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목차
CONTENTS 27
제1장 서론 29
1.1. 연구개발의 목적 및 필요성 29
1.2. 연구내용 및 범위 32
제2장 국내외 기술개발 현황 33
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 35
제1절 GRSC 공법 관련 기존 연구 고찰 35
1.1. GRSC의 하중지지 메카니즘 35
1.2. 설계인자 산정방안 39
1.3. GRSC 시공 방법 42
제2절 사용재료의 공학적 특성 평가 45
2.1. 쇄석의 공학적 특성 평가 45
2.2. GRSC용 고강도 지오그리드의 공학적 특성 평가 54
제3절 GRSC 거동 특성 및 설계인자 평가 66
3.1. 수치 해석 66
3.2. PFC 모델링을 이용한 쇄석특성 평가 98
3.3. 실내모형토조실험(사질토지반) 135
3.4. 실내모형토조실험(점성토지반) 152
제4절 GRSC 현장시험시공을 통한 적용성/시공성 평가 199
4.1. GRSC용 지오그리드 및 시공장비 개발 199
4.2. 부산신항 GRSC 현장 시험 206
4.3. 포항 장량 택지개발 지구 GRSC 현장 시험 226
4.4/4.3. 현장적용성 240
제5절 GRSC 공법 경제성 분석 243
5.1. 공사비 비교 243
5.2. 공사 기간 검토 249
제6절 GRSC 시공법 및 시방서(안) 251
6.1. GRSC 시공방법 251
6.2. 고강도 지오그리드 보강 Stone Column 공법 시방서(안) 263
제7절 GESC 공법 적용을 위한 설계차트 개발 273
7.1. 개요 273
7.2. 설계차트 개발을 위한 매개변수 연구 273
7.3. 유한요소해석 275
7.4. 적용분야별 GRSC 하중지지 메카니즘 285
7.5. 적용분야별 설계차트 315
7.6. 결론 322
제4장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 323
제1절 연구개발목표 달성도 323
제2절 관련분야 기술발전 기여도 325
제5장 연구개발 결과의 활용계획 326
제1절 연구결과 활용계획 326
제2절 주요 연구개발 결과물별 활용계획 327
제3절 기대효과 329
제6장 참고문헌 330
판권기 335
표 3.1. 하중인자(E)의 주요 영향인자 37
표 3.2. 토목섬유보강 제방의 각 국가별 설계 안전율(한국지반공학회, 1998) 42
표 3.3. 쇄석및 재생골재의 비중 및 흡수율 47
표 3.4. 쇄석 채움재의 입도 분포(FHWA 1983) 48
표 3.5. 대형직접전단시험기의 제원 49
표 3.6. 대형전단시험 결과 52
표 3.7. TOTO GRID의 일반 특성(한국건설기술연구원, 2003) 54
표 3.8. TOTO GRID의 물리적 특성(한국건설기술연구원, 2003) 55
표 3.9. TOTO GRID의 강성도시험 결과(한국건설기술연구원, 2003) 59
표 3.10. 매개변수별 해석조건 67
표 3.11. 제방성토 시공단계 70
표 3.12. 해석 적용물성(계속) 72
표 3.13. 해석 적용물성 72
표 3.14. 과잉간극수압 발생 76
표 3.15. 모델검증 적용물성 79
표 3.16. 단위셀 모델 검증물성 80
표 3.17. GRSC 기본 해석조건 83
표 3.18. 결과 비교 87
표 3.19. 치환율에 따른 간격 88
표 3.20. 치환율에 따른 응력분담비 91
표 3.21. 성토하중으로 발생되는 연직응력(중간층) 96
표 3.22. 시료생성을 위한 초기 micro parameters 119
표 3.23. 입도분포모델 적용을 위한 입력치 122
표 3.24. 지오그리드 제원 136
표 3.25. 주문진 표준사와 쇄석의 물리적 특성 137
