Piled Raft 기초로 지지된 연약지반 상의 제방의 거동

김선곤 한양대학교 2013 국내박사

Piled raft 공법은 말뚝과 raft의 하중 분담 효과를 고려할 수 있어, 말뚝의 수량을 감소시킬 수 있는 경제적인 공법이며 다양한 구조물의 기초 형식으로 널리 사용되고 있다. 이 공법은 침하량을 제한하는 데 효과적이나, 대심도 연약지반에는 압밀로 인한 지반 침하가 지속적으로 발생하기 때문에 이를 적용하기 어렵다. 따라서, Piled raft 공법이 연약지반 개량 공법으로 적용된 사례는 극히 드물다. 그러나, 연약지반에서 침하를 제한할 수 있다면 이 공법은 시공기간을 단축할 수 있는 매우 효율적인 공법이 될 것이다. 본 연구에서는 연약지반의 압밀을 촉진시켜서 침하를 미리 유도한 경우, Piled raft 공법의 거동을 수치해석 및 현장시공사례를 통해서 분석하였으며 이의 적용성을 규명하였다. 연약지반에는 선행하중공법을 적용하여 압밀을 유도한 경우를 대상으로 하였다. 일련의 유한요소해석을 수행하여 Piled raft 기초의 거동을 분석하였으며 이를 통해서 기초를 설계하였다. 수치해석을 통해서 Raft 두께, 말뚝 간격과 깊이를 결정하여 현장에 적용하였다. 계측 결과, 선행하중을 가하여 연약지반의 압밀도가 90%에 도달한 후 Piled raft를 적용한 경우, 지반 및 raft의 침하량은 Piled raft 시공 이전 및 직후에 대부분 발생하였고, 성토가 완료되고 제방이 완공된 후 약 4∼7개월간 계측된 장기침하량은 6mm 이하로 무시할 만한 수준이었으며 매우 효과적으로 침하량이 제한되는 것으로 나타났다. 말뚝의 거동은 선단지지특성에 따라서 결정되는 것으로 나타났다. 선단지지력이 큰 경우 부마찰력이 작용하며 raft의 접촉압력은 작용하지 않지만, 탄성침하가 압밀침하보다 큰 경우에는 부마찰력이 작용하지 않으며 양의 raft의 접촉압력이 발생하는 것으로 나타났다. 이는 연약지반에 적용된 Piled raft의 중요한 설계 요소이므로 정밀한 검토가 요구된다고 판단된다. Raft 연단 아래에 연약지반은 제방중심을 향하여 횡방향 변위가 발생하였고, 그 크기는 점토층 중앙부근에서 가장 크게 나타났다. 이러한 현상은 말뚝 머리 부근에서 제방외측을 향하여 편심 응력이 작용하고, 이에 반해 Piled raft 아래 연약지반은 말뚝 타입 시 교란되어 바깥쪽의 원지반에 비하여 강성이 많이 저하되었기 때문으로 판단된다. 이는 구조물의 측방유동 검토 시에 별도로 검토해 주어야 할 사항이다. 결과적으로 Piled raft 공법은 사전에 충분한 압밀침하를 유도한다면 연약지반에 성공적으로 적용될 수 있는 것으로 나타났다. 수치해석은 연약지반에 적용된 Piled raft 기초의 거동을 모사하는 데 매우 효과적인 방법인 것을 확인하였으며 추후 적극적으로 이를 활용할 것을 권장한다.

