KR102168696B1 - 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공관리방법 - Google Patents

한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공관리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그라우팅 시공 전에 한계주수시험을 실시하여 설계 및 시공자가 빠르고 쉽게 적용할 수 있는 시공관리기준 결정방법을 선택 및 반영하여 주입시공 할 수 있으며 특히, 설계 및 시공자가 원하는 과학 및 공학적인 시공방식에 따라 정밀하게 완전침투영역, 침투영역, 할렬영역을 선택할 수 있고, 각 영역에서의 이상적인 시공관리기준을 결정 및 반영할 수 있어, 주입 중 발생할 수 있는 수압파쇄, 재료유실 및 재료 미충전 상태를 방지하여, 결국에는 그라우팅 차수 및 보강성능을 향상시킬 수 있는 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공관리 방법에 관한 것으로서, 지표에서 지중으로 설계 시 결정한 깊이만큼 주입공을 천공하고, 천공한 주입공에 물을 주입하면서 압력 및 주입 속도를 측정하는 한계주수시험 방법을 이용하여 그라우팅 시공관리기준을 결정하며, 결정한 그라우팅 시공관리기준을 적용하여 그라우팅 주입시공을 제어하는 과정을 통해, 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공기준을 결정하고, 결정한 그라우팅 시공기준을 기반으로 그라우팅을 시공관리한다.

Description

한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공관리방법{Grouting construction management method using the limit water injection test method}
본 발명은 그라우팅 시공 전에 한계주수시험을 실시하여 설계 및 시공자가 일반적으로 빠르고 쉽게 적용할 수 있는 시공관리기준 결정방법을 선택 및 반영하여 주입시공 할 수 있으며 특히, 설계 및 시공자가 원하는 과학 및 공학적인 시공방식에 따라 정밀하게 완전침투영역, 침투영역, 할렬영역을 선택할 수 있고, 각 영역에서의 이상적인 시공관리기준을 결정 및 반영할 수 있어, 주입 중 발생할 수 있는 수압파쇄, 재료유실 및 재료 미충전 상태를 방지하여 그라우팅 차수 및 보강성능을 향상시킬 수 있는 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공관리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 그라우팅이란 유동하는 그라우팅 재료를 이용하여 압력을 가하여 지반 속으로 침투시켜 차수 및 보강하는 작업을 통칭한다.
종래의 그라우팅 기술의 시공순서는 천공-주입시공-주입효과시험 순서로 진행된다. 종래 그라우팅의 시공 중 문제점으로는 주입시공을 경험적으로 수행하는 것인데, 구체적으로는 과도한 주입압력 및 주입속도에 의한 수압파쇄가 발생하여 지반의 파쇄 혹은 붕괴가 발생하고 파쇄된 지반의 균열 사이로 주입재가 유출되어 지하수오염 등 환경적인 문제가 발생하는 것이다. 또한, 주입압력 및 주입속도가 낮은 경우에는 지반 속에 주입재가 미 충전되는 문제가 발생된다.
과도한 주입압력 및 주입속도, 과소한 주입압력 및 주입속도의 문제를 해결하기 위해서 그라우팅 시공 전에 물을 이용하여 시험목적의 예비 그라우팅(예를 들어, 원 지반 한계주수시험 등)을 실시하여 최대주입압력 및 최소주입압력, 최대주입속도 및 최소주입속도 등을 결정하는 방법을 이용할 수 있다.
대한민국 등록특허 10-1282845호(누수 감지형 지반 수압시험장치)는 지반의 투수성을 측정하는 현장시험 중 시추공내에 주수관(注水管)(20)을 설치하고, 해당 시험구간(L)을 패커(packer)로 밀폐한 후 주수관을 통하여 소정의 압력으로 물을 강제주입하고 그 유량 등을 관찰하여 루젼(Lugeon) 값을 산출하는 지반 수압시험장치가 개시되어 있다.
