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담비 종
7 years ago
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1 현장계측에의한지반거동분석 G round M ov ement Analysis b y F ield M easurements 전용백 *, 조상완 ** Y ong-back Chon *, Sang-Wan Cho ** < Ab stract> This study is analysis for adjacent structures and ground mov ement b y deep ex cav ation work. U nderground Inclinometer has show n that deformation of increment is minor within to allowable limit. According to the measurements result of slope and crack for adj acent structures, a detached house showed bigger than hospital structure to deformation of increment. Variation of underground water lev el didn' t effect so much to ground and adj acent structures mov ement b ecause underground water flows in rock and didn' t giv e the water press to propped w alls. M easurement data of strut v ariation is w ithin tolerance limit. Because excav ation site' s wall was strengthened suitab ly. This study will contribute in establishment of measurement standard and information-oriented construction during deep excav ation in multi-layered ground including rock masses. Key Words: Deep excavation, Underground Inclinometer, Slope and crack for adjacent structures, Underground water level, Strut variation 1. 서론 최근 들어 급속한 경제 성장과 빠른 도시화 로 인해 도심지내에 많은 지하 공간의 개발이 불가피하게 되었다. 또한 도심지 공사현장의 경우 일반적으로 현장에 인접해서 많은 건물 들이 위치한다. 이러한 상황에서 깊은 굴착은 필수적이며, 이로인해유발되는인접지반의움직임을미리예측하고대비하는일은매우중요한일이라할수있다. 그러나지반의움직임에영향을미치는요인은매우많고미리예측하기힘든현장의시공성에도큰영향을받기때문에지반의거동을정확하게해석하는것은매우어려운일이다. 따라서본구조물과인접구조물의안정성을확보하기위해서는공사진행과함께현장계측이필수적이며, 이러한

2 현장계측에의한지반거동분석 계측을통해축적된자료를바탕으로인접구조물및지반의거동을미리예측하여이에합당한대책을세우는것은매우중요하다. 따라서본연구에서는암반을포함한다층지반의특성을가진대구광역시달서구두류동 번지에위치한재건축지하굴착공사현장을실험연구모델로선정하고장기간에걸쳐실험현장의굴착시공에따른지중경사계를통한지반의수평변위, 구조물기울기측정기 (Tiltmeter) 를통한인접구조물의기울기변화, 균열게이지 (Crack Gauge) 를이용한인접구조물의균열변위, 지하수위계를통한지하수위의변화, 변형률측정기 (Strain Gauge) 를통한버팀보의변형률변화를측정하여그자료를이용, 수치해석하고그결과에대한객관적, 합리적인판단에의해도심지깊은굴착시공에따른암반을포함한다층지반에서의지반및주변구조물의거동양상을기존이론과비교분석고찰하였다. Fig. 1 주열식벽체구간변형사례 2. 기존지중경사의변화분석이론 2.1 주열식벽체구간지반변형특성 C.I.P(Cast in Place Pile), S.C.W(Soil Cement M ix ing Wall), J.S.P(Jumbo Special Pattern), Micro Pile 등주열식벽체시공구간에서주열식벽체배면에설치된지중경사계증가변형그래프형태는 Fig.1 과같이회전변형특성, 강성변화부에서변형급증특성을일반적으로나타내며과굴착, 지하수위저하및토립자유출현상이변형량을증가시키는데기여하는것으로나타나고있다. 2.2 지층경계부변형특성굴착진행시지층경계부에서의움직임이나타나는사례로지중경사계증가변형그래프의형태는 Fig.2 와같이나타나며지층경계부의움직임이지표로연결될때에는지표면에서의인장균열이발생하며영향권안에건물이위치할경우에는건물의손상이나타나게된다. Fig. 2 지층경계부변형사례

