KR100922421B1

KR100922421B1 - 연약 지반 강화용 식생 매트

Info

Publication number: KR100922421B1
Application number: KR1020090005100A
Authority: KR
Inventors: 최경영; 안민우; 남기영; 경민수; 황경우; 김원규; 김대규
Original assignee: 주식회사 에코탑; 주식회사 이에스에코
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2009-10-16

Abstract

본 발명은 탄산칼슘을 주성분으로 하는 석회석 및 석회석의 2차 가공품으로 구성되는 연약 지반 강화 조성물을 포함하는 연약 지반 강화용 식생 매트에 관한 것으로서, 상기 연약 지반 강화용 식생 매트는 상기 연약 지반 강화용 조성물을 수용하는 다공성 식생 섬유층, 상기 다공성 식생 섬유층의 양면을 덮고 있는 기재층으로 구성된다.

연약 지반, 식생 매트

Description

연약 지반 강화용 식생 매트{PLANTING MAT FOR REINFORCING OF SOFT GROUND}

본 발명은 탄산칼슘을 주성분으로 하는 석회석 및 석회석의 2차 가공품으로 구성되는 연약 지반 강화 조성물을 포함하는 연약 지반 강화용 식생 매트에 관한 것으로서, 특히 하천변의 도로 공사 등 각종 공사를 수행하면서 발생되는 연약 지반을 안정화하는 공법에 사용되는 연약 지반 강화 조성물을 포함하는 연약 지반 강화용 식생 매트에 관한 것이다.

본 발명은 해안, 하천변 또는 구릉지대등 지하수나 해수의 영향을 많이 받고 있는 지역에 건축물, 기타 구조물을 건설하거나, 식생 녹화 작업을 하고자 할 때 연약지반의 보강을 위해 사용되는 연약 지반 강화용 식생 매트에 관한 것이다.

연약 지반은 일반적으로, 조립토층[組粒土層-공극(空隙)을 포함]과 세립토층(細粒土層)이 불규칙적으로 쌓인 불균질의 지반으로 형성되어 있다. 이러한 연약 지반에 직접 구조물을 짓거나, 성토 작업을 할 경우 입수에 의해 지반이 파괴되거나 큰 압밀 침하가 생길 우려가 있어, 구조물을 짓거나 성토 작업을 하기 전에 연약 지반을 안정화하는 작업이 필요하다.

우리 나라에서는 연약 지반의 분포가 많지는 않으나 최근 산업의 발달, 인구증가 및 경제규모의 확장은 종합적인 국토개발을 필요로 하게 되었고 또 삼면이 바다로 둘러싸인 해양국가로서 서 ·남해안 간척사업, 신공항 개발 등의 국토 개발 뿐만 아니라 환경 친화적인 사업으로서 하천변의 녹화 등 상대적으로 열악한 지역의 개발에 필요한 연약 지반 강화 방법의 개발은 불가피한 실정이다.

이에 따라 연약지반 개량의 필요성이 날로 급증하여 종래에는, 연약 지반을 강화하기 위해서는 콘크리트, 강관 또는 목재등의 파일을 박아서 시공하는 방법이 사용되거나, 또는 배수로를 만들어 지하수를 유도하는 방법이 사용되었다. 또한, 도 1에서 보는 바와 같이 연약 지반에 강관 등을 박고 상기 강관 내에 고압수의 분사와 함께 연약지반을 교란시키면서 경화제를 주입하여 경화제와 교란된 지반층을 잘 혼합되게 하고 있는데, 이런 방법을 사용할 경우 입자가 미세한 점토질이라든가, 분사된 고압수의 많은 수량이 함께 섞여 있기 때문에 경화제의 주입량이 많아질 수 밖에 없는 데다 경화제가 골고루 혼합되지 않고 극미한 입자의 점토질이 다량 혼합되어 있어서 경화후의 강도가 극히 취약하게 되는 결점이 있었다.

한편, 실용신안 등록 1992-0008319에서는 연약지반 보강 매트를 사용하여 방파제나 교량을 구축하도록 된 것이 있었으나 이와 같은 경우에는 매트의 생산가가 고가였기 때문에 막대한 시공비를 요구하게 되었으며 그 시공도 매우 불편하였다.