등록특허 제10-1282845호는 Maurice Lugeon(1870 - 1953)이 제안한 일반적으로 암반층에 실시하는 '루젼시험방법'으로 명명된 것으로서, 일반 토사층 및 터널 연약층 등에서의 영역별(완전침투영역, 침투영역, 할렬영역)로 과도한 주입압력, 과소한 주입압력, 과도한 주입속도 및 과소한 주입속도를 결정하는 것은 불가능한 단점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1282845(2013.07.01. 등록)(누수 감지형 지반 수압시험장치)
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 그라우팅 시공 전에 한계주수시험을 실시하여 설계 및 시공자가 일반적으로 빠르고 쉽게 적용할 수 있는 시공관리기준 결정방법을 선택 및 반영하여 주입시공 할 수 있으며 특히, 설계 및 시공자가 원하는 과학 및 공학적인 시공방식에 따라 정밀하게 완전침투영역, 침투영역, 할렬영역을 선택할 수 있고, 각 영역에서의 이상적인 시공관리기준을 결정 및 반영할 수 있어, 주입 중 발생할 수 있는 수압파쇄, 재료유실 및 재료 미충전 상태를 방지하여, 결국에는 그라우팅 차수 및 보강성능을 향상시킬 수 있는 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공관리방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "한계주수시험방법을 이용한 그라우팅 시공 관리방법"은, (a) 지표에서 지중으로 설계 시 결정한 깊이만큼 주입공을 천공하는 단계; (b) 상기 천공한 주입공에 물을 주입하면서 압력 및 주입속도를 측정하는 한계주수시험 방법을 이용하여 그라우팅 시공관리기준을 결정하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 결정한 그라우팅 시공관리기준을 적용하여 그라우팅 주입시공을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (a)단계의 그라우팅 시공관리기준은 최대 주입압력, 최소 주입압력, 최대 주입속도, 최소 주입속도, 완전침투영역, 침투영역, 할렬영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (a)단계의 지반 한계주수시험방법은 그라우팅 대상 지반에 시험 홀을 천공하고, 기저부에 주입선단장치를 설치한 후 주입관을 설치하고, 지반의 투수 계수에 따라 미리 설정된 단계별 주입속도(L/min)를 가변하여 단계별로 주입압력을 측정하여 그라우팅 시공관리기준을 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (a)단계의 그라우팅 시공관리기준 결정은 최대 주입압력 결정, 최소주입압력 결정, 최대주입속도 결정, 최소주입속도 결정에 따라 지반 영역인 완전침투영역, 침투영역 및 할렬 영역에 따라 서로 상이하게 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (c)단계의 그라우팅 시공관리기준은 지반 영역별로 최대 주입압력, 최소 주입압력, 최대주입속도 및 최소 주입속도를 이용한 4개의 한계점을 기초로 박스 형태의 침투 그라우팅 범위를 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (b)단계의 그라우팅 주입시공제어는 지반 영역별로 설정된 침투 그라우팅 범위 내에서 최대 주입압력과 최소 주입압력을 제어하면서 그라우팅 주입시공을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 지반 한계주수시험을 통해 실제 지반에 그라우팅을 할 경우 주입 시 수압파쇄에 의한 지반의 파괴(혹은 붕괴)를 방지하기 위한 최대 주입압력과 주입압력이 너무 낮아 그라우트가 지반에 침투되지 않을 수 있으므로 최소한의 최소 주입압력을 결정하는 그라우팅 관리기준을 마련하고, 주입속도에 따라 최대 주입 속도와 최소 주입속도를 결정 및 관리기준 적용하여 주입 시 수압파쇄 및 저압침투 불능상태를 방지하면서 그라우팅을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 지반 영역별로 그라우팅 주입압력 및 주입속도를 제어하면서 그라우팅을 제어함으로써, 그라우팅의 차수 및 보강 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 시공관리기준을 컴퓨터가 탑재된 그라우팅 시공관리 장비(하드웨어 시스템)에 프로그램(S/W)화하여, 자동화 그라우팅 방식과 인공지능(AI)으로 완전 그라우팅을 자동 제어할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에서 한계주수시험방법을 이용한 그라우팅 시공관리 기준을 결정하는 예시도,
