Research Article

Journal of the Korean Geosynthetics Society. 30 March 2019. 91-101
https://doi.org/10.12814/jkgss.2019.18.1.091

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 이론적 배경

  • 3. 지중매설관 손상 방지용 지반보강공법

  •   3.1 보강공법의 개요

  •   3.2 보강효과 평가를 위한 실내실험

  • 4. 실험결과 및 분석

  •   4.1 콘크리트매트의 보강효과

  •   4.2 팽창매트의 보강효과

  • 5. 결 론

1. 서 론

인구 밀집도가 높은 도심지에서는 유효부지 확보와 생활의 편의성 향상을 위하여 지반 굴착공사 및 다양한 지중매설관 설치 공사가 빈번하게 이루어진다. 특히, 도심지의 생활인프라 구축을 위한 상하수도관 및 전기 매설 등의 소규모로 진행되는 굴착공사는 교통 및 안정성 등을 고려한 사회적 비용의 최소화가 매우 중요시 여겨진다. 또한 도심지에서 종종 발생되고 있는 하수관로 파손에 의한 지반함몰 현상과 같이, 예상치 못한 원인 등에 의해 긴급복구공사가 요구되는데, 이는 대단위 굴착공사와는 달리 시간적/공간적 제약을 받게 된다. 이와 같은 이유로 현장에서는 철저한 품질관리에 어려움이 따르고, 소규모 굴착공사에 적합한 품질기준의 부재로 대단위 규모의 토공사 기준이 그대로 적용되고 있기 때문에 현장의 품질평가를 더욱 어렵게 하고 있는 실정이다(Seoul Metropolitan Facilities Management Corporation, 2013).

지중매설관 시공을 위한 굴착공사와 관련하여, 국내 시방기준에서는 굴착 후 되메움 시 품질관리를 위해 도로와 보도의 상대다짐도를 95%, 90%로 규정하고 있다. 즉, 시방기준에 만족하는 상대다짐도 확인을 위해서는 실내다짐시험에 의한 최대건조단위중량과 현장들밀도 시험에 의한 건조단위중량의 비를 이용해야 한다. 이와 같이 품질관리를 위한 절차는 실험 및 분석 등의 여러 단계가 필요하게 됨에 따라 일정기간이 소요된다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이, 사회적 비용의 최소화를 위해 당일 굴착 및 당일 복구가 이루어져야 하는 업무처리규칙과 품질관리 관계에서의 상호 모순점이 발생됨에 따라 올바른 품질관리가 이루어지고 있지 않는 것이 현실이다. 또한 지중매설관 주변 지반의 다짐에 따른 관 파손이 유발되는 경우, 경제적 측면에서 상당한 부담을 초래하게 된다. 이에 다짐의 효율을 개선하여 최적화된 품질관리를 위해 노상의 다짐정도 확인 및 지중매설관 주변 지반의 보강공법과 관련한 다양한 연구가 수행되고 있다(Ryu et al., 2017; Yoo et al., 2008; Yoo, 2001; Lee et al., 2015; Park et al., 2018). 그러나 기존의 연구는 지중에서 발생한 공동의 복구/보강방안 및 단일 관로를 보호하기 위한 내용에 초점이 맞춰져 있는 것이 대부분이다.

따라서 본 연구에서는 지중매설관 하부의 미흡한 다짐품질관리로 인하여 부등침하가 발생할 경우, 관의 파손에 의한 피해를 저감하기 위해 관 하부를 보강할 수 있는 방안에 대하여 실험적 연구를 수행하였다. 즉, 매설관 하부 지반의 품질이 감소되어 갑작스러운 매설관의 공용성에 문제가 발생되는 것을 방지하고자 개발된 콘크리트매트 및 팽창매트를 이용하여 지반보강 여부에 따른 매설관 변형과 지중응력 감소율을 분석함으로서, 보강공법으로서의 적용성을 평가하였다.

