Newly Developed Settlement Prediction Method on Soft Soils with Subsequent Surcharge Change

地 盤 工 學

第31卷 第5C 號·2011年 9月 pp. 155~162

성토고 변화를 고려한 새로운 연약 지반 침하 예측 기법

Newly Developed Settlement Prediction Method on Soft Soils with Subsequent Surcharge Change

천성호*·김한샘**·윤찬영***·정충기****

Chun, Sung-Ho·Kim, Han-Saem·Yune, Chan-Young·Chung, Choong-Ki

···

Abstract

Settlement prediction based on field monitored data, which is used to control subsequent surcharges, is very important in construction management for soft ground improvement with the preloading method. Observational settlement prediction meth- ods, which are suggested for an instantaneous loading, have been widely used in fields. However, they have difficulties in the settlement prediction with subsequent surcharge change. In this paper, a simple method to predict the settlement with sub- sequent surcharge change is suggested. The suggested method adopts assumptions to simplify the complex field condition and utilizes observational methods. The suggested method is applied to a large consolidation test result, FDM analysis results, and field monitored settlement data to confirm its practicability. From the applications, the suggested method produces reasonable prediction results with various subsequent surcharge changes.

Keywords : settlement prediction, soft soil, inverse analysis, surcharge change, field measurement

···

요 지

연약 지반 개량 현장의 효율적 시공 관리를 위해 침하 계측 자료를 이용한 정확한 향후 침하 거동 예측은 매우 중요하 다. 현재 침하 예측을 위해 침하 계측 자료를 이용한 침하 예측 방법들이 널리 활용되고 있으나, 이러한 방법들은 일정 성 토고 조건에서만 적용이 가능하며, 실제 현장처럼 계측 결과에 따라 지속적인 성토 변화가 발생하는 경우 적용이 매우 어렵 다. 본 연구에서는 성토 조건의 변화를 고려한 침하량 예측을 위해 침하 계측 자료를 이용한 침하 예측 결과와 복잡한 현 장 조건을 단순화하기 위한 가정 조건을 기반으로 간단한 역해석을 통해 향후 침하량을 이론적으로 예측할 수 있는 기법을 제안하였다. 대형 압밀 시험 결과, 유한 차분 해석 결과, 현장 침하 계측 자료에 제안 방법을 적용한 결과, 제안 방법이 하 중의 재제하 등 다양한 성토 변화 조건에서 침하 거동을 신뢰성 있게 모사하였다.

핵심용어 : 침하 예측, 연약 지반, 역해석, 성토 변화, 현장 계측

···

1. 서 론

연약 지반 개량 현장에서 설계 시 예측한 지반 거동은 지 반의 불균질성, 해석 방법의 한계 그리고 시공 조건의 가변 성 등으로 인하여 실제 거동과 많은 차이를 보인다. 이를 보완하기 위해 국내외 대부분의 현장에서는 시공 중 현장 계측을 수행하여 실제 지반 거동을 정량적으로 파악하고, 계 측 지반 거동을 활용하여 설계의 신뢰성 및 시공 안정성을 검증하고, 시공 관리를 시행함으로써 시공의 안정성 및 경제 성을 도모하고 있다.

연약 지반 개량 현장에서는 현장 계측을 통해 정량적으로 평가되는 지반 거동 중, 계측 침하 거동을 토대로 향후 침

하 거동을 예측, 평가하고, 공사 완료 후 설계 기준의 허용 침하량과 비교하여, 차후의 조치를 취하는 일련의 시공 관리 를 수행한다. 예측 및 평가 결과에 따라 공사 완료 후 허용 침하량을 만족시키기 위해 성토고를 변경하게 되며, 여성토 를 적용하는 경우에도 절토에 따른 성토고 변경이 수반되는 등 거의 모든 성토에 의한 연약지반 개량 현장에서는 시공 중 성토고 변경을 시행하게 되며, 이 때 적절한 성토고를 결정하기 위해서는 성토 변화에 따른 침하 거동을 공사 중 에 정확히 예측하는 것이 필요하다. 그러나 현장에서 널리 활용하고 있는 침하 계측 자료를 이용한 쌍곡선법(Tan 등, 1991), Asaoka 법(Asaoka, 1978) 등의 침하 예측 방법은 일 정 성토고 조건에서만 적용 가능하다.

