토목기사 요약/연약지반

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목차

관련 출제기준[편집]

  • 연약지반
  • 연약지반 개량공법
  • 연약지반 측방유동
  • 연약지반 계측

흙의 종류와 특징[편집]

유기질토 특징[편집]

♣♣ 09-1, 10-2

  • 압축성 큼
  • 2차 압밀침하량 큼
  • 200-300%의 자연함수비

화강풍화토[편집]

특징 3가지 95-1

  • 물로 포화되면 점착력이 0에 가까워져 전단강도 현저히 떨어짐
  • 토립자가 파쇄, 세립화되기 쉬움
  • 자연상태 투수성은 크나, 잘 다지면 불투수성이 됨.
  • 사질토와 점성토 중간정도 압축성

기타[편집]

  • 모래, 실트, 점토 등의 여러 크기 흙 입자가 섞인 것(92-1) : 로움(loam)

흙의 성질[편집]

♣♣♣

공극비

  • 함수비

건조 단위중량과 습윤 단위중량 사이의 관계식[편집]

♣♣♣

♣♣♣

집중하중에 의한 지중응력 증가(Boussinesq)[편집]

집중하중 응력.png

17-2

동상 현상[편집]

지배 요인 4(97-2)

  • 동결온도 지속기간
  • 흙의 투수성
  • 모관 상승고
  • 지하수위

동상현상이 일어나기 쉬운 조건 3(♣ 01-2, 03-2, 06-2)

  • 동결온도 장기간 지속
  • 실트질 지반
  • 충분한 물의 공급(ice lens)

동상 대책[편집]

3가지(♣♣ 09-3)

  • 조립의 차단층 설치
  • 배수구 설치
  • 동결심도 상부 흙을 동결하기 어려운 재료로 치환(자갈, 쇄석, 석탄재)
  • 지표면 근처에 단열재료(석탄재, 코크스) 넣기

동결깊이[편집]

11-3

F : 동결지수(°C·day) = 0도 이하 온도 절댓값 × 지속시간(일)
C : 지역에 따른 상수(3 - 5)

97-1, 00-1

수정 동결지수

  • 표고차(m) = 설계노선 최고표고(m) - 측후소 지반고(m)

동결심도를 구하는 방법(99-5)

  • 일평균기온으로 구하는 방법
  • 동결심도계
  • 열전도율로 구하는 방법

투수[편집]

투수계수 영향 인자(00-5, 02-2)

  • 유효입경
  • 물의 점성계수
  • 합성 형상계수
  • 공극비

다르시의 법칙에 의한 이론 유속과 실제유속이 다른 이유(08-1) : 다르시의 법칙에선 흙 시료 전단면적을 가지고 계산한 것이고, 실제 물의 흐름은 공극의 단면적만큼 흐르기 때문.

유선망 특성[편집]

05-1

  • 유선과 등수두선은 직교
  • 유선, 등수두선으로 이루어지는 사변형은 정사각형(그림에서 a=b)
  • 인접한 두 유선 사이의 침투수량은 동일
  • 인접한 두 등수두선 사이의 손실수두는 동일
  • 침투속도와 동수경사는 유선망의 폭에 반비례(18-1)[1]
  • 유선망 성립에 필요한 유로 수는 4~6개

지하수 흐름의 기본[편집]

♣♣♣

Cilindro sabbia.png


  • 전수두 = 위치수두 + 압력수두 + 속도수두
  • 흙 속의 물의 흐름은 속도가 거의 없다고 보기 때문에 속도수두 = 0
  • 따라서 전수두 = 위치수두 + 압력수두
  • 수두를 구할 땐 기준면 설정이 중요
  • 물 층만을 통과할 땐 (전)수두손실이 없다고 본다.
  • 하방향 흐름 : 정수압보다 수압 감소, 유효응력 증가
  • 상방향 흐름 : 정수압보다 수압 증가, 유효응력 감소
  • 상방향 흐름이든, 하방향 흐름이든, 흙을 통과하면 수두손실이 생긴다. 상향 흐름은 흙 위쪽이 전수두가 더 작고, 하향 흐름은 흙 아래쪽이 전수두가 더 작다.
  • 한계동수경사 ic : 유효응력이 0이 될 때의 동수경사. 분사현상, 보일링 현상 발생 시작. 파이핑으로 이어짐.

