KR20100039994A

KR20100039994A - 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법

Info

Publication number: KR20100039994A
Application number: KR1020080099015A
Authority: KR
Inventors: 심재금; 양기석
Original assignee: 주식회사 한국항만기술단
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-04-19
Also published as: CN101519870B; KR101006082B1; CN101519870A

Abstract

본 발명은 대나무망을 이용한 표층처리공법에 있어서, 현장에서 대형 평판재하시험을 통한 복토 두께별 지지력을 평가함으로써, 시공장비별, 보강재별, 복토두께별, 허용지지력의 상호관계를 도출하고, 기존에 제시된 이론식을 이용한 허용지지력 분석을 통하여 현 이론식의 적용성과 대나무망 공법의 효율성 분석 및 경제적이고 안정적인 표층처리 설계 및 설치의 기초자료로 활용하고자 한 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법은 본 발명에서 제안하는 설계방안을 바탕으로 하여 대나무망을 설계하는 단계; 상기 설계방안으로 설계된 적정한 간격의 대나무망과 복토두께를 감안하여 대상 연약지반에 대나무망을 설치하는 단계; 상기 대나무망의 적어도 어느 한 모서리에 섶말뚝을 관입하는 단계; 상기 대나무망 상에 분리용 토목섬유를 포설하는 단계; 상기 분리용 토목섬유 상에 토사를 포설하여 복토층을 조성하는 단계; 상기 복토층 상에 모래를 포설하여 사질토층을 조성하는 단계; 상기 대나무망이 포설된 연약지반을 평판 재하시험하여 연약지반의 지지력을 확인하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

대나무망, 연약지반, 표층처리공법

Description

대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법{The soft foundation surface processing method of construction for which bamboo net was used}

본 발명은 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 관한 것으로, 특히 대나무망을 이용한 표층처리공법에 있어서, 기존의 야마노우치 제안식과 경험적으로 설계 및 설치된 대나무망에 현장 대형 평판재하시험을 통한 복토 두께별 지지력을 평가함으로써, 시공장비별, 보강재별, 복토 두께별, 허용지지력의 상호관계를 도출하고, 기존에 제시된 야마노우치 이론식을 이용한 허용지지력 분석을 통하여 현 이론식의 적용성과 대나무망 공법의 효율성 분석 및 경제적이고 안정적인 표층처리공법의 기초자료로 활용하고자 하는 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 관한 것이다.

최근, 대규모의 신항만, 신공항, 신도시, 공업단지 및 농업용지 확보를 위한 해안매립과 해안지대를 점유하는 공업단지 및 도로건설이 활발하게 이루어지고 있으나, 과거의 매립 공사와 달리 환경적 문제와 경제적인 이유로 육상 매립토의 확보가 어려워, 준설토를 적극적으로 활용하고 있는 실정이다.

그러나 준설 매립토와 준설토 투기장을 활용하여 조성된 지반은 준설 매립 후, 10여 년 이상 장기간동안 방치하더라도 자연건조에 의해 표층부만 굳어져 인원의 단순한 출입은 가능하지만 별도의 표층처리를 하지 않고서는 지반개량을 위한 장비의 진입이 어려운 단점이 있다.

일반적으로 이러한 현장의 경우 1∼2년 방치 후, 지반개량을 하고 있으나, 공사기간 및 시공성이 매우 불리하다.

따라서, 이를 개선하기 위해 표층에 토목섬유를 포설하고, 초습지용 불도저를 이용하여 토사를 포설하거나, 벨트 컨베이어 또는 고압으로 모래를 살포하는 방법, 표층을 전체적으로 고결화시키는 방법, 수평진공 압밀공법 등 여러 가지 표층처리공법이 적용되고 있다.

그러나 복토 두께가 불균등할 경우 과도한 인장응력과 상향의 큰 압력을 받게 되어 액상상태의 준설 매립토가 순간적으로 지표로 유출하거나 장비의 전도 또는 매몰되는 등의 안전사고가 발생한다.

여기서, 상기한 표층처리공법 중 토목섬유(Geotextile)공법은 연약지반 상에 포설하는 토목섬유 자체의 인장력을 발휘하여 과대한 지반변형을 억지하고, 지반의 지지력을 증대시켜 장비의 주행성(Trafficability)을 확보하기 위하여 지반을 토목섬유로 보강하는 공법이다.

상기한 토목섬유공법은 1∼2년 정도 자연 건조한 준설매립토 상부에 인력으로 토목섬유를 포설한 후, 그 위에 소형장비로 양질의 토사를 단계적으로 복토하여 지반개량용 중장비를 통행 가능하게 할 수 있는 공법으로 표층처리공법 중 가장 널리 사용되는 방법으로 풍부한 시공 경험 및 실적이 있다.