표 3.26. 모형 실험조건 139
표 3.27. 쇄석기둥과 GRSC의 파괴 양상 144
표 3.28. 보강에 따른 지지력 변화 특성 146
표 3.29. 지지력에 따른 침하량 147
표 3.30. 감쌈깊이(Hgr)에 따른 하중단계별 침하 150
표 3.31/표 3.16. 점토의 기본물성치 152
표 3.32. 쇄석시료의 물성치 153
표 3.33. 지오그리드의 물성치 154
표 3.34. 주문진표준사의 특성 155
표 3.35. 계측장치의 사양 162
표 3.36. 배치형태에 따른 말뚝사이의 간격 168
표 3.37. 단일말뚝 및 무리말쪽 시험조건 172
표 3.38. 지오그리드 보강깊이별 침하량(cm) 174
표 3.39. 지오그리드 무보강 대 보강깊이별 효율비교 175
표 3.40. 각 보강깊이별 최대 토압값 177
표 3.41. 무보강 대비 각 보강깊이별 토압효율 177
표 3.42. 배치형태에 따른 침하량(cm) 189
표 3.43. 쇄석의 품질기준 205
표 3.44. 연약지반 현황 207
표 3.45. 시추조사 총괄표 230
표 3.46. 표준관입시험 총괄표 230
표 3.47. 공법별 공사비 단가 비교 243
표 3.48. 골재의 입도 267
표 3.49/3.50. 연약지반 조건 275
표 3.50/3.51. 매개변수별 해석조건 - 연약지반 개량공법 277
표 3.51/3.52. 해석에 적용된 구성요소의 특성 279
표 3.52/3.53. 연약지반 MCC 모델 파라메터 279
표 3.53/3.54. 성토고 10m 에 대한 시공과정 모사 280
표 3.54/3.55. 매개변수별 해석조건 - 단말뚝 282
표 3.55/3.56. 매개변수별 해석조건 - 군말뚝 282
표 3.56/3.57. 지오그리드 감쌈길이 영향 고찰을 위한 검토 조건 285
표 3.57/3.58. GRSC의 감쌈길이에 따른 지오그리드 스트레인 분포도 289
표 3.58/3.59. 지오그리드 강성 영향 고찰을 위한 검토조건 290
표 3.59/3.60. 지오그리드 강성에 따른 감쌈길이 영향 고찰을 위한 검토조건 291
표 3.60/3.61. 연약지반 두께에 따른 감쌈길이 영향 고찰을 위한 검토조건 292
표 3.61/3.62. 연약지반 두께에 따른 지오그리드 영향 고찰을 위한 검토조건 292
표 3.62/3.63. 연약지반 특성 변화에 따른 지오그리드 감쌈길이 영향 고찰을 위한 검토조건 293
표 3.63/3.64. 연약지반 특성 변화에 따른 지오그리드 강성 영향 고찰을 위한 검토조건 293
표 3.64/3.65. 치환율 변화에 따른 지오그리드 감쌈길이 영향 고찰을 위한 검토조건 296
표 3.65/3.66. 치환율 변화에 따른 지오그리드 감쌈길이 영향 고찰을 위한 검토조건 296
표 3.66/3.67. 성토고 변화에 따른 지오그리드 감쌈길이 영향 고찰을 위한 검토조건 298
표 3.67/3.68. 성토고 변화에 따른 지오그리드 강성 영향 고찰을 위한 검토조건 298
표 3.68/3.69. 지오그리드 감쌈길이 영향 고찰을 위한 검토조건 302
표 3.69/3.70. 스톤컬럼 직경 변화에 따른 영향 고찰을 위한 검토조건 303
표 3.70/3.71. 지오그리드 강성 변화에 따른 영향 고찰을 위한 검토조건 304
표 3.71/3.72. 연약층 두께에 따른 지오그리드 강성 변화 영향 고찰을 위한 검토조건 306
표 3.72/3.73. 연약층 특성에 따른 지오그리드 강성 변화 영향 고찰을 위한 검토조건 307
표 3.73/3.74. 연약층 두께에 따른 지오드리드 감쌈길이 영향 고찰을 위한 검토조건 307
표 3.74/3.75. 연약층 특성에 따른 지오그리드 감쌈길이 변화 영향 고찰을 위한 검토조건 307