물리탐사 및 현장 지반조사 자료의 지구통계학적 복합기술을 활용한 3차원 연약지반의 정량적 분석

지윤수 강원대학교 일반대학원 2017 국내박사

연약지반은 미세한 입자의 흙이나 간극비가 커서 상재하중에 대해 체적 변화를 크게 일으키는 점성토 지반에서 자연함수비가 액성한계보다 큰 지반을 말한다. 연약지반에 대한 평가는 지반 공학적으로 안정적인 구조물 건설을 위해 필수적으로 요구되는 사항이다. 시공 현장에서는 주로 시추조사처럼 현장 원위치 시험으로 자료를 획득하거나 시료를 채취하여 실내 시험으로 지반의 물성을 파악하는 방법이 널리 활용되고 있다. 현장 지반조사 방법은 한 지점의 위치에서 정확한 정보를 제공하지만 넓은 영역을 정밀하게 파악하기 어려운 문제가 있다. 반면, 물리탐사는 원위치 시험보다 상대적으로 넓은 영역에 대한 정보를 획득할 수 있지만 정량적인 정보 제공이 어려운 한계가 있다. 따라서 이 연구에서는 두 방법의 장점을 취합하여 넓은 지역에 대해 정량적인 정보를 제공하는 복합 분석 기법을 구축하였으며 연약지반 평가에 적용함으로써 분석 기법의 신뢰도를 확인하였다. 이를 위해 연약지반에 대한 분포를 평가해야 하는 간척지 지반을 연구지역으로 선정하였다. 지반 공학적 조사 방법은 피에조콘 시험(CPTU)과 시추 조사를 하였고, 물리탐사는 전기비저항 모니터링(ERM)과 다중채널 표면파 탐사(MASW)를 수행하였다. 일반적인 전기비저항 탐사는 한 번의 측정으로 지반을 평가하게 되는데, 이 연구에서는 장기간의 자료를 획득하여 ERM의 적용성을 확인하였다. ERM 자료 처리는 독립 역산, 시간경과 역산, 4D 역산을 이용하였다. MASW 탐사 역시 지반의 강도와 상관성이 높은 S파 속도를 빠르게 확인할 수 있으므로 연약지반 평가에 효율적으로 적용될 수 있다는 것을 확인하였다. 이 연구에서 사용한 물리탐사 방법으로 연구지역 지반의 토성을 정성적으로 분류할 수 있었다. 정성적인 물리탐사의 한계를 극복하기 위해 지반조사 자료와의 복합 해석으로 정량적인 연약지반 평가를 수행하였다. 배리오그램 기반 지구통계학적 시뮬레이션 방법을 사용하여 복합 해석을 하였다. 시뮬레이션에 사용된 현장 지반조사 자료는 CPTU의 선단저항이고 물리탐사 자료는 전기비저항과 S파 속도이다. 각 물성간 공간적 상관성 분석을 실시한 후 공동위치 순차 가우시안 시뮬레이션(COSGSIM)을 적용하였다. COSGSIM을 통해 CPTU가 제공하는 정확하지만 공간적으로 제한되어 있는 지반 정보를 3차원 분포 자료로 표출할 수 있었다. COSGSIM이 제대로 추정되었는지 확인하기 위해 CPTU와 물리탐사가 이루어지지 않은 위치의 시추 자료로 검증하였다. 시추 자료를 통한 시뮬레이션 검증 결과 토성이 변하는 심도와 표준관입시험의 값에 따라 연약지반으로 판단되는 심도가 일치하는 것을 확인하였다. 정량적인 평가를 위해 시뮬레이션 결과를 사용하여 연약지반의 부피를 계산하였고 이를 통해 지구통계학적 복합기술의 유용성을 확인하였다. 이 연구에서 제시하는 연약지반 평가를 위한 지구통계학적 복합 분석 방법은 기존 원위치시험의 비연속적이고, 공간적으로 제한적인 조사 방법을 대체하는 3차원적이고, 정량적인 분석 방법이다. 따라서 연약지반 평가가 필요한 다양한 지반에 지구통계학적 복합기술을 적용할 수 있다. Soft grounds refer to those grounds that have natural moisture contents larger than their liquid limits among cohesive soil grounds in which large volume changes occur compared to the overburden loads because the soil consists of fine particles or has high void ratios. Evaluation of soft grounds is essentially required for construction of geotechnically stable structures. At construction sites, methods of obtaining data through in-situ tests such as boring investigations or identifying the physical properties of grounds through indoor tests after sampling are widely used. The on-site ground survey method provides accurate information on the position of one point but has a problem of difficulties in precisely identifying wide areas. On the other hand, geophysical explorations enable acquiring information on a relatively large area rather than in-situ tests but have a limitation of difficulties in providing quantitative information. Therefore, in this study, a integrate analysis technique that provides quantitative information for a large area was constructed by combining the advantages of the two methods, and the reliability of the analysis technique was confirmed by applying it to soft ground evaluation. To that end, a reclaimed ground where the distribution of soft grounds should be evaluated was selected as a study area. Piezocone Penetration Tests(CPTU) and boring investigations were used as geotechnical survey methods, and Electrical Resistivity Monitoring(ERM) and Multichannel Analysis Surface Wave(MASW) surveys were performed as geophysical explorations. In the case of general ERM, the ground is evaluated by one measurement. In this study, however, long - term data were acquired to identify the applicability of ERM. The ERM data were processed using independent inversion, time lapse inversion, and 4D inversion operations. It was identified that the MASW survey can also be efficiently applied to soft ground evaluations because it can be used to quickly identify the S wave velocities, which are highly correlated with the strength of the ground. The geophysical methods used in this study enabled qualitatively classification of the soil textures in the ground of the study area. To overcome the limitation of qualitative geophysical explorations, quantitative soft ground evaluation was performed through integrate analysis with geotechnical survey data. The integrate analysis was performed using a variogram based geostatistical simulation method. The in-situ ground survey data used in the simulation are CPTU tip resistance and the geophysical exploration data used in the simulation are electrical resistivity and S wave velocity. After analyzing the spatial correlations between individual physical properties, the Sequential Gaussian Co-Simulation (COSGSIM) was applied. Through the COSGSIM, the accurate but spatially limited ground information provided by CPTU could be expressed as three-dimensional distribution data. To verify that the COSGSIM data were correctly estimated, drilling data at locations where CPTU and geophysical explorations were not performed were examined. Through the verification of simulation results using drilling data, it was identified that the depths where soil textures change and the depths judged to have soft grounds based on the values in standard penetration tests were identical. For quantitative evaluation, simulation results were used to calculate the volume of the soft ground, which confirmed the usefulness of the geostatistical integrate technique. The geostatistical integrate analysis method for the soft ground assessment presented in this study is a three-dimensional and quantitative analysis method that replaces the non-continuous and spatially limited survey method of existing in-situ testing. Therefore, the geostatistical integrate technology can be applied to various grounds requiring soft ground evaluation.

