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표제지

목차

국문초록 14

제1장 서론 16

1.1. 연구배경 및 목적 16

1.2. 연구동향 18

1.3. 연구내용 및 방법 23

제2장 이론적 배경 및 공법 소개 26

2.1. 연약지반 표층보강공법 26

2.1.1. 보강재로 보강된 연약지반의 침하형태 26

2.1.2. 연약지반 표층보강공법 이론 27

2.2. 연약지반 표층처리공법 36

2.2.1. 표층처리공법의 종류 및 특징 36

2.2.2. 배수 및 건조공법 39

2.2.3. 표층포설공법 40

2.2.4. 표층고화처리공법 41

2.3. 대나무매트공법 42

2.3.1. 대나무매트공법의 개요 42

2.3.2. 대나무 재료실험 및 분석 42

2.3.3. 대나무매트공법의 특징 48

2.3.4. 대나무매트공법의 적용현황 48

제3장 대나무매트의 침하량 및 지지력 산정 51

3.1 개요 51

3.2. 대나무매트의 침하량 분석 51

3.2.1. 야마노우치 제안 침하량 공식 51

3.2.2. 침하량 산정에 필요한 제반 상수 53

3.2.3. 지반반력 q와 지반반력 감소계수 K 58

3.3. 대나무매트의 지지력 분석 62

3.3.1. 야마노우치 제안 지지력 공식 62

3.3.2. 보강재의 휨 강성에 의한 지지력 (q₃) 65

3.4. 보강재가 수평면과 이루는 경사각(θ)의 제안 67

3.4.1. 개요 67

3.4.2. 보강재가 수평면과 이루는 경사각 (θ) 68

3.5. 소결 71

제4장 수치해석을 이용한 대나무매트공법 분석 73

4.1. 수치해석 개요 73

4.1.1. 수치해석 입력조건 74

4.1.2. 수치해석 대표 예 75

4.2. 수치해석을 통한 침하량 분석결과 79

4.2.1. 재하하중과 침하량 관계 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 79

4.2.2. 재하하중과 침하량 관계 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 84

4.2.3. 재하하중과 침하량 관계 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 90

4.2.4. 재하하중과 침하량 관계 종합 분석 95

4.3. 수치해석을 통한 지지력 분석결과 98

4.3.1. 재하하중과 지지력 관계 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 98

4.3.2. 재하하중과 지지력 관계 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 103

4.3.3. 재하하중과 지지력 관계 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 108

4.3.4. 보강재 강성과 항복지지력 관계 분석 113

4.4. 소결 114

제5장 대나무매트 공법의 제안식 검증 115

5.1. 개요 115

5.2. 수치해석을 통한 검증 115

5.2.1. 침하량에 대한 적용성 검증 115

5.2.2. 지지력에 대한 적용성 검증 119

5.3. 대형 평판재하시험(PBT)을 통한 검증 123

5.3.1. 대형 평판재하시험 개요 123

5.3.2. 지반 특성 및 재료 특성 124

5.3.3. 대형 평판재하시험 방법 126

5.3.4. 대형 평판재하시험 결과 129

5.3.5. 대형 평판재하시험 결과와 제안식 비교 133

5.4. 현장시공을 통한 검증 136

5.4.1. 현장 개요 136

5.4.2. 대나무매트공법의 현장시공 137

5.4.3. 현장 계측 결과와 제안식 비교 141

5.5. 소결 144

제6장 결론 및 향후 연구과제 146

6.1. 결론 146

6.2. 향후 연구과제 149

참고문헌 151

Abstract 154

부록 156

표차례

【표 2.1】 표층처리공법의 종류 및 특징 38

【표 2.2】 경남하동 지역의 대나무 역학실험 결과 44

【표 2.3】 경남청암 지역의 대나무 역학실험 결과 44

【표 2.4】 전남담양 지역의 대나무 역학실험 결과 44

【표 2.5】 경남사천 지역의 대나무 역학실험 결과 44

【표 2.6】 현장포설 대나무 역학실험 결과 46

【표 2.7】 지반강도별 표층처리공법 (한국항만기술단 2009자료) 49

【표 2.8】 외국의 대나무를 이용한 표층처리 시공사례 (한국항만기술단 2009자료) 50

【표 4.1】 수치해석에 적용된 재하폭 및 대나무매트, 연약지반 강도 변화 73

【표 4.2】 수치해석에 사용된 지반정수 74

【표 4.3】 수치해석에 사용된 대나무매트 재료정수 75

【표 4.4】 파괴하중(10kPa)에서의 최대 침하량 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 79

【표 4.5】 최대 침하량과 침하비 및 침하감소량 (Cu＝2kPa, 파괴하중 10kPa) - 계속 - (이미지참조) 83

【표 4.5】 최대 침하량과 침하비 및 침하감소량(Cu＝2kPa, 파괴하중 10kPa)(이미지참조) 84

【표 4.6】 파괴하중(26kPa)에서의 최대 침하량 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 85

【표 4.7】 최대 침하량과 침하비 및 침하감소량 (Cu＝5kPa, 파괴하중 26kPa)(이미지참조) 89

【표 4.8】 파괴하중(50kPa)에서의 최대 침하량 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 90

【표 4.9】 최대 침하량과 침하비 및 침하감소량 (Cu＝10kPa, 파괴하중 50kPa) - 계속 - (이미지참조) 94

【표 4.9】 최대 침하량과 침하비 및 침하감소량 (Cu＝10kPa, 파괴하중 50kPa)(이미지참조) 95

【표 4.10】 대나무 보강에 따른 연약지반의 항복응력 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 98

【표 4.11】 대나무 보강에 따른 연약지반의 항복응력 증가비교 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 102

【표 4.12】 대나무 보강에 따른 연약지반의 항복응력 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 103

【표 4.13】 대나무 보강에 따른 연약지반의 항복응력 증가비교 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 107

【표 4.14】 대나무 보강에 따른 연약지반의 항복응력 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 108

【표 4.15】 대나무 보강에 따른 연약지반의 항복응력 증가비교 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 112

