지진에 의한 액상화현상과 위험도 지도

<주식회사 오바야시 홈페이지의 액상화 현상에 대한 안내 요약 및 일부 위키페디아 내용을 더 추가한 내용이다.>

액상화 현상(液状化現象)

「액상화(液状化, liquefaction)」란, 겉으로는 문제없이 단단해 보이는 지반(지하수위가 높은 모래지반)이 지진의 흔들림으로 인해 「액상화」 즉, 액체화되는 것을 말한다. 

액상화에 의한 결과, 비중이 높은 지상의 건물이나 도로 등이 침하하거나 기울어지는 피해를 입고, 비중이 낮은 지하의 수도관 등과 같은 구조물들이 파손되어 단수 및 누수피해 등 인프라 시설들이 심각한 피해를 입게된다.

wikipedia

<1964년 발생한 니가타지진(新潟地震)에 의한 액상화로 기울어진 아파트>

액상화현상이 일본에서 처음으로 주목받은 것은 1964년 니가타지진 때였으나, 당시에는 아직 액상화현상이라는 용어가 없었으며, 모래유실현상(流砂現象)라고 불렸다.

■■ 액상화되기 쉬운 지반.

액상화는 모든 지반에서 일어나는 것이 아니며, 크게 다음의 세가지 요인이 갖추어졌을 때 액상화가 발생할 가능성이 높아진다.

ⅰ) 연약한 모래지반.

해안, 하구, 간척지, 하천 부근 등에서 많이 볼 수 있는 지반이다.

최근의 연구에서는 택지개발, 신도시 개발 등의 도시화에 의해, 내륙의 연못을 메꾼 곳이나, 논이었던 곳에서도 발생하기 쉬운 곳으로 알려졌다.

지반의 단단함을 나타내는 N값이 20이하로,  흙의 입자크기는 0.03mm~0.05mm의 사질지반이다.

N값이란, 지반에 박아넣은 말뚝에 소정의 방법으로 무게추를 낙하시켜 일정정도의 깊이로 박아넣기 위해 필요한 낙하 횟수로서, 지반의 단단함을 나타낸다. 따라서, N값이 클 수록 지반이 단단하다.    보통, N값이 5이하일경우 연약지반으로 보며, N값이 30이상일 경우에는 대형건물 시공시 말뚝이 필요없을 정도로 단단한 지반이라고 간주한다. 또한 흙의 입자의 크기에도 관계가 있는데, 점토지반에서는 액상화가 발생하지 않는다.

ⅱ) 지하수의 위치.

지하수위가 지표면에서 10m이내로서, 지하수위가 얕을수록 액상화가 일어나기 쉽다.

단, 단독주택은 상대적으로 가볍기 때문에, 지하수위가 지표면에서 3m보다 깊으면, 액상화 발생에 의한 건물자체의 피해는 발생하기 어렵다고 알려져 있다.

ⅲ) 강한 진도의 지진에 의한 흔들림.

진도5 이상이면 위험하다고 알려져있다.

또한, 흔들리는 시간이 길수록 피해는 더 커진다.

2011년 311동일본 지진에서는 진도5를 기록한 지역에서 대규모의 액상화가 발생하였다.

흔들림이 특히 길 경우에는 진도4에서도 일어날 수 있다.

■■ 액상화 발생의 메카니즘.

액상화되기 쉬운 모래지반은, 입자와 입자 사이가 물로 채워져있다.

평상시		평상시의 지반은 모래입자 서로가 붙어있어 강도를 유지하고 있다.
지진시		지진의 흔들림으로 인해, 지반 전체가 변형, 공극에 있던 물을 내뱉는 힘이 작용하여, 공극의 수압이 높아져 모래입자 서로가 붙어있던 힘이 약해져 흙탕물과 같은 상태가 된다.
지진후		흙탕물 속의 모래입자가 가라앉아, 모래입자간의 공극이 작아져 지반이 침하하게 된다. 압력이 높아진 지하수는 지표면에 분출하게 되고, 지상에있던 건물 등의 무거운 물체들은 침하하고, 수도관 등, 지하의 가벼운 인프라 시설들은 떠오른다.

