액상화 구조물 피해·대책

액상화란

액상화는 포화된 느슨한 사질토가 지진 하중을 받아 강도를 잃는 현상이다.

유효응력은 전응력에서 간극수압을 뺀 값이다. 이 값이 0이면 전단강도도 사라진다.

그래서 지반은 고체에서 액체에 가까운 상태로 변한다.

기초 형식별 피해

기초 형식이 다르면 액상화 피해 양상도 다르다. 세 구조물을 나눠 봐야 한다.

말뚝은 주변 지반의 횡지지를 잃고, 직접기초는 지지층 강도가 떨어진다.

지중 박스는 부력 증가와 측방 토압 변화를 받는다.

그래서 세 구조물을 같은 방법으로 설계할 수 없다.

부력 계산 예

예로 지하 박스구조물의 부력을 검토한다. 박스는 지하수면 아래 완전히 잠겼다고 가정한다.

부력은 배제된 물의 무게와 같다. 단위길이당 9.81 × 10 × 6 = 588.6 kN/m이다.

길이가 20 m이면 상향 부력 U는 11,772 kN이다.

저항은 자중 8,000 kN과 상재 토피 4,000 kN의 합이다.

안전율은 12,000 ÷ 11,772 ≈ 1.02로 1.0을 간신히 넘는다.

액상화의 영향

액상화가 생기면 주변 지반의 단위중량이 물에 가까워진다.

그러면 박스 위를 누르던 상재 토피 중량이 줄어든다.

저항이 줄면 박스는 어떻게 될지 직접 판단해 보자.

시험 답안 요령

시험 답안은 기초 형식별로 나눠 써야 점수를 얻는다.

대책은 원인에 대응해야 한다. 지반을 개량하는 방법과 구조물로 저항하는 방법을 구분한다.

기준 수치를 쓸 때는 근거 기준을 함께 쓴다. 예로 KDS 17 10 00 (4.7)을 붙인다.

구조물별 피해를 한 줄로 뭉뚱그리면 감점 요인이다.

정리

정리하면 액상화 피해는 지지력 상실, 침하, 측방유동, 부상으로 나타난다.

말뚝기초는 주면마찰력을 무시하고 횡변위와 말뚝 파괴를 검토한다.

직접기초는 지지력과 부등침하를, 지중 박스는 부상과 측방 토압을 본다.

기초 설계는 액상화 영향을 고려해 안정성을 평가해야 한다.