평판재하시험을 통한 화산암 해상 매립지 다짐특성 평가 = Assessment of Compaction Characteristics of Offshore Volcanic Rock Reclamation Using Plate Load Tests

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 울릉공항 건설현장을 사례로, 화산암 파쇄 토석을 이용한 해상 매립 시 해수면으로부터의 성토 높이와 지반의 함수비가 지반반력계수에 미치는 영향을 분석하고, 시공기준을 만족하기 위한 적정 다짐 조건을 규명하기 위해 수행되었다. 이를 위해 가두봉 절취를 통한 토사, 리핑암, 발파암 등 매립재료의 다짐특성을 정량적으로 평가하고, 현장시험을 통해 진동롤러 다짐 횟수, 해수면과 성토면 간의 거리, 매립재료의 함수비와 지반반력계수 간의 상관관계를 분석하였다.
현장시험은 총 4개소의 시험장을 조성하여 수행하였다. 해수면으로부터 성토면까지 높이를 1.2m, 1.5m, 1.8m, 2.1m의 4단계로 구분하고, 10.3ton 진동롤러를 이용하여 비다짐 및 다짐 횟수를 5회, 10회, 15회로 달리하여, 총 64회의 평판재하시험을 실시하였다. 또한, 각 시험장에 성토 높이별로 함수비 변화를 총 16회 측정하였다.
시험 결과, STA.0+950 위치에서는 지반반력계수가 59.62MN/㎥~111.25MN/㎥(변동 폭 51.63MN/㎥), 평균 함수비는 16.4%로 나타났으며, STA.1+150 위치에서는 지반반력계수 58MN/㎥~96MN/㎥(변동 폭 38MN/㎥), 평균 함수비는 20.5%로 측정되었다.
분석 결과, 해수면으로부터 거리가 멀어질수록 함수비는 일정한 추세로 감소하였으나, 시험장별로 다소 차이가 있었다. 진동롤러의 다짐 횟수가 증가할수록 지반반력계수는 전반적으로 증가하는 경향을 보였으나, 함수비가 높은 구간에서는 다짐 횟수 증가에 따른 반력 계수의 상승 폭이 크지 않았다. 반면, 함수비가 낮은 경우에는 다짐 횟수가 지반반력계수 증가에 지대한 영향을 미쳤다. 또한, 해수면으로부터 성토면까지의 거리가 멀수록 대체로 지반반력계수가 높게 나타났으나, 동일한 높이에서도 함수비 차이에 따라 지반반력계수의 최댓값 차이가 약 15MN/㎥(약 15.6%)까지 발생하였다. 이는 단순히 해수면과의 거리 확보만으로는 다짐 기준 충족이 어려우며, 매립재료의 함수비가 지반반력계수 결정의 핵심 요인임을 시사한다.
함수비와 지반반력계수의 연관성을 분석한 결과, 함수비가 높을수록 지반반력계수는 낮게 측정되었으며, 반대로 함수비가 낮을수록 높은 반력 값을 나타내는 뚜렷한 경향성을 확인하였다. 결론적으로 함수비는 지반반력계수 결정에 가장 주요한 영향 인자로 확인되었다. 해수면에서 가까울수록 함수비 상승으로 인해 지반반력계수가 감소하며, 멀어질수록 함수비가 낮아져 최적함수비에 근접함에 따라 지반반력계수가 증가한다. 또한, 비다짐 상태의 흙은 함수비와 무관하게 낮은 지반반력계수를 보이나, 다짐 횟수가 많을수록 함수비에 따른 반력 계수의 변화 폭이 크게 발생하였다. 이는 함수비가 높은 조건에서는 반복 다짐의 효율이 저하됨을 의미하며, 흙쌓기 작업 시 함수비 관리의 중요성을 보여준다. 따라서 소요 지반반력계수를 확보하기 위해서는 단순한 다짐 횟수의 증가뿐만 아니라 적정 함수비를 유지하는 것이 필수적이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study was conducted using the Ulleung Airport construction site as a case study to analyze the effects of fill height above mean sea level and the water content of the ground on the modulus of subgrade reaction when using crushed volcanic rock fill for offshore reclamation, and to determine appropriate compaction conditions required to meet construction standards. To this end, the compaction characteristics of reclamation materials — including soils from the Gadubong excavation, ripped rock, and blasted rock — were quantitatively evaluated, and field tests were used to analyze the correlations among vibratory roller compaction passes, the distance between the sea surface and the fill surface, the water content of the fill materials, and the modulus of subgrade reaction.
Field tests were carried out at four test sites. The vertical distance from the sea surface to the fill surface was divided into four levels: 1.2 m, 1.5 m, 1.8 m, and 2.1 m. Using a 10.3 ton vibratory roller, plate load tests were performed under non-compacted conditions and with compaction passes of 5, 10, and 15, yielding a total of 64 plate load tests. In addition, changes in water content by fill height were measured 16 times across the test sites.
At STA.0+950, the modulus of subgrade reaction ranged from 59.62 MN/㎥ to 111.25 MN/㎥ (a variation of 51.63 MN/㎥), with an average water content of 16.4%. At STA.1+150, the modulus of subgrade reaction ranged from 58 MN/㎥ to 96 MN/㎥ (a variation of 38 MN/㎥), with an average water content of 20.5%. The analysis showed that water content generally decreased with increasing distance from the sea surface, although there were some differences between test sites. In general, the modulus of subgrade reaction tended to increase as the number of vibratory roller passes increased; however, in zones with high water content the increase in modulus of subgrade reaction with additional passes was not large. Conversely, when water content was low, the number of compaction passes had a significant effect on increasing the modulus of subgrade reaction.
Also, although the modulus of subgrade reaction generally increased with greater distance from the sea surface to the fill surface, differences in water content at the same height produced maximum differences in modulus of subgrade reaction of up to about 15 MN/㎥ (approximately 15.6%). This indicates that simply increasing the distance from the sea surface is not sufficient to meet compaction criteria, and that the water content of the fill material is a key factor in determining the modulus of subgrade reaction.
The relationship between water content and modulus of subgrade reaction showed a clear trend: higher water content corresponded to lower modulus of subgrade reaction, while lower water content corresponded to higher modulus values. In conclusion, water content was identified as the most influential factor in determining the modulus of subgrade reaction. Proximity to the sea surface led to increased water content and thus reduced modulus of subgrade reaction, whereas greater distance from the sea surface reduced water content and brought the material closer to an optimal water content, increasing the modulus of subgrade reaction. Additionally, non-compacted soils exhibited low modulus of subgrade reaction regardless of water content, but with increasing numbers of compaction passes the variation in modulus due to water content became more pronounced.
This implies that repeated compaction is less effective under high water content conditions and highlights the importance of water content control during fill placement. Therefore, securing the required modulus of subgrade reaction requires not only increasing the number of compaction passes but also maintaining an appropriate water content.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 목적 4
• Ⅱ. 문헌조사 5
• 1. 흙쌓기 다짐 관리 5
• 2. 다짐 평가 시험 9
• 3. 연구 동향 13
• Ⅲ. 해상 매립 현장 개요 16
• 1. 해상구간 지질분포 특성 19
• 2. 육상구간 지질분포 특성 22
• 3. 매립재료 특성 24
• Ⅳ. 현장 다짐 및 평판재하시험 27
• 1. 시험 재료 27
• 2. 시험 계획 28
• 3. 시험 절차 29
• 4. 시험 결과 31
• Ⅴ. 결론 40
• 참고문헌 42
• 부록 A 시추조사 결과 46
• 부록 B 실내시험 결과 60