PBD공법 (Plastic Board Drain) 평해황씨(平海黃氏) 검교공파(檢交公波) 27세손 2400736 황세훈(黃世勳) 연일정씨(延日鄭氏) 감무공파(監務公派) 32세손 2600743 정지은(鄭智恩) 덕수이씨(德水李氏) 집의공파(執義公派) 29세손 2701210 이호진(李浩珍)
연약지반이란? 일반적으로 연약지반은 토질분류상 점토, 실트 계열의 토질로서 지하수위가 높아 함수비가 클 경우 과도한 침하발생과 측방변형으로 인하여 성토체와 구조물의 안전에 영향을 주는 지반이라고 정의 할 수 있다.
<연약지반이 갖는 문제점>
<연약지반 분포> 우리나라의 연약지반은 내륙지방의 충적점토와 해안지방의 해성점토 지반으로 구분되며, 생성 환경상 주로 하천주변, 해안지역, 자연제방의 배후습지, 연약매립지(쓰레기, 준설토 등), 저습한 농경지 등으로 분포하고 있다.
<연약지반의 판정기준> 구 분 이탄질 및 점토질 지반 사질토 지반 층두께 10m 미만 10m 이상 - N치 4이하 6이하 10이하 qu(KN/m2) qc(KN/m2) 80이하 120이하 400이하 주) qc : 콘관입저항, qu : 일축압축강도
<토질 특성에 따른 연약지반 판정기준> 구 분 토층 및 토질 구분 토 질 정 수 Wn(%) eo qu (KN/m2) N치 이탄질 지 반 고유기질토 (Pt) Peat 섬유질 고압축토 300이상 7.5이상 40 이하 1이하 흑니 분해가 진척된 고 유기질토 300-200 7.5-5.0 점토질 세 립 토 유기질토 소성도 A선 이하의 유기질토 200-100 5.0 -2.5 ≒0 4이하 화산회질 점토 소성도 A선 이상, 화산회질 2차 퇴적 점성토 Silt 소성도 A선 이하, Dilatancy대 100-50 2.5 -1.25 Clay 소성도 A선위 그 부근 Dilatancy대 사 질 사 질 토 SM, SC #200번체 통과량 15~50% 50-30 1.25-0.8 10이하 SP-SC SW-SM #200번체 통과량 15% 이하 30이하 0.8이하
<구조물 종류에 따른 개략적인 연약지반 판정기준> 구조물의 종 류 지 반 상 태 토 질 정 수 판 정 토질 두께 N치 qu (KN/m2) qc 함수비 (%) 도 로 - 2이하 25이하 125이하 초연약 2-4 25-50 125-250 연 약 4-8 50-100 250-500 보 통 고속도로 이탄층 4이하 50이하 연약지반 점성토 사질토 10이하 철 도 2m이하 100이상 5m이하 50이상 10m이하 30이상 30m이하 지지층 신간선 200이하 정밀조사필요 2-5 200-500 연약층이 두꺼우면 추가조사필요 5이상 500이상 연약지반이 아님 건 축 필 댐 20이하
지반개량 지반을 직접 또는 간접적으로 강화, 안정시키는 공법으로 치환 개량 공법, 주입공법, 선행재하공법, 연직배수공법, 전기침투공법, 소결공법, 동결공법등이 있다. 주요공법 내용 치환공법 연약층의 일부 또는 전부를 제거하여 양질의 토사로 치환하는 공법 선행재하공법 지반에 미리 설계하중 이상의 하중을 재하(성토)하여 압밀을 촉진시키는 공법 연직배수공법 지중에 적당한 간격으로 연직방향의 모래기둥, 페이퍼, 플라스틱 등 배수재를 설치하여 수평방향 배수거리를 단축하여 압밀을 촉진시키는 공법. 선행재하공법과 병행 모래다짐공법 지중에 모래 또는 쇄석의 다짐말뚝을 만들어 탈수촉진, 다짐, 모래기둥 등으로 지반의지지력을 증가시키는 공법 동다짐, 동압밀 공법 진동기나 중량의 추를 낙하시켜 지반을 다지는 공법. 사질토-동다짐공법, 점성토-동압밀공법 약액주입공법 생석회, 시멘트밀크, 물유리 등의 약액을 연약지층에 주입시켜 지반강도를 증가시키는 공법
<연직 배수공법 비교> 구분 Plastic Board Drain Pack Drain Menard Cylindrical Drain Sand Compaction Pile 공법개요 연약층에 투수성이 양호한 Plastic Board Drain을 타입하여 간극수를 배출시키는 공법 (직경: 5cm 환산직경) Sand Drain공법의 단점인 절단 가능성을 제거하기 위해 합성섬유팩에 모래를 충진하여 압밀을 촉진시키는 공법(직경: 12cm) Filter로 둘러싸인 연성원형 주름관을 연약 지반내 타설하고 압밀을 촉진시키는 공법 (직경: 5cm) 연약층에 Sand Pile을 타입하여 간극수를 배출시켜 압밀을 촉진시키는 공법 (직경: 40cm) 