상기한 토목섬유공법은 토목섬유의 재료특성상 휨 강성이 거의 없어 성토시 연약지반의 소성 유동을 억제할 수가 없으며, 지표면의 거동과 연동하여 수직적으로 변화하기 때문에 장비의 주행성 및 안정성 확보가 곤란하다.

따라서, 토목섬유와 지반의 마찰력이 급격하게 저하되어 필요한 인장 강도의 발현이 지연되고, 국부적으로 성토재의 함몰성 침하가 발생한다.

또한, 복토를 균등하게 포설하여도 연직배수재의 시공시 시공구간과 미시공구간에 작용 응력 차이로 단차가 발생하여 경우에 따라서는 장비함몰 등 안전시공을 저해하는 요소가 생길 수 있다.

표층처리용 복토는 장비하중을 균등하게 분산시키는 것이 주목적이므로 동일한 두께로 포설되어야 지반공학적 해석논리에 부합되나, 일반적으로 시행되는 불도저에 의한 복토 포설 방법으로는 기존 지반과의 인접부 시공시 함몰 가능성이 상존하고 있다.

또한, 복토재의 공급과 포설시 관련 장비의 반복적인 운행에 따라 하부지반에 피로 응력이 누적되고, 이어서 성토 진행방향으로 소성 유동이 현저하게 발달하여 하부지반의 완전교란은 물론, 복토의 두께도 상당히 두꺼워져 불균등한 복토 포설의 원인이 될 수 있다.

상기한 표층처리공법 중 대나무망 공법은 휨 강성이 크고 인장과 비틀림 저항성이 강한 대나무의 역학적, 재료적인 장점을 이용하여 연약지반 개량시 국부파괴 및 불규칙 침하를 억제하는 공법으로, 준설토 투기장 등의 준설매립지반 개량에 선행하여 시공하고 있는 기존의 토목섬유를 이용한 표층처리공법의 문제점을 개선 하고, 경제적이며, 시공의 안정성을 확보할 수 있도록 고안된 공법이다.

즉, 상기한 토목섬유공법은 넓은 부지를 몇 장의 토목섬유로 효과적으로 보강하는 것은 상당한 어려움을 내포하고 있다.

대나무는 우리나라에 다량으로 재배되고 있거나, 자생하고 있어 구득이 쉽고, 건설재로서의 재료적 특성도 우수하다.

표층처리공법 본래의 목적을 효과적으로 달성하기 위한 대나무망 공법의 특징은 다음과 같다.

① 지반개량 품질성능의 향상

대나무망 시공으로 기존의 토목섬유 단독으로 적용하는 공법보다 지반의 소성 유동을 최소화할 수 있으므로 장비의 안정탑재에 필요한 복토 두께를 최소화할 수 있다.

또한, 대나무망 포설 후 인원이 직접 진입할 수 있으므로 실무적으로 어려웠던 준설매립지반의 초기값에 대한 조사가 가능하여 효율적인 시공관리, 심층개량시공 관리기준 값 설정 및 고품질의 지반개량이 가능하다.

한편, 복토시에는 기존의 공법에 비하여 일률적으로 균등하게 포설할 수 있으므로 균등한 수평배수층의 형성이 가능하여 불필요한 복토 단면을 줄일 수 있다. 지반개량 전의 지반고와 초기의 지반특성을 측정할 수 있으므로 계측관리의 신뢰성을 제고할 수 있어 지반개량의 품질 향상이 가능하다.

② 시공성 향상

표층부의 강도를 조기에 향상시킬 수 있고, 측방 유동을 최소화시킬 수 있으 므로 준설매립 후 표면건조를 위한 방치기간을 단축할 수 있다.

또한, 대나무망의 제작이 단순하고, 복토 포설시 육안 관찰시공이 가능하므로 시공관리가 용이하며, 복토가 한 방향으로 집중되는 현상을 방지할 수 있으며, 균등 포설이 가능하므로 연약층의 유동을 최소화할 수 있다.

③ 경제성 제고

대나무의 강성을 최대한 활용하기 때문에 복토 두께가 기존의 공법보다 얇아지고 균등한 포설이 가능하므로 시공속도가 빨라 공사기간이 전체적으로 약 30% 정도 단축된다.

복토 두께 및 모래의 포설 두께가 감소되므로 공사기간의 단축과 경제적인 시공을 동시에 확보할 수 있다.

상기한 바와 같은 장점을 갖는 대나무망을 이용한 표층처리공법의 설계는 경험에 의존하거나 야마노우치(Yamanouchi)의 제안식을 이용하여 산정하고 있다.

