KR101172519B1 - 연약지반 개량 공법 - Google Patents

Abstract

연약지반 개량 공법이 개시된다. 본 발명은, 연약지반 면에 표시된 표시선에 따라 연약지반을 굴착하고, 고화토를 포설함으로써 지중벽을 설치하고, 설치된 지중벽 상부에 고화토 매트를 시공하며, 시공된 고화토 매트 상에 치환층을 시공하고, 시공된 치환층 상부에 쇄석을 부설한 후에 배근된 위치철근에 따라 원추형 말뚝을 설치하며, 설치된 원추형 말뚝의 주변에 쇄석을 충진하고, 설치된 원추형 말뚝 상부에 마감층을 시공하는 과정을 통해 구현된다. 본 발명에 따르면,초연약 지반에서의 요구되는 설계 구조물의 상재 하중에 대한 지지력을 확보하고, 측방변형을 억제하며, 경제성과 환경성을 확보할 수 있는 연약지반 개량 공법이 제공된다.

연약지반, 개량, 고화토 매트, 원추형 말뚝

Description

연약지반 개량 공법{Soft Soil Improvement Method}

본 발명은 연약지반 개량 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초연약 지반에서의 요구되는 설계 구조물의 상재 하중에 대한 지지력을 확보하고, 측방변형을 억제하며, 경제성과 환경성을 확보할 수 있는 연약지반 개량 공법에 관한 것이다.

초연약지반은 상부구조물을 지지할 수 없는 상태의 지반으로서, 상부 구조물의 하중에 의한 지반파괴와 과대침하와 측방변형이 심하고 전단강도가 작아 연약지반을 판단하는 대표적인 시험 중 하나인 SPT(표준관입시험) 결과값인 N값이 2이하, qu(일축압축강도)값이 0.5이하인 지지력이 약한 지반을 의미한다.

초연약지반을 구성하는 흙은 주로 연약한 점토, 실트 등의 세립토, 유기질토 등이며, 초연약지반은 강도가 작고 압축성이 크고 투수성이 작은 포화지반으로서 지지력이 작아 측방변형이 커서 역학적으로 불안정한 상태를 가지므로, 지반상에서 시공기면에 이르기까지 성토 또는 굴착작업을 수행하는 경우, 소요지지력 부족 및 지반침하와 측방유동이 발생하기 때문에 장비주행이 어려워 공기가 오래 걸리며 지반파괴가 심하게 발생하므로, 확실한 지반개량 및 보강공법의 대책수립이 요망되는 지반이다.

이와 같은 초연약지반을 개량하기 위해 초연약지반 내에 시멘트계 주입재와 물을 혼합한 안정처리재를 주입하면서, 시멘트의 경화반응을 이용하여 지반 내에 원주형이나 각주형의 벽체나 고결지반을 조성하는 공법이 사용되어 왔다.

구체적으로, 이는 단시간 내에 굴착기를 굴착심도까지 하강시키면서 안정처리재를 주입하면서 교반하고, 다시 굴착기를 인발하면서 안정처리재를 주입하함으로써 교반하는 방식으로 시공된다.

한편, 초연약지반 개량에 통상적으로 시공하는 상기와 같은 방식은 지반에 안정처리재가 주입된 상태에서 교반날개를 통해 여러 번 교반함으로써 지반 내의 공극을 발생시킬 우려가 있으며, 이는 오히려 지반의 강도를 저하시키는 문제점을 유발할 수 있다.

또한, 종래의 경우 안정 처리재로는 주로 시멘트가 사용되는데, 이 시멘트가 유기물질을 다량 함유하고 있는 매립지반의 토양과 혼합할 때 혼합을 방해하는 휴민산과 같은 유기물을 다량 함유하고 있어 시멘트와 토립자와의 결합을 방해하여 종래의 시멘트를 사용하는 연약지반 안정처리 공법은 연약지반의 강도를 향상하는데 한계가 있었다.