■■ 액상화의 반복.

액상화한 지반이 다음 지진 때 또다시 액상화하는 것을 <재액상화>라고 부르며, 한번 액상화한 장소에서 또다시 발생할 가능성은 매우 높다고 여겨지고 있다.

이는 액상화에 의해서 침하된 지반이 어느정도 단단해졌다하더라도,  원래 액상화가 일어나지 않기 위한 경도의 반정도 밖에 안되기 때문이다.

■■ 액상화의 피해.

倉西茂・高橋達夫

<하천 주변 등의 액상화가 광범위로 발생하여, 지반이 옆으로 이동(측방유동(側方流動))하여 교량등이 파손되기도 한다.>

株）エイト日本技術開発 磯山龍二

<급배수관의 피해. 상하수도관이 절단되거나 파열되어 누수, 단수등의 피해가 일어난다.>

<도로 등에 지하수와 함께 분출된 모래등이 퇴적되거나, 맨홀 등이 튀어올라온 예.>

<311 동일본 지진 우라야스 액상화 현상 피해>

■■ 액상화 대책.

	지반대책			건조물 대책
기본원리	지반의 밀도를 높혀 보강	안정제 등으로 지반을 고정화	지반에서 물을 제거	말뚝 등으로 강화
적용	- 신축 건축물 - 직하지반	- 신축 건축물 - 기존 건축물 - 직하지반 - 주변지반	- 신축 건축물 - 기존 건축물 - 직하지반	- 건축물 기초 - 절벽 등.
특징	- 거대지진	- 거대지진 - 내진보강	- 거대지진 - 내진보강	- 거대지진 - 내진보강
경제성 등	비교적 저렴	확실하지만 고가	저렴하지만 변형이 발생할 가능성이 있슴.	횡이동 대책에는 고가.

■■ 지반개량 기술공법(일본카이코주식회사(日本海工株式会社) 홈페이지 참고＝http://www.nipponkaiko.co.jp/)

(액상화 방지에 유효한 공법만 일부 발췌/ ○: 효과있슴 ◎:특히 효과있슴 △: 조건에 따라 효과 있슴)

개량원리

공법명 (일반)

공법명 (회사)

적용지반

개량목적

강도증가

침하대책

사질토

점성토

유기질 토

지지력 증가

미끄러짐 안정

액상화 방지

변형 방지

침하 촉진

침하 저감

다짐 압밀/보강

샌드콤팩션 파일 공법

육상 샌드콤팩션파일 (SCP)공법

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정적다짐 모래말뚝 공법

STEP 공법

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다짐

진동봉 다짐 공법

소일바이브로스타비라이징(SVS)공법

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딮바이브로 (DV)공법

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△

바이브로 템퍼 공법

소일바이브로탬핑 (SVT)공법

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△

공극수압 소산(消散)

액상화대책 드레인 공법

스크류그라벨드레인 (SGD)공법

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고결(固結)

심층 혼합처리 공법

CDM 공법

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CDM-Mega 공법

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변위 저감형

CDM-LODIC 공법

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경질지반 대응형

DCS 공법

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2016/09/22 - [일본건축(주택외)/기타] - 일본 지방자치단체의 지진 홍수 등 재난 방재대책

2016/09/12 - [memo/오늘의 소사] - 우리나라에서의 지진

액상화 위험도 지도

일본 국토교통성에서는 전국의 자연재해 위험도 지도를 일원화하여 검색 및 열람이 가능토록 <국토교통성 하자드맵 포탈 사이트>를 운영 공개하고 있다.

http://disapotal.gsi.go.jp/ (国土交通省ハザードマップポータルサイト)

각 자치단체의 액상화에 관한 위험도 지도도 제공하고 있다.

<카나가와현(神奈川県)의 미우라반도단층군(三浦半島断層群) 지진시의 피해예상도 - 발췌 : 카나가와현 지진피해조사 보고서(神奈川県地震被害想定調査報告書)>

2016/10/01 - [일본건축(주택외)/기타] - 건물의 지진대책 구조보강 종류 - 내진, 면진, 제진.