1. 서론

현재 도심지에서 인구집중으로 인하여 교통 체증 해소를 위한 방편으로 교통 시설의 확충 및 지하철 건설이 활발히 이루어지고 있다. 도심지 대규모 굴착 공사는 기존 구조물에 인접하여 대규모 굴착공사를 수행하게 되었다. 도심지에서의 굴착 공사로 인하여 발생하는 지표침하 및 흙막이 벽체의 변위에 의해 인접 구조물과 토류 구조물 자체의 안정성에 영향을 받을 수 있으므로 주의를 기울여야 한다.

흙막이 구조물 설계시, 지표 침하 및 벽체 변위 예측 방법은 기존 연구자들에 의해 제시된 예측기법을 적용하고 있는 실정이다. 흙막이 벽체의 효율적인 설계를 위해서는 굴착에 따른 지반, 벽체의 거동분석을 정확하게 예측하는 것이 필수적이며, 단계적인 굴착에 따른 지반의 변화와 이에 따른 벽체변위 역시 사전에 정확하게 예측되어 설계에 반영 하여야한다. 설계에 사용되는 방법들은 대상지반이 점토 또는 모래 지반을 대상으로 연구되어졌으므로 다양한 지반 조건에서의 벽체 변위를 예측하는 데는 무리가 있다. 시공 중에는 계측을 통하여 발생하는 벽체 변위에 따라 흙막이 구조물의 안정성을 평가하고 있다. 그러나 기존 연구자들에 의해 제시된 흙막이 벽체 변위 예측 방법들은 다양한 특성을 지닌 현장 여건을 제대로 반영하기 어려운 근본적인 문제점으로 인해 예측된 변위와 실제 시공시 발생하는 변위에는 차이가 있다. 벽체 변위에 영향을 주는 인자로는 굴착 깊이, 벽체 강성, 지하수위 변화, 시공방법, 벽체 근입 깊이, 버팀보 간격 등 여러 가지 매개 변수에 영향을 받는다. 그러므로 벽체 변위에 관하여 앞서 언급한 매개 변수에 관하여 연구되어져야 한다. 따라서 본 연구에서는 앞서 언급한 변수들 중 지하수위와 벽체 강성에 따른 벽체, 지반거동을 분석하여 지하수위와 벽체강성이 지반 및 벽체 변위에 미치는 영향에 대하여 주안점을 두고 본 연구를 수행하였다.

1.1 기존 연구

단계별 굴착에 따른 지표 침하와 영향 범위에 관하여 기존 연구자들에 의하여 연구되어 졌다. Terzaghi and Peck (1967)에 따르면 모래지반인 경우 굴착 공사 시 인접 지표에 하중이 큰 얕은 기초가 있다해도 굴착으로 인한 침하 범위는 굴착 깊이에 해당되는 수평거리를 벗어나지 않는다. 만약 인접 지표에 하중이 없다면 침하는 수평 거리의 절반을 넘지 않는다. 또한 느슨한 모래나 자갈 지반에서는 굴착 공사시 지보재가 적절하게 설치된다면 최대 지표 침하량은 굴착 깊이의 약 0.5%를 초과하지 않을 것으로 보이나 이 정도의 침하량도 구조물에 충분히 손상을 줄 수 있다고 언급하고 있다.

Peck(1969)은 현장 계측 결과로부터 연약한 점토 지반을 중심으로 굴착에 따른 인접 지표의 침하 크기와 분포를 토류벽으로부터의 수평 거리에 따라 굴착 깊이에 의한 무차원량으로 표시하고 크게 3영역으로 분류하여 나타냈다. 이것은 굴착 공사시 다양한 조건 아래에서 예상할 수 있는 침하에 대한 개략적인 산정 방법을 제시하고 있다. 침하가 일어나는 벽체배면의 침하영향거리에 주안점을 두었으며, 점착력이 있는 지반에서의 침하에 대한 계측자료 분석을 통하여 경험적인 지표침하곡선을 제안하였다. 이 결과 매우 연약한 점토 및 연약한 점토에서는 굴착 깊이의 2%보다 큰 침하가 발생되며, 굴착 깊이의 3배에서 4배의 거리까지 침하가 발생하는 것으로 제안하였다.

