본 발명은 수평배수재에서 물을 배수하여 수평배수재를 가급적 완전한 배수상태로 만드는 것이 바람직하지만, 현장 상황에 따라서 물을 지속적으로 배출하거나 혹은 단속적으로 배출할 수 있으며, 단속적으로 배출하는 경우에도 가급적 물의 수위는 수평배수재의 중간부보다 높아지지 않도록 유지하는 것이 바람직하다. 예컨데, 도 4b를 기준으로 물의 수위는 수평배수재의 바닥으로부터 0.5m 이내(도 4b에서 수평배수재의 두께는 1m이므로)에 위치하는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 연약지반의 압밀침하 후 상기 수평배수재로부터 물의 배출을 중지하여 상기 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 증가로 상기 연약지반에 작용하는 유효하중이 감소되는 것이어야 한다. 본 발명은 부력 감소와 부력 증가가 긴밀히 결합되어 이루어지나, 부력 증가는 물을 배출하지 않는 소극적 행위로써 구현된다. 여기에서 부력 증가란 감소된 부력과 비교하여 증가한다는 것을 의미하며, 부력이 감소되기 전의 최초의 상태와 비교할 경우에는 부력이 회복한다는 것이 타당하다.

상기에 있어서, 상기 수평배수재는 압밀침하 이전에 주변 수원의 수위의 하부에 시공되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 수평배수재의 상부에 상기 수평배수재와 연결되며 그 횡단면이 폐곡선을 이루는 연직배수재가 마련되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 수평배수재는 그 높이를 달리하며 복수로 마련되는 것일 수 있다.

상기에 있어서, 상기 연약지반은 준설매립지반 또는 자연퇴적지반인 것일 수 있다.

상기에 있어서, 상기 수평배수재의 상부에 대체로 성토층이 마련된다. 통상적으로 성토층은 압밀침하 후 일부 제거될 수 있지만, 압밀침하 후 반드시 제거되어야 하는 것은 아니다.

먼저 본 발명의 기본 개념을 먼저 설명한다.

연약지반의 1차 압밀침하량은 도 3의 식에 의하여 산출된다.

따라서 유효재하하중 증분(ΔPv')이 증가하거나 감소하면 침하량 S가 변경된다.

도 4a 내지 도 4c를 통하여 유효재하하중 증분(ΔPv')의 변동을 살펴본다.

그림에서 r_t는 습윤단위 중량이며, r_sat는 포화단위 중량이며, r_sub는 수중단위 중량이다.

도 4a는 종래의 일반적인 성토하중 선행재하방식에 의하여 점토층의 상부에 5m 두께의 성토층을 시공하되, 성토층 중간에 수평배수재를 마련하는 것으로 하였 다. 수평배수재의 하부에 위치한 성토층은 일종의 복토층으로 해석될 수 있을 것이다.

또한 이때의 양수정은 사실상 집수된 물의 배출 정도의 역할에 그친다.

이러한 경우 유효재하하중 증분(ΔPv')은 15.4tonf/m²으로 계산된다.

도 4b 및 도 4c는 본 발명에 의한 선행재하공법의 개념을 설명한 것이다.

도 4b 및 도 4c에서는 도 4a와 마찬가지로 5m 두께의 성토층을 형성하나, 성토층의 하부에 수평배수재가 마련되도록 하였다.

또한 도 4c에서는 수평배수재에서 양수를 하지 않아 지하수의 수위가 수평배수재의 상부에 위치하고 있는 경우이며, 도 4b는 수평배수재에서 양수를 하여 지하수의 수위가 수평배수재의 직하부에 위치하도록 한 경우이다.

도 4b에서 유효재하하중 증분(ΔPv')은 18.4tonf/m²으로 계산된다. 즉 도 4a의 경우와 비교할 때 동일한 성토량과 수평배수재에 의할 경우에도 3tonf/m²의 증가가 발생하여 보다 효율적으로 유효하중을 증가시킬 수 있다. 물론 이와 같이 지하수위가 수평배수재의 직하부에 위치하도록 하기 위하여는 기본적으로 수평배수재가 주변 수원에 대하여 지수 또는 차수 처리가 되어야 한다.

또한 도 4c에서 유효재하하중 증분(ΔPv')은 15.4tonf/m²으로 계산된다. 도 4b에 비하여 3.0tonf/m²이 감소한다. 즉 도 4b와 동일한 상태임에도 불구하고 수평 배수재를 통하여 양수를 하는지 여부에 따라서 하부 연약지반(점토층)에 작용하는 유효응력이 증가 또는 감소하게 된다.