또한, 연약 지반 토사면 위에 건축 공사 전 석회석 분말을 뿌려주는 경우도 있으나 석회석을 분말 형태로 뿌릴 경우 바람에 날려 시공이 어려울 뿐만 아니라, 석회석이 고루 도포되지 않고 인건비가 많이 드는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연약 지반을 강화하면서도 시공성을 높일 수 있도록, 연약 지반 강화 조성물을 고르게 도포할 수 있도록 다공성 식생 섬유층에 수용시킨 연약 지반 강화용 식생 매트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연약 지반 강화용 식생 매트는 탄산 칼슘으로 구성되는 석회석 및 그 가공품의 분말을 함유하는 혼합물로 구성된 연약 지반 강화용 조성물을 수용하는 다공성 식생 섬유층, 상기 다공성 식생 섬유층의 양면에 적층된 기재층으로 구성된다.

또한, 상기 본 발명은 상기 다공성 식생 섬유층내에 식물 종자를 더 수용하는 것이 가능하다

이하. 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 연약 지반 강화 조성물은 수화 반응을 통하여 지반을 강화시킬 수 있는 석회석 및 그 가공품의 분말을 함유하는 혼합물로 구성되며, 구체적으로는 분말화된 석회석과, 석회석 가공품으로 소석회(수산화칼슘 Ca(OH)₂), 석회고 토(탄산마그네슘과 탄산칼슘의 혼합물)가 포함된다. 또한, 상기 연약 지반 강화 조성물은 생석회를 더 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.

석회석은 화학 기호로 나타내면 CaCO₃ 로 탄산칼슘이다. 석회석은 자연 상태에서 석회의 원료가 되는 원석 그대로의 석회석, 조개껍데기, 달걀껍질, 산호대리석, 방해석, 선석(霰石), 석회석, 백악·빙주석(氷洲石) 등으로써 존재한다. 석회석은 탄산칼슘(CaCO₃)을 주성분으로 하는 수성암(水成岩)이며, 생석회(CaO) 성분의 공급원료 중에서 가장 널리 쓰이는 광물이다. 석회석은 산업혁명 후에 포틀랜드, 제강, 농업용, 축산, 식품, 의약, 폐수처리, 공해방지, 토목분야 등 그 용도가 매우 다양화되었다. 석회석은 단순한 원광으로 사용되거나, 소성, 수화하여 생석회, 소석회, 중질·경질탄산칼슘 등의 제품으로 거의 전산업에 걸처 폭넓게 사용된다. 이러한 석회석 및 그 가공품은 관수에 의해 지반에 스며들어, 하층 연약 지반의 공극 사이에 침투하여 토양에 영양을 공급하며, 오염수에 포함되어 있는 황과 인의 탈황 탈인작용을 유도함과 동시에 물과 반응하여 수화반응을 함으로써 지반을 경화시키는 작용을 하게 된다. 또한 상부에 식물종자가 포함된 식생매트설치나 종자파종시 살균작용과 살충작용을 하며 칼슘(Ca)을 공급하는 비료로써도 작용하기 때문에 발아를 촉진하게 된다. 최근 제철소 스래그와 제지공장의 펄프재 부산물 등과 같은 천연 재료를 이용하여 이러한 석회석 및 그 가공품을 제조하고 있다.

생석회는 화학기호로는 CaO 이며, 자연 상태에서 채취한 석회석 원석(=탄산칼슘=CaCO₃)을 도자기 굽는 것과 같이 825℃ 이상으로 장시간 구워서 석회석 원석에 포함된 이산화탄소(CO₂)를 날려 보내서 석회성분(CaO)만 남게 하여 건조 상태에서 만들어낸 가루이고, 그 가루에 아무 것도 섞지 않았다고 해서 생석회라고 한다. 일반적으로 생석회라는 말보다 그냥 석회라고도 한다. 이때 생석회 가루에 무엇을 첨가하느냐에 따라 석회고토(CaCO₃ MgCO₃), 패화석(CaCO₃), 부산소석회, 부산석회도 되고, 그 쓰임새가 비료 등 다양하다.

이러한 석회석 및 그 2차 가공품들의 수화 반응은 다음과 같다.

아래 화학식과 같이 칼슘이 많이 포함된 석회석(CaCO₃)이 이산화탄소가 들어있는 물을 만나서 녹은 물이 중탄산칼슘이 되고,

CaCO₃ ＋ CO₂ ＋ H₂O → Ca(HCO₃)₂

(탄산칼슘) + (이산화탄소) + (물) → (중탄산칼슘)

다시, 아래 화학식과 같이 중탄산칼슘 용액이 마를 때 이산화탄소와 수증기가 날아가면서 생성되어 남게 되는 탄산칼슘이 스스로 뭉쳐 굳어지면서 연약 지반을 굳히는 작용을 하게 된다.

