KR100266727B1 - 자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장의 차수층 시공 방법 - Google Patents
자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장의 차수층 시공 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 폐기물 매립장에서 유출되는 침출수로 인하여 발생되는 주변의 토양과 지하수 오염의 문제점을 개선하기 위하여, 폐기물 매립장의 오수가 주위 지반중으로 침출 되지 않도록 차단할 수 있는 새로운 폐기물 매립장 차수층의 시공방법을 제공하고자 한다.
본 발명 폐기물 매립장 차수층의 시공 방법 및 순서는 다음과 같다.
1) 원 지반토를 다짐이 잘 되도록 준비한 뒤 정리하고 분쇄하는 원 지반토 준비단계; 2) 고화재를 운반한 뒤 투입시켜 원 지반토와 교반하는 고화재 교반 단계; 3) 차수재 A층, 차수재 B층 및 계면부 반응 및 무반응 차수재 보강층을 선별하는 교반토 선별단계; 4) 차수재 A층, 차수재 B층 및 계면부 반응 및 무반응 차수재 보강층을 포설 및 소정 횟수로 다지는 교반토 포설전압단계; 및 5) 양생 및 표면 처리단계를 포함하여 이루어지는 폐기물 매립장의 차수층 시공 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장의 차수층 시공 방법에 관한 것으로, 상세하게는 폐기물 매립장에서 유출되는 침출수로 인하여 발생 되는 주변의 토양과 지하수 오염의 문제점을 개선하기 위하여, 폐기물 매립장의 오수가 주위 지반으로 침출 되지 않도록 차단할 수 있는 새로운 침출수 차단의 자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장의 차수층 시공 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명은 자가형성 및 자가치유(self-sealing and self healing)기능을 가진 차수재(遮水材)적용하여 현장여건에 맞도록 폐기물매립장 사면/바닥에 불투수 차수층을 설치하는 공법이다.
본 발명은 서로 다른 화학 물질로 조성된 차수재A층과, 차수재B층으로 형성된 바닥 차수재가 차수재 보강층 위에 포설되거나, 상이한 화학 물질로 조성된 차수재 A층과 차수재 B층으로 구성된 사면(斜面) 차수재가 바닥 차수재와 일체가 되게 설치하고, 현장여건에 따라 차수재 보강층과 일체를 이루면서 시공되는 자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장의 차수층 시공 방법에 관한 것이다.
종래의 매립장에서의 차수재를 이용한 매립장 차수공법 및 조성물은 다음과 같다.
점토와 벤토나이트 혼합물의 차수재인 어스 라이닝(earth-lining) 공법은 우리나라의 매립장 공사에서 많이 채용하고 있으나, 고결력이 약해서 지지력이 떨어지고, 유실과 같은 분리 현상을 초래하며, 기온변화에 따라 균열이 많이 발생하는 문제점을 가지고 있다.
폴리에틸렌계 합성수지 HDPE차수재를 이용한 시이트 라이닝(sheet-lingin) 공법은 투수계수가 1×10-12cm/sec 로서 차단 성능이 뛰어나지만 불균등한 바닥면위에 시이트를 깔고 점토층으로 마감하므로 천공 등의 손상이 발생되기 쉽고 손상부의 발견 및 복구가 어려운 문제점이 있다.
또한, 응력균열에 민감하고 열팽창 및 수축이 되며 표층고화재 공법에 비해서 고가이다. 고도의 접합기술이 요구되며, 타 구조물과의 접합부 시공이 힘드는 문제점도 내포하고 있다.
개량된 HDPE+clay의 경우에는 미세한 청공이 발생한 경우는 물리적 방법에 의한 자기치유가 가능하지만 나머지 대부분의 경우에는 자가치유가 불가능한 문제점이 있다.
지오텍스타일(Geotextile)과 벤토나이트 결합재, 지오 멤브레인과 벤토나이트 결합제인 GCL차수재 공법은 HDPE의 단점인 이음부분을 수용성으로 전환시킬 수 있으나, 개량된 HDPE+clay 처럼 미세한 천공일 때 한하여 물리적 화학적 자가치유가 가능할 뿐이다.
폐주물사, 석탄회, 시멘트, 기타 산업 폐기물에 Bee star, Condor SS등을 첨가하는 토질 안정차수재 공법은 기온 변화에 따른 균열이 발생하기 쉽고 지반의 부등침하 및 매립물에 의한 손상이 발생될 경우 경제적, 현실적으로 복구가 사실상 불가능하다.