압력수두[편집]

피에조미터를 꽂았을 때 수압에 해당하는만큼 물기둥이 상승한다. 이 높이를 압력수두라 함.

위치수두[편집]

수두를 구할 때 기준면을 설정한다. 기준면으로부터 수두를 구하는 지점까지의 높이를 위치수두라 한다.

압밀[편집]

압축 계수[편집]

압축계수(coefficient of compressibility) 18-1


체적 변화 계수[편집]

18-1

체적 변화 계수 설명.png

체적 변화 계수(coefficient of volume compressibility; )는 압력의 증가에 대한 시료 체적의 감소 비율로 시료의 높이 변화로 표시한다. 체적압축계수(coefficient of volume change), 체적 변화율이라고도 한다.

  •  : 압축 계수
  • : 초기 간극비
  • : P1에서 간극비
  • e2: P2에서 간극비

1차 압밀 침하량[편집]

17-2, 18-3

압밀침하량p.jpg

과잉간극수압이 0이 되면 1차 압밀이 완료. 압축지수()와 재압축지수(, 또는 팽창지수 )와 초기 간극비(), 압밀층의 두께(H)가 주어졌다면,

(정규 압밀)

(과압밀, )

(과압밀, )

압축지수 경험식[편집]

♣♣♣ 17-2, 18-1

(교란 점토 시료)

(불교란 점토 시료)

압밀도[편집]

허용압밀침하량과 압밀도[편집]

06-2, 12-1

6개월 허용 압밀침하량 25mm의 의미? 6개월이 됐을 때 남은 침하량이 25mm가 되도록 하겠다는 의미!!(성토 후 6개월동안은 200 - 25 = 175mm 침하 완료)

최종침하량이 200mm라면 6개월일 때 압밀도는

연직방향 압밀도, 수평방향 압밀도[편집]

평균압밀도

12-1, 12-2

지반개량과 강도증가(♣♣ 07-2, 08-3, 12-2)

추가되는 상재하중이 ΔP, 강도증가비 C/P, 평균압밀도 U, 개량 전 지반 강도 C라 할 때, 강도 증가량은

과압밀비[편집]

설명하는 문제 07-3, 12-1

  • 과압밀비, OCR(Over Consolidation Ratio)
흙이 과거에 받았던 최대의 하중(선행압밀하중 ())과 초기유효상재하중()의 비
  • 선행압밀하중
흙이 과거에 받았던 가장 큰 크기의 하중을 선행압밀하중(preconsolidation pressure) 또는 압밀선행하중, 최대 유효상재하중. 선행압밀하중은 Casagrande가 1936에 제시한 방법에 의해 간극비 대 대수로 나타낸 하중 곡선상의 최대 곡률(최소 곡률반경) 점에서 그은 수평선과 접선의 이등분선이 곡선의 직선 부분의 연장선과 만나는 점으로 정한다.
최소 곡률반경점 rmin에서 수평선(2)과 접선(1)을 긋는다. 1과 2의 이등분선(3)을 긋는다. 곡선의 직선부분을 연장한 선(4)와 3의 교점을 찾으면, 선행압밀하중 를 찾을 수 있다
  • 정규압밀(NC ; Normal Consolidation)
  • 과압밀(OC ; overconsolidation)
  • 과소압밀

테르자기의 점증하중, 순간하중, 압밀시간[편집]

96-3

성토를 T의 기간동안 할 때, 성토를 점증하중으로 본다면 T 기간만큼, 순간하중으로는 T/2의 기간이 소요된다.


96-3

포화 연약점토지반 상에 성토작업을 1년 6개월에 걸쳐 시행. 성토작업을 점증하중으로 보는 경우, 시공 시작 후 2년 6개월 뒤 압밀침하량은, 순간하중으로 보는 경우 몇 개월 뒤의 압밀침하량과 같은가?


점증하중 1년 6개월 = 18개월

순간하중으로는 18/2 = 9개월과 동일.

테르자기 점증하중, 순간하중.png

시공 시작 후 2년 6개월 = 24 + 6 = 30개월

점증하중일 땐 18개월 + 12개월 = 30개월이었지만,

순간하중으로 한다면 9개월 + 12개월 = 21개월!

전단강도[편집]

  • 간극수압 상승으로 인해 유효응력이 감소되고 사질토가 외력에 대한 전단저항을 잃게되는 현상은?(92-3, 97-2) 액상화현상(liquefaction). 이 문제 설명이 충분하지 않은 것 같음. 충격하중이나 지진하중 등이 있어야 액상화가 일어날텐데.