도 2는 본 발명에서 인공지능(AI) 그라우팅 개념도,
도 3은 본 발명에 적용된 한계주수시험 모식도,
도 4는 본 발명에서 한계주수시험시 단계별 주입속도 및 측정 시간 결정방법을 보인 도표,
도 5는 본 발명에서 일반적으로 빠르게 결정 및 적용할 수 있는 최대 주입압력 및 최소 주입압력 관리기준 결정 그래프,
도 6은 본 발명에서 일반적으로 빠르게 결정 및 적용할 수 있는 최대 주입속도 및 최소 주입속도 관리기준 결정 그래프,
도 7은 본 발명에서 정밀하게 완전침투영역의 결정 및 관리기준 적용 그래프,
도 8은 본 발명에서 정밀하게 침투영역의 결정 및 관리기준 적용 그래프,
도 9는 본 발명에서 정밀하게 할렬영역의 결정 및 관리기준 적용 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공관리방법을 보인 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공관리방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공관리방법을 보인 흐름도로서, (a) 지표에서 지중으로 설계 시 결정한 깊이만큼 주입공을 천공하는 단계(S10), (b) 상기 천공한 주입공에 물을 주입하면서 압력 및 주입속도를 측정하는 한계주수시험 방법과 주입 속도를 이용하여 그라우팅 시공관리기준을 결정하는 단계(S20), (c) 상기 (b)단계에서 결정한 그라우팅 시공관리기준을 적용하여 그라우팅 주입시공을 제어하는 단계(S30), 주입 효과를 확인하는 주입효과 확인시험을 수행하는 단계(S40)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공관리방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 한계주수시험 그라우팅 및 일반 그라우팅시의 실제 지반에 그라우팅(Grouting)을 할 경우, 그라우팅재 주입 시 수압파쇄에 의한 지반의 파괴(혹은 붕괴)를 방지하기 위한 최대 주입압력(Pmax; kg/cm2) 결정하는 것과 주입압력(P; kg/cm2)이 너무 낮아 그라우트재(물 + 시멘트)가 지반에 침투되지 않을 수 있으므로 최소한의 최소 주입압력(Pmin; kg/cm2)을 한계주수시험 방법을 통해 결정한다.
아울러 주입압력 관리기준과 마찬가지로 주입속도(q; L/min)에 따른 관리기준으로 적용할 수 있는 최대 주입속도(qmax; L/min)와 최소 주입속도(qmin; L/min)를 결정한다.
그리고 결정한 주입압력(P; kg/cm2)과 주입속도(q; L/min)에 기반한 가장 이상적인 그라우팅이 실현되는 완전침투영역(Perfect Permeation Zone), 일반적으로 그라우팅이 이뤄지는 침투영역(Permeation Zone), 지반의 구조변형을 고려하여 주입할 수 있는 할렬 영역(Fracturing Zone)을 설정한다.
여기서, 완전침투영역(Perfect Permeation Zone)이란 주입 시 지반구조가 변형되지 않는 상태의 주입압력 및 주입속도의 범위를 나타내고, 침투영역(Permeation Zone)이란 주입 시 지반의 구조변형을 어느 정도 허용하는 가장 일반적인 주입 상태의 주입압력과 주입속도의 범위를 나타내며, 할렬 영역(Fracturing Zone)이란 주입 시 지반의 구조가 어느 정도 변형되어 그라우트재(물 + 시멘트)와 지반의 입자(점토, 사질토, 풍화토, 연약한 풍화암 정도의 입자)가 일체화되어 주입 시 일시적으로 연약 상태가 될 수 있으나, 시간경과 후 원래의 지반보다 차수 및 보강효과를 증가시키기 위해 실시하는 특수목적의 주입상태의 주입압력과 주입속도의 범위라고할 수 있다.
일반적으로 그라우팅은 완전침투영역, 침투영역, 할렬영역 중 침투-할렬영역에서 주로 그라우팅이 시공되고 있다. 한계주수시험의 또 다른 목적은 사용자(발주처, 시공사)가 시공목적, 지반의 상태, 예상시공효과, 주입재료의 종류, 시공방법 등에 따라 사용자(발주처, 시공사)가 원하는 그라우팅 방식 중 완전침투방식, 침투방식, 할렬방식 중에서 다양하게 채택하여 결정된 그라우팅 방식에 따른 최대 주입압력 및 최대 주입속도의 범위와 최소 주입압력 및 최소 주입속도의 범위를 기준으로 자동 그라우팅을 구현할 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 먼저 원 지반 한계주수시험을 시행한다.
