[지반공학]제 2장 연약지반(연약지반/Vertical drain 공법)#1

 이번 포스팅에서는 연약지반과 Vertical drain 공법에 대한 이야기를 해보려고합니다.

 연약지반는 건조물의 기초 지반으로서는 충분한 지지력을 갖지 않은 지반을 말하며, Vertical drain은 연직배수 공법이라고도 하며, Sand drain 공법, Paper drain 공법, 플라스틱 보드드레인(Plastic boaed drain)등이 있다. 지반내의 물을 빼내어 연약지반 개량을 목적으로 합니다.

 제 2장 연약지반에 대한 포스팅은 3개의 파트로 나누어 올릴 예정인데요. 그 중에서 첫 번째인 이번 포스팅에서는 연약지반의 개량공법과 드레인의 종류 및 계산방법을 이해하는 것이 중요합니다. 과년도에서 직접적으로 출제되고 있으므로 암기에 신경써야합니다. 헷갈리는 공식은 암기하는 방법을 소개 뒀으니 도움이 되었으면 좋겠습니다.

 제 1장~6장까지는 계산문제가 많이 출제되고 있는데 7장부터는 암기위주의 내용이 나오니 조금만 더 화이팅합시다.

연약지반

 1. 연약지반의 특징

  (1)연약지반의 정의

• 흙의 성질상 전단강도가 작고 압축성이 큰 연약토로 이루어진 지반
• 흙의 성질상 압축성이 커서 상부구조물을 지지할 수 없는 자연상태의 지반

  (2)연약지반의 공학적 특성

  ①해성점토: 청회색의 균질점토 및 실트로 이루어져 있으며, SPT의 N값은 약 5 이하로서 전단강도가 작고 압축성이 크다. - 자연함수비가 높다. - 포화상태

  ②모래층: 모래층은 세사로 이루어져 있고, N값은 10이하로서 균등계수가 작다. 모래의 입경은 0.1~1mm인 세사로서 상대밀도가 35% 이하인 경우 진동 및 지진발생 시 액상화현상이 발생 가능하다. - 느슨하다.

  ③고유기질토(Peat): 연약지반을 구성하고 있는 식물질의 유기질토는 전단강도가 작고 압축성이 크므로 안정과 침하문제가 연약지반보다 심각하다. - 수생식물

  (3)연약지반에서 발생하는 공학적 문제점

  ①액상화 문제: 물로 포화된 사질토지반은 진동과 같은 동적하중으로 액상화 발생 가능성이 크다. - 느슨하고 포화된 사질토 지반

과년도에서 출제된걸 보지는 못했으나, 추후의 내용을 이해하는데 연약지반의 개념이 필요하다고 생각합니다. 요점을 정리하자면 연약지반의 경우 전단강도가 약해서 기초를 지반이 기초를 지지할 수 없겠죠.

 

 2. 연약지반의 개량

  (1)연약지반 개량공법의 종류

    ①연약지반 개량원리에 의한 공법

개량원리	공법	적용지반	개량목적
연직배수공법	Sand drain 공법	점성토, 유기질토	·지반의 강도 증가 ·압밀침하 촉진
	Paper drain 공법
	Pack drain 공법
다짐공법	Sand copactionpile 공법	사질토, 점성토 사질토	·강도 증가, 침하 감소 ·액상화 방지
	Vibroflotation 공법
	동다짐공법
지하수위 강재배수공법	Well point 공법	사질토	·지반의 강도 증가 ·지반의 잔류침하 감소
	전기침투공법
	진공압밀공법
	침투압공법
지하수위중력 배수공법	Deep well 공법	점성토, 유기질토
	집수공법
	암거공법
치환공법	굴착치환공법	사질토, 유기질토	·지반의 전단변형 억제 ·지반의 침하 감소 ·활동파괴 방지
	강제치환공법
	폭파치환공법
암밀배수	생석회말뚝공법	점성토, 유기질토	·지반의 강도 증가 ·지반의 압밀 촉진
	침투막(MAIS)공법
	쇄석말뚝공법	사질토	·액상화 방지

    ②점성토 및 사질토의 개량공법

점성토 개량공법		사질토개량공법		일시적인 개량공법
개량원리	종류	개량원리	종류
탈수방법	·Sand drain ·Paper drain ·Preloading ·침투압 공법 ·생석회 말뚝공법	다짐방법	·다짐말뚝공법 ·Compozer 공법 ·Viroflotation 공법 ·전기충격식공법 ·폭파다짐공법	·Well point 공법 ·Deep well 공법 ·동결공법 ·대기압공법 ·전기침투공법
치환공법	·굴착치환공법 ·폭파치환공법 ·강제치환공법	배수방법	Well point 공법
		고결방법	약액주입공법

 

Vertical drain 공법

 : 연직드레인 공법은 연직배수 공법이라고도 하며, Sand drain 공법, Paper drain 공법, 플라스틱 보드드레인(Plastic boaed drain)등이 있다.

 1. Sand drain 공법

  (1)공법의 개요

   : 연약한 점토질 지반에 주상의 투수층인 모래기둥을 시공하여 토층속의 물을 모래기둥을 통하여 지표면으로 배제시킴으로써 단기간 내에 지반을 압밀 강화시키는 공법이다.