2. 이론적 배경

지중매설관에 작용하는 외력은 크게 토압 및 상재하중이라 할 수 있으며, 일반적으로 토압이 주된 외력으로서 설계에서는 다양한 외력을 모두 토압으로 환산하여 취급하면 편리하다. 이와 같이, 매설관에 작용하는 토압의 산출방법은 매설유형 및 상재하중에 따라 다양한 제안식들이 있지만, 그 크기에 상당한 차이를 보이며, Marston- Spangler의 제안식이 가장 많이 활용되고 있다(DAAF, 1988).

매설관 설계에 많이 사용되고 있는 Marston-Spangler의 연직토압은 흙채움으로 인한 침하와 트렌치 양벽면에 마찰저항이 매설관에 전달된다는 가정 하에 미소요소에 작용하는 수직응력의 평형(상향으로 연직력 + 측면전단력 = 하향으로의 연직응력 + 요소중량)을 이용하여 계산하고 있다. 그러나 연직토압을 단순히 등분포 상재하중으로만 고려하고, 흙의 점착력을 고려하지 않고 있으며, 마찰계수를 깊이 방향으로 동일하게 가정하는 문제점도 내포하고 있다.

한편, 지반을 굴착하고 지중구조물과 잔여 공간 사이의 되메움이 완료된 후, 구조물의 변위가 발생되지 않거나 또는 무시할 만한 경우에 되메움 흙의 자중은 흙과 구조물의 마찰 특성 및 되메움 공간의 크기에 따라서 변화하게 된다. 또한 시간이 경과함에 따라 점차 안정화 되려는 시간의존적인 요인과 아울러 하중이력에도 영향을 미친다. 특히, 좁은 공간에서의 되메움에 의한 토압의 크기 및 형태는 되메움 흙의 내부마찰각과 벽면의 거친 정도 및 원지반면과 구조물간의 이격거리, 원지반 또는 구조물의 경사 등이 큰 영향을 받는다. 이에 Janssen(1895)은 사일로(silo)에 저장된 곡물에 작용하는 연직응력과 수평응력의 비를 가정함과 동시에 사일로에 저장된 곡물이 미소두께의 수평요소들로 구성되어 있다는 가정 하에 각 미소수평요소에 대한 힘의 평형을 이용하여 사일로에 작용하는 압력을 미분방정식을 이용하여 이론적으로 계산하였다. 이를 바탕으로 Janssen(1895)은 되메움 지반에서 매설관에 작용하는 대표적인 토압산정 이론으로 사일로 이론 제시하였으며, Marston & Anderson(1913)는 사일로 이론을 확장하여 각종 매설관 및 박스형 구조물의 토압산정에 널리 사용되어 지는 Marston이론을 발표한 바 있다. 이밖에도 되메움 및 구조물 매설조건에 따라 토압의 크기를 세분화한 Spangler(1948)이론, 최소 주응력 아치의 연결고리를 연결하는 평면아치를 적용한 Handy(1985)의 아칭 이론 등이 매설관에 작용하는 토압산정 이론으로 적용되고 있다. 이와 같이 지중매설 구조물의 안정성에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 구조물에 작용하는 토압으로 볼 수 있으며, 지중응력 감소를 위한 다양한 노력이 필요하다.

3. 지중매설관 손상 방지용 지반보강공법

3.1 보강공법의 개요

지중매설관은 우리의 일상생활을 영위하는데 필요한 자원 및 에너지 물질(전기, 물, 가스 등)등을 운반하는 매우 중요한 구조물이다. 이렇듯 우리의 일상생활과 밀접한 관계가 있는 매설관은 교통하중이 작용하는 도로 및 보도 하부, 구조물 근처의 어디에나 분포하고 있기 때문에, 매설관 파손 시 직・간접적으로 인적・경제적 피해를 야기할 수 있다.