*정회원·교신저자·대림산업(주) 기술개발원 토목연구지원팀 대리 (E-mail : [email protected])

**정회원·서울대학교 건설환경공학부 박사과정 (E-mail : [email protected])

***정회원·강릉원주대학교 토목공학과 조교수 (E-mail : [email protected])

****정회원·서울대학교 건설환경공학부 교수 (E-mail : [email protected])

따라서 연약 지반 개량 현장의 효율적 시공 관리를 위해 서는 현재 성토고 조건이 아닌 성토 조건의 변화에 따라 현 장 계측 자료를 이용하여 향후 침하량을 예측할 수 있는 방 법이 필요하다. 본 연구에서는 침하 계측 자료를 이용한 침 하 예측 결과와 복잡한 현장 조건을 단순화하기 위한 가정 조건을 기반으로 이론적 침하 예측에 필요한 정수들을 역해 석을 통해 추정한 후, 이를 활용하여 추후 성토 하중의 변 화에 따른 지반의 침하 거동을 예측할 수 있는 침하 예측 기법을 제안하였다. 또한, 제안 방법의 정확도와 적용성을 대 형 압밀 시험 결과와 유한 차분 해석 결과를 이용하여 검증 한 후, 제안 방법을 다양한 조건의 현장 계측 결과에 적용 하여 현장 적용성을 확인하였다.

2. 제안 방법

2.1 가정

실제 현장에서 발생할 수 있는 성토 하중의 재하 및 제하, 그리고 다양한 현장 조건을 만족하면서 충분한 신뢰성을 확 보할 수 있는 해석 방법의 적용을 위해 다음과 같은 가정 조건을 적용하여 시공 및 지반 조건을 간략화하였다.

1) 1 차원 압밀 조건: 가해진 재하 하중과 동일한 과잉간극수 압이 지반 내에서 균일하게 발생하며, 과잉간극수압에 의 한 평균 압밀도와 침하량에 의한 평균 압밀도는 동일하 다. Cao 등(2001)은 현장 침하 계측 자료를 이용하여 식 (1) 을 포함한 1차원 압밀 조건의 적용성을 확인하였다.

(1) 여기서, U는 평균 압밀도, H는 압밀층 두께, e

는 초기 간극비, e는 간극비, e

은 압밀 완료 시 간극비, S는 침 하량, S

는 최종 침하량, u

는 초기 과잉간극수압, 그리고 u는 잔류 과잉간극수압이다.

2) 지반 개량이 이루어지는 연약 지반은 대부분 약간 과압 밀이나 정규 압밀 상태이며, 상재하중에 의한 압력은 선 행압밀압(preconsolidation pressure)에 비해 매우 크다.

따라서 초기 지반을 보수적인 침하 예측이 이루어지는 정규 압밀 상태로 가정한다.

3) 점증 하중을 포함한 각각의 단계 하중은 그림 1과 같이 즉시 재하 및 제하되고, 이에 따른 지중 응력 변화는 하 중 변화와 일치한다.

4) Creep 변형에 대해서는 creep 변형이 압밀 종료 후 발생 한다는 가정 A와 압밀 중에도 발생한다는 가정 B가 있

으며, 실제 지반의 creep 변형은 그림 2에서 보는 바와 같이 가정 A와 B 사이에서 이루어지는 것으로 알려져 있다(Aboshi, 1973).

Creep 변형 산정을 위해 가정 B는 매우 엄밀한 시험 결 과를 이용한 수치 해석이 필요하나, 현재 널리 활용 중 인 가정 A는 2차 압축 지수(C

) 를 이용하여 간단히 creep 변형을 산정할 수 있다. 또한 가정 A는 유기질 점 토와 같이 creep 변형이 매우 크게 발생하는 지반을 제 외하고, 합리적인 결과를 보여주는 것으로 알려져 있으며 (Liingaard 등, 2004), 2차 압축 지수(C

) 와 압축 지수 (C

) 의 상수 비례 관계 또한 다양한 연구자들에 의해 적 용성이 증명되어 있다(Al-Shamrani, 1998; Al-Shamrani, 2004; Mesri 와 Godlewski, 1977; Mesri 등, 1997). 따 라서 creep 변형은 가정 A를 토대로 평가한다.

