다짐모래말뚝공법
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1.머리말 연약지반의 개량공법은 개량의 목적과 대상지반등에 따라 원리가 다른 여러가지 공법이 있다. 다짐모래말뚝공법은 연약지반의 전단강도를 증가시키고 알밀을 촉진시키며지 반의 액상화를 방지하기 위하여 널리 사용되고 있는 공법이다. 우리나라에서는 1984년 광양제철소연약지반 개량공사에서 처음으로 적용된 공법이며, Sand Drain공법에서 모래말뚝을 조성할 때 사용하는 시공기계와 동일한 기계로서 연약지반속에 다짐모래 말뚝을 조성하게 된다.연약지반을 대상으로 하는 공사에 있어서는 일반적인 지반에서보다 더 상세한 설계와 철저한 시공관리를 실시한다. 그러나 설계시 예측한 지반의 거동과 성상의 변화는 실제와 상당한 차이가 있다. 이것은 지반이 아주 복잡하게 구성되어 있고 더욱 복잡한 특성을 가지고 있으며 조사 및 설계과정에서 여러가지의 단순화나 이상화해야 하는 등의 불확실성 요소를 많이 내포하고 있기 때문이다. 여기서는 다짐모래말뚝 공법의 개황을 알아보고 광양제철소 연약지반개량 공사중 이 공법으로 지반개량을 실시한 지역에 대하여 개량후의 토성변화 및 이론과 실제의 침하량등에 대하여 기술하고자 한다. 2.공법의 원리 다짐모래 공법은 연약지반중에 진동 또는 충격하중으로 모래를 압입하여 직경이 큰 다져진 모래말뚝을 조성하는 것을 기본으로 하고 압밀을 촉진시키기 위히여 일반적으로 재하성토를 병행하며 단일의 시공기계 및 SYStem으로서 사질토 및 점성토 지반에 적용할 수 있도록 개량개발된 공법이다. 느슨한 사질토 지반에 대해서는 진동 또는 충격하중으로 모래를 압입하여 공극을 다져 상대밀도의 증가를 꾀하며 그 효과는 다음과 같다. - 진동 또는 충격에의하여 모래를 지웅에 압입시킴에 따라 사질토 지반을 한계공극비 이하로 다져 지진시 및 진동시의 유동화를 방지한다. - 잘 다져진 모래말뚝의 조성으로 지반의 전단강도나 수평저항을 증대시킨다. - 압축침하를 현저하게 저감시킨다. - 다짐에 의한 지반의 균일화를 기대할 수 있다. 한편 점성토 지반에대해서는 일정한 간격으로 조성된 다져진 모래말뚝과 점성토가 일체로 된 복합지반으로되어 기초지반 전체의 안정성 개선을 목적으로하고 그 효과는 다음과 같다. - 비교적 잘 다져진 직경이 큰 모래말뚝이 일정한 간격으로 점성토중에서 조성됨에 따라 복합지반이 형성되어 지반전체로서의 전단저항이 증대하고 지지력 증가와 활동파괴의 방지에기여한다. - 상재하중이 모래말똑 측으로 집중되는 응력집중 효과에 의하여 알밀침하를 저감시킨다. - 밀실한 Drain효과에 의하여 잔류침하를 조기에 종료시킨다. - 복합지반의 기능으로 부동침하를 저감시킨다. 3.시공방법 및 순서 다짐모래말뚝의 타설기계는 일반적인 Crawler Crane에 강제 LEader를 부착시키과, Leader에 Sand Hooper와 Casing이연결된 Vibro Hammer를 장치시킨 것이다.부대장비로 서는 발전기, 공기 압축기 등이 있으며 시공방법 및 순서는 다음의 기본동작에 따른다. _ Casing을 타설위치에 세운다. - 진동기를 작동하여 CAsing을 지중에 관입시킨다. 이때 진동기만으로 관입이 불가능할 경우에는 선단의 사수 Nozzle을 이용하여 WAter Jet를 병용시킨다. - 소정의 깊이까지 도달하면 상부 Hopper로 CAsing내에 일정량의 모래를 투입하과 Cashing을 규정 높이까지 인발하면서 Cashing내의 모래를 압축공기로 천공부에 압출시킨다. - Cashing을 다시 규정 높이까지 재관입시켜 투입된 모래를 진동에 의하여 다지고 다시 Cashing을 규정 높이까지 인발하여 모래를 투입한다. 