3 2.3 토립자유출변형특성투수성이큰토사지반에서굴착진전에따라수위가저하될때토립자유실이동반되는사례로지중경사계증가변형그래프의형태는그림 Fig.3 과같이나타나며이경우인접구조물에서의피해사례가많이나타나고있다. 인접구조물의기초형태를포함한기하구조, 원지반의다짐및공극특성에따라피해특성이달라진다. F ig. 4 수위저하와연계된변형사례 2.5 버팀보해체시경사계변형특성굴착공사에서버팀보해체시에는버팀보가담당하는토압범위안에서지반변형이발생하는데지중경사계증가변형그래프의변형형태는 Fig.5와같으며기굴착과정에서변형량이많았던구간은특히주의를요한다. Fig. 3 토립자유출변형사례 2.4 지중경사와수위변화의상관성수위저하구간에서 Fig.4 와같이지중경사계증가변형그래프의변형급증과함께상부구간에서도이에따른후속변형이나타날때는토류벽체배면에공극이크게발생하는상황이생길수있다. Fig. 5 버팀보해체시변형사례

4 현장계측에의한지반거동분석 2.6 경사계설치후인접시공에따른변형특성경사계설치지점과인접부에서추가계측기설치를위한천공작업또는기존지하철공사완료구간인접부에서경사계및타보조공법병행후그라우트재의충분한양생기간이확보되지못한상태에서굴착및네일등의시공이이루어질때지반조건에따라교란지반의안정화과정에서 Fig.6 과같이지반변형이발생할수있다. 4. 계측결과 및 분석 4.1 지중경사 실험현장의 각 지점별 최대 지중경사변위와 발생 심도는 Table.2 와 같이 나타났으며 Fig.8 과 Fig.9 는 각 지점 중 그 변화형태가 큰 제3 지점과 제4 지점의 지중경사 변화형태를 나타 낸 것이다. T ab le. 2 각지점별최대지중경사변위와발생심도 설치번호 발생심도 (m) 최대변위 ( mm) 설치깊이 (m) 설치위치 I I I I 그림 3.1 참조 F ig. 6 경사계인접시공에따른변형사례 상기에서 언급한 경사계 변형은 단독으로 나타나기도 하지만 복합적으로 나타나는 것이 일반적이다. 3. 실험현장의개요 Fig.8 제 3 지점지중경사변화형태 T ab le. 1 사례현장의개요 토류공법 H-Pile + C.I.P 와 H-Pile + 토류판공법 지지공법 STRUT 에의한지지공법 지반보강및차수공법지반상태 Micro Pile 공법과 L.W Grouting, C ap Con' c, C ement Mortar 공법 토사층이 심도 1.0~1.5m 로 비교적 얕게 분포하고 그 하부는 암반층이 형성 Fig. 9 제 4 지점지중경사변화형태

5 실험현장의제 1 지점의지중경사계는시공 중인 대구지하철2호선의 가시설 벽체와 4m~ 12m 이격된 지점에 위치한 것으로 초기굴착당 시의 우려와는 달리 별다른 변화 형태를 보이 지 않았으며 지상8층 지하1층의 기독한방병원 과 인접하여 설치된 실험현장의 제2 지점의 지 중경사계 또한 변화 없이 초기값을 유지하고 있음을 알 수 있다. 이와는 달리 실험현장의 제3 지점과 제4 지점 의 지중경사계는 수평변위가 허용범위 내에서 지중경사계의 일반적 변화형태를 갖고 있다. 여기서 제3지점은 Fig.8에 나타난 것과 같이 암반 경계부인 12m 지점에서 최대변위 mm 의 변위가 발생하였다. 이는 기존 지중경 사의 변화분석 이론에서의 F ig.2 지층 경계부 의 변형에 따른 변화와 유사함을 알 수 있다. 또 제4지점은 Fig.9 에서와 같이 굴착공사가 심 층부로 진행되면서 수평변위의 변화형태는 초 기 굴착단계에서 발생한 수평변위 값을 수렴 하고 있으며 초기굴착단계에서의 심도 1.5m 에 서 6.5m 까지의 변화형태는 Fig.6 경사계 인접 부 시공에 따른 변화 형태와 유사하게 나타났 다. Table. 3 인접구조물의최종기울기변화 위치설치번호허용범위경사각 기독한방병원 T-1 T ( ) ( ) 4.2 인접구조물의기울기실험현장주변인접구조물의최종기울기의변화량은 Table. 3과같고 Fig. 10 과 Fig. 11 은여러기울기측정값중다소큰변화값을보인지점의측정값을시간에따른변화값의그래프로나타낸것이다. Fig. 10 제6 지점인접구조물의기울기변화형태 (T-6) Fig. 11 제7 지점인접구조물의기울기변화형태 (T-6) 단독및연립주택 T-8 T-3 T-4 T-5 T-6 T ( ) (3.69 ) ( ) ( ) ( ) ( ) 여기서 제1 지점, 제2 지점 그리고 제8 지점은 현장과 인접한 기독한방병원의 옥상과 1층 바 닥, 그리고 외부 벽면 하부에 측정판을 설치하 여 측정 하였으며, 제3 지점에서 제7 지점까지는 인접구조물의 벽체에 측정판을 설치하여 측정 하였다. 굴착 초기단계에서의 우려와는 달리 제1 지 점, 제2 지점 그리고 제8 지점의 구조물의 기울 기 측정값은 초기 측정값과 큰 차이를 보이지 않았다. 이는 구조물의 기초가 암반층에 위치 한 것에 다소 큰 영향을 받은 것으로 판단된 다. 제3 지점, 제4 지점, 제5 지점 그리고 제7 지점

