압밀 침하량 산정 방법

1.     압축지수 Cc

Cc 는 경험에 의한 방법, e-logP 곡선에 의한 방법. 선행압밀하중이 있다면 0.42eo 를 고려한 처녀압밀곡선 작성 (교란의 보완).

2.     체적계수 법

3.     e-log P 법

성토재료의 조건
-       최대치수 10cm 이하
-       0.08mm 체 통과량 15% 이하, 4.75mm 체 통과량 25~100%
-       LL<40, PI<15 : 비소성에 가까움
-       단위중량 1.8t/m3 이상

연직배수공법 : 과잉간극수압의 소산을 배수거리를 좁힘으로써 빨리 진행될 수 있도록 유도함.
1.     Drain 직경 (dw), 간격 (s) 가정
2.     de 계산 (de=1.05d 삼, 1.13d 사)
3.     치환율 고려
4.     압밀도와 수평압밀계수, 수평시간계수 산정
5.     공사기간 예측
6.     드레인 지름이나 간격을 달리하면서 최적의 공사비/공기의 공법을 설계

연직배수공법의 비교 (심도 20~25m)
1.     Sand Drain : 직경 400~500mm, 공기 느림. 경험풍부, 말뚝효과도 있음. 투수효과는 확실함. 교란(Smear), Sand 절단문제, 장비 Trafficability 고려 필요. 비싸고 느림. 투수계수 1x10-3 cm/s 재료 확보 어려움.
2.     Pack Drain : N값 10 이상이면 불가. 모래량 절감, 절단 가능성 줄임, 빠름, 품질관리 어려움, 심도 조절 어려움.
4개의 casing 이용.

3.     PBD (PVD) : 교란 적음, 경량 장비, 시공사례 많음, 저렴, 시공관리/품질관리 필요. Plastic Board 절단 위험.

PP 매트 타설 : 인장강도 5t/m 이상. 투수계수 1x10-2 이상, 화학적 내구성 확보 필요.
- 균등침하 유도
- 장비 주행성

1.     저성토 구간
-       융기, 포장 손상 등 발생. 지지력 부족, 장기침하 발생, 교통 진동 하중 전달에 따른 연약층 침하
-       구조물 강성 증대, 배수양호, 표층처리, 재하중 공법, 치환공법

2.     부등침하구간
-       접속부 보강, 보강재(지오텍스타일, 지오그리드), 층따기, 배수시설 설치
-       SCP 적용. 압밀 촉진이 무조건 좋은 것은 아님.

3.     경사진 기반
-       편압, 부등침하, 수평변위, 활동
-       SCP, 심층혼합처리, 복합방법 적용, 균열 발생 관리를 위한 계측관리 (정보화 시공), 잔류침하 관리.

4.     기존도로 접속부, 확폭부
-       기존 도로 침하 종료, 추가 하중에 따른 추가 침하, 부등침하, 요철, 포장손상
-       SCP : 압밀 촉진, 강도 증진, 널말뚝 공법, 토목섬유로 보강, 인장강도 큰 재료 사용

샌드 매트, 드레인 기준

샌드매트 두께 기준 : LS / 2KH =Hw
L : 배수거리, S : 침하속도, K : 투수계수, H : 매트두께

계측기의 형태 : 지층경간침

빈도

1.     Terzaghi 의 가정
일정한 투수계수
일차원해석
비압축성
균질한 토층
포화상태

2.     실제 배수와 압밀의 형태
지반 조건의 비선형성 : 압축성과 투수성이 비선형으로 분포.
이질층의 분포
배수재의 완전관입 불가
Sand Seam
하중재하의 시간별 변화


3.     비선형 압밀모델과 수치해석기법의 필요성
초기 함수비, 간극비가 큼.
압밀 중 변화된 압축성/투수성 고려 필요.
응력-변형률, 변형-투수계수 고려 필요.
Barron 의 연직배수재 압밀 고려시 유효반경비 (n=re/rw), 스미어존 반경비(s=rs/rw) 를 고려한 압밀도 식 고려.
(PVD의 경우 n = 30, S = 2.4)

Barron : 중공원주방사형 압밀이론 제안. Smear Effect, Well Resistance 관련 내용 미포함. 압밀도가 과대평가될 수 있음.

Hansbo : Smear Effect, Well Resistance 내용 포함. 2.5~3.0 D 의 Smear Zone 고려. 실제와 일치하며, 통수능력/투수계수의 감소 등을 고려할 수 있음.

(Smear Effect)
Dw, Dm, Ds의 관계
Smear zone 의 투수계수는 Kh 로 봐도 되나, 연구결과에 따르면 0.5 Kh 로 줄어드는 시험도 보고되고 있음.