지중매설관의 거동은 매설관을 무한연속체로 가정함으로서 매설관 주변지반의 변형과 동일하게 간주하고 있으며, 매설관 상부의 사하중 및 활하중 등 연직응력이 발생하는 경우에 부등침하 발생 및 매설관 지지점의 파괴로 인해 관로가 손상될 수 있다. 또한, 사면 혹은 가설 흙막이벽 배면에 설치되어 있는 지중매설관의 경우, 측방유동을 일으킬 수 있는 지반상태에서도 매설관의 변형이 발생할 수 있다. 따라서, 상재하중 발생 시 부등침하로 인한 지중매설관의 파손 피해 방지를 위해서는 연직응력에 대응할 수 있는 지반보강방안이 필요하다. 이에 Park et al.(2018)은 하수관 손상 등과 같은 원인에 의해 발생한 공동을 복구하기 위해 개발된 콘크리트매트와 팽창매트를 이용하여 지지특성에 관한 연구를 수행한 바 있다. 이를 바탕으로 지중매설관 주변지반의 보강을 위한 콘크리트매트 및 팽창매트의 적용은 매설관을 중심으로 상부와 하부에 보강될 경우 각각 다른 보강효과를 나타낼 수 있는 것으로 추정되었다. 즉, 기존 연구와 같이 지중매설관의 상부에 보강될 경우, 보강재료의 높은 강성으로 인하여 응력을 감소시켜 지표에서 발생하는 침하를 감소시킬 뿐만 아니라 관로 손상에 의한 공동 발생 시, 급작스런 지반함몰 또한 방지하는 효과가 있다. 반면에, 매설관 하부에 보강재료가 적용될 경우에는 상부로부터 발생하는 하중에 의해 관의 변형을 직접적으로 최소화 시켜 부등침하방지에 의한 관로 손상을 방지할 수 있다.

Fig. 1은 본 연구에서 실험적으로 평가하고자 하는 지중매설관의 손상 방지를 위한 콘크리트매트와 팽창매트의 보강방안에 대하여 모식도로 나타낸 것이다. 먼저, Fig. 1(a)는 매설관 하부에 콘크리트매트를 이용한 보강방법을 나타낸 것으로서, 상재하중 작용 시 콘크리트매트 자체의 강성으로 관로의 부등침하를 억제하고 손상을 방지하는 과정을 나타낸 것이다. 그리고 Fig. 1(b)는 이중관이 매설된 지중에서 상부관을 기준으로 하부지반의 다짐도 관리가 어려울 경우, 팽창시트로 보강하는 방법에 대해 나타낸 것이다.

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Fig. 1

Reinforcement principle for prevention of buried pipe damage based on concrete mat and expansion mat

3.2 보강효과 평가를 위한 실내실험

전술한 바와 같이 지중매설관 하부의 미흡한 다짐관리는 반복하중 등에 의한 매설관의 침하를 유발하고 과도한 침하에 따른 관거 손상과 함께, 지중 공동발생의 원인이 된다. 이에 본 연구에서는 지중매설관의 침하 및 손상을 방지하고 공동발생을 예방할 수 있는 보강재료(콘크리트매트 및 팽창매트)의 보강효과 평가를 위한 실내실험을 수행하였다.

3.2.1 실험재료

실험에 사용한 흙 시료는 상부하중으로부터 응력이 고르게 전달되도록 주문진 표준사를 사용하였다. 표준사는 통일분류법에 의해 입도분포가 고르지 않은 모래(SP)로 분류되었으며, 공학적 특성은 Table 1에 보는 바와 같다.

