(1) 기초 및 지반의 액상화 피해를 최소화할 수 있도록 액상화 발생 가능성을 지반분야 책임기술자가 검토하여야 한다. 이때, 행정안전부 산하 국립재난안전연구원에서 발간한 표준절차서에 따라 작성된 액상화 가능성 지도를 참고 할 수 있다.
(2) 액상화 평가는 시설물별 성능목표에 따른 재현주기를 적용한다.
(3) 액상화 평가는 구조물 내진등급에 관계없이 예비평가와 본 평가의 2단계로 구분하여 수행한다.
(4) 예비평가에서는 지반 조건을 고려하여 단위깊이(지층두께 1.5 m이하)별로 액상화 평가 생략 여부를 결정한다. 액상화 평가 생략 조건은 다음과 같다.
① 연중 최고지하수위 상부에 위치한 지층
② 지반의 심도가 20 m 보다 깊은 지층
③ 주상도 상의 SPT-N값이 25 초과인 지층
가. N값은 에너지효율 보정이 시행되지 않은 표준 관입시험의 낙하횟수이다.
나. N값은 지층 내 평균값을 사용하지 않으며 측점별 평가를 실시하여야 한다.
④ 고소성의 점토거동 유형 지반: 소성지수(PI), 액성한계(LL), 현장함수비(wc)가 그림 4.7-1에서의 영역 C에 해당하는 지반(주의: 액상화 발생 가능성은 낮지만, 반복연화가 발생하여 급격한 강도저하 및 대변형이 예상되는 지반)
(5) 대상 시설물이 내진 특등급일 경우, 실트나 점토에서 액상화로 인한 피해 발생보다는 반복전단응력에 의한 반복연화로 지반의 동적변형이 크게 발생할 수 있으므로, 이를 비배수 반복삼축강도시험 또는 비배수 반복직접단순전단시험 등의 실내시험을 통해 검토해야 한다.
(6) 본 평가에서 액상화 발생 가능성은 대상 지반에서 액상화에 저항하는 반복저항응력비(CRR)를 지진에 의해 발생되는 반복전단응력비(CSR)로 나눈 안전율로 평가하며 안전율 1.0 이하를 액상화 발생으로 판정한다.
\[ FS = \frac{CRR}{CSR} \qquad\qquad\qquad \text{식 (4.7-1)} \]
① 반복전단응력비(CSR)는 지반응답해석을 수행하여 다음 식을 따라 결정한다.
\[ \text{반복전단응력비}(CSR) = 0.65 \cdot \frac{(\tau_{max})_{d,GRA}}{\sigma'_v} \qquad\qquad\qquad \text{식 (4.7-2)} \]
여기서,
\( (\tau_{max})_{d,GRA} \)는 지반응답해석으로 얻어진 최대 전단응력이며,
\( \sigma'_v \)는 반복전단응력비를 산정하는 깊이의 연직유효응력이다.
반복전단응력비는 지반응답해석으로부터 산정된 "지표면 최대지반가속도"와 "응력감소계수"를 이용하여 결정할 수도 있다.
단, 지표면 최대지반가속도는 "기반암 유효수평지반가속도"와 "단주기지반증폭계수"의 곱보다 크거나 같아야 한다.
② 반복저항응력비(CRR)는
다음의 현장시험 결과값을 현장여건을 고려하고 선택하여 결정한다.
단, 현장상황에 따라 비배수 반복삼축강도시험 또는 비배수 반복직접단순전단시험 등의
실내시험을 이용하여 결정할 수도 있다.
이때 2개 이상의 현장시험을 사용한 경우에는 최소 안전율을 사용한다.