이와같이 국내에서 채택하고 있는 공법들은 상술한 바와같은 문제점들을 가지고 있을 뿐 아니라 상기 공법 모두가 연약지반상 매립장 축조시 이용될 경우 필연적으로 발생하는 부등 침하에 기인하여 광범위한 손상이 유발되며 이 경우 보수는 현실적으로 불가능한 상태이므로 침출수에 의한 매립장 주변의 토양 및 지하수가 오염될 가능성이 크게된다.
일반 건설 분야와는 달리 매립장에서의 차수재 공법 개발은 폐기물에서 발생하는 침출수와 가스의 원활한 처리 및 지반의 변형, 용출수 간극 수압, 기온 변화에 의한 기반 시설의 손상을 최대한 방지 하는 것에 큰 의의가 있다.
본 발명은 바닥/사면 차수재층, 차수재 보강층, 기반의 성질, 현장토의 성질, 폐기물에 의한 성질에 따라서 현장여건에 적합한 "자가형성 및 자가치유"차수재를 단일층 또는 복수층으로 시공하는 공법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 폐기물에서 발생되는 침출수와 가스의 원활한 처리 및 기반의 변형, 용출수 간극 수압, 기온 변화에 의한 기반 시설의 손상을 최대한 방지 할 수 있는 폐기물 매립장의 바닥/사면에 현장여건에 맞는 차수재 설치공법을 제공함으로써 기존 공법과는 보다 경제적이고 합리적인 새로운 공법을 제공하는 데에도 그 목적이 있다.
제1도 내지 제2도는 본 발명이 실시되는 단일실(seal)층의 실시예의 개략 단면도.
제3도 내지 제4도는 본 발명이 실시되는 계면부 반응 및 무반응 차수재 보강층이 실시된 매립장의 개략 단면도.
제5도 내지 제6도는 차수재 A,B층이 선택적으로 중첩된 매립장 차수층의 개략 단면도.
제7도 내지 제8도는 본 발명 단일 시일층의 사면 적용 단면도.
제9도 내지 제13도는 본 발명 폐기물 매립장에 실시된 차수재A,B 및 계면부 반응 및 무반응 차수재 보강층이 실시된 매립장 단면도.
제14도는 본 발명 시험시공의 단면도.
제15도는 본 발명 시험시공의 종단면도.
제16도는 본 발명의 공정과정을 나타내는 공정 개략도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 원지반토 200 : 차수재 A층
300 : 차수재 B층 400 : 실층(불투수성 차수층)
500 : 계면부 무반응 차수재보강층 600 : 계면부반응차수재 보강층
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장의 차수층 시공 방법에 있어서, 1) 원 지반토를 최적의 다짐이 되는 조건으로 준비한 뒤 원 지반토를 정리하고 분쇄하는 원 지반토 준비단계; 2) 고화재를 운반한 뒤 투입시켜 원 지반토와 교반하는 고화재 교반 단계; 3) 차수재 A층, 차수재 B층 및 계면부 반응 및 무반응 차수재 보강층을 선별하는 교반토 선별단계; 4) 차수재 A층, 차수재 B층 및 계면부 반응 및 무반응 차수재 보강층을 포설 및 소정 횟수로 다지는 교반토 포설, 전압단계; 및 5) 양생 및 표면 처리단계를 포함하여 이루어지는 자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장의 차수층 시공 방법을 제시한다.
즉, 바닥/사면 차수재와 차수재 보강층은 원지반 다짐→선별→배합→교반→선별→포설→전압→양생 및 표면처리의 공정 순서에 따라 각 공정에 적합한 장비를 활용하여 시공한다.
선별-배합-교반의 공정은 시공 규모에 따라 경제성을 감안하여 소규모와 대규모 작업으로 구분하여 소규모 일때는 선별기와 스테빌라이져(Stabilizer)를 이용하여 시공하며, 대규모 작업일 때는 플랜트(plant/공정 자동화 기계)를 설치하여 시공하게 된다.
이하에서 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 매립장 차수층의 실시예를 첨부 도면과 함께 상세하게 설명한다.
첨부 도면중 도 1내지 도 2는 본 발명이 실시되는 단일실(seal)의 실시예의 개략 단면도이고, 도 3내지 도 4는 본 발명이 실시되는 차수층과 계면부 반응 및 무반응 차수재 보강층이 실시된 매립장의 개략 단면도이다. 도 5내지 도 6은 현장 조건에 맞도록 차수재 A,B층이 중첩되어 다층의 실층으로 된 매립장 차수층의 개략 단면도이고, 도 7내지 도 8은 본 발명 단일 실층의 사면 실시예의 단면도이며, 도 9내지 도 13은 본 발명 폐기물 매립장에 실시된 차수재A,B 및 계면부 반응 및 무반응 차수재 보강층이 실시된 매립장의 단면도이다.
