KR101397439B1 - 친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경적이면서 내구성이 우수한 재질의 토사 및 이를 이용한 하천시공방법을 제공하고자 한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3를 포함하는 친환경 지반개량제를 이용하여 하천을 시공하는 방법에 있어서, 시공하고자 하는 원지반 주위를 계획고까지 절토하는 단계와, 상기 절토된 원지반토를 집토하는 단계와, 상기 절토된 부위를 다짐하는 단계와, 상기 집토된 원지반토와 상기 지반개량제를 혼합 교반하는 단계와, 상기 교반토를 반입한 후 포설하는 단계와, 상기 포설된 교반토를 다짐하는 단계 및 상기 다짐된 교반토에 녹화하는 단계를 포함하며, 상기 원지반토와 지반개량제는 원지반 1당 함수비 30% 이하인 경우 지반개량제의 중량비가 6%가 되도록 하고, 상기 원지반토와 지반개량제는 원지반 1당 함수비 30% 이상인 경우 지반개량제의 중량비가 9%가 되도록 하면서 한계소류력이 원지반과 비교하여 적어도 3배가 되도록 하되, 교반토의 시공두께가 30cm를 초과할 경우에는 적어도 2회 이상으로 나뉘어 적층되도록 함으로써 보강되도록 하는 것을 특징으로 하는 친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법을 제공한다.

Description

친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법{Improving river ground method using environmental-friendly soil for improving ground}

본 발명은 지반개량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 친환경 지반개량제 및 이를 이용한 하천지반 시공방법에 관한 것이다.

근래 소규모 하천유역의 토지이용이 증대되고 도시화가 가속화함에 따라 하천의 생태계가 현저히 교란되고 있다. 이와 같은 하천 생태계의 교란은 하천의 정비방법이 하천의 대소 등의 구분이 없이 치수이수목적의 토목공사의 편이성 위주로 진행되었기 때문인 것으로 판단되고 있다.

특히, 소규모 도시하천에서 관행적으로 이루어지고 있는 하천정비사업은 저수로의 직강하, 고수부지의 평탄화, 하도준설, 양안의 제방보강 등에 전통적 토목공법이 적용되면서 생태계에 많은 문제점을 발생시켰다. 이 경우 저수로 하안부에 적용되어온 콘크리트 호안공법은 치수기능은 양호하나 환경적으로는 매우 부적합하다.

또한, 경작물의 취수를 우선으로 구축되어온 용배수로(농수로)는 농업의 생산성 향상을 가져다 준 대신 기존 수로의 생태계에 많은 변화를 초래하였다. 이 또한 치수의 편의를 위해 수로의 형태가 직선화되고, 호안은 대부분 콘크리트로 시공되었으며 수리시설물 등 인공적인 축조물은 자연정화능력의 저하와 수변환경의 악화를 유발해온 것으로 판단되고 있다.

따라서, 도시 소규모하천과 농수로 호안의 경우 경제적임과 동시에 환경친화적 호안조성공법의 새로운 기술개발이 시급히 요구되는 상황이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점 및 제결점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 콘크리트 호안공법이 지닌 단점을 보완하고 생태계의 재생을 촉진시킬 수 있는 친환경적 지반개량제를 이용한 하천지반공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명은 SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3를 포함하는 친환경 지반개량제를 이용하여 하천을 시공하는 방법에 있어서, 시공하고자 하는 원지반 주위를 계획고까지 절토하는 단계와, 상기 절토된 원지반토를 집토하는 단계와, 상기 절토된 부위를 다짐하는 단계와, 상기 집토된 원지반토와 상기 지반개량제를 혼합 교반하는 단계와, 상기 교반토를 반입한 후 포설하는 단계와, 상기 포설된 교반토를 다짐하는 단계 및 상기 다짐된 교반토에 녹화하는 단계를 포함하며, 상기 원지반토와 지반개량제는 원지반 1당 함수비 30% 이하인 경우 지반개량제의 중량비가 6%가 되도록 하고, 상기 원지반토와 지반개량제는 원지반 1당 함수비 30% 이상인 경우 지반개량제의 중량비가 9%가 되도록 하면서 한계소류력이 원지반과 비교하여 적어도 3배가 되도록 하되, 교반토의 시공두께가 30cm를 초과할 경우에는 적어도 2회 이상으로 나뉘어 적층되도록 함으로써 보강되도록 하는 것을 특징으로 하는 친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법을 제공한다.

