KR101008012B1 - 지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법에 관한 것으로, 고가의 고화재의 사용량을 최소화함과 아울러 불필요한 터파기 공정없이 지반을 개량함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법은, 연약지반(1)에 고화재를 주입하여 상호 간에 일정 간격을 두고 벽체(2)를 시공하는 제1단계와; 상기 제1단계에 의해 시공된 벽체의 사이에 있는 연약지반을 굴착하는 제2단계와; 상기 제2단계에 의해 상기 벽체 사이에 형성된 공간에 속채움재(3)를 채워 상기 연약지반에 상기 벽체와 함께 상부공(4)을 시공할 수 있는 기초를 시공하는 제3단계를 포함한다.

Description

지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법{GROUND IMPROVING METHOD RUNNING PARALLEL GROUND SOLIDIFICATION AND EXCAVATION REPLACEMENT}

본 발명은 지반 개량 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개량하고자하는 연약지반의 가장자리에 고화재를 주입하여 연약지반의 외부 압력에 대항하는 벽체를 형성하고, 상기 벽체 사이의 공간에 사석, 모래 등을 굴착 치환하여 연약지반을 개량할 수 있는 지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법에 관한 것이다.

연약지반을 구성하는 흙은 주로 연약한 점토, 실트 등의 세립토, 유기질토 등이며, 연약지반은 강도가 작고 압축성이 크고 투수성이 작은 포화지반으로서 지지력이 작고 측방변형이 커서 역학적으로 불안정한 상태를 가지므로, 상부에 하중이 큰 구조물을 축조할 경우, 소요지지력 부족 및 지반침하와 측방유동 등 지반파괴가 발생하므로, 확실한 지반개량 및 보강공법의 대책수립이 요망된다.

일반적인 지반개량 공법으로 지반 고화 처리 공법과 굴착 치환 공법이 주로 적용되고 있다.

종래 기술에 의한 지반 고화 처리 공법은, 개량하여 강화하고자 하는 연약지반을 강관롯드 하부선단에는 액체분사노즐이 있고, 롯드선단 측면에는 여러 개의 교반용 날개가 부착되어 있는 개량장비로 회전과 동시에 상하로 승·강시키면서 분사노즐을 통해 액체상태의 시멘트 풀을 분사하면서 교반날개로 연약지반과 혼합하여, 원주상태의 흙 시멘트를 형성하는 작업을 위치를 이동하면서 연속 시공하여 연약한 지반 전체를 개량 강화된 흙시멘트 경화층으로 만드는 공법이 있었다.(도 1참고)

그러나 상기한 시공 방법은 저속으로 회전교반과 시멘트을 주입하면서 말뚝형 개량체를 연속하여 시공하기 때문에 작업 공정이 매우 번거롭고 작업에 소요되는 시간이 많아서 시공 상의 문제점이 많을 뿐만 아니라, 개량지반 상부 표층에 다량의 슬라임이 발생하여 제거후 폐기물 처리를 해야하는 단점이 있었다.

그리고, 고화재의 가격이 비싸기 때문에 시공원가가 매우 비싸고, 시공성이 저하되는 문제점이 있다.

다른 예로서, 기초공사를 행함에 있어서 물의 유입을 방지하거나 지반을 보강하기 위한 종래의 연약지반 개량공법으로는 주입재료 즉, 시멘트풀(Cement Paste)이나 모르타르(Mortar) 또는 시멘트풀과 벤토나이트(Bentonite)의 혼합재 또는 시멘트풀과 점토(Clay)의 혼합재를 개량대상지반에 주입하는 주입공법(Grounting)이 사용되었던 것으로서 이와 같은 주입공법에 있어서는 주입재료가 개량대상지반에 주입된 후 고화되는데 수시간 이상이 걸리므로서 지중(地中)에서의 개량 벽체 형성이 곤란하고 주입대상지반 밖으로까지 주입재료가 주입되는 경우가 많아 시공품질관리가 원만하지 못하며 주입재의 손실이 많아져 설계, 시공상의 많은 문제점이 있었던 것이다.