상기한 도면의 설명과 같이 본 발명의 자가형성 및 자가치유공법은 조성물의 배합을 기초로 하여 계면부 사이에 실층을 형성시키는 차수재의 배열 방법에 의하여 분류하며, 간단하게는 실층의 형성 숫자에 따라서 아래와 같이 분류 된다.
실층은 형성숫자에 따라 도 1,2,3과 같이 단일 실층 형성 방법과 도 4,5,6과 같이 다층 실층 형성방법으로 분류 되며, 단일 실층 형성방법과 다층 실층 형성방법은 차수재의 배열 방법에 따라 도 1,2처럼 단순 배열 방법과 도 3,4,5,6과 같이 복수 배열방법으로 나누어 진다.
단일 실층 형성방법에 있어 원지반이 연약할 경우 현장조건에 맞추어 도 3,4와 같이 원 지반위에 "계면부 무반응 차수재 보강층"(도면 및 이하에서는 계면부 무반응 보강층이라고 약칭함) 또는 도 4의 "계면부 반응 차수재 보강층"(도면 및 이하에서는 계면부 반응 보강층이라고 약칭함)을 포설하여 지반의 지지력 보강과 함께 복합 실층을 형성한다.
이와같이 분류 되는 방법들은 매립지 여건 및 현장토의 성질에 따라 각각 다르게 할 수 있다.
도 1,2 와 같이 단일 실층 형성의 차수재 공법은 암반층과 같이 비교적 안정된 지반위에 설치하는 공법으로서 보통 소규모 매립장에 적용될 수 있다. 그중 도 1의 방법은 수분을 함유한 폐기물은 매립에 적합하고, 도 2의 방법은 대체로 건축 폐기물과 같이 건조된 폐기물을 매립하는데 적합한 공법이다.
도 1,2의 시공방법은 후술하는 차수재 A,B,층의 조성물비와 품질 관리원칙을 준수하고 공정순서에 따라 시공하여야 하며, 차수재 A,B층의 두께는 현장 조건에 따라 각 10~50cm로 시공한다. 특히 도 2의 시공방법은 비교적 안정된 사질토 위에 시공하는 경우 유리하다.
도 3,4와 같은 복합 불투수 차수층을 형성시키는 시공방법은 제일 아래층인 계면부 무반응 또는 반응 보강층은 두께를 10~80cm로 시공한다. 조성물과 품질 관리 원칙 및 공정 순서는 후술한다. 그리고, 상부 차수재 A,B층 시공방법은 도 2와 같다.
도 4의 경우 제일 아래층인 계면부 반응 차수재 보강층의 두께는 도 3의 제일 아래층과 같으나, 조성물의 배합에서 차이가 있다.
도 3,4는 지반이 특히 불안정한 연약지반위에 설치되어 지반을 안정화 시킴으로써 부등 침하에 의한 손상을 저감시킴과 동시에, 기본 라이너(liner)를 통과한 통과수를 하층의 실층이 2차적으로 최대한 흡착, 침전 시킴으로써 통과수의 자정능력을 높인다.
도 5에서와 같이 원 지반위에 차수재 B층→차수재 A층→차수재 B층의 순서로 포설하는 다층 배열 방법의 복수 실층 형성공법은 현장토와 조성물의 배합비 및 조성물의 구성은 상술한 차수재A,B의 배합비 및 조성물 구조와 동일하며, 각층의 두께는 현장여건에 따라 제일 아래층 차수재 B층은 10~80cm, 중간 차수재 A층은 역시 10~80cm, 위층 차수재 B층 또한 10~80cm로 조절한다.
현재 매립장 기반 시설에 관한 환경법 기준에는 기반 시설의 전체 두께가 75cm 이상으로 규정하고 있기 때문에 이러한 기준에 의거하여 합리적인 두께를 결정한다. 이러한 원칙은 특별한 법적 제약이 없는 한, 본 발명에 의한 모든 공법에 영향을 미치며, 위 원칙에 따른다.