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여기서, 원지반이 연약지반인 경우 상기 계획고까지 절토하는 단계 전에 기초 콘크리트를 타설하는 단계를 더 포함할 수 있다.

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그리고, 개량재가 완전히 혼합될 수 있도록 상기 원지반토와 지반개량제의 교반은 5회 이상 이루어질 수 있다.

또한, 상기 원지반토와 지반개량제의 교반 후 2시간 이내에 다짐작업이 시행될 수 있다.

그리고, 교반토의 시공두께가 30cm를 초과할 경우에는 적어도 2회 이상으로 나뉘어 적층되도록 할 수 있다.

또한, 일 최저 기온이 섭씨 5도 이하일 때는 보온 덮개 등을 사용하여 보온을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 일 최저 기온이 섭씨 0도 이하일 경우 시공을 중지할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명 친환경 지반개량제를 이용한 하천시공방법의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명 친환경 지반개량제 및 이를 이용한 하천시공방법에 의하면, 하천의 하상토 또는 농수로 주변에서 쉽게 취득할 수 있는 원지반토와 결합하여 식생이 가능한 고강도의 자연친화적 토질재료로의 개량이 가능하게 되는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 시공하고자 하는 원지반의 토사와 지반개량제만으로 호안 등의 조성이 가능하게 된다.

또한, 상술한 지반개량제 개량토의 장점을 소규모 하천 또는 농수로 호안에 적용이 가능할 경우, 콘크리트와 같은 인공구조물이 아닌 원지반토를 이용한 자연상태의 영구적 안정호안사면의 형성이 가능하게 되는 효과가 있다.

또한, 원지반토를 활용하므로 양질의 토사 구입 및 운반에 따른 비용의 절감이 가능한 효과가 있다.

또한, 콘크리트와 같은 인공적 재료가 아닌 자연적인 토질재료를 이용하므로 생태계 보존이 가능한 효과가 있다.

또한, 식생이 가능하므로 친환경적이며 수변환경의 개선을 기대할 수 있다.

또한, 대규모 장비 및 콘크리트 재료(자갈, 모래)를 대폭 절감할 수 있으므로 경제적인 효과가 있다.

도 1은 일정한 대상토를 채집하여 물성시험결과를 나타낸 표;
도 2는 대상토의 입도분포곡선과 다짐시험결과를 나타낸 그래프;
도 3 내지 도 4는 지반개량제 교반토의 일축압축시험 결과를 나타낸 그래프;
도 5는 지반개량제 교반토의 양생 3일 혼합비 3% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 6은 지반개량제 교반토의 양생 3일 혼합비 6% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 7은 지반개량제 교반토의 양생 3일 혼합비 9% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 8은 지반개량제 교반토의 양생 3일 혼합비 12% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 9는 지반개량제 교반토의 양생 7일 혼합비 3% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 10은 지반개량제 교반토의 양생 7일 혼합비 6% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 11은 지반개량제 교반토의 양생 7일 혼합비 9% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 12는 지반개량제 교반토의 양생 7일 혼합비 12% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 13은 지반개량제 교반토의 양생 28일 혼합비 3% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 14는 지반개량제 교반토의 양생 28일 혼합비 6% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 15는 지반개량제 교반토의 양생 28일 혼합비 9% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 16은 지반개량제 교반토의 양생 28일 혼합비 12% 인 경우에 일축압축시험결과를 나타낸 그래프;
도 17은 상기 지반개량제 교반토의 일축압축시험 결과를 나타낸 표;
도 18은 양생일에 따른 일축압축강도를 나타낸 그래프;
도 19는 혼합비별 일축압축강도를 나타낸 그래프;
도 20은 한계소류력 시험장비를 개략적으로 나타낸 사시도;
도 21은 한계소류력 시험결과를 나타낸 그래프;
도 22는 한계소류력 시험결과를 나타낸 표;
도 23 내지 도 27은 본 발명에 따른 지반개량제를 이용하여 하천의 주위지반을 보강하는 과정을 순차적으로 나타낸 도면들; 및
도 28은 본 발명에 따른 지반개량제를 이용하여 하천의 주위를 보강하는 과정을 나타낸 순서도이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 본 발명 친환경 지반개량제는 SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3 를 포함하여 구성된다. 이때, SiO2 10%∼30%, CaO 40%∼60%, Al2O3 5%∼20%, Fe2O3 1%∼10% 중량비로 이루어짐이 바람직하다.

