가. 부분굴착
그림 3.4.37 ~ 그림 3.4.40은 원심가속이 진행되는 동안 케이슨의 수직 및 수평변위와 기초
환산한 값이다. 1g상태의 모형이 목표가속도인 60g에 도달한 시간은 5,600초이며, 그림에 빨 간색 선으로 표시하였다. 이후 모형지반이 정적으로 안정될 때까지 30분 정도 유지하였다.
그림 3.4.37은 케이슨 상부에서 측정된 침하량으로 육측방향인 M1과 해측방향인 M2를 비
교하였다. 60g에 도달하고 지반이 안정된 후 발생한 침하량은 M1, M2가 각각 171mm, 159mm
이었다. 케이슨 상부에서 측정된 M1과 M2의 침하량 차이는 12mm로, 케이슨이 그림 3.4.6을 기준으로 시계방향으로 회전하였음을 나타내지만 상대침하량이 미미하여 큰 영향은 없는 것 으로 판단된다. 그림 3.4.38은 기초사석 배면측의 지표면에서 측정된 수직변위을 나타낸다.
침하가 완료된 후 측정된 수직변위는 233mm이다. 그림 3.4.39는 마운드 윗면에서 측정된 침 하량을 나타낸다. 침하가 완료된 후 수직변위는 S1, S2가 각각 88mm, 116mm로 측정되었다.
이때, 그림 3.4.39~그림 3.4.40에서 S2는 케이슨과 케이슨 사이에 위치한 상황으로 60g가속됨 에 따라 케이슨들 사이의 틈으로 나오는 모래들에 의해 밀려서 코아가 이탈하여 계측값이 이상을 보였고, La104는 굴착기 작동여부를 확인하는 과정에서 굴착날이 수직프레임과 부딪 혀 계측값이 크게 변하였다. 하지만 60g에 도달한 이후에는 변위가 크게 변하지 않아 60g에 도달했을 때의 변위를 안정된 상태로 가정하였다. 계측된 침하량을 비교해보면 기초사석 배 면측에서 침하량이 가장 크게 발생하였고, 그 다음 케이슨, 마운드 순으로 나타났다. 그림 3.4.40은 케이슨의 수평변위를 나타낸다. La103, La104는 60g에 도달한 이후 수평변위량이 각 각 75mm, 54mm로 측정되었다. 이는 양(+)의 값을 갖으며 케이슨이 육측방향으로 변위가 발 생함을 나타낸다. 두 계측값의 차이는 케이슨과 토조 사이의 작은 틈으로 측면으로 회전함을 의미하지만, 상대수평변위가 작아 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다.
그림 3.4.37 Vertical Displacement of Caisson during Spin-up
그림 3.4.38 Settlement of Backfill during Spin-up
그림 3.4.39 Settlement of Mound during Spin-up
1) 1차 굴착(폭 2m)
가) 케이슨 변형
1차 굴착은 2m의 폭으로 부분굴착을 진행하였다. 60g에 도달한 후, 1차 굴착이 진행되는 동안 케이슨의 수직 및 수평변위, 그리고 케이슨 하단면에서 토압을 측정하였고, 지반이 안 정될 때까지 관측하였다. 굴착깊이까지 굴착날이 삽입된 시점(Penetration)과 굴착이 완료된 후의 시점(Excavation)은 그림에 화살표로 표시하였다.
그림 3.4.41은 케이슨 상부에서 측정된 침하량으로 굴착이 진행되는 동안 큰 변화는 보이 지 않았고, 최종침하량은 M1, M2가 각각 2.89mm, 1.94mm로 나타났다. M1이 M2보다 침하량 이 0.95mm 더 크게 발생하여 시계방향으로 조금 기울어진 것을 확인하였다. 그림 3.4.42는 케이슨의 수평변위량을 측정한 결과이다. 1차 굴착이 완료되었을 때 변위량은 La103, La104 가 각각 0.34mm, 0.95mm만큼 발생하였다. 그림 3.4.43은 케이슨 하단부의 토압을 측정한 결
과로, M1O는 해측방향, M1L은 육측방향에 위치한다. 1차 굴착이 완료된 후에도 M1L의 토압
은 큰 변화가 없었지만, M1O은 굴착이 진행되면서 지반내 응력이 이완되고 굴착된 부분의 흙이 일부 유실되면서 토압이 최대 -300kPa까지 감소하였다. 지반이 안정된 후에는 토압이 회복되어 M1O의 감소된 토압은 –125kPa로 나타났다.
그림 3.4.41 Vertical Displacement of Caisson during 1st Excavation (122 sec) with 2.89mm relative Displacement after Excavation
그림 3.4.42 Horizontal Displacement of Caisson during 1st Excavation (122 sec) with 0.95mm relative Displacement after Excavation
그림 3.4.43 Earth Pressure of Caisson during 1st Excavation
나) 지반침하
그림 3.4.44는 배면측 지표면에서 측정된 침하량으로 1차 굴착 후 최종침하량이 3.42mm로 나타났다. 그림 3.4.45는 마운드에서의 침하량을 나타낸 것이다. 최종 침하량은 S1, S2가 각각 0.93mm, 1.63mm로 배면측에서 발생한 침하량에 비해 비교적 작게 발생하였다.