야마노우치는 연약지반 상에 지오-넷(Geo-net) 포설 및 복토완료 후, 복토 상단에서 재하시험시의 하중강도와 침하량과의 관계에서 어느 하중 강도에서 변곡점이 나타나 지지력이 재발현됨을 발견하였다.

즉, Prandtl류의 지지력 이론에 따르면, 하중직하의 쐐기대가 네트에 닿고 네트를 통해서 새로운 형태의 쐐기대가 형성되는 것을 의미한다.

이것을 이용하여 네트공법을 상층이 복토, 하층이 연약지반인 2층계 지반으로 모델화하여 지지력식을 제안하였다.

또한, 대나무망을 이용한 표층처리공법의 야마노우치의 지지력 이론에 대한 야마노우치의 제안식은 연직배수재 장비주행이 매트 보강효과를 고려한 지지력 모델로써 대상지반의 경우 S_a, r, D_f의 영향이 무시되므로 지반의 허용지지력은 아래와 같이 표현된다.

야마노우치의 복토 후 네트 지지력 모델

여기서, Fs: 단기안전율(=2.0), d: 복토두께, b: 접지폭, c: 원지반 점토의 비배수 전단강도(tf/㎡), Tall: 보강재 허용인장력, θ: 보강재가 수평면을 이루는 각(=20°)

상기한 야마노우치 제안식에서 θ는 D_f, r과 함께 재하상태의 변형형상과 관련된 계수로서, 지지력의 산정결과를 크게 좌우하는 부분이나, 현재까지는 D_f, r, θ의 값이 이론적으로 명확히 정립되어 있지 않고, 정량적으로 계측된 결과 역시 부족하므로 실제로는 추정치를 적용하고 있는 실정이다.

또한, 보강재의 인장력 적용 각도는 토목섬유 시공시의 외국사례에 의한 값을 적용하고 있으나, 강성재인 대나무를 인장재로 고려하여 설계할 경우 인장력 적용 각도에 대한 검토가 필요하다.

D_f, r, θ값 중 인장력의 크기를 좌우하는 θ의 값에 대해서는 판정강(坂井强, 1990)의 변형단면 관측연구 결과로부터 θ - c의 관계도에서 구하거나, 재하중에 의해 지반이 침하되는 형태로부터 기하학적으로 θ을 구하는 방법이 있다.

그러나 지반의 침하형태로부터 구하는 방법은 지반의 침하 형태를 원 또는 직선으로 가정하고, 접근해야 하므로 대상지반의 특성을 반영하기 힘든 단점이 있다.

따라서, 상기한 대나무망으로 보강된 지반의 지지력의 평가를 위해 야마노우치의 지지력 평가식을 이용하였으나, 재료 자체의 특성상 토목섬유는 인장재인 반면 대나무망은 강성재라는 역학적 차이점이 있으므로, 향후 연구를 통한 기존 제안식의 수정보완의 필요성이 제기되었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 대나무망을 이용한 표층처리공법에 있어서, 현장에서 대형 평판재하시험을 통한 복토 두께별 지지력을 평가함으로써, 시공장비별, 보강재별, 복토두께별, 허용지지력의 상호관계를 도출하고, 기존에 제시된 야마노우치 이론식을 이용한 허용지지력 분석을 통하여 현 이론식의 적용성과 대나무망 공법의 효율성 분석 및 경제적이고 안정적인 표층처리 설계 및 설치의 기초자료로 활용하고자 한 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법은 토양의 상태가 매우 연약한 자연 연약지반 또는 매립지와 같은 인공 연약지반에 건설중장비의 안전 통행용 통행로를 확보하기 위한 연약지반의 표층부를 보강할 때 소요 자재비를 절감할 수 있고, 연약지반에 건설중장비용 통행로의 안정도를 높일 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리 상태를 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리 상태를 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 통죽 섶말뚝을 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 쪽대 섶말뚝을 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 모래말뚝을 도시한 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 쪽대 섶말뚝의 심부에 모래가 충전된 상태를 도시한 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 갈대 섶말뚝을 도시한 사시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 대나무망의 직조상태를 도시한 예시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 평판재하시험장치를 이용하여 재하시험을 시행하는 과정을 도시한 흐름도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법은 본 발명에서 제안하는 설계방안을 바탕으로 하여 대나무망(B)을 설 계하는 단계; 상기 설계방안으로 설계된 적정한 간격의 대나무망(B)과 복토두께를 감안하여 대상 연약지반(G)에 대나무망(B)을 설치하는 단계; 상기 대나무망(B)의 적어도 어느 한 모서리에 섶말뚝(P)을 관입하는 단계; 상기 대나무망(B) 상에 분리용 토목섬유(F)를 포설하는 단계; 상기 분리용 토목섬유(F) 상에 토사를 포설하여 복토층(C)을 조성하는 단계; 상기 복토층(C) 상에 모래를 포설하여 사질토층(S)을 조성하는 단계; 상기 대나무망(B)이 포설된 연약지반(G)을 평판 재하시험하여 연약지반(G)의 지지력을 확인하는 단계로 이루어진다.