도 5와 같은 공법은 일반적으로 모든 지반에 시설이 가능하나 특히 사질토성분의 지반위에 중금속등 특히 유해한 물질을 포함하는 폐기물 매립장 기반 시설에 적합하다. 따라서, 광산 폐기물 매립, 특수 폐기물 매립, 산업 폐기물 매립장의 차수층으로 적합하며, 도 6과 같은 차수재 A층→차수재 B층→차수재 A층 배열 방법의 공법은 일반 지반에도 가능하나 특히 석회질 성분이 함유된 원지반위에 설치하는 것이 적합하다. 또한, 도 5와 같은 시설에 매립될 폐기물중 침출수의 발생이 적은 폐기물인 경우 도 6의 시설이 적합하다.
도 6의 공법에 적용될 공정 순서, 품질관리 원칙, 차수재 조성물, 차수재 두께는 도 5에서 설명한 바와 같다. 그리고 고화제와의 교반이 완성된 차수재는 파일 형태로 24시간이 경과한 후에도 포설이 가능하다.
A층과 B층의 강도 및 투수계수는 각 층별로 측정되며, A층과 B층의 강도는 각각 2.2~6.6 kg/cm2, 6~10kg/cm2이며, 투수계수는 전층(A,B 및 실층)의 두께로 평균치를 측정하였으며, 그 값은 1×10-8cm/sec 이하이다.
도 5와 도 6은 전체로서 2개의 시일층을 가지고 있으므로 침출수의 차수 효과 및 흡착, 침전효과는 도 1,2에서 나타낸 단일 실층 공법의 2배에 가깝다. 따라서 침출수는 극히 미량이며, 완전한 자정 능력을 부여할 수 있다.
상이한 화학물질을 포함하는 바닥/사면 차수재 A층과 B층으로 구성되고, 바닥/사면 A층과 B층사이에 자가 형성 및 자가치유 차수막인 시일층으로 형성된다.
연약지반의 부등 침하에 대비하기 위하여 하부와 상부층은 일정한 탄력성, 유연성, 신축성을 유지하도록 조성되어 있으며, 상부층은 주행성 확보를 위하여 하부층보다 높은 강도를 유지하도록 조성되어 있다.
투수계수도 강도 특성과 유사하게 상부층이 하부층보다 낮은 투수계값을 갖게 된다. 자가형성및 자가치유 치수막인 실층은 바닥/사면의 차수층 A와, B층의 고화재의 상호 화학 반응에 의한 침전층으로 A와 B층 보다 현저히 낮은 불투수성 투수계수값을 나타낸다.
바닥/사면 차수층 A와 B는 탄산계 무기물과 칼슘계 무기물이 기초를 이루며, 기본 반응식과 그 조성물질은 다음과 같다.
① MgCO3+ Ca(OH)2→Mg(OH)2+CaCO3
② 3CaCl2+2NaPO4→6NaCl+3Ca(PO4)2
③ MgCO3+2NaPO4→MgPO4+Na2CO3
이와같은 반응은 바닥/사면 차수재 A층과, B층이 현장토에 함유된 조성물과 함께 각각 음이온(CO3 -2와 OH-)과 양이온 (Mg+2와 Ca+2)으로 용해됨에 따라 확산-침전의 순환주기를 이루는 화학반응이 진행된다.
이러한 이온은 접합부위에서 A,B층의 화학물질에 비하여 상대적으로 비 용해성 광물질인 불루 사이트{Mg(OH)2}와 칼사이트(CaCO3)를 형성하게 되는 것이 본 공법의 기본 반응원리이다.
이러한 반응을 유도하는 본 발명의 조성물은 차수재 A층, 차수재 B층, 비용해성 침전물인 실(seal)층 및 차수재보강층으로 구성된다.
현장토의 성질에 따라서, 중량비로 차수재 A층은 현장토:10~90%와 화학 조성물인 고화재 A:10~90%, 페주물사:0~90%, 플라이 애쉬:0~90%로 구성되며, 고화재의 구성성분을 백분율로 환산하면 K2O:0~15%, BaO:0~30%, CaO:3~20%, SiO2:10~99%, P2O5:0~30%, MgO:2~40%, NaaO:2~50%, NiO:0~15%, LiO:0~20%, Al2O3:0~30%, Fe2O3:0~20%, 기타 첨가물:10~20%로 구성된다.
차수재 B층은 현장토:5~95%, 화학 조성물인 고화재B가 5~95%, 폐석회:0~95%, 폐석고:0~95%,로 구성되며, 고화재 B의 구성성분을 백분율로 환산하면 CaO:10~99%, SiO2:0~30%, MgO:2~60%, Na2O:0~50%, MnO:0~5%, Fe2O3:1~15%, Al2O3:2~20%, SrO:0~10%, 기타 첨가물:10~20%로 구성된다.
