1. 서 론
2. 이론적 배경
2.1 기존의 연구 동향
2.2 다짐말뚝 설계 방법
2.3 다짐말뚝 시공 방법
3. 축소모형실험
3.1 실험 시료
3.2 실험 시스템
3.3 실험 절차
3.4 실험 조건
4. 실험 결과 분석
4.1 구근 형상
4.2 다짐 하중
5. 결 론
1. 서 론
‘제4차 전국 무역항 기본계획(2021.2)’ 및 언론보도 자료에 의하면 다양한 분야에서 두각을 나타내고 있는 우리나라의 기술력 등으로 인한 수출 물동량 증가와 물류비 절감을 위한 선박 대형화에 대응하기 위하여 지속적인 항만 개발 및 확장 필요성이 대두되고 있다. 또한, 대상지의 대부분에는 하천과 리아스식 해안의 영향으로 수십 m 이상의 연약지반이 분포하고 있어, 시설물 설치를 위한 연약지반 개발이 반드시 필요한 실정이다. 국내에서는 해상 연약지반의 개량을 위하여 모래다짐말뚝(Sand Compaction Pile, SCP) 공법이 널리 활용되어 왔다. 다짐말뚝 공법은 강도와 배수성능이 우수한 모래 또는 골재를 지중에서 진동 또는 충격으로 압출, 다짐을 반복하여 일련의 구근을 연속하게 시공하여, 모래말뚝 또는 골재말뚝을 형성하여 연약지반의 치환을 통해 지지력을 향상시키는 공법이다(Barksdale and Bachus, 1983; Kim, 2009; Park et al., 2011).
하지만, 최근 국내 천연 모래의 공급량 감소에 따른 재료비 증가와 환경 파괴와 같은 사회적 문제가 지속적으로 제기됨에 따라(Chun et al., 2004; Park et al., 2011), 모래 대신 수급이 용이한 쇄석이나 자갈을 활용하는 쇄석다짐말뚝(Granular Compaction Pile, GCP) 공법이 대체공법으로 제안되었다. 그러나, 해상 초연약점토지반에 쇄석다짐말뚝 구근을 조성하는 과정에서 발생하는 팽창파괴 또는 다짐말뚝 선단부의 퍼짐 현상으로 다짐말뚝 구근이 불균일하게 형성되어 해상 연약지반에서는 적용이 제한되었다(Kim, 2009; Bong and Kim, 2017). 따라서, 재료, 장비 및 절차를 개선하여 기존 공법을 보완하는 공법의 개발이 필요하다. 최근 이에 대한 재료적인 대안으로 Fig. 1과 같이 골재의 입도를 조정한 입도조정골재를 활용하는 공법이 제안된 바 있다(Kim et al., 2021).
다짐말뚝 구근은 직경 확장을 통해 연약한 원지반을 강도가 크고 배수성능이 우수한 재료로 치환하게 된다. 이때, 확장된 구근의 직경은 다짐말뚝 설계 시 주요 인자인 치환율을 결정한다. 구근의 형성이 균일하지 않을 경우, 목표 치환율을 위해 초기 설계 투입량보다 더 많은 골재가 투입되거나, 심지어 다짐말뚝의 형성이 되지 않아 지지력 확보에 문제를 야기한다.
다짐말뚝의 품질에 중요 요소가 되는 구근 형성을 확인하여 메커니즘을 분석할 필요가 있으나, 실제 현장시험을 해상에서 수행하는 경우, 확인 보링을 통한 조사가 현실적으로 가능하나 이를 통해 형성된 구근의 형상을 관찰하기에는 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 선행된 유관 실험 연구들을 참고하여(Kang and Kim, 2004; Kim et al., 2004; Kim, 2009; Park et al., 2011; Do, 2012; Chu, 2013; Fattah et al., 2017; Bong et al., 2018; Basack et al., 2018), 재료 차이에 따른 다짐말뚝 구근의 형상을 관측을 통해 정성적으로 형성 메커니즘을 분석하고, 재료의 개선에 따른 품질 향상을 밝히고자 하였다. 다짐말뚝의 실제 시공 절차를 모사하여, 케이싱을 관입시키고 인발과 다짐을 반복하여 구근을 형성하는 축소모형실험 시스템을 구축하였다. 전통적인 재료인 모래와 새롭게 제안된 입도조정골재에 대하여 구근 형성 축소모형실험을 수행하고 구근 형상 및 다짐저항력을 계측하여 입도조정골재 다짐말뚝의 품질 차이를 비교·분석하였다.
