송도 Multiplex 지반 설계.

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1 송도 Multiplex 지반 설계

2 CONTENTS 설계하중 조건 역학시험결과 침하량 및 압밀 기간 산정 침하량 및 압밀 기간 산정 연약지반 처리 개요 결론 -
- Pre-Loading 공법 적용 침하량 및 압밀 기간 산정 - - 연직배수 공법 적용 연약지반 처리 개요 결론

3 설계하중 조건 건축물 현황 건물형식 : 철근콘크리트(지하 1층, 지상 5층) 대지면적 : 3,500m2 기초면적 : 1,028.16m2 설계하중 조건 설계하중 상부 구조물 하중은 사하중(고정하중)과 활하중만 고려함 구분 구조물하중 (tonf) 사하중(고정하중) 3, m3 × 2.5 tonf/m = 8, tonf 활하중 m2 × 0.5 tonf/m2 × 6EA = 2, tonf 총하중 = 11,106.77tonf 구조물 기초 설계하중 11, tonf ÷ 1, m2 = tonf/m2

4 역학시험 결과 공 번 심도 (m) 일축압축강도 삼축압축강도 압밀시험결과 USCS qu kg/cm2 St CUU Cc Pc
공 번 심도 (m) 일축압축강도 삼축압축강도 압밀시험결과 USCS qu kg/cm2 St CUU Cc Pc NSB - 3 -5.0~-5.8 0.005 - 0.85 0.25 CH -8.0~-8.8 0.14 7.11 0.80 0.45 -11.0~-11.8 0.18 8.56 0.81 0.6 -14.0~-14.8 0.49 9.67 0.78 0.69 AVE. 0.20 8.44 0.562 역학시험결과 요약 // 평균값을 사용한다는 것을 짚고 넘어간다!

5 연약지반 설계기준 1) Preloading 공법 적용 2) 연직배수공법 적용 지반의 종류 흙쌓기 속도 적용 O 검토조건
압밀기간 적용 물성치 배수조건 상부배수처리 잔류침하량기준 60개월 평균값 적용 양면배수 Sand Mat 50cm 시공 단지부와 구조물부 별도 계산 2) 연직배수공법 적용 압밀기간 적용 물성치 배수조건 상부배수처리 잔류침하량기준 15개월 평균값 적용 양면배수 Sand Mat 50cm 시공 단지부와 구조물부 별도 계산 흙쌓기 속도 지반의 종류 흙쌓기 속도 적용 두꺼운 점토지반 및 유기질토가 두껍게 퇴적된 이탄토 지반 0.9 m/month 보통의 점토질 지반 1.0 m/month O 얇은 점토질 지반 및 유기질토가 거의 끼지 않은 얇은 이탄토 지반 3.0 m/month

6 연약지반 설계기준 허용잔류침하량은 상부 구조물의 중요도 및 경제성 등을 고려하여 결정되어야 함 가능한 한 작은 값이 바람직함
허용잔류침하량 기준 허용잔류침하량은 상부 구조물의 중요도 및 경제성 등을 고려하여 결정되어야 함 가능한 한 작은 값이 바람직함 1) 단지부의 허용잔류침하량 <허용잔류침하량> 조 건 허용잔류침하량(cm) 비 고 건설부 (연약한 지반의 조사, 설계와 시공) 10.0 ~ 30.0 성토가 계속되는 구간 5.0 ~ 10.0 교량 등 접속부 성토 한국 도로공사 (포장공사 완료 후의 노면 요철) 10.0 도로설계요령 국내 고속도로 및 국도

7 <최대해용침하량(건축기초 구조설계 기준)>
연약지반 설계기준 2) 구조물 기초부의 허용잔류침하량 <최대해용침하량(건축기초 구조설계 기준)> (a) 압밀침하의 경우 (단위 : cm) 구조종별 콘크리트블록조 철근콘크리트 기초형식 연속 (포) 기초 독립기초 전면기초 표 준 값 2 5 10 10 ~ (15) 최 대 값 4 20 20 ~ (30) 본 설계에서는 단지부는 30cm, 구조물기초부는 3cm로 기준 (b) 즉시침하의 경우 (단위 : cm) 구조종별 콘크리트블록조 철근콘크리트 기초형식 연속 (포) 기초 독립기초 전면기초 표 준 값 1.5 2.0 2.5 3.0 ~ (4.0) 최 대 값 3.0 4.0 6.0 ~ (8.0) 자료 : 토질역학, 이재현 편저, 세진사

