연약지반개량공법 인덕대학교토목환경공학과이명호 e-mail: mhlee@induk.ac.kr my web page: www.indukcivil.net/mhlee
연약지반 연약지반의정의 흙의성질상전단강도가작고압축성이큰연약토로이루어진지반. 지반공학개념의연약지반은대상지반위에축조될구조물의규모, 하중및형식을고려한지반개량을필요로하는지반을의미. 연약지반판정기준 연약지반판정기준은공사발주기관에따라다를수있으며, 각기관에서다루는구조물의종류, 형식, 규모가다르고, 인근지역의시공사례등이반영되기때문.
연약지반 연약지반의공학적특성 해성점토 청회색의균질점토및실트 (silt) 로이루어져있으며, SPT 의 N 값은약 5 이하로서전단강도가작고압축성이큼. 모래층 모래층은세사 (sand) 로이루어져있고, N 값은 10 이하로서균등계수가작다. 모래의입경은 0.1 ~ 1 mm 인세사로서상대밀도가 35% 이하인경우진동및지진발생시액상화현상발생이가능. 고유기질토 (peat) 연약지반을구성하고있는식물질의유기질토는니탄토또는토탄이라부르기도하며전단강도가작고압축성이크므로안정과침하문제가연약지반보다심각. 유기질토함유량이 5% 이상인경우침하, 지지력문제발생가능성이높고, 특히유기질토는 2 차압밀특성이크게나타나므로유의할필요.
연약지반 연약지반에서발생하는공학적문제 압밀침하, 말뚝에작용하는부마찰력등흙의압축성이커서생기는침하문제 연약지반상에성토를할때원호활동, 기초의지지력, 토압등흙의전단저항이약하여생기는안정문제 진동과같은동적하중으로생기는액상화문제 차수, 분사현상, 파이핑과같은투수성문제
연약지반 점토지반의침하특성 점토지반은하중작용시투수계수가작아장기적인침하가발생. 재하조건과발생시기에따라침하의종류는다음과같이분류.
연약지반 연약지반관련주요용어 압축 지반에하중이가해질때토립자배열형태의변화, 즉전단변형에의한침하를압축이라함. 사질토지반에서는재하직후압축침하가발생하고짧은시간에침하가완료되므로이를즉시침하또는탄성침하라하며그침하량도비교적작게발생.
연약지반 연약지반관련주요용어 과잉간극수압 부분또는완전히포화된흙에하중 (ΔP) 이작용하면하중으로인하여그림과같이간극수압 (pore water pressure) 이발생. 이때의수압은상재하중의영향으로정수압 (hydrostatic pressure) 에의한간극수압에비해크게나타나며이를과잉간극수압 (excess pore water pressure, u e ) 이라함.
연약지반 연약지반관련주요용어 유효응력 흙속의어느한점에가해지는전체압력을전응력 (total stress) 이라고하며, 이는흙입자의접촉점과간극수를통하여전달. 흙입자의접촉점을통해전달되는압력을유효응력 (effective stress) 이라함. 간극수를통해전달되는압력을간극수압 (pore water pressure) 또는중립응력 (neutral stress) 이라함. 전응력과유효응력의관계 : σ = σ'+ u 여기서, σ = 전응력, σ'= 유효응력, u = 간극수압
연약지반 연약지반관련주요용어 전단강도 & 전단응력 지표면이기울어져사면을이루고있을때, 흙은중력작용을받아높은곳에서낮은곳으로이동하게됨. 이때어느면에서전단응력이발생하게되며, 이전단응력이전단강도를넘으면활동 (land slide) 이일어나사면이붕괴.
연약지반 연약지반관련주요용어 압밀 완전히포화되어있거나또는부분적으로포화되어있는흙에하중이가해지면그하중으로말미암아과잉간극수압이발생. 이수압으로인하여시간경과에따라어느두점사이에수두차가생겨흙속의간극수가배제되면서압축되는현상을압밀이라함.
