연약지반 계측

1. 연약지반 계측의 목적 연약지반에서 공단, 공항, 주거단지, 도로 등을 조성하기 위하여 대단위 매립 또는 성토 작업시 이들 연약지반은 매립공사에 따른 전단파괴 또는 과대한 압밀침하가 발생한다. 이때 압밀침하는 최종 성토고 및 압밀완료시점을 결정해야 함으로 대단히 중요한 사항이다. 일반적으로 압밀침하량과 시간은 각종 압밀이론을 도입하여 예측되고 있으나, 다음과 같은 불확실한 요인이 발생되므로 반드시 계측관리를 통해 연약지반의 거동특성을 파악하여야 한다.   - 압밀이론의 한계성 : 설계시 계산된 총 침하량 및 침하속도 + 기간 산정의 부정확성 - 설계시 사용된 압밀정수의 부정확성 : 시료의 불균질성, 시험의 부 정확성, 시료크기의 유한성, 조사 개소의 한계성 등에 따른 부정확성 - 연약지반 처리공법의 불확실성(Paper Drain일경우)   * 통수단면의 제한에 따른 배수지연효과에 의한 불확실성   * 드레인재의 구속압 증가에 따른 통수단면 감소 및 시간경과에 따른 배수 능력 저하   * 박테리아,황산염성분등에 의한 장기적으로 filter재의 부식   * 지반침하에따른 드레인재의 절곡에 따른 배수능 저하   * 적용타입공법,타입심도,타입간격,타입속도등에 따라 지반교란의 차이 발생   * 선압성 재하공법의 불확실성   이상과 같은 여러 요인에 의해서 연약지반의 침하량 및 그 발생속도를 정확히 예측하기가 매우 어려우므로, 현장에서 계측관리를 수행하여 압밀침하 예측의 결점을 보완하고, 현장계측 시험을 full scale의 압밀시험으로 간주하여 실측침하량을 현장에 적용함으로써 향후 발생 될 침하량 및 그 발생기간을 추정할 수 있다.   2. 계측계획 수립 시 고려사항 연약지반상에 성토되는 건설공사에 대한 합리적인 시공, 안전관리 및 품질관리 목적을 달성하기 위해서는 신속 정확한 정보취득을 위해 계측설계 이전에 면밀한 검토 및 구체적 정보에 근거한 세부 계획이 수립되어야만 한다.   2.1 일반사항 계측계획시 고려해야할 기본사항은 다음과 같다. 공사 목적에 따른 계측목적을 정확히 파악하고 있어야 한다. 굴착대상지역 및 인근지역에 대한 지질조건 및 시공상에 따르는 지반의 역학적 문제에 대한 충분한 이해가 있어야 한다. 시공중 발생되는 제반 문제에 손쉽게 적용되고 결과가 반영될수 있도록 가능한 한 현장대처가 신속히 이루어질수 있는 계획이어야 한다. 취득된 계측자료는 처리가 간편하고 해석이 용이하게 공인된 전산프로그램으로 처리되고 그 결과는 도식화하여야 한다. 계측결과의 해석은 숙달된 전담 전문가가 수행하며 이상치의 발견시, 즉시 계통을 밟은 보고와 함께 신속한 조치가 이루어지도록 계측관리 및 운영계획이 수립되어야 한다. 2.2 구체사항 상기와 같은 기본 고려사항에 근거하여 계획단계에서 필요한 구체적인 검토사항은 다음과 같다. 현장공사 개요 및 규모 현장지반 및 인접 환경 계측목적에 적합한 기기 종류와 수량 및 수급문제 운용 계측기에 대한 구체적인 시방내역 기기의 유지,관리방안 계측과업 수행에 필요한 인적재원 확보 계측결과의 수집, 분류, 보관에 용이한 양식 결정 문제 발생시 신속한 보고 및 조치가 가능한 유기적 조직체계 다음은 계획단계에서 검토된 사항들을 근거로 계측업무를 계통도로 나타내면 다음과 같다.   표 2.1 계측업무 계통도 계측목적 설정 계측단면 결정 관리기준 설정 계측사양 결정 기기 설치위치 결정 계측빈도 및 간격 결정 인력배치 및 근무체계 결정   3. 계측 관리기준 설정 연약지반에 대한 계측시 침하 및 압밀종료 시점을 산정하기 위한 관리기준은 토층의 공학적 특성, 식생, 강도 불연속면의 유무 등에 따라 달라지므로 획일적인 기준을 설정하는 것은 곤란한 일이지만 수치해석(FEM, FDM 등) 결과, 유사한 지반조건 및 단면에서의 계측 결과를 토대로 지반 또는 주변 구조물의 안정성 및 경제성을 평가할 수 있다. 