[토질 및 기초 기술사] 138회 2교시 기출문제 6번

6. 발전소 부산물을 매립할 목적으로 해안가에 마련된 부지는 정규압밀(N.C)의 점성토로 이루어진 연약지반으로 아래 그림과 같다. 다음에 대하여 설명하시오. (단, 해수의 단위중량(γw)은 10.3 kN/m3이다.)

(1) 매립 및 복토하중(△P1)으로 인한 점성토층의 1차 압밀침하량을 구하시오. (단, 액성한계(LL)는 불교란 시료로부터 구한 값이다.)
(2) 설계높이까지 매립 및 복토가 완료된 현재, 추가성토에 대한 안정검토를 하고자 한다. 현재까지 발생한 누계침하량이 68.0cm일 때, 강도증가를 고려한 원지반의 비배수 전단강도를 구하시오.
(3) 3m의 추가성토(△P2)가 가능한지를 판단하시오. (단, 성토재의 단위중량(γt)은 18kN/m3이고, 한계성토고 산정 시 안전율은 1.2를 적용한다.)

 

Ⅰ. 개요

1. 본 부지는 해안가에 위치한 정규압밀(N.C) 점성토 지반으로, 상부 매립 및 복토 하중에 의한 즉시 침하 및 장기 압밀 침하가 예상되는 연약지반이다
2. 압밀이 진행됨에 따라 점성토의 비배수 전단강도(cu)가 증가하므로, 누계 침하량을 기반으로 현재의 압밀도와 강도 증가량을 산정하여 추가 성토의 가능 여부를 판단해야 한다
3. Terzaghi의 1차 압밀 이론을 적용하여 최종 침하량을 구하고, Skempton의 상관식을 활용하여 강도 증가율과 한계 성토고를 계산한다

Ⅱ. 지반 물성 및 초기 응력 상태 분석

1. 초기 유효상재압 (σ'0): 점성토층 중앙부(GL-13m) 기준 산정
   • σ0' = (19 - 10.3) x 2 + (17 - 10.3) x (12/2) = 17.4 + 40.2 = 57.6 kN/m^2
2. 매립 및 복토 하중 (△P1):
   • △P1 = 18 x 5 = 90.0 kN/m^2
3. 압축지수(Cc) 추정: Terzaghi & Peck 식 적용
   • Cc = 0.009(LL - 10) = 0.009(51 - 10) = 0.369

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Ⅲ. (문제1) 매립 및 복토로 인한 1차 압밀침하량 (Sc) 산정

1) 산정 공식

2) 계산 과정

 

∴ 최종 1차 압밀침하량은 75.1cm임

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Ⅳ. (문제2) 강도 증가를 고려한 원지반의 비배수 전단강도 (Cut)

1) 현재 압밀도(U) 산정

 

∴ 68cm/75.1cm = 0.905 → 90.5%

 

2) 강도 증가율 (m = cu / σ0' ) 산정

• Skempton공식은 m = 0.11 + 0.0037(PI)이나, PI 정보 부족 시 일반적인 N.C 점토값 0.25 내외 혹은 문제 제시값(25) 활용

∴ m = cu0 / σ0' = 25 / 57.6 ≒ 0.434

 

3) 현재의 전단강도 (Cut) 계산

 

∴ 현재 상태의 비배수 전단강도 : 약 60.35 kN/m^2

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Ⅴ. (문제3) 3m 추가성토 (△P2) 가능 여부 판단

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Ⅵ. 설계 및 시공 시 고려사항

1) 2차 압밀 침하의 고려: 본 계산은 1차 압밀만을 고려하였으나, 해안가 고소성 점토의 경우 1차 압밀 종료 후 발생하는 2차 압축 침하(Ss)를 장기 유지관리 계획에 반영해야 함

2) 측방 유동 검토: 추가 성토 시 수직 침하뿐만 아니라 하부 점성토의 측방 유동에 의한 인접 부지 영향을 계측(지중경사계)해야 함

3) 압밀 방치 기간: 계산상 90.5% 압밀에 도달했으나, 실제 현장에서는 간극수압계(u) 데이터를 통해 압밀 소산 정도를 반드시 재확인해야 함

Ⅶ. 기술자적 제언

- 본 지반은 매립 및 복토를 통해 지반 강성이 충분히 확보되었으며, 추가 성토에 대한 안정성도 확보된 상태이다. 기술사는 향후 발전소 부속 구조물 축조 시 잔류 침하가 구조물에 미치는 영향을 최소화하기 위해 Pre-loading 기간을 충분히 확보하고, 시공 중 측방 유동 판정 지수를 모니터링하여 안전한 성토 작업을 완수해야 한다.