【표 5.1】 case별 시험 조건 123

【표 5.2】 대형 평판재하시험 지반의 물리적 특성 결과 124

【표 5.3】 대형 평판재하시험 지반의 비배수전단강도 124

【표 5.4】 대나무 매트 재료 특성 125

【표 5.5】 대형 평판재하시험 결과 129

【표 5.6】 대형 평판재하시험 침하량 및 제안식 침하량 비교 133

【표 5.7】 대형 평판재하시험 항복지지력 및 제안식 항복지지력 비교 135

【표 5.8】 현장시공 지반의 물리적 특성 결과 137

【표 5.9】 현장시공 지반의 비배수전단강도 137

【표 5.10】 1차 성토에 의한 침하량 138

【표 5.11】 2차 성토에 의한 침하량 139

【표 5.12】 1차 성토에 의한 현장 계측 침하량과 제안식 침하량 비교 141

【표 5.13】 2차 성토에 의한 현장 계측 침하량과 제안식 침하량 비교 142

그림차례

【그림 1.1】 연구수행 흐름도 23

【그림 1.2】 연구수행 방법론 24

【그림 2.1】 보강재의 특성에 따른 처짐 형상 -계속- 26

【그림 2.1】 보강재의 특성에 따른 처짐 형상 27

【그림 2.2】 시트를 적용한 테르자기의 지지력 모델 28

【그림 2.3】 지반반력계수 이론과 케이블 이론을 조합한 모델 31

【그림 2.4】 막변형 이론 모델 32

【그림 2.5】 판 이론에 의한 모델 34

【그림 2.6】 연약지반 표층처리공법 37

【그림 2.7】 휨강도 측정 시편 43

【그림 2.8】 인장강도 측정 시편 43

【그림 2.9】 압축강도 측정 시편 43

【그림 2.10】 전단강도 측정 시편 43

【그림 2.11】 통대나무 압축강도시험 47

【그림 2.12】 통대나무 전단강도시험 47

【그림 2.13】 통대나무 휨강도시험 47

【그림 3.1】 흙과 토목섬유의 전단저항 54

【그림 3.2】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝1kPa)(이미지참조) 56

【그림 3.3】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝1kPa)(이미지참조) 57

【그림 3.4】 비배수전단강도(Cu)와 S/L의 관계(이미지참조) 57

【그림 3.5】 하중과 지반반력 관계 60

【그림 3.6】 지반강도별 K값 (D＝5kN·㎡) 61

【그림 3.7】 야마노우치의 지지력 이론 모델 62

【그림 3.8】 임의심도 응력배분 개념도 64

【그림 3.9】 토목섬유에 작용하는 전단저항 개념도 65

【그림 3.10】 강성보강재로 보강된 지반반력분포 66

【그림 3.11】 실내모형실험에 의한 Cu와 θ의 관계 (한국항만기술단 2009자료)(이미지참조) 68

【그림 3.12】 보강재가 수평면과 이루는 경사각 θ -계속- 68

【그림 3.12】 보강재가 수평면과 이루는 경사각 θ 69

【그림 3.13】 제안식에 의한 Cu와 θ의 관계(이미지참조) 70

【그림 4.1】 수치해석 초기조건 및 해석결과 76

【그림 4.2】 지반의 전체변위 양상 (Cu＝2kPa, D＝30kN·㎡)(이미지참조) 77

【그림 4.3】 지반의 전단 변형율 분포 (Cu＝2kPa, D＝30kN·㎡)(이미지참조) 78

【그림 4.4】 수치해석 하중-침하 (B＝5m, Cu＝2kPa)(이미지참조) 81

【그림 4.5】 수치해석 하중-침하 (B＝10m, Cu＝2kPa)(이미지참조) 81

【그림 4.6】 수치해석 하중-침하 (B＝20m, Cu＝2kPa)(이미지참조) 82

【그림 4.7】수치해석 하중-침하 (B＝50m, Cu＝2kPa)(이미지참조) 82

【그림 4.8】 하중 재하폭 변화에 따른 하중-침하 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 83

【그림 4.9】 수치해석 하중-침하 (B＝5m, Cu＝5kPa)(이미지참조) 86

【그림 4.10】 수치해석 하중-침하 (B＝10m, Cu＝5kPa)(이미지참조) 87

【그림 4.11】 수치해석 하중-침하 (B＝20m, Cu＝5kPa)(이미지참조) 87

【그림 4.12】 수치해석 하중-침하 (B＝50m, Cu＝5kPa)(이미지참조) 88

【그림 4.13】 하중 재하폭 변화에 따른 하중-침하 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 88

【그림 4.14】 수치해석 하중-침하 (B＝5m, Cu＝10kPa)(이미지참조) 92

【그림 4.15】 수치해석 하중-침하 (B＝10m, Cu＝10kPa)(이미지참조) 92

【그림 4.16】 수치해석 하중-침하 (B＝20m, Cu＝10kPa)(이미지참조) 93

【그림 4.17】 수치해석 하중-침하 (B＝50m, Cu＝10kPa)(이미지참조) 93

【그림 4.18】 하중 재하폭 변화에 따른 하중-침하 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 94

【그림 4.19】 지반강도별 하중 재하폭 - 침하/최대하중 96

【그림 4.20】 지반강도별 대나무매트의 강성 - 침하/하중 재하폭 97

【그림 4.21】 비배수전단강도 - 침하/하중 재하폭 97

【그림 4.22】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝5m, Cu＝2kPa)(이미지참조) 100

【그림 4.23】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝10m, Cu＝2kPa)(이미지참조) 100

【그림 4.24】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝20m, Cu＝2kPa)(이미지참조) 101