軟弱地盤 沈下量 算定에 관한 比較 硏究

金元華 밀양대학교 2002 국내석사

도로, 제방 건축물 등 건설 시 필연적으로 만나게 되는 연약지반의 안정화는 구조물의 기능 유지와 안정성 확보를 위하여 필수적인 과정이다. 연약지반의 안정화는 압밀을 촉진하고 지반의 지지력을 증대시키는 것이다. 이 논문에서는 전면적에 걸쳐 연약점성토가 두껍게 퇴적되어 있는 해안을 매립하여 공단을 조성하는 지역에서 침하량 실측치를 이용하여 연약지반의 압밀침 하량의 예측방법을 비교 검토하고 변형 특성과 개량 효과를 조사 연구하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 3차에 걸친 침하분석 결과 아래와 같은 이유로 장래예측침하량은 당초 설계 침하량에 비해 크게 증가하는 것으로 추정 되었다. ① 연약지반의 토질 특성의 부정확 특히 시료의 교란으로 인한 압축지수의 과소평가 ② 압밀 촉진 배수공법의 적용으로 압밀촉진 ③ 설계에서 제안한 보통 흙 대신에 암버력을 성토재로 사용 ④ 중차량 통행에 따른 측방 소성변형의 발생 ⑤ 상부표면부 연약층의 침하량 비율(단위 두께당 침하량 크기)이 크게 발생하였고, 설계에서 무시하였던 하부 점토층(N>10)에서도 침하가 발생하였음. (2) 대심도 연약지반에 대한 현장계측 자료를 이용한 장래침하추정은 아래와 같은 이유로 그 정확성에 한계가 있었다. ① 현장 여건 상 대부분 1년 이내의 단기간 침하자료로 30~50년 후까지의 최종침하량 추정에는 이론적·기술적 한계가 있음. ② 침하기간이 경과할수록 나타나는 압밀지체현상의 반영에 한계가 있음. ③ 연약지반 개량, 미개량 층간 상호 영향으로 침하 양상이 복잡하고 하부 미개량층의 계측치가 분산되었음. 따라서 대규모 연약지반 처리공사 시 설계에만 의존한 시공은 지반조사의 한계성으로 인하여 실제와는 상당히 다른 결과를 초래할 수 있으므로 시험시공을 통하여 현장 여건에 맞는 합리적인 시공이 되도록 해야 할 것이고, 가능한 한 정확한 지반조사가 이루어지도록 해야 한다. The soft ground was often encountered when constructing roads, embankments and buildings, etc.. It is an essential process to reinforce and stabilize the soft ground in order to keep the structure maintaining its designed functions. This study discussed the comparison of the various prediction methods for the consolidation settlement of the soft ground whose layer was thickly deposited. The features of the deformation and improvement effect in the soft ground were also sturdied. The results lead to the following conclusions ; 1. Analysis of the settlement was made three times, and the future settlement was estimated a lot more than the designed level of 130.7cm due to the following reasons ; ① The comparession index was underestimated dur to disturbances in sample. ② Consolidation was accelerated by using the drainage method. ③ Muck rather than soil was extensively used as filling up material. ④ Deformation took place on the both sides of road embankment due to the traffic of the heavy vehicles. ⑤ The rate of settlement(the level of settlement per the unit thickness) on the top soft layer increased sharply, and there was also substantial settlement of the clay layer situated on the lower part(N>10). 2. There were limitations in estimating the future settlement for the thick soft stratum by using the actual measurement of the site due to following reasons : ① It was very difficult to predict the future settlement for 30 to 50 years by using about one-year monitoring data. ② The longer the duration of the settlement the more the time lag phenomenon gets conspicuous, but the available prediction techniques cannot accomodate it. ③ Settlement took the form of varied features dur to interaction between the improved ground and the layers that was not reinforced, and it was difficult to prediction the settlement by using the same settlement estimation methods, and monitoring data of the lower layers that were not reinforced dispersed largely. Therefore, it is recommended that any laege scale reinforcing work for the soft ground should be carried out on the basis of the feed back from the monitoring results, and that sufficient ground examination should be made.

