Choi, Jeong Ho;Lee, Min Jy;Falcon, Sen Sven;Park, Seong Jin;Choo, Yun Wook;Kim, Il Gon;Kim, Byeong Kyu
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.38
no.7
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pp.25-37
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2022
In this paper, a small-scale model testing system was developed using a series of small-scale model tests to analyze the mechanism of compaction pile formation and evaluate the quality of controlled grading aggregates proposed as an alternative material to the sand compaction pile (SCP) method and granular compaction pile (GCP). These are the most typical ground improvement methods in field practice, particularly for soft grounds. However, the SCP has faced difficulties due to the supply shortage of natural sand and the corresponding price surge of sand. The GCP is limited in marine soft grounds because of the failure occurring at the pile tip caused by excessive expansion of the deeper bulbs, leading to uneven bulb formation. The uniformity of compacted pile bulbs is critical to ensuring the bearing capacity and quality of the compaction pile. This study aims to evaluate the performance of the new material and controlled grading aggregates using small-scale model tests simulating field compaction process to investigate its potential application in comparison with SCP. The compaction piles are examined in four cases according to different materials used for compaction pile and clay strength. The compaction pile materials, which are made of sand and controlled grading aggregates, used in this study were compared to reveal the mechanism of the bulb creation. The experimental data confirm that the bulb formation quality of the traditional sand and the new material, controlled grading aggregates are comparable. The compaction pile made of controlled grading aggregates presents higher bearing capacity than that of marine sand.
Based from the results of various field and laboratory tests, it was determined that VCCP(Vibrated Crushed-stone Compaction Pile) Method is more effective compared to SCP(Sand Compaction Pile) Method. VCCP method effectively increases soil bearing capacity and reinforces soil and slopes, prevents liquefaction, enhances drainage. But when it comes to the engineering design these factors are not considered, instead designs are performed using practical methods and equations. Furthermore, this method is very economical since crushed stone can be used instead of sand and it can be also used in off-shore construction. In this paper, it will be synthetically considered technical state at the present time, research object after this and necessity of research for VCCP Method.
In general, sand compaction pile(SCP) method and gravel compaction pile(GCP) method have been mainly used to reinforce soft soils such as soft clay or loose sandy ground. But the sand compaction pile method has problems such as lack of sand supply and destroying the nature while collecting sand, the gravel compaction pile method has a problem such as decreased permeability of the drainage material due to clogging. Recently, the study to replace sand with bottom ash which has similar engineering properties with sand is in active. As a fundamental research on bottom ash mixture compaction pile utilizing bottom ash, its behavioral characteristics depending on granular materials and replacement ratio has been simulated numerically. In particular, Settlement Reduction Ratio(SRR) according to the distance from the center of pile was calculated. The main findings were as follows. Change values of Mixture Compaction Pile's SRR according to granular materials showed similar patterns and stiffness of the composite soil is increased depending on the replacement ratio so SRR showed decreased patterns. Especially, when the replacement ratio is in 20~40%, it increase significantly. When the replacement ratio is over 40%, it increase slowly. When considering the economics, 30~40% replacement ratio is appropriate.
Among soft ground improvement methods by using granular material, the sand compaction pile method has been widely utilized in Korea, but, as a result of shortage and increase of unit price of sand, a necessity of an alternative method has been required. In this study, a series of in-situ static load tests for crushed-stone compaction piles were performed. Pile diameter was fixed to 700mm and areas of loading plates were changed. The static load tests were performed for area replacement ratios of 20, 30 and 40% respectively. Based on the test results, bearing capacity of single crushed-stone compaction pile was estimated. It showed that the settlement decreases as the replacement ratio increases. Also, a yielding capacity equation of the crushed-stone compaction pile considering replacement ratio was suggested.
The necessity of effective and economical improvement for soft ground is required more and more as mountains form 70% of country. The soft ground improvement methods for ocean development are sand compaction pile method, displacement method are applied to the soft ground improvement from ocean development pre-loading method, air pressure method, well point method, pack drain method, quicklime pile method etc. Among them, the sand compaction pile method, has many problems such as the economical problem on importing materials due to the lack of sand and destroying the nature while collecting sand. To replace the sand with other alternative materials, a study on the bottom ash compaction pile method because the bottom ash has the similar engineering properties with sand. Therefore, in this study, after compose the complex soil with a replacement rate of 10~80% and a large direct shear test, shear test, consolidation test with replacement rates of bottom ash are performed to estimate whether its shear and consolidation characteristics are suitable for the alternative material of compaction pile method. As a result of test, Shear Strength Parameters tend to be increased in accordance with the increase of replacement ratio of bottom compaction pile, and Settlement Reduction Factor and $t_{90}$ tend to be decreased.
