해성퇴적층 지반의 가시설토류벽 수평변위 특성에 관한 연구

Abstract

요 지

우리나라는 좁은 국토를 보다 효율적으로 이용하고자 해안 매립을 통하여 국토면적을 넓혀 나가고 있다. 이렇게 매립된 지역은 대부분 해성퇴적층으로 구성된 바닷가에 위치하고 있고, 지반이 연약하며, 흙막이 공사 시 벽체의 변형이 발생하여 안정성에 큰 문제가 발생할 수 있다. 이와 같이 시공 중에 발생하는 수평변위를 미리 예측할 수 있다면 사고를 예방하는데 큰 도움이 될 수 있을 것이다. 설계 및 시공 시 흙막이 가시설의 안정성을 판단하기 위해서는 지반조건에 적합한 계측관리 기준치가 있어야 하는데, 해성퇴적층 지반에서 흙막이 가시설 설계 시 국내 계측관리 기준이 미흡하여 도심지의 양호한 지반조건에 적용하는 계측관리 기준치를 적용하는 경우가 많아, 본 연구를 통하여 해성퇴적층 지반에서 흙막이 가시설 토류벽을 설계할 때 안전성을 판단 할 수 있는 수평변위의 기준을 검토하였다. 본 연구에서는 서해안 OO지역에서 IPS 지지방식과 Strut 지지방식으로 시공한 현장의 계측에 의한 수평변위량을 수치 해석상의 예측치와 비교하고, 실무에서 널리 사용되고 있는 탄소성보법 해석 프로그램(SUNEX, EXCAV)을 이용하여 해석치를 상호 비교분석 하였다. 또 최대수평변위에 대한 여러 제안값 중 점토지반에 적용한 제안값과 비교한 결과, IPS 지지 방식과 Strut지지 방식에 의한 최대 수평변위는 IPS지보형식이 Strut지보형식보다 더 크게 발생하였으며, SUNEX 프로그램 해석치와 EXCAV 프로그램 해석치를 상대 비교했을 때 SUNEX 프로그램이 더 크게 해석되었지만, 점토층에서의 기존 제안값인 0.5%H 에는 더 근접하다는 결론을 얻었다. 이는 SUNEX 프로그램이 해석 시 지보형식이나 사용하는 부재 보다는 토질 정수 중 내부마찰각(Φ)에 의해 수평변위값이 영향을 받고, 두 프로그램에 Rankine 토압 적용 시 SUNEX와 EXCAV의 주동 및 수동토압 적용 공식이 상이하기 때문이라 판단된다. 내부 마찰각이 큰 사질토 지반에서는 수평변위값이 작게 발생하고, 내부 마찰각이 작은 점성토 지반에서는 수평변위가 크게 해석되어 상호 비교 시 사질토 지반에서는 EXCAV가 크게 나타나고 점성토 지반에서 SUNEX가 크게 나타났다고 판단된다. 또한, 기존 제안값 중 점성토에 적용한 0.5%H 와 비교 시 현장계측치는 평균 141%, SUNEX로 예측한 결과치는 평균 78.1%, EXCAV로 예측한 결과치는 평균 18.1% 범주에 분포함을 확인 하였다. 따라서, 흙막이 가시설 설계 시 사용하고 있는 해석 프로그램으로 산정한 수평변위량이 실제 현장에서 계측한 변위량을 과소 예측하므로 지반거동을 모사하는데 주의를 요한다. 추후 보다 정밀한 유한요소해석 등을 통하여 실제 거동의 예측 가능성을 평가해야 할 것이다

주요어 : 계측기준, 해성퇴적층, 수평변위, 수치해석