흙막이

- 주열식 (Guide Beam 필요.)

1. SCW : Soil Cement Wall, 차수좋으나 강성 약함. 굴착(경화제쏘면서)-주입-교반-철근망(철골)삽입, 3열연속 시공, 연속시공 or 연결시공, 풍화암부터 시공 불가. 구조물과 연결불가 (Pile 과 다른 점). 공기 빠름. 배합 주의. 경화시간이 필요하여 유속이 빠른 구간 적용 불가.
- 벤토나이트 (클릭 참조)
https://huedor2.tistory.com/739

2. MIP : Mixed In place Pile, 1열씩 시공
3. CIP : Cast In place Pile, 굴착 후 공벽 안정 후 철근망(철골) 삽입 및 콘크리트 타설. 강성 확보. 차수 문제 발생. (SGR 등 차수공법과 병행), 불규칙 평면에 사용 가능. 공벽유지, Filter cake.
4. PIP : Packed In place Pile, 굴착속도 조절. Auger 인발 시 Cement, Mortar 주입. 주입 후 철근망 삽입. MIP 와는 흙과 교반하는지가 차이.

- 혼합처리 형식 흙막이/연약지반 개량

1. DCM (클릭 참조)

https://huedor2.tistory.com/711

2. SCF : Soil Cement Mixing Foundation, 천공기(2축) Cement-물 고화재를 주입 및 교반. DCM과는 시멘트 양이 많고, 강도가 크다는 차이. 저진동 저소음. 속도가 빠르고, 장심도 가능. D1000x2축.

(퍼옴 : 성구건설)

Mixer, Pump, Generator, Boring(augering) Machine(Screw type, Blade+Water, Jet+Agitator), Jet 쏘면서 Rod 삽입. (올라오면서도 쏜다.)

SCF 형성 후 PHC 를 삽입하여 마무리할 수도 있음. (PSCF)


3. DWM (Deep Wing Mixing Method) : 흙과 고화재 반응, 교반, 선단부 혼합 날개가 특징. 강도+차수(투수계수). 교반기 날개가 경사를 갖고 분출. 장비 대형이지만 경제성 우수.
DCM 공법에 비해 부상토 발생량을 줄이고, 균질한 개량체 조성이 가능. CGS 보다 침하량이 발생하지 않아 안정성이 우수.
성토사면 활동방지, 배면 차수벽/토류벽 설치, 댐 중심부 Core zone 설치, 매립장 침출수 방지용 차단벽 설치, 교대 측방유동 방지, 사질지반 액상화 방지.


4. FJS : Free Jet System, 자유단면형 다중관 고속분사교반공법 (JSP 는 2중관)

다른 연약지반 개량 (그라우팅) 공법은 여기로

https://huedor2.tistory.com/761

동상은 동토지반의 대표적인 특성

1. 입도에 의한 구분 : 미립자를 포함한 지반이 동상에 민감.
- 0.02mm 통과량 및 균등계수(Cu) : 0.02mm 1% 이하는 안생김. Cu>5 + 0.02mm 3% 이상, Cu<5 + 0.02mm 10% 이상.
- SM/SC

2. 동상시험에 의한 민감성 판정 : 온도제어형 삼축셀 이용
동상률(mm/day)과 동상비 계산
O-ring, 물채움
LVDT, TDR

3. 복합적인 분석
0.02mm 이 5% 만 넘어도 susceptibility 가 커짐.
4. 입도를 크게 하여 (자갈, 쇄석) 동상을 방지.