이하에서 상기와 같이 구성된 지반개량제가 일반 토사와 혼합되어 적용된 혼합토(이하, "교반토"라고도 함)를 이룬 후의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

일반 토사와 본 발명에 따라 상술한 바와 같이 구성된 지반개량제와 혼합된 혼합토의 성질을 살펴보기 위하여 먼저, 일정한 대상토를 채집하여 채집된 대상토의 물성시험결과를 살펴보았으며, 이는 첨부된 도 1에 나타낸 표와 같은 형태를 나타내었다.

그리고, 대상토의 입도분포곡선과 다짐곡선은 도 2 및 도 3과 같이 나타났다. 시험결과 대상토의 곡률계수는 7.55이며, 균등계수는 0.75로 나타났다.

다음으로는, 대상토와 본 발명에 의한 지반개량제가 상기 대상토와 혼합된 교반토의 압축강도를 분석하기 위하여 다짐시험 결과를 기준으로 시료를 제작하여 일축압축시험을 실시하였다.

시험은 양생 3, 7, 28일에 대하여 지반개량제를 혼합비 0(대상토), 3, 6, 9, 12%의 조건으로 시료를 1~3개씩 제작하여 시행하였으며, 이하에서 도 4는 대상토의 일축압축시험결과를, 도 5 내지 도 16은 지반개량제와 혼합된 교반토의 일축압축시험 결과를 나타내고 있으며, 그 결과는 표로서 도 17에 정리하였다.

그리고, 도 18에 양생일별 일축압축강도의 증가추세를, 도 19에 혼합비별 일축압축강도의 증가추세를 나타내었다.

상술한 시험 결과를 보면 모든 지반개량제 혼합비에서 양생 1일까지 급격히 강도가 발현되고, 양생 7일이 지나면 대부분의 강도가 발현됨을 알 수 있다.

또한, 도 18에서 나타난 바와 같이, 혼합비 6%이상일 때는 대상토의 다짐시료보다 3배 이상의 강도를 나타내고 있어, 강도개선의 효과가 양생 즉시 발휘되고, 보강효과가 뚜렷이 나타나고 있음을 알 수 있다.

즉, 본 발명 지반개량제를 대상토와 혼합한 교반토의 경우 기존의 대상토와 비교하여 강도에 있어서 그 성질이 상당히 개선됨을 알 수 있다.

한편, 일반적으로 조립토의 침식저항능력은 중력과 마찰력이 지배하여 비교적 단순한 반면, 세립토의 침식저항능력은 중력과 마찰력뿐만 아니라 흙입자의 물리화학적 성질 및 전기적 성질에도 의존하여 매우 복잡한 양상을 보인다.

조립토에서는 하상에 작용하는 유체의 침식유발능력이 급격히 상승하는 경우, 단시간 내에 세굴이 발생하여 최대세굴심에 도달하는 반면, 세립토는 침식저항능력이 조립토에 비해 크고 저항메커니즘이 달라 상대적으로 느리게 침식이 진행된다. 따라서, 세립토 지반의 세굴해석은 흐르는 물의 침식유발능력뿐만 아니라 지반의 침식저항능력과 이에 따른 시간효과를 고려하여야 하며, 이는 세굴률 실험을 통한 한계소류력 값 등으로 정량화될 수 있다.

