토공 중 흙의 문제(액상화, Piping+Boiling)

□ 물

○ 명사 자연계에 강, 호수, 바다, 지하수 따위의 형태로 널리 분포하는 액체.  (중략)  공기와 더불어 생물이 살아가는 데 없어서는 안 될 중요한 물질이다.

물은 인간, 생명체에게 아주 중요한 물질입니다. 인간은 음식 없이는 약 3주간 버틸 수 있지만 물 없이는 3일밖에 버티지 못한다고 합니다.

이러한 물이 흙에는 어떤 영향을 미칠까요? 앞글에서 말씀드렸듯 물의 포함 정도에 따라, 함수비에 따라 흙은

고체 → 반고체 → 소성 → 액성

의 상태로 표현됩니다. 흙이 점착력을 가지며 강도를 가지기 위해선 소성한계와 액성한계의 사이인, 소성상태여야 합니다.

하지만 액성상태가 되면 곤죽처럼 형태가 없어지고 반고체 상태 이하의 함수비에서는 점착력이 없는 상태로 존재하게 됩니다.

물이 '적당히' 포함되어야 합니다.

오늘은 흙에서 발생할 수 있는 문제에 대해 정리해보고자 합니다.

1. 액상화

 가. 정의: 물로 가득찬 모래층이 지진과 같이 강한 충격을 받으면 입자들이 재배열되면서 수축하는데, 이때 모래가 순간적으로 액체처럼 이동하게 되는 현상을 말함

 

 예전 포항 지진 발생 시 이슈가 됐던 사안입니다. 인근 지열발전소의 발전 방식으로 인한 것으로 발표되었습니다. 그 이후에도 액상화에 대한 이슈는 한동안 이어졌습니다. 그만큼 과거 액상화의 피해는 어마무시했습니다. 또한 종종 일어나는 싱크홀도 이슈를 더 길게 이어지게끔 한 요인입니다.

 나. 원인

액상화의 원인

  ○ '액상화는 열화처럼 위의 물(포화, 비배수), 지반(느슨한 상태), 외력(진동 혹은 충격)의 삼박자가 맞아야 함'이라 추측할 뿐, 액상화에 대해서는 아직 연구 중인 상태이며 명확한 원인 규명이 되지 않은 상태

 다. 대책

○ 원인이 불분명하다고 대책을 세우지 않을 수는 없기에 개략적인 원인을 바탕으로 대책을 세우는 상황

 

  1) 물: 배수공법 - Well Point, Deep Well 등으로 간극수압 소산, 지하수위 저하
  2) 지반: 철저한 다짐 관리와 양호한 입도의 자재로 치환 등의 방법 적용 등

  3) 외력: 트렌치, 방음벽 등으로 진동 차단, 주변 발파 공법 시행 시 장약량을 낮추거나 무진동 공법 고려

 

  ○ 액상화에 대해선 한계 간극비 그래프를 통하여 액상화 발생 가능성을 억제하는 방법도 있으나 시험실과 현장은 다르기 때문에 이것도 그저 이론일 뿐이다.

한계 간극비

2. Piping

 가. 정의: 분사현상보다 더 규모가 크게 수평으로 모래지반이 다공질 상태가 되어 지반 내에 파이프 모양의 물길이 뚫리게 되는 현상

 

 ○ 토류벽의 지반(사질토) 굴착 시 재면의 지하수위가 높으면 굴착 저면에 상향의 침투류가 발생하고 이때 침투압이 증가하여 모래의 유효응력이 감소되면서 침투수압이 점점 증가하여 전단저항보다 커지게 되면 지하수와 더불어 토사가 분출하여 굴착저면이 끓는 것처럼 보이는 Boiling 현상이 발생하는데, 실트 성분을 가진 모래지반의 경우 파이프처럼 수로가 생기며 세굴 되어 가는 과정을 Piping라 함

 

 나. 검토 방법

  1) Terzaghi의 제안 방법

  2) Creep 비에 의한 방법

  3) 한계동수구배 방법

  4) 한계유속에 의한 방법

 

 다. 대책

  1) 토류벽 근입 깊이를 깊게 연장: 안전율 만족 / 지층 선단에 관입

  2) Well Point, Deep Well 에 의한 지하수위 저하

  3) 굴착저면 또는 토류벽 배면 지반 개량

  4) 배수로 설치

  5) 적정 규격의 심벽, Filter, 양호한 재료 사용 후 적절한 다짐 시행(습윤측 다짐)

  6) 지반 개량: Curtain Grouing(지수 주입), 파쇄대나 단층 존재 시 처리, 상류측 전면 포장형 지수 등

 

□ 마무리

 ○ 기초부터 탄탄히

 기초가 가장 중요하다고는 할 수 없지만, 기초가 튼튼하면 쉽게 무너지지 않는다고 합니다. 지겹도록 듣는 말이지만 늘 반복되는 말이니 이유가 있겠지요. 이미 경험을 하고 계시는 분들도 상당수 계실 겁니다.

 

 주말에 산책을 하다가 비탈길에 방치된 백호를 봤습니다. 날씨, 좋았지요. 구름은 조금 꼈겠지만 비는 안왔겠지요. 하지만 비탈길에 그대로 방치를 해놓는게 말이 된다고 생각하십니까? 단단한 지반이면 모를까, 정돈을 한답시고 백호로 파헤치며 정리하며 올라간 사면에 그대로 방치라니.. 우리나라의 기초는 대체...

백호 방치

 오늘 하루도 고생 많으셨습니다. 내일도 안전한 하루 보내시길 바랍니다. 고맙습니다.