유한요소해석을 통한 반응성 연직배수공법이 적용된 지반의 배수특성 평가

Abstract

현재 연약지반 개량을 위하여 가장 널리 사용되고 있는 연직배수공법은 연약지반의 압밀 촉진을 통한 침하를 조기에 유도하여 안정화시킴으로써 향후 구조물 등의 축조시에 침하를 방지하기 위한 목적으로 수행되는 공법이다. 그러나 연약지반이 오염되었을 경우에는 별도의 지반정화작업을 완료한 후 연직배수공법을 적용하거나, 별도의 지상 플랜트를 설치해서 연직배수공법으로 배수된 오염수를 정화해야한다. 새롭게 고안된 반응성 연직배수공법은 연약지반에 연직배수공법을 적용함에 있어 오염된 지반인 경우 별도의 다른 공정없이 연약지반의 압밀 촉진과 함께 배수되는 지하수 또는 간극수의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 공법으로서, 연직배수재 내부에 반응성 매질이 충전된 칼럽이 관입된 형태를 가지고 있으며 그 개념도는 다음 그림1과 같다. 본 연구에서는 반응성 연직배수공법의 설계를 위하여 유한요소 해석을 실시하고, 반응성 물질 및 차단막의 시공길이, 외부배수층 설치 유무, 지반개량에 따른 오염물질 유출량, 최소반응시간 등의 영향인자에 대한 분석을 수행하였다. 해석결과 외부 배수층의 유무와 상관없이 반응성 배수재 외부 불투수막의 길이가 길어질수록 압밀속도가 느려지는 것으로 나타났다. 최소반응시간의 확보를 위해 설치되는 반응성 물질 외부차단막의 외측에 배수층이 있는 경우 배수층이 없는 경우에 비하여 압밀속도가 빠른 것으로 나타났으며, 간극수압 90% 소산시점을 기준으로 하였을 때는 약 10~16일 정도 더 빠른 것을 알 수 있었다. 또한 유출량을 산정한 결과 배수층이 없는 경우 평균 4.53㎥정도 유출이 적게 일어났으나, 차단막의 길이와 유출량은 큰 상관관계가 없는 것으로 나타났다. 반응물질을 통과하여 흐르는 오염물질의 제거를 위해서는 최소반응시간의 확보가 중요한데, 반응성 물질의 최소통과시간은 물질의 투수계수와 막의 길이에 비례하므로 설계 시에는 오염물질 정화를 위한 최소반응시간을 고려하여 차단막의 길이를 결정해야 하며, 그 후에 시공조건과 공사기간을 고려해서 외부배수층의 설치 여부와 차단막의 최종길이를 결정해야 할 것이다.