事例分析을 通한 軟弱地盤 基準强化로 土木構造物 安定性 確保方案 硏究 : - = A Study on the Stability of Civil Engineering Structures Built on Soft Ground through Case Analysis

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, the characteristics of soft ground as well as the various construction methods applicable to soft ground conditions are investigated through case analysis. There are substantial discrepancies between original construction methods and those ultimately implemented in the field. These discrepancies necessitate the application of ground-improvement techniques. In comparison with other construction approaches, on-site modifications of soft ground treatment are relatively difficult, requiring careful interpretation of application criteria and construction procedures.
It is confirmed that ensuring the allowable residual settlement for concrete track structures on soft ground—determined using N-values derived from standard penetration tests—is often challenging. However, international case studies indicate that original ground conditions with N-values below 20 have been accepted without significant issues. In sections designed for test speeds of 400 km/h, which exceed the standard high-speed railway operating speed of 350 km/h, allowable residual settlement limits were frequently exceeded where N-values were greater than 10. As high-speed railway systems continue to advance and design speeds increase, the potential for compromising the structural stability of facilities constructed on soft ground becomes increasingly significant. Therefore, this study proposes revising the N-value criterion for identifying soft ground from the current threshold of 10 to 15.
Even when the most appropriate construction methods are selected based on rigorous investigation and analysis of site-specific data, the applicability of these methods remains inherently limited because the underlying survey information is restricted in quantity and spatial coverage. Geological conditions are highly variable and often diverge from those assumed during the design phase. Consequently, additional excavation surveys, field tests, and laboratory analyses using collected samples are frequently required to validate initial assumptions. Follow-up investigations are conducted using previously accumulated site data, and subsequent construction steps are undertaken.
Particularly in sections adjacent to existing roadways, special attention must be given to the embankment rate in boundary regions to prevent peristaltic settlement and lateral displacement induced by embankment loading. When the likelihood of ground failure is detected, appropriate countermeasures must be developed in consultation with relevant stakeholders. Soft ground strata typically exhibit highly irregular engineering properties—both in thickness and clay composition—and misinterpretations during surveys, testing, or design can result in regional variations in the time required to complete consolidation settlement. Therefore, comprehensive construction management is essential, including periodic on-site reviews to ensure that construction procedures remain consistent with actual ground conditions and that necessary corrective actions are implemented in a timely manner.
When piling methods are employed for soft ground improvement, the predicted settlement must be adjusted continuously based on actual settlement measurements. These measurements should be systematically analyzed to determine the true magnitude of consolidation and to verify the remaining settlement. In practice, design estimates for soft ground and the adequacy of applied design parameters must be supplemented and refined using additional data acquired through systematic monitoring during construction. However, despite the critical importance of such measurements, they are often undervalued in practice, and stakeholder skepticism regarding monitoring results continues to present significant challenges.
Value engineering (VE) and life-cycle cost (LCC) analysis are utilized to enhance economic efficiency and overall project value by reducing unnecessary expenditures and improving functional performance. VE is applied across the entire project cycle—from planning and design to construction and maintenance—requiring multidimensional evaluation at each stage to derive the most optimal alternatives. LCC analysis similarly considers initial construction, operation, maintenance, and decommissioning costs, enabling the identification and mitigation of potential long-term issues and facilitating the selection of efficient and economically sustainable solutions over the facility’s entire lifespan.
In recent years, expanded concepts of VE and LCC have integrated environmental performance and social value, emphasizing the importance of selecting construction methods and materials not only on economic grounds but also considering environmental impact, energy efficiency, user convenience, and broader societal effects. Optimal construction methods for stabilizing structures on soft ground should therefore be determined through a comprehensive, long-term perspective rather than focusing solely on short-term results. Despite this, many soft-ground projects have yet to demonstrate long-term stability, resulting in frequent on-site modifications and implementation challenges.
Given the growing necessity of underground construction for railways and other infrastructure, along with increasingly diverse living environments and environmental considerations, the selection and application of soft ground treatment techniques are expected to play an increasingly critical role in civil engineering. In particular, as construction conditions become more complex and less predictable due to climate change and rapid urbanization, the construction methodologies identified in this study—as well as the proposed revisions to existing guidelines—are anticipated to offer practical value for future projects conducted on challenging ground conditions.