연약지반 연동침하 영향거리 산정과 DCM 설계 영향인자에 관한 사례 연구 : 부산명지지구 설계 및 시공 사례를 중심으로

조석연 경상국립대학교 융합과학기술대학원 2023 국내석사

대한민국의 경제성장과 태동을 같이하는 국내 서해안·남해안 지역의 산업·물류·유통단지는 산업시설의 직접화와 고도화의 시대적 요구에 발맞춰 대규모(국가산업단지의 경우 330만㎡ 이상) 단지조성을 위한 개발사업이 이루어지고 있고 일반적으로 해당 사업을 시기적, 공간적으로 나누어 단계적으로 시행하고 있다. 이렇듯 대규모 단지조성을 위한 개발사업이 단계적으로 이루어지는 경우 연약지반 개량을 위한 Preloading 재하 성토 하중은 연약지반 인접부로 응력이 전이되어 연동침하를 유발시키고, 도로 침하 등 심각한 시설물 파손을 발생시킬 수 있다. 본 연구에서는 부산명지지구 2단계 지역의 연약지반 개량 공법과 1·2단계 연접부의 연동침하의 발생 가능 여부에 대해 시공단계 조건(분할 또는 일괄 성토) 별 분석을 실시하고, 도로 등 허용 잔류침하량(도로의 경우 10cm)을 초과하는 연동침하 유발 영향거리를 산출하고자 하며, 대표적인 연동침하 방지공법인 DCM의 설계·시공의 현장 적용성을 평가하였다. 또한 DCM의 직경, 간격, 중첩길이 등 시공규격과 일축압축강도 변화에 따른 변형계수 적용 등 여러 가지 설계 영향인자 별 수치해석을 실시하여 침하 안정성, 경제성 관점에서 최적의 설계 인자를 분석하였다. 연구 결론 1. 연약지반 개량 시 Preloading(선행재하공법)과 Surcharge(추가성토) 등 근접지역 재하성토고 5m 수준에서 연동 침하량이 도로 허용 잔류침하량 10cm를 초과하는 영향거리는 약 25m 이내로 확인되었다. 2. 연동침하 영향거리 산정 시 인접시설물 부위에 대한 분할 또는 일괄 성토 등 시공조건을 구분한 결과 연동침하량은 유사한 값으로 도출되어, 연동침하 영향거리는 성토고에 따른 재하하중이 가능 큰 영향인자인 것으로 분석되었다. 3. 단계적 개발 시 선행 개발단계에서 후행 개발 단계지역의 연약지반을 시기적으로 먼저 개발하는 경우 후행 개발지역의 연약지반 재하성토는 영향거리 범위 밖에서 이루어져, 연동침하가 최소화될 뿐만 아니라 관련 공사비를 절감할 수 있어, 사업계획 관점의 설계 VE가 필요함을 확인하였다. 4. 대심도 연약지반 개량 시 근접지역 연동침하를 방지하는 공법은 DCM이 일반적으로 사용되는데, DCM의 시공 규격이 다축일수록, 개량체 강도가 클수록, 변형계수가 클수록, 개량체 직경이 클수록 연동침하 방지 효과가 크고, 경제성이 우수한 것으로 분석되었다. 5. DCM 해석의 가장 큰 불확실성 변수인 변형계수는 화산활동으로 생성된 일본 지반에서 적용되는 제안식을 사용하고 있는 실정으로, DCM 설계 및 시공 발전을 위해 국내 연약지반 특성에 맞는 변형계수 산정을 위한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다. 6. DCM은 통상 4축 D1,000mm가 일반적으로 적용되지만, 변형계수 값에 따라 연약지반 연동침하 방지공법으로서 2축 시공도 안정성이 확보 가능한 것으로 분석되었고, 시공 직경 D가 클수록 천공길이 및 시멘트량 축소에 따라 경제성도 우수한 것으로 확인되어 향후 변형계수 및 건설기계 용량에 맞춰 국내 DCM 설계 및 시공 가이드라인 마련이 필요할 것으로 판단된다. 7. 연약지반 연동침하량이 도로의 잔류 허용침하량 이내로 만족하더라도, 영향거리에 따른 연동침하량이 선형적으로 변화하기 때문에 도로 하부에 매설된 관로 등 지하매설물의 각변위에 대해서는 연동침하 영향거리에 따른 연동침하량과 해당 지점의 각변위 허용 값을 비교하여 안정성 검토가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 8. 지반은 해석의 불확실성을 내재한 연구분야이므로, 실제 시공 시 지반조건에 대해 설계조건과 일치 여부를 확인하고, 확인된 지반정수를 역해석하여 설계의 타당성을 지속적으로 검증해야 할 것으로 판단된다. Industrial and logistics complexes in the west and south coasts of Korea have been the driving force behind Korea's economic growth and recently, large-scale projects (more than 3.3M㎡ in the case of national industrial complexes) are being carried out for the advancement of industrial facilities, which is implemented in phases by dividing it into time and space. In this conditions, the load of soil which is generated by the preloading method for improving the soft ground, possibly causes interlocking settlement and serious facility damage such as road settlement. In this study, an analysis was conducted for each construction stage condition (division or collective embankment) for the soft ground improvement method in Busan Myeongji District Phase 2 area as well as the possibility of interlocking subsidence in the 1st and 2nd stage connections. And the influence distance causing interlocking settlement exceeding the allowable residual settlement amount (10cm in case of roads) was calculated and evaluated the field applicability of the design and construction of DCM, as a representative prevention method. In addition, the DCM construction standards (diameter, spacing, overlapping length) and the application of the deformation factor according to the change in uniaxial compressive strength were reviewed. Finally, numerical analysis was performed for each design influence factor to analyze the optimal design factors in terms of settlement stability and economic feasibility. The results are as follow. Results 1. Under the condition of improving soft ground with a loading height of 5m in the adjacent area, such as preloading (preloading method) and surcharge (additional embankment), the effect distance where the interlocking settlement exceeds the road allowable residual settlement of 10cm was confirmed to be within about 25m. 2. The interlocking settlement influence distance is considered to be the most influential factor for the loading load according to the embankment height. The reason for this is that the interlocking settlement amount was derived as a similar value when the construction conditions such as division or bulk embankment for adjacent facility parts were divided when calculating the interlocking settlement influence distance. 3. Through this study, it was confirmed that design VE from the perspective of business plan is effective. This is because, in case of step-by-step development, when the soft ground in the later development stage is developed first in time in the preceding development stage, the loading of the soft ground in the later development area is carried out outside the range of influence, thereby minimizing interlocking settlement and reducing related construction costs. 4. It is considered that the more multiaxial construction specifications of DCM as a method to prevent interloking subisidence, the greater the strength of the modified body, the larger the deformation coefficient, and the larger the diameter of the modified body, the greater the interlocking settlement prevention effect and the better the economic feasibility. 5. Basically, the deformation coefficient, which is the largest uncertainty variable in DCM analysis, uses the proposed formula applied to the Japanese ground created by volcanic activity. Therefore, for the development of DCM design and construction, it is judged that additional research is needed to calculate the deformation coefficient suitable for the characteristics of soft ground in Korea. 6. In General, 4-axis D1,000mm is generally applied to DCM, but it is considered that the stability of 2-axis construction can be secured as a method for preventing interlocking settlement of soft ground according to the value of the deformation coefficient. In addition, it was confirmed that the larger the construction diameter D, the better the economic feasibility due to the reduction of the drilling length and the amount of cement. Therefore, it is judged that it is necessary to prepare domestic DCM design and construction guidelines according to the deformation factor and capacity of construction machinery in the future. 7. Even if the soft ground interlocking settlement satisfies the allowable residual settlement of the road, stability review is conducted by comparing the interlocking settlement amount according to the interlocking settlement effect distance and the angular displacement allowable value of the point for the angular displacement of underground facilities such as pipelines buried under the road. This is because the amount of interlocking settlement changes linearly according to the impact distance. 8. Since the ground is a research field with inherent uncertainty in analysis, it is necessary to check whether the ground conditions match the design conditions during actual construction. In addition, it is considered that the validity of the design should be continuously verified by reverse-analyzing the confirmed ground parameters.