5) 스미어와 통수 저항 등의 연직 배수재 설치에 따른 효과 및 다층 조건 등으로 위치별 상이한 간극비, 초기 유효 응력은 식 (2)와 같이 각 지층 두께의 가중치 평균으로 가정한다.

(2)

여기서, e

는 전체 침하 고려 대상 층에 대한 등가 초 기 간극비, e

는 각 침하 고려 대상 층의 초기 간극비, H

는 각 침하 고려 대상 층의 두께, 그리고 n은 침하 고려 대상 층의 개수이다.

2.2 적용 순서

2.1 의 가정을 토대로 성토 변화에 따른 침하 거동을 예측하 기 위한 제안 방법의 적용 순서를 요약하면 그림 3과 같다.

그림 3의 성토 변화에 따른 침하 거동 예측 방법 적용 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

1) 침하 계측 자료 중 일정 성토 조건에서 침하된 기간에 대해 표 1의 쌍곡선법 등 침하 계측 결과를 이용한 침 하 예측 방법들을 적용하여 시간에 따른 침하량을 산정 한다.

2) 1) 에서 적용한 방법들의 예측 침하 곡선과 계측 침하 곡 선간 상관계수(correlation coefficient)가 가장 큰 방법의 U e

– e

e

– e

---

0

∫H

_S ^S

---- u

– u u

---

= = =

e

e

× H

( )

i 1=

∑n

H

i 1=

∑n

---

=

그림 1. 성토 하중에 대한 가정

그림 2. Creep 변형에 대한 가정

일정 성토 조건에서 시간에 따른 침하, 예측 시점(t

) 의 침하량(S

), 최종 침하량(S

) 을 그림 4와 같이 결정한다.

식 (3)의 상관 계수는 예측 곡선과 계측 곡선의 경향성 및 편차를 함께 나타내는 값으로 1에 가까울수록 곡선 간 경향성이 일치하고 편차가 작다.

(3) 여기서, N은 예측시 활용된 계측 자료 수, 는 k번째 계측 지점의 예측 침하량, 은 k번째 계측 지점의 계 측 침하량, µ

는 예측 침하량의 평균, µ

는 예측시 활용 된 계측 침하량의 평균, σ

는 예측 침하량의 표준편차, 그리고 σ

는 예측시 활용된 계측 침하량의 표준편차이다.

3) 등가 초기 간극비 및 등가 초기 유효 연직 응력(σ '

) 을 산정한다.

4) 압축 지수를 이용한 침하량 산정식(식 (4))과, 배수 조건 에 따라 Terzaghi 또는 Barron 압밀 이론식(식 (5), 식 (6)) 을 이용하여 압축 지수 및 압밀 계수를 역해석한다.

또한, 재압축 지수 및 2차 압축 지수는 압축 지수와의 경 험적 관계를 이용하여 산정한다(Mesri 등, 1990; Mesri 와 Choi, 1985).

(4)

, 0 < U < 0.6 (5)

, U > 0.6

(6) 여기서, H

는 압밀 침하층 두께(= ), ∆σ는 성토 하 중에 의한 연직 응력 증가량, c

는 연직 압밀계수, c

는

Corr 1

N ---- S

– µ

σ

---

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎛ ⎞ S

– µ

σ

---

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎛ ⎞

k 1= N

∑

=

S_p^k S_k^m

C_c S_f(1 e+ _0eq) H₀log σ'_0eq+∆σ

σ'_0eq ---

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎛ ⎞

---

=

c

π 4 --- H

U

t

– t

( )

---

=

c

π

4 --- H

U

t

– t

( ) 1 U ( –

)