연약지반 연약지반관련주요용어 압밀 압축은토립자형태의변화에의한침하. 압밀은간극내의공기와물의유출에의한체적변화에의한침하. 압밀침하 = 1차압밀침하 + 2차압밀침하 ( 간극수압의소산 ) ( 간극수압의소산후 creep 변형 )
액상화 액상화현상 (liquefaction) 액상화현상은지반에가해진진동하중의영향으로간극수압은상승하고지반의유효응력은감소하게되어포화사질토가외력에대해전단저항을잃게되는현상.
액상화 액상화현상 (liquefaction) 이경우사질토입자는전단저항을잃고포화사질토의단위중량을가지는액체와같이거동하게되며입자의재구성이이루어지면서체적변화가발생. 즉, 액상화는진동에의해발생되는전단응력이대상심도의액상화전단저항응력보다클때발생.
액상화 액상화방지대책 입도가불량한사질토지반의대책 입도가불량한재료를입도가양호한재료로치환. 치환깊이가깊은경우는지반의밀도를증가시키는방법이필요. 포화된사질토지반의대책 지하수위를저하시키고포화도를낮추기위해 well point, deep well 을사용. 지하수위저하로구조물에침하영향이예상되는경우는유지관리가필요. 느슨한사질토지반의대책 밀도를증가하여한계간극비이하로상대밀도를유지하는방법 (SCP, vibroflotation, 유압다짐, 동다짐공법등 ).
설계개요및흐름도 연약지반처리설계
연약지반개량공법
샌드매트 (sand mat) 공법 표층처리공법 sand mat 설치는연직배수재타입장비의주행성 (trafficability) 확보가우선. 다음으로압밀침하로발생되는간극수의배출에목적. 샌드매트포설후연직배수재 (PBD) 타입완료장면
샌드매트 (sand mat) 공법 표층처리공법 따라서, 연약지반의정도에따라모래가단독으로사용되기보다는 PET mat 와조합하여사용하는것이효과를증대시킬수있음.
점토지반개량공법 프리로딩공법 (preloading method) 프리로딩공법은연약지반표면에계획구조물의하중보다크거나동등한하중을미리재하시켜영구구조물의설치이전에필요한만큼의침하가발생하도록유도하는공법. 프리로딩재하장면
점토지반개량공법 프리로딩공법 (preloading method) 서해안과남해안의대규모매립지의지반개량공법으로널리사용. 침하량의크기, 침하속도, 그리고지반의활동에대한안정성등을지속적으로계측해야함.
점토지반개량공법 프리로딩공법시공순서및개념도
점토지반개량공법 프리로딩공법시공순서및개념도
점토지반개량공법 연직배수공법 (vertical drain method) 연약층사이에주상의투수층을촘촘하게땅속에배치하여, 연약한점성토층의배수거리를짧게하여, 압밀침하를촉진시켜, 단기간내에지반을안정화시키는방법.
점토지반개량공법 연직배수공법 (vertical drain method) 플라스틱보드드레인 (plastic board drain), 샌드드레인 (sand drain), 팩드레인 (pack drain) 등이있으며그원리는모두동일.
점토지반개량공법 - 연직배수 플라스틱보드드레인 (plastic board drain method) 연약지반에합성섬유재질의연직배수재 (PBD) 를타입하여압밀을촉진하는공법. PBD 재로및압밀종료후 PBD 주변의흙입자분포
점토지반개량공법 - 연직배수 플라스틱보드드레인 (plastic board drain method) 연직배수재가점성토층두께에비해작은간격 (1.0 ~ 2.0 m) 으로타설되기때문에연직방향의흐름은무시하고수평방향의흐름만을고려. 초기에는 PBD 대신에종이를사용하여간극수를배제하므로 paper drain 공법으로불리우기도하였음.
점토지반개량공법 - 연직배수 PBD 시공순서개념도및현장시공순서