2. 이론적 배경
2.1 기존의 연구 동향
SCP 공법은 1835년에 프랑스 기술자 Moreau에 의하여 처음 도입되었으며, 우리나라에서는 1984년 광양제철소 건설을 위한 연약지반 개량을 위하여 처음으로 적용되어, 연약지반개량공법으로서 널리 활용되고 있다(Kim, 2009; Bong et al., 2018). 최근 국내 천연 모래의 부족으로 인한 수급 문제와 비용증가로 인해 대체 공법에 대한 연구가 진행되어 왔다.
대표적으로 제안된 쇄석 또는 자갈을 활용한 다짐말뚝 공법인 GCP 공법은 모래에 비하여 경제적이고 배수성능이 우수한 연약지반 개량공법으로 육상에서 SCP 공법의 대체 공법으로써 적용되고있다(Choi et al., 2002; Kim, 2009; Bong and Kim, 2017). 특히, Choi et al.(2002)은 GCP 공법의 정의와 특징과 국내·외 연구동향 및 개량된 복합지반의 기본이론에 대해 서술하였으며, Chun et al.(2004)은 다짐말뚝으로 개량된 지반의 현장재하시험 결과와 기존의 다짐말뚝 지지력 이론식을 바탕으로 쇄석다짐말뚝의 지지력 실측치와 이론치를 비교·분석하였다. Kang and Kim(2004)은 강모래를 활용한 다짐말뚝으로 개량된 복합지반의 지지력에 대한 1g 축소모형실험 연구를 수행하였으며, Kim et al.(2004)는 1g 축소모형실험을 통해 쇄석다짐 무리말뚝의 지지력에 대하여 연구하였다.
Park et al.(2011)은 1g 축소모형실험을 통해 쇄석다짐말뚝에서의 공극 막힘 현상 및 투수능에 대하여 연구하였다. Kim(2016)은 수치해석을 통해 쇄석다짐말뚝의 응력분담비, 내부마찰각에 따른 거동특성에 대하여 연구하였다. Fattah et al.(2017)은 1g 축소모형실험을 통해 쇄석다짐 무리말뚝의 지지력에 대한 연구를 수행하였으며, Bong et al.(2018)은 34개의 국내·외 현장재하시험 및 1g 축소모형실험 자료를 수집하여 다짐말뚝의 극한 지지력 산정식을 제안한 바 있다. Basack et al.(2018)은 수치해석과 1g 축소모형실험을 통하여 쇄석다짐말뚝의 거동 특성 및 공극 막힘 현상에 대하여 연구하여 관계식을 도출한 바 있다.
다짐말뚝 공법을 개선하기 위하여 다양한 대체 재료들에 대한 연구가 수행되었다. 쇄석과 저회를 혼합한 쇄석-저회 혼합다짐말뚝 공법의 적용성검토를 위해 Lee et al.(2010)은 반원통 모형토조에 저회의 혼합비를 달리하여 혼합다짐말뚝을 형성하고 하중을 재하하여 저회와 쇄석의 혼합비에 따른 전단강도 및 공극 막힘 특성을 연구하였으며, Do(2012)는 수치해석과 1g 축소모형실험을 통하여 쇄석-저회 혼합다짐말뚝의 압축 특성에 대하여 연구하였다. Chu(2013)는 모래와 쇄석을 혼합한 모래-쇄석 혼합다짐말뚝의 배합비에 따른 침하 특성과 공극 막힘 현상에 대하여 1g 축소모형실험을 통해 연구하였으며, Kim(2016)은 수치해석을 통해 모래와 쇄석을 혼합한 모래-쇄석 혼합다짐말뚝의 배합비에 따른 거동 특성에 대하여 연구하였다. Kim(2009)은 1g 축소모형실험을 통해 재생골재를 활용한 다짐말뚝의 거동 특성과 공극 막힘 현상을 연구하였다.
