토목기사 요약/연약지반
관련 출제기준
편집- 연약지반
- 연약지반 개량공법
- 연약지반 측방유동
- 연약지반 계측
흙의 종류와 특징
편집유기질토 특징
편집♣♣ 09-1, 10-2
- 압축성 큼
- 2차 압밀침하량 큼
- 200-300%의 자연함수비
화강풍화토
편집특징 3가지 95-1
- 물로 포화되면 점착력이 0에 가까워져 전단강도 현저히 떨어짐
- 토립자가 파쇄, 세립화되기 쉬움
- 자연상태 투수성은 크나, 잘 다지면 불투수성이 됨.
- 사질토와 점성토 중간정도 압축성
기타
편집모래, 실트, 점토 등의 여러 크기 흙 입자가 섞인 것(92-1)
- 로움(loam)
흙의 성질
편집♣♣♣
공극비
- 함수비
건조 단위중량과 습윤 단위중량 사이의 관계식
편집♣♣♣
♣♣♣
지중응력 증가
편집집중하중에 의한 지중응력 증가(Boussinesq)
편집17-2
2:1 법
편집17-1
동상 현상
편집지배 요인 4(97-2)
- 동결온도 지속기간
- 흙의 투수성
- 모관 상승고
- 지하수위
동상현상이 일어나기 쉬운 조건 3(♣ 01-2, 03-2, 06-2)
- 동결온도 장기간 지속
- 실트질 지반
- 충분한 물의 공급(ice lens)
동상 대책
편집3가지(♣♣ 09-3)
- 조립의 차단층 설치
- 배수구 설치
- 동결심도 상부 흙을 동결하기 어려운 재료로 치환(자갈, 쇄석, 석탄재)
- 지표면 근처에 단열재료(석탄재, 코크스) 넣기
동결깊이
편집11-3, 19-3
- F : 동결지수(°C·day) = 0도 이하 온도 절댓값 × 지속시간(일)
- C : 지역에 따른 상수(3 - 5)
93-3, 95-1, 97-1, 00-1
수정 동결지수
- 표고차(m) = 설계노선 최고표고(m) - 측후소 지반고(m)
동결심도를 구하는 방법(99-5)
- 일평균기온으로 구하는 방법
- 동결심도계
- 열전도율로 구하는 방법
투수
편집투수계수 영향 인자(00-5, 02-2)
- 유효입경
- 물의 점성계수
- 합성 형상계수
- 공극비
실제 유속
편집08-1
다르시의 법칙에 의한 이론 유속과 실제유속이 다른 이유(08-1)
- 다르시의 법칙에선 흙 시료 전단면적을 가지고 계산한 것이고, 실제 물의 흐름은 공극의 단면적만큼 흐르기 때문.
유선망 특성
편집05-1
- 유선과 등수두선은 직교
- 유선, 등수두선으로 이루어지는 사변형은 정사각형(그림에서 a=b)
- 인접한 두 유선 사이의 침투수량은 동일
- 인접한 두 등수두선 사이의 손실수두는 동일
- 침투속도와 동수경사는 유선망의 폭에 반비례[1]
- 유선망 성립에 필요한 유로 수는 4~6개
등방 토질에서 침투유량
편집05-3, 08-2, 11-3
단위폭당 침투유량
-
- k : 투수계수
- h : 측정하는 두 지점 사이의 전손실수두
- nf : 유로 수
- nd : 등수두면 수
지하수 흐름의 기본
편집♣♣♣
- 전수두 = 위치수두 + 압력수두 + 속도수두
- 흙 속의 물의 흐름은 속도가 거의 없다고 보기 때문에 속도수두 = 0
- 따라서 전수두 = 위치수두 + 압력수두
- 수두를 구할 땐 기준면 설정이 중요
- 물 층만을 통과할 땐 (전)수두손실이 없다고 본다.
- 하방향 흐름 : 정수압보다 수압 감소, 유효응력 증가
- 상방향 흐름 : 정수압보다 수압 증가, 유효응력 감소
- 상방향 흐름이든, 하방향 흐름이든, 흙을 통과하면 수두손실이 생긴다. 상향 흐름은 흙 위쪽이 전수두가 더 작고, 하향 흐름은 흙 아래쪽이 전수두가 더 작다.