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ ＋ CO₂ ＋ H₂O

(중탄산칼슘) → (탄산칼슘) + (이산화탄소) + (물)　

이러한 수화 반응은 초기에는 손가락으로 누르면 손가락 자국이 나는 것과 같이 형태가 변화될 수 있지만, 시간이 경과함에 따라 형태가 변하지 않게 되는 응결과정에서부터 그 이후 시간이 더욱 경과하면 시멘트 반죽물은 단단하기(강도)가 점점 커지는 경화과정을 거쳐 진행된다. 즉, 수화 반응의 결과 단단하게 경화되는 현상이 일어나게 된다. 본원 발명의 상기 연약 지반 강화층은 연약 지반의 상부에서 이러한 수화반응을 일으켜 지반을 안정화하게 된다.

본 발명의 연약 지반 강화 조성물은 석회석 20 내지 50 중량부, 소석회 20 내지 40 중량부, 석회고토 20 내지 40 중량부를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 본원 발명의 연약 지반 강화 조성물에는 생석회가 더욱 포함될 수 있다. 단, 생석회의 경우 수분 접촉시 고온의 열(100 ~ 200)을 발생시키기 때문에 오염 하천에서 살충 및 살균 작용이 필요할 경우에 바람직하다. 이 경우 생석회는 앞서 설명한 연약 지반 강화 조성물 100 중량부에 20 내지 30 중량부를 더욱 첨가하여 사용한다.

상기 연약 지반 강화 조성물은 석회석, 소석회, 석회고토 및 생석회를 정량 공급기를 통해 일정 비율 혼합하고, 그 혼합된 배합 원료를 분쇄기인 볼밀(ball mill)을 이용하여 비표면적 2000~2500cm2/g 의 입도로 분쇄하여 제조한다.

도 2는 본원 발명에 따른 연약 지반 강화용 식생 시트(100)의 단면도이다. 도 2의 단면도에서 보는 바와 같이 지지 기재(12, 14)와 상기 지지 기재 사이에 형성된 연약 지반 강화 조성물을 수용할 수 있는 다공성 식생 섬유층(15)으로 이루어져 있다.

상기 지지 기재(12, 14)는 천연 재료로 만들어진 시트로서, 목재 펄프 등의 펄프, 다양한 형태의 종이 제품, 표면이 평탄화된 재료와 표면에 엠보싱을 가진 재료 등을 사용할 수 있다.

상기 다공성 식생 섬유층(15)은 상기 연약 지반 강화용 조성물을 수용하여 조성물이 분산되는 것을 막기 위한 것으로, 황마나 코코스 야자의 과실에서 채취한 섬유소인 코이어 등을 이용하여 제직한 천연 소재로 된 시트 형태의 것을 사용할 수 있다. 즉, 상기 다공성 식생 섬유층은 코이어 섬유, 황마섬유, 면섬유, 볏집 또는 식물성 섬유로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 천연 물질로 이루어진 줄을 1줄 이상 함께 꼬아 만든 로프로 만들어진 네트 또는 매트를 사용할 수 있다. 상기 볏짚 및/혹은 야자껍질의 섬유 등의 천연 소재를 그물 형태로 엮거나 직조하여 식생 네트 또는 매트 형상으로 만들 경우, 다공성 식생 섬유층 내에 빈 공간을 가지고 있어, 상기 연약 지반 강화용 조성물을 수용하기에 충분한 다공성을 가지고 있으면서도 가격이 저렴하고 생산이 용이하다는 장점이 있다.

또한, 상기 본 발명은 상기 다공성 식생 섬유층내에 식물 종자를 더 수용하는 것이 가능하다. 다공성 식생 섬유층내에 식물종자를 수용할 경우 종자의 유동성을 방지하고 고른 분포를 유도할수 있어 종자식생매트로서 활용도 가능하다. 식물 종자는 연약 지반 강화용 조성물을 수용하는 다공성 식생 섬유층 위에 분사될 수 있다.

상기 본 발명에 따른 연약 지반 강화조성물을 포함하는 식생 매트는 다음의 제조과정을 거쳐 제조된다.

먼저, 도 2에서 보는 바와 같이 지지 기재(28, 30)을 준비하고, 그 일면에 접착제(34)를 도포한다. 상기 접착제가 도포된 지지 기재에 황마, 코이어 등으로 짜여져 만들어진 다공성 식생 섬유층(15)을 고정시키고, 상기 고정된 다공성 식생 섬유층에 상기 연약 지반 강화 조성물(16)을 도포하고 상기 연약 지반 강화용 조성물을 상기 다공성 식생 섬유층이 수용하도록 한 후, 상기 다공성 식생 섬유층 상면에 다시 시트형 기재를 적층하여 제조한다. 상기 연약 지반 강화용 조성물이 도포된 상기 다공성 식생 섬유층을 롤 프레서(36, 38)등을 통과시켜서 연약 지반 강화용 조성물을 수용시킬 수 있다.