Kf 선과 Mohr-Coulomb 파괴포락선의 관계[편집]

92-3, 95-3

점성토 지반 개량공법[편집]

  • 페이퍼드레인 공법
  • chemico pile 공법 = 생석회 말뚝공법
  • 다짐 모래말뚝공법(sand compaction pile, compozer 공법) : 사질토, 점성토 모두 사용.

두께 10-15m, N = 0에 가까운 실트질 연약지반 상에 5m 성토 시 적합한 지반처리공법(84-3) : vertical drain

치환공법[편집]

종류(04-3, 08-1, 17-2)

  • 굴착치환
  • 폭파치환
  • 강제치환

강제치환공법[편집]

단점(18-3)

  • 잔류침하 예상됨.
  • 확실하게 개량되지 않음.
  • 정량적인 설계가 어려움.
  • 균일하게 치환하기 어려움.
  • 압출에 의한 사면선단 팽창 발생.

연직배수공법(Vertical Drain)[편집]

연직 드레인 사용 시 침하판에 의해 압밀침하량, 공극수압 소산 정도를 계측하여 장래 침하량을 예측하는 방법(96-2)

  • 쌍곡선법
  • Hoshino법( 법)
  • Asaoka법(직선법)

연직 배수 공법 설계 시 교란효과를 고려하기 위해 실무에서 쓰는 약식 설계법(00-4)

  • Kallstenius 계산도표
  • Kjellman 경험식

샌드 드레인 공법[편집]

=모래말뚝 공법

샌드 드레인(sand drain) 공법은 모래 말뚝(sand pile)을 박아서 배수거리를 짧게 만들어 점성토층의 압밀을 촉진시키는 공법이다.[2] 모래 말뚝을 일정한 간격(d)으로 박는다고 할 때, 유효 직경(영향원 지름, )은 다음과 같이 구한다.

03-1, 12-3

  • 정삼각형 배치일 때 :
  • 정사각형 배치일 때 :

설치방법

07-2, 11-2, 18-1

  • 압축공기식 케이싱(mandrel법, 타입식 케이싱)[3]
  • water jet식 케이싱
  • Rotary boring
  • Earth auger

설계 시 수평방향, 연직방향 압밀계수를 같게 하는 이유는?(95-4) 타설 시 지반이 교란되므로

페이퍼드레인 공법[편집]

♣ 19-2

샌드 드레인에 비해 유리한 점 5가지

  1. 저렴한 공사비
  2. 빠른 시공속도
  3. 양호한 배수효과
  4. 깊이 방향에 대해 일정한 Drain 단면
  5. 타설에 의한 주변지반 교란이 없음.

drain paper의 구비조건(♣ 00-4, 06-1)

  • 주변 지반보다 투수성이 클 것
  • 투수성이 일정할 것
  • 전단강도, 파단의 신장률에 있어 변형이 없을 것.
  • 습윤강도가 클 것.

등치환산원 지름(cm) (07-1, 12-3)

원과 직사각형 둘레가 서로 같은데 α만 기억하면 됨.

  • α : 형상계수 0.75
  • A : 드레인 페이퍼 폭(cm)
  • B : 드레인 페이퍼 두께(cm)

Pack drain[편집]

sand drain에 비해 좋은 점(♣ 99-3, 04-1)

  • drain 절단 없음
  • 포대형 drain이 지면위로 올라오기 때문에 설계대로 시공되었는지 간단히 판단 가능
  • 지름이 작아 모래 양이 적게 들고 경제적
  • 4본 동시 시공 가능. 공기 단축

sand drain에 비한 단점 2가지(01-3)

  • 연약지반 심도변화에 따라 타설심도 조절 어려움
  • 동절기 공사 시 초기항타 어려움
  • 동절기 공사 시 모래 품질관리 어려움
  • 장비 규모가 커서 작업능력 저하. 안전관리 어려움.

다짐모래말뚝 공법[편집]

Sand compaction pile 시공순서(Youtube)(88-2)

  1. 내, 외관 지상 설치, 외관 하단에 모래, 자갈 넣기
  2. 내관으로 아래쪽에 있는 모래 마개를 때려서 외관을 소정의 깊이까지 관입
  3. 내관으로 모래 투입
  4. 외관을 인발하면서 내관을 낙하시켜 모래 압입
  5. 외관을 완전히 뽑아올림

부연설명 : 진동식 콤포저, 충격식 콤포저 공법이 있음.