---

=

c

– F ( )d n

ln 1 U ( –

) 8 t (

– t

) ---

=

H_0i

i 1=

∑

그림 3. 성토 변화에 따른 침하 거동 예측 방법 적용 과정 표 1. 침하 계측 결과를 이용한 침하 예측 방법들 침하 예측 방법 시간-침하 관계(S(t)) 최종 침하량(S

)

쌍곡선법

Hoshino 법

법

LogS 법

Asaoka 법

Monden 법

*S

: 초기 침하량, t

: S

까지 경과 시간, S

: 1 번째 시간 간격에 서 침하량, ∆t: 시간 간격, α, β, β

, β

: 계수들, S

: 현재 침 하량, U

: 현재 압밀도

S_i t t–_i α β t t+ (–_i) ---

+ S_i 1

β--- +

S_i t t–_i α β t t+ (–_i) ---

+ S_i 1

---β +

S S_i t t–_i

α β t t+ (–_i) ---

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎛ ⎞²

+ S_i 1

β² --- +

S_i 10 t t–_i α β t t+ (–_i) ---

+ S_i+10^{1 β/}

S_i β₁ t t–_i

( )

t ---∆

S₁ β₀ 1 β– ₁ ---

⎝ – ⎠

⎜ ⎟

⎛ ⎞ β₀

1 β– ₁ ---

+ + S_i β₀

1 β– ₁ --- +

S_i+S_f(1 e– ^αt) S_i S_p U_p --- +

그림 4. 일정 성토 조건의 침하 예측

수평 압밀계수, d

는 배수재 직경, d

는 배수재 유효 직

경, , 이다.

5) 성토 재제하에 따른 침하를 예측한다. 성토 재제하에 따 라 그림 5와 같이 ① 침하량 증가, ② 침하량 감소 그 리고 ③ swelling의 세 가지로 분류된다. 예측 시점 이 후 성토 재제하가 다단계로 발생하는 경우, 성토 조건이 변화할 때마다 ①, ②, ③ 각 경우로 분류하여 성토 재 제하에 따른 침하를 예측한다.

①, ②, ③ 각 경우에 대한 유효 연직 응력-간극비의 관 계와 시간에 따른 침하 곡선은 각각 그림 6, 그림 7과 같으며, 각 경우에 대한 자세한 침하 예측 과정은 아래 와 같다.

① 침하량 증가

성토 하중 추가 재하시 압밀 완료 시점의 연직 응력은 그림 6의 ㉢에서 ①로 이동한다. 추가 재하에 의한 침하 곡선(그림 7에서 ⓐ)을 예측하고, 이를 2)의 예측 침하

곡선(그림 7에서 ⊙)과 중첩하여 변화된 성토 조건에서의 시간에 따른 침하량을 결정한다.

(7)

(8) 여기서, S

는 변화된 성토 조건에서의 최종 침하량, S

는 추가 재제하 하중에 의한 침하량, ∆σ

는 추가 재하에 의 한 연직 응력 변화량, S

(t)는 변화된 성토 조건에서의 시간에 따른 침하량, S

(t)는 추가 재하 하중에 의한 시 간에 따른 침하량이다.

② 침하량 감소

성토 하중 제하에 응력 변화가 잔류 과잉간극수압보다 작은 경우로 과잉간극수압이 감소하여 압밀 완료 시점의 연직 응력은 그림 6의 ㉢에서 ②로 이동한다. 그림 6의

㉡→② 유효 연직 응력 변화에 의한 침하 곡선(그림 7에 서 ⓑ)을 예측하고, 그림 7과 같이 예측 시점 이후에 예

n=d_e⁄d_w F n( )=(n²⁄(n²–1))ln n( ) 3n–( ²–1) 4n⁄ ²

S

= S

+ S

S

H

1 e +

---C

log σ'

+ ∆ σ + ∆ σ

σ'

+ ∆ σ ---

⎝ ⎠

⎛ ⎞

+

=

S

( ) S t t = ( ) S +

( ) t = S t ( ) S +

U t t ( –

)

그림 5. 성토 변화에 따른 지반의 침하 변화

그림 6. 성토 변화에 따른 연직 응력-간극비 관계

그림 7. 성토 변화에 따른 지반의 침하 예측

측 침하 곡선(ⓑ)을 연결하여 변화된 성토 조건에서의 시 간에 따른 침하량을 결정한다.