O'Rourke(1975)는 굴착 대상 지반이 조밀한 모래 지반과 단단한 점토가 있는 모래 지반에서 시공 수준이 양호한 경우, 현장 측정 결과로부터 굴착에 따른 인접 지표의 침하 포락선으로서 최대 침하량은 토류벽 부근에서 약 0.3%H (H:굴착깊이), 최대 침하 영향거리는 토류벽으로부터 2.0H를 제안하였다. 이 때 침하곡선은 모든 굴착 단계에서 곡선의 기울기가 토류벽쪽으로 갈수록 급하게 나타나는 형태를 띄고 있다고 하였다.

Goldberg(1976)는 버팀굴착시 지반 조건, 지보 종류, 토류벽의 종류를 구별하지 않고 종합적으로 분석했을 때 최대 침하량,(δ_vm)은 최대 수평 변위(δ_hm)의 1/2～1(1/2)범위에 속하고 있으며, 대부분의 경우 최대 수평 변위 2/3～1(1/3)범위에 속한다고 하였다. 연약점토 지반에서는 최대 연직 변위가 일반적으로 최대 수평 변위를 초과하며 그 변위의 범위는 변위량이 커질수록 증가한다. 이러한 차이는 굴착 현장에 인접한 지하수위의 변동으로 인한 압밀 침하라고 판단하였다. 매우 단단한 점토 지반의 경우 최대 침하량의 평균치는 1/2δ_hm～1(1/2)δ_hm의 범위에 속한다. 또한, 토류벽의 변위 양상과 침하 분포의 상호 관계를 유한요소해석으로 분석한 결과, 토류벽의 모든 변위 양상을 고려해 보았을 때 굴착 바닥면 아래의 움직임을 최소화시키는 것이 중요하다는 사실을 지적하고 있다.

Clough and O'Rourke(1990)는 토류벽의 최대 수평 변위는 평균적으로 H의 0.2%, 최대 침하량은 굴착 깊이의 0.15% 정도였으며 이때 침하량보다 수평 변위가 큰 값을 보이고 있다고 하였다. 또한 토류벽의 형태가 상이해도 최대 수평, 수직변위에는 큰 차이를 보이지 않았다. 유한요소해석을 실시하였는데 물성치는 단단한 지반에 해당하는 전형적인 입력치를 사용하였으며 지반은 탄성거동을 한다고 가정하였다. 지반의 강성, 토류벽의 강성, 지보재 간격, 측압 계수 등을 변화시켜 해석한 결과, 토류벽의 최대 수평 변위는 굴착 깊이에 따라 0.2%H 근처의 선형적인 거동을 보여 관측된 결과와 일치하고 있다. 이러한 조건에서의 지반은 강성이 커서 구조 부재에 대한 요구가 최소화되기 때문에 토류벽체의 강성과 지보 간격은 변위에 작은 영향만을 줄 뿐이며 오히려 지반의 탄성 계수와 측압 계수가 훨씬 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한 모래와 조립토로 형성된 지반에서는 최대 지표 침하량은 0.3%H 이내, 최대 침하 영향거리는 토류벽으로부터 2H이며, 단단한 점토지반에서의 최대 지표 침하량은 0.3%H 이내, 최대 침하 영향거리는 3H이며 침하량의 분포는 토류벽에서 떨어짐에 따라 감소하는 삼각형 분포를 나타낸다고 하였다.