6 현장계측에의한지반거동분석 구조물의기울기측정값은일부구간에서초기측정값을중심으로압축과인장을반복하고있지만전반적인그래프의형태로볼때안정된상태를보이고있음을알수있다. 이와달리제6 지점에서는구조물의기울기측정값이허용범위안에는있지만굴착공사가진행됨에따라지속적으로증가하였으며굴착심도가최고심도인 23.05~ m에가까워지면서구조물의기울기측정값이수렴상태로지속되었다. Fig. 12 인접구조물의균열변화형태 4.3 인접구조물의균열주변인접구조물의최종균열폭의변위값은 Table.4 와같이나타났으며또측정자료를시간에따른균열폭의변화그래프로나타낸것은 Fig.12와같다. Fig.12 에서보는바와같이균열폭의변위값이큰 C-12 와 C-13 은조적식단독주택구조물에설치된것으로써굴착공사가본격화되고굴착심도가깊어짐에따라균열폭의급격한변화를보여이를억제하기위하여벽체보강을하였으며이후균열폭의변위값은점차수렴하여안정된상태를보였다. 나머지지점에서의균열폭의변위값은허용범위내에서안정된상태를보였다. C-13 의최종균열폭의변위값이 9.8mm 로측정되었으며이는공사완료후벽돌공에의한보수가필요하다. Table. 4 인접구조물의최종균열폭 설치번호 초기값 (mm) 최종측정값 (mm) 최종변위폭 ( mm) C C C C C C C C C C C C C C 지하수위 지하수위는굴착된상태에서동수경사에의 해서 수위하강에 따른 침투압이 발생될 뿐만 아니라 수위변화에 따른 지반침하를 유발한다. 이러한 원인은 간극내 수위가 하강하면서 침 하를 일으키는 원인이 된다. 굴착공사가 완료상태인 현재의 지하수위 변 화량은 Table.5 와 같으며 측정 자료를 시간에 따른 변화형태로 나타낸 것이 Fig.13 이다. 굴착공사가 진행됨에 따라서 일부 구간에서 는 자하수위의 하강 또는 상승을 보였지만 전 체적으로 하강곡선을 그리고 있다. 굴착 심도 가 최고심도 23.05~24.7 5m에 가까워지면서 지하수위는 일정 수위에서 수렴해감을 볼 수 있다. Table. 5 각지점별최종지하수위단위 (m) 설치번호 초기수위 최종수위 변화량 W W W W 설치깊이 25 Fig. 13 지하수위변화형태

