연약지반 개량 기술 편람 - 침하 및 안전관리

[돌이]

1. 개요

계측관리는 불확실한 설계개념이나 지반정보로부터 발생되는 문제점을 사전에 예방하고 보다 정확한 현장지반 정보의 제공으로 공사의 안정성 확인과 경제성을 확보하는 것이다. 현장계측의 궁극적인 목표는 다음과 같다.

(1) 공사의 안정성 확인 및 경제성 확보

(2) 최적의 시공관리

(3) 설계 및 토질정수의 평가

2. 계측기의 종류 및 배치

연약지반 위에 성토를 할 경우의 문제점은 주로 침하와 성토사면의 안정성으로 계측기는 연약지반의 거동을 파악할 수 있도록 계측목적에 맞는 계측기를 매설하여야 한다. 연약지반의 압밀과 관련한 계측기로는 지표면침하판, 층별침하계, 지중경사계, 간극수압계, 지하수위계, 지표면변위말뚝 등이 주로 사용되며, 이에 대한 배치기준은 그림 5.1 및 표 5.1과 같다. 계측빈도는 현장여건을 고려햐여 조정하여 시행한다.

3. 침하관리

침하관리란 침하 및 간극수압 계측결과를 이용하여 장래 최종침하량을 예상하고 현재의 압밀도를 추정하여 성토속도를 조절하며, 선행재하하중의 제거시점을 파악하는 것으로 일반적으로 다음과 같은 내용에 대하여 실시한다.

실측 침하자료에 의한 침하량 분석에는 쌍곡선법, Hosino법, Asaoka법 등을 사용하며, 그림5.2는 침하관리에 따른 작업흐름을 나타내고 있다.

(1) 성토에 의한 연약지반 침하량을 구하고 압밀진행상황을 분석하여 압밀도 추정

(2) 설계시 산정된 참하량과 실측침하량을 비교 분석하여 현장시공에 반영(Feed Back)

(3) 선행재하하중의 방치기간과 제거시기, 추가적인 성토고 결정

(4) 지반개량효과의 예상밖의 경우 원인규명

(5) 부등침하량의 확인 및 그 대책수립

3.1 쌍곡선법

침하의 평균속도가 쌍곡선적으로 감소한다는 가정에 근거한 것으로 초기의 실측침하량으로부터 장애 임의시간에서의 침하량 또는 최종침하량을 예측하는 방법으로 성토시공중의 단기간 예측에 적용하는 것이 좋다.

3.2 Hosino법(√t법)

Hosino법은 침하속도가 시간의 평방근에 비례한다는 기본원리에 근거한 것으로 초기의 실측침하량으로부터 장래 임의시간에서의 침하량과 최종침하량을 구하는 방법이다.

3.3 Asaoka법

일차원 압밀방정식에 의거 하중이 일정할 때의 침하량을 나타내는 간편식으로 장래 침하량을 예측하는 방법이다.

4. 안정관리 방법

안정관리는 지반의 변형량과 변형속도로부터 안정성의 검토 및 간극수압 발생 및 소산의 이상유무 파악 및 압밀진행상황 확인하는 것을 말한다. 그림5.8은 안전관리 흐름도를 보여주고 있다.

4.1 침하량에 의한 방법

일정한 하중이 재하된 상태에서 압밀침하량은 지반이 안정되어 있으면 시간경과와 더불어 일정값에 수렴하는 경향을 보이나 지반이 불안정하게 되면 침하량이 직선적으로 증가하거나 침하속도가 급증하면서 파괴에 이른다.

4.2 지표변위량에 의한 방법

지반이 안정되어 있으면 수평변위량은 시간적으로 거의 변화하지 않든가 또는 성토측으로 끌려 들어오는 경향을 나타내나, 불안정한 상태에서는 수평변위량이 성토의 외측방향으로 급증한다. 연직변위량은 안정상태에서는 시간적으로 거의 변위가 발생하지 않거나 또는 성토에 의하여 아래쪽으로 밀려들어가는 경향을 보이나 불안정상태가 되면 위쪽으로 융기하며 성토를 중지해도 그러한 경향은 계속된다.

4.3 지중변위량에 의한 방법

지반이 안정되어 있는 상태에서 지중변위계에 의하여 측정되는 지중변위량은 작은 값을 나타내나 지반의 변화가 심하면 변위량의 시간적 변화는 성토의 외측을 향하여 밀려나가는 방향의 변위가 증가경향을 보인다. 이러한 지중변위의 변화양상을 관측해 가며 시공을 관리하는 방법이다.

4.4 간극수압에 의한 방법

지반이 안정되어 있는 상태에서는 간극수압의 증가가 하중증가에 따라 일정량씩 증가하며, 증가한 과잉간극수압은 점차 감소하는 경향을 보인다. 지반이 불안정하여 파괴에 가까워지면 하중이 일정한 상태에서도 간극수압이 증가하거나 소산되지 않는 경향을 보인다.

4.5 Matsuo - Kawamura법

성토의 파괴사례를 조사하여 성토 중앙부의 침하량 S와 성토경사면의 수평변위량 δ의 관계가 일정한 파괴기준선으로 표시됨을 발견하고 시공 중의 측정치를 S ~δ／S 그림 5.12와 같이 도상에 표시하여 파괴기준선에 근접하는가 멀어지는가에 따라 안정, 불안정 여부를 판단한다. 실측결과가 Q／Q_{f}=0.8에 가까워지면 성토를 중단하고 방치하였다가 실측결과가 이 곡선에서 멀어지게 되면 공사를 재개한다.

4.6 Tominaga - Hashmoto법

Matsuo - Kawamura 이론을 참고하여 S와 δ를 측정 도시하여 관리하는 방법으로 그림 5.13과 같이 성토하중이 적은 초기단계의 S와 δ값에 의한 기준선(E선)을 표시하고, 기준변위보다 크게되면 위험함 상태이고, 기준선보다 하향으로 진행되는 경우에는 δ／S가 급증하면 위험한 상태로 판단한다.

4.7 Kurihara 법

성토 경사면의 수평변위 속도에 착안하여 관리하는 방법으로 측정치에서 그림 5.14와 같이 △δ／△t가 어느 한계치를 넘는 경우에 위험으로 판단하며, 일반적으로 2cm／day를 넘으면 위험하다고 판단한다.

5. 구조물기초의 허용변위

기존구조물의 허용침하는 구조물의 구조적 안정성과 침하발생 가능성에 의하여 결정되며, 구조적 안정성과 허용값은 구조물의 침하, 경사 및 과거의 균열상황과 그 결과로부터 결정된다. Macdonald와 Skempton(1955)은 지지벽식 구조, 강주고 및 철근콘크리트 뼈대구조 등 98개의 구조물을 대상으로 침하에 의한 피해사례를 조사하고 건축물의 허용부등침하량에 대한 설계기준을 표 5.3과 같이 제시하였다.

그림5.15는 여러 가지 구조물에 대한 각 변위의 한계를 보인 것이며, 표5.4에 Sowers(1962)가 제시한 구조물의 종류에 따른 최대허용침하량을 나타내었다.

표 5.5는 부등침하시 각 구조물의 허용경사기준을 나타낸 것이며, 허용경사도를 측정하는데 있어서 가장 중요한 사항은 인접 두 점 사이에 거리에서 일어나는 변위량을 주의 깊게 관측하는 것이다.