부동토 부동수 동결토

흙 = 토립자 + 공기 + 물
동결심도 = 토립자 + 공기 + 얼음 + 부동수
낮은 온도에서도 얼지 않고 토립자를 감싸고 강하게 연결되어 있음.
이유 : 모관의 영향 (실트질), 흙입자의 흡착력.
TDR 을 통한 부동수분 측정. (전자기파, 속도, 왕복, 함수비)
부동수분은 -5도 까지 급격히 감소 (얼음으로 변화)

연결고리 : 동결심도, 강도감소. 점토함유량, 모관상승고, 수정동결지수, 동상, 융해, 변형률


흙 내부 수분 함량 측정 방법

1)     중량법 : 노건조 시료 이용. 함수비 측정. (Ww/Ws)
2)     중성자법 : 용적수분함량을 비파괴적으로 측정. 바사능 탐지기 이용.
3)     TDR (Time Domain Reflectometry) : 계측기에서 고주파 발생. 다시 돌아오는 전파속도를 통해 수분함량 측정.
(물순환 특성 측정)
4)     사이크로미터(Psychrometer) : 공극 내 증기압을 측정. 포텐셜(에너지 개념)을 측정. 습도계 개념으로 센서가 토양내 증기압을 읽어 감지.

직선 : 무한 사면. 지하수여부
원형 : 절편 (Fellenius), Bishop 법, 마찰원법 (Moment 평형)
절편사이 : Spencer, Janbu
대수나선 : Log Spiral.

1. Fellenius : 공극수압이 큰 완만한 사면 – 오류 발생. 과소설계. pi =0
2. Bishop : 원호활동에 적합. 간편법.(검증용으로 사용) Fellenius 와 동시 사용.
3. Janbu, Spencer : 평형조건을 만족시키는 방법

절편법

저면, 선단, 대수나선 등의 파괴를 유한 토사사면의 절편으로 나누어
안전율의 합을 계산함.

(1) Input : c,pi, unit weight, H, slope(angle), surcharge
(2) 이론

a(알파) 는 절편마다 달라진다.

(3) 공식

N = W cons a

(4) Water Table 을 고려하는 경우

rsub 를 고려한 하중을 적용.

단계별 최적화가 아닌 Life Cycle 을 고려한 Assessment 가 필요하다.

매립지외곽시설설치, 우수배제규정, 차수시설 설치규정(10-7 투수계수 차수막 1겹, 상하 30cm 점토포설)

침출수 누출문제

제방의 안정성 : 안전율 강화

매립지 – 차수, 침출수, 매립가스, 침하

1. 차수
A. 바닥차수 : 점토, 차수 Sheet, 화학적 흡착제, 고화제
B. 연직차수 : 지수 Core, Sheet Pile, Slurry Wall, Soil Mixed wall (SCM), Grouting

2. 매립시설 (안정화 보통 10년)
A. 복토공법 : 거품, 포설, 덮개, 폐타이어등
B. 생물학적 : 호기성 조건, 오염농도 저하, 유해가스 감소
C. 매립가스 : 촉진 (침출수 재순환, 유기성 혼합매립), 억제 (공기주입, 호기성, 환원균), 회수 (수직 PVC관, 수평 Trench, 자갈포함) (CH4 농도 5%이하 관리)
D. 분리(전처리) : 용제추출방법, 확산차이이용법, 막 이용법, 흡수법, 흡착법, 냉각법
E. 유해가스(VOCs) 처리 : 물리적(흡착, 연소, 에너지 많이 소모), 화학(세정, 2차오염우려), 생물학(Biovent, Biosparging, Biofilter, 시간 오래걸림)
3. 침출수 : 혐기성, 포기성 (Aeration), 회전원판법, 접촉산화법, 활성슬러지법, 화학적 응집/침전법, 산화법, 흡착법, 역삼투압

4. 침하 : 유기물 분해에 따른 침하, 물리적 침하
- 간극비 2~15, 단위중량 0.1~0.3 t/m3 only. (다짐후 0.6), 함수비도 50%로 큼.
- 분해과정을 거치면서 압축 및 침하 발생. (폐기물 종류 및 불연성 등에 따라)
- 물리적 : 자중침하, 구조물 침하. 2차 압밀이 심함. 매립지의 상태를 정확히 파악하기 어려움. (비균질 심함.) (Oedometer 사용도 신뢰성이 떨어짐)
- St = Sm + Sd
- 초기 다짐 정도가 매립지 침하에 큰 영향을 줌. 90%가 초기 5년 이내에 발생. 계획 지반고 고려 필요. (여성토, 1.3배)

매립지는 시공단계 뿐만 아니라 계획-시공-운영-사후관리까지 전체적인 LCC 고려.

