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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2013
- 저작권
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이용수3
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연약지반 위에 접안시설이나 호안 등 항만구조물을 축조할 때 성토하거나 배면매립 하는 과정에서 발생하는 지반의 측방유동과 융기 현상, 원호활동을 방지하기 위해 소일-시멘트 파일을 이용한 말뚝식 지반개량 적용사례가 증가하고 있다.
그런데 국내에는 말뚝식 지반개량 설계법이 정립되어 있지 않고 이에 대한 연구도 미진하여 개량체 설계기준강도는 2~6MPa 정도로 크게 적용하고, 치환율은 10~30% 미만으로 작게 적용하는 사례가 많이 확인되고 있다. 그리고 이 과정에서 수평변위, 지지층에서의 활동과 지지력 등은 검토하지 않고 소일-시멘트 파일의 전단강도와 치환율을 고려해 산정한 평균전단강도로 원호활동 안정성만을 검토하거나 개량체의 허용압축강도, 허용잔류침하 등 최소한의 안정성 검토만으로 구조물 안정성을 평가함으로써 15%내외의 매우 작은 치환율로 설계하는 경우도 많이 있다.
그러나 편심하중이 크게 작용하는 항만구조물에 이처럼 작은 치환율의 말뚝식 지반개량이 시공될 경우에는 미개량된 연약지반의 변위와 그로인한 개량체 변위로 인해 상부구조물에 피해가 발생할 가능성이 커진다.
따라서 본 연구에서는 총 90개의 항만구조물 단면에 대해 소일-시멘트 파일을 이용한 말뚝식 지반개량 안정검토를 수행하여 수치해석을 포함한 모든 항목에서 안정한 단면별 최소치환율을 결정하였으며, 원심모형실험으로 수치해석의 신뢰성을 검증하였다. 그리고 치환율 결정 요인과 최소치환율의 상관성분석을 통해 항만구조물에서 말뚝식 지반개량의 적용성을 평가할 수 있는 상관도를 제안하였다.
연구결과, 기초지반이 매우 연약(su=15kPa이하)한 경우에는 상부구조 형식에 관계없이 최소치환율이 85%이상 필요한 것으로 나타나 말뚝식 지반개량이 부적합하며, 기초지반이 중간정도 단단함(su=30kPa)이하인 경우에 중력식 항만구조물에서도 최소치환율이 42~85%이상 필요한 것으로 나타나 말뚝식 지반개량이 부적합함을 알 수 있었다.
그리고 항만구조물의 말뚝식 지반개량에는 기초지반과 개량체의 강성비(n)가 최대 50~75이하이고 개량체 강도가 2~3MPa인 소일-시멘트 파일공법이 가장 적합하며, 기초지반이 강하고 기초지반과 개량체의 강성비가 작아질수록 말뚝식 지반개량 적용성이 향상된다.
또한, 말뚝식 지반개량의 최소치환율 지배인자는 허용수평변위이고, 이를 만족하는 원호활동 최소안전율이 기준안전율(Fs=1.3)을 크게 초과하는 것으로 확인되어 말뚝식 지반개량을 설계할 때는 반드시 수평변위를 검토해야 한다.
그런데 국내에는 말뚝식 지반개량 설계법이 정립되어 있지 않고 이에 대한 연구도 미진하여 개량체 설계기준강도는 2~6MPa 정도로 크게 적용하고, 치환율은 10~30% 미만으로 작게 적용하는 사례가 많이 확인되고 있다. 그리고 이 과정에서 수평변위, 지지층에서의 활동과 지지력 등은 검토하지 않고 소일-시멘트 파일의 전단강도와 치환율을 고려해 산정한 평균전단강도로 원호활동 안정성만을 검토하거나 개량체의 허용압축강도, 허용잔류침하 등 최소한의 안정성 검토만으로 구조물 안정성을 평가함으로써 15%내외의 매우 작은 치환율로 설계하는 경우도 많이 있다.
그러나 편심하중이 크게 작용하는 항만구조물에 이처럼 작은 치환율의 말뚝식 지반개량이 시공될 경우에는 미개량된 연약지반의 변위와 그로인한 개량체 변위로 인해 상부구조물에 피해가 발생할 가능성이 커진다.