가. 표준관입시험(SPT)방법의 CRR 및 MSF 계산
\[ \begin{aligned} CRR_{7.5} = \exp\Bigg\{ & \frac{(N_1)_{60cs}}{14.1} + \left( \frac{(N_1)_{60cs}}{126} \right)^2 \\ & - \left( \frac{(N_1)_{60cs}}{23.6} \right)^3 + \left( \frac{(N_1)_{60cs}}{25.4} \right)^4 - 2.8 \Bigg\} \qquad \text{식 (4.7-3)} \end{aligned} \]
여기서,
\[ (N_1)_{60cs} = (N_1)_{60} + \Delta(N_1)_{60} \qquad \text{식 (4.7-4)} \] \[ \text{세립분 추가 보정 SPT값} = \text{(1기압 상재압 60% 효율) 보정 SPT값} + \text{세립분 보정 상수} \]
\[ (N_1)_{60} = C_N \times N_{60} \qquad \text{식 (4.7-5)} \] \[ \text{(1기압 상재압 60% 효율) 보정 SPT값} = \text{상재압 보정계수} \times \text{(60% 효율) SPT값} \]
\[ \Delta(N_1)_{60} = \exp\Bigg\{ 1.63 + \frac{9.7}{FC + 0.01} - \left( \frac{15.7}{FC + 0.01} \right)^2 \Bigg\} \qquad \text{식 (4.7-6)} \] \[ \text{세립분 보정 상수} = \exp\Bigg\{ \frac{1}{\text{FC = 세립분 함량, %}} \Bigg\} \]
\[ C_N = \left( \frac{P_a}{\sigma_v} \right)^m \leq 1.7 \qquad \text{식 (4.7-7)} \] \[ \text{상재압 보정계수} = \frac{\text{대기압}}{연직유효응력} \] \[ m = 0.784 - 0.0768 \times \sqrt{(N_1)_{60cs}}, \quad \]
\[ MSF = 1 + 0.376 \times (MSF_{max} - 1) \qquad \text{식 (4.7-8)} \] \[ \text{규모보정계수} = f(\text{규모보정계수 최댓값}) \] \[ MSF_{max} = 1.09 + \left( \frac{(N_1)_{60cs}}{31.5} \right)^2 \leq 2.2 \]
최종적으로 \[ CRR = CRR_{7.5} \times K_\sigma \times MSF \]
여기서 \[ \begin{aligned} K_\sigma &= \text{상재압 보정계수} = 1 - C_\sigma \cdot \ln\left( \frac{\sigma'_v}{P_a} \right) \leq 1.1 \\ C_\sigma &= K_\sigma \text{식의 상수} = \frac{1}{18.9 - 2.55 \cdot \sqrt{(N_1)_{60cs}}} \leq 0.3 \end{aligned} \]
나. 콘관입시험(CPT)방법의 CRR 및 MSF 계산
\[ \begin{aligned} CRR_{7.5} = \exp\Bigg\{ & \frac{q_{c1Ncs}}{113} + \left( \frac{q_{c1Ncs}}{1000} \right)^2 - \left( \frac{q_{c1Ncs}}{140} \right)^3 + \left( \frac{q_{c1Ncs}}{137} \right)^4 - 2.8 \Bigg\} \qquad \text{식 (4.7-9)} \end{aligned} \]
\[ q_{c1Ncs} = q_{c1N} + \Delta q_{c1N} \qquad \text{식 (4.7-10)} \] \[ \text{상재하중 및 세립분 보정 콘관입저항력} = \text{상재하중 보정 콘관입저항력} + \text{세립분 보정상수} \]
\[ q_{c1N} = C_N \cdot q_{cN} = C_N \cdot \left( \frac{q_c}{P_a} \right) \qquad \text{식 (4.7-11)} \] \[ \text{상재하중 보정 콘관입저항력} = \text{상재압 보정계수} \cdot \text{1기압 콘관입저항력} \]