8 연약지반 설계기준 하중조건에 따라 침하량 계산결과에 미치는 영향이 다름 침하토 하중은 침하량에 미치는 영향이 큼 상재하중
상재하중 조건 하중조건에 따라 침하량 계산결과에 미치는 영향이 다름 침하토 하중은 침하량에 미치는 영향이 큼 상재하중 성토고에 따른 부지조건의 제약을 무시함 단계성토에 따른 성토를 실시 성토하중은 흙 쌓기재의 단위중량으로 환산 재하 하기로 함 본 설계 Case 1~ 10 이 무엇인지ㅡㅡ 최종 상재하중 조건 하중조건 적용 흙 쌓기 하중 단계별 1.0m 증가

9 침하량 및 압밀 기간 산정 심도에 따른 압축지수의 변화 거의 없음 연약지반 성과분석 결과 구 분 특 징
침하량 산정법 심도에 따른 압축지수의 변화 거의 없음 연약지반 성과분석 결과 구 분 특 징 초기간극비(e0)법 시험 Data가 많아 e-logP 곡선의 분산이 클 경우 침하 산정이 어려운 이론적 방법으로 실제로는 거의 사용하지 않는다. 체적압축계수(mv)법 과압밀 영역에서는 mv의 분산정도가 높아 오차가 많으나 정규압밀 영역에서는 비교적 정도가 좋은 것으로 알려져 있다. 압축지수(CC)법 Cc는 e-logP 관계에서 직선으로 표시되나 실제 하중 별로 역 S형태로 나타나므로 Cc분산이 클 경우 과대 평가되는 경향이 있다. Skempton- Bjerrum 법 Terzaghi 이론은 1차원 압밀로 수평변위가 없는 상태로 적합하다. 도로와 같이 국부 재하시 측방변위에 따라 과잉 간극수압 발생 크기가 달라지므로 보 정이 필요하다. 3차원으로 구한 간극수압과 1차원 압밀을 합한 형태로 논리성이 결여되어 있다. Lambe 응력검토법 현장 응력조건과 같은 2차원 상태로 침하량을 산정하므로 논리적으로 타당하다. 현장 응력체계 결정, 시험의 고난이 등 실무적으로 사용하기에 곤란한 면이 있다. 응력이력에 따른 침하량 산정이 용이한 압축지수(Cc)법 이용 지중응력 증가 효과를 고려 침하량 산정 방법

10 침하량 및 압밀 기간 산정 Preloading 공법 적용 산정 조건 성토재 단위중량 2.0 t/m2 연 약 점 토 층
압축지수(Cc) 0.532 초기간극비(e0) 3.08 압밀계수(Cv) cm2/sec 재압축지수(Cs) 0.0665 재압축지수(Cs) Cs = (1/5~1/10) × Cc Cs = (1/8) × Cc 를 사용, Cc = 사용 성토재의 단위중량은 1.9 t/m^2 으로 가정함. 재압축지수=팽창지수 Cs= (1/5~1/10)*Cc 1/8*Cc 사용

11 침하량 및 압밀 기간 산정 Preloading 공법 적용 압밀 침하량 산정식 압밀도 산정식
정규압밀 상태 (Pc ＜ P0) 과압밀 상태 (Pc ＞P0) - P0+ ΔP＜ Pc 일 때 - P0 ＜ Pc ＜P0+ ΔP일 때 압밀 기간(침하시간) 산정식 성토재의 단위중량은 1.9 t/m^2 으로 가정함. 재압축지수=팽창지수 Cs= (1/5~1/10)*Cc 1/8*Cc 사용

