초연약지반에 적용 가능한 개량관입시험

Abstract

최근 들어 국토를 보다 효율적으로 이용하기 위한 방법의 일환으로 준설매립 및 공유수면매립 공사가 증가하고 있고 더불어 초연약지반에 토목구조물을 시공하는 사례가 빠르게 증가하고 있다. 이로 인해 연약지반의 명확한 전단강도 분석이 필요하게 되었고 지반조사의 중요성이 더욱 부각되었다. 기존의 연약지반 조사 방법들은 콘관입시험의 경우 시료 채취가 불가능한 단점을 지니고 있으며, 베인전단시험의 경우 회전속도에 따라 강도의 차이가 많이 발생하고, 딜라토미터의 경우 중간에 견고한 층이 있으면 관입이 불가능한 단점을 지니고 있다. 이렇듯 견고한 지반과 연약지반에서 모두 사용이 가능하고 시료 채취와 간편화된 장비가 필요하게 되었다. 따라서 지반조사에서 가장 보편화되어 있는 표준관입시험기의 문제점을 개선하여 초연약지반에서 적용 가능하도록 개량관입시험기를 개발하고자 하였고, 기존의 표준관입시험기를 활용하여 초연약지반의 강도를 산정할 수 있도록 측정방법 제안 및 경험식을 제안하고자 하였으며, 이를 활용하여 초연약지반에서 보다 쉽게 강도를 산정할 수 있도록 하는 것이 본 연구의 목적이다. 이를 위한 방법으로 첫째 초연약지반의 전단강도 특성을 규명하였고 둘째, 개량관입시험기 개발 및 적용성 평가를 실시하였으며 셋째, 적정개량공법 산정을 위한 실내실험 및 수치해석을 실시하였다. 이를 위해 남해안 일대 6개 초연약지반 현장에서 표준관입시험, 베인전단시험, 콘관입시험 및 동적콘관입시험을 실시하였고, 초연약지반에 적용 가능한 개량관입시험기 개발과 함께 초연약지반의 비배수전단강도를 현장시험과 실내시험을 통해 산정하고 초연약지반에 적용 가능한 개량공법을 비교·분석하였다. 연구결과 초연약지반(N값 2미만)의 전단강도는 표준관입시험의 결과를 비배수전단강도로 환산했을 경우 12.5kPa 이하, 베인전단강도 분석결과 50kPa 이하, 콘관입시험 결과 65kPa 이하의 범위에 있는 것으로 나타났다. N값 2미만의 비배수전단강도 값이 실질적으로 상당히 폭넓은 전단강도의 범위를 가지고 있는 것으로 분석되었다. 개량관입시험기 개발은 첫째, 표준관입시험기의 해머무게 축소방안으로 초연약지반에 적용 가능한 개량관입시험기의 해머무게를 82.5N로 개량하였다. 개량된 해머를 이용하여 6개 현장에서 적용성 평가를 실시한 결과 개량관입시험의 관입저항치와 비배수전단강도의 상관계수는 최소 75%로서 적용성이 우수한 것으로 나타났다. 둘째, 기존 표준관입시험기를 이용하는 방안으로서 표준관입시험기 해머 1타 타격시 관입깊이와 이때의 비배수전단강도를 산정하여 관입깊이별 비배수전단강도의 관계를 경험식으로 제안하였으며 향후 초연약지반에서 비배수전단강도 예측시 유익할 것으로 전망된다. 실내실험에서는 서로 다른 공법들간의 지반개량효과를 상대적으로 비교하기 위해 지지력비(BCR)와 침하량비(SR)를 이용해 개량공법의 효과를 평가하였다. 실험결과 생석회말뚝공법이 효과가 가장 우수하였으며 SCP공법, 대나무망공법의 순서로 나타났다. 생석회말뚝공법의 경우 여타공법에 비해 지지력비, 침하량비에서 2배 이상으로 나타났으며 대나무망공법의 경우 지지력비, 침하량비가 가장 낮았는데 이는 시간경과에 따른 내구성저하가 원인인 것으로 사료된다. 나아가 모형실험에 대한 2차원 유한요소해석을 실시하여 수치해석의 연약지반 개량효과 예측 가능성을 평가하였다. 비교 결과, 모형실험과 수치해석의 결과는 유사한 것으로 나타났으며 수치해석으로 지반개량효과를 효과적으로 예측 정량화할 수 있을 것으로 판단된다.