KR100855306B1 - 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법 - Google Patents

실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지반보강공법에서 소량의 규산소다양을 사용하여 종래의 공법보다 초기강도와 장기강도 및 침투성이 우수한 그라우트재를 지반에 주입 시공함으로써, 시공품질이 우수하고 경제적인 시공이 가능하고 친환경적인 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법은 그라우트재를 그라우팅 장치에 주입하여 지반을 개량하는 공법에 있어서, 상기 그라우트재는 실리카졸 자동제조장치에 의해 제조된 A액과 현탁액 또는 겔화반응제로 이루어진 B액으로 구성하고, 상기 A액과 B액을 각각의 가변펌프를 이용하여 지반조건에 알맞은 그라우트재 량을 조정하여, 이중관 로드 또는 별도의 주입호스가 구비된 그라우팅 장치를 통해서 주입선단장치에서 각각 주입 또는 오리피스노즐로 분사혼합하여 지반을 개량함을 특징으로 한다.
실리카졸, 그라우팅, 오리피스노즐, 지반

Description

실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법{Foundation reinforcement method for which silica sol production unit was used}
본 발명은 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 그라우팅 공법은 주입펌프 등을 이용하여 토사 또는 암반의 틈새 등에 그라우트를 주입하는 공법으로, 주입관을 지반에 설치하고, 그 주입관을 통해 그라우트를 분사시켜 그라우트와 같은 그라우트재에 의한 지반의 고결로 대상 지반의 지내력을 증가시키고, 투수 계수를 감소시켜 차수성을 향상시키며, 압축성을 줄이고, 시공시 발생되는 소음 및 진동을 감소시켜 저진동, 저소음의 공사를 가능하게 하며, 공기를 단축하는 공법이다.
이러한 그라우팅 공법은 그 효과를 인정받아 지반의 보강 및 차수, 기초파일 형성, 연약지반 개량, 구조물 보강, 터널 보강 및 차수용 등 다양한 용도로 널리 이용되고 있다.
여기서, 이러한 종래의 그라우팅 공법의 구체적인 종류로는 LW공법 및 SGR공법 등을 들 수 있다.
종래의 1.5shot 방식으로 통용되는 대표적인 지반보강 주입방식인 LW(Water-Glass Grouting Method)공법은 지반 특성을 사용목적에 부합하도록 개량하기 위한 특수한 성질의 그라우트재를 지반에 침투시키는 공법이다.
상기 공법은 고무슬리브가 부착된 맨젯튜브를 삽입한 후 맨젯튜브와 케이싱 사이에 중력주입 시일재를 주입한 후 케이싱을 인발하고, 상하에 두 개의 패커가 장착된 주입관을 맨젯튜브 속에 넣고 원하는 위치부터 주입한다.
이때 그라우트재는 맨젯튜브의 주입공을 통해 고무슬리브를 밀고 나와 시일재를 파괴하며 지반 속으로 침투된다.
이러한 LW공법은 주로 연약한 점성토 및 실트층에서는 액상으로 주입되어 침하방지, 지반강화 등의 효과가 있으나, 세사층에서는 주입이 곤란한 문제점이 있다.
또한, 종래의 2.0 shot 방식의 대표적인 주입방식인 SGR(Space Grout Rocket System) 공법은 이중관 로드에 특수 선단장치(Rocket)를 결합시켜 대상지반에 유도공간을 형성하고, 순결에 가까운 겔타임을 가진 규산소다계액과 시멘트 혼합액을 사용하여 연약지반을 개량하는 공법으로써, 주 그라우트재료는 규산소다, 급결제, 시멘트가 있으며, 주 시공장비로는 보링기와 믹싱 플랜트, 주입플랜트이다.
이러한 SGR공법에서 특수 선단장치(Rocket)에서 방출되는 그라우트는 유도공간(Space)을 통하여 대상지반의 모든 방향으로 균일하게 주입된다.
또, 상기 SGR공법은 3조식 교반장치를 사용함으로써 급결성과 완결성 그라우트재의 연속적인 복합주입이 용이하며, 일반적으로 점성토, 사질토 지반에 모두 가 능하다.