SHANSEP (Stress History And Normalized Soil Engineering Properties)

-       정규화된 (Normalized) 점토의 거동을 현장 조건에 맞게 재현할 수 있도록 함.

-       신뢰성 있는 비배수 전단강도 산출. (교란의 영향 극복, 교란시 유효응력 감소가 일어남. 압축성/소성/예민비에도 영향을 줌.)

-       지반의 이전 응력을 (Stress History) 고려함.

-       Su/po : Pc/Po = OCR 과 비슷.

-       Input : 원위치 유효응력, 과압밀비, 비배수 전단강도 -> 관련 정규화된 Parameter 산출. OCR 을 변수로 할 수 있음.

-       비례 그래프 참조 필요.

-       일축압축강도는 시험이 쉽고 해석이 쉬워 사용을 많이 하나, 교란의 영향이 많이 들어가 있고(시료의 잔류유효응력), 숙련도에 따른 차이도 크다. (Su=qu/2  로 하면 낮게 측정되어 과다설계가 됨.)

-       교란 : 채취전 응력해방, 팽창, 다짐, 히빙, 파이핑, 공벽붕괴, 채취중 응력해방, 재성형, 혼합/분리, 채취후 응력해방, 수분증발 등 

-       극복하기 위한 시험 방법 : 재압축방법 (유효응력만큼만 압밀), SHANSEP (유효응력의 1~4배만큼 압밀)

1.     압밀시험 – 선행하중 계산 – 1.5, 2.5, 4.0 pc 까지 재하.

2.     비배수전단강도(Su), 유효응력(po) 간의 상관관계 확인. 일정해지는 부분 확인 (Su/po)

3.     Su/po – OCR 그래프 작성 및 Database 참조. : OCR 에 대한 Su/po 산정.

4.    정규화된 비율을 통해 Su 산출

5.    Ko =1 CIU 시험을 이뤄내기 힘들면 CKoU 를 통해 수정 SHANSEP 을 이용하기도 한다.

-       교란 : 점토 교란 시 더 큰 응력에서는 교란 영향이 소멸되고, 정규화 거동을 함.

-       교란이 제거된 비배수 전단강도 산출

-       기존 지반응력보다 3~4배 이상의 구속응력 -> 교란효과 제거

-       시험에서 얻어진 비배수 전단강도 :

*  Vane 과 같이 시험이 빠름, 깊이의 영향 -> Over-estimated.

Su = gamma su(field)

소성지수가 크면 날개의 속도에 영향을 주므로 예민비가 큰 경우 과다 산정을 막기 위하여 감소시켜줌.

*  일축, UU 의 경우 교란에 의한 Under-estimated. (응력 해방에 따른)

*  CIU : 등방압밀의 한계 (현장과 다름) – Over-estimated.

-       심도별 선행하중을 어떻게 뽑아내느냐가 중요.

암반 탐사의 종류는 아래에서 참조할 수 있고,

https://huedor2.tistory.com/668

1. 굴절법 탄성파 탐사법

- 시추시험만 하기에는 대표성에 대한 Risk 가 존재할 수 있어, 추후 보강이 필요한 경우 공사비가 많이 증가하게 됨.
- 지표탐사법을 함께 조합하여 사용하는 것이 확실한 설계가 될 수 있음.
- 지층의 두께, 지하의 속도구조 파악. (속도에 따른 굴착 가능여부 판단, 공기/장비 고려)
- 탄성파(주로 P파) 발생원 : 해머, 화약(발파), 중추, 탄성파 발진탄. 30m 이상의 탐사심도.
- 격자형으로 탐사
- 수진기(지오폰, Geophone) : 5m 간격으로 설치. 송신점 20m 전후 (수진기 5~7개마다)
- 중간층에서 속도가 빨라버리면, 그보다 하부는 파악이 어려움.
- 속도의 비는 각도의 비

