히빙(Heaving), 분사(Quick sand), 보일링(Boiling), 파이핑(Piping), 액상화(Liquefaction)

1. 히빙(Heaving)현상 

 

(1) 개 요 : 히빙현상이란 연약점토지반에서 굴착 작업시 흙막이벽 내·외의 흙의 중량(흙+적재하중)차이로 인해 저면흙이 지지력을 상실하고 붕괴되어 흙막이 바깥에 있는 흙이 흙막이벽 선단을 돌며 밀려들어와 굴착 저면이 부풀어 오르는 현상이다.

(2) 원 인 : 

① 연약한 점토지반

② 흙막이 벽체의 근입장 부족

③ 흙막이 내외부 중량차

④ 지표 재하중

 

(3) 방지대책 :

① 흙막이 벽체의 충분한 근입장 확보하여 경질지반에 지지

② 설계 및 시공시 강성이 강한 흙막이 공법 채택

③ 지반개량을 통한 하부지반의 전단강도 개선

④ 지반굴착시 흙이 흐트러지지 않도록 유의

⑤ 철저한 계측관리를 통한 사전예방

⑥ 흙막이벽체의 안정, 지지구조의 안정, 지하수 처리에 대한 검토

⑦ 부분적으로 모서리 부분의 흙을 남기고 굴착

 

(4) 히빙(Heaving)의 안정성 검토

흙막이 벽의 종류 및 지반조건, 등에 따라 지지력이나 Moment의 평형에 의한 활동면의 전단강도를 취하는 방법에 따라 설계 시 변수가 작용하므로 다양한 방법으로 검토가 필요하다.

1) 피압수압에 의한 Heaving

2) Terzaghi-Peck의 지지력식 방법

활동면이 원형면과 평면으로 구성되었다면 점토지반의 극한지지력과 터파기 저면보다 위에 있는 배면측지반의 재하하중과의 균형으로부터 히빙의 안전성 검토 

 

2. 분사(Quick sand)현상

 

개 요 :  주로 모래지반에서 일어나는 현상으로 상향침투수압에 의해 흙입자가 물과 함께 유출되는 현상을 말한다. 분사현상은 유효응력이0이되는 곳이 분사현상의 한계점이 된다.

 * 분사,보일링,파이핑현상은 연속적으로 일어나는 현상으로 분사현상이 더 진행되어 심해지면 보일링현상, 보일링현상이 더 진행되면 파이핑현상이 나타난다.  

 

3. 보일링(Boiling)현상

 

(1) 개 요 

보일링현상이란 투수성이 좋은 사질지반에서 흙파기 공사를 하는 경우에서, 흙막이벽 배면의 지하수위가 굴착저면보다 높을 때 굴착저면 위로 모래와 지하수가 부풀어 오르는 현상을 말한다.

 

(2) 원 인

① 굴착저면 하부의 투수성이 좋이 사질지반

② 흙막이 벽체의 근입장 깊이 부족

③ 흙막이 배면 지하수위 높이가 굴착저면 지하수위 보다 높을 경우

④ 굴착저면 하부의 피압수

 

(3)  방지대책

 흙막이벽의 근입장 깊이 연장

   - 토압에 의한 근입깊이보다 깊게 설치

   - 경질지반까지 근입장 도달

 차수성 높은 흙막이 설치

   - Sheet Pile, 지하연속벽 등의 차수성이 높은 흙막이 설치

   - 흙막이벽 배면 그라우팅

 지하수위 저하

   - Well Point, Deep Well 공법으로 지하수위 저하

   - 시멘트, 약액주입공법 등으로 지수벽 형성

 

(4) 보일링에 의한 피해

① 흙막이의 파괴 발생

② 토립자의 이동으로 주변 구조물 파괴

③ 굴착저면의 지지력 감소

④ 흙막이 주변의 지반침하로 인한 지하매설물 파괴  

   

Heaving

Boiling

연약한 점토지반

투수성이 좋은 사질지반

흙막이 벽체의 근입장 부족

흙막이 벽체의 근입장 부족

흙막이 내외부 중량차

흙막이 배면과 굴착저면의 수위차

지표 재하중

하부 피압수

  [히빙과 보일링 비교]

 


4. 파이핑(Piping)현상

 

(1) 개 요

  ① 파이핑현상이란 보일링현상이 진전되어 물의 통로가 생기면서 파이프 모양으로 구멍이 뚫려 흙이 세굴되면서 지반이 파괴되는 현상을 말한다.

  ② 흙막이벽 배면, 굴착저면, 댐, 제방의 기초지반에서 발생될 수 있으며, 발생시 지반의 붕괴원인이 되어 피해가 크다.

 (2) 원 인

  ①  흙막이벽의 근입장 깊이 부족

  ② 흙막이 배면 지하수위 높이가 굴착저면 지하수위 보다 높을 경우

  ③ 흙막이 배면, 굴착저면 하부의 피압수

  ④ 굴착저면 하부의 투수성 좋은 사질지반

  ⑤ 댐/제방의 발생원인

   - 누수에의한 세굴, 지진에 의한 균열, 기초처리 불량

   - 댐체의 단면부족, 필터 층 불량

 

(3) 방지대책

  ① 흙막이벽의 근입장 깊이 연장

   - 토압에 의한 근입깊이보다 깊게 설치

   - 경질지반까지 근입장 도달

  ② 차수성 높은 흙막이 설치

   - Sheet Pile, 지하연속벽 등의 차수성이 높은 흙막이 설치

   - 흙막이벽 배면 그라우팅

  ③ 지하수위 저하

   - Well Point, Deep Well 공법으로 지하수위 저하

   - 시멘트, 약액주입공법 등으로 지수벽 형성

  ④ 댐, 제방에서의 방지대책

   - 차수벽 설치 : 그라우팅, 주입공법

   - 불투수성 블랭킷 설치

   - 제방폭 확대 및 코어형으로 대처

 

(4) 파이핑에 의한 피해

  ① 흙막이의 파괴 발생

  ② 토립자의 이동으로 주변 구조물 파괴

  ③ 굴착저면의 지지력 감소

  ④ 흙막이 주변의 지반침하로 인한 지하매설물 파괴

  ⑤ 댐, 제방의 파괴 및 붕괴

                  

 

5. 액상화(Liquefaction)현상

 

액상화 현상이란 포화된 느슨한 모래가 진동이나 지진 등의 충격을 받으면 입자들이 재배열되어 약간 수축하며 큰 과잉 간극수압을 유발하게 되고 그 결과로 유효응력과 전단강도가 크게 감소되어 모래가 유체처럼 거동하게 되는 현상이다.

 

*분사현상(Quick Sand)과 액상화(Liquefaction)는 발생원인에서 다르지만 결과는 같다.

분사현상이 정적하중(지반내 물)의 흐름에 의한 간극수압증가를 원인으로 본다면

액상화(Liquefaction)는 동적하중에(지진) 의한 간극수압증가가 원인이다.

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