7 4.5 버팀보변형률변형률측정에사용된변형률측정센서는굴착공사진행과정에맞추어설치된각단별버팀보에설치측정하였으며측정값을 Fig.14 와같이시간에따른변화형태로나타내었다. S-4번을제외하면허용범위내에서큰변화를보이지않고안정화된형태를볼수있다. S-4 번은최대변화값으로 kg/cm 2 을나타내었다가점차 k g/ cm 2 에수렴해감을볼수있다. Fig. 14 버팀보 변형률변화 형태 5. 결 론 본 연구는 실험현장의 굴착시공에 따른 지 중경사변화, 인접구조물의 기울기 및 균열, 지 하수위의 변화, 버팀보의 변형률을 측정하고 그 자료를 정리하여 지반 및 주변 구조물의 거동양상을 분석, 연구하여 다음과 같은 결론 을 얻었다. (1) 지중경사 측정결과 기존 지중경사의 변화 분석 이론 중 재3지점은 지층 경계부의 변 형에 따른 변화와 유사하였고 재4지점은 인 접부 시공에 따른 변화와 유사하였다. 그리 고 모든 지점에서 허용범위 내에서 소량의 변화를 보였는데 이는 현장의 굴착심도가 23.05m~24.75m 인 것에 비해 토사층의 두께 가 1.0m~1.5m 로 토사층 밑으로는 암반층이 존재하여 굴착깊이에 따른 지중경사의 변화 량을 억제하는데 큰 역할을 한 것으로 판단 된다. (2) 인접구조물의 기울기 및 균열을 측정한 결 과 굴착시공 초기단계에서 염려했던 병원건 물의 변화량은 허용범위 내에서 작은 변화 를 보인 반면 단독주택에서는 허용 범위 내 에서 다소 큰 변화를 보였다. 이는 병원건물 이 철근콘크리트 구조물로 그 기초가 암반 에 위치하는 것과는 달리 단독주택의 경우 토사층위에 위치한 조적식구조물 이기 때문 으로 판단된다. (3) 지하수위 변화는 주변지반 및 인접구조물 의 거동에 큰 영향을 주지 않았다. 이는 실 험현장내 지하수위가 토사층이 아닌 암반층 에 형성되어 있어 지하수에 의한 훍막이 벽 체 배면수압은 거의 작용하지 않은 것으로 판단된다. (4) 버팀보의 변형률은 측정자료를 분석 및 고 찰한 결과 허용범위를 벋어나지 않았다. 이 는 본 실험현장에 적합한 주변 지반의 벽체 보강에 의한 것으로 사료 된다. 본 연구는 실험모델로 선정한 실험현장과 같이 암반을 포함한 다층 지반에서의 깊은 굴 착공사시 계측관리 기준치정립과 계측수행의 확립 및 정보화시공에 많은 도움이 될 것으로 사료된다. 참고문헌 1) 김두준 : 토류벽설계와 계측. 새론, 서 울,(1998) 2) 김성욱, 김봉주 : 경사계의 전반적 고찰과 굴 착공사에서의 변형분석 사례연구. 한국 지 반공학회 98 가을 학술발표회 논문집, , ( 199 8) 3) 박기태 : 인접굴착에 의한 토류벽체와 인접 구조물의 상호 변형 영향. 서울대학교 대학 원 석사학위논문, (1996) 4) 이은수, 남순성, 이승호 : 토목건축 현장계 측계획. 탐구문화사, 서울, ( 199 4) 5) 임희대, 박수용, 고근식 : 도심지 지반굴착 으로 인한 주변 지반의 침하예측. 대한토목 공학회 논문집, 21, 39-47, (2001)

8 현장계측에의한지반거동분석 6) 전용백, 곽수정, 신기혁 : 현장계측에의한다층지반의거동예측. 대한토목학회 1993년학술발표회개요집, , (1993) 7) Caspe, M. S : Surface settlement adjacent to braced open cuts. Journal of the Soil Mechanics and Foundation E ngineering, ASCE, vol.92, SM 4, , (1966 ) 8) Edward, J. U lrich : Internally braced cuts in overconsolidated soils. journal of geotechnical engineering, ASC E, Vol.115, No.4, April, , ( 1989 ) 9) Lambe, T, W.,& Whitman, R. V : Soil mechanics. SI Version, John W iley & Sons Inc, ( 1986) 10) Peck, R. B : Deep ex cav ation and tunneling in soft ground. 7th International C onference on Soil M echanics and F oundation Engineering, M ex ico, state of the art, v ol4, , (196 9)

Microsoft Word - KSR2016A215.

Microsoft Word - KSR2016A215. 2016 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016A215 비개착공사에있어철도노반자동화계측관리사례분석 Case Study of the Automatic Measurement System around Railway roadbed on the Non-open Cut Method 이재호 *, 이근수 **, 천승우 ***, 엄진현 *** Jaeho Lee *,