국문 초록 (Abstract)

연약지반의 특징 및 연약지반 상에 적용되는 다양한 공법을 분석하고 연약지반의 판정 기준인 N값의 충족 여부로 공법을 적용하는 공통점이 있어나 현장조사를 근거 로 설계된 공법과 현장에 적용딘 공법과는 근본적으로 차이가 있어 부분적으로 추가 적인 다른 공법을 적용할 수밖에 없는 문제점이 도출되고 있으며, 철도 콘크리트 궤 도의 경우에는 기타공종보다 현장에서의 수정이 상대적으로 곤란하여 적용기준 및 공 법 적용시 주의가 필요하다. 즉 표준관입시험 결과인 N값으로 판정하는 연약지반 상의 콘크리트 궤도에서는 허 용잔류침하량 확보가 어려운 경우가 많이 발생한다는 것을 확인할 수 있었는데 해외 의 경우에는 원 지반조건의 N값을 20이하로 관리하는 사례도 조사되었다. 따라서 고 속철도의 기준 속도인 350km/h를 상회하는 400km/h급을 테스트했을 경우에는 N값 이 10보다 높은 구간에서 콘크리트 궤도의 허용잔류 침하량이 초과하는 것을 확인할 수 있었다. 향후 고속철도의 성능개선으로 속도가 향상될 경우 연약지반상의 구조물 안정성을 해칠 수 있는 가능성을 배제 할 수 없으므로 본 논문에서는 연약지반의 판 정기준인 N값 적용에 있어서 현재의 10이 아니라 15로 상향조정할 것을 제안하게 되 었다. 사업현장에 대한 실측데이터를 면밀히 조사, 분석하여 최적의 공법을 적용하더라 도 지극히 제한된 조사자료를 근거로 적용되어 한계가 있고 또한 지층상태가 매우 불 규칙하여 설계에 적용한 내용과 다를 수 밖에 없어 현장에서 추가시추조사 및 현장시 험을 실시하고 시료채취에 의한 실내시험을 실시하여 소정의 압밀도 및 전단강도를 추가로 확인하고 사전에 입수한 관련 자료를 근거로 지장물 추가조사를 실시한 후 이 상이 없을 경우에만 후속작업을 실시하고 있는 실정이다. 특히, 도로와 인접하는 구간을 시공할 때는 성토에 따른 연동침하 및 측 방향 변 위발생 방지를 위하여 해당 구역 경계면의 성토속도는 각별히 준수하여 시공하여야 하고. 지반파괴 위험이 예측될 때는 이해관계자와 협의 후 대책공법을 검토하여야 한 다. 연약지반 지층은 두께 및 점토층의 토질이 공학적 특성으로 매우 불규칙하고 조 사, 시험, 설계 등의 오차에 기인하여 지역적으로 압밀침하 완료기간이 상이할 수 있 으므로 현장여건에 맞는 시공이 될 수 있도록 주기적인 검토를 수행하고 필요한 경우 대응조치를 취하는 등 시공관리가 현장에서의 철저한 관리로 진행되고 있는 실정이 다. 쌓기로 연약지반을 처리하는 경우에는 침하량 측정 결과에 의해 예상 침하량을 조 정할 필요가 있으며, 계측결과를 종합적으로 분석ㆍ검토하여 실제 압밀침하량을 판정 하고, 잔류침하량을 확인하여야 한다. 연약지반에는 계측계획에 의거 설계 당시 추정치와 적용된 설계의 적정성을 시공 중에 습득한 새로운 정보를 통해 이를 보완 또는 보강해야 하는데 그 첨병역할을 할 수 있는 것이 계측임에도 너무 소홀하게 다루어지고 있고 관계자들의 의식 또한 회의 적인 것이 문제다 경제성 확보 및 전체 가치향상 확보를 위해 VE(Value Engineering; 가치공학), LCC(Life Cycle Cost; 생애주기비용)가 사용되고 있는데 불필요한 비용을 절감하고 프로젝트의 가치를 종합적으로 향상시키는 것을 목표로 한다. 그렇기 때문에 VE는 기획단계 부터 설계, 시공, 유지관리에 이르는 전체 과정에 적용하여 각 단계에서 최 적의 대안을 도출하기 위해 다양한 측면에서의 분석과 평가가 이루어져야하고 생애주 기 동안에 발생할 수 있는 문제점들을 사전에 파악하여 개선될 수 있도록 초기 건설 비용에서부터 운영비, 유지보수비, 최종단계인 폐기비용까지 포함하여 시설물의 총비 용을 산정하여 단기적인 비용절감 뿐만아니라 장기적인 관점에서도 가장 효율적이면 서도 경제적인 대안을 선택하도록 한다. 