또한, 해저 또는 준설 매립지반을 강화하기 위하여 사용되는 경우, 시멘트의 강알칼리성에 의해 환경을 변화시킴으로써, 해양 식물 또는 생물의 성장과 양식 등 생태계에 큰 문제점을 야기시키는 등 심각한 환경문제를 유발시킬 수 있다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 초연약 지반에서의 요구되는 설계 구조물의 상재 하중에 대한 지지력을 확보하고, 측방변형을 억제하며, 경제성과 환경성을 확보할 수 있는 연약지반 개량 공법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연약 지반 개량 공법은, (a) 연약지반 면에 표시된 표시선에 따라 상기 연약지반을 굴착하고, 고화토를 포설함으로써 지중벽을 설치하는 단계; (b) 상기 설치된 지중벽 상부에 고화토 매트를 시공하는 단계; (c) 상기 시공된 고화토 매트 상에 치환층을 시공하는 단계; (d) 상기 시공된 치환층 상부에 쇄석을 부설한 후에 배근된 위치철근에 따라 원추형 말뚝을 설치하는 단계; 및 (e) 상기 설치된 원추형 말뚝의 주변에 쇄석을 충진하고, 상기 설치된 원추형 말뚝 상부에 마감층을 시공하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 (a)단계는, 상기 포설된 고화토를 다짐한 후에 토목섬유를 포설하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 (e)단계에서의 상기 마감층은 고화토 매트로 시공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (c)단계 이후에, 상기 상기 치환층 상에 토목섬유 매트를 시공하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 (c)단계에서의 치환층에는 치환재료로서 현장에서 굴착한 연약토 와 고화토를 혼합한 재료가 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (d)단계에서의 상기 원추형 말뚝은 고화토로 제작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 종래의 원추형 말뚝공법의 시공이 전혀 불가능했던 초연약지반 내에 지중벽과 고화토 매트와 치환층에 의해 초연약지반의 강도를 증대시켜 초연약지반에서도 원추형 말뚝공법을 시공할 수 있게 해주는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 초연약 지반에서의 요구되는 설계 구조물의 상재 하중에 대한 지지력을 확보하고, 측방변형을 억제하며, 경제성과 환경성을 확보할 수 있는 연약지반 개량 공법이 제공된다. 아울러, 본 발명에 따르면, 지하수위가 높을 경우에 지중벽에 의한 부력기초기능이 추가적으로 작용하는 효과가 인정된다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래의 연약지반에서는 다량의 시멘트만을 독자적으로 사용해 강알칼리성에 의한 오염문제를 유발했지만, 본 발명에서는 시멘트 사용을 효과적으로 줄이고 시멘트계 고화재를 사용함으로써 시멘트 사용량을 획기적으로 줄일수 있게 됨으로써, 강알칼리성으로 인한 환경오염 문제를 해결할 수 있게 되며, 골재 사용량을 획기적으로 줄여 공사비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 현장토를 직접 이용하여 단계별로 고화토 사용 공정을 시공하게 됨으로써, 매립을 위한 토사나 골재를 사용하기 위하여 자연을 훼손시키는 일을 줄일 수 있기 때문에 환경친화적인 효과가 제공된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 연약지반 개량공법이 적용된 지반구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 연약지반 개량공법의 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 연약지반 개량공법을 설명하면, 먼저, 작업자는 개량대상인 연약지반의 심부에 지중벽(100)을 설치한다(S210). 지중벽(100)을 설치함에 있어서는, 고화토 재료로 된 지중벽(100)을 설치하는 것이 바람직할 것이며, 이와 같은 지중벽(100)을 설치하는 상세한 공정은 도 3에 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 도 3의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 작업자는 시공할 지중벽(100)의 위치를 표시하는 선을 개량대상인 연약지반의 상부에 표시한다. 그 다음, (b)에서와 같이 작업자는 표시선에 따라 중장비를 이용하여 지중벽(100)을 굴착하고, (c)에서와 같이 굴착된 지중벽(100)에 포설한 고화토를 현장에서 시멘트와 혼합하며, 혼합된 고화토를 (d)에서와 같이 굴착된 지중벽(100)에 포설하게 된다.