Ou et al.(1993)는 현장 계측 데이터 결과로 부터 굴착하는 동안 대표적으로 2가지의 일반적인 침하 현상이 있다고 하였다. 첫째, 토류벽에서 일정 거리만큼 떨어진 곳에서 최대 침하가 발생하는 경우, 둘째, 토류벽에 거의 인접한 부근에서 최대 침하가 발생하는 경우로 나눌 수 있다. 첫 번째 경우는 후속 굴착 단계와 비교했을 때 초기 굴착 단계에서 비교적 작은 토류벽 수평 변위와 지표 침하가 발생한 경우에 해당되며, 두 번재 경우는 초기 굴착 단계에서 비교적 큰 토류벽의 수평 방향 변형이 발생할 때 토류벽 가까이에서 큰 지표침하로 이어질 수 있는 경우에 해당된다. Hong(2012)는 C.I.P(Cast in place)벽체를 역해석하여 벽체의 수평변위 및 토압의 분포등 변형거등을 예측하였다.

본 연구에서는 축소모형실험을 실시하여 벽체 변위, 지표 침하, 지중 변위를 측정하여 지반굴착으로 인한 흙막이 벽체, 주변 지반 거동 및 지중 변위에 영향을 미치는 인자들에 관하여 분석을 수행하여 지수위에 따른 개발벽체의 효과 검증을 수행하였다.

2. 축소모형 실험

2.1 개요

본 연구에서는 대심도 굴착 시 벽체의 거동 및 지반의 거동분석을 수행하기 위하여 적절한 상사비를 적용하여 모형 토조를 이용한 축소 모형실험을 수행하였다. Yoo (2008)가 제시한 벽체의 강성에 따른 영향분석 및 지하수위 조건에 따른 벽체 및 지반거동을 분석하기 위하여 PIV기법을 사용하였으며, 개발 벽체인 CS-H 벽체(Soil Cement Hybrid)와 기존 C.I.P 벽체(Cast in place)를 제작하여 벽체 종류에 따른 다양한 지하수위 조건에서의 지반 및 벽체변위를 분석하였다.

2.2 모형토조 및 포화장비

본 연구에서는 Fig. 1와 같이 1200mm × 440mm × 800mm(폭 × 너비 × 높이)의 모형 토조를 사용하였다. PIV 분석을 수행하기 위하여 20mm 두께의 투명한 아크릴 평면판으로 제작되었으며 토압으로 인한 아크릴 판의 변형을 방지를 위해 토조 전면, 후면의 상부와 하부에 철제 프레임으로 구속하여 측면 변형(배부름)을 방지하였다.

토조 전면부를 보았을 때(Fig. 2) 왼쪽부분을 너비 200mm인 지하수위를 조절 할 수 있는 저수기능을 가질 수 있도록 두께 20mm, 너비 400mm, 높이 500mm의 아크릴 평면 판에 총 50개의 직경 5mm의 구멍을 뚫은 후 토사 유출 방지를 위하여 부직포로 아크릴 판을 감싸 지하수위 조절 파트를 제작하였다. 또한 총 10개의 강관을 설치하여 버팀보의 개념으로 토압을 견딜수 있도록 하였다.

지반을 포화할 때 지반이 교란되지 않도록 하기 위하여 RPM 조절이 가능한 정량펌프를 사용하여 일정한 유입량의 물을 지속적으로 공급하여 지하수위를 조절 할 수 있도록 제작 하였다.

Fig. 1.

Schematic view of test box along with test box used in this study

Fig. 2.

Saturation Process

2.3 벽체 제작 및 버팀보 제작

본 연구에서는 차수성과 벽체강성을 높인 개발벽체인 CS-H(soil cement hybrid) 벽체와 기존 C.I.P(Cast in place)벽체를 사용하였는데 차수성에 대한 정밀한 비교분석을 하기 위하여 기존공법대비 차수성능을 향상시킨 C.I.P Secant Pile를 제작하였다. 또한 본 실험에서 벽체제작시 벽체의 휨강성을 바탕으로 하여 상사법칙을 적용하였으며 개발벽체인 CS-H(soil cement hybrid) 벽체와 C.I.P(Cast in place)벽체의 중첩길이는 Fig. 3과 같다.