그러나 이러한 SGR공법은 규산소다계 그라우트재가 규산소다 자체의 풀 효과(gluing effect)에 의해 시멘트와 반응하여 겔을 형성하고 시멘트 입자를 규산 소다가 피복하여 장기적으로 시멘트의 수화반응을 방해하고 강도가 저하되며 시간이 갈수록 규산 소다 경화체는 물에 서서히 용해되어 그라우트재의 체적이 감소되어 결국, 그라우트재의 용탈 현상을 초래하고 겔을 형성하는 연결고리가 끊어져 압축강도 및 재료분리로 인한 내구성이 저하됨으로써 장기적으로 공사현장에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 상기한 기존 공법들에 사용되는 그라우트재가 급결액 및 완결액으로 제한되어 있어 겔타임 조절이 용이하지 못하며, 시공목적 및 지반상황에 맞게 적절한 그라우트재 사용이 어려워 시공상 한계가 있다.
한편, 종래의 규산 소다를 사용한 지반주입공정에서는 규산 소다에 반응제를 첨가하여 알칼리영역에서의 규산 소다의 겔화를 이용하였다.
그러나 여기에는 다음과 같은 결점이 따랐다.
즉, 수 10kg/㎠ 이상의 고결 강도를 얻기 위하여는 규산 소다의 농도를 증가하여야 하는데, 이와 같은 결과로 주입액의 pH값은 약 12/13이 되어, 지하수를 알칼리성으로 만드는 것이다.
이와 같은 종래의 규산 소다를 이용한 가압주입공법에서는 규산 소다 3호를 물로 1:1로 희석한 A액과 현탁액 및 겔화촉진제를 B액으로 구성하여 그라우팅 장치를 통해 지반에 주입하므로 많은 양의 규산 소다가 지반에 주입으로 미반응한 규산 소다는 지하수 오염으로 환경에 큰 영향을 미치며, 시공비가 많이 들어 경제성에 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 지반보강공법에서 소량의 규산 소다 양을 사용하여 종래의 공법보다 초기강도와 장기강도 및 침투성이 우수한 그라우트재를 지반에 주입 시공함으로써, 시공품질이 우수하고 경제적인 시공이 가능하고 친환경적인 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법은 그라우트재를 그라우팅 장치에 주입하여 지반을 개량하는 공법에 있어서, 상기 그라우트재는 실리카졸 자동제조장치에 의해 제조된 A액과 현탁액 또는 겔화반응제로 이루어진 B액으로 구성하고, 상기 A액과 B액을 각각의 가변펌프를 이용하여 지반조건에 알맞은 그라우트재 량을 조정하여, 이중관 로드 또는 별도의 주입호스가 구비된 그라우팅 장치를 통해서 주입선단장치에서 각각 주입 또는 오리피스노즐로 분사혼합하여 지반을 개량함을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법은 그라우트재를 그라우팅 장치에 주입하여 지반을 개량 하는 공법에 있어서, 상기 그라우트재는 실리카졸 자동제조장치에 의해 제조된 A액과 현탁액 또는 겔화반응제로 이루어진 B액으로 구성하고, 상기 A액과 B액을 각각의 가변펌프를 이용 지반조건에 알맞은 그라우트재 량을 조정, 이중관 로드 또는 별도의 주입호스가 구비된 그라우팅 장치를 통해서 주입선단장치에서 각각 주입 또는 오리피스노즐로 분사하여 지반을 개량으로써, 소량의 규산량을 사용하여 초기강도와 장기강도 및 침투성 우수한 그라우트재를 지반에 주입할 수 있으며, 특히 경제적인 시공이 가능하고 친환경적인 장점이 있다.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 실리카졸 지반주입장치를 도시한 예시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 주입호스가 구비된 그라우팅 장치를 통해서 주입선단장치에서 그라우트재가 분사되는 상태를 도시한 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이중관 로드가 구비된 그라우팅 장치를 통해서 주입선단장치에서 그라우트재가 분사되는 상태를 도시한 예시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법은 그라우트재(10)를 그라우팅 장치에 주입하여 지반을 개량하는 공법에 있어서,
상기 그라우트재(10)는 실리카졸 자동제조장치에 의해 제조된 A액과 현탁액 또는 겔화반응제로 이루어진 B액으로 구성하고, 상기 A액과 B액을 각각의 가변펌프(전기모터 인버터방식 및 무단변속방식)를 이용하여 지반(G)조건에 알맞은 그라우트재(10) 량을 조정하여, 이중관 로드 또는 별도의 주입호스가 구비된 그라우팅 장치를 통해서 주입선단장치(A)에서 각각 주입 또는 오리피스노즐(20)로 분사혼합하여 지반을 개량한다.