또한, 앞에서 설명한 바와 같이 상기 다공성 식생 섬유층 내에 식물 종자를 더 수용하는 것이 가능하며, 이 경우 상기 연약 지반 강화용 조성물 도포 후 종자 를 다공성 식생 섬유층 내에 도포하는 과정이 더욱 포함되게 된다.

다음으로 본원 발명의 연약 지반 강화용 식생 시트의 시공 과정에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.

본원 발명의 연약 지반 강화용 식생 시트의 시공 과정은

i)연약 지반에 대한 지반 보강 공사 단계;

ii)상기 연약 지반 표층에 연약 지반 강화용 식생 시트 시공 단계;

iii)상기 시공된 연약 지반 강화용 식생 시트 상부에 흙을 적층하는 단계; 및

iv)상기 적층된 흙 위에 식물 종자를 포함하는 식생 매트를 설치하는 단계로 구성된다.

도 4 에 보는 바와 같이 먼저 연약 지반에 대한 지반 보강 공사 후, 상기 연약 지반 표층에 본원 발명의 연약 지반 강화용 식생 시트를 시공하고, 그 상부에 흙을 1 ~ 10 mm 적층한다. 적층된 흙 위에 식물 종자를 포함하는 식생 매트를 설치하고 고정팩으로 마무리 한다. 연약 지반 강화용 식생 매트가 시공된 지반에 관수할 경우 상기 연약 지반 강화용 식생 매트에 포함된 조성물이 수화 반응을 일으켜 표층부의 고결을 유도함으로써 지반 안정을 도모하게 된다. 도 4의 경우 본원 발명의 연약 지반 강화용 식생 매트 내에 종자를 포함하고 있어, 상기 연약 지반 강화용 식생 매트로부터 녹화된 것을 나타내고 있다.

본원 발명의 연약 지반 강화용 식생 시트를 오염 하천에서 시공하고자 할 경우에는 앞에서 살펴본 바와 같이 연약 지반 강화 조성물층을 형성하는 혼합물 100 중량부에 생석회를 20 내지 30 중량부 더 추가할 수 있다. 생석회를 더 포함하는 조성물로 연약 지반 강화용 식생 매트를 제조하고, 이를 연약 지반에 시공한다. 시공된 연약 지반 강화용 식생 매트에 1회 관수하여 생석회를 포함하는 연약 지반 강화 조성물층의 수화 반응을 일으키고, 2 ~ 4주 후 수화 반응이 완결된 후 그 위에 1 ~ 10 cm 두께로 흙을 적층하고, 식물 종자가 포함된 식생 매트를 고정팩으로 고정하여 식물 종자가 포함된 식생 매트로부터 발아된 식물의 뿌리가 고사되는 것을 방지하도록 한다.

본원 발명에 따른 연약 지반 강화용 식생 매트는 사면의 성토 혹은. 절토후 자연환경에 노출되어 강우와 유수의 작용에 의하여 침식작용에 매우 불안정한 세립질실트와 미립질 점토를 함유한 연약지반사면에 시공할 경우, 연약 지반 강화 조성물에 함유된 석회석 및 그 가공품 분말의 수화 작용으로 표면을 경화시킴으로써 토사유출에 따른 흙탕물 발생을 저감하는 효과가 있다. 또한, 다공성 식생 섬유를 사용하기 때문에 시공이 간편하면서도 비용이 절감되는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하기로 한다.

<제조예> 연약 지반 강화용 식생 시트의 제조

연약 지반 강화용 식생 시트를 형성하기 위한 혼합물로 석회석 40 중량부, 소석회 30 중량부, 석회고토 30 중량부를 정량 공급기를 통해 혼합하고, 그 혼합된 배합 원료를 분쇄기인 볼밀(ball mill)을 이용하여 비표면적 2000cm2/g 의 입도로 분쇄하여 제조하였다.

시트형 기재로 펄프를 사용하였으며, 펄프에 접착제를 도포한 후, 다공막으로서 코이어 천연 섬유 네트를 사용하였으며, 상기 코이어로 짜여진 천연 섬유 네트에 상기 제조된 연약 지반 강화용 조성물을 도포하여, 상기 코이어 네트 내부의 빈 공간에 상기 연약 지반 강화용 조성물이 수용되도록 하였다.

상기 연약 지반 강화용 조성물을 수용하는 코이어 네트 위로 펄프를 부착하여 연약 지반 강화용 식생 시트를 제조하였다.