간척지 연약지반의 교대 측방유동 방지에 관한 연구

이경민 인하대학교 공학대학원 2008 국내석사

연약지반은 상부구조물을 지지할 수 없는 상태의 지반을 말하는 것으로 연약한 점성토나 유기질토로 구성된 지반에 도로, 교량, 건물 등이 시공될 경우 지지력의 부족과 과대한 침하량으로 인해 안전상의 문제가 발생할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 지반개량, 하중 크기에 따른 침하량의 예측 등은 연약지반 처리에 있어서 매우 중요한 문제가 된다. 우리나라의 연약지반은 주로 서 남해안에 분포하고 있는데 최근 공업단지 조성이라든지 해안 매립사업, 서해안 고속도로, 영종도의 국제공항 건설 등은 모두 연약지반 위에 건설되는 것으로 이처럼 국토의 균형있는 개발과 효율적인 이용증대를 위하여 연약지반은 많은 사람들에 의해서 연구개발과 관심의 대상이 되어오고 있다. 본 연구는 해안 매립사업 중 하나인 시화지구 간척농지조성사업 구간 내의 연약지반에 위치하는 교량 부지를 대상으로 토질조사 및 제반 관련시험을 실시하여 교대의 측방유동을 검토 후 필요시 적절한 보강대책을 제시하여 시공의 원활함과 아울러 경제성과 장기적인 안정성 확보를 도모함에 있다. The soft ground talks the ground of the condition which is not the possibility of being miserable the infrastructure. The viscosity to which is soft or organic substance expressing back in the ground which is composed, the bridge, the case where the building back is space-time, support power insufficiency and it will be caused by with the sinkage quantity which it exaggerates and because the problem at immediacy will can occur, it will reach and prevents the prediction back of the ground improvement for and the sinkage quantity which it follows in load size to be to soft ground control, very becomes the problem which is important. The soft ground of our country mainly is ranging in the west coast and the south coast. It means that the industrial complex creation the coastal reclamation enterprise, the west coast express highway and the international airport construction back of Young Jong Do is constructed recently above all soft ground. For the development which is like balance of this country and an efficient use augmentation the soft ground is come by the many people becoming the object of research and development and interest. The research which it sees in the coastal reclamation enterprise the bridge site which is located in oneth person Si-hwa endurance reclamation by drainage farmland creation enterprise segment undergarment soft ground a toe quality investigation and a various relation hold an examination in the object, flank flow of the abutment after investigating necessary poem it presents the reinforcement countermeasure which is appropriate. Smoothness of space-time is with together it plans an economical efficiency and the internal organs stability security it is.

軟弱地盤 盛土 施工管理를 위한 壓密度 豫測技法에 관한 硏究

나종규 전북대학교 산업기술대학원 2007 국내석사

본 연구에서는 충남 서천 지역의 연약지반 중 PBD개량 후 1단계 성토완료한 5개소를 대상으로 계측과 시추조사를 통해 변위 관리법에 의한 예측 압밀도와 전단강도 증가를 이용한 예측 압밀도를 비교 분석하였다. 변위 관리법에 의한 압밀도 예측기법에 있어 쌍곡선의 경우 평균95%, Hoshino법의 경우 평균90%, Asaoka법의 경우 평균99%의 압밀도가 각각 예측 되었다. 전단강도 증가를 이용한 압밀도 예측은 평균 93%의 결과를 나타내 변위관리법에 의한 압밀도 예측기법인 쌍곡선법과 Hoshino법의 중간값의 압밀도와 유사하게 나타났다. 본 연구 지반에서는 차 단계 성토를 위한 압밀도 예측방법으로서 쌍곡선법과 Hoshino법의 평균 압밀도를 이용하여 예측하는 것이 신뢰성 측면에서 가장 적합할 것으로 판단된었다. In this study, the prediction about the degree of consolidation was estimated among the 5 sites which were the weak ground had been applied by PBD and the first step embankment at Suchen in Chungnam, and the prediction about that through both the settlement strain management method and the increasing shear strength method was compared and analyzed. The settlement strain management method including Asaoka, Hyperbolic and Hoshino was used to estimate the degree of consolidation. The result of Hyperbolic method was the average 95% ; Hoshino 90% ; Asaoka 99%. On the other hand, We estimated the degree of consolidation of the average 93% by using the increasing shear strength method. So we might conclude that the result of it is similar to the average of the results of Hyperbolic and Hoshino method. In conclusion, it fits for prediction regarding the degree of consolidation by using Hyperbolic and Hoshino method in this area, if we want to get the good reliable management regarding the degree of consolidation for the next embankment on this weak ground.