- 표면파와 굴절파의 층단면에 대한 그림과 거리-시간 그래프.
- 속도와 시간을 통해 층의 두께를 산정.
- 지오폰이 주파수(Hz)에 따라 나뉘어 사용된다.
- 송신점에서 수진기 거리는 탐사심도의 2~5배. (Min. 10m)
- 함수량에 따라 탄성파 속도가 증가될 수 있음. (오차를 고려할 필요 있음.)

2. 표면파 탐사법
- 송신 후 파장별로 전파의 심도가 달라지는 특성을 파악. (속도가 결과물)
- 성토지반의 다짐도 평가.
- SASW (Spectral Analysis of Surface Waves)
- MASW (Multiple-channel)
- HWAW (공간 협소시, Harmonic Wavelet Analysis of Waves)

시추설계 간격/심도 기준

Terzaghi 터널 (암반) 이완하중
- Ko 측압계수, 토피고, 암반등급
- 재래식 터널공법(ASSM), 전토피 하중을 다 받음.
ASSM (American Steel Support Method) : 1차 라이닝, 2차 라이닝에 의해 이완하중을 지지한다고 가정.
NATM (New Austria Tunneling Method)

하지만 천층터널이나 암질이 양호한 경우 과다 하중 분포
(2C 를 빼기도 함. 암반하중을 실제화하도록 축소하기 위하여)

- Bierbaumer 와 비교

(Parabola : 포물선 형태가 다름.)

- Barton 과 비교
- Bieniawski 와 비교 (RMR), Wickham (RSR, Rock Structure Rating)
- Type-1~4 (Terzaghi 암반분류) 에서 Terzaghi 암반분류는 토피고 하중 높이가 증가하나,
실제로는 크게 증가하지 않고, Type-4(풍화암) 부터 토피고 하중 높이가 증가함. (이완하중 고려하면 됨. 이완하중 감소효과 30%)
- 측압계수의 변화를 적용할 수 없음. (측압계수가 감소하면 Terzaghi 와 유사한 값을 가짐.)
측압계수가 1 이상이면 역시 이완하중을 효과적으로 적용할 수 있다.

라이닝 (터널 라이닝, Lining)
- 역학적 접근을 할 수도 있고 안 할 수도 있음. (1차 지보재가 지지하고 있기 때문) – 원칙적으로는 1차 지보에 의해 터널변위가 수렴된 상태에서 라이닝 시공.
- 역학적 접근 : Shotcrete 의 AAR 에 따라 열화를 입어 라이닝이 필요하다. 그럼 이완하중 계산은?
- 지반-라이닝 상호작용 (Ground-Lining Interaction) 모델 적용. -> 새로운 응력 재분배가 이뤄질 수도 있음.
수치해석을 통해 각 부분을 Terzaghi 암반 분류에 따른 하중을 적용하여 해석

Strut 있는 경우(변형을 고려한 연성벽체) 경험토압 (계측을 통한 검증)
- 강성체는 삼각형분포 토압이론. (Rankine, Coulomb)
- 시공 중의 Cantilever 상태에서는 적용 불가.
- 6m 이상 굴착하고 흙막이 벽 설치가 완료된 경우.
- 간극 수압 고려되지 않은 경우.

1. 사질토
Peck : 0.65 r H Ka. 직사각형 (하부의 버팀보 하중이 중요. 하부가 배가 부를 확률이 커짐)
Tschebotarioff : 0.25 r H. 사다리꼴 (0.2 0.6 0.2 사다리꼴)
(숫자와 깊이는 지반의 상태에 따라 조금씩 달라질 수 있음.)

