충적층, 협곡부, 매립층
함수비가 높고, 일축압축강도가 작으며 느슨하다. (점토, 실트와 같은 미세한 입자이면서 간극이 큼.)
지하수위가 높은 경우가 대부분.
구조물을 지지할 수 없거나 큰 침하와 변형이 예상된다.

연약지반은 상대적인 것으로 상부 구조물의 크기나 하중에 따라 연약지반으로 지정될 수 있다.
(댐체 등의 경우 N값 20도 연약지반)

연약지반의 문제점
-       구조물 침하
-       부마찰력
-       침식, 세굴, 침투
-       사면 변형, 파괴
-       Quick Sand, Piping
-       액상화, 부등침하
-       측방유동
-       굴착저면 Heaving
-       지중구조물 파괴
-       인접구조물 균열 및 침하

연약지반 대책공법 선정 순서
1.     지반조사
2.     지반조건, 구조물조건 고려
3.     개량 범위 및 목표 설정
4.     공법 선정
5.     계측 및 역해석

쓰는 사람마다 약간씩 달라서 헷갈리기는 하지만,

변형계수 (Ed) : 비탄성일 때(비선형)의 정형화한 응력/변형률 계수 (E50 or 할선계수)

탄성계수 (E) : 탄성관계의 그래프 안에서 정해지는 탄성계수. 응력을 변형률로 나눈. (직선으로 가정 or 접선계수)

탄성계수 = 변형계수 x 1.5~2.5. 지반 초기의 릴랙세이션 때문

방법 : PMT (프레셔미터 테스트, Pressuremeter Test) 를 통해 둘다 구할 수 있음, N치를 이용한 경험적 변환

반복작용에 따른 변형계수와 탄성계수의 차이 표현
(ASTM D4719 에서는 Ep Er 로 나와있음.)

(K=1~3)
이유 : Pre-boring 에 따른 교란 때문에 필요. (poisson 은 이미 들어가 있음.)

Prebored type 이 있고,
SBPMT(Self boring type) 이 있음.

지반반력계수 : 단위면적당 저항력과 변위와의 관계. 재료의 물성치라기보다는 경계조건의 이해. 재하판이나 재하 조건에 따라 달라짐.
-       수평 : 공내재하시험 (PMT). 실제 수치해석을 하는 경우 변위에 따른 토압의 변화나 굴착저부 영향에 따른 지반반력계수 감소계수가 적용될 필요가 있다.
-       수직 : 평판재하시험 (PBT)

수치해석
-       탄소성법 : SUNEX 5.74 역해석을 통한 지반반력계수 산정. (Trial and Error, 수평변위오차 최소화)
-       유한요소해석법 : PLAXIS 8.2. 현장 계측과 유사한 결과 도출 가능.

성토비탈면
-       안정 : 성토재료의 공학적 특성 등으로 쉽게 확인할 수 있다.
-       수치해석을 통한 안정성 검토 가능
-       침하에 의한 문제
-       세굴에 의한 문제
-       측방유동에 의한 문제

깊이에 따른 전단강도 특성의 변화
-       응력경로 O’P’A’B’D’

-       과압밀점토는 빠르게 압밀 진행. (O’P’)
-       Ko 에 도닳한 후 과잉간극수압, 압축성커짐. (P’A’)
-       시공완료 후 (A’), 장기적인 압밀, 과잉간극수압소산 및 유효응력 증대. (A’B’D’ 의 경로.)

안정해석조건 (시공 조건에 따른)

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

구조물 설계기준을 요약해보았습니다.

일반
1. 작은 변형률의 지반특성, 동하중 특성, 지반-기초의 상호작용에 따른 동적거동해석
2. 정하중의 크기와 작용점. 진동하중의 특성/크기/가동 진동수

정하중 : 부등침하 방지를 위해 무게중심 연직선은 5% 편심 (평면치수 기준) 이내여야 한다.

동하중
1. 공진영향 최소화. (기계/기초/지반의 고유진동수 결정 필요.)
2. 1000 rpm(고속회전) : 기초고유진동수 < 작동 진동수 x 1/2 로 관리
3. 300 rpm(저속회전) : 기초고유진동수 > 작동속도 x 2 로 관리.