(9)

(10) 여기서, ∆σ'은 예측 시점까지 유효 연직 응력 변화량이다.

③ Swelling

예측 시점의 잔류 과잉간극수압에 비해 제하 성토 하 중에 의한 응력 변화량이 큰 경우로, 압밀 완료 시점의 연직 응력은 그림 6에서 ㉢→㉡→③으로 이동한다. 이때

㉢→㉡ 구간은 성토 하중 제하에 의해 잔류 과잉간극수 압이 소산되어 전체 응력의 변화는 있으나 유효응력의 변화가 없는 구간이다. 따라서 변화된 성토 조건에서의 시간에 따른 침하량은 그림 6의 ㉡-③ 구간에 대한 swelling 곡선(그림 7에서 ⓒ)을 예측하고, 예측 시점 이 후에 예측 swelling 곡선을 연결하여 결정한다.

(11)

(12) 6) 2 차 압축량(S

) 은 그림 7의 성토 변화에 따른 각 예측 침하 곡선(⊙, ①, ②, ③)으로부터 평가된 압밀도가 99%

이상인 시점부터 2차 압축 지수를 이용하여 산정하고, 각 예측 침하 곡선과 중첩한다.

(13) 여기서, t

는 그림 7의 변화된 성토 조건에서 압밀도가 99% 인 시점이다.

3. 제안 방법의 검증

3.1 검증 과정

방사 내측 압밀 및 단계 하중 조건의 대형 압밀 시험 결 과와 유한 차분 해석(FDM) 결과에 대해 2.2에서 기술한 적 용 순서에 따라 제안 방법을 적용하여 이상화된 조건에서 지반의 규모에 따른 제안 방법의 적용성을 확인하였다. 대형 압밀 시험 시료, 시간에 따른 상재 하중은 각각 그림 8, 그 림 9와 같으며, 유한 차분 해석의 유한 차분망, 시간에 따른 상재 하중은 각각 그림 10, 그림 11과 같다. 대형 압밀 시험 시료, 유한 차분 해석 지반의 초기 물성은 표 2와 같다.

그림 9와 11에서 표기된 기간의 대형 압밀 시험 및 유한 차분 해석 결과에 대해 쌍곡선법과 같은 침하 예측 방법을 적용한 후, 제안 방법에 따라 향후 기간의 침하를 예측하였 다. 유한 차분 해석은 윤찬영 등(2007)이 개발한 압밀 중 물성 변화를 고려할 수 있는 SNUCON을 하중 제하를 모 사할 수 있도록 수정하여 수행하였다.

3.2 검증 결과

그림 12는 대형 압밀 시험 결과에 대한 제안 방법 적용 결과이고, 그림 13은 유한 차분 해석 결과에 대한 제안 방법 적용 결과이다. 각 그림에는 제안 방법의 결과와 대형 압밀 S

= S

+ S

S

H

1 e +

---C

log σ'

+ ∆ σ' + ∆ σ + ∆ σ

σ'

+ ∆ σ'

( )

---

⎝ ⎠

⎛ ⎞

+

=

S

( ) S t =

+ S

( ) t = S

– S

U t t ( –

)

S

= S

+ S

S

H

1 e +

---C

log σ'

+ ∆ σ' + ∆ σ + ∆ σ

σ'

+ ∆ σ'

( )

---

⎝ ⎠

⎛ ⎞

+

=

S

( ) S t =

+ S

( ) t = S

+ S

U t t ( –

)

S

H

1 e +

---C

log t

t

⎝ ⎠ ----

= ⎛ ⎞

그림 8. 대형 압밀 시험 시료

그림 9. 대형 압밀 시료의 상재 하중 변화

그림 10. 유한 차분 해석 차분망

그림 11. 유한 차분 해석의 상재 하중 변화

시험, 유한 차분 해석 결과의 상관 계수를 함께 도시하였다.