그림 1.1. 지반공학분야에서의 쇄석기둥(stone column)공법의 활용(Nabil M.A.Al-Joulani, 1995) 30
그림 1.2. 지오그리드 보강 쇄석기둥(Geogrid Reinforced Stone Column, GRSC) 공법 31
그림 3.1. 지오그리드 보강여부에 따른 쇄석기둥 파괴형태 36
그림 3.2. 하중인자(E)와 침하량 관계(Kempfert 등, 1997) 37
그림 3.3. 상호작용 영향 관계(Kempfert 등, 1997) 38
그림 3.4. 단위셀 39
그림 3.5. 쇄석기둥과 지반의 응력(Raithel 외, 2005) 40
그림 3.6. GEC 시공방법 44
그림 3.7. GRSC 시공방법 44
그림 3.8. 시험에 사용된 쇄석 45
그림 3.9. 쇄석 및 순환골재의 입도분포 곡선 48
그림 3.10. 전단상자내에 시료 다짐 후 성형 50
그림 3.11. 수직하중재하용 에어백 장착 50
그림 3.12. 계측기 설치 50
그림 3.13. 시험 전·후의 입도분포곡선 51
그림 3.14. 파괴포락선 52
그림 3.15. 전단변형율 - 응력 곡선 53
그림 3.16. TOTO GRID의 형상 및 외관규격 55
그림 3.17. 인장강도시험 모습 56
그림 3.18. TOTO GRID의 광폭인장응력-인장변형률 곡선(한국건설기술연구원, 2003) 57
그림 3.19. TOTO GRID 10T의 리브인장응력-인장변형률 곡선(경사방향) 57
그림 3.20. 접점강도시험 모습 58
그림 3.21. 강성도시험 모습 59
그림 3.22. 접합부위 인장강도 시험 60
그림 3.23. 크리프시험 모습 61
그림 3.24. 온도에 따른 시간-크리프변형률 곡선(한국건설기술연구원, 2003) 62
그림 3.25. 회귀 분석된 시간-크리프변형률 곡선(한국건설기술연구원, 2003) 62
그림 3.26. 내시공성 시험 후 TOTO GRID의 육안관찰 결과(한국건설기술연구원, 2003) 64
그림 3.27. 대상조건 단면도 67
그림 3.28. 해석에 적용된 3차원 유한요소망 69
그림 3.29. 해석에 적용된 유한요소망 (치환율 10%) 69
그림 3.30. MCC 모델 변수의 정의 71
그림 3.31. 지오그리드 모델링 73
그림 3.32. 과압밀 점토의 e-logp와 침하량 관계곡선 75
그림 3.33. 정규압밀 점토의 e-logp와 침하량 관계곡선 75
그림 3.34. 시간-침하량 관계 77
그림 3.35. 시간-과잉간극수압 관계 77
그림 3.36. e-logp 곡선 77
그림 3.37. 깊이에 따른 간극수압발생 77
그림 3.38. 대상 현장 단면도(Tan and Tjahyono, 2006) 78
그림 3.39. 단위셀 모델링 80
그림 3.40. 단위셀 모델링의 결과 81
그림 3.41. 현장의 유한요소모델링 82
그림 3.42. 시간-침하량 결과 82
그림 3.43. 시간-과잉간극수압 결과 82
그림 3.44. 시간-침하량 관계 84
그림 3.45. 연직응력 증가경향 84
그림 3.46. 지반과 쇄석기둥의 응력분담 85
그림 3.47. 과잉간극수압 발생 85
그림 3.48. 깊이에 따른 점토층의 경향 86
그림 3.49. 치환율과 간격 88
그림 3.50. 치환율과 침하비의 관계 89
그림 3.51. 시간에 따른 간극수압 비교 89
그림 3.52. 정규화한 간극수압 발생경향 89
그림 3.53. 응력분담비와 치환율 관계(Barksdale과 Bachus, 1983) 90
그림 3.54. 성토단계별 지오그리드 인장력 92
그림 3.55. 성토단계별 지오그리드 변형 92
그림 3.56. 지오그리드의 깊이에 따른 인장력 93
그림 3.57. 수평변위 컨투어 94
그림 3.58. 연직변위 컨투어 94
그림 3.59. 깊이에 따른 지오그리드 보강효과 94
그림 3.60. 지오그리드 강성에 따른 응력 분담 95
