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1. 개요
1.1. 배경 및 목적
• 현재 고속도로 본체의 일부인 노체 및 노상을 건설하는 경우, 사용재료로써 현장에서 발생하는 일반 토사를 이용하거나 혹은 터널 등에서 나오는 암버럭을 이용한 암성토시공의 2가지 방법으로 시행되고 있다.
• 현장 발생암을 이용한 암성토는 노체부분에 있어 최대입경을 600mm이하, 1층의 성토 다짐두께를 60cm이하로 규정하고 있다.
• 노체부분에 암성토 시공시 암성토 상부에 일반 토사를 사용한 토사캡핑과 무캡핑의 2가지 형태로 구분하고 있음.
• 시공중 또는 계획중인 고속도로 건설 공사에서는 토사, 암의 불균형적인 성토․사토 현장이 발생하거나, 발생할 여지가 있어 현장 발생암의 노상 확대시공에 대해 검토할 필요성도 증대되고 있다.
1.2. 물치환법을 이용한 암입도분석
다짐 후 현장에서 최대 지름 입자가 50mm 이하 흙의 단위중량을 모래 치환법으로 측정하였지만, 암성토의 최대입경을 고려하여 물 치환법을 시행하였다. 물 치환법은 포설면이나 전압면에 시험공(치환공)을 굴착하여 공벽에 유연한 시트를 밀착시켜 부설한 후 그 안에 물을 주입하는 방법이다. 즉, 치환공의 체적을 시트 내에 주입한 물의 체적으로 치환하여 계측하고, 굴착한 조립재료의 질량의 비로부터 현장밀도를 산정하는 방법이다. 시험공의 체적은 비닐, 고무풍선 등을 써서 시험공에 물을 채우고 들어간 수량에서 구한다. 특히 사력재료에 대하여, 큰 직경의 공을 굴착하는 경우에 적용한다. 이 방법은 모래치환법에 비하여, 일반적으로 체적의 측정치는 변동폭이 크고, 결과는 작게 나타나게 된다.
(가) 원리
물 치환법은 포설면이나 전압면에 시험공(치환공)을 굴착하여 공벽에 유연한 시트를 밀착시켜 부설한 후 그 안에 물을 주입하는 방법이다. 즉, 치환공의 체적을 시트 내에 주입한 물의 체적으로 치환하여 계측하고, 굴착한 조립재료의 질량의 비로부터 현장밀도를 산정하는 방법이다. 시험공의 체적은 비닐, 고무풍선 등을 써서 시험공에 물을 채우고 들어간 수량에서 구한다. 특히 사력재료에 대하여, 큰 직경의 공을 굴착하는 경우에 적용한다. 이 방법은 모래치환법에 비하여, 일반적으로 체적의 측정치는 변동폭이 크고, 결과는 작게 나타나게 된다.
(나) 시험방법 규정
물 치환법에 의한 현장밀도의 측정방법에 대한 규정은 토질공학회기준안(일본), 일본 도로공단시험방법, 건설성 토목연구소 사양 등이 있으며, 이밖에도 국내․외의 도로건설과 댐건설과 관련된 여러 기관에서 기준을 제시하고 있음.
(다) 시험의 일반적인 순서
① 치환공의 굴착 준비
․굴착부 지표면의 굴곡부를 제거하여 평탄하게 할 것.
․굴착직경을 스프레이나 석회분말 등으로 착색하여 굴착공의 형상을 개략적으로 표시할 것
② 치환공의 굴착
• 치환공을 굴착하여 공벽을 다듬는다. 치환공을 굴착할 때는 backhoe로 굴착하고 공벽을 인력으로 정형하는 방법이나 직경이 작은 경우에는 처음부터 인력으로 굴착하는 경우도 있다. 그러나 굴착은 가능한한 신중하게 하여 공벽을 교란하지 않도록 주의하고, 시트가 공벽에 밀착하기 쉽게 면마무리가 필요하다.
③ 치환공의 크기
• 공의 직경 = 0.5～3m (경우에 따라 다름)
• 심 도 = 0.5～1.5m(포설층의 두께 정도)
• 공의 체적 = 0.2～6.0m3(경우에 따라 다름)
④ 굴착한 조립재료의 질량 측정
• 현장 저울을 사용하여 굴착된 조립재료의 질량을 측정
• 굴착 직후에 측정하지 않는 경우에는 비닐시트 등을 덮어 함수비가 변화되지 않도록 할 필요가 있음.
• 건조밀도(간극비)로 품질관리를 하는 경우에는 합성비중을 구하기 위해 굴착한 조립재료의 체분석 및 함수비를 측정할 필요가 있음.
⑤ 시트의 부설 및 물의 주수
• 비닐 시트를 치환공에 부설하고 물을 주수한다. 이용하는 시 트는 공벽에 밀착상황을 확인하기 위하여 투명한 것이 바람직하다. 시트는 공내에 여유를 두고 포설해 두어 물을 주수하면서 공벽의 요철부에 밀착시킨다. 물은 가능한한 공의 주둥이 부분까지 주입해둔다. 비닐이 돌의 모서리에 뚫리지 않도록 주의를 한다.