그리고, 굴착치환 공법은 연약지반 위에 공장부지나 항만 또는 방파제, 호안축조 등을 시공할 때 먼저 시행하는 기초공사를 함에 있어서는 주변환경, 지형조건, 주입재료 선택 등으로 최선의 단면구조를 결정하여 공사를 하여야 하나, 종래의 경우 단순히 연약지반을 별도의 흙막이 대책없이 굴착하고 그 속에 모래, 자갈, 콘크리트 덩어리 등을 채우는 방법을 채용한 결과 굴착사면이 자주 흘러내리는데다 굴착 심도가 깊을 경우 굴착량과 채움재료가 과다하여 굴착토처리로 인한 환경 악영향을 초래할 수 있고 공사비가 비싸지는 등 많은 문제점이 발생하였다.(도 2참고)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고가의 고화재의 사용량을 최소화함과 아울러 불필요한 터파기 공정없이 지반을 개량할 수 있는 지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법 제공하려는데 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법은, 연약지반에 고화재를 주입하여 상호 간에 일정 간격을 두고 벽체를 시공하는 제1단계와; 상기 제1단계에 의해 시공된 벽체의 사이에 있는 연약지반을 굴착하는 제2단계와; 상기 제2단계에 의해 상기 벽체 사이에 형성된 공간에 속채움재를 채워 상기 연약지반에 상기 벽체와 함께 상부공을 시공할 수 있는 기초를 시공하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 벽체는 상부에서 저부로 갈수록 단면적이 커지게 형성된다.

본 발명에 의한 지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법에 의하면, 고화재를 연약지반에 주입하여 빠른 시간내에 차수와 가설 및 각종 하중에 버팀하는 벽체를 시공함과 아울러 벽체 사이에 저렴한 모래, 사석 등을 채워 지반을 개량함으로써 고화재를 전구간에 주입하는 종래의 지반 고화 처리 공법과 비교할 때 시공원가를 대폭으로 절감할 수 있고, 또한, 벽체 사이의 연약지반을 굴착한 공간에 속채움재를 채우게 되는데, 속채움재가 벽체의 지지를 받아 속채움재의 치환만 할 때처럼 과다한 터파기를 통해 속채움 공간을 확보하지 않으므로 비용을 절감하고 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 종래 지반 고화 처리 공법의 예시도.
도 2는 종래 굴착 치환 공법의 예시도.
도 3은 본 발명에 의한 지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법의 공정도.

도 3에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법은 다음과 같다.

(S10) 벽체 시공.

도 3a에서 보이는 것처럼, 연약지반(1)에 벽체(2)를 형성한다. 도면에서는 단면으로 도시되어 좌우 양측에 벽체(2)가 형성된 것으로 도시되었으나, 상부공(4)(도 3d에 도시됨)의 구조 등에 따라 폐루프 형태로 시공될 수 있다.

벽체(2)는 예를 들어 다음과 같은 방법에 의해 형성될 수 있다.

하측 단에 분사노즐과 교반날개를 이용하여 소정의 깊이로 연역지반(1) 내에고화제를 분사하면서 측면에 형성된 교반날개를 회전과 동시에 상하로 승,강시키면서 시멘트고화제와 원지반 연약토가 강제 교반되면서 벽체(2)가 시공될 수 있다. 즉, 벽체(2)는 연약지반(1)의 굴착없이 이루어지는 것으로 전술한 방법 이외의 다른 방법에 의해서도 가능하다. 또한, 벽체(2)를 구성하는 고화재 등은 현재 사용되고 있는 모든 제품이 사용 가능하므로 구체적인 조성으로 한정하지는 않는다.

벽체(2)는 속채움재(3)(도 3b에 도시됨)와 함께 기초를 담당하는 것으로, 후술하는 굴착 공정시 가설벽의 역할을 하며, 완성 후 상부 연직하중 및 내부 속채움재(3) 자중에 의한 수평토압 저항역할, 상부 횡하중에 의한 전단파괴 방지역할, 원호활동 방지역할을 겸한다.

따라서, 전술한 역할을 안정적으로 수행할 수 있도록 상부에서 하부로 가면서 단면적이 커지게 형성된다.