굴착저면은 마찰력에 의해 토압이 0으로 된다.

내부마찰각이 커지면 Ka 가 작아져 Peck 이 더 현실에 가까워짐.
Tschebotarioff : 내부마찰각을 반영하지 못해 토압이 과다평가될 수 있음 .(30도 이상), 30도 이하에서는 오히려 과소평가 가능성이 있음.

내부마찰각이 35도 보다 크면 Peck,
그렇지 않으면 Tschebotarioff 가 현실적임.

2. 점성토
Peck 도 사다리꼴. 0.3rH (0.25 0.75 or 0.25 0.5 0.25)

Tschebotarioff

흙막이 벽 설계 순서
- 조사/측량
- 구조형식 (차수여부)
- 구조물 크기 고려
- 단면가정
- 토압산정
- 안정검토 : Quick Sand (Boiling), Heaving
- 근입깊이 결정
- 지점계산
- 토압 최종 확정, 변위량 계산, 띠장/버팀보 확정.

1. 굴착
공사 중 (2회/주), 지하수위는 1회/일 이상.
지중경사/지표침하/지하매설/지하수위/지중침하/수평경사/건물침하/건물균열(1.2H 까지) : 굴착전
변형률계/응력계/하중계/어스앵커 : 공사 중
완공 후는 주1회 (1개월까지)
이상징후 발생시 수시로
주요구조물, 30년 이상 노후 건물이 존재할 경우 추가 설치.

2. 터널
경사계/균열계 1.0D, 2.0D 내에 주요구조물 및 30년 이상 구조물에 추가 설치.
일상계측 : 갱내천(막장후방 1m)지(3D)락
정밀계측 : 숏(타설이전 설치)지락(1차타설직후설치)지지

1차(안전), 2차(주의), 3차(위험)
지중경사 : 2mm, 4mm, 10mm
지하수위 : 0.5m, 0.75m, 1.0m
지표침하 : 15mm, 20mm, 25mm
응력계 : 0.6, 0.8, 허용치
균열계 : 0.2mm, 0.38mm, 0.5mm
건물경사 : 1/1000, 1/850, 1/500
천단/내공 : 15, 20, 25 (풍화암), 6,8,10 (경암)
변위속도 : 5mm/일, 10, 가속

3. 협의
계측회사/시공사/감리단 -> 책임기술자 -> 현장대리인/책임감리원 협의 -> 인허가 승인기관

4. 공사장 토사유출량 측정
- 파이핑, 히빙과 같은 지하수 유출지점을 파악 – 모니터링 필요 (도로 함몰과 연결됨.)
- 침강시험 : 유출수를 통해 전체 토사량을 산정
- 탁도측정 : 여과기에 시료 여과. 여과 전후 무게를 측정. (부유물질이 적은 경우)
- 탁도측정기 : Nephelometer, 액체에 빛을 쪼여 산란도를 통해 토사량 측정
- 차집 Pit, Sump : 정성적으로만 활용. 신뢰도 적음.
- 결과에 따라 차수/방수 등 조치 후 조사 모니터링

압밀 단계
- 초기압밀 : 하중에 따름. (탄성 이론)
- 1차압밀 : 간극수압 소산, 유효응력 증가
   (EOP, End of Primary)
- 2차압밀 : 소성 재조정