Table 1. Engineering properties of soil

Specific gravity Sieve analysis Compaction test USCS
Cu Cg 𝛾d(max) (kN/m3) wopt(%)
2.61 3.75 0.98 16.2 7.8 SP

Fig. 2는 본 연구에서 사용한 콘크리트매트와 팽창매트를 나타낸 것으로서, 각 재료의 일반적인 특성은 기존 연구에서 참조할 수 있으며, 실험에 적용된 재료를 이용한 현장평판재하 시험을 통하여 콘크리트매트와 팽창매트의 보강에 따른 지지력을 분석함으로서 보강재료로서의 효용성을 검증한 바 있다(Park et al., 2018). 따라서 본 연구에서는 상부에서 발생하는 연직응력에 대하여 콘크리트매트 및 팽창매트의 보강효과가 확보된 것으로 판단되어 지중매설관의 손상방지를 위한 보강 재료로서 적용하였다. 그리고 지중매설관은, 일반적으로 쉽게 확보할 수 있는 PE관을 활용하였다.

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Fig. 2

Materials for reinforcement on bottom of life line (Park et al., 2018)

3.2.2 실험방법 및 내용

Fig. 3은 지중매설관 하부에 콘크리트매트 및 팽창매트가 보강된 경우에 대한 실내실험 개요도를 나타낸 것이다. Fig. 3(a)는 단일관이 매설된 경우에 매설관 하단에 콘크리트매트 보강에 따른 실험을 나타낸 것이며, Fig. 3(b)는 두 개의 단일관이 교차되는 경우에 매설관 사이에 팽창매트를 보강한 실험을 나타낸 것으로서, 실험내용을 요약하면 Table 2에서 보는 바와 같다.

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Fig. 3

Overview of laboratory test

Table 2. Case of laboratory test

Classification Reinforcement type Type of buried pipe Remarks
Case 1-1 Non-reinforcement Single pipe Fig. 3(a)
Case 1-2 Concrete mat Single pipe
Case 2-1 Non-reinforcement Cross pipe Fig. 3(b)
Case 2-2 Expansion mat Cross pipe

Fig. 4는 실험과정을 나타낸 것이다. 먼저, 강사장치를 이용하여 가로, 세로가 각각 1m인 정방향 토조에 모형지반을 조성하였다(Fig. 4(a)). 이 때, 모형지반은 현장에서 별도의 다짐작업 없이 자중에 의해 다져지는 정도를 고려하여 매우 조밀한 상태인 상대밀도 80%를 적용하였다. Fig. 4(b)∼Fig. 4(c)는 매설관 하부지반에 콘크리트매트를 보강하는 경우에 대한 실험전경을 나타낸 것이다. 즉, G.L.-40cm까지 80%의 상대밀도로 조성된 모형지반에 토조의 크기보다 작은 정방형 크기(0.9m × 0.9m)의 콘크리트매트를 보강하고 보강재료 위에 관을 매설한 후, 상부지반을 조성하였다.

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Fig. 4

Procedure of laboratory test using concrete mat and expansion mat

Fig. 4(e)∼Fig. 4(f)는 두 개의 단일관 사이에 팽창매트를 보강하는 경우에 대한 실험과정을 나타낸 것이다. 먼저 G.L.-70cm까지 80%의 상대밀도로 모형지반을 조성하고 하부관을 설치한 후, 하부관의 주변 및 상단까지 복토하였다. 그리고 팽창매트 설치 및 상부관을 매설하고, 지표까지 복토한 후에 KS F 2444(2018)를 참고하여 평판재하시험을 수행하였다(Fig. 4(g), Fig. 4(h)). 이때, 재하하중은 매설관의 강성을 고려하여 7kPa, 14kPa, 21kPa, 28kPa 및 35kPa을 단계별로 적용하였으며, 각각의 단계하중에 따른 매설관의 변형률 및 지중응력을 측정하였다. 즉, 매설관의 변형을 확인하기 위하여 관의 중앙부 및 관의 중앙부로부터 1/2지점에 변형률계를 설치하였고(Fig. 4(d)), 변형률은 관의 축방향과 수직한 방향에 대하여 측정하였다. 또한 재하판의 3개 지점에 변위계(LVDT)를 이용한 침하량을 측정하여 산술평균하였으며, 상재하중 크기에 따라 지중에서 발생되는 응력을 확인하기 위하여 깊이별로 토압계를 설치・측정하였다.