그림 12와 그림 13에서 제안 방법이 하중의 재하 및 제 하에 관계없이 높은 상관 계수를 보이며 시간에 따른 침하 거동을 신뢰성 있게 모사하고 있음을 알 수 있다. 다만, 그 림 13에서 하중을 제하한 경우 제하에 의한 지반 융기량을 다소 과대 평가하고 있다.

4. 제안 방법의 현장 적용

4.1 현장 및 적용 과정

다층 지반, 성토 하중의 다단계 재제하 등을 포함한 현장 조건에 대한 제안 방법의 적용성 검토를 위해, 제안 방법을 국내외 연약 지반 개량 현장의 침하 계측 자료에 적용하였 다. 적용 현장은 국내의 부산과 광양 현장, 국외의 CHANGI 공항과 CHEK LAP KOK 공항 현장(Kwan, 1991)이다.

국내 현장은 원지반 위 약 4~8m 두께의 점토를 준설 매 립하였으며, 국외 현장은 원지반 위 약 8~14m 두께의 사질 토 및 쇄석을 준설 매립하였다. 또한 국내외 현장 모두 연 직 배수재 설치 후 상재 하중을 가하여 지반 개량을 실시하 였으며, 침하 계측은 연직 배수재 설치와 함께 시작되었다.

제안 방법을 적용한 침하 계측 자료는 부산 현장 1개, 광 양 현장 1개, CHEK LAP KOK 현장 1개, CHANGI 현 장 2개이며, 각 침하 계측 지점의 초기 지층 구성 및 물성, 그리고 실제 현장의 성토 변화를 즉시 재제하로 가정한 성 토 하중 변화는 표 3에 제시되어 있다. 또한, 각 침하 계측 표 2. 대형 압밀 시료와 유한 차분 해석 지반의 초기 물성

시료 물성 대형 압밀

시험 시료 유한 차분 해석 지반

초기 간극비(e

) 1.174 1.700

압축 지수(C

) 0.216 0.933

재압축 지수(C

) 0.043 0.200

투수 계수(cm

/sec)

k

4.30e-09 6.67e-10 k

4.30e-09 1.00e-09 초기 유효 연직 응력(kPa) 70.00 137.34 투수 계수 변화율(C

)

C

0.134 0.665 C

0.134 0.766

그림 13. 유한 차분 해석에 대한 침하 예측 결과

표 3. 침하 계측 지점별 초기 지층 자료와 가정된 성토 공정

현장 적용

지점

지반 조건 가정 성토 조건

구분 두께 간극비 γ

(kN/m

) 지하 수위

(m) γ

(kN/m

) 성토고 변화 (m)

부산 SP

3-5

준설 점토 6.3 1.61 16.2

-6.3 15.7

1.0 (0~26 days) 6.7 (26~342 days) 7.6 (342~461 days) 4.5 (461~672 days)

점토 27.0 1.56 16.3

점토 3.0 1.07 17.5

광양 SP-14 준설 점토 6.5 1.52 16.6

-0.3 15.7

0.7 (0~153 days) 3.3 (153~266 days) 4.8 (266~387 days)

점토 8.7 1.38 17.1

CHEK Ali

30

해상 점토 6.6 2.75 15.0

0.0 19.0

2.8 (0~115 days) 8.2 (115~352 days) 11.6 (352~578 days)

모래 1.2 0.90 19.0

해상 점토 0.0 1.20 18.0

CHANGI

SAI 1B2a

모래 7.0 1.65 20.0

-2.0 17.0

0.6 (0~289 days) 7.6 (289~384 days) 9.9 (384~491 days) 4.7 (491~565 days) 0.9 (565~634 days)

해상 점토 4.5 1.65 15.3

유기질 점토 0.0 0.90 13.0

실트질 점토 7.5 0.90 17.7

SAI 1B2b

모래 5.5 1.65 20.0

-2.0 17.0

3.1 (0~323 days) 8.1 (323~380 days) 10.1 (380~454 days) 6.8 (454~533 days) 1.8 (533~599 days)

해상 점토 4.0 1.65 15.3

유기질 점토 0.0 0.90 13.0

실트질 점토 10.0 0.90 17.7

그림 12. 대형 압밀 시혐에 대한 침하 예측 결과

지점의 상세한 침하 계측 및 성토 자료는 4.2에서 제안 방 법의 결과와 함께 그림으로 나타내었다.