이상의 조작을 되풀이 하면서 Cashing을 지상까지 인발하여 모래말뚝을 완성시킨다. 4.지반개량후의 토성변화 (1)개요 Vertical Drain공법이나 다짐 모래 말뚝 공법등은 연약지반의 압밀을 촉진시켜 압축성을 개선하고 밀도를 증가시킴에 따라 현저하게 토성이 변화 된다.특히 다짐모래말뚝공법에서는 진동에 의하여 다짐모래말뚝을 조성할 때에 주변지반이 교란되고 지반강도가 저하되게된다. 개량후의 토성변화는 지반개량 효과를 판정하는 중요한 요소이며 토성의 변화에 따라서 설계의 수정과 압밀도의 파악 및 잔류침하량을 추정하게 되고 향후의 지반개량공사에서 중요한 지표가 된다. 여기서 지반개량후의 토성변화에 대하여 기술되는 내용은 광양제철소 용지의 연약지반개량 지역중에서 제1기 설비의 원료 Yard 지역을 대상으로 하며ㅡ 이지역의 지반개량공법은 다짐모래막뚝공법과 Sand Drain공법 및 재하성토공법을 병용하였다. (2)물리적성질의변화 흙의물리적 성질중에서 점성토의 자연함수비, 단위체적중량 및 공극비의 변화에 대하여 개량전후를 비교하면 표1 그림2~그림4와 같다. 표시된 개량후의 값은 재하성토의 철거시기를 판단하기 위하여 이론침하량의 압밀도 90%에 도달했을 때에 조사된 결과치이다. 진동하중으로 다짐 모래말뚝을 연약지반 속에 조성하므로 다짐모래말뚝 타설직후의 토성변화는 흙이 교란됨에 의힌 것으로서 그 변화된 값은 그리 크지 않고 비슷함을 알 수 있다. 개량후의 값은 함수비와 공극비가 감소하고 단위체적중량의 증가가 뚜렷하다. (3)역학적 성질의 변화 흑의 역학적 성질의 변화를 파악하여 지반개량의 효과를 판정할 때에는 일반적으로 사질토의 밀도와 점성토의 일축압축강도를 대상으로 하게된다. 지동하중에 의한 다짐모래말뚝 조성으로 느슨한 사질토 지반은 밀도가 증가되고 점성토지반에서는 지반이 교란됨에 따라 모래말뚝 타설직후에는 강도가 저하되며 저화된 강도는 시간이 경과됨에 따라서 회복된다. 그 강도회복의 기구에 대해서는 아직 확실한 해석방법이 확립되어 있지 않지만 구조조직의 재결합에 의힌 HIXOTROPY현상과 과잉공극수압의 소산에 다른 유효옹력의 증가등으로 인하여 한번 저하된 강도가 시간이 경과함에 따라 원지반상태 또는 그 이상의 값으로 회복한다. 5.이론침하량과 실측침하량의 비교 (1)개요 연약지반에서 발생되는 여러가지의 문제들은 중에서 지반침하는 지반의 전단파괴와 더울어 흔히 야기되는 문제로서 그 예측이나 판단의 정도가 공사전체에 크게 영향을 미치게 되므로 매우 중요하다. 따라서 여러가지의 토질조사 자료를 토대로 보다 정확한 침하량을 예측하기 위해 노력하고 있으나 전술한 바와 같이 흙이 균질하지않고 복잡한 구조와 특성을 가지고 있으며 현장에서 일어나는 여러가지의 거동을 정확하게 측정하기는 많은 어려움을 안고 있다.특히 침하하는 지반의 배수조건과 구성물질 등에 따라서 그 양과 시간에 따른 침하율이 다양하게 일어나고 있다. 여기서 이론침하량과 실측침하량에 대하여 기술하는 내용은 광양제철소 용지의 연약지반개량 지역중 제기설비의 원료 Yard 지역내에서 그림 7과 같은 대표적인 토질조건을 갖고 있는 위치를 대상으로 한다. (2)이론침하량 Terzagh의 1차원 압밀이론을 근거로 유도된 이론식중 압축지수를 이용하여 산정한 점성토층의 압밀침하량은 표2와 같다. 여기서 매립하중에 의한 침하량은 지반개량전까지의 매립사에의한 침하량이며 재하사 철거전까지의 총침하량은 매립사에의한 압밀침하량과 제하성토에 의한 압밀침하량을 합한 것이다. 여기서 알수 있는 것은 실측침하량이 이론치보다 작은 값을 나타내고 있으며 점성토층의 압밀 침하곡선이 사질토층의 즉시 침하가 포함된 지료면 침하와 유사한 양상을 타나태고 있다는 것이다.