4. 실험결과 및 분석

4.1 콘크리트매트의 보강효과

4.1.1 하중단계에 따른 매설관의 변형

Fig. 5는 콘크리트매트 보강 유무에 따른 관의 변형률을 나타낸 것이다. 관의 변형률 계측지점은 매설관의 상단 및 하단의 중앙부, 그리고 중앙부로부터 약 1/2 이격된 위치에서 각각 측정하였다. 이 때, 중앙부로부터 약 1/2 이격된 위치에서 측정결과는 매설관 중앙부를 기준으로 좌/우측이 동일한 변형상태를 갖는 것으로 간주하였다.

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Fig. 5

Strain of buried pipe according to concrete mat reinforcement

Fig. 5(a)와 Fig. 5(b)는 콘크리트매트 보강이 적용되지 않은 경우에 대한 매설관 상단 및 하단의 변형률을 각각 나타낸 것이다. 매설관 상단과 하단의 하중단계에 따른 변형률은 매설관 중앙부에서 각각 0.005%∼0.1% 및 0.001%∼0.05% 범위로 가장 크게 나타나며, 관의 측면으로 갈수록 점점 감소하였다. Fig. 5(c)∼Fig. 5(d)는 매설관 하부지반에 콘크리트매트로 보강된 경우의 변형률을 나타낸 것으로서, 보강되지 않은 경우와 마찬가지로 매설관 상단과 하단의 중앙부에서 하중단계에 따른 변형률은 각각 0.007%∼0.12% 및 0.003%∼0.06% 범위로 가장 크게 발생하였으며, 측면으로 갈수록 점차 감소하는 경향을 나타내었다.

콘크리트매트를 보강하였을 때, 관의 상단 및 하단에서 발생한 변형률이 보강하지 않는 경우에 비하여 더 크게 나타나는 것으로 확인되었다. 이러한 특성은 일정한 강성조건을 갖는 지반과 매설관의 탄성계수가 콘크리트매트의 탄성계수보다 작기 때문인 것으로 판단되었다. 즉, 지표에서 작용하는 상재하중으로부터 발생하는 지중응력에 대하여, 콘크리트매트의 탄성계수가 매설관보다 크기 때문에 매설관에서 더 큰 변형이 발생하는 것으로 분석되었다. 따라서 콘크리트매트를 보강하였을 경우 매설관 하부지반에의 변형이 더 작게 나타나는 것으로 추론할 수 있으며, 이는 다짐관리 미흡으로 인한 매설관의 침하를 어느 정도 저감시킴으로서, 안정성을 확보할 수 있음을 의미한다. 다만, 상대적으로 큰 변형이 발생된 매설관의 안정성과 관련해서는 재료적 측면에서의 강성 확보가 필요할 것으로 판단되었다.

4.1.2 지중응력의 변화

Fig. 6은 콘크리트매트 보강여부에 따라 적용하중 크기의 변화를 나타낸 것이다. 콘크리트매트가 적용되지 않은 경우, 지표로부터 깊이가 깊어질수록 하중의 크기가 지속적으로 감소하는 경향을 나타내었다(Fig. 6(a)). 그러나 콘크리트매트를 보강한 경우에는 깊이에 따른 하중의 크기가 콘크리트매트 설치깊이에서 크게 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 콘크리트매트가 하중감소에 영향을 미치기 때문인 것으로 분석되었다. 즉, 매설관에 비하여 넓은 면적의 콘크리트매트가 상부하중을 분산시켜주는 효과에 기인한 것으로 판단되었다.