즉, 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법은 본 발명에서 제안된 설계방안으로 대나무망(B) 설계 및 설치, 섶말뚝(P) 타입, 분리용 토목섬유(F) 포설, 복토층(C) 조성 및 사질토층(S) 조성, 평판재하시험에 의한 지지력 확인을 순차적으로 시행하여 연약지반(G)에 건설 중장비의 안전통행을 위한 통행로를 확보함과 동시에 보강재의 경제성 확보 및 건설 중장비용 안전 통행로의 조기 구축을 도모함을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명에서 제안하는 설계방안을 바탕으로 하여 대나무망(B)을 설계하는 단계이다.

이어서, 상기한 설계방안으로 설계된 적정한 간격의 대나무망(B)과 복토두께를 감안하여 대상 연약지반(G)에 대나무망(B)을 설치하되 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 대상 연약지반(G)에 대나무망(B)을 설치하고, 상기 대나무망(B)의 적어도 어느 한 모서리에 섶말뚝(P)을 관입하고, 상기 대나무망(B) 상에 분리용 토목섬유(F)를 포설한 후, 상기 분리용 토목섬유(F) 상에 토사를 포설하여 복토층(C)을 조성한 후, 상기 복토층(C) 상에 모래를 포설하여 사질토층(S)을 조성한다.

여기서, 상기 대상 연약지반(G)에 대나무망(B)의 설치는 통죽(10)과 상기 통죽(10)의 망목을 통해 관입되는 섶말뚝(P)으로 구성된 대나무망(B)을 설치한다.

특히, 상기 섶말뚝(P)은 통죽(10), 쪽대(12), 갈대(14), 모래말뚝(15) 중의 어느 하나로 구성되거나 상기 섶말뚝(P)의 내측 중앙부에 모래(19)가 충전된다.

즉, 다수의 통죽(10)을 다발화하여 강선(16)으로 묶은 것으로 통죽(10)은 되도록 이면 길이가 일정한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 통죽(10)의 길이에 차이가 나서 하단이 부분적으로 뾰족한 통죽(10)이 있는 경우에는 선단 지지력에 문제가 생겨 지중에 타입했을 때 경시적으로 부분침하가 일어나고, 상단이 불균일하면 복토층(C)의 부분적 강도 저하현상이 나타날 것이 예상되기 때문이다.

또한, 상기 섶말뚝(P)을 길이가 일정한 쪽대(12)를 다발로 묶어서 사용할 수 있고, 모래(19)가 충전된 부분에 여러 겹의 쪽대(12)를 다발로 묶어서 사용할 수도 있으며, 갈대(14)로 만든 섶말뚝(P)을 사용할 수도 있으며, 대나무와 갈대(14)를 혼용한 것, 포대에 모래가 충전된 모래말뚝(15)이나 통죽(10)이나 갈대(14) 섶말뚝(P)의 소재 사이에 모래(19)를 충전한 것 등을 사용할 수도 있음을 밝혀둔다.

이러한 섶말뚝(P)의 이론적 근거는 압밀에 관한 바론의 이론(Barron's theory)이다.

바론의 이론에 의하면 연직배수공법을 적용할 때 압밀침하에 소요되는 시간은 배수재의 관입시 영향원 유효직경의 자승에 비례하므로 배수재인 섶말뚝(P)의 지름을 크게 하고, 관입 간격을 넓게 하는 것보다는 지름을 작게 하고 조밀하게 관 입하는 것이 이론에 더 부합된다.

따라서, 본 발명에 따른 섶말뚝(P)은 상기한 점을 충분히 반영하여 건설중장비의 도움없이 인력만으로도 충분히 관입할 수 있도록 섶말뚝(P)용 통죽(10)은 가는 것을 적용하고, 굵은 통죽(10)은 쪽대(12)로 만들어 적용하며, 갈대(14)는 그대로 사용한다.

특히 통죽(10)의 강점은 휨에 대한 응력과 인장강도가 우수하고 속이 비어 가볍기 때문에 취급이 용이한 자연재료로서 쪽대(12)와 갈대(14)와 함께 매우 환경친화적이다.

상기한 섶말뚝(P)은 재료의 형태가 어떠하든 간에 소재 사이에 빈틈이 많아 연약지반(G)에 관입하면, 그 주변 연약지반(G)을 사방으로 압박하면서 동시에 그곳으로 지하수가 유입되어 상부로 배수시키는 기능을 한다.

