스크랩 동다짐 공법

[도사]

동다짐(점성토 층에서는 동압밀)공법은 연약지반 개량 공법의 일종으로서 약 10~ 40t의 중량물(Pounder)을 크레인 등을 이용하여 소정의 높이까지 들어올린 후 지반에 낙하 시킬 때 발생하는 에너지를 지반에 가하여 깊은 심도의 지반까지도 개량할 수 있는 공법이다.
개량된 지반은 밀도와 Ko 계수가 증대하여 결국 지반의 강도와 탄성계수를 증가시키므로 침하량을 감소시키며 지반의 지내력을 증대시킨다.
본 공법은 이론적으로(실례도 있지만)는 지하 약 30m 정도까지도 가능하지만 시공 가능한 장비(Pounder Weight, 크레인 등)의 제한으로 통상 국내에서 시공 가능한 개량 깊이는 15m 이내로 제한되며, 그 이상 심도가 필요시는 장비를 용도에 맞춰 특별 제작해야 하므로 소규모의 공사에서는 현실적으로 곤란하다.
이 기술은 처음에는 주로 포화되지 않은 사질토층에 한정되어 적용되었으나 후에 포화 점성토지반에 까지도 적용이 확대 되었다.
본 공법은 지반의 동적인 특성을 완전히 이해하기 어렵고 수치모델링이 곤란하므로 현재까지도 주로 경험적인 요소에 의존하고 있으며 본 공사 전에 실물 TEST(PILOT TEST)를 실시하여 설계시의 가정치를 수정 보완하여 제 관련 Parameter를 결정 최종계획을 수립하게 되는데 현실의 지반은 Test zone과 일치하지 않을 수 있으므로 공사중에도 수시로 이러한 요소를 점검하여 소기의 목표를 달성한다.

본 공법은 전통적으로 적용되어온 다짐방법과 비교하여 다음과 같은 특징을 가진다.

1) 전통적인 다짐에 있어서는 흙은 실험실에서 계획된 최적함수비에서 비교적 얇은 층상으로 롤러를 이용하여 요구되는 밀도를 갖도록 다지나 동다짐에서는 개량 목표의 지층 전체를 다진다.
2) 동다짐은 지표면이 최소한 지하수위보다 2m정도 상부에 있어야 할 지라도 지하수위의 아래와 위를 동시에 다진다. 전통적인 롤러 다짐에서는 항상 지하수위 위만을 다진다.
3) 모래,자갈,전석,세립토,폐기물 등의 광범위한 토질에 적용할 수 있다.
4) 사전지반조사에서 파악하기 곤란한 지반의 공극등 불균일성에 유연하게 대처할 수 있다.
5) 포화된 세립토에서는 다짐작업중에 액상화 및 보일링현상이 발생할 수 있다.

1) 동다짐에 적용되는 장비는 비교적 단순하고 케이블을 제외하고는 소모품이 적다.
2) 부분적으로 Cavity 혹은 연약층이 있을 경우 정상적인 Crater 깊이보다 크게 나타나므로 이러한 부분적인 지반조건을 조정하기 위하여 적용에너지를 조정하거나 치환할 수 있게 한다.
3) 작업이 진행되는 동안 다짐의 효과를 관찰할 수 있다. 즉 Crater의 깊이는 지반저항의 표시이며 부분적인 한 지역에 대하여 실시된 각 Pass에 따른 평균 침하량은 개량의 정도를 나타낸다.
4) 동다짐의 공사비는 일반적으로 타 공법, 예를 들면 굴착 혹은 치환등의 공법에 비하여 현저하게 적다. 공사비의 절감액은 요구되는 개량 깊이 및 현장조건에 따라 변할 것이다.
5) 비교적 기후조건에 영향을 받지 않는다. 작업은 비가 올 때 혹은 지표면에 제한된 양의 서리가 덮여 있을 때에도 가능하다.