이와 같이 기존의 공법의 문제점을 개선하고자 다양한 공법의 지지력 및 공극 막힘 현상에 대한 실내 실험 및 수치해석 연구들이 수행되었으나, 구근 형성 과정에 대한 연구 사례는 전무하다. 특히, 형성된 구근 형상의 확인은 다짐말뚝 품질 검증에 중요하나, 관련 연구는 미비한 실정이다.
2.2 다짐말뚝 설계 방법
2.2.1 치환율(Area replacement ratio, as)
다짐말뚝 공법의 설계는 시공 조건 및 경제성 등을 고려해서 적절한 치환율을 결정하게되며, 다짐말뚝에 의해 치환된 지반의 체적은 개량된 복합지반의 거동에 큰 영향을 미친다(KORDI, 2001). 따라서, 지반의 치환 정도를 알기 위해 다짐말뚝의 영향면적에 대한 다짐말뚝의 면적의 비를 식 (1)과 같이 산정하며, 치환율로 정의한다(You and Kim, 2009; Basack et al., 2018).
여기서, AC는 다짐말뚝의 면적, AS는 다짐말뚝 면적을 제외한 원지반의 면적이다.
2.2.2 구근 설계
결정된 치환율을 만족하기위해 다짐말뚝의 확장된 구근 직경이 결정된다. 확장된 구근의 제원은 식 (2)와 같이 일반적으로 투입되는 골재 기둥의 부피(Fig. 2(a))와 다짐 후 확장된 구근의 부피(Fig. 2(b))의 변화가 없다는 가정을 기반으로 결정되며, Fig. 2와 같다.
여기서, Vi는 케이싱 내 모래 또는 골재 기둥의 부피, Vo는 확장된 구근의 부피, Di는 모래 또는 골재 기둥의 직경, Do는 확장된 구근의 직경, hi는 모래 또는 골재 기둥의 높이, ho는 확장된 구근의 높이이다.
2.3 다짐말뚝 시공 방법
다짐말뚝의 시공 과정은 다음의 절차와 Fig. 3과 같다.
① 케이싱(Di=1.2m, t=24mm)을 타설 위치에 세운다.
② 진동기를 작동하여 케이싱을 폐단면으로 지중에 관입시킨다.
③ 목표 깊이까지 도달하면 상부 호퍼로 케이싱 내에 일정량의 모래 또는 골재를 투입하고 케이싱을 2.7m만큼 인발하면서, 케이싱 내의 모래 또는 골재를 천공부에 압출시켜, 케이싱의 단면적을 가지는 모래 또는 골재 기둥을 형성한다(Fig. 3(a)).
④ 케이싱의 선단부를 폐단면으로 하여 투입된 모래 또는 골재를 1.7m만큼 다져 확장된 직경 2.0m, 높이 1.0m의 구근을 형성한다(Fig. 3(b)).
⑤ 다시 케이싱을 2.7m만큼 인발하며, 모래 또는 골재를 압출한다.
⑥ ④의 방법과 동일하다.
⑦ 위와 같이 인발과 다짐(③ - ⑥)을 반복하여, 구근을 쌓아 올림으로써 다짐말뚝을 조성하고, 지표면으로부터 규정 높이 도달 이후에 모래 또는 골재를 채워 넣어 시공을 완료한다.
⑧ 다음 시공 위치로 이동한다.
본 논문에서는 위와 같은 실제 시공 절차를 모사하는 실험시스템을 구축하여 구근 형성 메커니즘에 대한 연구를 수행하고자 하였다.
3. 축소모형실험
3.1 실험 시료
본 연구에서 대상으로 하는 다짐말뚝을 조성하기 위하여 사용된 재료는 전남 여수에서 채취한 해사와 입도조정골재를 활용하였으며, 입도 분포는 Table 1과 Fig. 4와 같다. 입도조정골재는 Fig. 1의 범위를 만족하도록 선정되었다. 다짐말뚝의 지지력은 조성 재료의 내부마찰각과 큰 연관이 있는 것으로 알려져 있다(Gibson and Anderson, 1961; Greenwood, 1970; Hughes and Withers, 1974; Brauns, 1978; Madhav and Vitkar, 1978; Chun et al., 2004). 입도조정골재의 대형직접전단시험을 수행한 결과는 Fig. 5와 같고, 입도조정골재의 내부마찰각은 54.7°로 나타났다. 입도조정골재의 내부마찰각이 Table 2에 도시한 일반적인 다짐말뚝 재료의 내부마찰각에 비하여 크게 나타나(KORDI, 2001), 재료적인 측면에서 입도조정골재 다짐말뚝의 지지력은 기존의 모래다짐말뚝 및 쇄석다짐말뚝보다 향상될 것으로 예상된다.