\[ \Delta q_{c1N} = \left( 11.9 + \frac{q_{c1N}}{14.6} \right) \cdot \exp\left( 1.63 - \frac{9.7}{FC + 2} - \left( \frac{15.7}{FC + 2} \right)^2 \right) \qquad \text{식 (4.7-12)} \] \[ \text{세립분 보정 상수} = \exp\Bigg\{ \frac{1}{\text{FC = 세립분 함량, %}} \Bigg\} \]
여기서 \( C_N \)과 \( MSF \)는 식 (4.7-7), (4.7-8)을 사용하며, \[ m = 1.338 - 0.249 \cdot (q_{c1Ncs})^{0.264} \]
\[ MSF_{max} = 1.09 + \left( \frac{q_{c1Ncs}}{180} \right)^3 \leq 2.2 \]
최종적으로 \[ CRR = CRR_{7.5} \cdot K_\sigma \cdot MSF \]
여기서 \[ \begin{aligned} K_\sigma &= \text{상재압 보정계수} = 1 - C_\sigma \cdot \ln\left( \frac{\sigma_v}{P_a} \right) \\ C_\sigma &= K_\sigma \text{식의 상수} = \frac{1}{37.3 - 8.27 \cdot (q_{c1Ncs})^{0.264}} \leq 0.3 \end{aligned} \]
다. 전단파속도(VS)를 바탕으로 CRR 및 MSF를 계산하는 경우에는 다음의 방법 1)과 방법2)로 계산된 CRR 중 작은 값을 안전율 계산에 적용한다.
1) 방법 1
\[ CRR_{7.5} = \exp \Bigg\{ \frac{ (0.0073 \cdot V_{s1})^{2.8011} - 4.8981 - 0.0099 \cdot \ln(\sigma'_v) + 0.0028 \cdot FC + 0.4984 }{1.946} \Bigg\} \qquad \text{식 (4.7-13)} \]
\[ V_{s1} = C_V \cdot V_S \qquad \text{식 (4.7-14)} \] \[ \text{1기압 전단파 속도} = \text{상재압 보정계수} \times \text{전단파 속도} \]
\[ C_V = \text{상재압 보정계수} = \left( \frac{P_a}{\sigma'_v} \right)^{0.25} \leq 1.5 \qquad \text{식 (4.7-15)} \]
최종 CRR \[ CRR = CRR_{7.5} \cdot MSF \quad (MSF = 1.2165) \]
2) 방법 2
\[ CRR_{7.5} = 0.022 \cdot \left( \frac{V_{S1}}{100} \right)^2 + 2.8 \cdot \left( \frac{1}{V_{S1}^* - V_{S1}} - \frac{1}{V_{S1}^*} \right) \qquad \text{식 (4.7-16)} \]
\[ V_{S1} = C_V \cdot V_S \qquad \text{식 (4.7-17)} \]
\[ C_V = \left( \frac{P_a}{\sigma_v'} \right)^{0.25} \leq 1.4 \qquad \text{식 (4.7-18)} \]
\[ V_{S1}^* = \begin{cases} 215, & \text{for } FC \leq 5\% \\\\ 215 - 0.5 \cdot (FC - 5), & \text{for } 5\% < FC < 35\% \\\\ 200, & \text{for } FC \geq 35\% \end{cases} \qquad \text{식 (4.7-19)} \]
최종 CRR \[ CRR = CRR_{7.5} \cdot MSF \quad (MSF = 1.2987) \]
(7) 본 평가에서 액상화에 대한 안전율이 1 이하 또는 이 기준의 4.4에 따라 성능기반 내진설계를 수행하는 경우 액상화의 영향을 반영하여 기초 및 지반과 시설물의 안정성 평가를 수행한다.
① 액상화를 반영한 시설물의 안정성 평가는 시설물의 유형, 기초의 형식, 지반의 특성, 액상화로 인한 지반의 강도 저하를 고려한다.
② 액상화를 반영한 시설물의 안정성 평가 결과, 액상화로 인한 시설물의 안정성을 확보하지 못할 경우에는 대책방안을 수립하여 적용한다.