여기서, 상기한 실리카졸 자동제조장치는 본 출원인의 등록특허 10-0683020호를 사용하였음을 밝혀두며, 이하 실리카졸 자동제조장치의 상세한 설명은 생략한다.
여기서, 상기 A액은 실리카졸 자동제조장치에 의해 물 70∼85중량부와 규산 소다 3호 20∼45중량부로 희석하고 산으로 pH 0.8∼2로 희석 제조한 실리카졸액이다.
또한, 상기 B액은 B1액, B2액, B3액으로 구성되고, 상기 B1액은 200L용량부내에 시멘트 60∼120중량부와 중탄산소다 또는 탄산수소나트륨 2∼4중량부와 염화칼슘 1∼5중량부, 나머지 물로 이루어지며, 급경화제 현탁액으로 초기강도가 필요한 지하수 유속압이 있는 곳에 사용한다.
그리고 상기 B2액은 200L용량부내에 시멘트 60∼120중량부와 중탄산소다 또는 탄산수소나트륨 2∼8중량부, 나머지 물로 이루어지며, 중경화제 현탁액으로 장기강도가 필요한 지반에 사용한다.
겔타임 조정이 필요시 겔지연제로 리그닌설포산염을 사용할 수 있다.
또한, 상기 B3액은 200L용량부내에 중탄산소다 또는 탄산수소나트륨 2∼10중량부와 탄산칼슘 또는 수산화마그네슘 1∼20중량부, 나머지 물로 이루어지며, 용액상으로 사질토 지반에 사용한다.
특히 상기 A액과 B액은 지반조건 및 보강강도에 따라 소정의 비율로 조절한다.
한편, 상기 이중관 로드 또는 별도의 주입호스가 구비된 그라우팅 선단장치(A)에는 그 선단부 양측 중 일측 주입관에 오리피스노즐(20)이 설치된다.
여기서, 상기 주입관에 오리피스노줄(20)을 설치한 이유는 오리피스노즐(20)이 없을 경우에는 양측 관에 동시에 A액(20a)과 B액(20b)을 동일한 압력으로 주입해야 양측 관의 주입압력차가 발생하지 않아서 양측관중 어느 일측관 그라우트재(10)의 역류현상이 발생되지 않는다.
이와 같이 동일한 주입압력의 사용으로 인한 불편함으로 해소하기 위하여 양측 관의 주입압력이 상이하더라도 베르누이정리를 이용하여 일측관으로 주입된 그라우트재(10)가 타측관으로 주입되지 않도록 하기 위함이다.
즉, 상기 양쪽 중 어느 일측관의 오리피스노즐(20)을 통해서 그라우트재(10)가 분사되며, 이와 같은 일측관의 분사되는 그라우트재(10)는 타측관의 주입되는 그라우트재(10)와 함께 분사에 의해 혼합되며 오리피스노즐(20)로 분사된 그라우트재(10)는 주입량을 소량으로 조절하여 주입압이 양측 관이 일정하지 않아도 역류하는 것을 방지하여, 지반조건에 따라 그라우트재(10)를 소량으로 조절함으로써 경제적으로 시공하기 위함이다.
이와 같이 실행하여 A액과 B액의 비율을 1:1, 1:2, 1:3으로 실시하여 실행 결과
1:1 비율 시에는 A액과 B1액으로 혼합 그라우트재(10)가 초기강도가 우수하 고, 1:2, 1:3 비율 시에는 A액과 B2액의 혼합 그라우트재(10)가 겔타임은 2∼15초로 기존공법의 1:1 배합시와 동일하나 초기 경화는 늦고, 장기강도는 우수하다.