최근에는 환경적 영향과 사회적 가치까지 고려하는 확장된 개념의 VE와 LCC 분 석이 이루어지고 있는데, 이는 경제적 측면뿐만 아니라 환경적 측면, 에너지효율성의 측면, 사용자 편의성 측면, 사회적 영향력 측면 등을 종합적으로 고려하여 자재, 공법 등을 결정하는 것이 강조되고 있는 실정이다. 연약지반 위 구조물의 안정성을 위한 최적의 공법은 효과성은 물론 해당 프로젝트 가 단기간의 성과로 끝나는 것이 아니라 지속가능성이라는 관점에서 초기공사비 중심 의 경제성 평가에서 벗어나, 장기적인 유지관비비용과 환경영향을 포함한 종합적인 관점에서 검토가 이루어 져야 하는데 연약지반에 시공된 사례를 중심으로 검토한 결 과, 대부분의 현장에서 선행자료 및 사례가 장기안정성 검증에는 미치지 못하여 현장에 서 변경 시행됨으로서 이로인한 많은 문제점이 대두 되고 있음을 확인 할 수 있었다. 생활 여건의 다변화 및 친환경성 등과 맞물려 철도를 비롯한 각종 구조물의 지하 화가 필연임을 감안하면 연약지반 처리공법의 선정과 적용은 토목공학 분야에서 폭발 적으로 중요성이 증가할 것으로 예상된다. 특히 기후변화 및 도시화의 가속화로 예측 이 어렵고 복잡한 지반조건에서의 건설이 필수적인 현 상황에서 본 연구를 통해 도출 된 적정공법 및 제시된 수정 가이드라인은 이러한 공사 현장의 적용에 도움이 될 것 으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• <제목 차례>
• 제목차례 ⅰ
• 표 차례 ⅲ
• 그림 차례 ⅴ
• 국문요약 ⅵ
• 제1장 서론 1
• 1.1. 연구의 배경 1
• 1.2. 연구의 목적 6
• 1.3. 연구의 범위와 방법 8
• 제2장 이론적 배경 18
• 2.1. 연약지반의 정의와 특성 18
• 2.1.1. 연약지반의 정의 18
• 2.1.2. 연약지반의 물리적 특성 22
• 2.1.3. 연약지반의 화학적 특성 35
• 2.2. 연약지반의 형성 원인 37
• 제3장 연약지반 상의 시공된 사업별 사례분석 44
• 3.1. 연약지반 판정기준에 따라 설계된 사업의 문제점을 중심으로 44
• 3.1.1. 황해 경제자유구역 포승지구 부지조성공사 사례 44
• 3.1.2. 부산 에코델타시티 사례 52
• 3.1.3. 전남 영암 해남 기업도시 진입도로 개설공사 사례 55
• 3.1.4. 울산 송정지구 택지개발사업 동해남부선 철도인접구간 사례 58
• 3.1.5. 호남고속철도 1단계(오송~광주송정) 건설사업 사례 61
• 제4장 연약지반에서 구조물 안정성 확보를 위한 적용가능한 공법 검토 69
• 4.1. 메커니즘 분석 69
• 4.1.1. 연약지반 상의 구축물에 대한 영향 분석 69
• 4.1.2. 연약지반과 토목 및 구축물 건설의 경제적 의미 73
• 4.2. 적용공법 검토 76
• 4.2.1. 성토지지 말뚝방식 76
• 4.2.2. 지반강화 방식: 치환, 프리로딩, 연직배수 80
• 4.2.3. EPS 공법 84
• 4.2.4. 지오그리드 보강공법 85
• 4.2.5. 석회파일 공법 85
• 4.2.6. 배수시스템 강화 공법 86
• 4.3. 철도구조물의 노반복원 건설공법: ACBR, PRCG 공법 89
• 제5장 연약지반에서 안정성 확보를 위한 판정기준 고찰 및 검토 93
• 5.1. 연약지반에 대한 기존 판정기준 고찰 및 검토 93
• 5.2. 설계시 연약지반에 적용하는 각종기준 강화 제안 96
• 제6장 결론 100
• 참고문헌 106
• Abstract 110
• 감사의 글 113