예를 들어, 벽체(2)는 계단 형태로 형성될 수 있다. 4개의 단위 벽체(2a,2b,2c,2d)로 이루어진 벽체(2)를 예로 들어 설명하면, 먼저 중앙에 가장 제1단위 벽체(2a)를 시공하고, 제1단위 벽체(2a)를 중심으로 하여 양측에 각각 제2단위 벽체(2b)를 시공하며, 제2단위 벽체(2b)를 중심으로 하여 양측에 각각 제3단위 벽체(2c)를 시공하며, 제3단위 벽체(2c)를 중심으로 하여 양측에 각각 제2단위 벽체(2d)를 시공한다. 이때 제1 내지 제4단위 벽체(2a,2b,2c,2d)의 높이 관계는 제1단위 벽체(2a)에서 제4단위 벽체(2d)로 가면서 낮아지게 형성된다. 따라서, 벽체(2)는 저부로 갈수록 단면적이 커지게 된다.

도면에 도시하지는 않았지만, 벽체(2)는 전술한 것처럼 계단 형태로 형성되지 않고, 하부로 갈수록 단면적이 커지는 피라미드 형태일 수도 있다.

이러한 벽체(2)는 벽체(2)에 의해 형성된 내부와 외부를 차단하여 외부 연약지반의 흙이 침투하지 않도록 함과 아울러 후술하는 채움재(3)의 채움공간을 조성한다. 벽체(2)는 굴착없이 이루어지기 때문에 기존 굴착 치환시 속채움재의 채움을 위한 넓은 공간을 확보할 필요가 없다.

(S20) 연약 지반 굴착.

(S10) 벽체 시공 공정을 통해 벽체(2)의 시공이 완공되면 벽체(2)의 사이에 있는 연약지반(1)을 굴착한다. 연약지반(1)은 그래브, 펌프선, 석션 등의 장비에 의해 굴착된다. 연약지반(1)의 굴착시 속채움재(3)를 빈틈없이 속채움할 수 있도록 바닥의 지지층에서부터 벽체(2) 옆에 있는 모든 연약지반(1)을 굴착한다.

연약지반(1)의 굴착시 벽체(2)가 가설벽의 역할을 하기 때문에 굴착 반대편의 연약지반으로부터 가해지는 토압에 의한 벽체(2)의 붕괴가 일어나지 않으므로 별도의 가설벽을 세우지 않고 굴착할 수 있다.

(S30) 속채움.

(S20) 연약지반 굴착 공정에 의해 벽체(2)의 사이에는 속채움 공간이 조성된다. 이 속채움 공간에 속채움재(3)를 채운다. 속채움재(3)는 사석, 모래, 슬래그 등 채움이 가능한 모든 것이 사용 가능하다.

속채움재(3)는 상부의 연직 및 수평하중에 의하여 발생하는 지반반력에 저항하는 지지력 확보역할, 침하방지역할과 벽체(2)와 더불어 원호활동 및 전단파괴 방지역할을 수행한다.

(S40) 상부공 시공.

(S30) 속채움 공정을 통해 속채움재(3)의 경화가 끝나면 벽체(2)와 속채움재(3)에 의해 연약지반(1)에 기초가 만들어진다. 상기 기초 위에 상부공(4)(케이슨, 블록 등)을 시공한다. 상부공(4)의 시공은 종래와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.

1 : 연약지반, 2 : 벽체
3 : 속채움재, 4 : 상부공

Claims (2)

1. 연약지반(1)에 고화재를 주입하여 상호 간에 일정 간격을 두고 벽체(2)를 시공하는 제1단계와;
   상기 제1단계에 의해 시공된 벽체의 사이에 있는 연약지반을 굴착하는 제2단계와;
   상기 제2단계에 의해 상기 벽체 사이에 형성된 공간에 속채움재(3)를 채워 상기 연약지반에 상기 벽체와 함께 상부공(4)을 시공할 수 있는 기초를 시공하는 제3단계를 포함하고,
   상기 제1단계에서는, 상기 벽체를 저부를 갈수록 단면적을 커지도록 계단형태 또는 경사형으로 시공하는 것을 특징으로 하는 지반 고화 및 굴착치환 병행형 지반 개량 공법.
2. 삭제

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