도 3은 본 발명에서 시행한 한계주수시험의 모식도이다.
원 지반 한계주수시험은 지표에서 지중으로 설계 시 결정한 깊이만큼 시험 홀인 주입공(10)을 천공하고(S10), 저부에 주입선단장치(20)를 설치한다. 이어, 주입관(30)을 주입관 세팅장치를 이용하여 세팅한 후 깨끗한 물(H2O)을 주입하면 지반 중의 주입선단장치(20)에서부터 물이 주입된다. 여기서, D(mm)는 주입공의 직경, E(mm)는 바닥에서의 이격 거리로서 대략 100mm이며, R(mm)은 시험 시 물의 침투범위를 나타낸다.
이어, 도 4와 같은 방식으로 지반의 투수 계수에 따라 미리 설정된 단계별 주입속도(L/min)를 가변하여 단계별로 주입압력을 측정한다. 이렇게 측정된 주입압력은 그라우팅 시공관리기준 결정에 활용된다.
즉, 지반의 투수 계수를 측정하고, 측정한 지반의 투수 계수가 a×10-4cm/sec 미만일 경우, 시험 시(Test Setting 1) 주입속도(L/min)는 1L/min, 2L/min, 3L/min, 4L/min, 6L/min, 8L/min, 10L/min, 12L/min, 14L/min, 16L/min, 18L/min, 20L/min과 같이 총 12단계로 설정하여 시험하며, 단계별로 주입 속도 단계에 도달하고 안정된 상태 후 3 - 5분간 주입압력(kg/cm2)을 측정한다. 여기서 a는 측정상수 값으로, 0 < a < 10의 범위 값을 갖는다.
아울러 측정한 지반의 투수 계수가 a×10-4cm/sec 이상일 경우, 시험 시(Test Setting 2) 주입속도(L/min)는 1L/min, 2L/min, 3L/min, 4L/min, 6L/min, 8L/min, 10L/min, 15L/min, 20L/min, 25L/min, 30L/min, 35L/min과 같이 총 12단계로 설정하여 시험하며, 단계별로 주입 속도 단계에 도달하고 안정된 상태 후 3 - 5분간 주입압력(kg/cm2)을 측정한다.
특히, 본 발명에서는 시험 시 실제 사용하는 그라우트를 이용하여 시험할 수 있지만, 그라우트가 경화하여 시험 결과의 해석이 어려워질 경우 대량의 그라우트가 추가 주입됨에 따라 실제 주입공사에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다고 판단했기 때문에 본 발명에서는 그라우트 대신 물을 사용하여 원 지반 한계주수시험을 실시하였다.
다음으로, 상기와 같이 측정한 압력 값을 기준으로 최대 주입압력(Pmax) 및 최소 주입압력(Pmin)의 그라우팅 시공관리 기준을 결정한다(S20).
도 5는 Test Setting 1의 방법을 이용하여 한계주수시험에서 구한 측정 데이터와 그래프를 이용하여 사용자가 일반적으로 빠르게 결정 및 적용할 수 있는 최대 주입압력(Pmax; kg/cm2) 및 최소 주입압력(Pmin; kg/cm2)을 결정하는 방법을 나타낸 그래프이다.
첫 번째로, 측정된 그래프의 0점에서 도 5와 같이 접선을 긋고 초기 경사 각도(α)를 구하며, 이때, 초기 경사 구배(igL; initial grade line)는 tanα이다.
두 번째로, 초기경사 각도(α)에 0.5 ~ 0.6의 값을 곱한 각도를 β라하고, 이때, 한계 경사 구배(LgL; limit grade line)는 tanβ이다.