이와 같이 섶말뚝(P)에 의한 배수작용에 따라 연약지반(G)의 함수율이 급격히 낮아지므로 조기에 표층지반이 강화되는 효과가 있다.

다음으로, 섶말뚝(P)과 통죽(10)의 종, 횡대를 사용하여 연약지반(G)의 건설 중장비용 통행로를 확보하기 위한 보강작업을 순서대로 설명한다.

우선, 장척의 통죽(10)의 종, 횡대를 격자상으로 가지런히 배열하고 이들의 교차점을 강선(16)으로 단단히 묶어 대나무망(B)을 짠다.

여기서 종, 횡대용 통죽(10)은 굵을수록 휨응력이 크기 때문에 사용상 유리하나 인력에 의한 작업일 경우 직경 3∼7㎝가 유리하다.

이와 같이 엮은 대나무망(B)은 통죽(10) 자체의 탄력과 철근콘크리트구조에 서의 철근과 같은 망 엮음효과에 의하여 그 위에 실리는 건설 중장비와 복토층(C) 및 사질토층(S)의 하중을 균등하게 분산시키는 역할과 함께 이들을 견고하게 지지하여 요철 현상을 최소화하는데 유효하고 통행로 확보와 그 후의 건설 중장비 운용에도 큰 역할을 할 뿐만 아니라 종래의 토목섬유(F) 구조보다도 복토의 두께를 균등하고 얇게 조성할 수 있는 등 품질과 공사비 면에서도 훨씬 유리하다.

상기한 대나무망(B)의 망목은 뻘의 상태 및 적용할 건설중장비 등의 시공조건에 따라 조정할 수도 있다.

이어서, 상기 대나무망(B)이 설치된 장소에서 각 대나무망(B)의 망목의 적어도 어느 한 모서리에 섶말뚝(P)을 타입한다.

여기서, 상기 섶말뚝(P)은 상술한 바와 같이 다량의 지하수가 함유되어 인력의 출입이 곤란한 표층의 지중수, 즉 간극수를 조기에 지표로 배출시키는 압밀작용으로 연약지반(G)의 표층을 단단한 조직력으로 개선하여 대나무망(B)만 포설할 경우에 나타나기 쉬운 뻘의 소성유동을 최소화하고 복토층(C)의 단면두께를 균등하게 형성하기 위한 인력과 경량장비의 조기투입을 가능하게 한다.

이는 일반적으로 지반개량시 많이 이용되고 있는 드레인공법과 같은 원리이다.

한편, 연약지반(G) 표층은 고함수 상태여서 작업자의 진입마저도 상당히 어려운 실정이다.

이러한 연약지반(G)에는 대나무망(B)을 먼저 부설하고, 이를 발판으로 삼아 현장여건에 부합되는 자재로 만든 섶말뚝(P)을 관입한다.

물론 인력출입이 가능한 지반에서는 섶말뚝(P)부터 격자간격을 두고 정연하게 타입한 후 대나무망(B)을 부설할 수도 있다.

상기한 바와 같이 대나무망(B)에 섶말뚝(P)을 타입하여 지반을 조성한 후 상기 대나무망(B) 위에 분리용 토목섬유(F)를 포설한다.

이때 분리용 토목섬유(F)는 복토시 대나무망(B)의 격자공간(망목)으로 흘러내려서 뻘과 섞이는 것을 효과적으로 방지하기 위함이다.

이 경우 분리용 토목섬유(F)는 대나무망(B)에 의해 지지되기 때문에 종래의 일반 토목섬유(F) 보다도 낮은 강도의 토목섬유(F)를 사용할 수가 있다.

이어서, 상기 분리용 토목섬유(F) 위에 복토층(C)을 조성하고, 상기 복토층(C) 위에 모래(19)를 포설하여 사질토층(S)을 조성하면 의도한 바와 같은 건설 중장비가 통행할 수 있는 통행로를 확보할 수 있다.

이어서, 상기 대나무망(B)이 포설된 연약지반(G)을 평판 재하시험하여 연약지반(G)의 지지력을 확인하는 단계는 연약지반(G) 상에 대나무망(B)이 포설된 상태에서 이 포설된 연약지반(G)을 평판 재하시험하여 연약지반(G)의 지지력을 확인한다.

여기서, 상기 연약지반(G) 지지력 산정은 재하판의 종류를 선택하는 단계; 평판재하시험의 대상 연약지반(G)의 지점을 산정하는 단계; 평판재하시험장치를 준비하는 단계; 대상 연약지반(G)의 물리적인 성질을 측정하는 단계; 대상 연약지반(G)면까지 지반을 굴착하는 단계; 재하면을 정형(수평 및 고르기)하는 단계; 재하판을 설치하는 단계; 재하장치를 조립하는 단계; 변위 측정장치를 조립하 는 단계; 예비시험하중을 가하고 침하량을 측정하는 단계; 하중측정장치의 영점을 조정하는 단계; 변위측정장치의 영점을 조정하는 단계; 시험하중을 단계적으로 가하여 그때의 침하량을 측정하는 단계; 극한, 항복하중상태 또는 최대하중까지 단계적으로 재하와 침하측정을 하는 단계; 상기한 측정값 정리 및 분석하는 단계로 이루어진다.