1) Pounder가 낙하하여 지면에 부딪힐 때의 충격은 지반에 진동을 야기하는데 상당한 거리까지 이를 수 있다. 따라서 이러한 조건은 작업을 대지경계선 이내로 제한하게 되고 경우에 따라서는 Pounder의 무게를 제한하여야 한다.
2) 지하수의 위치는 작업에 영향을 미친다. 이상적으로는 지하수위는 지표면으로 부터 2.0m를 유지하여야 한다. 그렇지 않을 경우에는 지하수위를 저하시키기 위해 배수를 하거나 작업고를 높여야 한다.
3) 대단히 연약한 지반, 즉 최근에 매립된 지역의 경우에는 장비의 이동을 위해, 그리고 Pounder의 박힘 깊이를 제한하기 위해 자갈이나 쇄석을 깔 필요가 있다. 또한 이러한 지반은 많은 양의 침하를 유발하므로 부가적인 토사(주로 입상토)를 현장에 반입할 필요가 있는데 이것은 공사비의 증가를 가져온다.
4) 만약에 동다짐이 포화된 점성토에 적용된다면 과잉간극수압을 소산 시키기 위하여 인공적인 배수로를 설치할 필요가 있다. 이것은 또한 공사비를 증대시킨다.

보통 20~30m의 정방형의 면적에 TEST 구간을 선정하여 MAIN TAMPING을 위한 설계치 보정을 위해 시험다짐을 반드시 실시하는데 이를 PILOT TEST 라고 하며, 다음과 같은 각 Tamping parameter의 타당성을 검토한다.

1) Pounder의 무게
2) 낙하고
3) Pounder의 밑면적
4) Crater의 간격
5) 단위면적당의 총에너지량
6)간극수압의 소산 시간

PILOT TEST 를 위한 준비사항은 다음과 같다.

1) GRID 간격 MARKING (설계치 기준)
2) CRATER 침하량 측량을 위한 LEVEL 설치
3) CRATER 주변의 PEG 설치
4) 각 PASS간 개량상태 파악을 위한 BORING 장비 준비
5) PIEZOMETER TIP 매설 - 간극수압측정

Test 결과 정리

1) Tamping- 침하 상호관계(CRATER별, 매 PRINT별)
2) 다짐횟수 및 다짐율 곡선
3) PRINT 별 CRATER 규격/침하 체적 계산표
4) PEG GROUP 별 변위 측정표 (V2 계산용) - LEVEL 측량
5) 간극수압측정
6) N치 비교표
7) MAIN TAMPING PATTERN 조정
당초 설계치의 보정 필요성 여부를 최종 검토하여 MAIN TAMPING의 PATTERN을 결정한다.

PILOT TEST 완료후 MAIN TAMPING SPEC.이 결정되면 PASS별 결정내용에 따라 다짐작업은 다음을 기준으로 실시한다.

1) 최초 다짐전 PRE-BORING.
2) 필요시 각 Pass다짐 후 CHECK BORING.
3) 완료 후 CHECK BORING- 합격여부 판정.

MAIN TAMPING후 최종 시공보고서는 각 PASS간 N값, 최종 개선 N값 등을 비교 검토하여 작성 제출한다.

Pilot Test 및 시공중 발생되는 지반 상태의 품질을 관리하기 위하여 지반 조사 방법 및 계측을 활용하여 이에 대하여 평가한다.
구조물이 밀집되어있는 경우에는 구조물 상호간에 영향(Group Effect)을 고려하여 구조물의 침하를 산정하며 연성 구조물인 경우에는 구조물내 변위를 분석한다.
기초의 폭 및 응력에 따른 침하의 변화량을 Sensitivity Study 에 의한 Chart를 작성, 최종 상대침하 평가에 적용한다.
변위에 대하여 민감한 지역은 FEM 해석Modeling 을 설정하여 분석한다.

1) 사용 목적
Tamping 작업시 상승한 과잉 간극 수압의 소산 상태를 학인하여 Pass 간의 시간을 설정, Cycle Time 산정에 반영하며, 최소 2곳의 위치에 설치한다.

2) 기기 구성
- 측정용 Tip

a. Twin Tube
b. in line Coupling
c. Filter Sand

-Portable Digtal Readout Unit

3) 설치방법
ㆍ소정 깊이까지 천공을 실시한다.(φ100mm)
ㆍ설치전 Tip 내의 공기를 완전히 제거하기 위하여 충분히 젖게 한다.
ㆍSandbag의 주위를 투수가 양호한 모래로 채운다.
ㆍ차수를 위한 벤토나이트/시벤트 섞은 반죽을 설치공이 막히지 않도록 주입하고 잘 다진다.
ㆍ지반 Level에 맞추어 불침투성의 Grout Backfilling 한다.