그림 3.4.44 Settlement of Backfill during 1st Excavation
그림 3.4.45 Settlement of Mound during 1st Excavation
2) 2차 굴착(폭 4m)
가) 케이슨 변형
2차 굴착은 굴착폭 4m를 목표로, 기존 굴착된 2m에 추가로 2m를 더 굴착하는 방식으로
진행되었다. 케이슨의 수직 및 수평변위, 케이슨 하단부에서의 토압을 측정하였다. 그림에 표 시된 침하량은 2차 굴착을 시작하기 전을 기준으로, 굴착이 완료되고 30분 경과 후 측정된 상대침하량을 표시한 것이다.
그림 3.4.46은 2차 굴착에서 발생한 케이슨의 수직변위를 보여준다. 2차 굴착이 완료된 후, 상대침하량은 M1과 M2가 각각 0.81mm, 1.01mm로, 1차 굴착에 비해 상대침하량은 줄어든 것
상대수평변위는 0.16mm, 0.37mm이다. 그림 3.4.48은 케이슨 하단부에서 토압을 측정한 결과
이다. 1차 굴착 때처럼 육측방향에 위치한 M1L은 토압변화가 거의 발생하지 않았다. M1O는
굴착날이 삽입된 상태에서 토압이 증가하였고, 이 후 굴착이 완료된 후에 토압이 감소하는 현상을 보였다. 지반이 안정될 때까지 일정시간 유지하였고, 토압변화는 2차 굴착 직전과 유 사한 -125kPa 수준으로 나타났다.
그림 3.4.46 Vertical Displacement of Caisson during 2nd Excavation (182 sec) with 1.01mm relative Displacement after Excavation
그림 3.4.47 Horizontal Displacement of Caisson during 2nd Excavation (182 sec) with
그림 3.4.48 Earth Pressure of Caisson during 2nd Excavation
나) 지반침하
그림 3.4.49는 배면층에서의 침하량은 보여준다. 2차 굴착이 완료된 후, 상대침하량은
1.99mm로 측정되었다. 그림 3.4.50은 마운드에서 측정된 침하량으로, S1과 S2의 상대침하량
이 각각 0.62mm, 1.36mm이다. 2차 굴착에서 지반의 상대침하량은 1차 굴착의 경우보다 줄어 든 것으로 나타났다.
그림 3.4.49 Settlement of Backfill during 2nd Excavation
그림 3.4.50 Settlement of Mound during 2nd Excavation
3) 3차 굴착(폭 6m)
가) 케이슨 변형
3차 굴착은 6m의 폭으로 굴착되었으며, 기존에 굴착된 4m에 추가로 2m를 더 굴착하였다.
그림 3.4.51 ~ 그림 3.4.53은 케이슨의 수직 및 수평변위, 케이슨 하단부에서의 토압을 나타낸 다. 그림에 표시된 침하량은 3차 굴착 전을 기준으로, 굴착 이후 지반이 안정되었을 때 계측 된 상대침하량을 표시한 것이다.
그림 3.4.51은 3차 굴착에서 발생한 케이슨의 수직변위를 보여준다. 3차 굴착 후, 상대침하 량은 M1과 M2가 각각 1.09mm, 0.68mm로, 2차 굴착과 상대침하량은 큰 차이를 보이지 않았 다. 그림 3.4.52는 케이슨의 수평변위를 나타낸 것이다. 3차 굴착이 완료된 후, La103과 La104 의 상대수평변위는 0.37mm, 0.11mm이다. 그림 3.4.53은 케이슨 하단부에서 발생한 토압변화 를 나타낸다. 육측방향에 위치한 M1L은 1차, 2차 굴착 때와 동일하게 토압이 변하지 않았다.
또한 M1O는 굴착날이 삽입된 상태에서는 토압이 증가하였고, 이 후 굴착이 완료된 후에 토 압이 감소하는 현상을 보였다. 지반이 안정될 수 있도록 30분 정도 유지하면서 모니터링하였 다. 굴착완료된 후, 초기에는 응력이완으로 인하여 토압은 –250kPa까지 감소하였다가 점차 회복하여 30분 후 측정된 토압은 –160kPa로 나타났다.
그림 3.4.51 Vertical Displacement of Caisson during 3rd Excavation (120 sec) with 1.09mm relative Displacement after Excavation
그림 3.4.52 Horizontal Displacement of Caisson during 3rd Excavation (120 sec) with 0.37mm relative Displacement after Excavation
나) 지반침하
그림 3.4.54는 배면층에서의 침하량으로, 3차 굴착후의 상대침하량은 1.54mm로 나타났다. 그림 3.4.55는 마운드에서 측정된 침하량을 보여준다. S1과 S2의 상대침하량이 각각 0.77mm, 1.26mm로 2차 굴착에서 지반의 상대침하량과 유사하게 나타났다.