12 구조물터파기 고려한 연약층11m에 대한 발생침하량
침하량 및 압밀 기간 산정- 구조물부 Preloading 공법 적용 구조물부 Preloading 검토 허용 잔류 침하량 : 3cm 구분 연약층후 성토고 Po ΔP Po+ΔP 압밀침하량 S 압밀기간 압밀도 압밀도에따른 발생침하량 구조물터파기 고려한 연약층11m에 대한 발생침하량 구조물시공후 잔류침하량 판정 (m) (t/㎡) (cm) (개월) (%) 구조물 시공시 11.0 3.57 9.27 12.84 96.02 Pre-Loading 성토고 0.0 m 14.0 0.0 0.00 60.0 81.3 N.G 성토고 1.0 m 1.0 1.90 5.47 5.09 4.14 3.25 92.76 성토고 2.0 m 2.0 3.80 7.37 31.30 25.45 20.00 76.02 성토고 3.0 m 3.0 5.70 53.19 43.27 33.99 62.02 성토고 4.0 m 4.0 7.60 11.17 71.00 57.74 45.37 50.65 성토고 5.0 m 5.0 9.50 13.07 85.99 69.94 54.95 41.06 성토고 6.0 m 6.0 11.40 14.97 98.95 80.48 63.24 32.78 성토고 7.0 m 7.0 13.30 16.87 110.36 89.76 70.53 25.49 성토고 8.0 m 8.0 15.20 18.77 120.55 98.05 77.04 18.98 성토고 9.0 m 9.0 17.10 20.67 129.75 105.53 82.92 13.10 성토고 10.0 m 10.0 19.00 22.57 138.15 112.36 88.29 7.73 성토고 11.0 m 20.90 24.47 145.87 118.64 93.22 2.80 O.K

13 침하량 및 압밀 기간 산정- 구조물부 Preloading 공법만 적용 Preloading에 따른 압밀침하량
그래프 범례, X,Y축 수정 Preloading에 따른 압밀침하량 Preloading에 따른 잔류침하량

14 침하량 및 압밀 기간 산정- 단지부 Preloading 공법 적용 단지부 Preloading 검토
허용 잔류 침하량 : 30cm 구분 연약층후 성토고 Po ΔP Po+ΔP 압밀침하량 S 압밀기간 압밀도 압밀도에따른 발생침하량 부지정지후 잔류침하량 판정 (m) (t/㎡) (cm) (개월) (%) 부지정지 14.0 1.00 3.57 1.90 5.47 62.03 Pre-Loading 성토고 0.0 m 0.0 0.00 60.0 81.3 N.G 성토고 0.5 m 0.5 0.95 4.52 2.82 2.29 59.74 성토고 1.0 m 1.0 5.09 4.14 57.89 성토고 1.5 m 1.5 2.85 6.42 24.76 20.14 41.89 성토고 2.0 m 2.0 3.80 7.37 44.82 36.45 25.57 O.K 성토고 2.5 m 2.5 4.75 8.32 62.45 50.79 11.24 성토고 3.0 m 3.0 5.70 9.27 78.16 63.57 성토고 3.5 m 3.5 6.65 10.22 92.34 75.11 성토고 4.0 m 4.0 7.60 11.17 105.27 85.62 성토고 4.5 m 4.5 8.55 12.12 117.13 95.27 성토고 5.0 m 5.0 9.50 13.07 128.10 104.19

15 침하량 및 압밀 기간 산정- 단지부 Preloading 공법 적용 Preloading에 따른 압밀침하량

16 Pre-Loading 공법을 적용한 지반의 계량
침하량 및 압밀 기간 산정 Preloading 공법 적용 Pre-Loading 공법을 적용한 지반의 계량 구분 허용침하량 총 성토고 흙쌓기 속도 총 시공기간 구조물부 3cm 11m 1.0m/month 60개월 단지부 30cm 2m 비경제적 연직배수공법 적용 압밀기간 : 장기화 높은 성토고 : 토공비 및 공기의 과다 Preloading 공법만 사용시, 압밀기간의 장기화에 따른 공기가 너무 길고, 성토고가 높아 토공비 및 공사기간의 과다로 비경제적으로 연직배수공법을 함께 적용한다.