이와 같이 수평배수재를 통하여 물을 배출하는지 여부에 따라 그 부력이 조절되어 하부 연약지반에 작용하는 유효응력이 증감한다는 개념을, 본 발명은 도 4b의 상태를 선행재하에 의한 압밀침하 도중에 적용시키고, 도 4c의 상태를 선행재하에 의한 압밀침하 완료후에 적용시킴으로써, 하부연약지반에 작용하는 유효응력을 효과적으로 조절할 수 있게 된다.

도 5a 내지 도 5m은 준설매립지반에 적용된 본 발명의 일 실시례의 시공 순서를 경시적으로 도시한 도면들이다.

도 5a는 준설점토를 일부 매립한 상태이다. 이때 상부의 일부 준설점토는 후술하는 수평배수재의 시공을 위하여 제거될 수 있다.

도 5b는 수평배수재의 시공을 위하여 토목섬유를 분할시공하는 상태를 도시한 것이다.

도 5c는 수평배수재로부터 물을 배출하기 위한 양수정을 미리 설치하는 상태를 도시한 것이다. 또한 추후의 수평배수재의 시공을 위하여 분리막을 미리 시공할 수 있다. 즉, 수평배수재를 일정한 두께로 포설하기 위하여, 수평배수재가 포설되는 공간을 분리막이 둘러싸도록 설치한다.

도 5d는 분리막 내에 수평배수재를 포설한 상태를 도시한 것이다.

도 5e는 다시 일정높이까지 준설점토를 매립하는 상태를 도시한 것이다.

도 5f는 다시 수평배수재를 시공하기 위하여 토목 섬유를 포설하는 상태를 도시한 것이다.

도 5g는 상부에 위치한 수평배수재로부터 물을 배출하기 위한 양수정을 설치하는 상태의 도면이다.

도 5h는 상부의 수평배수재를 포설하는 상태를 도시한 것이다.

이때 상부의 수평배수재는 주변의 수원, 즉 해수로부터 지수되기 위하여 지수재를 그 가장자리에 함께 설치한다. 이때 지수재는 준설점토를 그대로 이용하였다. 이로써 수평배수재는 주변의 수원, 즉 해수로부터 지수 처리된다.

도 5i는 수평배수재의 상부에 성토층을 시공하는 상태이다.

도 5j 및 도 5k는 연직배수재를 시공하고 다시 성토하는 상태를 도시한 것으로서, 현장상황에 따라 연직배수재의 설치가 고려될 수 있으며, 경우에 따라서는 도 5j 및 도 5k의 상태는 생략될 수 있다.

도 5l은 성토층에 의하여 압밀침하가 일부 발생하는 상태를 도시한 것이다.

도 5m은 양수정을 통하여 수평배수재로부터 물을 배출한 결과 준설매립지반의 수위가 해수의 수위보다 낮아진 상태를 도시한 것이다.

이 상태는 도 4b의 상태에 대응하며, 이에 의하여 연약지반에 작용하는 유효하중이 증가하여 압밀침하가 발생한다.

이후 도 5m의 상태에서 설계된 압밀침하가 완료되면, 양수를 중지하게 되며, 이에 의하여 준설매립지반의 수위는 해수의 수위와 동일한 상태를 이루게 되며, 이 상태는 도 4c의 상태에 대응하게 된다. 따라서 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 감소로 지반에 작용하는 유효하중이 감소하고, 또한 하부 연약지반에 작용하는 유효응력이 감소되어 연약지반이 보다 안정화된다.

도 6a 내지 도 6c는 준설매립지반에 적용한 부력조절에 의한 선행재하공법의 여러가지 단면도이며, 도 7a 내지 도 7c는 자연퇴적지반에 적용한 부력조절에 의한 선행재하공법의 여러가지 단면도이다.

도 6 내지 도 7은 모두 수평배수재로부터 양수하기 직전의 상태를 도시한 것이다.

도 8a 내지 도 8f는 수평배수재와 연직배수재가 결합된 형태의 부력조절에 의한 선행재하공법의 도면들이다.

도 8a는 단면도이며, 도 8b는 도 8a의 A-A' 단면도, 즉 평면도이다.

도시된 바와 같이 수평배수재 상부의 준설점토는 연직배수재에 둘러쌓이게 된다.

따라서 수평배수재로부터 물을 양수할 때 수평배수재는 물론이며, 이와 연결된 연직배수재의 물이 빠지게 되며, 결과적으로 수평배수재의 상부의 준설점토 또한 완전한 배수 상태를 이루게 되어, 지반에 작용하는 유효하중이 증가될 수 있다.

이에 의하여 수평배수재와 그 상부에 시공된 준설점토 및 성토층이 완전한 배수를 이루게 되어, 부력 감소가 효과적으로 이루어지게 된다.