Table 1.
Geotechnical properties of compaction pile materials
| Controlled grading aggregate | Marine sand | |
| D60 (mm) | 6.4 | 1.2 |
| D50 (mm) | 4.8 | 0.8 |
| D30 (mm) | 2.0 | 0.2 |
| D10 (mm) | 0.5 | 0.16 |
| Cu | 11.85 | 7.12 |
| Cg | 1.16 | 0.21 |
| Dmax (mm) | 25mm | 4.75mm |
| USCS | GW | SP |
Table 2.
Typical internal friction angle range of compaction pile materials (KORDI, 2001)
| Materials | Internal friction angle (°) |
| Sand | 35.1 ~ 39.1 |
| Gravel | 42.5 ~ 44.1 |
| Sand + Gravel | 37.4 ~ 37.9 |
본 연구에서 개량의 대상이 되는 연약지반 모형 조성을 위하여 인도네시아산 카올린 점토를 활용하였다. 사용된 카올린 점토의 기본 물성은 Table 3과 같고, 비중 2.53, 액성한계 67.99%, 소성한계 37.57%로 나타났다.
Table 3.
Geotechnical properties of kaolin clay
| Soil property | Value |
| Mineral | Kaolinite |
| Source | Indonesia |
| Specific gravity | 2.53 |
| Liquid limit (%) | 67.99 |
| Plastic limit (%) | 37.57 |
| Plasticity index (%) | 30.42 |
3.2 실험 시스템
본 연구에서는 Fig. 3과 같은 현장에서의 다짐말뚝 구근 형성 절차를 최대한 모사하여 Fig. 6과 같이 정밀 변위 제어를 통해 케이싱의 관입, 인발 및 다짐이 가능한 실험시스템을 구축하였다. 실제 사용되는 장비 및 절차를 기준으로 1/6의 축소모형을 활용하여 다짐말뚝 구근을 형성하는 축소모형실험 시스템을 설계하였다.
3.2.1 실험 장비
확장된 구근을 형성하기 위해 케이싱의 관입, 인발 및 다짐이 가능하며, 모래와 골재의 주입이 가능한 실험시스템 및 장비를 Fig. 7과 같이 설계하여 제작하였다. 본 실험에서 다짐말뚝 구근 형성 실험 장비는 케이싱, 해머, 가이드레일, 수직 액추에이터로 구성된다.
케이싱 및 해머는 구근 형성을 위해 (1)케이싱 내 골재의 투입, (2)케이싱의 인발 그리고 (3)골재 다짐이 가능하도록 설계되었다. 케이싱은 현장 장비의 1/6의 축소모형으로 제작하여 내경 200mm, 외경 208mm의 단면을 가지며, 지중 관입 시 융기되는 점토의 높이를 고려하여 높이 540mm의 제원으로 제작하였다. 모형 해머는 케이싱 내부에 설치를 통해 케이싱 선단의 개·폐를 조절하여 골재 투입 및 다짐이 가능하도록 하였다. 해머는 Fig. 7①와 Fig. 8①과 같이 케이싱과 볼트 결합을 통해 선단의 개·폐가 가능한 구조이다. 실험 과정 중 케이싱으로부터 해머를 제거 시, 케이싱이 지반에만 관입된 상태로 상부 프레임과 연결이 해제되므로, 가이드레일을 Fig. 7②와 Fig. 8②와 같이 케이싱을 고정시켜 수직도를 보강하였다. 수직액추에이터는 케이싱의 인발과 다짐을 위한 케이싱의 정밀한 속도와 변위의 제어가 가능하도록 제작하여 활용하였다.
