지반굴착 시 지하수위 지하 및 진동이 주변에 미치는 영향 및 대책

8.3 지반굴착 시 지하수위 지하 및 진동이 주변에 미치는 영향 및 대책

8.3.1 지하수저하 영향 및 대책

1) 원인
① 흙막이벽 연결부, 차수 불량위치에서 누수
② 굴착저면에 고인 물을 배제
2) 영향
① 수위 저하로 단위중량이 수중에서 습윤단위중량으로 바뀌게 되어 1m 수위 저하 시 약 0.8~1.0t/m3의 유효응력이 증가하게 됨.
② 유효응력 증가로 하중 증가가 생기게 되므로 배면 지반에 침하가 발생하여 도로, 보도, 매설물과 건물에 침하, 부등침하, 전도, 연결부 이탈과 심한 경우 구조물 등에 균열이 생길 수 있음.
③ 사질토 지반은 굴착 측 수위 저하로 성향의 침투압이 생기면 Boiling이 발생할 수 있으며, 이 경우 근입부 안정에 치명적임.
④ 굴착저면에 점토층이 있고 하부에 조립토가 있으면, 피압조건이 되어 굴착과 더불어 수위가 감소하게 되면 피압에 의한 Heaving이 생겨 근입부가 취약해지고 심하면 토류벽의 전체 붕괴가 될 수 있으며, 이렇게 되면 주변 지반, 시설에 큰 피해가 예상됨.
3) 대책
① 토류벽을 차수성이 큰 지하연속벽, Soil Cement Wall 등으로 하고 근입깊이는 불투수층 또는 Boiling, Heaving을 검토하여 안전한 깊이로 함.
② 토류벽 배면에 차수 Grouting인 LW, SGR, 지반보강을 가미한 JSP, SIG와 같은 배면 Grouting을 실시함
③ Boiling, Heaving을 방지하기 위해 굴착저면에 혼합 처리, 또는 고압 분사로 방지대책을 강구함.
④ LW, SGR은 비교적 경미한 차수 대책임을 주의하고 고압 분사시는 양생까지 변위를 수발할 수 있음에 유의해야 함.

8.3.2 진동 영향 및 대책

1) 원인
① 토류벽 설치를 위한 장비 진동
② 굴착 면의 암반 굴착 시 진동
2) 영향
① 느슨한 모래는 진동 또는 충격으로 간극수압이 상승하고 누적되면 지반의 유효응력이 감소해 전단강도를 상실하여 액상화가 발생할 수 있음. 이 경우 주변 시설물에 큰 피해가 예상됨.
② 또한, 진동으로 사질토가 다져지므로 침하가 생기게 됨.
③ 점성토는 진동으로 교란되고 전단강도가 감소하게 되며, 과잉간극수압 발생 후 소산으로 압밀침하가 발생함.
④ 이와 같은 이유로 지하수위 저하와 같은 영향이 발생하게 됨.
⑤ 진동이 큰 경우 직접적으로 구조물에 균열, 파손이 생길 수 있음.
3) 대책
① 토류벽 설치 시 항타 지양하고 천공 후 설치
② 진동이 적은 천공 장비, 고주파 장비를 사용함.
③ 저폭속, 저비중 폭약 사용
④ 파쇄기 (CCR : Cracker for Con'c and Rock)
⑤ 평창제
⑥ 약장약 감소
⑦ Line Drilling, Cushion 발파의 조절발파
⑧ 주요 구조물시 방진구 설치
⑨ 발파 등에 대해 시험 발파를 하여 허용 진동치 이하 되게 관리해야 함.

8.4 가설, 영구 Anchor 비교, 주동, 수동, Anchor 비교

8.4.1 가설, 영구 Anchor 비교

1) 적용
① 가설: 공사 중 또는 긴급 보수 시 안정을 위해 사용하며 기간은 대체로 약 2년 이하인 경우에 적용함.
② 영구: 토류벽, 사면안정, 부력 방지 등과 같이 기간이 2년 정도 이상인 경우에 적용함.
2) 앵커 두부
① 가설: 지압판, 정착장치
② 영구: 지압판, 정착장치, 재긴장용 Cap
3) 긴장력 (Jacking Force)
① 가설 : 정착장치, Relaxation 고려
② 영구 : 정착장치, Relaxation, Creep, 시스관 고려
4) 직경
① 가설: PS 강선 삽입, Grouting 튜브, 적당한 피복을 위한 공간 필요(보통 10cm)
② 영구: 가설 앵커 사항에 시스관 설치, 가설보다 큰 피복두께를 위한 공간 필요(보통 15cm)
5) 하중에 대한 안전
① 가설: 적은 안전율 (예 1.5)
② 영구: 큰 안전율 (예 2.5)

8.4.2 주동, 수동 Anchor 비교

1) 개념
① 주동: 하중이 작용 전에 긴장(Prestressing)을 하여 앵커력을 확보하는 주동 상태의 앵커
② 수동: 사전에 긴장하지 않으므로 변위를 수반하여 앵커력을 확보하는 수동 상태의 앵커
2) 하중 - 변위 형태
① 주동 앵커는 긴장하므로 하중 작용 시 변위가 적음.
② 수동 앵커는 변위가 필요하므로 하중 작용 시 변위가 주동보다 상대적으로 크게 됨.
3) 적용 예
① 주동: Earth Anchor와 Rock Anchor인 Ground Anchor의 형태로 변위가 억제됨.
② 수동: Soil Nailing의 형태로 변위를 허용하므로 변위 억제가 필요한 경우에 적용이 곤란함.

8.5 마찰 정착형 앵커 문제와 개선 Anchor 형식 (영구 Anchor)

8.5.1 마찰 정착형 앵커 문제점

1) 진행성 파괴
① 지표면에 가까운 쪽의 앵커체부터 인장력을 부담하고 인장력이 전단강도 초과 시 앵커 선단부로 마찰력의 분포가 이동함.
② 설계 시 동시 파괴개념으로 전체의 앵커 정착길이가 유효한 것으로 고려하나 인장력에 따라 진행성 파괴가 발생할 수 있음.
2) 정착길이의 제한
① 사례에 의하면 정착길이가 10m이하 일 때는 인발력의 증가가 뚜렷함.
② 10 m 이상인 경우는 인발력 증가가 미약하거나 둔감하게 됨.
3) 앵커체의 균열
① 긴장 또는 시간 경과에 따라 Grouting 체에 균열이 생기게 되고 균열부에 지하수 유입으로 시스관, PS 강선의 부식 가능성 발생 됨.
② Grouting의 균열 문제로 내구성이 불안정할 수 있게 됨

8.5.2 개선 형태

1) 지압형 Anchor
(1) 지지개념
① Anchor 체를 40~50cm로 크게 하여 지반의 지압력에 의해 정착함.
② 구조형식은 가압 방식, 쐐기 방식, 확공 방식이 있음.
2) 압축형 Anchor
(1) 지지개념
① Anchor 체에 지압판을 설치해 앵커체에 압축응력이 생기게 하여 정착함.
② 인장재의 인장강도, 앵커체와 지반과의 주면 저항, 앵커체의 압축강도 대한 안정성이 확보돼야 함.
(2) 앵커력
앵커체의 Grout 재 압축강도와 긴장 시 그라우트의 팽창에 의한 구속압력의 중가로 인한 이중 효과로 앵커력 확보