특징 -타입시 지반교란이 적고 재질이 균질 -타 공법에 비하여 경제적인 공법 -심도가 깊을 경우 Wall Resistance에 의한 압밀 지연우려가 있음 -Drain재 절단 가능성이 적음 -4축 또는 6축을 동시에 시공하므로 속도가 빠름 -타설 심도가 불규칙할 경우 시공성 저하 -재질이 균질하며, 타입시 지반교란이 적음 -국내 시공실적이 저조 -Filter 및 배수성능에 대한 평가 자료가 부족 -투수효과가 확실함 -불균질한 지층에서 작업성이 양호 -국내 시공실적이 많음 -Drain재 절단 가능성이 큼 최대 심도 20m / 33m 20~25m / 50~60m 25m / 50~60m 40m (평균) 경제성 저렴(1,300원/m) 보통(2,200원/m) 보통(1,800원/m) 고가(16,000원/m) 적용성 -재료의 구입 및 경제성에서 타공법에 비하여 유리하고 시공성이 뛰어남 -인근현장에서의 시공사례가 많음 경제성에서 PBD에 비해 다소 떨어지며, 연약층 심도가 깊을 경우 시공성에서 불리 Wall Resistance 영향이 거의 없어 압밀효과가 우수하여 적용성이 높으나 공사비가 PBD에 비하여 고가이므로 경제적인 측면에서 적용성이 떨어짐 Drain 직경이 커서 배수효과는 양호하나 성토고가 높을 경우 측방유동에 의한 배수재 절단 가능성이 있고, 공사비가 타 공법에 비해 고가이므로 적용성이 떨어짐
PBD(plastic board drain) 내부코어- 배수용량 및 여과면적이 크고 내구성이 커야 하며 시공 성이 우수하고 수분에 의한 수축이나 변형이 발생하여서는 안 된다.
PBD ->시공성이 뛰어남 얕은 심도 시 공사비 저렴 공장제작으로 자재공급 및 운반취급이 용이 ->시공자재의 조달이 쉽다 국내 시공실적이 많음 ->시공성이 뛰어남 얕은 심도 시 공사비 저렴 시공한계 : 35m 주로 Mandrel(케이싱) 식에 의한 타입시공 1,300원/m
PBD설계 시공순서 판형유공관 집수정 설치 Vertical drain타설 성토 및 압밀 방치 여성토 제거 표층처리 착수 전 준비 저면 매트 부설 수평 배수 층 설치 배수 층 두께 확인 PBD시공 판형유공관, 집수정설치 재하성토+물푸기 침하, 계측 관리 재하토 제거 후속공정시공 표층처리 판형유공관 집수정 설치 Vertical drain타설 성토 및 압밀 방치 여성토 제거 시공순서 판형유공관 집수정 설치 Vertical drain타설 성토 및 압밀 방치 여성토 제거 표층처리 계측결과를 분석하여 잔류 침하에 대한 안정성이 확보된 경우 여성토 제거 -원 지반 상단에 저면 mat(pp mat)포설 -저면 mat상단에 sand mat를 부설 각 구간별로 1.5m/월의 성토속도로 성토를 한 후 압밀 방치를 실시 Sand mat상단에 pbd를 타설 -pbd는 sand mat상단으로부터 여유길이 40cm를 확보
Vertical drain 타설 지표면 정지 작업 기준점 설치 위치 허용오차± 15cm 타설위치 표시 수직도 허용오차 2° Mandrel 수직도 유지 타설심도 허용오차 ± 0.5m 이내 설계 심도까지 타입 지표면 상단 30cm에서 절단 Mandrel 인발 다음 타설위치로 이동
Vertical drain 타설 지표면 정지 작업 기준점 설치 위치 허용오차± 15cm 타설위치 표시 수직도 허용오차 2° Mandrel 수직도 유지 타설심도 허용오차 ± 0.5m 이내 설계 심도까지 타입 지표면 상단 30cm에서 절단 Mandrel 인발 다음 타설위치로 이동
PBD공법의 문제점&신공법 *PBD의 Anchor plate 단면이 커 smear zone과다 -> 배수층 단면 감소 신청기술명: 케이싱 저부 및 앙카 슈가 V형인 2측 시공이 가능한 P.B.D(Plastic Board Drain) 타입 공법 (2008.10.24 한국건설교통기술평가원)
PBD공법의 문제점&신공법 HQ PBD *드레인재의 따라오름에 따른 smear zone *수직도, 정착 심도 관리의 어려움 석정 건설 High Quality Plastic Board Drain 공법
PBD공법의 문제점&신공법 X- PBD *지반침하의 발생으로 드레인 재에 굴곡, 꺾임,꼬임 등의 변형이 나타나 압밀을 지연 엑스포 건설 X-PBD 특허 제 10-0636310호 X형 코어를 구비한 PBD공법의 배수재
경인고속도로 직선화 건설공사(4공구)