실(불투성 차수)층은 고화재 A층과 고화재 B층이 화학 반응에 의해 형성되어 불루사이트 {Mg(OH)2}와 칼사이트 (CaCO3)가 기초를 이루는 불투수성 침전층으로서 고화재 A층과 고화재 B층의 조성물들이 양이온(+)과 음이온(-)으로 분리 되었을 때 상호 조합하여 반응을 하므로써 생성될 수 있는 모든 안정화물의 집합체이며, 실층에 손상이 발생하여 자가치유되는 과정에서 침출수에 용존되어 있는 음이온(-) 또는 양이온(+)이 고화재A,B이온과의 반응으로 침전이 이루어져 안정화물로 된다.
차수재 보강층은 외력에 의한 연약 지반의 부등 침하에 기인한 차수재의 손상을 감소시키고, 차수재를 통과한 침출수의 지반속으로 유입을 2차적으로 차단하여 침출수의 유출을 근원적으로 방지하거나, 소량의 차수재 통과수에 함유된 오염물질을 자정작용에 의해 완전히 제거하여 무공해화시키기 위하여 설치한다.
특히 차수재 보강층은 지반의 부등침하가 우려되는 곳과 용출수의 분출 등에 의하여 양 압력이 큰 산간계곡 지역과, 부등 침하가 발생하기 쉬운 연약 지반에서는 절대적으로 필요하다.
차수재 보강층은 조성물을 달리하여 발생되는 실층의 수에 따라 도 3과 같이 계면부 무반응 차수재 보강층과 도 4와 같이 계면부 반응 차수재 보강층으로 분류되며, 계면부 반응 차수재 보강층은 도 4에서 알 수 있듯이 보강층과 그 상부의 차수재 사이에 투수계수가 1×10-8cm/sec 이하의 불투수성 차수재 보강층이 형성됨으로써 침출수의 차단 및 그 통과수의 량을 억제하고, 오염물질과 중금속을 2중으로 흡착, 침전시켜 통과수의 자정능력을 더욱 완전하게 하는 효과를 거둔다.
계면부 반응 차수재 보강층의 조성물의 구성과 비율은 현장토:10~90%, 고화재 B:10~90%, 폐석회:0~90%, 폐석고:0~90%의 중량비로 구성된다.
계면부 무반응 차수재 보강층은 도 3에서 알 수 있는 바와같이 원 지반보다 낮은 투수계수 1×10-7~1×10-8cm/sec의 값을 나타내어 침출수의 차단효과를 도모하면서 강도를 강화하여 연약지반의 부등 침하, 지하수의 용출, 간극수압에 의한 차수재의 손상을 효과적으로 방어하기 위한 공법이다.
계면부 무반응 차수재 보강층의 조성물의 구성 및 조성 비율은 현장토:10~90%, 시멘트:2~90%, 고화재 B:2~90%, 폐석회:0~90%, 폐석고:0~90%, 슬러지:0~90%의 중량비로 구성된다.
사면 차수재는 산간, 계곡 지역은 우수에 의한 간극수압의 발생으로 사면차수재에 균열을 유발시킬 수 있으며, 늪지, 뻘과 같은 초연약지반에서는 부등침하로 인한 사면의 균열이 발생할 수 있으므로 상술한 바닥 차수재와 같이 중량비로 구성되나 현장토의 성분에 따라서 사면차수재 A층은 현장토:10~90%, 화학조성물인 고화재 A:10~90%, 폐 주물사:0~90%, 플라이 애쉬(fly Ash):0~90%의 중량비로 적정배합 조성된다.
사면차수재 B층은 현장토:5~95%, 화학조성물인 고화재 B:5~95%, 폐석회:0~95%, 폐석고:0~95%의 중량비로 적정 배합 조성된다.
사면 차수재의 A층과 B층의 접합 부위에도 실(Seal, 불투성 차수층)층이 형성된다. 이 실층은 바닥차수재와 같은 원리에 의하여 형성되며 역할도 동일하다.
바닥차수재, 차수재보강층, 사면차수재에 사용되는 모토인 현장토는 산토, 해성토, 점토, 뻘등으로 분류될 수 있다.
함수비가 높고 점성이 강한 현장토의 바닥차수재와 사면차수재의 B층에서는 화학조성물인 고화재B, 폐석회, 폐석고를 선택적으로 증가시키고 차수재 보강층에서도 화학조성물인 고화재B, 폐석회, 폐석고, 슬러지를 선택적으로 증가시킨다.