진동해석
1. 기초지반에 상응하는 강성계수와 감쇠계수를 사용. 진폭은 허용기준치 이내로 관리
2. 합성진동 시 상호 영향 고려
3. 근입깊이와 강성계수/감쇠계수 비례. (보정)
4. 기반암이 얕은 곳에 있으면 강성계수 증가, 감쇠계수 감소. (보정)
5. 허용 진폭은 기계 제작사 기준.

(A영역 : 정상, B영역 : 가벼운 결함, C영역 : 결함, 10일내 보수, D영역 : 파괴임박, 2일내 보수, E영역 : 위함, 즉시 중지)


지지력과 침하
- 허용 침하와 기계제작사의 허용치 고려.
- 심각한 진동조건에 대해서는 정하중 허용지지력의 1/2 만 고려
- 느슨한 조립토는 다짐 등의 방법으로 침하 발생 방지.

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.

키워드 : 관의 변형, 주변 지반 침하, 매설 Standard

1. 문제점
- 예산부족
- 필요성 인식 부족
- 지방자치단체 – 재정난 – BTL (임대형 민자사업)
- 소규모 공사 후 뒷채움 규정 준수 어려움
- 관로 손상 – 수질오염 – 지반침하 – 도로 소성변형 – 평탄성 저하
- 도로 : 단차 발생, 물고임 발생

2. 관거의 설계와 시공
- 수리학적으로 유리한 단면
- 차량 하중 등에 안정성을 확보한 재질
- 시공비/유지관리 (LCC)
- 원형 : 다짐/뒷채움 어려움, 직사각형 : 취약한 코너부분 발생,
- 최소 관경 : 오수 6~8”, 우수/합류 8~10”
- 매설 깊이 (Earth Cover) : 도로 관통 1m 이상, 일반 포장두께 + 0.3m
- 관거 기초 : Sand, 콘크리트 기초, 말뚝 기초, 쇄석 기초, Wood – 부등침하 방지
- 차량 하중 : DB-24, 9.6 ton 후륜 하중, 2:1 법, 충격계수 1.3 고려.
- 해외의 경우 AWWA 고려 (M11, M45)
- 휨모멘트에 따른 Buckling check, deflection check, 관두께 산정 (보통 inner pressure 가 outer pressure 보다 크다.)
- 기초의 받침 형태에 따라서도 달라짐 (고정받침-콘크리트, 자유받침-모래,쇄석 등)
- Warning tape 설치 필요 (if required)
- 관주위 되메우기 (90%, 좌우대칭 편심예방), 관상단 되메우기 (95%)
- 모래 : 물다짐, 나머지 : 램머, 콤팩터. 관로 손상 방지, 장비 진입 방지 및 한꺼번에 많은양 되메움 방지 (집중하중 방지)
- 되메우기 : Max 100mm 이하, #4 25~200%, #200 15% 이하, CBR 10 이상, PI 10 이하

3. 해석 : FEM 해석(Plaxis), 입력 – 탄성계수, 포아송 비, 차량하중, 투수계수, 점착력, 내마각, 단위중량
- 지반 침하량 확인 (부등침하, Proof Rolling 4~5mm)
- 관 변형률 확인 (허용 변형률 5%)
- 쇄석 적용

4. 원인
- 다짐 부족
- Sink Hole (석회질, 공동)
- 누수
- 노후화
- 유지관리 부족

5. 대책
- 탐사를 통한 유지관리 (GPR, CCTV, BIPS, BHTV)

공동관련 탐사

GPR 활용 가능

분류
1. 관찰등급 : 토피 40cm 이상, ACP 30cm 이상, 공동폭 80cm 미만 – 지속관찰, 우기철 이전 복구
2. 우선등급 : 토피 20~30cm, ACP 10~20cm, 공동폭 150cm 이상 – 신속한 조치계획 수립 및 복구
3. 긴급등급 : 토피 20cm 이내, ACP 10cm 이내, 균열/노화 관측 (균열깊이가 50% 이상 진행됨) – 즉시복구 (6시간)

강성관, 연성관 파괴 관련

강성관 : 토사의 무게, 차량의 하중등을 포함한 전체 하중을 관 자체가 내력으로 견디는 형태를 강성관이라고 한다.
         강성관은 변형율을 허용하지 않고, 바로 파괴에 이른다는 이론을 적용.
         콘크리트 재질의 관 + 모래/쇄석/콘크리트 등의 기초조건
         외압, 내압과 철근의 인장력/콘크리트의 압축강도 간의 비교와 강도 감수계수 적용하여 안정성 검토.
         파괴 : 관표면의 균열 및 파쇄 (spalling)
         부(-)의 아칭효과