연약지반 장기침하량 예측을 위한 최적 압밀도 산정에 관한 연구

박석인 동신대학교 일반대학원 2023 국내박사

우리나라 지형 특성상 삼면이 바다로 둘러싸인 점을 고려할 때 경제적이고 효율적인 국토 활용을 위해 연약지반 개량 필요성이 높아지고 있다. 연약지반 위 성토나 구조물 축조 시 가장 중요하게 고려해야 할 사항은 시공 안전관리와 최종침하량 예측인데 이는 실제 지반의 거동과 초기 설계 계획과 많은 차이를 보인다. 일반적으로 100 m 이상 간격으로 지반조사를 수행하여 지층을 선형으로 분석하지만 연약지반 지층의 깊이는 좁은 간격 사이에서도 너무 불균질하게 분포되어 침하량의 차이가 나타난다. 현장 불교란시료를 채취하여 실내시험으로 얻어낸 지반정수들의 값들도 일정하지 못한 현장 조건으로 정확한 수치로 표현하지 못하고 일정한 범위로 제시되는 불확실성이 포함되고 있다. 이러한 문제를 보완하기 위해서 현장에서는 계측기를 설치하여 침하관리를 실시하고 날짜별로 침하량을 압밀도에 따라 예측한다. 침하량을 예측하는 방법은 쌍곡선법(Hyperbolic method), Hoshino법 등 경험에 의한 방법과 이론식으로 유도되는 Asaoka법과 Monden법이 있으며 연약지반 현장에 맞는 적절한 방법을 적용하여 최종 압밀침하량을 예측한다. 본 연구에서는 영암-해남 관광레저형 기업도시 진입도로 개설공사 현장의 두터운 연약 지반층이 넓게 분포하고 있어 2차 압밀침하량을 계산하는 쌍곡선법을 적용하였다. 최종 압밀성토가 완료된 후 시점부터 전체 침하기간의 10, 20, 30, 40, 45, 50, 60, 70%의 압밀침하 data를 사용하여 최종적인 침하량을 비교·분석하였다. 본 연구대상지인 영암-해남 연약지반에서는 50%의 압밀침하량 정보로 예측한 최종적인 침하량이 현장침하 계측 값과 근접하게 일치하였으며, 시공 초기에 예측된 쌍곡선법의 압밀침하량 오차들을 수정보완 할 수 있는 방법들을 제시하고자 한다. 최종적으로 영암-해남 연약지반 현장은 2차 압밀이 예상되므로 쌍곡선법을 사용하여 침하량을 예측하는 것이 적절하였으며, 현장 압밀도 37% 이상의 압밀 data를 사용하였을 때 허용 잔류침하량 10 cm 이내로 최종침하량을 산정할 수 있음을 확인하였다. 압밀 data가 부족한 시공초기에는 수치해석 또는 유한요소해석을 수행함으로써 최종침하량에 근접한 값들을 계산할 수 있는 신뢰성을 높여야 한다. 그 지역에 맞는 예측 방정식 적용과 함께 현장 압밀거동을 유사하게 시뮬레이션 할 수 있는 유한요소해석 검증으로 최종 압밀침하량의 신뢰성을 높여야 효율적인 시공계획과 경제적인 비용절감을 얻을 수 있을 것이다.

연약지반 개량시 PBD 소요통수능에 관한 연구 : 연약지반 개량시 PBD 소요통수능에 관한 연구

이승동 동신대학교 일반대학원 2008 국내석사

최근 급속한 산업발전과 인구증가로 서해안과 남해안에서는 준설 매립을 통하여 가용할 수 있는 토지를 확보하고 있다. 그러나 이와 같은 준설 매립지역은 대부분 연약지반으로 연약한 지반조건과 어려운 시공 여건을 지니고 있다. 이러한 준설 매립지역에서 가장 큰 문제의 핵심이 되는 것이 장기간의 압밀침하이다. 포화된 연약지반은 투수계수가 작기 때문에 압밀침하 시간이 길어지게 되고 결국 연약지반에서의 건설공사 공기는 더욱 늘어나게 된다. 따라서 최근 연약지반에서의 공사 기간 중에 압밀에 의한 침하량을 빠르게 상당부분 일어날 수 있도록 하여 압밀시간을 단축시키는 압밀촉진공법이 적용되고 있다. 본 연구에서는 지반조사결과에 대한 분석을 수행하여 연약지반 대책공법 선정과 선행재하공법의 타당성을 평가하였다. 또한, 선정된 PBD공법에 대하여 복합 통수능실험을 수행하였고, 수치해석을 통한 타입간격과 타입장비에 따른 압밀도를 산정하였고, 장비주행성 확보를 위한 토목섬유매트와 샌드매트 보강을 분석하였다. Recently, the demand for industrial and residental land are increasing with economic growth, but it is difficult to obtain the area for development with good ground condition. For efficient and balanced development of land, new development projects are being carried out not only the areas with inland but those with the soft ground as well. In the development work of Incheon regional site, it will be greatly meaningful to analyze the calculation results having been carried out so far in every aspects and assess it reflecting the relevant design. It is work that examines closely correctly physical engineering properties of soft ground that one among portion that must handle most at this soft ground processing is used at design of soft ground. In this study, boring data and lab test data the performed before construction site and test results that is through confirmation test after soil improving that use PVD are analyzed. Various kinds of vertical drain technologies such as sand drain, sand compaction pile, packed drain, PVDs are commercially available to improve the soft ground. Therefore, Sand Drain is difficult to supply requirement sand and cause environment problem for ill advised extraction. And Paper Drain decrease drainage effect for a blazing reaction of water and has influence on the organism of under ground and the surface dryness. The prefabricated vertical drains (PVDs) are one of the most widely used techniques to accelerate the consolidation of soft clay and hence increase the shear strength of clay. Discharge capacity is the important factor of vertical drains and affected to the consolidation behaviors. As soft grounds have complex engineering properties and high variations such as ground subsidence especially when their strength is low and depth is deep, we need to accurately analyze the engineering properties of soft grounds and find general measures for stable and economic design and management. Vertical drain technology is widely used to accelerate the consolidation of soft clay deposits and dredged soil under pre-loading and various types of vertical drain are used with there discharge capacity. However, under field conditions, discharge capacity is changed with various reasons, such as soil condition, confinement pressure, long-term clogging, folding of vertical drains, and so on. The test results indicated that the discharge capacity decreases with the increasing the surcharge load, time, and hydraulic gradient. In conclusion, the discharge capacity and required discharge capacity are not much influenced by the type of PVDs. As a result, considering consolidation drainage characteristics in time-settlement, velocity of approaching 90% consolidation degree, and increasing rate of accumulation settlement, average water content and average strength, PBD is estimated to have good consolidation drainage characteristics.