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Fig. 6

Load variation according to ground depth

콘크리트매트의 보강효과를 평가하기 위하여, 식 (1)과 같은 방법으로 응력감소율을 산정하여 Fig. 7에 도시하였다.

$$\frac{\Delta\sigma_{toc}-\Delta\sigma_{boc}}{\Delta_{toc}}\times100=R_{\Delta\sigma}(\%)$$ (1)

여기서, △𝜎toc는 콘크리트매트 상부에서 측정된 토압, △𝜎boc는 콘크리트매트 하부에서 측정된 토압, R△𝜎은 △𝜎toc와 △𝜎boc에 의해 산정된 응력감소율을 나타낸다.

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Fig. 7

Reduction ratio of earth pressure according to concrete mat reinforcement

Fig. 7(a)에서 보는 바와 같이, 콘크리트매트가 보강되지 않은 경우에는 매설관 상단 대비 매설관 하단에서 발생하는 응력의 감소율은 가해진 하중조건에 따라 약 39%∼ 42%의 범위로 확인되었다. 마찬가지로 콘크리트매트가 보강된 경우의 응력감소율은 40%∼45%로 나타났다. 즉, 콘크리트매트를 보강하였을 때, 매설관의 응력감소율이 다소 크게 발생한 결과는 앞서 분석된 변형률의 관계로부터, 지반의 강성보다는 콘크리트매트의 강성이 더 크기 때문에, 매설관에서 부담하는 응력이 증가함으로서 상대적으로 응력감소율이 크게 나타난 것으로 분석되었다. 또한 콘크리트매트는 상부로부터 발생하는 응력에 대한 감소율이 약 46%∼48%로 나타났는데, 이는 콘크리트매트에 가해지는 응력에 대한 저항에 의해 매설관 하부 지반의 변형을 감소시키는 효과를 나타낸 것으로 판단되었다.

4.2 팽창매트의 보강효과

4.2.1 하중단계에 따른 매설관의 변형

Fig. 8과 Fig. 9는 팽창매트의 보강유무에 따른 상부관과 하부관의 변형률을 나타낸 것이다. 먼저, Fig. 8(a) 및 Fig. 8(b)는 팽창매트가 보강되지 않은 경우에 대한 상부관의 상단과 하단의 변형률을 나타낸 것이다. 하중단계에 따른 변형률은 상단의 경우에 0.02%∼0.14% 범위로 중앙부에서 가장 크게 나타난 반면에, 하단의 경우에는 재하하중 크기에 따른 차이만을 보였다. Fig. 8(c)∼Fig. 8(d)는 팽창매트가 보강되었을 때 상부관의 상단 및 하단의 변형률 측정결과로서, 상단의 변형률은 0.02%∼0.2% 범위로 중앙부에서 큰 변형이 발생한 반면에, 하단의 변형률은 중앙부에 비하여 측면에서 약 20% 이상의 변형이 크게 나타나는 것으로 확인되었다.

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Fig. 8

Strain of upper buried pipe according to expansion mat reinforcement

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Fig. 9

Strain of lower buried pipe according to expansion mat reinforcement

한편, 팽창매트 보강유무에 따른 하부관의 상단과 하단에서 발생한 변형률은 Fig. 9(a)∼Fig. 9(d)에 보는 바와 같으며, 0.01% 미만으로 거의 변형이 없는 것으로 나타나 지표로부터 발생하는 하중에 대한 영향은 크지 않은 것으로 판단되었다.

상기의 결과를 바탕으로, 상부관과 하부관 사이에 팽창매트를 보강하였을 때 보강하지 않은 경우에 비하여 상부관의 변형률이 크게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 이는 콘크리트매트를 적용한 결과와 마찬가지로, 지반의 탄성계수보다 팽창매트의 탄성계수가 크기 때문에 상부에서 발생하는 동일한 크기의 하중에 의한 지반변형을 팽창매트가 더욱 작게 유발한 것으로 판단되었다. 따라서 지중에서 다양한 매설관이 교차하는 경우, 상부관 또는 하부관 교체 시에 지반의 다짐시공이 어려워 시간경과에 따라 발생가능한 관로 손상의 문제점에 대하여, 팽창매트로 다소 해결이 가능할 것으로 판단되었다.