A액과 B3액의 혼합시에는 2:1, 1:1 비율로 혼합 그라우트재(10)가 우수한 강도를 나타내고 있다.
또한, 지반조건에 따라 점성토에는 1차 주입에서 A액과 B3액의 혼합 그라우트재(10)를 주입 후 2차 주입을 A액과 B1 또는 B2 혼합 그라우트를, 사질토에는 1차 주입을 A액과 B1 또는 B2를 2차 주입을 A액과 B3액을 지반에 따라 복합 혼합 그라우트재를 변경 반복주입으로 우수한 사공품질을 나타내고 있다.
이와 같이 배합비율 및 혼합 그라우트재(10) 구성을 지반(G) 조건에 따라 그라우트재(10)를 조절 주입함으로써, 소량의 규산 소다 양으로 우수한 시공과 경제적이며 친환경적인 가압주입보강공법이다.
도 1은 본 발명에 따른 실리카졸 지반주입장치를 도시한 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 주입호스가 구비된 그라우팅 장치를 통해서 주입선단장치에서 그라우트재가 분사되는 상태를 도시한 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 이중관 로드가 구비된 그라우팅 장치를 통해서 주입선단장치에서 그라우트재가 분사되는 상태를 도시한 예시도.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
10: 그라우트재 20: 오리피스노즐
20a: A액 20b: B액
A: 주입선단장치 G: 지반
S: 개량체 TA: A액 탱크
TB: B액 탱크 TB1: B1액 탱크
TB2: B2액 탱크 TB3: B3액 탱크

Claims (4)

  1. 그라우트재(10)를 그라우팅 장치에 주입하여 지반을 개량하는 공법에 있어서,
    상기 그라우트재(10)는 실리카졸 자동제조장치에 의해 제조된 A액과 현탁액 또는 겔화반응제로 이루어진 B액으로 구성하고, 상기 A액과 B액을 각각의 가변펌프를 이용하여 지반조건에 알맞은 그라우트재(10) 량을 조정하여, 이중관 로드 또는 별도의 주입호스가 구비된 그라우팅 장치를 통해서 주입선단장치(A)에서 각각 주입 또는 오리피스노즐(20)로 분사혼합하여 지반(G)을 개량하되,
    상기 A액은 실리카졸 자동제조장치에 의해 물 70∼85중량부와 규산 소다 3호 20∼45중량부로 희석하고, 산으로 pH 0.8∼2로 희석 제조한 비알칼리 실리카졸액으로 구성됨을 특징으로 하는 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 B액은 B1액, B2액, B3액으로 구성되고, 상기 B1액은 200L용량부내에 시멘트 60∼120중량부와, 중탄산소다 또는 탄산수소나트륨 2∼4중량부와, 염화칼슘 1∼5중량부 나머지 물로 이루어지며, 급경화제 현탁액으로 초기강도가 필요한 지하수 유속압이 있는 곳에 사용하며,
    상기 B2액은 200L용량부내에 시멘트 60∼120중량부와, 중탄산소다 또는 탄산수소나트륨 2∼8중량부 나머지 물로 이루어지며, 중경화제 현탁액으로 장기강도가 필요한 지반에 사용하며,
    상기 B3액은 200L용량부내에 중탄산소다 또는 탄산수소나트륨 2∼10중량부와 탄산칼슘 또는 수산화마그네슘 1∼20중량부, 나머지 물로 이루어지며, 용액 상으로 사질토 지반에 사용함을 특징으로 하는 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 A액과 B액의 비율은 B액을 B1액으로 하며 1:1로 구성하거나, B액을 B2액으로 하며 1:1, 1:2, 1:3으로 구성하거나, B액을 B3액으로 하며 2:1, 1:1로 비율 조절하고, 1차 주입에서 A액과 B3액의 혼합그라우트를 주입 후 2차 주입을 A액과 B1 또는 B2 혼합 그라우트를 또는 1차 주입을 A액과 B1 또는 B2를 2차 주입을 A액과 B3액을 지반에 따라 반복주입 변경 구성함을 특징으로 하는 실리카졸 자동제조장치를 이용한 지반 가압주입 보강방법.
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