생석회 말뚝공법[편집]

  • 효과(♣ 00-3, 05-1, 12-2) : 탈수, 건조, 팽창

기타 점성토 개량 공법[편집]

  • Bailer, 케이싱 해머를 사용해 점성토 지반에 자갈 또는 쇄석 기둥을 설치하여 연직배수를 촉진하는 공법은?(93-3, 97-3) 동치환공법(dynamic replacement method)
  • 수분이 많은 점토층에 반투막 중공원통을 넣고 농도 큰 용액을 넣어 점토 속 수분을 빨아내는 방법. 상재하중 없이 압밀을 촉진할 수 있다. 이 방법은?(92-2, 99-3, 11-3) 침투압(MAIS) 공법

사질토 지반 개량공법[편집]

01-3

  • 진동 다짐공법(vibro-flotation)
  • 다짐 모래말뚝공법(sand compaction pile, compozer 공법) : 사질토, 점성토 모두 사용.
  • 전기충격공법
  • 폭파다짐공법
  • 약액주입공법
  • 동다짐공법(점성토 지반에 적용 시 동압밀공법이라 함) : 10-40t 강재블록 또는 콘크리트 블록을 10-30m 높은 곳에서 여러차례 낙하시켜 충격과 진동으로 지반개량. 매립지에도 쓰임(명칭 물어봄. 02-2)

진동 이용 공법[편집]

00-2

  • vibro flotation
  • 다짐 모래말뚝공법
  • 동다짐 공법
  • 폭파 다짐 공법

vibro-flotation[편집]

2m 길이 진동봉을 사출수와 함께 깊은 심도까지 관입. 횡방향 진동을 유발하여 다지면서 빈 구멍은 모래, 자갈로 채움(86-2 정의 쓰기, 96-5)

장점(86-2)

  • 균일한 지반 다짐
  • 깊은 곳 다짐을 지표면에서 할 수 있다.(깊이 20-30m)
  • 지하수위 영향이 없다.
  • 상부 구조물이 진동하는 경우에 효과적

동다짐공법[편집]

장점(♣ 01-1, 07-3)

  • 지반 내 장애물이 있어도 가능
  • 깊은 심도까지 개량 가능
  • 전면적에 걸쳐 고르게 확실한 개량 가능

개량 심도 계산(95-5, 03-1)

  • C : 토질계수(그냥 1 쓰더라고...)
  • α : 낙하방법계수(0.3~0.7 중 평균값 0.5 쓰더라 그냥)
  • W : 램 무게
  • H : 낙하고

해안매립지, 쓰레기 매립지 지반개량에는 동다짐이 아니라 동압밀공법(94-4)

약액주입공법[편집]

주요목적 2가지(87-3)

  • 지반 투수계수 감소
  • 지반 압축률 감소
  • 지반 강도 증대

주입재료 목적별 분류[편집]

(목적별 한가지 쓰기 92-1)

  • 강도목적
  • 지수목적
    • 벤토나이트
    • 아스팔트계

재료별 분류[편집]

주입재료 아무거나 3가지 쓰기(06-2)

비약액계 주입재료(09-2, 11-1, 17-4)

  • 시멘트계
  • 아스팔트계
  • 점토계

약액계(chemical grouting) 주입재료

  • 물유리계
  • 요소계
  • 우레탄계

주입공법 종류[편집]

3가지(03-1, 07-3)

  • 침투주입공법
  • 고압분사공법
  • 혼합처리공법
  • 컴팩션 주입공법

혼화제 이용 안정처리[편집]

지반안정액 종류 3가지(94-4)

  • 시멘트
  • fly ash
  • 석회
  • 아스팔트

목적(97-3)

  • 흙의 개량
  • 흙의 강도, 내구성 개량
  • 급속 시공

JSP[편집]

아주 지오텍 - 사진 참고

  • 지반 내에 cement paste 고압분사, 시멘트 고결체 형성. 지반보강, 차수효과.(명칭 쓰는 문제 94-4)

SGR[편집]

  • 이중관 rod에 특수선단장치(rocket) 결합. 순결에 가까운 gel 상태 초미립 시멘트 혼합액을 사용하여 지반 grouting.(명칭 묻는 문제. 93-2, 96-4) Space Grouting Rocket system. 조금씩 들어올리면서 그라우팅하는 거임.

