Evaluation of soil disturbance due to suction caisson installation in sand

Abstract

석션 케이슨은 해상 구조물 지지를 위한 기초 및 앵커로 사용되는 구조물로 비교적 간편하고 빠른 설치가 가능하여 기존 말뚝 형태의 기초를 대체하여 널리 활용되고 있다. 석션 케이슨의 설치는 케이슨 내부의 물을 펌프를 이용하여 외부로 배출시킴으로써 발생하는 케이슨 내외부의 압력차에 의해 이루어진다. 투수성이 큰 모래지반에서는 케이슨 내부의 물이 배출 될 때 케이슨 외부로부터 압력이 낮아지는 케이슨 내부 방향으로 침투수류가 형성되며, 상향 침투수류의 영향을 받는 케이슨 내부의 모래지반은 유효응력이 감소되어 지반이 연약화(Loosening) 되고 융기 (Heaving) 되는 현상이 발생한다.

석션 설치에 의해 케이슨 내부에 형성되는 Heaving은 케이슨의 추가적인 관입을 막아서 케이슨이 원하는 심도까지 설치되는 것을 방해하며, 케이슨의 설치 후 기초로서의 성능 발현에 영향을 줄 수 있다. 그러나 석션 설치 중 Heaving의 형성은 다양한 인자에 영향을 받으며 아직까지 Heaving의 형성 메커니즘에 대한 연구가 많이 이루어지지 않은 상태이다. 따라서 모래지반에서 석션 설치 중 지반교란에 의해 발생하는 문제를 방지하기 위하여 석션 케이슨의 설치가 케이슨 내부지반의 교란에 미치는 영향에 대한 평가가 필요하다.

본 연구에서는 1g모형실험과 원심모형실험상에 석션 케이슨 설치를 모사할 수 있는 시스템을 구축하고, 이를 활용하여 석션 케이슨 설치 시 케이슨 주변 지반의 거동을 분석하였다. 먼저 석션 케이슨의 설치를 모사하고 시각화 할 수 있는 2차원 실험 시스템을 이용하여 석션 케이슨 설치 시 케이슨 주변 지반의 변형패턴을 파악하고 그 결과를 통해 케이슨 내부 지반의 Heaving 형성 메커니즘을 분석하였다. 그리고 전단면으로 제작된 모형 케이슨을 이용한 3차원 설치 실험을 통해 석션압과 지반교란에 영향을 미치는 인자들에 대한 매개변수 연구를 수행하였다. 마지막으로 원심모형실험을 수행하여 1g 실험을 통해 얻은 결과의 타당성을 검토하고, 추가적으로 벤더 엘리먼트를 활용하여 석션 설치에 의한 케이슨 내부지반의 물성변화를 평가하였다.