17 침하량 및 압밀 기간 산정 연직배수 공법 적용 설계 지반 정수 1.875 × 10-3 3.206 × 10-4
연직배수공법 검토 설계 지반 정수 수직압밀계수 Cv (cm2/sec) 수평압밀계수 Ch 수직투수계수 kv (cm/sec ) 수평투수계수 kh 1.875 × 10-3 3.206 × 10-4 9.35 × 10-8 2.81 × 10-7 해석조건 총 하중(tonf/m2) PBD간격 (m) 배열 총시공기간 (month) 허용잔류침하량 (cm) 10.8 2.4 정사각형 15 단지부 : 30.0 구조물부 : 3.0

18 침하량 및 압밀 기간 산정 연직배수 공법 적용 압밀도산정(Hansbo의 제안식) – 용어 및 식 요약
연직배수공법 검토 압밀도산정(Hansbo의 제안식) – 용어 및 식 요약 ds = 드레인 주위의 교란영역의 직경(Hansbo : ds=2dm 적용) dm = Cone, Casing의 직경 ks = Smear Zone의 수평투수계수(cm/sec) kh = 비교란 점토지반의 수평투수계수(cm/sec) = 수직배수재의 직경 = 드레인 통수 능력 L = 드레인의 배수길이 kw = 수직배수재의 투수계수(cm/sec) = 교란영역(Smear Zone)의 직경비 A = PBD의 폭, 일반적으로 10cm B = PBD의 두께, 일반적으로 0.3cm a = 형상계수, 보통 0.75

19 침하량 및 압밀 기간 산정 연직배수 공법 적용 압밀도산정(Hansbo의 제안식) * Th F 1.61 7.711 = 3.25
연직배수공법 검토 압밀도산정(Hansbo의 제안식) * 여기서, 드레인 간격 영향+Smear Zone 영향+Well Resistance 영향 = 7.711 Th F 1.61 7.711 = 3.25 n 55 = 1.498 ks ds dw 2×kh 22 4.918 = 2.963 L z qw 14 7 1.46×10-5

20 침하량 및 압밀 기간 산정 연직배수 공법 적용 ※ U=1-(1-Uv)(1-Uh) 압밀기간 별 압밀도 산정 t(개월) Tv Th
0.010 0.113 11.24 11.10 21.09 2 0.020 0.227 15.89 20.97 33.53 3 0.030 0.340 19.46 29.74 43.41 4 0.040 0.454 22.48 37.54 51.57 5 0.050 0.567 25.13 44.47 58.42 6 0.060 0.680 27.53 50.63 64.22 7 0.069 0.794 29.73 56.11 69.16 8 0.079 0.907 31.78 60.98 73.38 9 0.089 1.021 33.71 65.31 77.01 10 0.099 1.134 35.54 80.12 11 0.109 1.247 37.27 72.59 82.80 12 0.119 1.361 38.93 75.63 85.12 13 0.129 1.474 40.52 78.33 87.11 14 0.139 1.588 42.05 80.74 88.84 15 0.149 1.701 43.52 82.88 90.33 16 0.159 1.814 44.95 84.78 91.62 17 0.169 1.928 46.33 86.47 92.74 18 0.179 2.041 47.68 87.97 93.70 19 0.188 2.154 48.98 89.30 94.54 20 0.198 2.268 50.26 90.49 95.27

21 구조물터파기 고려한 연약층11m에 대한 발생침하량
침하량 및 압밀 기간 산정- 구조물부 연직배수 공법 적용 구조물부의 연직배수공법 검토 허용잔류침하량 : 3cm 구분 연약층후 성토고 Po ΔP Po+ΔP 압밀침하량 S 압밀기간 압밀도 압밀도에따른 발생침하량 구조물터파기 고려한 연약층11m에 대한 발생침하량 구조물시공후 잔류침하량 판정 (m) (t/㎡) (cm) (개월) (%) 구조물 시공시 11.0 3.57 9.27 12.84 83.62 성토고 0.0 m 14.0 0.0 0.00 15.0 90.33 N.G 성토고 1.0 m 1.0 2.00 5.57 6.70 6.05 4.76 78.86 성토고 2.0 m 2.0 4.00 7.57 42.74 38.60 30.33 53.28 성토고 3.0 m 3.0 6.00 9.57 70.99 64.13 50.39 33.23 성토고 4.0 m 4.0 8.00 11.57 93.87 84.79 66.62 16.99 성토고 5.0 m 5.0 10.00 13.57 113.08 102.15 80.26 3.36 성토고 6.0 m 6.0 12.00 15.57 129.66 117.12 92.02 O.K 성토고 7.0 m 7.0 14.00 17.57 144.22 130.27 102.36 성토고 8.0 m 8.0 16.00 19.57 157.21 142.01 111.58 성토고 9.0 m 9.0 18.00 21.57 168.94 152.61 119.90 성토고 10.0 m 10.0 20.00 23.57 179.63 162.26 127.49 성토고 11.0 m 22.00 25.57 189.45 171.13 134.46