- 한계동수경사 ic : 유효응력이 0이 될 때의 동수경사. 분사현상, 보일링 현상 발생 시작. 파이핑으로 이어짐.
압력수두
편집피에조미터를 꽂았을 때 수압에 해당하는만큼 물기둥이 상승한다. 이 높이를 압력수두라 함.
위치수두
편집수두를 구할 때 기준면을 설정한다. 기준면으로부터 수두를 구하는 지점까지의 높이를 위치수두라 한다.
압밀
편집압축 계수
편집coefficient of compressibility 18-1
체적 변화 계수
편집18-1
체적 변화 계수(coefficient of volume compressibility; )는 압력의 증가에 대한 시료 체적의 감소 비율로 시료의 높이 변화로 표시한다. 체적압축계수(coefficient of volume change), 체적 변화율이라고도 한다.
- : 압축 계수
- : 초기 간극비
- : P1에서 간극비
- e2: P2에서 간극비
1차 압밀 침하량
편집17-1, 17-2, 18-3
과잉간극수압이 0이 되면 1차 압밀이 완료. 압축지수( )와 재압축지수( , 또는 팽창지수 )와 초기 간극비( ), 압밀층의 두께(H)가 주어졌다면,
(정규 압밀)
(과압밀, )
(과압밀, )
압축지수 경험식
편집♣♣♣ 17-1, 17-2, 18-1
(교란 점토 시료)
(불교란 점토 시료)
압밀도
편집허용압밀침하량과 압밀도
편집06-2, 12-1
6개월 허용 압밀침하량 25mm의 의미? 6개월이 됐을 때 남은 침하량이 25mm가 되도록 하겠다는 의미!!(성토 후 6개월동안은 200 - 25 = 175mm 침하 완료)
최종침하량이 200mm라면 6개월일 때 압밀도는
연직방향 압밀도, 수평방향 압밀도
편집평균압밀도
12-1, 12-2
지반개량과 강도증가(♣♣ 07-2, 08-3, 12-2)
추가되는 상재하중이 ΔP, 강도증가비 C/P, 평균압밀도 U, 개량 전 지반 강도 C라 할 때, 강도 증가량은
과압밀비
편집설명하는 문제 07-3, 12-1
- 과압밀비, OCR(Over Consolidation Ratio)
- 흙이 과거에 받았던 최대의 하중(선행압밀하중 ( ))과 초기유효상재하중( )의 비
- 선행압밀하중
- 흙이 과거에 받았던 가장 큰 크기의 하중을 선행압밀하중(preconsolidation pressure) 또는 압밀선행하중, 최대 유효상재하중. 선행압밀하중은 Casagrande가 1936에 제시한 방법에 의해 간극비 대 대수로 나타낸 하중 곡선상의 최대 곡률(최소 곡률반경) 점에서 그은 수평선과 접선의 이등분선이 곡선의 직선 부분의 연장선과 만나는 점으로 정한다.
- 정규압밀(NC ; Normal Consolidation)
- 과압밀(OC ; overconsolidation)
- 과소압밀
테르자기의 점증하중, 순간하중, 압밀시간
편집96-3
성토를 T의 기간동안 할 때, 성토를 점증하중으로 본다면 T 기간만큼, 순간하중으로는 T/2의 기간이 소요된다.
96-3
포화 연약점토지반 상에 성토작업을 1년 6개월에 걸쳐 시행. 성토작업을 점증하중으로 보는 경우, 시공 시작 후 2년 6개월 뒤 압밀침하량은, 순간하중으로 보는 경우 몇 개월 뒤의 압밀침하량과 같은가?
점증하중 1년 6개월 = 18개월
순간하중으로는 18/2 = 9개월과 동일.
시공 시작 후 2년 6개월 = 24 + 6 = 30개월
점증하중일 땐 18개월 + 12개월 = 30개월이었지만,
순간하중으로 한다면 9개월 + 12개월 = 21개월!
전단강도
편집간극수압 상승으로 인해 유효응력이 감소되고 사질토가 외력에 대한 전단저항을 잃게되는 현상은?(92-3, 97-2)
- 액상화현상(liquefaction). 이 문제 설명이 충분하지 않은 것 같음. 충격하중이나 지진하중 등이 있어야 액상화가 일어날텐데.