⑥ 치환체적의 계측
• 치환공의 체적은 주입한 물의 양으로부터 구한다. 주입량의 계량은 수량계 또는 계량용 수조를 이용한다. 공의 주둥이 근처에서 지표면의 경사나 굴곡이 있는 경우 그 영향을 보정하여 체적을 구하여야 한다. 보정방법으로는 수면위치를 결정한 후 주변지반의 표고와 공의 단면적을 계측하여 체적을 수정하는 방법(일본 토목연구소법) 등이 있다. 필댐에서는 토질공학회기준인 base plate를 이용한 사례도 있음.
⑦ 현장밀도의 산정
• 앞에서 구한 굴착된 조립재료의 질량 (M), 치환공의 체적 (V)로부터 다음 식으로 습윤밀도(
 ), 건조밀도(
 ) 및 간극비를 구한다.
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2. 국내•외 현황 및 기술동향
2.1. 국내현황 및 기술동향
• 도로, 철도 및 매립지 성토에 현장 발생토, 암을 최대한 활용하고자함.
• 토사성토의 경우, 입도 및 지지력에 대한 품질관리가 되고 있음.
• 암성토의 경우, 철도, 제방의 경우 기준이 상이함.
• 고속철도의 경우, 암 재료를 노상까지 확대시공하고 있음.
• 수자원공사의 경우 제방공사시 1.0m이상의 재료를 사용하며 입도분포를 규정.
1.2. 국외 현황 및 기술동향
• 교통량 및 하중이 커지는 경향에 따라 성토체의 품질관리를 엄격히 하고 있음.
• 미국의 경우, 암 재료의 직경을 1.0m까지 확대시공하고 있음
• 일본 고속철도의 경우, 성토재료로 암재료를 30cm까지 허용하고 있음.
• 유럽의 경우, 토사 및 암에 대한 별도의 분류하고 있지 않음.
• 필요시, 암재료의 최대 입도관리를 통해 품질관리를 하고 있음.
2. 기술개발실적
• 현행의 고속도로 전문시방서상에 기술된 암재료 품질관리를 개선함.
• 암재료의 최대치수 및 지지력에 국한된 관리기법을 암재료의 입도 및 밀도관리기준을 제시함
• 암재료의 사용처를 노체전면으로 확대함.
• 확대된 사용처에 대한 암재료 품질관리기준을 제시함.
• 물치환법을 이용한 암재료의 입도 및 밀도에 대한 관리방법을 제시함
3. 향후 발전방향
• 암재료의 사용처 확대를 지속적으로 추진할 계획임
• 노체 및 노상 확대적용을 통해 성토체의 침하 및 지지력을 개선할 계획임.
• 편의성 향상을 위한 고품질의 고속도로 건설의 일환으로 주행성향상을 목표로 하고 있음.
4. 참고자료
1) 건설교통부, “도로공사 설계기준”, pp.96～97, 1998.
2) 건설교통부, “도로교 표준시방서”, pp.42, pp2-27～28, 1996.
3) 건설교통부, “도로공사 표준시방서” pp.44～54, 1996
4) 김용진, “구성방정식을 이용한 다짐화강토의 공학적 특성”, 박사학위논문, pp. 1～3, 1993.
5) 일본도로공단(일본어), “토목공사공통사양서”, pp.2-8～2-16, 1996.
6) 한국도로공사, "건설공사 품질시험 편람", pp.29～63, 1998.
7) 한국도로공사, “고속도로 전문시방서(토목편)”, pp. 4-14～4-29, pp.9-1～9.9, 1998.
8) 한국도로공사, "고속도로 일반시방서", ,1986.
9) 한국도로공사, "고속도로 일반시방서", ,1990.
10) 한신고속도로공단(일본어), “토목공사공통사양서”, pp.7-9～7-17, 1978.
11) 김용필 외 2인, “지반공학 시험법 및 응용”, 세진사, pp103～178, 1997.
12) 한국수자원공사, “다목적댐 건설사업 시방서”, pp.C6-1～C6-24, 1996.
13) 한국수자원공사, “공사감독업무편람”, pp.34～38, 2001.
14) 탐진댐 건설단, “CFRD 댐축조재료 현장밀도시험(재보완)”, 업무메뉴얼
15) 서울대학교, "수도권 남부 저유소 유류탱크 단지 암버럭 성토지반의 침하거동연구", pp12～24, 1995.
16) AASHTO, "Guide Specifications For Highway Construction", AASHTO, Inc. 444 N. Capital Street, N. W., Suite 225 Washington D.C., 1988
17) Houston W. N., Houston S.L. and Walsh K.D., "Compacted High-Gravel-Content Subgrade Materials",Journal of Transportation Engineering, ASCE, Vol. 120, No. 2, 1994
18) NAVFAC, "Foundations and Earth Structures", Department of the Navy Naval Facilites Engineering Command, pp.7.245～7.2.53, 1982.
19) Roman D. Hryciw & Thomas G. Thomann, Stress-History-Based Model for Cohesionless Soils ,Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 119, No, 7, July, 1993
20) Touran A., "Expert System for Compactor Selection", Journal of Transportation Engineering, ASCE, Vol. 116, No. 3, 1990 |
(2.23)
(2.24)
(2.25)
: 함수비(%)
: 절건비중에 의한 간극비
: 재료의 절건비중
와 곡률계수
의 경우 아래 표와 같이 나타나 양호한 분포를 이루고 있는 것으로 측정되었다.