【그림 4.25】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝50m, Cu＝2kPa)(이미지참조) 101

【그림 4.26】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝5m, Cu＝5kPa)(이미지참조) 105

【그림 4.27】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝10m, Cu＝5kPa)(이미지참조) 105

【그림 4.28】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝20m, Cu＝5kPa)(이미지참조) 106

【그림 4.29】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝50m, Cu＝5kPa)(이미지참조) 106

【그림 4.30】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝5m, Cu＝10kPa)(이미지참조) 110

【그림 4.31】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝10m, Cu＝10kPa)(이미지참조) 110

【그림 4.32】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝20m, Cu＝10kPa)(이미지참조) 111

【그림 4.33】 대나무매트 강성에 따른 항복지지력 산정 (B＝50m, Cu＝10kPa)(이미지참조) 111

【그림 4.34】 지반강도별 보강재의 강성에 따른 항복지지력 113

【그림 5.1】 수치해석 하중-침하 및 제안식 비교 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 116

【그림 5.2】 수치해석 하중-침하 및 제안식 비교 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 117

【그림 5.3】 수치해석 하중-침하 및 제안식 비교 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 118

【그림 5.4】 수치해석 하중 재하폭-항복지지력 및 제안식 비교 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 119

【그림 5.5】 수치해석 하중 재하폭-항복지지력 및 제안식 비교 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 120

【그림 5.6】 수치해석 하중 재하폭-항복지지력 및 제안식 비교 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 120

【그림 5.7】 수치해석 보강재강성-항복지지력 및 제안식 비교 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 121

【그림 5.8】 수치해석 보강재강성-항복지지력 및 제안식 비교 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 122

【그림 5.9】 수치해석 보강재강성-항복지지력 및 제안식 비교 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 122