수치해석을 통한 연약지반 측방유동의 보강범위 산정 및 사례 연구

이정훈 전남대학교 2022 국내박사

연약지반을 대상으로 한 성토시공 시에 발생하는 측방유동방지를 위해 다양한 지반개량공법의 적용이 시도되지만, 현장의 제반 조건에 맞는 효율적이고 경제적 시공이 필요하다. 이를 위해 적절한 공법 선정을 위한 성토 과정에서의 단계 성토고, 하부지반의 전단강도, 성토체 하부의 연약층 심도의 변화에 따른 측방유동을 방지할 수 있는 방안을 수립하고자 한다. 이러한 목적 달성을 위해 수치모델링을 실시하여 전단파괴를 시뮬레이션하고, 연약지반의 측방유동에 대한 영향인자의 범위를 사전에 결정함으로써 시공중 사전예측 및 시공 후의 안정관리에 활용 가능한 각 변수별 상관관계를 제시하고자 하였다. 또한 본 연구 결과와 측방유동이 발생된 사례지역을 선정하고 수치모델링에서 제안된 영향인자의 적용성을 확인하고, 이를 이용한 개량방법 및 범위를 사례지역에 적용하여 검증하고자 한다. 본 연구의 사례지구는 영산강 하구에 위치한 도로공사 현장으로 영산강을 건너기 위한 교량의 연결부로 연약층 두께의 변화가 심한 지역으로 지반조사 결과를 이용하여 전단파괴발생 직전의 성토단면의 안전성 검토와 사례지구의 주변여건, 기상여건 등을 종합적으로 분석하여 전단파괴 발생원인을 분석하였다. 수치모델링은 연약지반의 특성을 반영할 수 있도록 대표단면을 설정하고, 측방유동이 발생한 연약점토의 비배수전단강도와 연약층 특성을 파악하고, 연약지반 성토시 예상되는 전단파괴를 한계평형해석을 이용하여 영향인자 및 발생현상에 대해 분석하였다. 대표단면에 대한 수치 모델링을 통해 측방유동의 영향인자별 해석을 수행하고 성토체 상단폭(), 연약층 파괴심도() 및 파괴로 인한 측방변형 영향거리() 등의 관계를 분석하였다. 이 분석된 결과를 통해 실제 전단파괴가 발생한 현장과 비교 분석을 통해, 연약지반 성토시 주의사항 및 대책을 제안하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 한계 성토고의 결정지표인 한계성토지수의 수치해석값은 평균 5.18로 이론식의 5.7보다 작은 것으로 분석되었으며, 연약층 두께가 15~20m로 비교적 깊은 경우에는 이론값과 유사하고, 연약층의 두께가 5~10m로 작아지고 비배수 점착력이 커질수록 한계 성토고가 작아지는 경향을 나타냈다. 이 결과는 이론값이 연약층 비배수점착력에 좌우되나 수치해석에서는 상부 성토재와 연약층의 강도정수를 동시에 고려할 수 있어 실제 지반상황을 잘 반영하고 있는 것으로 판단된다. 전단파괴의 영향심도는 비배수점착력 보다 연약층 두께의 영향을 크게 받는 것으로 확인되며 연약층 두께의 평균 88%에 이르고, 비배수전단강도가 증가할수록 파괴 심도비는 증가하는 것으로 나타났으며, 전단파괴 예방을 위한 개량심도는 90% 정도가 적정할 것으로 나타났다. 상부 성토체의 영향범위는 연약층의 비배수점착력보다는 연약층 두께의 영향을 크게 받는 것으로 나타났으며, 연약층 두께의 평균 1.35배로 분석되었다. 또한 사례지구와 같은 대칭단면의 도로에 적용했을 때 상부 성토 영향폭이 감소하고 상부폭이 작아질수록 원호활동파괴에 대한 위험이 감소하는 것으로 나타났다. 측방유동의 파괴영향거리는 연약층의 비배수점착력이 감소할수록 멀어지며, 연약층 두께의 0.5~1.4배(평균 1.05)로 비례관계에 있으며, 사례지구는 1.73배로 나타나 원설계시 도입된 토목섬유와 GCP보강으로 인해 연약지반의 응력상태가 한계 성토고보다 커서 연약층 내에 전단응력이 과도하게 발생한 상태로 유지된 상태에서 돌발적인 비배수파괴가 발생하여 예상 파괴영향거리보다 넓게 영향을 미친 것으로 판단된다. 수치해석에서 제안된 각 영향치를 사례현장의 보강공법선정에 적용하였다. 경량 EPS를 적용하여 성토하중을 경감시키고, 연약층 전체심도를 GCP로 보강하고, 파괴영향거리를 고려하여 압성토 공법을 실시한 단면에 대해 수치해석을 통해 검토를 실시한 결과 안정성이 확보되었으며 계측결과 또한 안정성이 확보된 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서 제안한 수치모델링 결과를 이용한 전단파괴 예측에 활용이 가능할 것으로 판단된다. Various ground improvement methods are attempted to prevent lateral movement that occurs during embankment construction targeting soft ground, but efficient and economical construction is required to meet the various conditions of the site. To this end, it is intended to establish a plan to prevent lateral flow due to changes in the fill height, shear strength of the lower ground, and the depth of the soft layer under the fill body in the fill process for selecting an appropriate construction method. To achieve this purpose, numerical modeling is carried out to simulate shear failure, and by pre-determining the range of influence factors on the lateral flow of soft ground, the correlation of each variable that can be used for prediction during construction and stability management after construction is analyzed. wanted to present. In addition, the results of this study and the case area where the lateral flow occurred are selected, the applicability of the influencing factors proposed in numerical modeling is confirmed, and the improvement method and scope using the results are applied to the case area and verified. The case district in this study is a road construction site located at the estuary of the Yeongsan River. It is a connection part of a bridge to cross the Yeongsan River, and the thickness of the soft layer varies greatly. The causes of shear failure were analyzed by comprehensively analyzing conditions and weather conditions. Numerical modeling establishes a representative cross-section to reflect the characteristics of the soft ground, identifies the undrained shear strength and soft layer characteristics of the soft clay where the lateral flow occurs, and uses the marginal equilibrium analysis for the shear failure expected when the soft ground is filled. Influencing factors and occurrence phenomena were analyzed. Through numerical modeling of the representative section, analysis was performed for each influence factor of the lateral flow, and the relationship between the top width of the fill body, the depth of fracture of the soft layer, and the influence distance of lateral deformation due to fracture were analyzed. Based on the results of this analysis, precautions and countermeasures were suggested when filling the soft ground through comparative analysis with the site where actual shear failure occurred. The results are summarized as follows. The numerical analysis value of the marginal fill index, which is a determinant of the limiting fill height, was analyzed to be smaller than the 5.7 in the theoretical formula with an average of 5.18, similar to the theoretical value when the soft layer thickness is 15-20 m, which is relatively deep, and the soft layer thickness is 5-10 m. It showed a tendency that the marginal fill height decreased as the pore size became smaller and the non-drainage adhesive strength increased. Although the theoretical value of this result depends on the undrained adhesive force of the soft layer, the numerical analysis can consider the strength constant of the upper embankment material and the soft layer at the same time, so it is judged to reflect the actual ground condition well. It is confirmed that the depth of impact of shear failure is significantly affected by the thickness of the soft layer rather than the undrained adhesive force, reaching an average of 88% of the thickness of the soft layer. It was found that about 90% of the depth of improvement for this purpose was appropriate. The impact range of the upper fill body was found to be greatly affected by the thickness of the soft layer rather than the undrained adhesive force of the weak layer, and it was analyzed to be 1.35 times the average thickness of the soft layer. In addition, when applied to a road with a symmetrical cross-section, such as the case district, the impact width of the upper fill decreases, and as the width of the upper part decreases, the risk of destruction of arc activity decreases. The fracture impact distance of the lateral flow increases as the undrained adhesive force of the soft layer decreases, and it is in a proportional relationship with the thickness of the soft layer 0.5 to 1.4 times (average 1.05), and the case district is 1.73 times, showing the geotextile and GCP reinforcement introduced in the original design. As a result, the stress state of the soft ground was greater than the limit fill height, and a sudden undrained failure occurred while the shear stress was excessively generated in the soft layer, and it was judged that it had a wider effect than the expected fracture impact distance. Each influence value suggested in the numerical analysis was applied to the selection of the reinforcement construction method at the case site. Lightweight EPS was applied to reduce the embankment load, the entire depth of the soft layer was reinforced with GCP, and the numerical analysis was conducted on the cross section that was subjected to the compacted soil method in consideration of the fracture impact distance. As a result, stability was secured. This has been confirmed to have been secured. Therefore, it is judged that it is possible to use the numerical modeling results proposed in this study to predict shear failure.