<실험예 1> 토양침식율 측정

사양토로 이루어진 길이 3 m 의 1 : 1 경사면에 대해 실시예로서 상기 제조예에서 제조된 연약 지반 강화용 식생 시트를 사용한 경우, 비교예 1로서 시트를 사용하지 않은 경우, 비교예 2를 상기 연약 지반 강화용 조성물을 수용하지 않는 코이어로 짜여진 천연 섬유 네트만을 사용한 경우로 하여 토양 침식율을 측정하였다.

실시예와 비교예의 각 경우에 따라 사면에 시공한 후, 관수를 실시하여 수분 포화도 100% 조건을 부여하였다. 1 주일 후와 3 주일 후 강우식 관수를 50 mm/hr 로 실시하여 토양 침식율을 계산하여 그 결과를 아래 표 1로 나타내었다.

<표 1> 토양침식율 측정

	실시예 1	비교예 1	비교예2
1주후 토양침식율	0.25kg/hr	32kg/hr	5kg/hr
3주후 토양침식율	0.1kg/hr	28kg/hr	5kg/hr

상기 <표 1>의 실험 결과를 보면 헐벗은 토양의 비교예 1의 경우 강우 작용에 토사유출 및 사면 포락이 발생되었으며, 식생 매트만을 설치한 비교예 2는 초기 유출은 적었으나 경사면내 수분 포화를 넘어서는 시점에서 하단으로 과량의 토사유출이 발생하였다. 연약지반 전용시트 설치후 식생매트를 설치한 실시예 1의 경우 시트 조성물에 의해 지반이 고결되어 강우의 작용에 대응하여 미량의 토사 유출만 발생 하였다.

<실험예 2> 발아율 측정

상기 실험예 1과 동일하게 사양토로 이루어진 길이 3 m 의 1: 1 경사면에 대해 실시예로서 상기 제조예에서 제조된 연약 지반 강화 식생 매트를 사용한 경우, 비교예 1로서 매트를 사용하지 않은 경우, 비교예 2로서 일반 식생 매트만을 사용한 경우로 하고, 상기 제조된 연약 지반 강화 식생 매트 위에 버뮤다글레스와 패랭이 종 자를 각각 500립씩 파종하여 상기 실시예와 비교예의 경우 발아율을 측정하였으며, 그 결과는 아래 표와 같다.

<표 2> 발아율 실험

	실시예 1	비교예 1	비교예2
2주후 발아율	185본	192본	171본
3주후 발아율	232본	210본	217본

식물종자 발아실험의 경우 2주 후는 비교예 1의 헐벗은 토양의 발아율이 가장 좋았으며, 실시예 1보다 비교예 1에서 5% 가량 발아가 잘 되었다. 뒤늦게 발아되는 종자가 있어 3주 후에 측정해 보았더니 실시예 1에서 가장 발아율이 우수하였다. 연약지반 강화 조성물층을 포함하는 식생 매트가 발아에 도움을 준다는 것을 알 수 있다.

도 1은 종래 연약 지반을 강화하기 위해 사용하는 방법이다.

도 2는 본 발명에 따른 연약 지반 강화용 식생 시트의 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 연약 지반 강화용 식생 시트의 제조 방법을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 연약 지반 강화용 식생 시트를 시공한 단면도를 나타낸 것이다.

Claims

지지 기재; 및

상기 지지 기재의 상부에 형성되는 다공성 식생 섬유층으로 구성되고,

상기 다공성 식생 섬유층은 연약 지반 강화 조성물을 수용하며, 상기 연약 지반 강화 조성물은 석회석 20 내지 50 중량부, 소석회 20 내지 40 중량부, 및 석회고토 20 내지 40 중량부를 포함하는 것인 연약 지반 강화용 시트.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 다공성 식생 섬유층은 코이어 섬유, 황마섬유, 면섬유, 볏집 또는 식물성 섬유로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 천연 물질로 이루어진 줄을 1줄 이상 함께 꼬아서 만든 로프로 만들어진 네트 또는 매트인 것인 연약 지반 강화용 시트.
제 1항에 있어서,

상기 다공성 식생 섬유층은 종자를 더욱 수용하는 것을 특징으로 하는 연약 지반 강화용 시트.
i)연약 지반에 대한 지반 보강 공사 단계;

ii)상기 연약 지반 표층에 연약 지반 강화용 식생 시트 시공 단계;

iii)상기 시공된 연약 지반 강화용 식생 시트 상부에 흙을 적층하는 단계; 및

iv)상기 적층된 흙 위에 식물 종자를 포함하는 식생 매트를 설치하는 단계로 구성되는 제1항의 연약 지반 강화용 식생 시트 시공 방법.