구간별 토질분석 구 분 검토구간 ( STA. ) 검토단면 연약층심도 ( m ) 계 획 고 압밀촉진공법적용여부 1구간 구 분 검토구간 ( STA. ) 검토단면 연약층심도 ( m ) 계 획 고 압밀촉진공법적용여부 1구간 0+000~0+280 0+180 14.50 15.00 필요 2구간 0+280~0+600 0+380 5.50 13.00 3구간 3-1구간 0+980~1+400 1+240 16.50 16.55 3-2구간 1+400~1+640 1+560 5.00 12.58 무처리 4구간 1+820~2+460 2+280 7.98 12.30 5구간 5-1구간 2+460~2+580 2+480 5.16 8.68 5-2구간 2+580~2+800 2+660 11.11 6.16
PBD시공사례 Preloading 수평배수층 Pet mat 연약 점성토 PBD시공
제1구간 연약지반 처리계획 개요
제1구간 연약지반 처리계획 개요 구 분 성토고 (m) 압밀도 (%) 성토기간 (개월) 방치기간 압밀기간 단 계 성 토 구 분 성토고 (m) 압밀도 (%) 성토기간 (개월) 방치기간 압밀기간 단 계 성 토 1차 성토 5.0 95 3.3 1.0 4.3 2차 성토 4.0 2.7 3.7 3차 성토 4차 성토 2.85 1.9 1.3 3.2 계 15.85 - 10.6 14.9 총 소요공기 14.9 개월 ( Sand Mat 및 PBD 시공기간 별도) 압밀/발생침하량 148.77cm / 141.92cm 잔류 침하량 6.8cm ( < 10cm, 허용잔류침하량) PBD 타설간격 : 1.8m × 1.8m, 정사각형배치 Pre-loading 높이 성토계획고 15.00m + 0.85m(교통하중+포장층 고려)
현장사진 현황 측량 원 지반 정지
P.P & Pet mat 포설 Sand mat 포설
수평배수관 집수정 Pbd 시공
저면 Mat 배수기능 ; 연약지반 압밀배출수를 유출시키는 기능 필터기능 ; 세립자의 이동을 차단시키는 기능 분리기능 ; 조립토와 세립토의 혼합을 방지하는 기능 보강기능 ; 인장강도 발현으로 흙 구조물의 역학적 안정성 증진 기능
토목섬유 재료특성 밀 도 1.38 g/㎤ 0.9 ~ 0.91 g/㎤ 변형 및 강도특성 작은 변형과 큰 강도특성 토목섬유 재료특성 구 분 P.E.T(polyester) P.P(polypropyplene) 밀 도 1.38 g/㎤ 0.9 ~ 0.91 g/㎤ 변형 및 강도특성 작은 변형과 큰 강도특성 큰 변형과 작은 강도특성 Creep 특성 일정한 하중이 주어졌을 때 변형이 발생하다 신속히 변형이 없는 안정한 상태를 보임. 일정한 하중이 주어졌을 때 시간에 따라 변형이 지속적으로 발생. 토목섬유 사용도 32%(두번째로 많이 사용) 65%(가장 많이 사용)
적용성 구 분 P.E.T(polyester) P.P(polypropyplene) 적 용 성 구 분 P.E.T(polyester) P.P(polypropyplene) 적 용 성 - 물보다 비중이 크므로 수중시공이 가능 하며, 우천시에도 유지관리 용이 - 길이방향으로 초기신도에서 높은 인장 강도 유지하며 단위중량이 높아 접지력 이 우수 - 비중이 작아 운반 및 시공용이 - 길이와 폭 방향으로 인장강도 유지 - 강도보강 기능보다 Filter기능 기대 기대효과 - 우천․수중 시공이 가능하고 장비주행 성 확보 및 사면보강기능. - 재료분리 및 Filter 기능으로 적합 적용구간 전구간
Plastic board 표시침
십(十)자로 2.2m간격 앵커플래이트
맨드랠 관입 측정
현장에서 PBD공법 선정 이유 모래 채취의 어려움 경제성
공법간 가격비교 Plastic drain board Pack drain Menard Cylindrical Drain
시공시 문제점 Plastic board의 불량 막힘 현상 최근 board의 개량으로 해결 앵커플래이트 불량으로 보드가 빠지는 경우 센서가 달려서 불량시 반응
PBD계획 토질조사 압밀침하,지지력검토 재하하중계산 버티칼드레인설계 공기공사비검토 시공
PBD 간격 따른 분석 연약지반 처리기간이 24개월인 점을 감안하여 P.B.D 타설간격을 연약지반 구간에 따라 1.4m~2.2m 범위가 적정할 간격범위로 검토되었다.
초음파 봉합 폴리올레핀계 코어 부직포(PP,PET)
환경오염방지 신공법 앵커플레이트가 필요없는 플라스틱 보드 드레인 시공장비 2007년 08월 13일㈜효광건설 앵커플래이트
Q&A
감사합니다