스크랩 토공 품질관리

[도사]

 

1. 성토재료
    가. 품질관리사항
    나. 시험법 해설
    다. 품질기준

2. 연약지반
    가. 품질관리사항
    나. 시험법 해설
    다. 품질기준

3. 구조물 뒷채움 및 성토법면관리
    가. 품질관리사항
    나. 품질기준

 

1. 성토재료

   가. 품질관리사항
 
    1) 토공흐름도

    2) 성토재료의 구비조건
       가. 전단강도 및 지지력이 클 것    나. 비압축성의 양질의 재료일 것
       다. 입도양호(균등계수,곡률계수 만족)  라. 다짐이 용이할 것
       마. Trafficability확보(장비주행성)

    3) 다짐도 측정방법
       가. 건조밀도로 판정하는 방법
            - 가장 일반적인 방법으로서 『모래치환법』에 의한 밀도측정
            - 다짐도 = (γ　 / γ　max) × 100%
                             * 여기서,  γ　 : 현장측정밀도, γ　max : 실내최대건조밀도
       나. 강도특성으로 판정하는 방법
            - 평판재하시험(PBT), 노상토지지력비시험(CBR), 콘관입시험등
       다. 상대밀도(Dr)로 판정하는 방법
            Dr = {(γ　-γ　max)/(γ　max-γ　min)}×(γ　max/γ　) × 100%
                = {(emax-e)/(emax-emin)} × 100% 
                             * 여기서, e : 간극비

   4) 다짐방법 및 적용성
       가. 전압다짐
           - 지반을 ROLLER중량에 의해 정적전압하는 방법.
           - 종류 : Bull Dozer, Tandem, Maccadem, Tire Roller, Tamping Roller
           - 적용성
           ● Bull Dozer : 예민비 높은 점성토지반에 적합.
           ● Tandem, Maccadem : 입상재료다짐시, 평활한 마무리작업시, 노체 및 노상 다짐시, 함수비 높은
                                               경우는 부적합
           ● Tire Roller : 노체 및 노상다짐시, 거의 모든 토질에 사용가능
           ● Tamping Roller : 흙댐, Rockfill Dam, 제방등에 사용.
                                       사질토 마무리면에는 부적합
       나. Vibration Compaction Roller
           - Roller자체 중량외에 진동을 가하여 다지는 방법.
           - 다짐효과가 비교적 크며, 사질토에 적합.
       다. 충격식 다짐
           - 자연낙하 충격 이용다짐방법.
           - Rammer : 이동이 간편하고 좁은장소 다짐시 적합.
           - Tamper : 접속부 다짐시 유리, Rammer에 비해 효과는 낮다.

   5) 성토작업시 유의사항
     가. 시험시공을 통해 다짐장비 및 다짐횟수등 결정.
     나. 실내다짐시험등을 통한 최적함수비(OMC)로서 다짐함수비 관리.
          - 다짐시 함수비는 OMC±2%내에서 관리해야 한다.
     다. 다짐작업시 함수량은 급속함수량측정기등으로 수시로 확인한다.
     라. 성토시 매층당(노체:30, 노상:20cm) 현장밀도시험을 실시하여 소정의 다짐도가 확보될 시 다음층을
          포설 다짐한다.
 

 나. 시험법 해설

    1)모래치환법에 의한 흙의 단위중량시험(KS F 2311) - 현장들밀도시험  
       가. 시험순서
           - 시험할 지면을 편편히 고른후 밑판을 밀착시킴.
           - 밑판구멍 내측의 흙을 파내어 흙의 무게를 측정한다.(W1)
           - 함수량(W)을 측정하기 위해 계량후 소요량을 채취하여 CAN에 보관.
           - 모래를 채운 측정기의 무게를 측정
           - 밑판구멍에 깔대기를 맞추어 측정기를 세워 밸브를 열고 모래이동이 멈추는 것을 확인 후 밸브를
             잠근다.
           - 측정후의 측정기무게를 측정한다.
       나. 시험결과의 정리
           - 시험구멍에서 파낸 흙의 함수량(%)
              W = (원시료의 중량 - 건조후 중량) / 건조후중량 × 100%
           - 시험구멍에서 파낸 흙의 건조중량
              W′= (100×시험구멍에서 파낸 젖은흙의 중량) / (W+100)
           - 시험구멍의 체적
              V = (시험구멍 및 깔대기속의 모래중량 - 깔대기를 채우는데 필요 한 모래의 중량) / 모래단위중량
           - 흙의 습윤단위중량(g/㎤)
              γt =  W1 / V
           - 흙의 건조단위중량(g/㎤)
              γd =  W′/ V

