개념 한 쪽
토목기사 점성토 지반개량공법 — 연직배수재와 압밀
점성토는 투수성이 낮아 압밀이 느리다. 샌드드레인과 페이퍼드레인 같은 연직배수재로 배수 거리를 줄이고, 재하중으로 압밀을 촉진한다. 배치 형식에 따른 유효지름과 등가 환산지름을 구분하는 것이 핵심이다. 동다짐의 원리, Carrillo 평균압밀도, 점성토에 부적합한 공법도 묻는다.
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뜻
연직배수재는 점성토 속에 배수 통로를 만들어 물이 빠져나가는 거리를 줄인다. 샌드드레인은 모래기둥을, 페이퍼드레인은 띠 모양 배수재를 지반에 넣는다. 배수재 하나가 영향을 미치는 범위를 유효원이라 하며, 정삼각형 배치에서는 유효지름이 간격의 1.05배, 정사각형 배치에서는 1.13배다. 여기서 유효지름은 배수재 자체의 지름이 아니라 배수재가 영향을 미치는 범위의 지름이므로, 배수재 지름과 혼동하면 안 된다.
페이퍼드레인은 단면이 원이 아니므로 원형 배수재와 같은 배수 성능을 내는 등가 환산지름으로 바꾼다. 폭 b, 두께 t, 형상계수 a를 쓰면 등가 환산지름은 d_w = a×2(b+t)/π다. 폭 10cm, 두께 0.3cm, 형상계수 0.75이면 d_w = 0.75×2×10.3/3.14 ≈ 4.92cm이다. 재료에는 두께를 빼고 계산한 값과 형상계수를 빼고 계산한 값이 섞여 있으므로, 문제에서 주어진 공식과 조건을 확인해야 한다.
연직배수와 수평배수가 함께 작용할 때의 평균압밀도는 Carrillo 공식으로 구한다. (1−U) = (1−Uv)(1−Uh)이므로, 수직방향 압밀도 Uv = 0.20, 수평방향 압밀도 Uh = 0.71이면 (1−U) = 0.8×0.29 = 0.232이고 U = 0.768이다. 두 압밀도를 단순히 더하면 안 된다.
점성토는 투수성이 낮아 약액을 간극에 침투시키는 침투주입 공법을 적용하기 어렵다. 대신 샌드드레인, 페이퍼드레인, 재하공법, 심층혼합공법 등으로 압밀을 촉진하거나 지반을 고결시킨다. 개량 후에는 압밀도와 지지력이 설계 기준을 만족하는지 확인한다.
수직과 수평 배수를 함께 고려한 평균압밀도는 Carrillo 공식 U = 1−(1−Uv)(1−Uh)로 구한다. Uv가 0.20, Uh가 0.71이면 1−0.8×0.29인 약 77%다.
동다짐은 무거운 햄머를 높은 곳에서 떨어뜨려 지반을 다지는 공법이다. 점성토는 투수성이 매우 낮아 침투압 공법이나 폭파다짐 공법이 적합하지 않다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① 배치 계수 — 정삼각형 배치의 유효지름을 간격의 1.13배로 적은 선지가 오답이다. ② 등가 환산 — 페이퍼드레인의 등치지름을 구할 때 두께나 형상계수를 빠뜨린 값이 오답이다. ③ 평균압밀도 — Carrillo 공식 대신 Uv와 Uh를 단순 합산한 값이 오답이다.
④ 압밀도형 — U=1−(1−Uv)(1−Uh)이다. 0.20과 0.71이면 약 77%다. ⑤ 적용성형 — 동다짐은 햄머 낙하로 다지고, 점성토에는 침투압·폭파다짐이 적합하지 않다.
자주 묻는 물음
- 샌드드레인의 간격과 유효지름은 어떤 관계인가요?
- 정삼각형 배치에서는 유효지름이 간격의 1.05배, 정사각형 배치에서는 1.13배입니다. 유효지름은 배수재 자체의 지름이 아닙니다.
- 페이퍼드레인의 등가 환산지름은 어떻게 구하나요?
- d_w = a×2(b+t)/π로 구합니다. 폭 10cm, 두께 0.3cm, 형상계수 0.75이면 약 4.92cm입니다.
- 수직·수평 배수를 함께 고려한 평균압밀도는 어떻게 구하나요?
- Carrillo 공식 (1−U) = (1−Uv)(1−Uh)를 씁니다. Uv = 0.20, Uh = 0.71이면 U = 0.768입니다.
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