3.2.2 구근
구근은 다짐을 통해 케이싱의 직경보다 확장된 직경으로 형성된다. 본 연구에서는 토조의 직경과 다짐말뚝의 영향 범위를 고려하여 치환율 15.1%에 해당하는 350mm의 구근 직경이 형성되도록 설계하였다. 이는 현장에서 설계되는 구근 직경의 1/6 축소모형이 된다. 또한, 각 단계별 구근의 높이는 토조 높이를 고려하여 50mm로 결정하였다. 2.2.2절에 서술한 바와 같이 직경이 350mm, 높이 50mm의 확장된 구근을 형성하기 위해 케이싱의 내경 200mm를 가지는 기둥의 높이는 150mm로 결정하였다.
따라서, 높이 50mm의 다짐말뚝 구근을 형성하기 위해서 150mm의 인발과 100mm의 다짐이 필요하다. 인발과 다짐을 8회 반복하여 8층의 구근을 형성하였으며, 상부 100mm는 150mm의 인발 시 케이싱의 선단이 지표면 위로 노출되어, 다짐이 어렵기 때문에 골재를 다짐 없이 채워 넣어 모형지반 높이와 동일하도록 높이 500mm의 다짐말뚝을 조성하였다.
직경 200mm, 높이 150mm의 골재기둥을 형성하기 위한 무게를 시행착오를 통하여, Table 4와 같이 해사와 입도조정골재의 투입 무게를 결정하였다. 입도조정골재는 체가름으로 분리된 입자를 매 층마다 조합하여 Fig. 2의 입도분포로 동일하게 준비하였다.
Table 4.
Weight and resulting dry density of compaction pile materials for each bulb layer
| Materials | Weight for one bulbs layer (kg) | Dry density (t/m3) |
| Sand | 7.04 | 1.494 |
| Controlled grading aggregate | 7.06 | 1.498 |
3.2.3 계측 장비
계측 장비는 Fig. 7에 도시한 바와 같이 레이저 변위계와 50kN 로드셀을 실험에 활용하였다. 레이저 변위계는 수직엑추에이터 프레임에 부착하여 케이싱의 변위를 계측하였다. 50kN 로드셀은 케이싱의 관입과 인발 및 다짐과정에서의 하중을 측정하기 위하여 수직엑추에이터와 케이싱 사이에 연결하여 하중을 계측하였다.
3.3 실험 절차
3.3.1 모형점토지반 조성
모형점토지반은 내측 직경 900mm, 높이 700mm의 제원을 가지는 원형토조에 카올린점토를 활용하여 500mm 높이로 조성하였다. 조성 절차는 모형지반과 토조 외벽의 마찰을 최소화하기 위해 그리스를 도포한 후, 바닥 지지층으로 실리카 모래 50mm를 포설하였다. 그 후, 카올린 점토 분말을 액성한계 두 배인 140% 함수비를 갖도록 진공 믹서로 균질하게 교반하여 점토 슬러리를 초기 높이까지 채운 후, 유압 압밀 재하 시스템을 설치하여 상부 배수 조건에서 선행압밀 하였다. 지표면 침하량을 계측하여 압밀 완료를 확인하였고, 목표한 선행압밀하중에서 선행압밀된 500mm의 높이를 가지는 균질한 모형점토지반을 조성하였다.
3.3.2 다짐말뚝 구근 형성
다짐말뚝 구근을 형성하기 위하여 Fig. 7과 같은 실험 시스템을 토조와 결합한 후, 케이싱 선단을 해머로 막고 지표면으로부터 500mm 관입하였다. 이후, 케이싱을 가이드레일에 고정하고, 해머만을 케이싱으로부터 제거해 케이싱의 선단을 개구하였다. 개구된 케이싱의 상단 입구를 통하여 Table 4의 구근 1층에 요구되는 모래 또는 골재를 투입한 후 150mm 인발하였다. 인발 후, 해머를 케이싱에 체결하여 선단을 폐관하고 100mm 하강하여 정적 다짐하였다. 최종적으로 높이 50mm의 구근을 형성하였다. 위 절차를 8회 반복하여 8층의 구근을 형성하고, 최종 상단 100mm는 골재를 다짐 없이 채워 넣어 전체 높이 500mm의 다짐말뚝을 조성하였다.