   2) 흙의 다짐시험 (KS F 2312)
       가. 시험방법의 종류

    [표1-1-1] 다짐방법

다짐방법	래머무게 (kg)	몰드안지름 (cm)	다짐층수	1층당의 다짐횟수	최대입자 지름(mm)
A	2.5	10	3	25	19
B	2.5	15	3	55	38
C	4.5	10	5	25	19
D	4.5	15	5	55	19
E	4.5	15	3	92	38

       나. 시료의 준비방법 및 사용방법
           a. 시료의 준비방법
            - 건조법 : 시료를 건조한 후 다질 때 물을 가하여 필요한 함수비로 조정하는 방법.
            - 습윤법 : 자연함수비에서 건조 또는 물을 가하여 필요한 함수비로 조정하는 방법.
           b. 시료의 사용방법
            - 반복법 : 동일한 시료를 함수비를 바꾸어 반복 사용하는 방법.
            - 비반복법 : 항상 새로운 시료를 함수비를 바꾸어 사용하는 방법.

        [표1-1-2] 시료준비 및 사용방법

조합의 호칭명	시료 준비 및 사용방법
a	건조법으로 반복법
b	건조법으로 비반복법
c	습윤법으로 비반복법

        ※ 일반적으로 b방법을 권장하고 있으며 주로 사용되고 있는 방법이다.

       다. 시험순서
           - 몰드와 밑판의 무게를 측정(m1).
           - 시료를 몰드에 넣어 소정의 다짐방법(A～E)으로 다진다.
             (이때 시료는 가수(加水)후 12시간이상 방치 후 다짐실시)
           - 다짐 후 칼라를 제거하고 여분의 흙을 깎아내어 평면으로 다듬고 무게측정(m2).
           - 다진시료를 몰드에서 꺼내어 함수비측정(w).
           - 예상되는 최적함수비를 포함하여 6~8종류의 함수비로 반복시행.
       라. 시험결과의 적용성
           - 다진흙의 습윤밀도(g/㎤)
              γt =  (m2 - m1) / V         
                      * 여기서, V:몰드의 용량(㎤)으로서 [10cm몰드=1000, 15cm몰드=2209㎤]
           - 다진흙의 건조밀도(g/㎤)
              γd =  γt / [1+(w/100)]       * 여기서, w : 함수비(%)
           - 영공기간극상태에서의 함수비에 대한 건조밀도(γdsat)는 다음식으로 산출한다. 그 결과를
              건조밀도(γd)-함수비(w)곡선에 명기하고 매끈한 곡선으로 연결한 선을 “영공기간극곡선”이라
              한다.
              γdsat = γw / [(γw / γs) + (w / 100)]
                               * 여기서, γw : 물의 밀도,  γs : 흙입자의 밀도

    3) 도로의 평판재하시험 (KS F 2310)
       가. 시험방법
           - 지반을 수평하게 고르고 필요시 모래를 얇게 깐다.
           - 필요한 재하판(D=30, 40, 75cm)을 놓고, 잭(JACK)을 올려놓아 하중 장치에 의해 반력이
             얻어지도록 한다. 이때 하중장치의 지지점 (덤프트럭의 경우는 바퀴)은 재하판의 바깥쪽에서
             1m이상 이격시킴.
           - 침하량측정장치(3m정도의 지지보와 지지각)를 재하판과 하중지지점으로부터 1m이상 이격하여
              배치하고 침하량측정을 위해게이지 설치.
           - 재하판의 안정화를 위해 미리 0.35㎏/㎠의 하중을 가하여 0으로 되돌리고 게이지의 값을 읽어
              침하의 원점으로 한다.
           - 0.35㎏/㎠씩 하중을 증가시키면서 하중을 올릴때마다 그 하중으로 인한 침하의 진행이 정지함을
              기다려 하중의 크기와 침하량 측정.
           - 침하량이 15mm에 달하거나 하중강도가 예상되는 최대접지압 또는 지반의 항복점을 넘으면
             시험을 멈춘다.
       나. 시험결과의 적용성
           - 하중강도-침하량곡선에서 어느 침하량일 때의 하중강도를 구하고, 지지력계수를 다음식으로
             계산한다.
             지지력계수(K) = 하중강도 / 침하량 (㎏/㎤)
          - 지지력계수 기준치

구  분		콘크리트포장	아스콘포장
침하량(cm)		0.125	0.25
지지력계수 (K30)	노   체	10이상	15이상
	노   상	15이상	20이상
	보조기층, 뒷채움	20이상	30이상