또한, 상기 분석단계는 각 경우에 대한 지반의 비배수 전단강도(Cu), 대나무망(B)에 대한 재하시험에서 얻어진 지지력비(BCR), 각 조건별 대나무망(B)의 강성의 상호관계 평가를 통해 최적의 회귀분석식을 이용하여 지지력을 산정한다.

또한, 상기 지지력비(BCR)= 4.4909(H/S)^0.6153로 이루어진다.

상기한 바와 같은 평판 재하시험 결과 일반적으로 허용지지력은 설계자가 하중조건, 지반조건 등을 종합적으로 판단하여 정역학적인 지지력 계산방법에 의하여 지지력을 추정하나, 재하시험 결과에 의해서 허용지지력을 산정할 때는 대체로 극한하중을 안전률로 나누어서 구한다.

또한, 현장여건에 따라 장기 허용지지력은 항복하중강도/2 또는 극한하중강도/3중 작은 값을 채택하여, 단기 허용지지력은 항복하중 강도를 채택한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 단기 허용지지력은 장기 허용지지력의 두 배로 보는 방법이 가장 일반적인 방법이다.

본 발명에서 대상으로 하는 표층처리공법의 경우 현장여건을 고려해 볼 때 구조물 기초 등의 장기 허용지지력 개념이 아닌 지반개량 공법 적용을 위한 장비의 주행성 확보가 목적이므로 단기 허용지지력 개념으로 보는 것이 보다 합리적이다.

따라서, 본 발명에서는 지반의 허용지지력 산정시 단기 개념의 허용지지력을 적용하였다.

한편, 본 발명에서는 원지반 조건이 동일하다는 가정하에 표층처리공법 재료로 사용된 분리용 토목섬유와 대나무망의 성능차이를 비교하는 것이 합리적이므로 원지반 허용지지력을 보정한 후에 보강재에 의한 지지력을 더하여 허용지지력 값을 정규화하였다.

따라서, 현장에서 시행한 대형 평판재하시험 자체에서 산정한 허용지지력은 단기 허용지지력 값이지만, 본 발명에서 평가시 사용된 허용지지력은 정규화된 허용지지력을 사용하였다.

본 발명에서 사용한 장비접지압 및 허용지지력은 모두 원지반에 작용하는 것을 기준으로 비교하였으며, 복토두께는 실제 시험시 측정된 0.4∼1.95m 값을 사용하였다.

또한, 대나무망(B)을 사용한 경우에 대해서 산정한 허용지지력이 장비접지압의 1.4∼1.6배로 나타나, 지지력 조건을 만족하는 것으로 판단된다.

특히, 본 발명의 평판 재하시험의 목적은 대나무망으로 보강된 지반의 지지력 평가를 위한 것으로서, 현장에서 장비조건별 복토단계가 모델링된 시험을 통한 관계식의 산정은 의미가 크다고 할 수 있다.

또한, 본 발명의 보강효과 분석에서는 각 보강재 별로 지반의 허용지지력에 미치는 보강효과를 알아보기 위하여 다음과 같이 지지력 비를 산정하였다.

즉, 지지력 비란 보강 전 이론 허용지지력과 보강 후 실측 허용지지력과의 비율로서, 지지력의 비가 클수록 보강재의 보강효과가 크게 작용하고 있음을 알 수 있다.

BCR = q_a/q_o

여기서, BCR: 지지력 비(Bearing Capacity Ratio)