Fig. 3.

Cross-section and schematic view of walls used in this study

위의 각각의 벽체의 중첩길이를 바탕으로 Fig. 4와 같이 PVC 파이프를 이용한 양생틀을 제작하였다. 양생틀은 PVC파이프를 이용하여 사용하였는데 CS-H 및 Secant 파일의 양생틀의 제원은 Fig. 4와 같다. 실제 시공순서와 동일하게 모사하기 위하여 양생틀을 지반속에 삽입한 후 양생을 시킨후 앞서 양생시간별 압축실험을 수행하여 산정한 18시간의 양생시간을 적용시킨 뒤 양생틀을 제거하여 벽체를 사용하였다(Fig. 7). 또한 본 실험에서는 콘크리트를 사용하여 벽체를 제작하였는데 콘크리트 벽체의 경우 시멘트 물 비율 40%로 하여 모래와 혼합하여 사용하였다. 본 실험에서 벽체가 파괴되지 않고 변위가 발생하여 실험결과를 비교할 수 있는 시멘트 모래비를 산정하기 위하여 시멘트 모래비가 각각 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5의 혼합비를 산정하여 압축강도실험을 수행한 결과(Fig. 5) 강도로 측정된 시멘트 모래 비 1:4를 적정 혼합비로 산정하였다. Fig. 6은 압축강도실험 수행결과이다.

Fig. 4.

Cement curing formwork for wall construction

Fig. 5.

Compressive strength test results

Fig. 6.

Compressive strength test results for curing time selection

실제 도심지 굴착 현장에서의 시공 순서와 시공 방법을 모사하기 위하여 스트럿 즉 모형 버팀보를 제작하였다. 두께 10mm인 아크릴을 띠장형태로 제작하였는데 지반 굴착에 의하여 발생하는 배면토압을 버팀보에 전달하기 위하여 띠장의 폭은 벽체의 폭과 같이 하였으며 버팀보의 상세제원은 Fig. 8과 같다. 또한 버팀보 후면 강봉 뒷부분에 스프링을 설치하여 지반굴착 및 벽체지지시 스프링 변형에 따른 버팀보 변위량을 측정하였고, Fig. 9와 같이 스프링 하중 실험을 통해 측정된 스프링계수를 토대로 버팀보 작용 하중을 검토하였다.

Fig. 7.

Concrete walls used in laboratory experiment both CS-H and CIP

Fig. 8.

Configuration of strut and strut in use

Fig. 9.

Spring constant measurement

2.4 모형 지반

본 실험에서는 모형지반으로 모래(주문진 표준사)를 이용하여 조성하여 지반굴착시 벽체의 성능을 평가였다. Fig. 10은 조성한 모래에 대한 입도분포 곡선과 함께 입도 분포 특성지수를 보여주고 있으며 유효입경(D₁₀) 0.44mm, 균일계수(C_u) 1.41, 곡률계수(C_c) 0.92로 측정되어졌다.

Fig. 10.

Grain size distribution

균질한 지반과 상대밀도를 일정하게 유지하기 위하여 강사기를 사용하였다. 균질한 지반을 확인하기 위하여 사전 예비 실험을 통하여 강사용 강사기의 적정높이를 분석하였다. 또한 일정한 부피의 캔을 이용하여 실험 후 상대밀도를 측정하였으며 실험 종료 후 상대밀도를 측정 한 결과 상대밀도 60% 지반을 조성하였을 때 모래의 단위중량은 16kN/m³, 상대밀도 60% 지반을 조성하였을 때 모래의 단위중량은 18.24kN/m³이다. 또한 모래의 전단 응력을 구하기 위하여 대형직접 전단 시험을 수행 한 결과(Fig. 11) 지반조성에 사용한 모래는 점착력 0kPa, 최대전단 마찰각 38°을 특성을 갖는 것으로 분석되어졌다.

Fig. 11.