그림 14와 같이 일정 성토가 유지되는 침하 계측 구간(표 3 의 성토고 변화 중 밑줄 표기된 구간)에 대해 쌍곡선법과 같은 침하 예측 방법을 적용한 후, 제안 방법을 적용하여 성토 변화에 따른 침하 거동을 예측하였다.

4.2 현장 적용 결과

각 침하 계측 지점에 대한 침하 예측 방법, 제안 방법에 의한 역해석 압밀 정수와 상관 계수는 표 4와 같다. 표 4 에서 최적의 기존 침하 예측 방법은 각 지점별로 상이하며, 제안 방법에 의해 역해석된 압밀 정수둘 또한 지점별로 상 이하다. 그러나 제안 방법에 의한 예측 침하 곡선과 계측 침하 곡선 간 상관 계수는 부산 현장 지점을 제외하고 0.98 이상의 매우 높은 값을 보인다.

그림 14~그림 18은 계측 침하 곡선, 일정 성토 예측 침 하 곡선, 그리고 제안 방법에 의한 예측 침하 곡선을 성토 고와 함께 나타낸 것이다. 각 그림의 성토고에는 현장 성토 고와 제안 방법에서 가정한 성토고가 함께 도시되어 있다.

그림 14~그림 18 중 그림 15, 16은 하중 재하만이 일어나 는 경우이며, 그림 14, 17, 18은 하중 재하 후 제하가 이루 어진다.

그림 14~그림 18에서 알 수 있듯이 제안 방법은 하중의 재제하에 관계없이 계측 침하 곡선을 매우 정확하게 모사하 고 있다. 특히, 그림 18을 제외한 계측 지점들에서는 계측

침하 곡선과 거의 일치하는 정확한 제안 방법에 의한 침하 예측 결과를 확인할 수 있다. 그러나 하중 제하 후 지반 융 기가 발생하는 경우(그림 14, 그림 18), 앞서 그림 13의 유 한 요소 해석 결과에 대한 결과와 유사하게 제안 방법이 융 기량을 약간 과대평가하고 있음을 알 수 있다. 이는 소수의 압밀 실험 결과로부터 추론한 압축지수와 재압축 지수의 비 례 관계에서 산정한 재압축 지수의 과대평가에 의한 것으로 판단된다. 더불어 표 4의 상관 계수와 그림 14와 그림 18의 표 4. 현장 침하 계측 자료에 대한 제안 방법의 적용 결과

현장 자료 침하 예측 방법 역해석 제안 방법의

상관계수 C

c

(m

/day) C

부산 SP3-5 Asaoka 1.05 0.0026 0.250 0.845

광양 SP-14 Monden 0.57 0.0047 - 0.987

CHEK Ali30 Hyperbolic 1.16 0.0053 - 0.998

CHANGI SAI 1B2a Log S 0.39 0.0016 0.046 0.984

SAI 1B2b Log S 0.24 0.0044 0.028 0.987

그림 14. 부산 현장 SP3-5 지점에 대한 침하 예측 결과

그림 15. 광양 현장 SP-14 지점에 대한 침하 예측 결과

그림 16. CHEK LAP KOK 현장 Ali30 지점에 대한 침하 예

측 결과

결과를 비교하면, 높은 상관 계수가 정확한 침하 예측을 의미 하지 않는 것을 확인할 수 있다. 이는 상관 계수가 곡선간 편차뿐만 아니라, 경향성(기울기)를 포함한 값이기 때문이다.