한계소류력 계산방법

τ=(△P×Area)÷[(2w+2h)×L]

여기서, τ는 전단응력(Pa), △P는 차압(Pa), Area는 수조의 횡단면적(㎡), (2w+2h)는 동수반경(m), L은 차압계 사이의 거리(m)이다.

한계소류력 실험은 흐름을 단계적으로 증가시켜 입자의 운동이 관측될 때까지 수행되며, 10분 동안 시료가 0.5mm 침식될 때로 정의한다. 이러한 정의는 10^-3 ~ 10^-4 cm/sec 사이의 침식을 야기하는 전단응력으로 과거의 정의와 유사하게 정의한 것이다.

본 실험에 의하면, 실험 초기에 일부 구간에서 약간의 입자들이 이동하였으나 그 이상의 이동은 발생하지 않았으며, 전단응력을 증가시켰을 경우에도 이러한 현상이 관측되었다. 이러한 현상은 체분석을 통하여 준비된 균일 입경 시료가 완전하게 균일하지 않아 실험초기에 비교적 작은 입자들이 이동하여 발생하는 것이며, 이러한 점을 고려하여 입자가 움직이기 시작할 때로 정의되는 한계전단응력은 실험단면 전체 구간에서 균일하게 침식이 발생하는 시점, 즉 10분 동안 0.5mm가 침식되는 시점으로 결정하였다.

상술한 바와 같은 한계소류력 시험에 따른 결과는 도 21 및 도 22에서와 같이 나타나며, 이를 통하여 본 발명에 따른 지반개량제가 기존의 대상토와 비교하여 우수한 효과를 가져옴을 알 수 있다.

상술한 지반개량제를 적용하여 지반을 보강하는 형태는 여러 가지가 있지만, 이하에서는 그 중 일 예로써 상술한 바와 같이 구성된 지반개량제를 하천지반에 적용하는 방법을 설명한다.

첨부된 도면 중, 도 23 내지 도 27은 본 발명에 따른 지반개량제를 이용하여 하천의 주위지반을 보강하는 과정을 순차적으로 나타낸 도면들이며, 도 28은 본 발명에 따른 지반개량제를 이용하여 하천의 주위를 보강하는 과정을 나타낸 순서도이다.

먼저, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 시공하고자 하는 원지반 주위를 계획고까지 절토하는 단계를 거치도록 한다(S20). 이때, 상기 절토된 원지반토를 집토하는 단계를 수행하게 되며, 상기 절토된 부위를 다짐하는 단계를 수행하게 된다(S20, S30).

일반적으로, 포크레인 등과 같은 굴삭장비를 이용하여 상술한 집토 및 다짐 작업이 수행될 것이다.

한편, 원지반이 연약지반인 경우 상기 계획고까지 절토하는 단계 전에 기초 콘크리트를 타설하는 단계를 더 포함함이 바람직하다(S10). 이는, 하천의 하부지반을 강화함으로써 지반개량제의 적용 전 작업의 안정성을 가져옴과 동시에 지반강화효과를 보다 신뢰성 있게 얻기 위함이다.

다음으로는, 상기 집토된 원지반토와 상기 지반개량제를 혼합 교반하는 단계를 수행한다(S40).

이때, 상기 원지반토와 지반개량제는 원지반 1당 함수비 30% 이하인 경우 지반개량제의 중량비가 6%가 되도록 하며, 상기 원지반토와 지반개량제는 원지반 1당 함수비 30% 이상인 경우 지반개량제의 중량비가 9%가 되도록 함이 바람직하다. 그리고, 완전히 혼합될 수 있도록 상기 원지반토와 지반개량제의 교반은 5회 이상 이루어짐이 더욱 바람직하다.

다음으로는, 상기 교반토를 반입한 후 포설하는 단계 및 상기 포설된 교반토를 다짐하는 단계를 수행한다(S50, S60).

여기서, 상기 원지반토와 지반개량제의 교반 후 2시간 이내에 다짐작업이 시행되도록 하여 교반토층(100)을 구축한다(S70).

그리고, 교반토의 시공두께가 30cm를 초과할 경우에는 적어도 2회 이상으로 나뉘어 상기 교반토층이 형성되도록 함이 바람직하다.