Shear resistance parameters of sand

2.5 계측 장비

본 실험에서는 지하수위 및 벽체 강성이 지반에 미치는 영향을 파악하고자 벽체 변위, 지반수평변위, 지반 수직 변위등을 계측 항복으로 선정하였으며 이와 아울러 사진 이미지 분석기법인 PIV 기법을 사용하여 모형지반 조성 후 굴착에 따르는 벽체와 지반의 변위 계측을 수행하였다.

굴착 전 벽체의 초기위치를 파악하기 위하여 지반조성 전에 고정된 위치에 벽체를 설치하였으며, 지표침하 및 지중변위의 초기위치는 가로 7cm, 세로 7cm 간격으로 관측점을 설치하여 분석하였다.

추가적으로 Fig. 12와 같이 지반 상부에 LVDT를 4개소 설치하여 뒷채움 흙에 대한 지표침하를 추가 측정하여 검증하였으며, 지반침하 및 벽체 변위는 입자영상 유속 측정법인 PIV기법을 사용하여 측정 및 분석하였는데 매 실험마다 동일 위치에서 카메라를 이용하여 굴착에 따른 변위 벡터, 침하량을 측정하였다.

Fig. 12.

Instrumentation program

Fig. 13.

Conceptual drawing for step by step analysis of image by PIV

2.5.1 PIV기법을 이용한 변위 측정

GeoPIV는 White등이 개발한 PIV(Particle Image Velocimetry) 기술을 사용하여 실험의 지반의 변형을 측정하는 MATLAB 모듈이다. 이러한 기법은 입자의 변화를 측정하는 데 사용되기 때문에 PIV기법이라고 알려져 있으며 기본적으로 유체역학의 입자 이동에 대하여 Adrian(1991)이 개발하였다. 이 기법은 현재 많은 지반 공학분야 실험등에서 사용이 되어지고 있으며, 계속되어 발전되어져 왔다.

GeoPIV는 변위 및 변형에 대해 비교적 큰 실험에도 측정이 가능하며, GeoPIV의 모든 파일은 MATLAB 명령 하에서 실행 및 설계되었다. GeoPIV는 실험중에 사용되는 디지털 이미지를 분석하고 오류 메커니즘을 따라 벡터 형태의 입자 변형을 제시한다. 이미지는 보통 초기 이미지로 시작하여 초기 이미지를 기준으로 순서대로 분석되어지며, 이때 입자의 변형은 큰 변형과 작은 변형의 합으로 나타난다. GeoPIV의 개념도는 Fig. 13과 같다.

2.6 실험 순서 및 실험조건

Fig. 14와 같이 벽체 설치, 지반강사, 지반조성 후 Case에 따라서 지반포화 후 지반굴착 순서로 수행하여 결과를 분석하였다. 앞서 언급하였던 제작된 벽체를 토조안에 삽입한 후에 수평계 및 수직계를 이용하여 각 층의 지반의 지반을 조성할 때 마다 벽체의 수직도를 체크하였다. 또한 실험 수행전 토조 안쪽에 방청재를 살포하여 지반인 모래와 토조인 아크릴과의 마찰력을 최소화 하였다. 지반 굴착순서는 도식도 같이 3단계에 걸쳐 굴착을 진행하였으며 각 단계의 굴착이 종료되면 실제시공과 같이 버팀보를 설치하여 벽체를 지지할 수 있도록 하였고 벽체의 변위에 영향을 미치지 않도록 지반을 굴착하였다.

Fig. 14.

Detail of excavation and strut location

본 실험에서는 Table 1와 같이 총 2개의 Series를 산정하였으며 굴착깊이, 굴착폭, 지반조건은 동일하나 개발벽체인 CS-H벽체와 CIP벽체를 이용하여 지하수위의 높이를 다르게 하여 모래지반에서의 지반 및 벽체변위를 비교분석하였다.