이를 이용하여 0점에서 한계 경사 구배(LgL)를 주어 측정 그래프와 교차하는 C점(q, P)을 교차점이라고 하며, C점의 해당 압력 지점 즉, A점을 최대 주입압력(Pmax; kg/cm2)이라고 결정하고, 최소 주입압력(Pmin; kg/cm2)은 A점의 압력값(Pmax; kg/cm2)에 0.3 ~ 0.4를 곱한 값인 B점을 최소 주입압력(Pmin; kg/cm2)이라고 결정한다. 여기서 0.5 ~ 0.6, 0.3 ~ 0.4와 같은 가중치는 실험을 통해 알아낸 값이다.
도 5는 한계주수시험 그라우팅에서의 한계주수시험결과의 적용방법 모식도이다. 여기서, 예측유량(예측주입속도) 및 실측유량(실측주입속도)은 그 주입유량(주입속도)의 한계를 제어하지 않으나, 주입압력은 수압파쇄방지 및 저압침투 불능상태를 방지하기 위해 한계주수시험에서 결정한 최대 주입압력(Pmax)과 최소 주입압력(Pmin)을 컴퓨터에서 미리 설정하고 이 범위 내에서 주입압력이 제어되도록 적용한다.
또한, 일반 그라우팅 시에도 최대 주입압력(Pmax) 및 최소 주입압력(Pmin)을 컴퓨터에서 미리 설정하고 이 범위 내에서 주입압력(P; kg/cm2)이 제어되도록 적용할 수 있다.
도 6은 Test Setting 1의 방법을 이용하여 한계주수시험에서 구한 측정 데이터와 그래프를 이용하여 사용자가 일반적으로 빠르게 결정 및 적용할 수 있는 최대 주입속도(qmax; L/min) 및 최소 주입속도(qmin; L/min)를 결정하는 방법을 나타낸다.
첫 번째로, 가장 먼저 측정된 그래프의 0점에서 접선을 긋고 초기 경사 각도(α)를 구하며, 이때 초기 경사 구배(igL; initial grade line)는 tanα이다.
두 번째로, 초기 경사 각도(α)에 0.5 ~ 0.6의 가중치를 곱한 각도를 β라하고, 이때, 한계 경사 구배(LgL; limit grade line)는 tanβ이다.
0점에서 한계 경사 구배(LgL)를 주어 측정 그래프와 교차하는 C점(q, P)을 교차점이라고 하며, C점의 해당 주입속도(L/min) 지점 즉, D점(L/min)을 최대 주입속도(qmax; L/min)라고 결정하며, 최소 주입속도(qmin; L/min)는 D점 주입속도값((qmax ; L/min) × (0.3~0.4)를 곱한 값인 점 F(L/min)를 최소 주입속도(qmin; L/min)이라고 결정한다.
최대 주입속도(qmax) 및 최소 주입속도(qmin) 역시, 한계주수시험 그라우팅 및 일반 그라우팅 시에도 최대 주입속도(qmax) 및 최소 주입속도(qmin)를 컴퓨터에서 미리 설정하고, 이 범위 내에서 주입속도(q; L/min)가 제어되도록 적용할 수 있다(S30).
도 7은 Test Setting 1의 방법을 이용하여 한계주수시험에서 구한 측정 데이터와 그래프를 이용하여 도 1과 같은 완전침투영역을 정밀하게 결정하는 방법을 나타낸다.
완전침투영역을 결정하는 방법은 다음과 같다.
첫 번째로, 초기 경사 구배 선(igL=tanα, igL; initial grade line)과 측정 그래프가 만나는 마지막 점인 G(L, H) 지점에서 주입압력 값인 H점(kg/cm2)과 주입속도 값인 L점(L/min)이 각각 완전침투영역에서의 최대 주입압력값(H; kg/cm2) 및 최소 주입속도값(L; L/min)이 된다.
두 번째로, 초기 경사 구배선(igL=tanα, igL; initial grade line) 상의 K(M, I) 지점에서 주입압력 값인 I점(kg/cm2)과 주입속도 값인 M지점(L/min)이 각각 완전침투영역에서의 최소 주입압력값(I; kg/cm2) 및 최소 주입속도값(M; L/min)이 된다. 최소주입압력 값 I점(kg/cm2)은 H(kg/cm2)×(0.3 ~ 0.4)를 곱한 값을 적용하며, 최소 주입속도 값 M점(L/min)은 L(L/min)×(0.3 ~ 0.4)를 곱한 값을 적용한다.
