확폭도로성토체로 사용된 경량기포혼합토의 특성과 현장 적용성

Abstract

본 연구는 하부연약지반의 지반개량없이 경량기포혼합토공법(슬러지 단위중량 10kN/m3)을 적용하여 하중을 경감함으로서 단기간에 확폭시공된 도로성토체에 대한 품질 및 성능평가와 현장 적용성에 대한 연구로 이를 위해 경량기포혼합토의 일축압축강도, 모관상승고, 투수계수, 미세구조, 현장계측에 대한 연구가 수행되었다.

시공 후 각각 1개월과 5개월 경과 후 샘플링 된 공시체에 대한 일축압축강도시험 결과 모든 공시체가 목표일축압축강도인 500kPa을 만족하는 것으로 나타났다. 다만 공시체의 샘플링 위치에 따라 값에 차이가 발생하는 것으로 보아 전 구간에 걸쳐 균질하게 경량기포혼합토가 시공되었다고는 볼 수 없을 것 같다. 현장코어와 실험실 공시체의 일축압축강도를 비교해보면 약 19%정도 강도 차이가 발생되므로 이를 고려한 배합설계가 실제 경량기포혼합도 현장적용에 요구된다. 모관상승고 시험 결과 70시간동안 20cm 가까이 모관상승이 발생되었는데, 이것은 경량기포혼합토 내에 미세한 공극이 존재하기 때문이다. 모관상승은 곧 재료의 단위중량 증가를 유발하므로 경량기포혼합토의 설계와 유지관리 시 각별한 주의가 요구된다.

모관상승고 시험 외 투수시험도 같이 실시한 결과 본 연구에 사용된 경량기포혼합토의 투수계수는 4.857×10-6cm/sec로 점토보다는 약간 큰 값을 갖는 것으로 나타났다. 물과 관련된 경량기포혼합토의 특성변화를 뒷받침하기위해 경량기포혼합토의 미세구조에 대한 연구도 아울러 진행되었다. 사진을 통한 미세 구조 분석 결과 경량기포혼합토 내의 기포는 다양한 크기로 존재하며, 위치별 기포의 분포는 거의 일정한 것으로 밝혀졌다. 또한 기포 안에 아주 많은 미세한 공극들이 존재하여 물에 의해 경량기포혼합토가 포화상태에 가까이 도달될 수 있음이 밝혀졌다. 이미지를 이용한 간극률 산정도 같이 이루어졌다.

현장 계측결과을 종합하면, 현재까지 시공된 성토체에 큰 문제는 없는 것으로 나타났다. 도로 개통 후 전달하중에 의한 하부 연약지반의 시간 경과에 따른 압밀침하관계는 현장에서 측정 되어진 계측결과(1.5cm 침하)를 이용하여 압축지수와 압밀계수를 재평가하여 정규압밀 점토의 1차원 압밀이론과 수치해석을 이용하여 산정한 결과 현재 연약지반의 평균압밀도는 32%로 나타났다. 120개월 후 예상되는 최종침하량이 약 4.5cm로 침하량 허용기준 10cm에 훨씬 못 미치는 거동을 보일 것으로 판단되었다. 이상의 결과를 종합해 볼 때, 확폭도로성토체에 대규모로 시공된 경량기포혼합토가 성공적으로 적용되었음을 알 수 있다.

This study is conducted to find out the characteristics and field application of the embankment of road extension constructed by the lightweight air-mixed soil (slurry density 10kN/m3) for a short-term without any soft ground improvement. To confirm the characteristics and field application of lightweight air-mixed soil, compressive strength, capillary rise height, permeability coefficient, micromorphology, field measurement of the lightweight air-mixed soil are studied.

Compression strengths of the specimens sampled at the site after 1 and 5 months of construction are all satisfied the required strength 500kPa. However, it is not convinced the homogeneity construction, because the values of strength are depending on the sampled location. Strength difference between laboratory and site specimens are found about 19%, and thus it should be considered for mixing design. Capillary rise is reached about 20cm for 70 hours because of a numerous tiny pores existed inside the lightweight air-mixed soil. The capillary rise causes increase the density of the lightweight air-mixed soil, and thus it is required to pay attention on this phenomenon during design and maintenance of the structure constructed by the lightweight air-mixed soil.

In addition to capillary rise, permeability test also is conducted. The coefficient of permeability is about 4.857×10-6cm/sec, which is a little bit higher than a clay's permeability. To verify the effect of water on the lightweight air-mixed soil, the structure of that is analyzed in detail. Various size air bubbles are existed inside the lightweight air-mixed soil, and its distribution with a location is almost constant. A numerous tiny pores are existed inside the air bubbles so that the lightweight air-mixed soil can be saturated due to water. Porosity is also estimated through the image analysis.

Based on measurement data, the expanded road embankment constructed by the lightweight air-mixed soils is well maintained so far. Relationship between settlement and time of the soft ground placed underneath the expanded embankment is estimated by using the measured data and back analysis technique. The current average consolidation ratio and the final settlement after 120 months later are estimated about 32% and 4.5cm, respectively. This settlement is much less value than the allowable settlement 10cm for this structure. Synthetically, It can be concluded that the lightweight air-mixed soil used for embankment of road extension is successfully applied.