4.2.2 지중응력의 변화

팽창매트 보강여부에 따른 지중에서의 하중 변화를 Fig. 10에 나타내었다. Fig. 10(a) 및 Fig. 10(b)에서 보는 바와 같이, 팽창매트 적용여부에 관계없이 지표로부터 깊이가 깊어질수록 하중크기가 지속적으로 감소하는 것으로 확인되었다. 다만, G.L.-20cm∼G.L.-40cm에 설치된 매설관의 강성으로 인하여 하중크기가 보다 크게 감소하였다.

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Fig. 10

Load variation according to ground depth

이를 바탕으로 콘크리트매트 적용의 경우와 동일하게 응력감소율을 평가하였다. Fig. 11(a)에서 보는 바와 같이, 팽창매트가 보강되지 않은 경우에 있어서 상단 대비 매설관 하단에서 나타난 응력감소율은 약 42%∼47%인 것으로 확인되었으며, 팽창매트를 보강한 경우의 응력감소율은 40%∼43%로 나타났다. 또한 팽창매트에 의한 응력감소율은 39%∼42%의 범위로서 지중에서 발생한 응력을 팽창매트가 감소시키는 역할을 한 것으로 분석되었다. 즉, 앞선 콘크리트매트와 동일하게, 이중관 사이에 포설된 팽창매트가 하중분산효과를 발현하였기 때문으로 판단되었다.

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Fig. 11

Reduction ratio of earth pressure according to expansion mat reinforcement

5. 결 론

본 연구에서는 도심지의 지중매설관 손상에 따른 복구공사 시, 매설관 손상이 반복되는 것을 방지하기 위하여 콘크리트매트와 팽창매트를 이용한 매설관 주변지반의 보강효과에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 즉, 콘크리트매트 및 팽창매트의 지반보강 효과를 분석하기 위하여 실내실험을 실시하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

먼저, 다짐관리가 어려운 매설관 하부지반의 보강을 위해 콘크리트매트 적용에 따른 평판재하시험을 실시한 결과, 콘크리트매트에 의한 응력감소율은 상재하중 크기에 따라 약 46%∼48%로 분석되었다. 또한 앞선 결과를 매설관의 변형 관계와 함께 분석한 결과, 콘크리트매트의 저항효과에 기인하여, 매설관의 부등침하 및 매설관 하부지반의 변형을 감소시키는 효과가 있는 것으로 판단된다. 그리고 지중에 다양한 지중매설관이 겹쳐서 시공되어 상부관을 기준으로 하부지반의 다짐도 관리가 어려운 경우에 대하여 팽창매트를 이용한 평판재하시험 결과, 팽창매트에 의한 응력감소율이 약 39%∼42%로 확인되었다. 이는 매설관의 침하 억제와 응력 감소를 통해 하부관으로의 하중에 대한 영향을 감소시킴으로서 지반보강 효과가 발휘될 수 있을 것으로 판단된다. 이와 같이, 시공여건상 다짐이 불가하거나 어려운 구간에 대하여 지중매설관 하부지반 또는 매설관 사이의 지반에 콘크리트매트 및 팽창매트를 보강한다면 지중에서 예측하기 어려운 공동발생 및 지반침하에 따른 매설관 손상을 방지할 수 있는 지반보강공법으로의 적용이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 지반조건을 단순화하여 매설관 및 지반의 거동을 정량적으로 평가하기에는 다소 제한적인 실험적 연구를 수행하였다. 이에 보강방안으로서의 신뢰성 확보를 위해서는 지하수위의 영향에 대한 분석과 다양한 지반 및 매설관 조건 등을 고려한 현장실험 등의 추후연구가 필요할 것으로 사료된다.

Acknowledgements

This research was supported by the Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement under the Ministry of Land, Infrastructure and Transport of the Korean government. (Project Number: 18TBIP-C111718-03)

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