바닥차수재와 사면 차수재의 A층에서는 화학조성물인 고화재 A, 폐주물사, 플라이 애쉬(fly Ash)를 선택적으로 증가 또는 감소시킨다.
함수비가 낮고 점성이 낮은 현장토에서는 바닥차수재 사면차수재의 A,B층 차수재 보강층의 각 조성물질을 선택적으로 증가 또는 감소시켜 배합 조성한다.
해성토, 뻘등과 같은 염분도가 높은 현장토에서는 바닥차수재, 사면차수재, 차수재 보강층의 각 조성물을 함수조절과 함께 선택적으로 배합, 조정하고 용해성 염분이 3% 미만이 되도록 한다.
일반 건설 공법과는 달리 매립장 차수재 공법 개발의 의미는 폐기물에서 발생되는 침출수와 가스의 원활한 처리 및 기반의 변형, 용출수, 간극 수압, 기온 변화에 의한 기반 시설의 손상을 최대한 방지 할 수 있는 가에 있다.
위와같은 조성물로써 본 발명에 의한 "자기형성 및 자기치유"차수재 공법은 바닥/사면 차수재층, 차수재 보강층, 기반의 성질, 현장토의 성질, 폐기물에 의한 성질에 따라서 주성물의 배합을 달리함으로써 현장에 보다 적합한 공법을 적용시킴으로써 기존 공법과는 달리 위와같은 요구 조건을 모두 충족시킴으로써 폐기물 매립장에 차수재를 설치하는 목적을 보다 완전하게 실현시킨다.
바닥/사면 차수재와 차수재 보강층은 도 1~7을 기본 모델로 하여 원지반 다짐→선별→배합→교반→선별→포설→전압의 공정 순서에 따라 각 공정에 적합한 장비를 활용하여 시공한다.
선별-배합-교반의 공정은 시공 규모에 따라 경제성을 감안하여 소규모와 대규모 작업으로 구분하여 소규모 일때는 선별기 스테빌리지를 이용하여 시공하며, 대규모 작업일 때는 플랜트(plant/공정 자동화 기계)를 제작하여 시공하게 된다.
본 발명에 의한 차수재층은 신축성, 적정 강도 및 아주 낮은 투수계수(k=1×10-8cm/sec이하)의 값을 나타내는 실층의 형성을 용이하게 하기 위하여 허용입도는 현장토일 경우에는 평균입경 10mm이하, 화학 조성물은 건조 분말 상태로 평균 #200체(0.074mm) 이하로 가능한 균일하게 하여야 하며, 입자가 작을수록 효능이 뛰어나기 때문에 차수재층 계면부의 화학반응 면적을 확대 시킴으로써 교반, 다짐율을 높였다.
함수비는 현장토(모토)와 조성물의 배합-교반과 포설정형-다짐의 공정상 시차를 고려하여 최적 함수비(OMC)를 기준으로 하여 ±2% 범위로 살수, 건조시켜서 함수비를 조절한다.
교반율(mixing ratio)은 평균 85%이상으로 한다. 차수층의 특성에 따라서 ±10%의 오차를 허용한다.
전압은 평균 20cm의 펴고르기 두께를 기준으로 장비의 접지압 및 압밀정수를 환산하여 대각선 방향, 교차형으로 평균 8회의 전압 다짐을 시행, 최적 다짐율 95% 이상으로 하고 현장조건에 맞추어 조정한다.
특히, 전압 다짐시 표면 입자를 균일, 조밀하고, 매끈하게 처리하여 표면수막 현상을 일으키도록 한다. 이와같이 허용입도, 함수비, 교만율, 전압율에 규정된 원칙은 자가형성 및 자가치유 차수재 공법의 모든 방법에 적용되는 공통된 차수재 품질 관리 원칙이다.
이상의 조성물로 시공된 폐기물 매립장 차수재의 기능을 입증하기 위하여 아래와 같이 수도권 매립지(3공구)시험시공 및 실험실에서 실시한 차수재를 조성하는 물질의 제조, 또 제조된 차수재를 현장에 적용한 예는 다음과 같다.
[실시예 1]
수도권 매립지(3공구) 시험시공에서 도14,15에서 나타나는 바와 같이 면적 150m×30m의 규모로 1997년 6월 ~1997년 8월 까지 2개월 간 타사 4개사와 성능비교를 위한 시험 시공을 실시하여 최적의 차수재 및 차수층 시공사로 선정되었다.