따라서, 완전침투방식에 의한 그라우팅을 실시하기 위한 주입압력과 주입속도의 범위는 도 1에 도시한 바와 같이, 최대 G(L, H)에서 최소 K(I, M) 까지를 기준으로 총 4개 지점(완전침투영역의 사각형 박스) 안에서 어떤 조합의 그라우팅 주입이 가능하다.
완전침투영역에서의 그라우팅 역시, 한계주수시험 그라우팅 및 일반 그라우팅 시에도 완전침투 그라우팅 범위(G, K점을 기준으로 총 4개 지점)를 컴퓨터에서 미리 설정하고, 이 범위 내에서 주입압력(P; kg/cm2) 및 주입속도(q; L/min)가 제어되도록 적용할 수 있다(S30).
도 8은 Test Setting 1의 방법을 이용하여 한계주수시험에서 구한 측정 데이터와 그래프를 이용하여 침투영역을 정밀하게 결정하는 방법을 나타낸다.
침투영역을 결정하는 방법은 다음과 같다.
첫 번째로, 한계 경사 구배(LgL)가 0점에서 그래프와 만나는 점 N(D, A)가 침투영역에서의 최대 주입압력(A, kg/cm2) 및 최대 주입속도(D, L/min) 지점이다.
두 번째로, 침투영역에서의 최소 주입압력(kg/cm2)은 최대 주입압력(A, kg/cm2)×(0.3 ~ 0.4)를 곱한 지점 즉 B점(kg/cm2)이 되고, 최소 주입 속도(L/min)는 완전침투영역에서의 최대주입속도 지점인 L점(L/min)이다. 이에 따라 점 O(L, B)이 침투영역에서의 최소 주입압력(B, kg/cm2) 및 최소 주입속도(L, L/min) 지점이다.
따라서, 침투방식에 의한 그라우팅을 실시하기 위한 주입압력과 주입속도의 범위는 도 1에서, 최대 N(D, A)에서 최소 O(L, B) 까지를 기준으로 총 4개 지점(침투영역의 사각형 박스) 안에서 어떤 조합의 그라우팅 주입이 가능하다.
침투영역에서의 그라우팅 역시, 한계주수시험 그라우팅 및 일반 그라우팅 시에도 침투 그라우팅 범위(N, O점을 기준으로 총 4개 지점)를 컴퓨터에서 미리 설정하고, 이 범위 내에서 주입압력(P; kg/cm2) 및 주입속도(q; L/min)가 제어되도록 적용할 수 있다.
도 9는 Test Setting 1의 방법을 이용하여 한계주수시험에서 구한 측정 데이터와 그래프를 이용하여 할렬 영역을 정밀하게 결정하는 방법을 나타낸다.
할렬 영역을 결정하는 방법은 다음과 같다.
첫 번째로, 할렬 영역에서의 P점(Q, A)이 최대 주입압력 및 최대 주입량 지점이다. 최대 주입압력은 한계 경사 구배(LgL; limit grade line)가 0점에서 그래프와 만나는 교차점에서의 A점이 최대 압력값이며, 시험에서 가장 큰 유량지점 즉 Q점이 최대 주입속도 값이 된다.
두 번째로, 할렬 영역에서의 최소 주입압력(kg/cm2)은 최대 주입압력(A, kg/cm2)×(0.3 ~ 0.4)를 곱한 지점 즉 B점(kg/cm2)이 되고, 최소 주입 속도(L/min)는 침투영역에서의 최대 주입속도 지점인 D점(L/min)이다. 따라서 점 R(D, B)이 할렬 영역에서의 최소 주입압력(B, kg/cm2) 및 최소 주입속도(D, L/min)이다.