Table 1. Test Case

3. 실험 및 결과

본 연구는 축소 모형실험 통하여 지반굴착시 안정성에 미치는 중요한인자인 지하수위 및 벽체의 강성이 지반 및 벽체의 거동에 미치는 영향을 분석에 주안점을 두고 분석하였다. 아래 절에서는 분석 내용을 기술하였다.

3.1 지하수위에 따른 지반거동 특성 분석

Fig. 15는 앞서 언급한 개발벽체인 CS-H 벽체를 사용한 실험과정에서 굴착 단계별로 촬영한 영상을 PIV 기법을 이용하여 분석한 결과를 변위벡터 및 칸투어의 형태로 보여주고 있다. Fig. 15(a)는 지하수위가 만수위조건일 때의 분석결과로 보이는 바와 같이 지하수위가 1/2H_ex(Fig. 15(b)) 건조지반(Fig. 15(b))보다 변위가 크게 그리고 넓게 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 지하수위가 높아질수록 벽체, 지반변위가 커지는 것을 의미 한다. 또한 벽체와 인접한 부근에서 지반 거동이 있을 뿐 굴착면 벽체와 멀어질수록 지반 거동이 발생하지 않는 것을 알 수 있으며 지하수위 높이에 관계없이 2번째 버팀보와 최종 굴착면 사이 즉, 벽체의 2/3지점에서 가장 큰 변위가 나타나는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 16은 실험 결과로부터 각 단계별 굴착에 따른 벽체의 수평변위 와 지반 침하 그래프로 지반 굴착 Step에 따른 지반거동 Profile로 PIV 분석결과와 상부 지반에 설치된 LVDT계측기의 결과를 그래프로 작도하였다. 지하수위가 높아질수록 벽체변위, 지반수평 및 수직변위가 커지는 것을 그래프를 통하여 알수 있으며 이는 CS-H 벽체 차수성이 크다는 것을 의미한다. 벽체의 변위는 PIV 분석결과와 동일하며 건조지반일 때 0.95cm, 지하수위가 1/2H_ex일 때 2.2cm, 만수위 3.1cm로 측정되었으며 지반 수직변위는 건조지반 0.98cm, 지하수위 1/2H_ex일 때 1.98cm, 만수위 2.99cm로 측정되었다. 지하수위에 따른 지반변위 저감율은 뒤에 장에 서술하였다.

Fig. 15.

Contours plot based on PIV analysis for CS-H

Fig. 16.

Ground and wall displacement for CS-H wall

Fig. 17는 CIP 벽체를 사용한 PIV 분석결과로 앞선 CS-H벽체와 마찬가지로 지하수위가 높아질수록 변위가 커지는 것을 벡터 및 컨투어를 통하여 확인 할 수 있다. CS-H벽체를 사용한 결과보다는 벽체의 변위가 크게 발생하는 것을 컨투어와 벡터를 통하여 확인할 수 있는데, 이는 CIP벽체의 강성이 CS-H벽체의 강성보다 작기 때문에 변위가 크게 발생되는 것으로 분석되어진다. 최대 변위가 발생되는 곳은 CS-H벽체와 마찬가지로 2번째 버팀보와 최종 굴착면 사이 위치에서 발생되어진다.

Fig. 17.

Contours plot based on PIV analysis for CIP

PIV분석 결과와 설치된 LVDT계측기 결과를 Fig. 18 그래프로 나타내었으며 분석결과 CIP벽체를 사용하여 실험을 진행결과도 CS-H벽체와 마찬가지로 지하수위가 높아질수록 변위가 크게 발생되는 것을 확인되었으며, CS-H 벽체 대비 변위가 확연하게 크고 넓게 분포되어 발생하는 것으로 분석되어졌다. 벽체의 변위, 지반 수평변위와 수직변위는 건조지반일 때 3.1cm, 2cm, 2.1cm로 측정되었으며 지하수위가 1/2H_ex일 때 2.2cm, 만수위 3.1cm로 측정되었으며 지반 수직변위는 건조지반 0.98cm, 지하수위 1/2H_ex일 때 3.5cm, 3cm, 2.9cm로 만수위일 때 4.3cm, 4.2cm, 4.1cm로 측정되었다.