따라서 본 연구에서는 총 90개의 항만구조물 단면에 대해 소일-시멘트 파일을 이용한 말뚝식 지반개량 안정검토를 수행하여 수치해석을 포함한 모든 항목에서 안정한 단면별 최소치환율을 결정하였으며, 원심모형실험으로 수치해석의 신뢰성을 검증하였다. 그리고 치환율 결정 요인과 최소치환율의 상관성분석을 통해 항만구조물에서 말뚝식 지반개량의 적용성을 평가할 수 있는 상관도를 제안하였다.
연구결과, 기초지반이 매우 연약(su=15kPa이하)한 경우에는 상부구조 형식에 관계없이 최소치환율이 85%이상 필요한 것으로 나타나 말뚝식 지반개량이 부적합하며, 기초지반이 중간정도 단단함(su=30kPa)이하인 경우에 중력식 항만구조물에서도 최소치환율이 42~85%이상 필요한 것으로 나타나 말뚝식 지반개량이 부적합함을 알 수 있었다.
그리고 항만구조물의 말뚝식 지반개량에는 기초지반과 개량체의 강성비(n)가 최대 50~75이하이고 개량체 강도가 2~3MPa인 소일-시멘트 파일공법이 가장 적합하며, 기초지반이 강하고 기초지반과 개량체의 강성비가 작아질수록 말뚝식 지반개량 적용성이 향상된다.
또한, 말뚝식 지반개량의 최소치환율 지배인자는 허용수평변위이고, 이를 만족하는 원호활동 최소안전율이 기준안전율(Fs=1.3)을 크게 초과하는 것으로 확인되어 말뚝식 지반개량을 설계할 때는 반드시 수평변위를 검토해야 한다.
목차
제1장 서론 = 11.1 연구배경 = 11.2 연구목적 = 21.3 연구방법 및 내용 = 3제2장 이론 및 문헌 고찰 = 42.1 개요 = 42.2 항만구조물의 상부구조 형식 = 52.2.1 상부구조 형식 = 52.2.2 상부구조 형식별 거동특성 = 62.3 소일-시멘트 파일 지반개량공법 = 72.3.1 공법의 원리 및 특징 = 72.3.2 공법의 분류 및 용도 = 82.3.3 지반개량 형식 = 92.4 말뚝식 지반개량 설계방법 및 국내 적용사례 = 112.4.1 설계방법 = 112.4.2 국내 적용사례 = 202.4.3 분석결과 = 28제3장 항만구조물의 말뚝식 지반개량 안정검토 = 303.1 안정검토 조건 = 303.2 말뚝식 지반개량 안정검토 항목별 소요치환율 산정 = 323.2.1 개량체의 허용압축강도 = 323.2.2 구조물의 원호활동 = 353.2.3 지지층에서의 활동 = 413.2.4 구조물의 허용잔류침하 = 44제4장 원심모형실험 = 464.1 개요 = 464.2 이론적 배경 = 464.3 원심모형실험 장치 = 524.4 원심모형실험 수행 = 574.4.1 실험단면 = 574.4.2 모형 개량체 제작 = 574.4.3 단면조성 및 실험 = 584.5 원심모형실험 결과 = 634.5.1 치환율 35% 조건 = 634.5.2 치환율 55% 조건 = 644.5.3 결과분석 = 66제5장 수치해석 = 675.1 개요 = 675.2 이론적 배경 = 675.2.1 경계조건 = 675.2.2 지반과 개량체의 구성방정식 = 685.2.3 개량체의 유한요소 모델링 = 725.3 수치해석 수행 = 735.3.1 유한요소망 = 735.3.2 입력 물성 값 = 765.4 수치해석에 의한 소요치환율 산정 = 78제6장 결과 분석 및 고찰 = 836.1 개요 = 836.2 상부구조 형식별 말뚝식 지반개량 최소치환율 = 836.2.1 사석경사제식 구조물 = 836.2.2 중력식 구조물 = 876.3 최소치환율 지배인자 = 926.3.1 안정검토 항목 = 926.3.2 안정검토 조건 = 956.4 최소치환율 종합분석 = 976.4.1 안정검토 조건별 최소치환율 상관성 = 976.4.2 치환율과 수평변위 상관성 = 1026.4.3 원호활동 안전율과 수평변위 상관성 = 1036.5 항만구조물의 말뚝식 지반개량 적용성 분석 = 105제7장 결론 = 107참고문헌 = 109부록 = 113국문초록 = 142
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