5. 결 론

본 연구에서는 침하 계측 자료를 이용한 침하 예측 결과 와 복잡한 현장 조건을 단순화하기 위한 가정 조건을 기반 으로 이론적 침하 예측에 필요한 정수들을 역해석한 후, 이 를 활용하여 성토 하중의 변화에 따른 침하 거동을 예측하 기 위한 방법을 제안하였다. 제안 방법의 적용성 및 신뢰성 을 이상화된 조건의 대형 압밀 시험 결과와 유한 차분 해석 결과를 이용하여 검증하였으며, 검증 후 실제 현장 침하 계 측 결과에 제안 방법을 적용하여 현장 적용성 또한 검증하 였다. 검증 결과, 제안 방법은 이상화된 조건의 대형 압밀 시험 결과와 유한 차분 해석 결과는 물론, 다층 지반, 하중 의 다단계 재하 및 제하 조건의 현장 침하 계측 자료들의

성고토 변화에 따른 침하 거동을 신뢰성 있게 모사하였다.

감사의 글

본 연구는 2006년 한국건설교통기술평가원 건설핵심 연구 개발사업(05건설핵심C11)의 연구비지원과 서울대학교 공학 연구소의 지원을 받아 수행되었습니다. 이에 감사드립니다.

참고문헌

유한규, 김종희(2000) 수정된 쌍곡선 법을 이용한 장기 침하량 예측. 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, Vol. 16, No.

3, pp. 163-172.

윤찬영, 조경진, 정충기(2007) 연약지반 압밀해석을 위한 다층지 반 및 스미어 경계 영역에서의 수치해석 기법 개발. 2007년 도 봄 학술발표회 논문집, 한국지반공학회, pp. 406-413.

정성교, 최관희, 최호광, 조기영(1998) 압밀해석을 위한 - 예측 기법. 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, Vol. 14, No.

2, pp. 41-53.

Aboshi, H. (1973) An experimental investigation on the similitude in the consolidation of a soft clay, including the secondary creep settlement, Proc., 8th Int. Conf. on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Moscow, Specialty Session 2, 4.3.

pp. 88.

Al-Shamrani, M.A. (1998) Application of the C

/C

concept to sec- ondary compression of sabkha soils. Canadian Geotechnical Journal, NRC Research Press, Vol. 35, No. 1, pp. 15-26.

Al-Shamrani, M.A. (2004) Applying the hyperbolic method and C

/ C

concept for settlement prediction of complex organic-rich soil formations, Engineering Geology, Elsevier, Vol. 77, No. 1- 2, pp. 17-34.

Asaoka, A. (1978) Observational procedure of settlement predic- tion. Soils and Foundations, JGS, Vol. 18, No. 4, pp. 87-101.

Cao, L.F., Chang, M.F., Teh, C.I. and Na, Y.M. (2001) Back-calcu- lation of consolidation parameters from field measurements at a reclamation site. Canadian Geotechnical Journal, NRC Research Press, Vol. 38, No. 4, pp. 755-769.

Kwan Lo, D.O. (1991) Soil improvement by vertical drains, Ph.D.

Dissertation, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana-Champaign, Illinois, USA.

Liingaard, M., Augustesen, A. and Lade, P.V. (2004) Characteriza- tion of models for time-dependent behavior of soils. Interna- tional Journal of Geomechanics, Wiley InterScience, Vol. 4, No. 3, pp. 157-177.

Mesri, G. and Choi, Y.K. (1985) Settlement analysis of embank- ments on soft clay. Journal of the Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 111, No. GT 4, pp. 441-464.

Mesri, G., Feng, T.W., and Benak, J.M. (1990) Postdensification penetration resistance of clean sands. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 116, No. 7, pp. 1095-1115.

Mesri, G. and Godlewski, P.M. (1977) Time- and stress-compress- ibility interrelationship. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 103, No. GT5, pp. 417-430.

Mesri, G., Stark, T.D., Ajlouni, M.A. and Chen, C.S. (1997) Sec- ondary compression of peat with or without surcharging. Jour- nal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 123, No. 5, pp. 411-421.

Tan, T.S., Inoue, T. and Lee, S.L. (1991) Hyperbolic method for consolidation analysis. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 117, No. 11, pp. 1723-1737.

( 접수일: 2009.6.10/심사일: 2009.7.20/심사완료일: 2011.8.1) 그림 17. CHANGI 현장 SAI 1B2a 지점에 대한 침하 예측 결과

그림 18. CHANGI 현장 SAI 1B2b 지점에 대한 침하 예측 결과