In this study, the resistance bias factors are calculated to determine the resistance factor of Gravel Compaction Piles which is one of the soft ground improvement methods. In order to calculate resistance bias factors for gravel compaction piles, two ultimate bearing capacities were analyzed. One is the ultimate bearing capacity in 2.54 cm settlement measured using data of the field loading test on 41 piles and the other is the ultimate bearing capacity calculated using the seven equations concerning bulging failure. The results of analysis show that the probability density function of the calculated ultimate bearing capacities has a lognormal distribution. Resistance bias factor and the coefficient of variation for Greenwood equation are 0.91 and 0.38, respectively, and for those of Hughes & Withers are 1.19 and 0.39. The two equations are suitable for calculating resistance factors for LRFD of soil improvement using gravel compaction piles.
Granular compaction piles have the load bearing capacity of the soft ground increase and have the settlement of foundation built on the reinforced soil reduce. The granular compaction group piles also have the consolidation of the soft ground accelerate and have the liquefaction caused by earthquake prevent using the granular materials such as sand, gravel, stone etc. However, this method is one of unuseful methods in Korea. The Granular compaction piles are constructed by grouping it with a raft system. The confining pressure at the center of bulging failure depth is a major variable in relation to estimate for the ultimate bearing capacity of the granular compaction piles. Therefore, a share of loading is determined considering the effect of load concentration ratio between the granular compaction piles and surrounding soils, and varies the magnitude of the confining pressure. In this study, method for the determination of the ultimate bearing capacity is proposed to apply a change of the horizontal pressure considering bulging failure depth, surcharge and loaded area. Also, the ultimate bearing capacity of the granular compaction piles is evaluated on the basis of previous study on the estimation of the ultimate bearing capacity and compared with the results obtained from laboratory scale model tests. And using the result from laboratory model tests, it is studied increase effect of the bearing capacity on the granular compaction piles and variance of coefficient of consolidation for the ground.
Granular compaction piles increase the load bearing capacity of the soft ground and reduce the settlement of fecundation built on the reinforced soil. Also the granular compaction piles accelerate the consolidation of soft ground using the granular materials such as sand, gravel, stone etc. However, this method is one of unuseful methods in Korea. In the present study, the estimation procedure for the ultimate bearing capacity of randomly installed granular compaction pile group is proposed. Also, carbon rod tests have been peformed for verifying the group effect of granular compaction piles and the behavior characteristics such as bulging failure zone on granular compaction piles. From the test results, it is found that bulging failure shape of granular compaction piles was conical shape and the ultimate bearing capacity increased as the spacing of piles became gradually narrow. Also, from the proposed method in this study, the optimal locations of granular compaction piles with various installed cases are analyzed. The results were shown that the bearing capacity was increased in the case concentrated on the central part of pile group.
Granular compaction pile has the load bearing capacity of the soft ground increase and has the settlement of foundation built on the reinforced soil reduce. The granular compaction group piles also have the consolidation of the soft ground accelerate and prevent the liquefaction caused by earthquake using the granular materials such as sand, gravel, stone etc. However, this method is not widely used in Korea. The granular compaction piles are constructed by grouping them with a raft system. The confining pressure at the center of bulging failure depth is a major variable in estimating the ultimate bearing capacity of the granular compaction piles. Therefore, a share of loading is determined considering the effect of load concentration ratio between the granular compaction piles and surrounding soils, and the variation of the magnitude of the confining pressure. In this study, a method for the determination of the ultimate bearing capacity is proposed to apply a change of the horizontal pressure considering bulging failure depth, surcharge, and loaded area. Also, the ultimate bearing capacity of the granular compaction pile is evaluated on the basis of previous study(Kim et al., 1998) on the estimation of the ultimate bearing capacity and compared with the results obtained from laboratory scale model tests and DEM numerical analysis using the PFC-2D program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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