           - 재하판직경에 따라 K30, K40, K75등으로 구분되며, 일반적으로 30cm가 표준으로 사용되며
             40, 75cm 사용시는 아래의 관계식에 의해 K30으로 환산하여 지지력계수로 사용한다.
             ☞ 지지력계수 관계식 : K30 = (2.2/1.5)K40 = 2.2K75

    4) 프루프롤링(Proof Rolling) 시험
       가. 시험목적 및 시험용 장비
           - 목 적 : 토공부위 및 보조기층부위의 다짐상태 및 지지력을 전체적으로 파악하기 위해 실시.
           - 시험용장비
              ● 복륜하중 5ton이상을 발휘할 수 있는 타이어 구륜장비
              ● 접지압 5.6㎏/㎠이상을 발휘할 수 있는 타이어 구륜장비
              ● 총하중 25ton이상을 발휘할 수 있는 타이어 구륜장비
       나. 시험방법
           - 보속정도(4km/hr)로 전구간에 걸쳐 구륜후방 2~3m에서 관측하여 육안으로 변형되는
             부위(스폰지현상등)와 의심스러운 부위를 표시하고 그 부위는 벤켈만빔 혹은 평판재하시험등으로
             확인한다.
           - 차선당 실시하되 2차선은 취약부인 노견부에 밀착하여 실시한다.
     다. 결과의 정리(예시)

구 간	상   행  선		벤켈만빔 변형량		조치방법
	1차로	2차로	1차로	2차로
0 ~ 20 20 ~ 40 40 ~ 60 60 ~ 80 80 ~ 100	무 무 유 무 무	무 무 무 무 유	- - 8mm - -	- - - - 12mm	함수비 과다로 밭갈이 후 다짐 실시

    5) 벤켈만 빔(Benkelman Beam) 시험
       가. 시험목적 및 시험용 장비
           - 목 적 : 노상 및 포장 각측면의 변형량 측정에 사용
           - 장 비 : 벤켈만 빔 시험기, 매설용 철봉, 타이어롤라(트럭)
       나. 시험방법
           - 측정장소에서 1.5m앞에 트럭의 뒷바퀴를 정지시키고 뒷바퀴의 두바퀴사이에 닿지 않도록
              벤켈만빔의 암(arm)을 꽂아 그의 끝을 측정 위치에 놓는다. 메인빔(Main beam)을 수평하게
              설치하고 이때의 다이알게이지 눈금을 읽어 기록한다.
           - 트럭의 뒷바퀴가 암에 닿지 않도록 천천히 전진시킨다(5km/hr).
              트럭의 뒷바퀴가 측정개소를 지날 때(최대변형량)와 측정개소 1.5m 지난 위치에 정지할 때
              (영구변형량)의 각각의 다이알게이지 눈금을 읽는다.
       다. 시험결과의 적용성
           - 최대변형량 = (측정개소 통과시의 읽음값 - 최초읽음값)×시험기배율
           - 영구변형량 = (측정개소1.5m통과시 읽음값 - 최초읽음값)×시험기배율
           - 탄성변형량 = 최대변형량 - 영구변형량
           ※ 시험기배율 : 2배 or 4배

 

 

   다. 품질기준

    1) Sand mat용 모래

구 분	단위	노    체		노 상
		암성토	일반성토
최대입경	mm	600이하	300이하	100이하
5mm통과율(NO.4)	%	-	-	25이상
0.08mm통과율(NO.200)	%	-	-	25이하
소성지수	-	-	-	10이하
1층 다짐두께	cm	60이하	30이하	20이하
실내다짐방법	-	-	A, B (일반적 A적용)	C, D, E (일반적 D적용)
실내CBR	%	-	2.5이상	10이상

       가. 사용가능한 토질 : 액성한계 50%미만인 흙, 건조밀도 1.5t/㎥이상,
                                     간극율 42%미만인 흙.
       나. 암성토시, 노체 마무리면으로 부터 60cm이내는 암성토 금지.

    2) Sand drain 및 Pack drain용 모래

구    분	단위	암성토(노체)	일반노체	노   상
다 짐 도	%	-	90이상	95이상
계획고와의 차이	cm	-	5이하	3이하
벤켈만빔 시험값	mm	-	-	5이하
3m직선자 요철	cm	-	-	2.5이하

    3) 기성연직배수재 공법용 재료(모래이외의 인공배수재)

구     분		콘크리트포장	아스콘포장
침하량(cm)		0.125	0.25
지지력계수 (K30)	노   체	10이상	15이상
	노   상	15이상	20이상
	보조기층, 뒷채움	20이상	30이상

    ※ 암성토시는 콘크리트 및 아스콘포장 모두 침하량 0.125cm시
        K₃₀ = 20이상으로 규정한다.