1차원 압밀모형

1차원 압밀 방정식 : 압밀/1차원/침하량/일이비균포간다/Terzaghi
- 1방향/횡방향구속, 2차원 무시
- 비압축, 균질, 포화, 간극수압/유효응력 반비례, Darcy (투수계수 일정)
- 유입량-유출량=체적변화율, Q=vz dx dy, aV/at, h=u/rw (하중을 가한 후 과잉간극수압 발생, 그에 따른 수위상승)
- mv = av /1+e, Cv = K/(mv rw)
- au/at = Cv a2u/az2 (속도에 대한 편미분, 유입 유출에 따른 V 를 체적변화계수와 섞은 편미분의 결합.)
- Tv=Cv t /H2 (미분방정식의 해를 통해 Tv 를 구하고 그에 따라 압밀도 연결.)
- 압밀도 그래프 (U=u0-u / u0), Z/Hdr(배수거리)=1.0 에서 최소 (중간이라고 생각, 양면배수 가정)
- 평균압밀도 U bar = 침하량/전체침하량. 그래프. Tv = pi()/4 U^2 (<60), 1.781-0.933 log(100-U) (면적에 의한 평균 압밀도 그림 기억 필요.)
- 2차 압축지수 S=Ca H log (t/t), 소성재배열, 압밀 시험에서 e-logt 경사 = Ca
- Sf=Si(Se)+Sc+Ss(Scr)

압밀 시험 : e-logP 곡선. 압축지수, 선행압밀하중, 체적압축계수(변형률), 압축계수(간극), 압밀계수

압밀 계수
sqrt t : d-sqrt(t) 곡선 작성 – 곡선연장 d0 – 1/1.15 배 기울기 (d90) – 총침하는 x 10/9

log t : 중간-마지막의 직선을 이은 교점 d100 – d0 계산 - 4t 계산하여 (t1 = 1분 가정) 중간값으로 계산 – d50 계산

응력이력에 따른 현장 처녀 압밀곡선
교점을 0.42e0 라고 가정한다. (C)
현장에서 구한 pc 와 e0 가 만나는 지점을 연결하여 현장처녀압밀곡선 작성.
(현장의 기울기가 크다. 침하량이 크다. 교란이 되면 침하량이 under-estimated 된다.)

Pc 와 0.42e 기준 접선의 교점 : 현장 상태의 선행압밀하중

D 입력 Cr 기준으로 그린 선과 0.42e 의 접선의 교점 : 현장 상태의 선행압밀하중
2차 압밀 : 유기질, 예민, 해성점토는 40~50 % 까지 된다. (보통은 10~15%)

현장 적용 시 유의사항
- 조립토, 불포화토의 경우 실내시험에서 압밀이 적게 나오더라도 수침이 되는 경우 2차압밀이 많이 발생할 수 있으므로, 수침에 대한 압축성을 미리 예상할 수 있게 시험해둘 필요가 있다.
- 자중압밀에 대한 시간이 크게 나오는 경우, 침투압을 포함시켜 (수두차를 형성하여) 침투압밀을 유도할 수 있다.
- CRS : 하중 제어식이 아닌 일정변형률을 측정하는 변위 제어식 방법. 과연 선형으로 해석할 수 있는지 의문.

-       급속 압밀시험
-       배압(back pressure)을 통해 시료를 완전히 포화
-       1차원 압밀 방정식에서 간극수압이 아닌 변형률에 대한 미분 방정식 사용.
-       변형률 속도 산정이 중요

CRS (Constant Rate of Strain)

좋은 그림. 교란과 CRS 압밀을 동시에 설명할 수 있는

단계하중법과 등변형율법을 그림으로 비교하면 이렇게 될 수도 있겠네요.

등시곡선 (Isochrone)
압밀 과정을 시간에 따라 나타나는 압밀도의 분포로 나타냄. (단면, 양면 배수)

다차원 압밀
- 축방향의 변형고려, 그에 따른 압밀량의 증감이 1차원과 다른 거동을 유도함.
- Terzaghi-Rendulic의 3차원 압밀이론
z 뿐만 아닌 x,y 가 포함되게 압밀 방정식을 유도하였고 Cv 가 투수계수의 차이에 따라 체적변화가 달라질 수 있음을 설명.
원통좌표계를 도입하여 압밀 방정식을 해석.
U = 1 – (1-uz)(1-ur) 을 통한 3차원 접근.