굴착된 지중벽(100)에의 고화토 포설이 완료되면, 핸드로라 등의 다짐 장비를 이용하여 고화토 지중벽(100)을 (e)에서와 같이 다짐하는 공정을 거친 후에, 마 지막으로 (f)에서와 같이 토목섬유를 포설함으로써 지중벽(100) 설치를 완료하게 된다. 이와 같이 고화토 재료로 설치된 지중벽(100)은 부력 기초를 형성하게 되며, 측방유동을 방지할 뿐만 아니라, 부등침하를 억제하고, 지중응력 감소효과를 발휘하며, 액상화를 방지할 수 있게 된다. 설치된 고화토 지중벽(100)에는 상재하중의 10%정도가 분산되어 부담된다.

상술한 바와 같은 공정을 통해 지중벽(100) 설치가 완료되면, 작업자는 설치된 지중벽(100) 상부에 고화토 매트(110)를 시공한다(S220). 고화토 매트(110)를 시공하는 상세한 공정은 도 4에 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 도 4의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 작업자는 먼저 중장비를 이용하여 고화토를 혼합하고, (b)에서와 같이 고화토를 포설한 후에 다짐 장비를 이용하여 포설된 고화토를 다짐하는 공정을 거치고, (c)에서와 같이 다짐이 완료된 결과 형성된 고화토 매트(110) 상에 (d)에서와 같이 토목섬유를 포설함으로써 연약지반의 침하를 억제함과 동시에, 돌기 돌출형 토목섬유를 포설함으로써 마찰력을 증대시킬 수 있게 된다. 이와 같이 설치가 완료된 고화토 매트(110) 기초는 소요지지력 보강효과를 발휘하게 되며, 기초지반의 강도정수인 N값을 2이상으로 개량시켜줌으로써, 이후의 원추형 말뚝(140)의 시공을 가능하게 하며, 지반의 침하 및 변형을 억제하는 기능을 수행한다.

아울러, 수리 및 건축 구조물의 설계하중에 대해 기초지반의 상재하중을 넓은 고화토 매트(110) 기초가 분산시킴으로써 지지하중을 증대시켜 기초가 안정하게 유지되도록 하는 기능을 수행한다. 한편, 시공된 고화토 매트(110) 기초에는 상재 하중의 25%정도의 하중이 분산되어 분담된다.

상술한 바와 같은 공정을 통해 고화토 매트(110)의 시공이 완료되면, 작업자는 고화토 매트(110) 상에 골재층인 치환층(120)을 시공한다(S230). 즉, 작업자는 모래 등의 골재를 이용한 치환 공정을 통해 지반의 침하 및 충격진동을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명을 실시함에 있어서는 치환재료로서 양질의 모래 또는 흙 등을 사용할 수도 있을 것이나, 현장에서 굴착한 연약토와 고화토를 혼합하여 이를 치환재료로 재활용할 수도 있을 것이다.

치환층(120)의 시공이 완료되면, 작업자는 필요에 따라 치환층(120) 상에 추가의 침하 억제를 위해 토목섬유 매트(130)를 시공할 수도 있다(S240). 여기서, 작업자는 돌기 돌출형 토목섬유 매트(130)를 시공함으로써 마찰력을 증대시킬 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명을 실시함에 있어서, 작업자는 지반조사 시험분석결과에 따라 S240단계에서의 토목섬유 매트(130) 시공과정을 생략할 수도 있을 것이다.