3.4 실험 조건
본 연구는 다짐말뚝 조성 재료와 연약지반의 강도를 매개변수로 하여 Table 5와 같이 4차례 실험을 수행하였다. 다짐말뚝 조성 재료는 전통적인 다짐말뚝의 재료인 해사와 새롭게 개발된 공법 재료인 입도조정골재의 구근 형상, 구근들의 균일성 및 다짐저항력을 상대적으로 비교·분석하고자 하였다. 모형점토지반은 선행압밀하중을 100kPa와 60kPa로 달리 조성하여 강도를 조절함으로써 연약점토지반의 강도 조건에 따른 구근의 형성 메커니즘을 분석하고자 하였다. 추가적으로, S-100조건에서는 다짐말뚝 설치 완료 후, 케이슨 등 상부구조물로 인한 추가 하중에 의한 다짐말뚝의 거동을 분석하고자 다짐말뚝 조성 후 압력 하중을 100kPa부터 200kPa까지 25kPa씩 증압하며 추가로 재하하였다.
4. 실험 결과 분석
4.1 구근 형상
본 실험은 높이 50mm를 가지는 8층의 구근과 지표면으로부터 100mm의 모래와 골재를 채움으로써, 높이 500mm의 다짐말뚝을 조성하였으며, 조성 후 지표면 형상은 Fig. 9와 같다. 다짐말뚝 설치 완료 후, 다짐말뚝이 설치된 점토 지반을 절반으로 절개하여 노출된 다짐말뚝의 단면은 Fig. 10과 같다. 이와 함께, 다짐말뚝을 제거하여 남겨진 점토 부를 토대로 심도 별 구근의 직경을 측정하였고 Fig. 11과 같다. 측정된 각 구근 층의 직경은 Table 6에 정리하였고, 계측 데이터를 도식화한 구근의 단면은 Fig. 12와 같고, CAD를 이용하여 3차원으로 복원한 다짐말뚝의 형상은 Fig. 13과 같다.
Table 6.
Enlarged bulb diameter measured at each layer
S-100실험의 경우, 다짐말뚝 조성 후 200kPa까지의 재압밀을 진행하여 구근 형상이 일그러져 다른 실험과 비교가 어려워졌고, 이후 실험(A-100, S-060, A-060)에서는 재압밀 과정을 수행하지 않았다. 재압밀 과정에서 중앙부의 팽창이 발생한 것을 Fig. 12와 Fig. 13에서 확인할 수 있다.
그 외 실험인 A-100, S-060, A-060은 Fig. 10 ~ Fig. 13과 같이 팽창 파괴 또는 선단부의 퍼짐 현상 없이 구근의 형태가 잘 나타났으며, 모래다짐말뚝과 입도조정골재 다짐말뚝의 구근 형상이 유사하게 나타났다.
구근의 직경은 지표면에서 가까운 구근 6, 7, 8층의 직경이 상대적으로 앞서 조성된 구근 1 ~ 5층보다 작은 경향을 보였다. 그러나, 대체로 설계 구근 직경과 유사하게 확장되어 균일한 형상을 보였다. 특히, A-100과 S-060의 구근은 매우 균일하게 조성되었다. 따라서, 입도조정골재 다짐말뚝이 모래다짐말뚝과 유사한 품질이 확보되는 것으로 판단된다.
4.2 다짐 하중
각 구근을 정적 다짐하는 과정에서 50kN 로드셀을 통해 계측된 다짐 하중은 Fig. 14와 같다. 각층 별로, 케이싱이 관입깊이 100mm까지 관입됨에 따라 다짐 하중은 증가하는 양상을 보였다. 또한, 층별로 계측된 다짐 하중은 구근 1층 다짐 시 가장 크게 나타났으며, 이후 층에서 지표면에 가까울수록 감소하다 수렴하는 양상을 보였다. 이는 구근 1층은 바닥 층에 가까워, 강성 경계로 인한 영향으로 판단된다. 특히, A-100의 구근 1층을 조성하는 과정에서 70mm의 케이싱 관입 중, 다짐 하중이 로드셀의 용량에 근접하여 관입을 중단하고, 1층 조성을 완료하였다. 따라서, 100mm 다짐 시의 다짐 하중은 선형적으로 추정하였다(Fig. 14(b)의 빨간색 점선).