Fig. 18.

Ground and wall displacement for CIP wall

앞서 분석한 CS-H벽체의 벽체 및 지반변위의 데이터의 최대값을 이용하여 건조지반부터 만수위까지 지하수에 따른 각 굴착 단계별로 최대 벽체 변위, 최대 지반 침하, 최대 지반 수평 변위를 분석하였다. Fig. 19는 만수위(GL-0)의 1번째 굴착 Data를 기준으로 작도한 정규화 그래프로 백분율감소를 나타낸다. 지반침하그래프의 경우(Fig. 19(a)) 건조지반에서 백분율감소가 75%로 확인되었으나 만수위에서는 백분율감소가 61%로 침하 감소율이 만수위에서 높은 것으로 확인되었다. 지반 수평변위, 벽체 변위(Fig. 19 (b), (c)) 모두 만수위는 43%, 42% 건조지반은 62%, 61%로 분석되었으며 지하수위가 높을수록 백분율 감소가 작은 것으로 확인되었다. 이는 지하수위높이가 높아질수록 벽체의 저감율이 높은 것으로 해석된다.

Fig. 19.

PIV and measured maximum surface settlement and wall displacement comparison

3.2 벽체 강성에 따른 지반거동 특성 분석

본 절에서는 벽체 강성에 따른 지반거동 특성을 분석하기 위하여 CS-H벽체와 CIP벽체를 비교분석을 수행하였다. Fig. 20는 앞서 수행한 Data를 기초하여 CIP벽체 최종굴착 단계의 건조지반 최대값을 기준으로 백분위 저감율을 나타낸 그래프이다. CS-H벽체, CIP벽체 모두 Fig. 19 같이 지하수위가 높아질수록 백분위 저감율이 낮아지는 경향을 나타냈으며, CS_H벽체의 백분위 저감이 확연하게 높은 것을 Fig. 20를 통해 확인할 수 있다. 벽체의 강성이 높기 때문에 벽체 변위, 지반 수평변위 및 지반 침하의 백분위 저감율이 낮은 것으로 분석되어졌다.

Fig. 20.

Wall stiffness effect CS_H vs CIP wall at final excavation stage

4. 결론

본 연구에서는 지반 굴착에 따른 벽체와 주변 지반의 거동을 분석하여 개발벽체의 차수성 및 변위제어 효과를 검증하기 위하여 축소 모형실험을 수행 하였다. 벽체와 주변지반에 영향을 미치는 중요인자인 지하수위와 벽체 강성에 대하여 각각 거동 분석을 수행하였다. 추후에는 본 연구를 더 확대시켜 모래지반뿐만 아니라 풍화토지반등 다양한 지반조건하에서 변위저감효과 확인 및 재료적인 경제적 측면에서의 연구진행하여 개발벽체의 장점을 더 제시해야 할 것으로 판단되며 본 축소모형 실험을 통하여 얻은 데이터를 분석결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 개발 벽체인 CS-H 벽체를 이용하여 다양한 지하수위 조건하에서 지반 변위 및 벽체 거동 분석결과 지하수위가 높아질수록 벽체 및 지반 변위가 증가하는 것으로 분석되어졌다. 이는 CS-H벽체의 개발목적인 차수성이 높아 지하수위가 증가할수록 벽체, 지반변위의 저감율이 건조지반보다 높은 것을 실험결과를 통하여 알 수 있다.

(2) CIP벽체 대비 벽체의 강성이 높은 CS-H벽체의 분석결과 벽체 변위, 지반 침하 및 지반 수평변위의 저감율이 높은 것으로 확인되어 졌다. 이는 CS-H 벽체가 CIP벽체보다 강성이 높아 벽체 및 지반 변위의 저감율이 높은 것을 실험을 통하여 검토되었다.