2.6 쇄석다짐말뚝의 침하량
2.6.1 쇄석다짐말뚝의 압밀침하량 산정
1차원 압밀이론에 근거하여 개량된 점토지반의 침하량은 다음 식 (2.34)와 같다.
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(2.34)여기서, : 쇄석다짐말뚝으로 처리된 지반의 1차 압밀침하량
: 쇄석다짐말뚝으로 처리된 지반의 두께
: 점토층의 평균초기응력
: 외부에 작용된 하중에 의한 점토층에서의 응력변화
: 1차원 압밀시험으로부터의 압축지수
: 초기 간극비
정규압밀점토지반 무처리 점토지반에 대한 복합지반의 침하량의 비는 다음 식 (2.35) 와 같다.
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(2.35)이 매우 크며(쇄석다짐말뚝이 긴 경우), 상재압()이 작은 경우 침하비는 다음 식 (2.36)과 같다.
(2.36)위 식 (2.36)은 다음 그림 2.8과 같이 지반개량효과 예측에 있어 안전한 평가를 할 수 있도록 사용된다.
그림 2.8 치환율과 침하비의 관계(최용규 등, 2002)
(2) 법(체적변형계수에 의한 방법)
개량되지 않은 연약한 점토지반에 대한 침하량은 다음 식 (2.37)과 같으며, 응력저감 효과를 고려한 개량된 복합지반의 침하량은 다음 식 (2.38)과 같다.
∆ (2.37)
∆ (2.38)
침하저감계수 는 식 (2.39)와 같다.
∆
∆
(2.39)
여기서, : 무처리 지반의 최종침하량
: 쇄석다짐말뚝으로 개량된 지반의 침하량
: 원지반의 체적압축계수
∆ : 성토하중에 대한 유효증가응력
: 응력분담비
(3) Priebe법
Priebe(1976)은 침하감소를 예측하기 위하여 쇄석다짐말뚝으로 개량된 지반에 등가원 주 모형을 적용하였으며, 소성평형상태에 있고 등가유효원주 내의 지반은 탄성체로 가 정하였다. 따라서 제안식은 식 (2.40)과 같다.
(2.40)
여기서, : 무처리지반의 최종침하량
: 침하개량계수
: 작용하중
: 연약층두께
: 연약점성토의 탄성계수
또한 산정된 하중분담비를 수정응력분담비(′)로 치환하기 위하여 식 (2.41)을 제안 하였다.
(2.41)
여기서, : 쇄석다짐말뚝이 받는 하중
: 전체작용하중
: 쇄석다짐말뚝이 받는 응력
: 작용하는 평균응력
: 하중분담비
: 치환율
: 응력증가계수 =
′
′
′ : 응력분담비 = ′
, ( : 수정치환율)
그림 2.9는 쇄석다짐말뚝 재료의 내부마찰각에 따른 침하계량개수와 치환율과의 관 계를 나타낸 것이다.
그림 2.9 침하계량계수와 치환율과의 관계(최용규 등, 2002)
(4) Greenwood법
Greenwood는 연약한 쇄석다짐말뚝 간격과 점토지반의 비배수전단강도를 침하량 예 측에 있어 영향요소로 제시하였으며, 쇄석다짐말뚝의 간격을 이용하여 쇄석다짐말뚝으 로 개량된 지반의 침하량 산정을 위한 도표를 제시하였다. 또한 응력분담비가 3, 5, 10, 20일 때, 평형법에 대한 상계법이 추가되었으며 강성이 큰 지반과 보통지반의 치환율 () 15∼35%에 대하여 그림 2.10과 같이 개량계수는 높아진다고 제안하였다.
그림 2.10 예상침하량에 관한 평형법과 Greenwood법의 비교(최용규 등, 2002)
(5) 하중증분법(Incremental Method)
Hughes 등(1975), Baumann과 Bauer(1974), Priebe(해양수산부, 2001) 등에 의해 제안 된 방법을 Goughnour and Bayuk(1979)가 쇄석다짐말뚝이 적용된 점토지반의 침하예 측을 위하여 개선한 산정법이 하중증분법이다. 또한 하중증분법은 등가원주 모형을 사 용하며, 적용된 가정은 다음과 같다.
① 하중은 넓은 면적에 재하한다.
② 쇄석은 비압축성이며, 모든 체적변화는 점토에만 발생한다.
③ 연직수평방향에서의 압밀은 근사적으로 해석에 적용되며, 단위셀은 작은 수평증분 으로 분할된다.
④ 수직변위와 수직·수평방향 응력은 모든 요소가 증분에 대하여 일정하다고 가정여 각각의 증분에 대하여 계산한다.
쇄석다짐말뚝의 탄·소성반응은 Goughnour와 Bayuk(1979)의 하중증분법을 사용하여 분석되며, 응력범위가 작은 쇄석다짐말뚝은 탄성범위 내에 있다고 할 수 있고, 최대지 점의 설계응력 범위에서 일부분은 소성항복 상태로 횡방향으로 부푸는 현상이 발생한 다.
단위셀에 있는 경계면에 의해 쇄석다짐말뚝은 소성평형상태에서 구속되어 있으며, 쇄 석다짐말뚝과 지반 내에서 수직, 수평과 접선응력이 중요한 응력으로 여겨져 전단응력 은 쇄석과 지반 내의 경계에서 발생된다고 가정한다.
(5) 유한요소해석법(Finite Element Method)
쇄석다짐말뚝에 대한 유한요소해석에는 재료의 비선형 거동과 다양한 조건의 경계조건 을 고려할 수 있다. 유한요소해석은 주로 축대칭 모형인 등가원주(Unite Cell)를 이용한 2 차원 평면변형 조건이나 3차원 모형으로 해석을 한다. Aboshi 등(1979)은 평면변형조건으 로 해석하였고, 유한요소해석에는 선형탄성해석과 탄소성해석의 결과는 큰 차이를 보이지 않는다고 보고 된 바 있다(GIT, 1983).