Kf 선과 Mohr-Coulomb 파괴포락선의 관계
편집92-3, 95-3
점성토 지반 개량공법
편집- 페이퍼드레인 공법
- chemico pile 공법 = 생석회 말뚝공법
- 다짐 모래말뚝공법(sand compaction pile, compozer 공법) : 사질토, 점성토 모두 사용.
두께 10-15m, N = 0에 가까운 실트질 연약지반 상에 5m 성토 시 적합한 지반처리공법(84-3)
- vertical drain
압밀과 보강효과를 동시에 노리는 공법3 (16-2)
- 프리로딩
- 샌드 드레인
- 페이퍼 드레인
치환공법
편집종류(04-3, 08-1, 17-2)
- 굴착치환
- 폭파치환
- 강제치환
강제치환공법
편집단점(18-3)
- 잔류침하 예상됨.
- 확실하게 개량되지 않음.
- 정량적인 설계가 어려움.
- 균일하게 치환하기 어려움.
- 압출에 의한 사면선단 팽창 발생.
연직배수공법(Vertical Drain)
편집연직 드레인 사용 시 침하판에 의해 압밀침하량, 공극수압 소산 정도를 계측하여 장래 침하량을 예측하는 방법(96-2)
- 쌍곡선법
- Hoshino법( 법)
- Asaoka법(직선법)
연직 배수 공법 설계 시 교란효과를 고려하기 위해 실무에서 쓰는 약식 설계법(00-4)
- Kallstenius 계산도표
- Kjellman 경험식
샌드 드레인 공법
편집=모래말뚝 공법
샌드 드레인(sand drain) 공법은 모래 말뚝(sand pile)을 박아서 배수거리를 짧게 만들어 점성토층의 압밀을 촉진시키는 공법이다.[2] 모래 말뚝을 일정한 간격(d)으로 박는다고 할 때, 유효 직경(영향원 지름, )은 다음과 같이 구한다.
03-1, 12-3, 19-3
- 정삼각형 배치일 때 :
- 정사각형 배치일 때 :
설치방법
07-2, 11-2, 18-1
- 압축공기식 케이싱(mandrel법, 타입식 케이싱)[3]
- water jet식 케이싱
- Rotary boring
- Earth auger
설계 시 수평방향, 연직방향 압밀계수를 같게 하는 이유는?(95-4)
- 타설 시 지반이 교란되므로
페이퍼드레인 공법
편집♣ 19-2
샌드 드레인에 비해 유리한 점 5가지
- 저렴한 공사비
- 빠른 시공속도
- 양호한 배수효과
- 깊이 방향에 대해 일정한 Drain 단면
- 타설에 의한 주변지반 교란이 없음.
drain paper의 구비조건(♣ 00-4, 06-1)
- 주변 지반보다 투수성이 클 것
- 투수성이 일정할 것
- 전단강도, 파단의 신장률에 있어 변형이 없을 것.
- 습윤강도가 클 것.
등치환산원 지름(cm) (07-1, 12-3, 19-3)
원과 직사각형 둘레가 서로 같은데 α만 기억하면 됨.
- α : 형상계수 0.75
- A : 드레인 페이퍼 폭(cm)
- B : 드레인 페이퍼 두께(cm)
Pack drain
편집sand drain에 비해 좋은 점(♣ 99-3, 04-1)
- drain 절단 없음
- 포대형 drain이 지면위로 올라오기 때문에 설계대로 시공되었는지 간단히 판단 가능
- 지름이 작아 모래 양이 적게 들고 경제적
- 4본 동시 시공 가능. 공기 단축
sand drain에 비한 단점 2가지(01-3)
- 연약지반 심도변화에 따라 타설심도 조절 어려움
- 동절기 공사 시 초기항타 어려움
- 동절기 공사 시 모래 품질관리 어려움
- 장비 규모가 커서 작업능력 저하. 안전관리 어려움.
다짐모래말뚝 공법
편집Sand compaction pile 시공순서(Youtube)(88-2)
- 내, 외관 지상 설치, 외관 하단에 모래, 자갈 넣기
- 내관으로 아래쪽에 있는 모래 마개를 때려서 외관을 소정의 깊이까지 관입
- 내관으로 모래 투입
- 외관을 인발하면서 내관을 낙하시켜 모래 압입
- 외관을 완전히 뽑아올림
부연설명 : 진동식 콤포저, 충격식 콤포저 공법이 있음.