22 침하량 및 압밀 기간 산정- 구조물부 연직배수 공법 적용 연직 배수공법에 의한 압밀침하량 연직 배수공법에 의한 잔류침하량
연직배수공법 검토 연직 배수공법에 의한 압밀침하량 연직 배수공법에 의한 잔류침하량

23 침하량 및 압밀 기간 산정- 단지부 연직배수 공법 적용 단지부의 연직배수공법 검토 허용잔류침하량 : 30cm 구분 연약층후
성토고 Po ΔP Po+ΔP 압밀침하량 압밀기간 압밀도 압밀도에따른 발생침하량 부지정지후 잔류침하량 판정 (m) (t/㎡) (cm) (개월) (%) 부지정지 14.0 1.00 3.57 2.00 5.57 52.54 성토고 0.0 m 0.0 0.00 15.0 90.33 N.G 성토고 0.5 m 0.5 4.57 3.72 3.36 49.18 성토고 1.0 m 1.0 6.70 6.05 46.48 성토고 1.5 m 1.5 3.00 6.57 25.66 23.18 29.36 O.K 성토고 2.0 m 2.0 4.00 7.57 42.74 15.00 38.60 13.93 성토고 2.5 m 2.5 5.00 8.57 57.69 52.11 0.42 성토고 3.0 m 3.0 6.00 9.57 70.99 64.13 성토고 3.5 m 3.5 7.00 10.57 82.97 74.95 성토고 4.0 m 4.0 8.00 11.57 93.87 84.79 성토고 4.5 m 4.5 9.00 12.57 103.86 93.82 성토고 5.0 m 5.0 10.00 13.57 113.08 102.15

24 침하량 및 압밀 기간 산정- 단지부 연직배수 공법 적용 연직 배수공법에 의한 압밀침하량 연직 배수공법에 의한 잔류침하량
단지부의 연직배수공법 검토 연직 배수공법에 의한 압밀침하량 연직 배수공법에 의한 잔류침하량

25 Pre-Loading 공법을 적용한 지반의 계량
침하량 및 압밀 기간 산정 연직배수 공법 적용 연직배수 공법을 적용한 지반의 계량 구분 허용침하량 총 성토고 흙쌓기 속도 총 시공기간 구조물부 3cm 6m 1.0m/month 15개월 단지부 30cm 1.5m Vs Pre-Loading 공법을 적용한 지반의 계량 Preloading 공법만 사용시, 압밀기간의 장기화에 따른 공기가 너무 길고, 성토고가 높아 토공비 및 공사기간의 과다로 비경제적으로 연직배수공법을 함께 적용한다. 구분 허용침하량 총 성토고 흙쌓기 속도 총 시공기간 구조물부 3cm 11m 1.0m/month 60개월 단지부 30cm 2m

26 연약지반 처리 개요 설계기준 처리 공법 설계방법 목적 : 상부배수 및 장비의 주행성 확보 허용잔류침하량 기준 연직배수공법
Sand Mat 단계 성토 처리 공법 연직배수 후 잔류 침하량 강도증가율 산정 지지력 산정 구조물기초설계 설계방법

27 참고문헌 1) 점성토 교란 분석 및 설계 적용성에 관한 연구, 장효완,김연정,심윤섭, www.yooshin.co.kr
2) 토질역학, 이재현 편저, 세진사 3) 연약 지반 개량공법 4) 교수님 강의 자료( 연약지반 개량부분) 5) 도로설계기준편람 , 건설교통부 6) 기초공학 . 다스 편저

28 감사합니다 Q & A