토목섬유 매트(130)를 시공한 경우에 작업자는 토목섬유 매트(130)가 시공된 치환층(120)의 상부에 원추형 말뚝(140)을 설치하게 된다(S250). 원추형 말뚝(140)을 설치하는 상세한 공정은 도 5에 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 도 5의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 원추형 말뚝(140)을 설치하기 이전에, 작업자는 대략 25mm 직경의 쇄석(145)(자갈)을 부설한다. 쇄석(145)의 부설이 완료되면, (b)에서와 같이 위치철근(150)을 배근하며, 배근된 위 치철근(150) 상에 (c)에서와 같이 원추형 말뚝(140)을 설치한다. 원추형 말뚝(140)의 설치가 완료된 후에는 원추형 말뚝(140)이 덮일 수 있도록 쇄석(145)을 충진하고 버림 콘크리트를 대략 20cm정도 타설함으로써 (d)에서와 같이 원추형 말뚝(140)층의 시공이 완료된다. 이와 같은 원추형 말뚝(140)의 설치를 통해 연약지반에 설치될 구조물에 의한 상재하중에 대한 하중경감 효과를 확보할 수 있게 된다. 구체적으로, 원추형 말뚝(140)은 상재하중 대비 50% 정도의 하중을 분담하게 된다.

아울러, 본 발명을 실시함에 있어서, 원추형 말뚝(140)을 종래의 콘크리트 재료를 사용하지 않고, 고화토로 제작함으로써 비용을 절감함과 동시에 친환경적 시공이 가능하게 될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 고정을 통해 원추형 말뚝(140)층의 시공이 완료되면, 작업자는 원추형 말뚝(140)층의 상부에 마감층(160)을 시공하게 된다(S260).

마감층(160)을 시공함에 있어서는, 고화토 매트(110)로 시공하는 것이 바람직할 것이며 본 발명을 실시함에 있어서는 일반적인 마감층(160)인 콘크리트 슬라브로 마감층(160)을 시공할 수도 있을 것이다.

이로써, 본 발명에 따른 연약지반 개량공법의 시공이 완료되며, 이후 마감층(160) 상부에 구조물의 직접 기초를 시공하는 과정을 통해 연약지반 상에서의 구조물 시공이 가능하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에 서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연약지반 개량공법이 적용된 지반구조를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 연약지반 개량공법의 과정을 설명하는 절차 흐름도,

도 3은 본 발명에서의 지중벽을 설치하는 상세한 공정은 설명하는 도면,

도 4는 본 발명에서의 고화토 매트를 시공하는 상세한 공정을 설명하는 도면, 및

도 5는 본 발명에서의 원추형 말뚝을 설치하는 상세한 공정을 설명하는 도면이다.

Claims (6)

1. 표준관입시험의 결과값인 기초지반의 강도정수 N값이 2 이하이고 일축압축강도인 qu값이 0.5 이하인 연약지반에 대한 연약지반 개량 공법으로서,

   (a) 연약지반 면에 표시된 표시선에 따라 상기 연약지반을 굴착하고, 시멘트와 고화토가 혼합된 혼합고화토를 포설하여 다짐한 후 그 상부에 토목섬유를 포설함으로써 상재하중에 대하여 10%의 하중이 부담되도록 설계된 고화토 지중벽을 설치하는 단계;

   (b) 상기 설치된 고화토 지중벽 상부에 고화토를 포설하여 다짐한 후, 그 상부에 돌기 돌출형 토목섬유를 포설하여 상재하중에 대하여 25%의 하중이 부담되도록 설계된 고화토 매트를 시공함으로써 기초지반의 강도정수 N값을 2 이상으로 개량하는 단계;

   (c) 상기 시공된 고화토 매트 상에 현장에서 굴착한 연약토와 고화토를 혼합한 치환재료를 이용하여 치환층을 시공하고, 상기 치환층 상부에 돌기 돌출형 토목섬유 매트를 시공하는 단계;

   (d) 상기 시공된 치환층 상부에 쇄석을 부설한 후에 배근된 위치철근에 따라 상재하중에 대하여 50%의 하중이 부담되도록 설계된 고화토로 형성된 원추형 말뚝을 설치하는 단계; 및

   (e) 상기 설치된 원추형 말뚝의 주변에 쇄석을 충진하고, 상기 설치된 원추형 말뚝 상부에 고화토 매트로 마감층을 시공하는 단계;를 포함하는 연약지반 개량 공법.
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