8장 연약지반/다짐

[Shorts] 옛날 도로가 2천 년을 버틴 충격적인 방법

개량공법

▪ 사질토: 다짐, 진동, 약액주입
▪ 점성토: 치환, 압밀, 탈수, 고결, 침투압
▪ 전지반: 동결, 소결

▪ 판정 기준: 강도, 압밀도, 침하량

계측

▪ 목적: 안전확보, 설계검증
▪ 계측기: 지중경사계, 침하계, 간극수압계, 토압계 등
▪ 초기 계측치 활용한 압밀 예측
▪ 안정 판정기준: 타미나가, 구리하라

[사질토] 다짐공법

▪ 진동다짐, 모래다짐말뚝(SCP/GCP), 동다짐공법
▪ GCP → 복합지반 형성
▪ 효과: 밀도↑, 간극수↓, 강도↑

[점성토] 압밀공법

▪ 프리로딩, 압성토, 진공압밀
▪ ESP 개념, 성토체 침하/안정 관리
▪ 침하 예측:
\[ t = T_v \cdot \frac{H^2}{C_v} \] ▪ 측방유동 방지:
\[ F = \frac{c_u}{\gamma H D} < 0.04 \]

[점성토] 탈수공법: 연직배수, 배수

▪ 연직배수: Sand, Paper, Pack, Plastic Drain
▪ 문제점: Smear Zone, Well Resistance
▪ 배수공법: 집수정, 맹암거, Deep/Well Point
▪ 전기침투(삼투) 탈수공법

[점성토] 치환공법

▪ 공법: 굴착치환, 자중치환, 폭파치환, 동치환
▪ 쇄석기둥 형성 → 복합지반 조성

[점성토] 고결공법

▪ 주입: 저압(LW, MSG), 고압(Jet Grouting)
▪ 심층혼합: DCM (수화+포졸란 반응)
▪ 장비: JSP, RJP, CGS, 고화재

지반 보강

▪ EPS 블록, 토목섬유(GeoGrid, GeoTextile, PP 매트 등)
▪ 언더피닝: GCP, 파이프루프, 그라우팅 (하단 상세 참조)
▪ 경량혼합토: 고화재 + 기포재 + 점토

지반 보강 - 언더피닝(Underpinning) 상세

▪ 정의: 기존 구조물의 기초 지지력이 부족하거나, 인접 굴착·증축·지하층 신설 등으로 기초에 추가 하중 또는 침하 우려가 발생할 때, 기존 기초를 보강하거나 그 하부에 새로운 지지체를 설치하여 하중을 안전하게 전이시키는 공법

▪ 적용 사례
  - 인접 대지의 굴착공사로 기존 건물 기초가 노출되거나 근접 시공되는 경우
  - 리모델링 등으로 지하층을 증설하여 기초 저면이 깊어지는 경우
  - 기초 부등침하, 균열 등 결함이 발생하여 보수·보강이 필요한 경우
  - 터널·지하철 등 인접 근접시공으로 기존 구조물 침하가 우려되는 경우

▪ 주요 공법

공법	개요	특징 / 적용성
강관 압입 파일(Pit 공법)	기초 하부를 구간별로 굴착 후 유압잭으로 강관·프리캐스트 파일을 순차 압입하여 지지층까지 관입	협소 공간·저층고에서 시공 가능, 무진동·무소음, 반력은 기존 기초 자중 이용
파이프루프(Pipe Roof)	기초 하부 또는 굴착 배면에 강관을 수평(또는 근접 각도)으로 다열 압입하여 지붕 형태의 지지 구조 형성	상부 구조물 하중을 임시 지지하며 하부 굴착 진행, 터널 갱구부·근접 굴착에 주로 적용
그라우팅(약액주입) 공법	기초 하부 지반에 시멘트계·약액계 그라우트를 주입하여 지반을 고결·치밀화, 간극 및 이완영역 충전	지지력 증대 및 차수 효과 동시 확보, LW·JSP·SIG 등 병행 가능
모래다짐말뚝(GCP/SCP) 활용	기초 주변 지반에 다짐말뚝을 시공하여 복합지반을 형성, 지지력 및 침하 저항성 증대	연약지반에서 광범위한 지반 보강이 필요할 때 적용, 진동·소음 발생 검토 필요
마이크로파일(Root Pile)	소구경(∅100~300mm) 천공 후 철근·강봉을 삽입하고 그라우트를 충전하여 소형 파일 시공	초협소 공간, 저층고 지하 공간에서도 시공 가능, 기존 기초 관통 시공 가능
니들빔(Needle Beam) 공법	기초 벽체를 관통하여 니들빔을 삽입, 상부 하중을 임시로 지지한 상태에서 기초를 교체 또는 신설	기초 전면 교체가 필요한 경우 적용, 하중 전이 및 가설지지 관리가 핵심