그림 3.4.54 Settlement of Backfill during 3rd Excavation
그림 3.4.55 Settlement of Mound during 3rd Excavation
4) 4차 굴착(폭 8m)
가) 케이슨 변형
4차 굴착은 마지막 굴착단계로 8m의 폭으로 굴착되었다. 이미 굴착된 6m에서 폭 2m가 더
굴착되어졌다. 그림 3.4.56~그림 3.4.58은 케이슨의 수직 및 수평변위, 케이슨 하단부에서의 토압 을 나타낸다. 그림에 표시된 침하량은 4차 굴착 전을 기준으로 상대침하량을 표시한 것이다. 그림 3.4.56은 4차 굴착에서 발생한 케이슨의 수직변위를 보여준다. 4차 굴착 후, 상대침하 량은 M1과 M2가 각각 0.28mm, 34.43mm로 나타났다. M2의 상대변위는 양의 방향으로 상당 히 크게 증가하였고, 이는 케이슨이 시계방향으로 크게 회전하였음을 나타낸다. 그림 3.4.57 은 케이슨의 수평변위를 나타낸 것이다. 4차 굴착이 완료된 후, La103과 La104의 상대수평변 위는 1.03mm, 0.42mm로 케이슨 상단에서 발생한 변위는 상대적으로 작게 발생하였다. 그림
3.4.58은 케이슨 하단부에서 발생한 토압변화를 나타낸다. 토압 변화는 앞서 진행된 굴착 단
계에서와 유사한 경향을 보였다. M1O는 굴착날이 삽입된 상태에서는 토압이 증가하였고, 이 후 굴착이 완료된 후에 토압이 감소하였다. 굴착 전 측정된 토압과 굴착이 완료된 후의 토압
은 –150kPa 수준으로 비슷하게 나타났다.
그림 3.4.56 Vertical Displacement of Caisson during 4th Excavation(86 sec) with 34.43mm relative Displacement after Excavation
그림 3.4.57 Horizontal Displacement of Caisson during 4th Excavation (86 sec) with 1.03 mm relative Displacement after Excavation
그림 3.4.58 Earth Pressure of Caisson during 4th Excavation
나) 지반침하
그림 3.4.59는 배면층에서의 침하량으로, 4차 굴착후의 상대침하량은 1.56mm로 나타났다. 그림 3.4.60은 마운드에서 측정된 침하량을 보여준다. S1과 S2의 상대침하량이 각각 0.57mm, 1.57mm로 2차 굴착에서 지반의 상대침하량과 유사한 수준으로 나타났다. 4단계의 굴착과정 동안 지반침하는 지속적으로 발생하였고, 최종 굴착 후 마운드에서의 누적된 침하량은 S1과 S2가 각각 2.89mm, 5.82mm로 나타났다.
그림 3.4.59 Settlement of Backfill during 4th Excavation
그림 3.4.60 Settlement of Mound during 4th Excavation
나. 증심 완료 후 구조물 안정성 평가
1) 케이슨 변형
증심공법을 적용하기 위해 케이슨 전면의 지반굴착된 위치에 개량체를 설치하고, 60g에서
40분 정도 유지하며 최종단면에 대한 정적안정성을 평가하였다. 그림 3.4.61~그림 3.4.62는 1g
에서 60g까지 도달한 후 40분 정도 경과하는 동안 측정된 케이슨의 수직 및 수평 변위량을 나타낸다. 1g상태에서 목표가속도인 60g에 도달한 시간은 2,100초이며, 그림에 빨간색 선으로 표시하였다.
그림 3.4.61은 케이슨 상부에서 측정된 침하량이다. 60g에 도달하고 지반이 안정될 때까지 발생한 침하량은 M1, M2가 각각 131mm, 92mm이다. 육측방향인 M1의 침하량이 39mm정도 더 크게 발생하였으며, 시계방향으로 케이슨이 회전함을 알 수 있다. 이는 강체로 모델링된 개량체 부분은 60g까지 도달하는 동안 상대적으로 침하가 덜 발생하기 때문에 침하가 비교 적 크게 발생하는 육측방향으로 회전하는 것으로 판단된다.
그림 3.4.62는 케이슨의 수평변위량을 나타낸 것이다. La103, La104는 60g에 도달한 이후 수평변위량이 각각 68mm, 86mm로 측정되었다. 두 계측값의 차이는 4.1절에 기술된 굴착전 케이슨의 상태와 유사한 수준으로 케이슨 거동에는 큰 영향이 없는 것으로 판단된다.
그림 3.4.61 Vertical Displacement of Caisson during Spin-up and 60g Monitoring