 

 

2. 연약지반

   가. 품질관리사항

    1) 연약지반 판정기준(일본도로공단 기준)

구  분	연약층두께	N치	qc(㎏/㎠)	qu(㎏/㎠)
점성토 및 유기질토	10m미만	4이하	8이하	0.6이하
	10m이상	6이하	12이하	1이하
사 질 토	-	10이하	40이하	-

    2) 연약지반의 시공과정

 

      ① 원지반 정리 : 표토정리 및 측구설치, 지반고 측량
      ② 지오텍스타일 포설 : 주행성확보 및 층분리목적으로 PP재질의 지오텍 스타일 매트를 포설함
                                      (PET매트도 사용가능)
      ③ 수평배수층 포설 : 상부배수층확보와 장비주행성 유지 목적(T=0.5~1m)
      ④ 연직배수재 설치 : 압밀촉진 목적으로 sand drain, scp, paper drain, pack drain등 설치.
      ⑤ 계측기설치 : 성토시공중 지반거동 관측목적.
      ⑥ 지오텍스타일 포설 : 성토체 보강, 층분리 목적으로 설치(생략가능)
      ⑦ 1단계 성토 및 방치 : 1단계 계획고까지 성토진행 후 방치
      ⑧ 압밀진행 및 강도증가 확인 : 계측 및 시험을 통한 압밀도와 강도확인 후 방치완료기간 결정.
      ⑨ 다음단계 성토 및 방치 : 확인시험을 통해 다음단계 성토가 가능할 경우 후속공정 진행
                                           (일반적인 성토속도 : 1.5m/월 정도)
      ⑩ 포 장 : 토공종류 후 예상되는 잔류침하가 허용범위 이내일 경우 포장실시(아스콘포장).

    3) 연약지반 처리의 대표적인 공법
       ○ 점성토 지반
           - 치환공법 : 강제치환, 굴착치환등 사용
           - 압밀촉진공법 : preloading(선재하공법), 압성토공법등
           - 탈수공법 :  sand drain, paper drain, pack drain등
       ○ 사질토 지반
           - Vibroflotation공법 : 사수와 진동을 동시에 일으켜 공극사이로 모래나 자갈등을 채우는 방법.
           - Sand Compaction Pile(SCP)공법 : 충격이나 진동에 의해 지반에 모래를 압입하여 모래말뚝을
             형성하는 공법.
           - 폭파다짐공법 : 인공지진, 다이너마이트등을 이용하여 다짐.
           - 동압밀공법 : 지반에 추를 낙하시켜 지반을 다지고 잉여수 배제.

 

   나. 시험법 해설

    1)정수위투수시험
       가. 적용범위
           - 사질토와 같이 투수계수(K)가 비교적 큰 토질에 사용.
           - 연약지반개량시 사용되는 Sand mat용 모래에 적용.
       나. 시험원리
           - 유속(V)은 동수구배(i)에 비례한다는 원리이용.(V=K×i) : Darcy법칙
           - 단위시간내의 유량(q) = V×A = (K×i)×A 로 정의되며,
             어떤시간내의 유량(Q) = q×t = (K×i×A)×t 이다.
           - 즉, 흙에 물을 침투시켜 어떤시간내에 유량,단면적,동수구배등을 측정하여 시료의 양단수두차가
             변화했을 때 K를 계산하는 시험이다.
       다. 시험결과의 정리
            Q = K×i×A×t = K×(h/L)×A×t
           ∴ K = (Q×L) / (A×t×h) [cm/sec]
                  * 여기서, K:투수계수, I:동수구배, A:시료단면적, t:소요시간
                             h:수두차, L:시료길이, Q:메스실린더의 물량

    2) 변수위투수시험
       가. 적용범위
           - 실트, 점토와 같이 투수계수(K)가 비교적 적은 토질에 사용.
           - 흙댐, 제방용 흙의 투수계수측정에 적용.
       나. 시험원리
           - 시험중에 시료양단의 수두차가 일정하지않고 시간에 따라 변화하는 경우 적용.
           - 스탠드파이프를 이용하여 시간변화에 따른 수두차를 측정하여 투수계수를 산출하는 투수시험.
       다. 시험결과의 정리
            K = {(a×L)/(A×△t)} × log(h1/h2) [cm/sec]
               * 여기서, a : 스탠드파이프 단면적,   A,L : 시료의 단면적 및 길이,
                        h1,2 : 수위,  △t : 측정시간차