  (2)모래말뚝의 배치(Barron 배열)

  ①정삼각형 배치

여기서, d_e: drain의 유효직경, d: drain의 간격

  ②정사각형 배치

여기서, d_e: drain의 유효직경, d: drain의 간격

문제로 종종 출제된다. 상수 1.05와 1.13이 정삼각형인지 정사각형인지 헷갈리죠. 저는 일단 d_e가 유효직경이므로 클수록 좋다는 생각을 했고, 정사각형으로 했을때 효율이 더 좋구나~ 라고 생각했습니다. 그래서 숫자는 외우되 정사각형이 더 큰 숫자인 1.13이 된다고 암기했습니다.

  (3)Sand drain의 타설하는 방법

  : 연약지반을 개량하기 위하여 Sand drain 공법에 의해 Sand pile을 타입하는 경우, 다음 4가지 방법 중에서 현장조건을 고려하여 선택할 수 있다.

• 압축공기식 케이싱 방법: 선단 개폐할 수 있도록 제작한 특수케이싱을 항타하여 깊이까지 관입시킨 후에 케이싱에 모래를 투입하고 가득 채워지면 모래투입구를 닫고, 압력 5kg/cm^2 정도 압축공기를 가하면서 케이싱을 서서히 인발한다.
• 워터제트(Water jet)식 케이싱 방법: 케이싱 내부에 워터제트 로드를 삽입하여 케이싱 선단과 워터제트 노즐의 위치를 같게 한 후에 물을 분사하면서 서서히 관입시키면 지반이 교란되어 물과 함께 유출된다. 소정의 깊이까지 관입되면 워터제트 로드를 움직여서 케이싱 내부를 청소한 후 모래를 투입하고 케이싱을 서서히 인발한다.
• 회전식보링(Rotary boring)에 의한 방법: 연약지반이 자립성이 가능하면 오거 등으로 굴착한 후에 모래를 투입하여 샌드 드레인 기둥을 만드는 방법이며, 케이싱을 하지 않으면 시공깊이가 한정된다.
• 어스 오거(Earth auger)에 의한 방법: Auger를 회전하여 구락하고 Auger 공내에 모래를 투입한 후 Auger를 인발한다.
• Mandrel에 의한 방법

Sand drain의 타설 방법의 종류를 써라. 는 문제가 종종 출제됩니다. 서술하는 문제는 출제 되지 않으니, 서술한 내용은 이 방법이 이런 방법이구나 ~ 라고 생각만 한번 하고 넘어 가는게 좋을 것 같습니다.

  (4)평균압밀도

여기서, U_v: 연직방향의 압밀도, U_h: 수평방향의 압밀도

 

 2. Paper drain 공법

 (1)공법의 개요

  ①Sand drain 공법의 모래말뚝 대신에 합성수지로 된 card board를 땅속에 박아 압밀을 촉진시키는 공법이다.

  ②Paper drain 공법은 자연 함수비가 액성한계 이상인 초연약 점성토 지반의 압밀을 촉진시키기 위해 가장 적당하고, 장기간 사용하면 열화하여 배수효과가 감소한다.

  (2)Paper drain 공법의 특징(Sand drain 공법에 비해)

• 공사비가 저렴하다.
• 시공속도가 빠르다.
• 배수효과가 양호하다.
• 횡 방향력에 대한 저항력이 작다.
• drain 단면이 깊이에 대해서 일정하다.
• 타설에 의해서 주변 지반을 교란하지 않는다.
• 시간이 지나 열화하면 그 기능이 약화된다.

  (3)Drain의 환산 직경

   : Kjeliman과 Kallstenius 등은 실험과 경험에서 다음과 같은 환산식을 제안하였다.

여기서, d_w: Paper drain의 등치환산 직경, alpha: 형상계수(칼스테니우스에서는 0.75(모서리에서 성능 떨어지니깐), A: Drain의 폭, B: Drain의 두께)

Sand drain에서 유효직경을 암기했다면, Paper drain에서는 환산 직경 공식을 암기하셔야 합니다. alpha를 삭제하고 0.75로 암기하시면 좋습니다.

  (4)Paper drain의 구비조건

• 주위의 지반보다 큰 투수성을 가질 것
• Drain paper에 세립자가 통과하지 않을 것
• 시공 시 손상을 받지 않도록 충분한 강도를 가질 것
• 지반 중에서 높은 횡압에 견딜 수 있는 충분한 강성이 있을 것
• 배수되는 동안 물리적, 화학적, 생물학적 손상을 받지 않을 것

 

 3. Pack drain 공법(Sand drain 공법 보안)

  (1)공법의 개요

  ①투수성이 큰 모래를 특수섬유질의 망대 속에 투입하여 연약지반 내 모래기둥을 형성한 후 간극수를 탈수시켜 연약지반을 개량하는 공법으로 동시에 4공 정도의 모래기둥 시공이 가능한 공법이다.

  ②샌드 드레인 공법에 비하여 드레인이 절단되지 않으며, 모래의 양이 절감되는 장점이 있다.

  (2)장점

• 샌드 드레인보다 공기단축이 가능하다.(한 번에 4개씩 가능)
• Pack으로 인한 Sand Pile이 절단되지 않는다.
• 설계 직경을 작게 해도 설계대로의 시공이 가능하다.
• 직경이 작은 Sand Pile 시공이므로 모래의 사용량이 적다.

  (3)단점

• 시공 중 팩망의 꼬임이 발생할 수 있다.
• 장기적인 측면에서 배수효과가 우려된다.
• 장비의 선정 및 적용성에 어려움이 있다.
• 심도가 불규칙한 곳에서는 타설심도의 조절이 어렵다.
• 동절기 모래의 품질관리가 요구된다.