강제 배수공법[편집]

3가지 97-1, 10-1, 17-4

  • well point 공법
  • 침투압(MAIS) 공법 : 공기 촉박할 때 좋음(92-3)
  • 대기압 공법(진공압밀공법) : 성토에 의한 재하중 대신 진공에 의한 대기압을 재하함.
    • 장점 3가지(06-1)
      • 대기압 이용. 재하중 필요 없음.
      • 압밀 완료 후 철거 시간, 비용 없음.
      • 짧은 공기
      • 페이퍼 드레인과 병용하여 깊은 심도까지 압밀시킬 수 있음.
  • 전기침투공법

일시적 배수 공법[편집]

well point(사진)

  • 특징
    • 사질토, 실트질에 경제적.(88-3)
    • 저하가능 최대 수위 : 6m. 이 이상은 2단 이상 설치(92-4)
  • 스크린(screen) 상단을 항상 계획고보다 1.0m 정도 아래에, 동일 레벨 상에 설치하는 이유?(99-1, 12-2) : 공기유입방지, 웰포인트에서 떨어진 곳에서 용수발생 방지.
  • 타입 간격(91-3) : 1-2m

deep well(94-4, 98-2, 01-2, 04-2) : 파이프 선단에 여과기 부착. 흡입펌프로 배수

  • 적용 조건
    • 투수계수 큰 사질토
    • 용수량이 많아 well point 적용 힘든 경우
    • heaving, boiling 발생 우려 있는 경우
    • 주변 건물 있는 경우

sand mat(부사)[편집]

Sand mat.jpg

역할 ♣♣ 18-2

  • 연약층 압밀 위한 상부배수층 형성
  • 지하배수층이 되어 지하수위 저하
  • 지하수위 상승 시 횡방향 배수. 성토지반 연약화 방지.
  • 시공기계 주행성 확보

다짐[편집]

상대 다짐도[편집]

공법[편집]

  • 지표면 근처 흙을 적당히 다지기 위해 모래같은 입상토에 짧은 말뚝을 박는다. 이 말뚝을 뭐라고 하는가?(96-3) : 다짐말뚝

액상화 대책[편집]

94-1, 96-1, 00-5

  • 응력 변형 조건 바꾸는 방법 : sheet pile 설치, 지중연속벽 설치
  • 진동 다짐공법(vibro-floatation) : 적용성으로 깊이 8m까지, N = 20정도까지 사질토 지반에서 유효하게 사용됨.
  • 다짐 모래말뚝 공법

Geosynthetics[편집]

Geo2.jpg

♣♣ 종류(08-2, 11-1)

  • Geotextile
  • Geogrid
  • Geocomposite
  • Geomembrane

♣♣♣ Geotextile 기능

배수기능, 필터기능, 보강 기능, 분리기능

Geotextile 직조방법(97-2)

  • 평직
  • 능직
  • needle punching
  • 스판본드 니들펀칭(spunbonded needle punching)

팽창성 지반의 흙 성질 변화 방법[편집]

♣♣♣

  • 다짐
  • 침수공법(pre wetting)
  • 흙의 안정처리공법
  • 차수벽 설치

붕괴성 토질 지반개량[편집]

96-1

  • 살수하며 롤러 다짐
  • vibro floatation, ponding 공법 적용
  • 기초 터파기에 염화칼슘 용액, 규산나트륨 용액을 채워 화학적 안정화

연약지반 측방유동 대책[편집]

18-3

  • 뒤채움재 편재하중 경감
  • 배면토압 경감
  • 압밀촉진하여 지반강도 증대
  • 화학반응에 의해 지반강도 증대
  • 치환에 의한 지반개량

다음에서 설명하는 공법은?(89-1, 92-4)

  • 축제 침하로 측방 융기가 생길 때 실행하여 균형을 잡아야 할 때 사용
  • 지반 파괴가 일어나 침하가 일어나기 전에 제방 양쪽에 흙을 돋우어 압력을 균형시켜 흙의 이동을 적게하는 공법

→ 압성토공

각주[편집]

  1. 에서 L에 유선망의 폭이 들어가는데 이걸 보면 반비례함을 알 수 있음.
  2. 이승언, <<살아있는 토목시공학>>, 83쪽
  3. 원추형 선단 슈를 놓고 해머로 타격. 모래 투입. 압축공기를 내보내면서 케이싱 인발.