그림 3.61. 지오그리드 강성에 따른 연직응력 비교 96
그림 3.62. 지오그리드 장성에 따른 쇄석기둥 응력 97
그림 3.63. 지오그리드 강성에 따른 쇄석기둥의 하중분담율 97
그림 3.64. 지오그리드 강성에 따른 침하비 97
그림 3.65. 지오그리드 강성에 따른 지오그리드 유발인장력 97
그림 3.66. DEM에서의 계산과정 102
그림 3.67. PFC의 입자거동에 대한 Beam 가정 108
그림 3.68. Clump를 이용한 불규칙 형상의 입자생성 112
그림 3.69. 원통형 입자 요소의 생성 120
그림 3.70. 원통형 입자의 재배열 및 다짐(packing) 121
그림 3.71. 입경 7.0mm, 누적백분율 76% 적용 후 123
그림 3.72. 입경 6.0mm, 누적백분율 64% 적용 후 123
그림 3.73. 입경 4.75mm, 누적백분율 45.6% 적용 후 124
그림 3.74. 입경 4.0mm, 누적백분율 40.0% 적용 후 124
그림 3.75. 공극율 로직 적용 전 고밀도 시료모델 (초기 공극율 0.16) 126
그림 3.76. 공극율 로직 적용 후 저밀도 시료모델 (적용 공극율 0.23) 126
그림 3.77. 실험실 입도분포와 PFC 입도 모델의 비교 127
그림 3.78. 직접전단 시험 모델 scheme 128
그림 3.79. 시료의 파괴 형상 및 입자들의 velocity vector 경향 131
그림 3.80. 실험치와 PFC 모델의 전단응력 vs. 수평변위 비교 132
그림 3.81. 실험치와 PFC 모델의 수직변위 vs. 수평변위 비교 133
그림 3.82. 실험치와 PFC 모델의 파괴 포락선 비교 134
그림 3.83. 모형실험 토조장치 136
그림 3.84. 모형 지오그리드망 137
그림 3.85. 모형실험장치 138
그림 3.86. 주문진 표준사와 쇄석의 입도분포 138
그림 3.87. 모형토조내 단일 쇄석기둥 설치 모습 140
그림 3.88. 모형토조내 단일 GRSC(6D) 설치모습 141
그림 3.89. 모형토조내 그룹(2×2) GRSC 설치모습 142
그림 3.90. 극한하중에서 GRSC의 파괴 형상 145
그림 3.91. 단일 쇄석기둥/GRSC 하중-침하곡선 146
그림 3.92. 지오그리드 망의 변형 148
그림 3.93. 감쌈깊이(Hgr)에 따른 하중-침하곡선 149
그림 3.94. 감쌈깊이(Hgr)에 따른 지지력 150
그림 3.95. 점토의 입도분석 153
그림 3.96. 지오그리드의 재단모습 154
그림 3.97. 지오그리드 2D 모습 154
그림 3.98. 주문진 표준사의 입도분포곡선 155
그림 3.99. SCP 모형토조의 단면도(문대중, 1999) 156
그림 3.100. 모형토조 단면도 (배우석, 2001) 157
그림 3.101. 원형 대형토조 시험기 모식도 158
그림 3.102. 원형 대형토조 시험기 전경 158
그림 3.103. 변위계(상)와 레귤레이터(하) 159
그림 3.104. 재하판 159
그림 3.105. 상판 토압계 배선구멍 159
그림 3.106. 토조 내 토압계설치 전경 160
그림 3.107. 토압계 161
그림 3.108. 디지털 변위계 161
그림 3.109. 자료수집장치 162
그림 3.110. 교반기의 모습 163
그림 3.111. 점토의 교반 장면 163
그림 3.112. 점토로 조성된 복합지반의 모습 164
그림 3.113. 강관의 모습 165
그림 3.114. 쇄석말뚝의 다짐 165
그림 3.115. 단일쇄석말뚝 시험방법 167
그림 3.116. 말뚝의 배치형태 168
그림 3.117. 무리말뚝의 시험순서 171
그림 3.118. 지반에 조성된 지오그리드 보강 쇄석말뚝 173