생석회 말뚝공법
편집효과(♣ 00-3, 05-1, 12-2)
- 탈수, 건조, 팽창
기타 점성토 개량 공법
편집Bailer, 케이싱 해머를 사용해 점성토 지반에 자갈 또는 쇄석 기둥을 설치하여 연직배수를 촉진하는 공법은?(93-3, 97-3)
- 동치환공법(dynamic replacement method)
수분이 많은 점토층에 반투막 중공원통을 넣고 농도 큰 용액을 넣어 점토 속 수분을 빨아내는 방법. 상재하중 없이 압밀을 촉진할 수 있다. 이 방법은?(92-2, 99-3, 11-3)
- 침투압(MAIS) 공법
사질토 지반 개량공법
편집01-3
- 진동 다짐공법(vibro-flotation)
- 다짐 모래말뚝공법(sand compaction pile, compozer 공법) : 사질토, 점성토 모두 사용.
- 전기충격공법
- 폭파다짐공법
- 약액주입공법
- 동다짐공법(점성토 지반에 적용 시 동압밀공법이라 함) : 10-40t 강재블록 또는 콘크리트 블록을 10-30m 높은 곳에서 여러차례 낙하시켜 충격과 진동으로 지반개량. 매립지에도 쓰임(명칭 물어봄. 02-2)
진동 이용 공법
편집00-2
- vibro flotation
- 다짐 모래말뚝공법
- 동다짐 공법
- 폭파 다짐 공법
vibro-flotation
편집2m 길이 진동봉을 사출수와 함께 깊은 심도까지 관입. 횡방향 진동을 유발하여 다지면서 빈 구멍은 모래, 자갈로 채움(86-2 정의 쓰기, 96-5)
장점(86-2)
- 균일한 지반 다짐
- 깊은 곳 다짐을 지표면에서 할 수 있다.(깊이 20-30m)
- 지하수위 영향이 없다.
- 상부 구조물이 진동하는 경우에 효과적
동다짐공법
편집장점(♣ 01-1, 07-3)
- 지반 내 장애물이 있어도 가능
- 깊은 심도까지 개량 가능
- 전면적에 걸쳐 고르게 확실한 개량 가능
개량 심도 계산(95-5, 03-1)
- C : 토질계수(그냥 1 쓰더라고...)
- α : 낙하방법계수(0.3~0.7 중 평균값 0.5 쓰더라 그냥)
- W : 램 무게
- H : 낙하고
해안매립지, 쓰레기 매립지 지반개량에는 동다짐이 아니라 동압밀공법(94-4)
약액주입공법
편집주요목적 2가지(87-3)
- 지반 투수계수 감소
- 지반 압축률 감소
- 지반 강도 증대
주입재료 목적별 분류
편집(목적별 한가지 쓰기 92-1)
- 강도목적
- 시멘트계
- 물유리계 (규산 나트륨 )
- 요소계
- 우레탄계
- 지수목적
- 벤토나이트
- 아스팔트계
재료별 분류
편집주입재료 아무거나 3가지 쓰기(06-2)
비약액계 주입재료(09-2, 11-1, 17-4)
- 시멘트계
- 아스팔트계
- 점토계(벤토나이트계)
약액계(chemical grouting) 주입재료
- 물유리계
- 요소계
- 우레탄계
참고자료
- 이인모 (2014). 《기초공학의 원리》. 씨아이알.
주입공법 종류
편집3가지(03-1, 07-3)
- 침투주입공법
- 고압분사공법
- 혼합처리공법
- 컴팩션 주입공법
지반 내에 cement paste 고압분사, 시멘트 고결체 형성. 지반보강, 차수효과있는 공법은?(94-4)
- JSP
이중관 rod에 특수선단장치(rocket) 결합. 순결에 가까운 gel 상태 초미립 시멘트 혼합액을 사용하여 지반 grouting하는 방법은?(93-2, 96-4)
- SGR(Space Grouting Rocket system). 조금씩 들어올리면서 그라우팅하는 거임.