【그림 5.10】 대형 평판재하시험 위치도 123

【그림 5.11】 대형 평판재하시험 평면도 126

【그림 5.12】 대형 평판재하시험장치 개념도 127

【그림 5.13】 대형 평판재하시험 단면도 127

【그림 5.14】 단계별 재하시험 순서도 127

【그림 5.15】 대형 평판재하시험용 대나무 매트 128

【그림 5.16】 변위 측정 장치 설치 과정 128

【그림 5.17】 실하중 재하 과정 128

【그림 5.18】 대나무매트 (1.25m×1.25m) - 복토 0.95m 130

【그림 5.19】 대나무매트 (1.25m×1.25m) - 복토 1.25m 130

【그림 5.20】 대나무매트 (1.25m×1.25m) - 복토 1.89m 131

【그림 5.21】 대나무매트 (1.00m×1.00m) - 복토 0.95m 131

【그림 5.22】 대나무매트 (1.00m×1.00m) - 복토 1.45m 132

【그림 5.23】 대나무매트 (1.00m×1.00m) - 복토 1.95m 132

【그림 5.24】 대형 평판재하시험 침하량 및 제안식 침하량 비교 134

【그림 5.25】 대형 평판재하시험 항복지지력 및 제안식 항복지지력 비교 135

【그림 5.26】 현장시공 전경 136

【그림 5.27】 현장계측에 따른 침하단면 추정도 139

【그림 5.28】 지표면 침하판에 의한 침하양상 140

【그림 5.29】 현장계측 침하량 및 제안식 침하량 비교 142

【그림 A.1】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝1kPa)(이미지참조) 157

【그림 A.2】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 157

【그림 A.3】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝3kPa)(이미지참조) 158

【그림 A.4】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝4kPa)(이미지참조) 158

【그림 A.5】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 159

【그림 A.6】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝6kPa)(이미지참조) 159

【그림 A.7】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝7kPa)(이미지참조) 160

【그림 A.8】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝8kPa)(이미지참조) 160

【그림 A.9】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝9kPa)(이미지참조) 161

【그림 A.10】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 161

【그림 A.11】 휨 강성이 발휘되는 지간거리(L) 산정 (Cu＝20kPa)(이미지참조) 162

【그림 B.1】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝1kPa)(이미지참조) 163

【그림 B.2】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝2kPa)(이미지참조) 163

【그림 B.3】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝3kPa)(이미지참조) 164

【그림 B.4】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝4kPa)(이미지참조) 164

