문제] 흙의 동상(Frost Heaving) 방지 대책
답]
Ⅰ. 개요
① 흙의 간극수가 동결하여 토층에 빙층이 형성되기 때문에 지표면에 떠올려지는 현상을 흙의 동상이라 한다.
② Silt와 같은 흙에서는 서릿발을 만들며 지면을 들어올리는 비율이 더 커지기 때문에 보통 모래를 기층에 많이 넣어 동토를 방지한다.
Ⅱ. 동상을 지배하는 3요소(동상원인)
1) Silt
- Silt와 같은 비교적 세립의 토중에서 일어나기 쉽다.
2) 온도
- 0℃ 이하의 대기 온도가 오랫동안 지속되면 서릿발(ice Lense)o) 형성되며, 이것이 동상의 원인이 된다.
3) 모관수
- 동상의 조건으로 물의 공급이 많아질 경우 서릿발의 형성이 증대된다
Ⅲ. 동결심도 구하는 방법
1) 현장조사
① 동결 심도계 이용
② Test Pit에서 관찰
2) 동결지수
① 동결지수란 누적일 평균기온 -일 곡선에서 최고점과 최저점의 차이값을 말한다.
② 동결심도(2) = C√F
3) 열전도율
① 열전달이 흙과 물의 잠재열로 이루어진다고 가정한다.
IV. 동해 방지 대책
1. 동상 방지층 재료
1) 최대 입경
- 골재의 최대입경 100mm를 초과할 수 없다.
2) 세립토 함유량
① 직경 0.02mm이하 세립토 3%이하
② No 200체를 통과한 재료 15% 이하
3) 모래 당량
- 모래 당량의 시험치는 20% 이하여야 한다.
4) 조립토
- 동상이 일어나지 않는다.
5) 쇄석
- #4체 통과분 중 #200체 통과량 15% 이하
6) 자갈 섞인 흙
- 0.02개에 통과율이 3~10%인 자갈 섞인 흙을 사용할 경우 롱상 방지에 효과가 있다.
2. 시공법
1) 치환
① 비동상성 재료로 치환하는 공법
② 치환 재료의 조건
• 동상 일으키기 어려울 것.
• 교통 하중에 대한 지지력을 가질 것.
• 장기간 변화되지 않을 것.
③ 치환깊이
• 동결심도가 얕은 경우는 전부 치환
• 동결심도가 깊은 경우 도로에서는 70%~80%가 적당
2) 차수
① 모관수 상승을 차단하는 층을 지하수위 위에 설치
② 재료는 Soil Cement, Asphalt 등을 사용한다.
3) 단열
① 지표에 가까운 부분에 단열재료를 매입 보온 처리
② 스티로폼, 기포 Concrete 등
4) 안정처리
① 화학약액으로 처리하여 동결온도를 낮추는 방법
② Nacl, Cacl, Mgcl
5) 지하수위 저하
- 배수구 등을 설치하여 지하수위 저하
6) 동결깊이 조절
7) 선택층 설치
- 자갈층을 설치하여 포장체를 동해로부터 보호
8) 동결심도 아래 기초 설치
- 모든 구조물의 기초를 동결심도 아래 설치
V. 흙의 동결이 구조물에 미치는 영향
1) Blow up
① 구조물을 위로 쳐올리는 현상
② 구조물 균열, 단차, 솟음 등의 피해
2) 지중 구조물의 파손
① 지중 매설물인 상수도관, 통신관, 권력관, Gas관 등의 지반 동결
② 동파. 이동, 변형되면서 파손
3) 부등침하
① 균질하지 않는 지반에서 흙의 동해 발생 시
② 부등침하 발생.
4) 포장의 파손
① 포장 하부층의 동결, 빙층 형성
② 차량 하중 이동 시 포장층 파손
5) 측압 발생
- 흙이 얼면서 팽창력에 의해서 구조물에 측압이 작용
6) 댐의 변형
- 댐에 변형 일으키고 치명적인 손상 초래
7) 사면 보호층 파손
- 토사면에 동상이 발생하면서 비탈면 보호 구조물의 파손.
8) 옹벽 활동
- 옹벽 구조물이 부상하게 되고 활동하게 된다.
9) 옹벽의 전도
- 옹벽 뒤채움부에 물이 동결되면서 주동 토압과 함께 옹벽 전도
10) 흙막이벽 균열
- 흙막이 벽에 측압이 가해져 균열 발생
11) 도로 단차
- 구조물과 접속부에서 동결현상은 구조물과의 단차를 발생시킨다.
12) 교대 변위
- 교대 후면 지하수가 높을때 동결되어 수평하중으로 작용하여 변위 발생
13) 터널 Liming 균열
- Liming 배면토의 동결에 따른 복공의 균열 발생
Ⅳ. 결론
1) 동상은 주변 구조물을 움직이고 균열을 일으킬 수 있을 정도의 큰 힘을 발휘하며 융해될 경우에는 과잉수로 인해 심각한 문제가 야기될 수도 있다.
2) 동해를 방지하기 위해서는 동결 심도 이하에 구조물의 기초를 설치하거나 모래, 자갈, 점토 등의 비교적 동호 발생이 적은 선택층을 채택하여 동해를 최소화하는 방안이 사전 검토 되어져야 한다.
2024.06.13 - [건축시공기술사 Sub Note] - 건축시공기술사 서브노트 : 지하실 방수공법의 종류를 열거하고, 각각 그 특징을 설명하라