qa: 대형 평판재하시험으로부터 구한 하용지지력

qo: 보강전 이론 허용지지력

표 1

보강방법	규격	복토고 (m)	비배수 전단강도 (tf/㎡)	실측허용지지력 (tf/㎡)	보강전 허용지지력 (tf/㎡)	지지력비 (BCR)	야마노우치 지지력	장비접지압 (tf/㎡)
토목섬유	15t/m	0.95	0.53	3.90	1.40	2.78	4.06	2.28
	15t/m	1.30	0.53	5.35	1.40	3.81	4.68	2.99
	15t/m	1.94	0.53	6.64	1.40	4.73	5.82	5.55
	15t/m	1.00	0.54	5.17	1.43	3.61	5.43	2.35
대나무망	0.5×0.5	1.00	0.23	3.61	0.61	5.92	9.03	2.35
	1.0×1.0	0.95	0.33	3.63	0.87	4.15	5.40	2.28
	1.0×1.0	1.45	0.33	5.35	0.87	6.12	6.58	3.19
	1.0×1.0	1.95	0.33	6.75	0.87	7.72	7.76	5.55
	1.25×1.25	0.95	0.37	3.92	0.98	4.00	4.80	2.28
	1.25×1.25	1.25	0.37	5.00	0.98	5.10	5.43	2.93
	1.0×1.0	0.60	0.46	3.97	1.22	3.25	6.79	1.92
	1.0×1.0	1.00	0.31	3.89	0.82	4.74	7.69	2.35
	0.7×0.7	0.40	0.27	2.09	0.72	2.92	7.05	1.82
	0.7×0.7	1.00	0.27	3.44	0.72	4.81	10.07	2.35

각 보강재 지지력 비 산정결과, 대나무망의 경우 BCR = 2.92∼7.72 정도로 보강효과가 크게 나타났고, 토목섬유(15tf/m)의 경우에는 BCR = 2.78∼4.73 정도로 작게 나타났다.

따라서, 각 복토단계별 허용지지력을 산정한 결과 대나무망으로 보강된 구역의 허용지지력이 토목섬유만으로 보강된 구역보다 약 1.5배 정도 크게 나타났다.

이하, 본 발명의 허용지지력 산정결과를 야마노우치의 제안식과 비교 설명한다.

동일한 조건의 비교분석을 위하여 대형평판의 실측값과 재하판의 크기를 하중작용 폭으로 고려하여 산정한 야마노우치의 제안식에 의한 값과 적용 장비접지압을 도시화하면 다음과 같다.

상기한 그림에서 제시된 바와 같이, 허용지지력의 크기는 대형 평판재하시험에 의한 실측값 그리고 적용장비에 따른 장비접지압의 순으로 작아지고 있으며, 실 측값이 소요의 장비접지압을 상회하고 있으므로 적용에 무리는 따르지 않을 것으로 판단되나, 대나무망 표층처리 설계시 야마노우치 제안식만으로만 산정한다면 허용지지력의 크기가 과대평가가 이루어져 시공관리상 문제점이 도출될 수 있을 것이다.

기존의 야마노우치 지지력 평가식을 통해 실측결과를 비교한 결과, 대나무와 같은 강성재를 보강재로 사용하는 경우에 대한 현행의 야마노우치 지지력 평가식의 적용성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.

이는 토목섬유와 같은 보강재는 일정한 변형이 발생했을 때 최대의 힘(인장력)을 발휘하여 보강효과를 나타내는 인장재인 반면, 대나무망과 같은 보강재는 인장재라기 보다는 강성으로 지반지지력을 증대시키는 강성재로서 인장력에 의한 토목섬유와는 달리 인장력 외의 강성효과 등에 의한 보강효과를 기대할 수 있는 등의 역학적 차이점에 기인한다고 판단된다.

따라서, 본 발명에서는 대나무망 도입에 따른 대나무의 재료적 특성을 고려할 수 있는 다음의 지지력 평가식을 정립한다.

BCR = 4.4909(H/S)^0.6153

H/S: 복토고와 대나무 간격의 비

H: 복토고(m)

S: 대나무 간격(m)

BCR = q_a/q_o

BCR: 지지력 비(Bearing Capacity Ratio)

qa: 보강지반의 하용지지력

qo: 무보강지반의 허용지지력

qo= c_uN_c/F_s

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 지지력 산정은 현장에서 대형 평판재하시험을 통한 복토 두께별 지지력을 평가하고, 기존에 제시된 야마노우치의 이론식을 이용하여 허용지지력을 비교 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

현장 재하시험에서 얻어진 보강재별 허용지지력이 현재의 야마노우치 이론식 에 의한 예측값보다 작게 측정되는 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 대형 평판재하시험을 통한 보강재별 지지력 비 산정결과 대나무망의 경우 보강효과가 크게 나타났고, 토목섬유(15tf/m)의 경우가 작게 나타나 대나무망이 토목섬유보다 지지력 보강효과가 1.5배 정도 뛰어난 것으로 판단된다.