계측의 관리 기준은 계획 단계에서부터 고려하는 것이 바람직하며, 일단 계획 단계에서 설정된 관리 기준은 시공 초기단계의 판단 기준으로 활용하도록 하고 시공 중에는 각 단면에 있어서의 지반조건 및 계측치의 시간경과에 따른 변위 상태와 계측 항목간의 상호관계를 고려하여 종합적으로 판단하여야 한다. 계측을 실시함에 있어서 각 계측 항목별로 판단의 기준이 될 수 있는 적절한 관리 기준치를 설계 단계에서 미리 설정함으로써 실제 시공 시 계측 결과로부터 안정성 판단과 이에 따른 적절한 조치를 신속히 해석, 판단할 수 있어야 한다.   4. 계측항목 선정 연약지반공사의 기술적 문제점과 그 문제를 해결하기 위한 계측 항목을 요약하면 표와 같다.   표 4.1 기술적 문제점 및 전형적인 계측항목 기술적 문제점 현장관리 사항 관리기법, 예측법 계측 항목 전단파괴 - 설계법과 실제와의 차이 - 지반의 불균일성 - 한계 성토하중 - 균열 및 융기 - 지반의 수평변위 - 한계 성토고의 계산 - 각종 성토체의 안정    관리기법 적용 - 사면안정해석 - 변위말뚝^ - 지표침하판^ - 지중침하계 - 경사계^ - 간극수압계 지반침하 - 설계법과 실제와의 차이 - 이론의 한계 - 조사의 한계 - 최종 침하량 - 압밀도 평가 - 장래 침하 예측 - 잔류 침하량의 크기 예측 - 계측기 매설위치에서 수행된    압밀시험결과 를 이용 침하량    계산 - 실측치를통한 역해석에 따른    침하예측 - 간극수압발생 및소산에 따른    압밀도예측 및 성토체안정성    분석 - 간극수압계^ - 지중침하계^ - 지하수위계^ 강도증가확인 - 지반의 불균일 - 압밀현상에 따른 지반강도    증가확인 - 지지력 확인 - 강도조사 - 성토고 - 압밀도를 이용한 강도증가량    확인 - N치 시험 - Dutch Cone 시험^ - 실내역학시험 LEGEND^ : 주된 계측 및 조사항목   또한, 연약지반의 침하/안정관리를 위해 일반적으로 현장에 적용하는 계측기기를 항목별로 요약하면 다음 표와 같다.   표 4.2 연약지반 계측항목 및 측정항목 계측기 명 설치 위치 측 정 목 적 지표면 침하판 단지 및 도로 내 대표단면 - 전체침하량의 파악 - 층별침하계로 계측할시에는 층별침하계의 측정치와 상호 보정 - 부등침하량 및 잔존침하량의 파악 - STATION별 토공물량의 산정 층 별 침하계 단지 및 도로 중앙부 - 보다 정밀하게 전체 침하량의 파악 - 토층분포가 다양할 시에는 각각의 층의 침하량을 독립적으로 측정 - 따라서 잔류침하량을 예측할 때보다 결정적 자료제공 - PRE-LOADING하중제거시기 및 구조물공사 시점을 보다 정확히 추정가능 간 극 수압계 도로 중앙부 - 침하측정자료와 연계하여 보다 정밀한 침하예측 가능 - 계측중의 압밀도 예측은 침하량예측에 의한 압밀도 평가보다 논리적으로    우세하다. 지 하 수위계 도로 중앙부 - 측정된 간극수압으로부터 정수압 측정치를 보정하기 위함 - 지하수위 변동에 따른 성토단위중량 변화량 파악 지중 수평 변 위 계 도로 선단면 - 측방변위를 측정하여 전단파괴 방지를 위한 시공 속도 조절 - 침하량 산정시 수평변위 발생에 따른 연직침하량의보정 전단면 침하계 도 로 부 - 도로 종단면 전체침하량을 파악 - 토공물량 산정시 타 계측방식보다 정확한 토공물량   이때, 원위치 시험법으로는 로터리 천공기를 이용하여 현지지반 강도정수를 추정하고(표준관입시험 등), 채취한 시료를 실내에서 시험하는 이원화된 방법이 있으며, 현지에서 직접 현장 지반을 대상으로 지반의 물성을 파악하는 콘 관입시험이 있다.     5. 측정빈도 결정 계측의 빈도는 취득 자료의 신뢰성 측면, 경제성 및 효율성 측면에서 적절히 조정되어 최적의 기준이 제시되어야 한다. 따라서 계측의 빈도는 공사의 목적 및 중요성, 적용된 계측 공종, 계측 방법, 초기에 발생하는 변위량 및 이들의 증감 속도 등에 따라 면밀한 검토 후 결정, 시행되어야 한다.