혼화제 이용 안정처리
편집지반안정액 종류 3가지(94-4)
- 시멘트
- fly ash
- 석회
- 아스팔트
목적(97-3)
- 흙의 개량
- 흙의 강도, 내구성 개량
- 급속 시공
강제 배수공법
편집3가지 97-1, 10-1, 16-4, 17-4
- well point 공법
- 침투압(MAIS) 공법 : 공기 촉박할 때 좋음(92-3)
- 대기압 공법(진공압밀공법) : 성토에 의한 재하중 대신 진공에 의한 대기압을 재하함.
- 장점 3가지(06-1)
- 대기압 이용. 재하중 필요 없음.
- 압밀 완료 후 철거 시간, 비용 없음.
- 짧은 공기
- 페이퍼 드레인과 병용하여 깊은 심도까지 압밀시킬 수 있음.
- 장점 3가지(06-1)
- 전기침투공법
일시적 배수 공법
편집- 특징
- 사질토, 실트질에 경제적.(88-3)
- 저하가능 최대 수위 : 6m. 이 이상은 2단 이상 설치(92-4)
- 스크린(screen) 상단을 항상 계획고보다 1.0m 정도 아래에, 동일 레벨 상에 설치하는 이유?(99-1, 12-2) : 공기유입방지, 웰포인트에서 떨어진 곳에서 용수발생 방지.
- 타입 간격(91-3) : 1-2m
deep well(94-4, 98-2, 01-2, 04-2) : 파이프 선단에 여과기 부착. 흡입펌프로 배수
- 적용 조건
- 투수계수 큰 사질토
- 용수량이 많아 well point 적용 힘든 경우
- heaving, boiling 발생 우려 있는 경우
- 주변 건물 있는 경우
sand mat(부사)
편집역할 ♣♣ 18-2
- 연약층 압밀 위한 상부배수층 형성
- 지하배수층이 되어 지하수위 저하
- 지하수위 상승 시 횡방향 배수. 성토지반 연약화 방지.
- 시공기계 주행성 확보
다짐
편집상대 다짐도
편집
공법
편집지표면 근처 흙을 적당히 다지기 위해 모래같은 입상토에 짧은 말뚝을 박는다. 이 말뚝을 뭐라고 하는가?(96-3)
- 다짐말뚝
액상화 대책
편집94-1, 96-1, 00-5
- 응력 변형 조건 바꾸는 방법 : sheet pile 설치, 지중연속벽 설치
- 진동 다짐공법(vibro-floatation) : 적용성으로 깊이 8m까지, N = 20정도까지 사질토 지반에서 유효하게 사용됨.
- 다짐 모래말뚝 공법
Geosynthetics
편집♣♣ 종류(08-2, 11-1, 16-4)
- Geotextile
- Geogrid
- Geocomposite
- Geomembrane
♣♣♣ 19-3 Geotextile 기능
배수기능, 필터기능, 보강 기능, 분리기능
참고
Geotextile 직조방법(97-2)
- 평직
- 능직
- needle punching
- 스판본드 니들펀칭(spunbonded needle punching)
팽창성 지반의 흙 성질 변화 방법
편집♣♣♣
- 다짐
- 침수공법(pre wetting)
- 흙의 안정처리공법
- 차수벽 설치
붕괴성 토질 지반개량
편집96-1
- 살수하며 롤러 다짐
- vibro floatation, ponding 공법 적용
- 기초 터파기에 염화칼슘 용액, 규산나트륨 용액을 채워 화학적 안정화
연약지반 측방유동 대책
편집18-3
- 뒤채움재 편재하중 경감
- 배면토압 경감
- 압밀촉진하여 지반강도 증대
- 화학반응에 의해 지반강도 증대
- 치환에 의한 지반개량
다음에서 설명하는 공법은?(89-1, 92-4)
- 축제 침하로 측방 융기가 생길 때 실행하여 균형을 잡아야 할 때 사용
- 지반 파괴가 일어나 침하가 일어나기 전에 제방 양쪽에 흙을 돋우어 압력을 균형시켜 흙의 이동을 적게하는 공법
→ 압성토공
각주
편집참고 자료
편집- 박영태 (2019). 《토목기사 실기》. 세진사.