이론식을 사용하여 복토 두께별 허용지지력을 산정한 결과, θ값 적용시 기존에 일반적으로 적용하던 값인 20°보다는 7°를 적용한 경우가 현장 실측값에 더욱 가깝게 나타난 것으로 보아, 기존의 야마노우치 이론식의 θ값 적용시 다소 과대평가된 것으로 판단된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법은 연약지반(G)의 길이방향으로 작용하는 외력에 대한 강도가 우수하고, 부식에 대한 내력도 우수하며 지중에 방치되더라도 토양과 지하수를 오염시킬 우려가 없는 통죽(10)이나 쪽대(12) 또는 갈대(14)의 적어도 1종 또는 2종으로 이루어진 섶말뚝(P)과 연약지반(G)에 종힝용 통죽(10)을 격자상으로 배열하여 교차점을 얽어매고 이들에 의하여 형성되는 격자형 대나무망(B)의 모서리에 상기한 섶말뚝(P)을 타입하여 고정하며, 상기 대나무망(B) 위로 분리용 토목섬유(F)와 복토층(C) 및 사질토층(S)의 순으로 조성한 연약지반(G) 표층 보강구조로서 토양의 상태가 매우 연약한 자연 연약지반(G) 또는 매립지와 같은 인공 연약지반(G)에 건설중장비의 안전 통행용 통행로를 확보하기 위한 연약지반(G)의 표층부를 보강할 때 소요 자재비를 절감할 수 있고, 연약지반(G)에 건설중장비용 통행로의 안정도가 높은 작용효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리 상태를 도시한 평면도,

도 2는 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리 상태를 도시한 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 통죽 섶말뚝을 도시한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 쪽대 섶말뚝을 도시한 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 모래말뚝을 도시한 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 쪽대 섶말뚝의 심부에 모래가 충전된 상태를 도시한 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 갈대 섶말뚝을 도시한 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 대나무망의 직조상태를 도시한 예시도,

도 9는 본 발명에 따른 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법에 사용되는 평판재하시험장치를 이용하여 재하시험을 시행하는 과정을 도시한 흐름도.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

10: 통죽 12: 쪽대

14: 갈대 15: 모래말뚝

16: 강선 18: 튜브

19: 모래 B: 대나무망

C: 복토층 F: 토목섬유

G: 연약지반 P: 섶말뚝

S: 사질토층

Claims

본 발명에서 제안하는 설계방안을 바탕으로 하여 대나무망(B)을 설계하는 단계;

상기 설계방안으로 설계된 적정한 간격의 대나무망(B)과 복토두께를 감안하여 대상 연약지반(G)에 대나무망(B)을 설치하는 단계;

상기 대나무망(B)의 적어도 어느 한 모서리에 섶말뚝(P)을 관입하는 단계;

상기 대나무망(B) 상에 분리용 토목섬유(F)를 포설하는 단계;

상기 토목섬유(F) 상에 토사를 포설하여 복토층(C)을 조성하는 단계;

상기 복토층(C) 상에 모래를 포설하여 사질토층(S)을 조성하는 단계;

상기 대나무망(B)이 포설된 연약지반(G)을 평판 재하시험하여 연약지반(G)의 지지력을 확인하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법.
제 1항에 있어서,

상기 대나무망(B)은 통죽(10)과 상기 통죽(10)의 망목을 통해 관입되는 섶말뚝(P)으로 구성됨을 특징으로 하는 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 섶말뚝(P)은 통죽(10), 쪽대(12), 갈대(14) 또는 모래말뚝(15) 중의 어느 하나로 구성됨을 특징으로 하는 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 섶말뚝(P)은 그 내측 중앙부에 모래(13)가 충전됨을 특징으로 하는 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법.
제 1항에 있어서,

상기 연약지반 지지력 산정을 위한 평판재하시험은

재하판의 종류를 선택하는 단계;

평판재하시험의 대상 연약지반의 지점을 산정하는 단계;

평판재하시험장치를 준비하는 단계;

대상 연약지반의 물리적인 성질을 측정하는 단계;

대상 연약지반면까지 지반을 굴착하는 단계;

재하면을 정형(수평 및 고르기)하는 단계;

재하판을 설치하는 단계;

재하장치를 조립하는 단계;

변위 측정장치를 조립하는 단계;

예비시험하중을 가하고 침하량을 측정하는 단계;

하중측정장치의 영점을 조정하는 단계;

변위측정장치의 영점을 조정하는 단계;

시험하중을 단계적으로 가하여 그때의 침하량을 측정하는 단계;

극한, 항복하중상태 또는 최대하중까지 단계적으로 재하와 침하측정을 하는 단계;

상기한 측정값 정리 및 분석하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법.
제 5항에 있어서,

상기 분석단계는 각 경우에 대한 지반의 비배수 전단강도(Cu), 대나무망(B)에 대한 재하시험에서 얻어진 지지력비(BCR), 각 조건별 대나무망(B)의 강성의 상호관계 평가를 통해 최적의 회귀분석식을 이용하여 지지력을 산정함을 특징으로 하는 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법.
제 6항에 있어서,

상기 지지력비(BCR)= 4.4909(H/S)^0.6153로 이루어짐을 특징으로 하는 대나무망을 이용한 연약지반 표층처리공법.