연성관 : 모든 하중이 지반으로 전달되고, 지반이 하중을 견디면서 분배시킨다.
         5%까지의 변형을 허용하고 허용변형까지 변형되더라도 파괴되지 않는다는 이론 (AWWA M11, M40)
         추가적으로 Buckling 에 대한 안정성도 검토.
         강관, GRE, GRVE, PVC, PE 관.
         모래받침 기초, 필요에 따라서는 concrete + 말뚝기초도 적용.
         주변토압보다 작은 강성을 가짐. 연직응력이 토피 압력보다 작아서 정(+)의 아칭효과
        흙의 수평수동저항에 따라 상부 연직응력과 수평저항응력이 상쇄됨. (관-지반 상호작용)
         마지막에는 하트모양 파괴.

- 다짐관리
- 기초처리

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)

1. 장비 선정

 - Drilling Machine

 - Grout 배합관련 장비 (믹서, 비빔, 펌프, Injection)

2. 재료

 - OPC-I (Portland Cement type I)

 - 규산소다, 급결제/지연제(필요 시)

 - W/C = 1.0 (중량 기준)

 - 슬럽프 치는 낮게 하여 치환/다짐될 수 있도록.

(보통 시멘트계는 액상주입, 침투에 의한 물유리계, 압을 올려 수평분사하는 제트, CGS 처럼 치환/다짐하는 방법 등이 있음.)

3. 시공

 - Drilling (D50 천공)

 - 압력 : 1 bar (0.1 MPa) 이상 적용 필요. (최대 0.3~0.4 Mpa)

 - 주입 기간 : 최대 압력으로 더 이상 주입이 되지 않을 때까지 (압력의 결정이 중요함.)

 - 위의 주입행위를 stage 별로 진행. (0.5m 씩 반복, 보통 한 stage 별로 80L 정도 소요)

 - 천공 시 분진 방지를 위한 주수.

4. 효과 

 - Gap Grouting : Packer 를 이용한 초기 공볍 유지 및 추후 본 Grouting 품질 확보. (급결제 사용)

 - Compaction Grouting : 천천히 주입하여 주변 지반을 안정화 (다짐, 치환 효과)

 - 효과를 유지하기 위해 vertical 과 inclined 를 조합함.

 - 간격은 1.0m 정도로 수행.

5. 활용

 - 지반개량, 지반 공극채움, 구조물 침하, 세굴 방지 (파이핑), 차수, 차단

콘크리트 재령 중 변형/균열 관련

1. 소성수축 (0~10시간, 굳지않은 콘크리트) : 표면 증발, 증발량이 블리딩 양을 초과하는 경우, 표면적 넓은 경우
- 대책 : 습윤양생, 온도관리, 양막, 바람막이 설치, 두드려서 균열 제거, 야간 타설
- 적산온도(Maturity)로 관리.
- 굳지않은 콘크리트 : 소침물. 피복확보가 중요.

2. 자기수축 (10시간~1년) : 수화반응, 자기건조, 플라이 애쉬 있으면 감소, 물이 적고, 분말도가 클수록 증가, 실리카퓸 많을수록 증가, 온도가 높을수록 증가.

3. 건조수축 (10시간~10년) : 경화된 후 콘크리트의 수분증발
- 배합수량 줄이고, 골재 크기 입도 조절, 온도철근고려, 팽창시멘트 고려.

4. 탄산화 (1년~10년) : 알칼리의 수화물이 외기의 이산화탄소와 물을 만나 탄산칼슘으로 변경. 부피감소, 탄화수축.

5. 크리프 : 일정하중이 지속되는 경우 변형이 증가되는 현상. 모세관, 미세균열, 응력집중에 따름.

6. 균열관리 : 정기, 정밀, 긴급, 정밀안전 검사로 평가
- 결함평가, 열화도평가, 열화요인분석, 대책수립, 추가 정밀조사 필요여부 결정
- 보수, 보강, 사용제한, 성능개선, 점검강화
- 하중관리 필요