도 8c는 연직배수재의 전개도로써, 연직배수재와 이를 지지하는 지지기둥을 확인할 수 있다.

도 8d는 연직배수재의 종류에 따른 연직배수재와 지지기둥의 결합상태를 보이는 여러가지 평면도이다.

도 8e 및 도 8f는 재료에 따른 연직배수재의 단면을 보여주기 위한 도면이다.

도 8e는 확경형 팩을 이용한 경우로서, 확경형 팩의 내부에 모래 또는 쇄석을 충진하고, 확경형 팩은 촘촘한 그물망을 가로방향과 세로방향으로 주름을 잡아 압력을 받을 경우 확경이 되도록 한 것이다.

도 8f는 플라스틱 보드를 이용한 경우로서, 부직포에 감싸인 플라스틱 보드가 연직배수재로서 이용될 수 있다.

물론 연직배수재는 다양한 재료들이 알려져 있으며, 이러한 연직배수재는 본 발명에 용이하게 적용될 수 있다.

상기의 실시례들은 본 발명의 바람직한 실시례일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상은 당업자에 의하여 다양하게 변형 내지 조정되어 실시될 수 있다. 이러한 변형 내지 조정이 본 발명의 기술적 사상을 이용한다면 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

상기와 같이 본 발명은, 성토하중 선행재하공법을 참고하되 수평배수재의 역 할을 극대화하도록 하여, 연약지반의 상부에 지수 또는 차수 처리된 수평배수재를 마련하고 상기 수평배수재로부터 물을 배출함으로써 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 감소를 통하여 연약지반에 작용하는 유효하중을 증가시키고, 압밀침하 완료후에는 자연스럽게 수평배수재로부터의 물의 배출을 중지하여 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 증가를 통하여 연약지반에 작용하는 유효하중을 감소시키도록 하여, 일반적인 성토하중 선행재하공법에 비하여 보다 작은 양의 성토가 필요하며, 이에 의하여 대량의 토사 운반이 불필요하게 되며, 또한 압밀침하 완료 후에도 성토 제거가 거의 불필요한 새로운 선행재하공법을 제공한다.

즉, 본 발명은 연약지반의 개량 설계시부터 수평배수재를 통한 양수로 감소되는 부력 만큼을 재하하중으로 고려할 수 있으므로, 성토층의 두께를 감소시키거나 생략할 수 있다.

또한 본 발명은 과재성토량과 공사기간을 줄일 수 있으며, 지반을 과압밀하는 것이 용이함으로써 2차압밀을 줄일 수 있으며, 또한 토공의 이동을 최소화하여 공사용 분진을 줄일 수 있다.

Claims (8)

1. 연약지반의 상부에 하중을 미리 재하시켜 압밀침하를 유도하는 선행재하공법에 있어서,

   상기 연약지반의 상부에 수평배수재와 상기 수평배수재로부터 물을 배출하기 위한 양수정을 시공하며,

   상기 수평배수재를 주변의 수원에 대하여 지수 또는 차수 처리하며,

   상기 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 감소로 상기 연약지반에 작용하는 유효하중을 증가시켜 상기 연약지반의 압밀침하를 유도하기 위하여 상기 양수정을 통하여 상기 수평배수재로부터 물을 배출하며,

   상기 연약지반의 압밀침하 후 상기 수평배수재는 주변 수원의 수위의 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 부력조절에 의한 선행재하공법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수평배수재로부터 물을 배출할 때 상기 수평배수재에서의 물의 수위가 상기 수평배수재의 중간부보다 낮게 유지되도록 물을 배출하는 것을 특징으로 하는 부력조절에 의한 선행재하공법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 연약지반의 압밀침하 후 상기 수평배수재로부터 물의 배출을 중지하여 상기 수평배수재 이상에 위치한 시공물의 부력 증가로 상기 연약지반에 작용하는 유효하중이 감소되는 것을 특징으로 하는 부력조절에 의한 선행재하공법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 수평배수재는 압밀침하 이전에 주변 수원의 수위의 하부에 시공되는 것을 특징으로 하는 부력조절에 의한 선행재하공법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 수평배수재의 상부에 상기 수평배수재와 연결되며 그 횡단면이 폐곡선을 이루는 연직배수재가 마련되는 것을 특징으로 하는 부력조절에 의한 선행재하공법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 수평배수재는 그 높이를 달리하며 복수로 마련되는 것을 특징으로 하는 부력조절에 의한 선행재하공법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 연약지반은 준설매립지반 또는 자연퇴적지반인 것을 특징으로 하는 부력조절에 의한 선행재하공법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 수평배수재의 상부에 성토층이 마련되는 것을 특징으로 하는 부력조절에 의한 선행재하공법.

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