그림 3.119. 지오그리드 보강깊이별 쇄석말뚝의 하중-침하량 곡선 174
그림 3.120. 단일쇄석말뚝의 하중-토압 곡선(수직) 176
그림 3.121. 하중-토압(측면 : 봉제선) 178
그림 3.122. 하중-토압(측면 : 봉제선 반대) 178
그림 3.123. 무보강 변위사진 179
그림 3.124. 2D보강 변위사진 180
그림 3.125. 4D보강 변위사진 181
그림 3.126. 6D보강 변위사진 182
그림 3.127. 전체보강 변위 183
그림 3.128. 보강재 파괴모습 184
그림 3.129. 각 보강재 파단 모식도 185
그림 3.130. 삼각형 배열의 말뚝조성 모습 185
그림 3.131. 삼각형 배열의 하중-침하량 186
그림 3.132. 삼각형 배열의 하중-토압 187
그림 3.133. 사각형 배열의 말뚝조성모습 188
그림 3.134. 사각형 배열의 하중-침하량 188
그림 3.135. 사각형 배열의 하중-토압 189
그림 3.136. 무리말뚝 배열에 따른 하중-침하량 190
그림 3.137. 무리말뚝 배열에 따른 하중-토압 190
그림 3.138. 삼각형 무리말뚝의 변형사진 192
그림 3.139. 보강재 파괴모습(삼각배열) 193
그림 3.140. 보강재 파단 모식도(삼각배열) 193
그림 3.141. 사각형 무리말뚝의 변형사진 195
그림 3.142. 보강재 파괴모습(사각배열) 196
그림 3.143. 보강재 파괴 모식도(사각배열) 196
그림 3.144. 현장시공에 사용된 지오그리드망 시작품 200
그림 3.145. GRSC 시고을 위한 굴착장비 201
그림 3.146. 굴착장비 202
그림 3.147. 케이싱 203
그림 3.148. Skid Loader 203
그림 3.149. Rammer 204
그림 3.150. 시공에 사용된 쇄석재료(25mm) 205
그림 3.151. 현장시험 계획평면도 210
그림 3.152. Geogrid 무보강 단면도 211
그림 3.153. Geogrid 2D보강 단면도 211
그림 3.154. Geogrid 3D보강 단면도 212
그림 3.155. 쇄석다짐말뚝용 골재 215
그림 3.156. 현장시험말뚝 시공전경 217
그림 3.157. 현장재하시험 전경 219
그림 3.158. 재하시험 결과(하중-침하곡선) 221
그림 3.159. 하중재하시험 결과(횡방향 변형) 224
그림 3.160. 시험시공 현장 위치도 226
그림 3.161. 지반조사 위치 227
그림 3.162. 조사지역 지질도 228
그림 3.163. 쇄석다짐말뚝용 골재 231
그림 3.164. 현장시험말뚝 시공전경 233
그림 3.165. 계측기 설치 및 하중재하시험장치 234
그림 3.166. 재하시험 결과(하중-침하곡선) 236
그림 3.167. 하중재하시험결과(횡방향 변형) 239
그림 3.168. Stone Column, Wat Top Feed Method 251
그림 3.169. Rammer Aggregate Pier 252
그림 3.170. 진동방식 (Vibrator Type)의 개요도 253
그림 3.171. 직접 다짐방식(Rammer Type)의 개요도 253
그림 3.172. 쇄석투입방식에 따른 분류 254
그림 3.173. 습식 top feed method 개요도 255
그림 3.174. 건식 Top feed method(Rammer Type) 장비 256
그림 3.175. 크레인에 부착된 Bottom feed method 257
그림 3.176. 리더에 장착된 Bottom feed method 257
그림 3.177. 지오그리드 삽입 방법 258
그림 3.188. 천공장비 259
그림 3.189. 그리드 압입방법 260
그림 3.190. 지오그리드망 설치방법 261
그림 3.191. 그리드망 설치방법 262
