본 연구에서 실트폰드는 크기가 55만평의 인공연못 안에 두께가 3~20m의 초연약점토가 침전되어 있었다. 수중모래포설공법을 이용하여 +4.0m 까지 매립을 완료한 1996년에 PBD재를 타설하연서 지반개량을 시작하였다. 지반개량전 대형토조시험과 시험시공을 포함하는 대규모 사전실험을 통하여 초연약지반의 침하특성을 분석하였다. 재하초기에 대변형이 발생하는 초연약지반은 Terzaghi의 1차원 압밀과 달리 탄소성 거동을 보였다. 이러한 사전실험에 얻은 결과를 토대로 초연약지반의 지반개량을 성공적으로 수행하였다. 본 연구에서는 초연약지반에서의 지반개량의 성공사례를 제시한다.
일반적으로 초연약지반에서는 건설장비의 주행성 확보 등을 위하여 토목섬유와 같은 표층 보강재를 적용하게 된다. 그러나 최근 토목섬유로 표층 처리된 초연약지반의 거동에 관한 많은 고찰이 수행되어 왔지만 대부분의 연구에서 토목섬유와 지반의 경계조건을 적절히 표현하지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 토목섬유와 지반의 경계조건이 토목섬유로 표층처리된 초연약지반의 거동에 미치는 영향에 대하여 수치해석적 고찰을 수행하였다. 수치해석에서는 토목섬유와 지반의 마찰에 대한 경계조건을 다양하게 표현하기 위하여 조인트 요소를 적용하였다. 수치해석의 결과는 기존의 실내모형실험 결과와의 비교를 통하여 그 신뢰성을 검증하였으며 파라메트릭 스터디를 통하여 토목섬유와 지반의 경계조건에 따른 초연약지반의 거동을 규명하였다.
현재 국내외에는 준설매립지반과 같은 초연약지 반에 적용하고 있는 표층처리공법에 대한 명확한 설계법이 미흡하며 따라서 경험적인 설계가 주를 이루고 있는 실정이다. 본 논문에서는 표층처리공법의 합리적 설계법 확립의 일환으로 표층 보강된 초연약지반의 거동을 수치해석적 방법을 통해 살펴보았다. 이를 위해 수치해석에서는 초연약지반 및 보강재, 복토재 등의 거동을 모사할 수 있는 적절한 구성모델을 설정하고 기존의 실내모형실험에 의한 결과와의 비교, 분석을 통하여 이 재료들의 적정한 물성치를 설정하였으며 그에 대한 타당성을 검토하였다. 또한 일련의 수치해석 결과들로부터 초연약지반의 강도 및 표층보강재의 강성, 복토의 두께에 따른 초연약지반의 침하거동 특성을 분석하였다.
최근 우리나라에서 활발히 진행되고 있는 준설매립 공사에서는 일반적으로 시공 장비의 주행성을 확보하기 위한 표층처리공법으로써 지오텍스타일을 부설하는 경우가 많다. 지오텍스타일이 부설된 초연약점토지반의 지지력의 계산은 기존에 몇 가지 제안되어 있지만 아직 명확히 확립되어있지 않기 때문에 시공실적에 기초한 경험적인 방법이 사용되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 지오텍스타일이 부설된 초연약지반의 합리적인 지지력 산정방법 확립의 일환으로 일련의 수치해석을 실시하였다. 수치해석결과 초연약지반의 표층을 지오텍스타일로 보강함으로써 초연약지반의 항복 후에도 개량된 지반의 지반응력은 증가함을 알 수 있었으며 지요텍스타일에서 발생되는 최대인장응력은 하중이 증가함에 따라 재하 끝단부에서 크게 발생됨을 알 수 있었다.
본 연구에서는 국내 초연약지반의 비배수전단강도 특성파악을 위해 남해안 일대 초연약지반 5개 현장에서 표준관입시험, 베인전단시험, 콘관입시험을 실시하여 분석하였고, 초연약지반상에서 적용 가능한 개량표준관입시험기를 개발한 내용을 다루었다. 연구결과 초연약지반(N값 2미만)의 비배수전단강도는 표준관입시험의 결과를 선행연구자들이 제안한 식으로 비배수전단강도를 환산했을 경우 12.5kPa 이하, 현장시험에서의 베인전단강도 분석결과 50kPa 이하, 콘관입시험결과 65kPa 이하의 범위에 있는 것으로 나타났다. 원위치시험의 결과가 표준관입시험의 결과를 비배수전단강도로 환산한 값보다 높게 나타났고 초연약지반의 비배수 전단강도는 실질적으로 상당히 폭넓은 전단강도의 범위를 가지고 있는 것으로 분석되었다. 또한 개량표준관입시험기에 의한 $N_m$값과 베인전단시험에 의한 비배수전단강도와의 상관관계는 $S_u=1.76N_m-10.47$, 콘관입시험에 의한 비배수전단강도와의 상관관계는 $S_u=1.82N_m-9.71$로 분석되었다.
실트폰드는 크기가 55만평의 인공연못 안에 두께가 3~20m의 초연약점토가 침전되어 있었다. 1990년대 중반에 매립이 시작되었다. 매립 전 시료채취 및 다양한 종류의 원위치시험을 수행하였다. 실트폰드에 침전되어 있는 흙은 극도로 연약하기 때문에 모래 포설장비를 이용하여 모래를 전 지역에 균등하게 살포하였다. 대단히 주의 깊은 시공에도 불구하고 모래 포설시 대규모 전단파괴가 발생하였다. 따라서 파괴지역에 보강을 위하여 가로가 900m이고 세로가 700m인 고강도 보강매트를 포설한 후 재차 모래를 포설하여 매립을 완료하였다. 매립의 성공은 수중 콘관입시험으로 확인하였다.
준설점토를 활용한 연약지반은 장비주행성 및 진입로의 확보를 위해 시멘트 계 고화재 및 무기질 고화재 등을 활용한 표층고화처리공법이 사용되고 있으나 환경에 유해한 물질의 용출로 인한 문제가 제기되고 있어 환경과 기능성을 모두 만족하는 표층고화처리 공법의 개발이 필요하다. 표층처리 공법으로는 조기강도와 장기적인 안정 등을 고려하여 시멘트계 고화재를 이용한 표층고화처리공법이 많이 활용되고 있으며, 지반개량 효과가 크고 경제적 효율성으로 인해 국 내외에서는 시멘트계 고화재를 이용한 표층개량에 대한 연구과 수행되어 지고 있다. 그러나 최근 환경과 기능성의 문제가 제기되어 시멘트에서 발생되는 6가크롬(Cr6+), 수은(Hg) 등의 유해물질로 인해 지반오염과 환경문제가 발생되어 다양한 친환경적인 공법의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 따라서 이 연구에서는 자연함수비의 준설점토를 시멘트와 친토양고화재를 혼합한 혼합토를 대상으로 동일한 배합조건 및 양생조건에 따른 일축압축강도를 분석하고 이 결과를 기준으로 표층개량범위 적용 및 실내모형토조시험을 수행하여 초연약지반의 강도특성 및 지지력 특성을 검토하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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