▪ 시공 절차
  ① 사전조사: 기존 기초 형식·규모, 지반조사(N값, 지지층 심도), 인접 구조물 현황 파악
  ② 구조해석: 언더피닝 시공 중 하중 재분배 및 임시지지 하중 검토
  ③ 가설 지지: 필요시 Needle Beam, 잭킹(Jacking) 등으로 상부 하중을 임시 지지
  ④ 구간분할 순차 시공: 기초 전체를 동시에 시공하지 않고, 일정 구간(통상 1~1.5 m 폭 이내)씩 순차적으로 시공 후 인접 구간으로 이동
  ⑤ 계측관리: 침하계, 지중경사계, 균열계 등으로 실시간 모니터링
  ⑥ 하중전이 확인: 신설 지지체로 하중이 안전하게 전이되었음을 확인한 후 가설지지 해체

▪ 설계·시공 유의사항
  - 구간분할 원칙 준수: 인접 구간을 동시에 굴착·시공하지 않아 국부적인 지지력 상실(전단파괴) 방지
  - 시공 순서는 대각선 또는 격간(隔間) 방식으로 배치하여 기초의 연속적인 지지력 확보
  - 진동·소음이 적은 압입·그라우팅 공법을 우선 검토하여 기존 구조물 손상 방지
  - 관리기준(침하량, 균열폭, 경사변화율) 설정 후 실시간 계측으로 초과 시 즉시 시공 중단 및 원인 분석
  - 지하수위 변화, 인접 굴착과의 시공 간섭(시차 확보) 사전 검토

폐기물 매립지

▪ 안정화 5단계, 오염물질 이동단계
▪ PRB(투수성 반응벽체)
▪ 지연계수:
\[ R = \frac{V_{gw}}{V_c} \geq 1 \] ▪ 토양증기추출법, 굴패각 혼합

다짐

▪ 다짐 vs 압밀: 공기 제거 vs 간극수 제거
▪ 다짐곡선: GW-SP-MH-CL 분류
▪ 최적함수비, 다짐에너지, CBR 시험
▪ 상대다짐도:
\[ \text{다짐도} = \frac{\gamma_{d,\text{현장}}}{\gamma_{d,\text{실험실}}} \]

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공식

[공식] Stokes 법칙

입자 침강 속도: \[ V_s = \frac{\gamma_s - \gamma_w}{18 \eta} \cdot d^2 \]

[공식] 유보율 / 체적비

\[ \text{유보율 } P = \frac{\text{유보량 (m³)}}{\text{준설토량 (m³)}} \times 100\% \] \[ \text{체적비 } = \frac{1 + e_t}{1 + e_0} = \frac{V_t}{V_0} \]

[공식] 한계 성토고

\[ h_c = \frac{q_u}{\gamma_t \cdot F_s} \quad \text{또는} \quad h_c = \frac{5.14 N_c}{\gamma_t \cdot F_s} \]

[공식] Sand Mat 설계

배수량 기준: \[ Q = L \cdot S = k \cdot i \cdot A = k \cdot \frac{\Delta h}{L} \cdot h \quad \Rightarrow \quad \Delta h = \frac{L^2 \cdot S}{k \cdot h} \]
장비주행성능 기준 (지지력 검토): \[ F_s = \frac{q_u = cN_c + \gamma D_f}{\text{성토하중 + 장비하중}} \geq 1.5 \]

[공식] 측방유동 판정

판정지수: \[ F = \frac{c_u}{\gamma_t \cdot H \cdot D} > 0.04 \]
판정수: \[ N = \frac{\mu_1 \mu_2 \mu_3 \cdot \gamma_t \cdot H}{c_u} < 1.2 \]

[공식] 연직배수 압밀 (이론)

Barron 이론: \[ \bar{U}_h = 1 - \exp\left( -\frac{8 T_h}{F(n)} \right) \]
Hansbo (교란 + Well 저항 고려): \[ \bar{U}_h = 1 - \exp\left( -\frac{8 T_h}{F} \right) \]
Yoshikuni: \[ U_h = 1 - \exp\left( -\frac{8 T_h}{F(n) + 0.8L} \right) \]

[공식] 복합지반 개량율 및 강도

개량률: \[ A' = \frac{\text{개량면적}}{\text{전체면적}} \times 100\% \]
복합 강도: \[ c' = A' \cdot c_2 + (1 - A') \cdot c_1, \quad \tan \phi' = A' \cdot \tan \phi_2 + (1 - A') \cdot \tan \phi_1 \]