그림 3.192. 지반조건에 따른 시공분류 263
그림 3.193. 연약지반상 성토제방 급속시공시 GRSC 274
그림 3.195. 대상조건 단면도 276
그림 3.196. 해석에 적용된 3차원 유한요소망 278
그림 3.197. 해석에 적용된 유한요소망 (치환율 10%) 279
그림 3.198. GRSC 단말뚝 및 군말뚝 해석 조건 개요도 281
그림 3.199. 단말뚝 해석 모델링 및 메쉬 283
그림 3.200. 군말뚝 해석 모델링 및 메쉬 284
그림 3.201. 지오그리드 감쌈길이에 따른 보강 효과 287
그림 3.202. 전단파괴면 발생 양상 288
그림 3.203. 벌징 영역 개요도 288
그림 3.204. 지오그리드 강성에 따른 보강효과 290
그림 3.205. EL(이미지참조) - 침하 관계 292
그림 3.206. EL(이미지참조)- 응력집중비 관계 292
그림 3.207. Hclau에 따른 EL - 침하 관계(이미지참조) 294
그림 3.208. Hclau(이미지참조)에 따른 J - 침하 관계 294
그림 3.209. 연약지반 특성에 따른 EL(이미지참조) - 침하 관계 295
그림 3.210. 연약지반 특성에 따른 J - 침하 관계 295
그림 3.211. 치환율 변화에 따른 EL(이미지참조) - 침하 관계 296
그림 3.212. 치환율에 따른 지오그리드 강성과 설계인자와의 관계 297
그림 3.213. 성토고 변화와 감쌈 조건에 따른 침하 경향 299
그림 3.214. 지오그리드 무보강 단말뚝의 하중지지 메커니즘 300
그림 3.215. 지오그리드 보강 단말뚝의 하중지지 메커니즘 300
그림 3.216. 지오그리드 보강조건에 따른 하중-침하-응력집중비(응렵집중비) 관계 301
그림 3.217. 침하 및 응력 측점 301
그림 3.218. 지오그리드 감쌈길이에 따른 하중 - 침하 관계 302
그림 3.219. GRSC 직경에 따른 하중-침하 곡선 303
그림 3.220. 감쌈길이에 따른 스톤컬럼 변형율 컨투어 304
그림 3.221. J에 따른 하중-침하 관계 305
그림 3.222. J에 따른 허용하중 305
그림 3.323. 보강여부에 따른 스톤컬럼 연직하중 306
그림 3.224. 보강여부에 따른 스톤컬럼 인접지반내 수직응력 306
그림 3.225. 군말뚝 모델의 침하 및 응력 측점 308
그림 3.226. 군말뚝에 있어서 감쌈길이 변화에 따른 하중-침하 관계 곡선 309
그림 3.227/3.228. 연약지반특성 변화에 따른 하중-침하 관계 310
그림 3.228. 연약지반두께에 따른 하중-침하 관계 311
그림 3.229. 연약지반 특성에 따른 하중-침하 관계 312
그림 3.230. 단말뚝 및 군말뚝의 설계인자에 따른 허용하중 313
그림 3.231. 군말뚝의 응력집중비 검토 314
그림 3.232. 장성(J)에 따른 치환율(RR(이미지참조))-침하비(β) 관계 315
그림 3.233/3.232. 치환율에(RR(이미지참조))에 따른 지오그리드강성(J)-응력집중비(n) 관계 316
그림 3.234/2.233. 강성(J)에 따른 성토고의 높이(Hemb(이미지참조))와 응력 집중비(n) 관계 317
그림 3.235/3.234. 지반조건에 따른 지오그리드 임계 감쌈길이[(EL)cr](이미지참조) 318
그림 3.236/3.235. 지반 조건에 따른 지오그리드 임계 강성 319
그림 3.237/3.236. 지반 조건에 따른 지오그리드강성(J)-침하비(β) 관계 320
그림 3.238/3.237. 연약지반 특성에 따른 응력 집중비 321
그림 3.239/3.238. 지반 조건별 임계 길쌈길이(EL)cr(이미지참조) 321
그림 3.240/3.239. 지반 조건에 따른 지오그리드 임계강성(Jcr)(이미지참조) 322