(Well resistance 의 영향인자)
-       내적 : 재질, 통수단면적, PBD 자재의 길이
-       외적 : 측압, 변형, 지중온도, 세립자의 이동, 동수구배

환산단면적

배치간격 CTC = 2.0m 정도로 유지



1차, 2차 압밀 구간에서의 압축성의 차이. (간극비 변화의 차이)

4.     수치해석
하중이 깊이에 따라 선형이 아닐 수 있음.
초기조건, 경계조건 설정
유한요소해석, 유한차분해석
다층지반의 비균질성을 모델에 반영. (경계조건 설정)
Rowe Cell 시험 등으로 예측 결과 확인 및 비교.
(시료추출 -> 시료세팅(75mm) -> 수평배수 & 압밀)

선행재하공법 (Preloading) : 추가 하중을 통해 압밀시간을 단축시킨다.

성토 완료 시점부터 계측을 통해 침하량을 측정
장래 침하량 예측 (쌍곡선, Hoshino, Asaoka)
공용중 하중 조건이 변경되는 경우 침하량 예측이 어렵다.

Barron 의 식을 이용해 Ch(수평 압밀계수)를 추정하고, 장래침하량 추정.

현장의 압밀도-압밀기간을 이용하여 수평압밀계수를 산출할 수 있고, 그에 따라 시간을 변화시키면서 시간별 침하량을 예측할 수 있다.

Reundulic 과 연결


Carillo : 2차원 압밀해석

평균압밀도를 Ur, Uv 를 통해 계산 (Uv 는 Terzaghi 1차원에서 구함)

Barron : 모래말뚝 배수 영향면적을 유효원으로 환산
- de = 1.05 d (삼각형 배치), 1.13 d (정사각형 배치) : d 타설간격
- 수평압밀계수 와 영향반경을 고려하여 시간계수를 산정. 그에 따라 압밀도 계산.
- 스미어(Smear) Zone 의 영향 고려.
- Sand Drain : 수평방향 배수가 공기에 절대적인 영향을 준다. 수직방향 배수 무시.

- 등가변형률을 고려한 평균압밀도

넓은 범위의 하중 적재는 1차원으로 해석할 수 있음.
좁은 구조물이나 도로는 3차원 압밀을 고려할 필요가 있음.

Rowe cell test (압밀)

회전축 중심의 3차원 압밀을 구현하기 위해 Rowe Cell Test 로 검증.

중심배수, 주변배수의 압밀계수로 구분

(보통 수직방향은 무시)

Well 을 통한 배수로 압밀이 진행되는 경우 수평방향의 평균압밀도를 구하는 방법
(Barron)

시간계수는 중심이 큰값을 갖는다. (압밀계수가 같다는 가정하에, 시간이 더 많이 걸린다는 말. 닿는 면적이 작으므로)

준설토 자중 압밀이론
- 고함수비 초연약점토 : 자중에 의한 압밀
- Terzaghi 적용 어려움 : 투수계수/압밀계수를 일정하게 접근 -> 자중시 변형이 발생.
- 유한변형율 압밀이론 : 압축성과 투수성의 변화 고려.
- 일정한 간극비로의 수렴 (수렴하고도 크리프 형태로 간극비 감소 지속)

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.

부주면 마찰력 : 성토하중, 지하수위 하강, 추가 압밀

- 중립점 : 지표침하가 말뚝 침하보다 작아지는 지점.

축하중이 주면 마찰력을 넘어서는 지점. (선단지지력이 필요한 시점)
경험식 : 마찰말뚝 – 0.8, 사질 – 0.9, 암반선단 – 1.0 (구조물 기초설계기준)

- 안전율 적용 방식 : 안전율로 나누고 부주면 마찰력을 뺀 값을 허용하중으로 할지, 부주면 마찰력을 빼고 안전율로 나눈 것을 허용으로 할지.

- 대책

1. 시공순서 : 중앙에서 외측 (지반 이완 방지, 지반 교란 방지), 내부에서 외부.
2. 선행하중 – 강제 압밀
3. 표면적 증대, 역청재 코팅
4. 큰케이싱, 희생말뚝
5. 연약지반 15m 이하, 침하정지, 침하 속도 2cm/년 이하인 경우 부마찰력 고려 필요없음.

