고성토 도로 다짐?!

도로를 시공할때 고성토로 시공하는 경우가 많은데요. 고성토 도로 시공은 어떻게 하고 그리고 그 다짐방법은 무엇인지 알아보겠습니다.

1. 개요

고성토 도로는 흔히 6m이상의 성토를 말하는데요 일반 성토 작업보다 특별히 다짐 관리에 중점을 두어야 합니다. 여기서 성토란 것은 흙을쌓는다는 의미이고 이에 반대되는 말로 절토라고 합니다. 이는 흙을 깍는다는 말입니다. 절토는 흙을 깍는것이고 또 비슷한 말로 터파기라는 말이 있습니다. 터파기는 흙을 파는것을 말합니다. 조금씩 비슷하지만 다른 말들인거죠. 

다짐이라는 것은 말그대로 흙을 단단하게 만드는 작업이라고 할수 있는데 기술적으로는 흙의 상대밀도를 높이고 전단강도를 높이는 행위라고 할수 있습니다. 우리가 어렸을적 비오고 나면 시골에서 흙놀이를 많이 했는데요. 흙놀이 하면서 터널도 만들고 집도 만들고 합니다. 이때 만들어진 토사 형성체가 무너지지 말라고 어느정도의 물기와 함께 손으로 탁탁치면서 단단하게 하는데요 그 과정이 다짐과정이라고 보시면 됩니다.

기술자가 보는 흙의 다짐은 흙의 형태와 그리고 구성과 관련이 있습니다. 쉽게 말하자면 흙은 토사, 물 그리고 공기로 이루어졌다고 합니다. 이를 삼상체제라고 하는데 우리가 다짐을 했을때 흙과 흙 사이의 간격이 좁아지기도 하고 공기가 빠져나가기도 하는거죠. 도로를 시공할때는 흙의 간극을 제거하고 조밀도를 높이기 위해서 장비를 이용하여 다짐을 하는것입니다.

고성토를 다짐하기 위해서는 말그대로 높은곳에 성토를 하기 때문에 사면에 대한 부분을 검토해야합니다. 왜냐면 일반적인 평지의 경우 불도저나  엑사를 이용해서 하면 되는데 고성토란 것은 6m 이상 즉 거의 아파트 2층 이상의 높이를 성토하는 것이기에 사면이 무너지지 않게 안전에 유의하여 시공을 하게 되는것입니다.

일반적인 다짐공법과 차이가 있고 그렇기에 전압식, 진동식, 충격식을 공법이 있습니다. 전압식은 누르는 과정이라고 보시면 되고 진동식은 흔들어주는 과정 그리고 충격식은 하중을 가하는거라고 보면 됩니다. 특히나 진동식의 경우는 애달래듯 잘 흔들어서 흙의 구조사이가 더 조밀하게 만들어주는데요. 이 공법들을 선정할때는 토질에 따라서 선정한다고 볼수 있습니다.

2 다짐의 원리

도로시공시 다짐원리라고 하면 흙이 어떤상태에서 가장 큰 전단강도를 가질수 있느가에 있습니다. 전단강도란 흙이 파괴되지 않고 버틸수 있는힘을 말하는데요. 흙은 어느정도의 물을 머금었을때 가장 큰 전단강도를 가지게 되고 이를 함수율이라고 합니다. 일반적으로 함수율을 각 국가마다 토질 마다 다르기 때문에 시험성토를 통해서 함수율을 결정하고 다짐을 하게됩니다. 

3. 도로 시공시 다짐 공법

1) 전압식

전압식에 적용되는 지반은 점성토 지반입니다. 이는 롤러의 자체 자중에 의해서 꾹꾹 누르는거라고 보시면 되는데요. 점성토 지반의 경우 사질토 지반과 다르게 토사 입자가 미립자이며 간극수와 미립자가 꽁꽁 붙어 있어서 흔드는것보다 눌러주는방법이 효과적입니다. 쉽게 애기해서 우리가 비오고 난뒤에 진흙이 있는데 이를 꼭 눌러주는것과 같습니다. 

2) 진동식

진동식 다짐공법의 경우 사질토 지반에 적용이 되는데요. 진동에 의해서 토사사이 공기를 제거하고 구조를 변경하여 조합을 더 치밀하게 만들어 전단강도를 높이는 과정입니다. 

3) 충격식

충격식다짐공법에는 Temper나 Rammer를 사용하게 되는데요 충격식은 일반적으로 전체도로에다가 사용할수 있는것은 아니구요 구조물과 토사의 겹침부나 일반 장비가 들어가서 작업이 불가능한 경우 인력을 이용해 사용하는것입니다. 

4. 고성토 도로시공시 다짐 관리 방안

1) 다짐 기준

다짐기준으로는 건조밀도 기준이 있습니다. 노체의 경우는 최대건조단위중량이 90% 이상이고 노상의 경우는 95%이상이 국내에 일반적이 경우인데요. 해외의 다짐 기준은 조금 다릅니다. 가까운 베트남만 보더라도 최대 건조단위중량이 98%인 곳이 많으며 또 프로젝트마다 98%이상을 요구하는 경우도 많습니다. 즉 상부 목적물이 공항이냐 일반 도로냐에 따라서 설계가 바뀐다고 볼수 있습니다.

2) 다짐 판정

다짐을 판정하기 위해서 우선 품질 규정으로는 건조밀도, 포화도, 강도, 상대밀도등이 있고 공법 규정에는 다짐두께, 다짐속도, 다짐횟수 등이 있습니다. 다짐두께는 일반적으로 10~30cm를 만들기 위해서 흙을 붓고 롤러로 다지게 되구요, 노체니 노상이니에 따라서 3회 다짐 4회다짐 등 그 방법이 다릅니다. 또한 토사로 다짐하는경우에는 일반적인 Roller 장비를 사용하지만 암버럭 다짐의 경우에는 일반 롤러로는 사용하기 힘들기에 양족롤러를 사용하는 방안도 고려됩니다. 

3) 다짐 관리

다짐 관리를 하기 위해서는 현상황 파악을 x-.R관리도 및 Histogram을통해서 하고 원인분석과 추정을 하여 품질 향상방안을 찾도록합니다.

5. 시공시 다짐 제한

1) 두께의 제한

시공 다짐시 시공두께가 중요한 이유는 Scale effect 영향이라고 볼수있습니다. Scale effect는 말이 공학용어라서 조금 어렵긴하지만 그 말의 의미는 우리가 시험시공을 통해서 시공두께를 결정하게 되는데 시험시공시 전체를 하는게 아닌 부분적으로 시공을 하게 되고 그럼에 있어서 실시공과는 차이가 있기에 상대하중 크기가 길이에 따라 다르기에 두께 제한을 두는 것입니다.

2) 다짐 횟수 제한

일반 토사의 경우 횟수를 높이면 아짐 에너지가 증가하고 전단강도가 높아집니다. 하지만 과다짐하는 경우에는 오히려 전단강도가 하락하게 되는데요. 이는 흔히 우리가 바닷가 모래바닥 에서 터널을 지을때 톡톡 치면서 흙으로 형상을 만들지 과한 힘으로 하지 않는경우와 같습니다.