연약지반 방파제의 압밀침하 평가 기법

Abstract

최근 국내에서 건설되고 있거나 계획 중인 신항만은 많은 경우 연약지반 지역에 위치하고 있어 항만 건설에 많은 어려움을 겪고 있으며, 특히 정온역 확보를 위해 시공되는 방파제의 경우에는 연약지반 위에서 안전성을 확보하기 위해 엄청난 비용을 투입하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 경제적이면서도 안전성을 확보할 수 있는 연약지반용 방파제 개발이 시도되고 있다(門司剛至 등, 1989; 권오순 등, 2001; 권오순 등, 2002). 연약지반 방파제는 압밀침하를 최소화하기 위해 부력통을 설치하여 자중을 감소시키고 수평파력은 지중벽을 설치하여 지반과 구조물의 점착력과 수동토압 등으로 저항하도록 하고 있다. 방파제의 자중을 감소시켜 압밀침하를 억제함과 동시에 구조적인 형상으로 인해 압밀침하가 감소할 것으로 예측되어, 이에 대한 평가를 위해 개발된 방파제 모형에 대하여 모형 토조실험과 수치해석을 실시하였다. 연구결과, 연약지반 방파제에서는 재하 하중이 지반의 항복하중 이상이 되면 급격히 침하가 발생하는 관입전단파괴의 파괴양상을 보이는 것을 알 수 있었다. 따라서 이로 인한 영향을 고려하기 위하여 압밀침하량 곡선 e-logP 곡선에서 사용하는 법을 적용하였다. 실험결과에서 얻어진 시간-침하량곡선으로부터 법을 이용하여 도출한 즉시 침하량을 전체 침하량에서 뺀 값을 순수한 압밀침하량으로 보고 수정한 하중-압밀침하량 곡선을 구한 결과 전형적인 압밀하중-침하량 곡선을 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 본 연구에서 적용한 법을 이용하여 즉시 침하량을 도출하는 방법이 어느 정도 타당성이 있음을 의미한다. 연약지반 방파제는 기초의 형상이 복잡하여 실무에서 사용하고 있는 Terzaghi(1943)의 1차원 압밀이론에 근거한 약식 계산법을 그대로 적용하기에는 어려움이 있다. 그러나 실제 현장의 설계에서 모든 경우에 대한 유한요소해석이나 실해역 재하실험을 실시할 수 없으므로 1차원 압밀침하 계산방법에 의한 결과와 실험결과에 대한 상관관계를 도출할 필요가 있다. 그림 2는 모형실험에서 얻어진 압밀침하량과 지중벽 끝단을 기준으로 하여 계산된 1차원 압밀침하량을 비교한 그림이며, 그림 3은 2차원 유한요소해석을 이용하여 같은 방법으로 계산한 1차원 침하량을 비교한 것이다. 그림을 보면 본 연구에서 제안한 연약지반 방파제에서는 지중벽 끝단 위치를 압밀하중 작용점으로 두고 1차