[실시예 2]
시험 시공은 도16에 나타내는 바와같은 순서로 실시하였으며, 고화처리의 총두께는 175m이며, 하부로부터 계면부 무반응 차수재 보강층(soil+시멘트+고화재 B)을 45cm 부설하고, 차수재 A층과 차수재 B층을 각각 15cm씩 부설하였으며, 각층의 원 지반토와 화학 물질의 혼합상태는 원 지반토 1m3를 기준으로 시멘트 120kg를 혼합함과 동시에 원 지반토 건조 단위 중량(γd)의 3%내외에 해당하는 고화재 B 4kg의 화학물질을 섞었다.
차수재 A층(200)은 원 지반토 1m3에 대하여 고화재 A 화학물질을 약 0.2γd인 251,4kg을 혼합하였다.
차수재 B층(300)은 원 지반토 1m3에 대하여 고화재 B 화학물질의 약 0.15γd인 188.9kg이 되도록 하였다.
부설시 함수비(w)는 실내 다짐 시험 결과 최적 함수비(OMC)가 21%였으므로 그 기준에 맞추어 w=20~25%의 범위를 유지 하게 하였다. 허용입도는 원지방토(모토)가 10mm미만 각 고화재는 #200체(0.074mm)이하로 하였고, 평균 전압 다짐율은 95%를 유지 하도록 하였으며, 모토와 고화재의 배합율은 85%이상이 되도록 하였다.
대규모시공시에는 플랜트를 설치하여 혼합이되도록 하여야 하나 본 시험 시공에서는 시공량이 소량이므로 편법으로 중기를 이용하여 혼합 실시하였다.(도 16 참조)
[실시예 3]
한국 건설품질 연구소에서 시험 시공후 42일이 경과한 시점에서 "자가형성 및 자가치유" 차수재 공법시공 구간의 대표적인 3개 지점에서 강도 시험 측정용 시료를 채취하여 일축 압축 강도 시험을 하였다. 표 1에는 강도 시험 결과를 나타낸다.
표 1에서 알 수 있는 바와같이 차수재의 일축압축강도는 6.5kgf/cm2의 값을 나타내어, 허용 기준(5kgf/cm2)을 충분히 만족시키는 결과를 얻었다. 또한 계면부 차수재 보강층의 일축 압축강도는 9.9kgf/cm2를 나타내어 차수층을 충분히 보강할 수 있는 것으로 판단된다.
[실시예 4]
한국건설품질 연구소와 서울시립대학교에서 실층과 계면부 무반응 차수재 보강층의 시료를 채취하여 투수계수를 측정한 결과는 표 2,3에 각각 나타낸다.
양측에서 제시한 시험 결과로 부터 알 수 있는 바와같이 본 차수층의 투수계수는 1.02×10-7cm/sec ~ 2.60×10-8cm/sec의 거의 균질한 값을 나타냈으며, 국내 매립장 차수재 기준치인 1×10-7cm/sec 보다 낮은 투수계수를 나타내며, 양호한 상태를 유지하고 있는 것으로 나타났다.
[실시예 5]
1997. 10.6 ~1997. 10. 8(3일간)에 걸쳐 25톤 규모의 덤프트럭을 120회 주행시킨후 차수층의 상태를 점검한 결과 주행전에 표면균열이 0.8mm~2.0mm폭으로 발생해 있었으나, 주행에 따른 추가 크랙의 진행은 발견 할 수 없었으며, 역으로 주행종료후에 표면 크랙이 감소하는 경향이 나타났다.
[실시예 6]
"자가치유능력에 관한 실험은 실내실험과 현장 실험으로 나누어 실시하였다. 실내실험은 구멍을 뚫은(punching) 후 1×10-5cm/sec의 투수계수를 나타낸 것이 96시간(4일)경과후 투수계수가 1/10로 저하되어 가는 경향을 나타내어 자가형성및 자가치유차수재의 자가치유 기능이 뛰어남을 알 수 있다.
현장시험은 시공구간 총 4500m2중 표층고화 처리 구간 20×30m 규모의 대표적인 위치에 1997년 8월 8일~8월 23일(16일간)에 걸쳐서 특수 현장 시험장치(sealed simyle ring intiltrometer, SSRL)를 이용하여 자가치유 능력을 시험 하였다. 본 실험장치는 현장에서 직접 간편하고 짧은 시간 내에 자가치유능력을 정확하게 측정 할 수 있는 특성을 가지고 있다.
가로×세로=45cm×45cm의 면적에 차수재 B층(300)으로부터 차수재 A층(200)까지 직경 0.7mm 크기의 구멍을 강제로 10개 만들고 그위에 SSRI를 설치하였으며, SSRI의 꼭대기(top) 부분 표면을 진공상태로 한후 14일간 지속적으로 물을 공급하였다. 시험 기간중의 시간당 공급 수량 및 물의 침투율 값은 표 4에서 나타낸다.