따라서, 할렬 방식에 의한 그라우팅을 실시하기 위한 주입압력과 주입속도의 범위는 도 1에 도시한 바와 같이, 최대 P(Q, A)에서 최소 R(D, B) 까지를 기준으로 총 4개 지점(할렬 영역의 사각형 박스) 안에서 어떤 조합의 그라우팅 주입이 가능하다.
할렬 영역에서의 그라우팅 역시, 한계주수시험 그라우팅 및 일반 그라우팅 시에도 할렬 그라우팅 범위(P, R점을 기준으로 총 4개 지점)를 컴퓨터에서 미리 설정하고, 이 범위 내에서 주입압력(P; kg/cm2) 및 주입속도(q; L/min)가 제어되도록 적용할 수 있다.
이러한 과정을 통해 그라우팅 시공관리기준을 결정하고, 시험에 의해 결정된 관리기준을 적용하여 주입시공을 한다.
주입 시공을 완료한 후에는 시방서에 정한 주입효과 확인 시험(투수계수시험, 물리탐사시험 등)을 하여, 주입 효과를 확인한다(S40).
이와 같이 본 발명은 한계주수시험 그라우팅 및 일반 그라우팅시의 실제 지반에 그라우팅(Grouting)을 할 경우 주입 시 수압파쇄에 의한 지반의 파괴(혹은 붕괴)를 방지하기 위한 최대 주입압력(Pmax; kg/cm2) 결정하는 것과 주입압력(P; kg/cm2)이 너무 낮아 그라우트재(물 + 시멘트)가 지반에 침투되지 않을 수 있으므로 최소한의 최소 주입압력(Pmin; kg/cm2)을 결정하여 그라우팅 관리기준을 결정한다.
주입압력 관리기준과 마찬가지로 주입속도(q; L/min)에 따른 관리 기준으로 적용할 수 있는 최대 주입속도(qmax; L/min)와 최소 주입속도(qmin; L/min)를 결정하여 그라우팅 관리 기준을 결정한다.
이후, 시험결과 그래프를 이용하여 주입압력(P; kg/cm2)과 주입속도(q; L/min)에 기반한 가장 이상적인 그라우팅이 실현되는 완전침투영역(Perfect Permeation Zone), 일반적으로 그라우팅이 이뤄지는 침투영역(Permeation Zone), 지반의 구조변형을 고려하여 주입할 수 있는 할렬 영역(Fracturing Zone)을 설정한다.
현장기술자는 상기 설정한 영역별 그라우팅 시공관리 기준을 이용하여 현장지반 상황에 적합한 그라우팅 주입방법 등의 그라우팅 시공조건을 손쉽게 결정할 수 있으며, 결정한 그라우팅 시공조건에 따라 인공지능 제어 방식 또는 일반 그라우팅 제어 방식을 이용하여 그라우팅 시공기준에 따라 자동 제어를 함으로써, 그라우팅을 최적으로 수행할 수 있게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
10: 주입공
20: 주입선단장치
30: 주입관

Claims (9)

  1. 한계주수시험 방법을 이용하여 그라우팅 시공관리기준을 결정하고, 그라우팅 시공을 관리하는 방법으로서,
    (a) 지표에서 지중으로 설계 시 결정한 깊이만큼 주입공을 천공하는 단계;
    (b) 상기 천공한 주입공에 물을 주입하면서 압력 및 주입 속도를 측정하는 한계주수시험 방법을 이용하여 그라우팅 시공관리기준을 결정하는 단계; 및
    (c) 상기 (b)단계에서 결정한 그라우팅 시공관리기준을 적용하여 그라우팅 주입시공을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 (b)단계의 한계주수시험 방법은 그라우팅 대상 지반에 시험 홀을 천공하고, 기저부에 주입선단장치를 설치한 후 주입관을 설치하고, 지반의 투수 계수에 따라 미리 설정된 단계별 시험 수 주입속도(L/min)를 가변하여 단계별로 주입압력을 측정하여 그라우팅 시공관리기준을 결정하며,
    상기 지반의 투수 계수가 a×10-4cm/sec 미만일 경우, 시험 시(Test Setting 1) 시험 수 주입속도(L/min)는 1L/min, 2L/min, 3L/min, 4L/min, 6L/min, 8L/min, 10L/min, 12L/min, 14L/min, 16L/min, 18L/min, 20L/min과 같이 총 12단계로 설정하여 시험하며, 단계별로 주입 속도 단계에 도달하고 안정된 상태 후 3 - 5분간 주입압력(kg/cm2)을 측정하는 것을 특징으로 하는 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공 관리방법.