【그림 B.5】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝5kPa)(이미지참조) 165

【그림 B.6】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝6kPa)(이미지참조) 165

【그림 B.7】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝7kPa)(이미지참조) 166

【그림 B.8】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝8kPa)(이미지참조) 166

【그림 B.9】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝9kPa)(이미지참조) 167

【그림 B.10】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝10kPa)(이미지참조) 167

【그림 B.11】 지간거리(L)에 따른 침하량 산정 (Cu＝20kPa)(이미지참조) 168

【그림 C.1】 지반강도별 K값 (D＝5kN·㎡) 169

【그림 C.2】 지반강도별 K값 (D＝10kN·㎡) 169

【그림 C.3】 지반강도별 K값 (D＝20kN·㎡) 170

【그림 C.4】 지반강도별 K값 (D ＝30kN·㎡) 170

【그림 C.5】 지반강도별 K값 (D＝40kN·㎡) 171

【그림 C.6】 지반강도별 K값 (D＝50kN·㎡) 171

초록보기

본 연구는 연약지반 복토를 위한 보강재로서 대나무매트를 이용할 경우에 연약지반의 침하량 및 지지력을 산정하는 실용적 방법을 제안한 것이다. 표층처리공법의 침하량 산정 방법에서 강성을 가진 보강재에 적용할 수 있는 야마노우치(Yamanouchi)의 판 이론식을 간략화하고, 대나무매트의 강성을 고려한 지지력 식을 제안하여 실용화하는데 그 목적이 있다.

첫 번째로, 침하량 공식을 간략화하기 위하여, 야마노우치 침하량 공식을 분석하여 침하량에 가장 큰 영향을 미치는 변수인 지반의 비배수전단강도, 성토폭 및 매트의 휨 강성의 상호관계를 분석하였다. 그 분석결과, 연약지반에서 성토폭이 커지면 휨 강성이 발휘되는 지간거리는 야마노우치 판 이론의 값과 제안식은 큰 차이가 없었다. 이 지간거리와 지반의 비배수전단강도 변화에 대한 쌍곡선 함수로 간소화된 침하량 공식을 제안하였다.

두 번째로, 지지력 공식을 수정하기 위하여, 기존에 제안된 지지력 공식에서 무시된 대나무매트의 휨 강성을 고려한 지지력 항을 추가하였으며, 상재하중과 지반강도의 변화에 따른 대나무 매트의 경사각을 식으로 제안하였다.

마지막으로, 본 연구에서 제안한 침하량 공식과 지지력 공식의 적합성을 검증하기 위해 수치해석과 대형 평판재하시험 및 현장시공 계측결과를 비교·분석하였다.

그 수치해석결과, 항복하중에서의 침하량이 제안식으로 구한 값보다 과대평가 되지만, 항복지지력은 낮은 비배수전단강도에서는 유사하고, 지반강도가 증가할수록 제안식의 값은 과소평가 되었다. 또한, 대형 평판재하시험에서 대나무매트의 침하량은 제안식으로부터 산정된 값이 크게 나타나며, 현장시공 계측결과 1차 성토 시에 수로 측과 부지 측의 침하와 추가성토로 발생한 중앙부의 침하량은 계측값과 매우 유사한 결과를 보였다.

결론적으로, 본 연구를 통해 얻어진 연약지반 복토를 위한 보강재로서 대나무매트 이용 시 간소화한 침하량 공식과 대나무매트의 휨 강성을 고려하여 수정된 지지력 공식은 지반이 균질하지 않아 다소 차이는 발생하지만, 현장에서 침하량과 지지력을 산정하는데, 간편하고 실용적으로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

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