물의 침투율(infiltration ratio,I)은 표 4에서 알 수 있는 바와같이 차수층에 구멍을 만들기전 I값이 1.16을 나타냈으나, 구멍을 뚫은후 I=1.77을 나타내어 침투율이 증가된후 시간의 경과와 더불어 지속적으로 감소되는 경향을 나타내며, 2.5일 경과된 후 당초의 I값과 거의 유사한 상태를 보이고 그 후에는 당초값보다 낮은 침투율(I)을 나타내는 것을 알 수 있으며, 이는 본 차수층에 손상을 입을 경우 오히려 침출수 통과 작용에 기인되어 시일층의 두께가 증가되는 현상을 나타내고 있다.
본 발명의 시험시공은 수도권 매립지 3공구 기반 시설공사의 차수층을 대상으로 실시되어 타 4개사에 비하여 탁월한 효과를 거두었다.
본 발명 실(Seal)층은 차수재 A,B층과, 더불어 침출수의 중금속 기타 오염물질을 흡착, 여과시켜 통과수의 자정능력을 부여함과 동시에 차수재 보강층, 사면 차수재, 차수재의 복합으로 연약지반에서 필연적으로 반영하는 부등침하에 의한 기반 시설 붕괴의 손상을 저감할 뿐만 아니라 손상이 발생된 경우에도 A,B의 양층에 존재하는 상호 반응물질이 상술한 바와같이 자가형성과정을 반복함으로써 손상부위를 더욱 완전하게 "자가치유"하게 된다.
또한 현장 여건에 맞추어 차수재 A층과 B층을 바닥/사면에 바꾸어 위치시키거나, 계면부 반응 또는 무반응 보강층을 설치하여 연약지반의 부등침하에 대한 손상을 감소시키기도 한다. 또한 매립되는 폐기물의 득성이 강하여 침출시 문제가 크게 유발되는 경우에는 다층의 실층을 형성하는 등 현장조건을 고려한 최적의 매립장 차수층을 시공하여 침출수 방지를 도모하여 매립장 주변에 환경문제를 유발하지 않는 완벽한 차수층을 조성할 수가 있다.
Claims (4)
- 폐기물 매립장의 시공 방법에 있어서, 원 지반토를 최적의 다짐조건으로 준비한 뒤 원 지반토를 정리하고 분쇄하는 원 지반토 준비단계; 고화재를 운반한 뒤 투입시켜 원 지반토와 교반시키는 고화재 교반 단계; 현장토 10~90중량%, 고화재 A 10~90중량%, 폐주물사 0.1~90중량% 및 플라이애쉬 0.1~90중량%로 구성된 차수재 A층 및 현장토 5~95중량%, 고화재 B 5~95중량%, 폐석회 0.1~95중량% 및 폐석고 0.1~90중량%로 구성된 차수재 B층을 포설하고 소정횟수로 다짐시키는 포설 및 전압단계; 및 양생 및 표면 처리단계를 포함하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장 차수층의 시공 방법.
- 제1항에 있어서, 매립장의 바닥과 사면에 차수재 A층과 B층을 각각 단층으로 설치하되 현장 여건을 감안하여 상,하부층을 바꾸면서 시공하여 단일 실(불투수성)층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장 차수층의 시공 방법.
- 제1항에 있어서, 연약지반상에 차수층 시공시 부등침하 저감 및 지지력 증대를 위해 매립장 바닥/사면의 차수재 A,B층의 하부에 현장토 10~90중량%, 고화재 10~90중량%, 폐석회 0.1~90중량% 및 폐석고 0.1~90중량%로 구성된 계면부 반응 차수재 보강층 또는 현장토 10~90중량%, 시멘트 2~90중량%, 고화재 2~90중량%, 폐석회 0.1~90중량%, 폐석고 0.1~90중량% 및 슬러지 0.1~90중량%로 구성된 무반응 차수재 보강층을 추가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장 차수층의 시공 방법.
- 제1항에 있어서, 매립재가 특히 독성이 강하여 철저히 차수할 필요가 있을 경우 매립장 바닥/사면에 차수재 A층과 B층을 현장 여건에 맞게 다층으로 설치하여 다층의 실(seal, 불투수성)층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 자가형성 및 자가치유 기능을 가진 폐기물 매립장 차수층의 시공 방법.
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