부산항 신항 연약지반의 압밀지연과 침하속도를 이용한 침하예측에 대한 연구

Abstract

연약한 점성토 지반에 여러 가지 구조물을 축조할 경우 과대한 침하 또는 지지력 부족 등으로 많은 지반공학적인 문제가 발생하게 된다. 특히, 부산 가덕도 주변 해안은 신항만 건설로 인하여 준설매립이 활발히 진행되고 있으나, 여러 현장에서 준공후 과대한 잔류침하가 발생하는 등의 문제가 발생하고 있다. 이는 준설점토로 매립된 초연약지반에서 지반조사의 어려움으로 지반의 물리적․역학적 특성을 정확히 파악하지 못하는 문제와 설계단계의 이론적인 침하량이 실제 현장에서 발생하는 침하량과 상이하지만 이에 대한 대처가 부족하여 지반개량의 품질이 낮게 된 것이 원인으로 판단된다. 준설점토로 매립된 현장의 경우 원지반점토와 준설점토의 침하량이 상당히 크게 발생하며, 침하 양상도 다른 특징을 보이는 것이 일반적이다. 또한, 설계단계에서 산정된 이론적인 침하량은 실제와 다른 경향을 보이는 경우가 많으므로 시공중 역해석을 통하여 이를 확인하고 필요시 대책수립이 필요하지만 현재까지 이러한 과정이 제대로 이루어지지 않고 있는 실정이다. 본 연구에서는 신항만 지역 현장에서의 설계, 시공 및 계측 자료를 바탕으로 이들의 상관성을 비교분석하여 준설매립된 초연약지반에서의 지반개량시 발생하는 문제를 평가하고 이를 개선할 수 있는 방안을 연구하였다. 또한, 지반개량도 평가시 일반적으로 사용되고 있는 침하분석에 대하여 보다 정도를 높일 수 있는 침하속도를 적용한 새로운 분석방법에 대하여 연구하였다. 연구 결과, 연구대상 지역의 실측침하량을 이용하여 역해석한 결과 압밀계수비(ch/cv)는 1.15 ~ 1.90으로 설계시 압밀계수비 2.50보다 작게 산정되어 압밀지연 현상이 발생하였음을 확인하였다. 압밀지연과 관련된 인자들에 대한 영향을 확인하기 위하여 설계시 적용된 지반정수와 실제 시공시의 계측자료를 이용하여 이론침하량을 산정한 결과와 점토층 심도와의 관계를 분석한 결과 점토층 심도가 두꺼울수록 압밀지연이 크게 발생하는 것으로 나타났으며, 특히, 연약층 심도가 35m 이상되는 구간에서는 이론침하량에 비해 실측침하량이 작게 발생하므로, 연약층 심도가 35m 이상일 경우 설계 및 시공중 압밀지연에 대한 고려가 필요한 것으로 나타났다. 압밀침하의 기간에 영향을 미치는 인자 중 압밀계수비와 투수계수저하비가 압밀기간에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 연구대상 현장의 설계 시 압밀계수비는 2.5이나, 역해석 결과는 1.15 ~ 1.90일 때 RMSE가 최소가 되는 것으로 나타났다. 이는 실제 측정된 침하속도 감소율이 이론적인 침하속도 감소율에 비해 작게 나타난 것으로도 확인할 수 있다. 지반개량도 평가시 장래침하량 예측 및 압밀도 평가를 위한 침하량분석방법에 대하여 쌍곡선법, 아사오카법 등 기존의 분석방법 외에 침하속도를 이용한 새로운 분석방법을 제안하였으며, 이론침하량과 실측침하량을 이용하여 검증한 결과 오차가 쌍곡선법에 비해 평균 57%, 아사오카법에 비해 평균 63%낮게 나타나 정도가 높은 방법임이 확인되었다. 다만, 분석결과는 연구대상 현장에 대한 예측결과이므로 조건이 다른 다양한 현장의 계측결과 분석을 통한 검증이 필요할 것으로 판단된다.