4) 측정 방법
ㆍ설치된 Twin Tubling을 Readout Unit의 Lead Cable과 연결한다.((Quick Coupling을 사용)
ㆍBettery 충전식으로서 액정판에 수두를 나타내며 -10.0 m ~ 199.9 m의 수두를 측정할수 있다.

5) Twin Tube 의 관리
ㆍTwin Tube를 중장비나 그 외의 위해 요소로부터 손망실을 미연에 방지하기 위하여 야광 또는 형광 장치가 되어 있는 Post에 설치한다.
ㆍPost의 하부는Concrete로 기초 처리를 하거나,깊이 근입하여 고정 시킨다.

1) 사용 목적

Main Tamping 작업 시 주위에 미치는 진동치를 측정하여, 진동에 의한 인접 구조물 등의 위해 정도를 예측하여, 이에 대한 적절한 방안을 강구하는데 있다.
공사 중 발생되는 진동의 영향은 건물에 파손을 일으키는 물적 장해와 인체에 대한 정신적인 부담을 들 수 있으며, 이에 대한 진동의 제한 및 조절 방안이 다음과 같이 검토된다.

2) 진동의 제한

물적 장해 요소의 기준은 발파 진동 속도와 관련을 지어서 주로 제한된다. Langefors, Crandell, Edwards등의 학자들이 각각 이에 대한 기준을 평가하였으며 공통적으로 안전영역에 속하는 속도는 5 Kine (5 cm/sec) 이하이다.
다음은 여러학자 및 관련규준이 정하는 허용 기준치이다.

Siskind(1981.미국)	주거용 건물의 한계:	2.0 cm/sec
Dupom Co.	안전한계:	5.0 cm/sec
	터널암반의 낙석 유발:	30.0 cm/sec
A.J. Hendron(1977)	라이닝을 하지 않은 지하터널의 발파진동 허용치:	46.0cm/sec
Kendorski(1983)	콘크리트 라이닝에 미세균열 발생:	9.0cm/sec
Crawford and Northwood(1960)	콘크리트 구조물:	25.4cm/sec
	모르타르:	7.6cm/sec
E.W. Howes(1979)	콘크리트 양생 28일 강도기준:	12.7cm/sec

[서울 지하철 기준]

(단위 : cm/sec=kine)

건물의 등급	1	2	3	4
분 류	문화재	주택,아파트 (실금이 있는 정도)	상 가 (Crack이 없는 상태)	철근콘크리트 빌딩 및 공장
건물기초에서의 허용진동치 (cm/sec)	0.6	0.5	1.0	1.0~4.0

[부산 지하철 기준]

(단위 : cm/sec=kine)

건물의 등급	1	2	3	4
분 류	문화재	주택,아파트 (실금이 있는 정도)	상 가 (Crack이 없는 상태)	철근콘크리트 빌딩 및 공장
건물기초에서의 허용진동치 (cm/sec)	0.2	0.5	1.0~4.0	0.2

3) 인체에 미치는 영향

인체는 건물보다 훨씬 민감하게 진동에 대하여 반응을 보이므로 건물에 피해를 주지 않는 진동이라 하더라도 불안감,불쾌감 ,위압감을 느끼거나 고통을 호소하게 된다.본 현장은 주변에 주거지가 없으며 현장이란 특수 상황을 고려하여 이에 대한 제한은 두지 않으나 시공 중 작업자의 반응을 평가하여 이에 대한 효율적인 대책을 강구하는 것으로 한다.

4) 측정기기 :Vibration Monitor

5) 설치방법

ㆍAnchor Bolt를 이용하여 주변 건물이나 진동의 영향을 측정하고자 하는 곳에 Geophone Sensor를 부착한다.
ㆍGeophone Sensor는 4개의 Channel로 구성되어 있으며,3개 Channel의 진동 및 1 Channel의 소음을 측정할 수 있다.
ㆍ3개의 각 Channel에 측정 기기인 Vibremeter을 연결하기 전에 현장 상황에 맞춰 Setting을 실시한다.
ㆍSetting이 완료되면 Vibremeter Geophone Sensor를 연결한 다음 Initial Setting이 끝난 후 측정 한다.

6) 측정 방법

ㆍVibrometer에 자체 부착되어 있는 계기판을 통하여 각 Channel의 Maximum 진동치를 관측할 수 있다.
ㆍ출력 장치를Vibrometer와 연결한 후 각 Channel의 진동치를 Printing 한다.