Geotextile로 보강된 연약지반의 안정성 해석

김신곤 전남대학교 산업대학원 2001 국내석사

연약지반 위에 구조물을 축조하고자 할 때는 적절한 방법으로 지반의 지지력을 증대시키고, 침하의 원인이 되는 변형을 억제하며 내구성을 유지하도록 해야 함은 물론, 시공상의 어려움이나 위험성을 덜어 경제적인 공사를 할 수 있도록 해야 한다. 연약지반 위에 geotextile를 부설하고 성토를 하면 구조물의 안정도가 높아진다. 그리고 성토재료를 일체화하여 지반에 작용케 하므로 지반의 국부적인 파괴, 유동 함몰, 융기 등의 현상을 방지하고 성토의 유실과 침하를 방지한다. 또한 지반을 개선 안정시켜 중장비의 이동을 원활하게 함으로써 공사기간과 공사비를 줄이는 효과도 있다. 이처럼 geotextile을 연약한 흙의 보강재로 효과적으로 사용하기 위하여 연약지반상의 geotextile로 보강된 기초지반의 변형거동을 분석함으로써 geotextile의 보강효과를 규명하기 위하여 연약지반 보강에 영향을 미치는 여러 가지 인자들, geotextile의 부설 여부, geotextile의 부설 폭, geotextile의 인장강도, geotextile 사용량, 등에 따른 변화를 유한요소해석을 실시하였다. 결과로써, geotextile을 부설한 지반의 경우, 무부설 지반의 경우에 비하여 기초지반의 침하량이 작아짐을 확인할 수 있었으며 geotextile의 인장강도가 크면 클수록 침하량은 감소하는 경향이 나타나고 측방유동의 측면에서도 geotextile 부설 지반이 무부설 지반의 경우에 비해 작아짐을 확인하였다. geotextile 부설지반이 전체적으로 수평 및 연직변위량이 억제되었으며, 사면안정에도 크게 향상된 결과를 보였다. 결론적으로 연약지반 보강용으로 사용되는 geotextile은 침하량과 측방유동을 억제하며 사면안정성이 증가시키는 지반보강기능을 한다고 결론을 내릴 수 있었다. When we construct the buildings on the soft ground, we must increase the bearing capacity of the ground, control the deformation of that and do it economically. Banking in geotextile method on the soft ground makes the building's more safe. Also, geotextile method makes the ground improved and then increases the trafficability of heavy equipment. Because of this, construction period and cost are decrease. Like this, to use geotextile effectively as the soft soil's reinforcement material, we carried out FEM analysis with change of the factors influencing to the reinforcement of soft ground ; whether or not geotextile method, the change of the width of geotextile and the tensile strength of geotextile and the amount of geotextile. As the result of that, in case geotextile method, settlement of the ground is decreased compared with the ground not use geotextile. Also we could check that the higher geotextile's tensile strength, the decreaser the ground's settlement. In addition, the aspect of the lateral movement, the ground with geotextile was decreased in comparison with the ground that geotextile isn't used. In conclusion, geotextile used for soft ground's reinforcement material, it controls in horizontal and vertical displacement and get the stability of the slope improved.