    여기서 a는 측정상수 값으로, 0 < a < 10의 범위 값을 갖는다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에서, 상기 지반의 투수 계수가 a×10-4cm/sec 이상일 경우, 시험 시(Test Setting 2) 시험 수 주입속도(L/min)는 1L/min, 2L/min, 3L/min, 4L/min, 6L/min, 8L/min, 10L/min, 15L/min, 20L/min, 25L/min, 30L/min, 35L/min과 같이 총 12단계로 설정하여 시험하며, 단계별로 주입 속도 단계에 도달하고 안정된 상태 후 3 - 5분간 주입압력(kg/cm2)을 측정하는 것을 특징으로 하는 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공 관리방법.
    여기서 a는 측정상수 값으로, 0 < a < 10의 범위 값을 갖는다.
  5. 청구항 1에서, 상기 (b)단계의 한계주수시험을 실시한 후 사용자가 빠르게 적용하는 그라우팅 관리기준으로서 최대 주입압력 및 최소 주입압력을 구하는 방법은, 측정된 그래프의 0점에서 접선을 긋고 초기경사 각도(α)를 구하고, 초기경사 각도(α)에 0.5 ~ 0.6의 값을 곱한 각도를 β라하고 설정한 후, 0점에서 한계경사구배(LgL, LgL; limit grade line)를 주어 측정 그래프와 교차하는 점(q, P)을 교차점이라고 하며, 교차점의 해당압력 지점을 최대주입압력(Pmax; kg/cm2)이라고 결정하고, 상기 교차점의 최대주입압력(Pmax; kg/cm2)에 가중치(0.3 ~ 0.4)를 곱한 값을 최소주입압력(Pmin; kg/cm2)이라고 결정하여 그라우팅 시공관리 기준을 결정하는 것을 특징으로 하는 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공 관리방법.
  6. 청구항 1에서, 상기 (b)단계의 한계주수시험을 실시한 후 사용자가 빠르게 적용하는 그라우팅 관리기준으로서 최대 주입속도 및 최소주입속도를 구하는 방법은, 가장 먼저 측정된 그래프의 0점에서 접선을 긋고 초기경사 각도(α)를 구하며, 상기 초기경사 각도(α)에 0.5 ~ 0.6의 값을 곱한 각도를 β라 설정하고, 0점에서 한계경사구배(LgL)를 주어 측정 그래프와 교차하는 점(q, P)을 교차점이라고 하며, 상기 교차점의 해당 주입속도(L/min)를 최대주입속도(qmax; L/min)라고 결정하며, 상기 최대 주입속도(qmax; L/min)에 가중치(0.3 ~ 0.4)를 곱한 값을 최소주입속도(qmin; L/min)라고 결정하여 그라우팅 시공관리 기준을 결정하는 것을 특징으로 하는 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공 관리방법.
  7. 청구항 1에서, 상기 (b)단계의 그라우팅 시공관리기준 결정은 한계주수시험 결과를 이용하여 정밀하게 완전침투영역, 침투영역, 할렬영역에서의 각각 최대 주입압력 결정, 최소주입압력 결정, 최대주입속도 결정, 최소주입속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공 관리방법.
  8. 청구항 1에서, 상기 (c)단계의 그라우팅 시공관리기준은 최대 주입압력, 최소주입압력, 최대주입속도 및 최소 주입속도를 이용한 4개의 한계점을 기초로 박스 형태의 완전침투영역 그라우팅 범위, 침투영역 그라우팅 범위, 할렬영역 그라우팅 범위 중에서 사용자가 원하는 그라우팅 범위를 선택하여 주입시공하는 것을 특징으로 하는 한계주수시험 방법을 이용한 그라우팅 시공 관리방법.
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