Goodman 암반 강관말뚝 : Qa = 1/3 qu Nr (Nr = 1~3) (qu=quc(일압)/5)

암반 말뚝 지지력
1. 경험적 : 경암 250t/m2, 연암 60t/m2 등
2. 일축압축강도 활용 (CFE, Canadian Foundation Engineering) : qall = K x quc (K0.1~0.4, 불연속면 간격)
3. 정역학적지지력공식

장경비 : 감소율 (L/D-n) (현타 60, 강관 100)
용접이음 발생시 5% 씩 저감.
- 말뚝의 편심이나 휨이 일어나는 경우 품질의 유지 어려움 등을 고려하기 위함.
- 감소율 : 장경비에 의한 말뚝의 허용응력 감소율
- 장경비 상한계 (현타 80, PHC 110) 이상 긴 말뚝은 설계하지 않는 것이 좋다.
- 보통은 (-) 가 되어 감소율이 없으나 정말 긴 경우에 감소율이 생김.

말뚝의 지내력 저감률
(이음효율, 장경비)

연약지반에서 가장 많이 사용되는 개량 공법인
연직배수재+성토

압밀의 진행과정 (압밀도) 및 개량의 품질을 확인할 수 있는 전단강도의 증가를 확인하는 방법이 필요하다.

압밀을 위해 한계성토고까지 재하를 하고, 기간을 두어 전단강도의 증가를 확인한 후 추가 성토 여부를 설계/결정할 수 있다.

이때 사용하는 것이 강도증가율

PI 를 이용한 방법 (Skempton) 과 LL 을 이용한 방법 (Hansbo)

1. Skempton
Su/p = 0.11+0.0037 PI (Su : 비배수 전단강도, p : 유효상재압)
소성이 클수록 강도증가율이 커진다.
하지만 액성지수 LI 가 커지면 증가율이 작아진다.

2. Hansbo
Su/p = 0.45LL

0.2~0.3 을 보는 것이 Reasonable 하겠다.
전단강도가 과소/과대평가 될 수 있는 요소들을 고려하여 분석하는 것이 중요하다.

투수성이 크면 압밀정도가 커지고, 베인시험 (Vane Test) 시 간극수압 소산으로 값이 작게 나올 수 있다.
(비배수 전단강도의 저평가)

외우기는 힘들겠지만, 분류하는데 목적을 두며,
www.sjgqc.co.kr 에서 참조합니다.

(노상토 시험)
다짐 : KS F 2312 : 몰드(150x100), 램머, 저울, 체, 3~5층 다지고, 함수비 조절하면서 습윤밀도, 건조밀도를 구하고 플롯팅한다. 안비쌈.
평판재하시험 : KS F 2310 : 재하판 30,40,75, 게이지 놓고 0.35 초기값, 0.35씩 올리면서 15mm 처짐 찾기. 하중강도-침하량곡선, 지지력계수 산정. K30 = 2.2/1.5 K40 = 2.2 K75 : 큰 판으로 시험하면 같은 하중압력에 침하량이 크게 나와 작은 지지력 계수로 나온다. K30 기준, 콘크리트 포장 노상은 15, 아스콘 포장 노상은 20.
프루프롤링 : 도로교 시방서에 따라

함수량 : KS F 2306
현장밀도 : KS F 2311

(되메우기, 뒷채움)
다짐, 평판재하, 입도 : KS F 2302, 함수량, 현장밀도

(보조기층, 동상방지층)
다짐, 평판재하, 모래당량,실내CBR : KS F 2320 : 공시체3개, 4일간 수침, 분당 1mm, 0.1", 0.2" 마다의 하중눈금, 표준하중 기준 6.9MN/m2, 10.3MN/m2, 노상 30이상 체가름, 함수량, 현장밀도.

소성한계 KS F 2304 : 3mm 국수모양, 부스러질 때의 함수비, PI 10 : 동상방지층, 되메우기, 뒷채움 : 6이하 보조기층, 4이하 입도조정기층. (액성한계 2303, 수축 2305: 함수량에 따라 흙이 용적이 줄지 않는데 함수량 늘리면 용적이 증가하는 함수비. 부풀어오른다.)

압밀 (KS F 2316) : 압축지수/팽창지수/선행압밀응력/압밀계수. 시료에 하중-침하량, 시간-침하량, 비배수로 시행. 지반정수 압밀계수 (Cv, cm2/s), 체적변화계수(mv, cm2/kgf) 를 구하여 예상 침하량, 압밀도 등을 계산할 수 있다. 투수성이 낮은 포화 점성토에 하중을 가라고 과잉간극수압을 연직으로 소산.

일축압축 (KS F 2314) : 응력-변형, 예민비를 위함. 비배수전단강도 추정. 파괴까지 하중-변형량측정
직접전단 (KS F 2343) : 시료 변형에 따른 저항력, 잔류강도, 한계간극비, 내부마찰각, 점착력, 수직과 전단 동시에.