각 구근 층의 최대 다짐 하중을 선별하여 Fig. 15에 나타내고, 이는 각 층별 최종 100mm 다짐 시 다짐 하중에 해당한다. 각 실험에서 측정된 최대 다짐 하중의 크기는 A-100, A-060, S-100, S-060 순으로 나타났다. 입도조정골재 다짐말뚝 조성 시 다짐 하중이 모래다짐말뚝보다 크고, 연약지반의 강도가 클수록 지지력이 크게 측정되었다. 다짐 하중은 다짐말뚝의 지지력의 반작용으로 볼 수 있기 때문에, 입도조정골재 다짐말뚝이 모래다짐말뚝에 비하여 큰 지지력을 확보할 것으로 판단된다. 이는 3.1절에서 확인 한 바와 같이, 입도조정골재의 내부마찰각이 일반 모래의 내부마찰각보다 크게 측정된 현상과도 일관된다. 또한, 다짐말뚝의 극한지지력에 대한 기존 연구 결과와 유사한 양상을 보인다(Gibson and Anderson, 1961; Greenwood, 1970; Hughes and Withers, 1974; Brauns, 1978; Madhav and Vitkar, 1978). 따라서, 입도조정골재 다짐말뚝은 모래다짐말뚝에 비해 지지력 측면에서 향상 효과가 있을 것으로 판단되며, 입도조정골재는 모래에 비하여 수급이 용이하고 비용이 저렴하여 입도조정골재 다짐말뚝은 모래다짐말뚝에 비해 경제성 측면에서 이점이 있을 것으로 판단된다. 또한, 모래에 비하여 입경이 커, 저치환율 설계 시 연직배수성능에서 추가적인 이점이 있다고 판단되나, 공극 막힘에 대한 연구가 추가적으로 수행되야할 것으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구에서는 재료 및 지반 강도에 따른 다짐말뚝의 구근 형성 메커니즘을 분석하기 위하여 실제 시공 절차를 모사하는 실험 시스템을 개발하였다. 해사와 입도조정골재를 활용한 다짐말뚝 구근 형성 축소모형실험을 수행하였고, 다짐말뚝의 구근 형상과 다짐 하중을 계측하여 비교·분석하였다. 실험 결과로부터 도출한 결론은 다음과 같다.
(1) 재료적인 측면에서 입도조정골재는 기존 공법에 활용되던 해사 및 쇄석보다 내부마찰각이 커 기존 재료에 비해 강도면에서 우수하다.
(2) 재압밀을 진행한 A-100을 제외한 실험에서 구근의 형상이 균일하게 조성되었다. 구근의 직경은 지표면에서 가까운 구근 6, 7, 8층의 직경이 다른 구근에 비하여 상대적으로 작게 나타났으나, 1 ~ 5층의 구근은 대체로 균일하였다.
(3) 입도조정골재 다짐말뚝과 모래다짐말뚝의 구근 형상이 유사하게 나타나, 입도조정골재 다짐말뚝의 품질이 모래다짐말뚝에 유사한 것으로 확인하였다. 따라서, 입도조정골재 다짐말뚝은 해상연약지반에서 적용이 가능할 것으로 판단된다.
(4) 입도조정골재 다짐말뚝 조성 시 소요되는 다짐 하중이 모래다짐말뚝 보다 큰 경향을 보였다. 이는 입도조정골재가 모래에 비하여 내부마찰각이 크고, 그로 인한 지지력도 크기 때문이라고 판단된다. 따라서, 입도조정골재 다짐말뚝이 모래다짐말뚝에 비하여 지지력 측면에서 향상 효과가 있을 것으로 판단된다.
(5) 입도조정골재는 모래에 비하여 수급이 용이하고, 비용이 저렴하여 모래다짐말뚝에 비해 경제성 측면에서 이점이 있을 것으로 판단된다.
(6) 입도조정골재는 모래에 비하여 입경이 커, 저치환율 설계 시 연직배수성능이 더 우수할 것으로 판단되어, 공극 막힘에 대한 검증이 요구된다.