 

 

   다. 품질기준

    1) Sand mat용 모래

구 분	D15(mm)	D85(mm)	0.08mm통과율	K(cm/sec)
기준값	0.075~0.9	0.4~8	15%이하	10-³이상

    2) Sand drain 및 Pack drain용 모래

구 분	D15(mm)	D85(mm)	0.08mm통과율	K(cm/sec)
기준값	0.1 ~ 0.9	1 ~ 8	3%이하	10-³이상

    3) 기성연직배수재 공법용 재료(모래이외의 인공배수재)
       가. 종류 : paper drain, band drain, plastic board drain
       나. 품질기준 : 한롤의 길이는 200m이상, Sand mat상단에서 30cm이상  여유를 두고 절단,
                           1공내의 배수재연결은 피하고 불가피시는 1공당 1회에 한하여 50cm이상 pocket
                           방식으로 겹침실시.
 

 

3. 구조물 뒷채움 및 성토법면관리

   가. 품질관리사항

    1) 뒷채움부 침하원인
       - 작업공간 협소로 다짐 미달(대형롤러 사용불가)
       - 사용재료 불량시
       - 구조물배면 배수처리 불량
       - 주위지반의 지지력 차이
       - 토압에 의한 구조물 변형시

    2) 뒷채움 관리방안
       - 승인된 입상재료를 사용하고, 1층 다짐두께는 20cm이하.
       - 구조물 양면 동시포설을 원칙으로 하고, 콘크리트의 압축강도가 175kg/㎠이상 또는 28일 양생 후
         시행한다.
       - 뒷채움 후면은 계단식으로 시공.
       - 배수가 양호해야 하며, 대형롤라가 곤란한 장소는 Rammer다짐.
       - 교대 및 암거벽체에 각 20cm마다 층다짐관리 marking을 하되, 교대는 하행선 외측 1m에 적색으로
         표기하고 암거는 동일장소에 백색으로 표기하여 관리한다.
       - 구조물 뒷채움부는 포설다짐 후 현장밀도시험을 실시하여 합격판정 후에만 상부층을 포설하며,
         불합격 판정시는 재다짐한 후 재시험을 실시하여 다짐도를 필히 확인하여야 한다.
         또한 암거의 뒷채움시는 3층마다 최소1회씩 현장밀도시험등을 실시하여 다짐관리하여야 한다.
       - 뒷채움 침하로 인한 아스콘포장의 단차발생시는 절삭후 재포장실시

    3) 성토법면 관리방안
       - 본체다짐과 동등하게 관리한다.
       - 포설 및 다짐시 폭원을 충분히하여 노폭부족으로 별도 성토하는 일이 없도록 관리한다.
       - 천막등으로 우수로 인한 법면을 보호한다.
       - 법면보호는 식생(떼붙임,파종)과 구조물(블럭,격자공,몰탈뿜어붙이기) 및 이들의 조합으로 구분
         시공한다.

 

   나. 품질기준

    1) 비탈면 표준구배

절   토   부			성   토   부			비  고
구 분	절토고	표준구배	구 분	성토고	표준구배
토사	0 ~ 5m 5m이상	1 : 1.2 1 : 1.5	일반부	0 ~ 6m	1 : 1.5
리핑암 발파암	- -	1 : 1.0 1 : 0.5	고성토부	6m이상	1 : 1.8

    ※ 표준구배를 원칙으로 하나, 각 위치별 별도의 안정성을 검토하여 구배 조정 또는
        기타 법면보강공법으로 사면의 안정을 도모하여야 한다.

    2) 법면보호공
       - 구조물 법면보호공은 식생공으로 안정이 유지될 수 없는 경우나 경제적, 지형적으로 부적절한
          경우에 적용한다.
       - 혹서기, 동결기에는 식생공을 피해야 한다.
       - 블록공은 점착력이 없는 토사 및 무너지기 쉬운 비탈면에 시공하며 투수성이 양호한 뒷채움
         조약돌을 부설하고 배수관을 삽입하여 용수 배출에 유의해야 한다.
       - 몰탈뿜어붙이기공은 용수가 많은 법면에서는 피해야 하며, 암절취부의 풍화진행 억제시는
         두께 3cm정도, 균열이 많고 붕괴의 우려가 있는 암절취부에서는 Wire mesh를 붙이고
         두께 5~10cm정도로 시공한다.
       - 심부로부터 용수가 솟아나오는 경우는 유공관등으로 수평배수공을 설치하여야 하며 이때
         수평배수공의 길이는 2m이상이어야 한다.