한편, 일 최저 기온이 섭씨 5도 이하일 때는 보온 덮개 등을 사용하여 보온을 실시하는 단계를 더 수행하여야 하며, 일 최저 기온이 섭씨 0도 이하 일 경우 시공을 중지하도록 한다.

도 25에서와 같이 교반토층(100)이 구축되며, 도 26에서와 같이, 그 상부면에 부직포(200)를 설치하고, 심미감을 조성하기 위하여 조경석(300)이나 잡석 등을 포설함으로써 하천의 시공이 완료되며 이는 도 27에서와 같다.

상술한 바와 같이, 본 발명 친환경 지반개량제 및 이를 이용한 하천시공방법에 의하면, 하천의 하상토 또는 농수로 주변에서 쉽게 취득할 수 있는 원지반토와 결합하여 식생이 가능한 고강도의 자연친화적 토질재료로의 개량이 가능하게 된다. 또한, 상술한 지반개량제 개량토의 장점을 소규모 하천 또는 농수로 호안에 적용이 가능할 경우, 콘크리트와 같은 인공구조물이 아닌 원지반토를 이용한 자연상태의 영구적 안정호안사면의 형성이 가능하게 되는 효과가 있다.

그리고, 원지반토를 활용하므로 양질의 토사 구입 및 운반에 따른 비용의 절감이 가능한 효과가 있다. 나아가, 콘크리트와 같은 인공적 재료가 아닌 자연적인 토질재료를 이용하므로 생태계 보존이 가능하며, 식생이 가능하므로 친환경적이며 수변환경의 개선을 기대할 수 있다.

특히, 본 발명은 시공하고자 하는 원지반의 토사와 지반개량제만으로 호안 등의 조성이 가능하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 교반토층
200: 부직포
300: 조경석

Claims (11)

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3. SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3를 포함하는 친환경 지반개량제를 이용하여 하천을 시공하는 방법에 있어서,
   시공하고자 하는 원지반 주위를 계획고까지 절토하는 단계와, 상기 절토된 원지반토를 집토하는 단계와, 상기 절토된 부위를 다짐하는 단계와, 상기 집토된 원지반토와 상기 지반개량제를 혼합 교반하는 단계와, 상기 교반토를 반입한 후 포설하는 단계와, 상기 포설된 교반토를 다짐하는 단계 및 상기 다짐된 교반토에 녹화하는 단계를 포함하며,
   상기 원지반토와 지반개량제는 원지반 1당 함수비 30% 이하인 경우 지반개량제의 중량비가 6%가 되도록 하고, 상기 원지반토와 지반개량제는 원지반 1당 함수비 30% 이상인 경우 지반개량제의 중량비가 9%가 되도록 하면서 한계소류력이 원지반과 비교하여 적어도 3배가 되도록 하되,
   교반토의 시공두께가 30cm를 초과할 경우에는 적어도 2회 이상으로 나뉘어 적층되도록 함으로써 보강되도록 하는 것을 특징으로 하는 친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법.
4. 제3항에 있어서,
   원지반이 연약지반인 경우 상기 계획고까지 절토하는 단계 전에 기초 콘크리트를 타설하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제3항에 있어서,
   개량재가 완전히 혼합될 수 있도록 상기 원지반토와 지반개량제의 교반은 5회 이상 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법.
8. 제3항에 있어서,
   상기 원지반토와 지반개량제의 교반 후 2시간 이내에 다짐작업이 시행되는 것을 특징으로 하는 친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법.
9. 제3항에 있어서,
   교반토의 시공두께가 30cm를 초과할 경우에는 적어도 2회 이상으로 나뉘어 적층되도록 하는 것을 특징으로 하는 친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법.
10. 제3항에 있어서,
    일 최저 기온이 섭씨 5도 이하일 때는 보온 덮개 등을 사용하여 보온을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법.
11. 제3항에 있어서,
    일 최저 기온이 섭씨 0도 이하일 경우 시공을 중지하는 것을 특징으로 하는 친환경 지반개량제를 이용한 하천지반 시공방법.

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