KR102211069B1 - 고화처리토를 이용한 중력식 토류 구조물의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 후방 외력에 저항하는 중력식 토류 구조물의 시공방법에 있어서, 흙에 고화제를 혼합하여 고화처리토를 제조하는 제1 단계(S100); 및 상기 고화처리토를 다짐 성토하여 토양 개량부(100)를 형성하는 제2 단계(S200);를 포함하되, 상기 고화제는 포졸란 및 포틀랜트 시멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력식 토류 구조물의 시공방법이 제공된다.
본 발명에 따르면 현지토를 활용하여 중력식 토류 구조물을 시공함으로써 공사비를 절감함과 아울러 친환경적이며 유지 관리가 용이하며 현장 시공성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

고화처리토를 이용한 중력식 토류 구조물의 시공방법{Construction method of earth structures}

본 발명은 토목 및 건축분야에 관한 것으로서 고화처리토를 이용한 중력식 토류 구조물의 시공방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는 일반토사 또는 현지토와 고화제를 혼합하여 토양의 토압을 상쇄시킴과 아울러 사면 등의 배면을 지지하여 토양 안정화를 꾀할 수 있는 고화처리토를 이용한 중력식 토류 구조물의 시공방법에 관한 것이다.

산지 임도 개설시에 풍화토층, 붕적토층, 및 풍화암반 등을 인위적으로 절취함으로써 형성되는 절취사면은 일부 토사층을 포함하는 대부분 기반암으로 노출되어 있으며, 이들 절취사면이 45도 이상의 고각으로 형성될 경우 절취된 기반암 내 균열이 발달된 절리면, 층리면이 나타나는 구간에서 낙석 및 붕낙 등의 국부적 붕괴가능성이 있을 뿐만 아니라, 기반암의 불연속면(절리, 층리, 단층, 파쇄대 등)을 주변으로 장기간 대기에 노출되면서 풍화에 따른 낙석 및 붕낙의 발생이 절취사면의 안정성을 저하시키는 원인으로 작용한다.

한편, 임도 하부에 원위치에서 절토한 토사를 이용하여 시공되는 성토사면에서는 강우시 세굴작용 또는 강우 유출로 인한 점진적인 성토사면의 붕괴로 진행될 가능성이 높을 뿐만 아니라 성토면을 따라 토사재해(토사유실, 세굴, 소규모 성토 토사사면 붕괴 등)가 빈번하게 발생하여 대규모 산사태 및 토석류의 시작점으로 작용하는 등의 문제가 있다.

이와 같은 산지 사면의 붕괴는 지속적인 산림자원 활용을 위한 임도 기능을 저해시키는 원인으로 작용할 뿐만 아니라 산사태 및 토석류 재해를 확대시키는 직ㅇ간접적으로 요인으로 작용할 수 있다.

이러한 사면 등과 같이 불안정한 구조를 갖는 지반 안정화를 위해 지오그리드, 사면 패널 또는 옹벽 등과 같은 지반 안정화 공법이 사용되고 있다.

기존의 사면 안전화 공법은 이하와 같다.

- 대한민국 등록특허 10-1390354

- 대한민국 공개특허 10-2004-0101137

- 대한민국 등록특허 10-1197124

- 대한민국 등록특허 1008908280000

- 대한민국 등록특허 1010548770000

그러나 옹벽과 같은 사면 안정과 공법은 높이 제한 및 부등침하에 취약한 문제가 있으며, 사면 패널의 경우 강우에 의한 패널의 탈락 등의 유지 보수 관리의 문제가 있다.

또한, 사면 안정화 구조물의 시공을 위해 사면 단부를 절취하게 되는데 절취된 흙의 처리의 문제가 발생된다.

본 발명은 상술된 종래의 사면 등과 같은 토양 안정화 공법의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 현지토를 활용하여 중력식 토류 구조물을 시공함으로써 공사비를 절감함과 아울러 친환경적이며 유지 관리가 용이하며 현장 시공성을 높일 수 있는 고화처리토를 이용한 중력식 토류 구조물의 시공방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 불투수 특성을 갖는 중력식 토류 구조물을 이용하여 공용 중 강우 등에 의한 배면 지하 침투수의 영향을 배제할 수 있는 고화처리토를 이용한 중력식 토류 구조물의 시공방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 일반토사와 고화제를 혼합하여 일정규모 이상의 전단강도를 증대시켜 구체의 자립성을 확보하고, 일반 흙에 상당하는 단위중량에 의해 배면토압에 저항하는 고화처리토를 이용한 중력식 토류 구조물의 시공방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 후방 외력에 저항하는 중력식 토류 구조물의 시공방법에 있어서, 흙에 고화제를 혼합하여 고화처리토를 제조하는 제1 단계(S100); 상기 고화처리토를 다짐 성토하여 토양 개량부(100)를 형성하는 제2 단계(S200);를 포함하되, 상기 고화제는 포졸란 및 포틀랜트 시멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력식 토류 구조물의 시공방법의 시공방법이 제공된다.

이 경우 제1 단계(S100)는, 사면 단부(10)를 절토하는 사면절토단계(S110); 및 상기 사면절토단계(S110)에서 절토된 현지토(11)를 상기 고화제와 혼합하여 상기 고화처리토를 제조하는 제조단계(S120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력식 토류 구조물의 시공방법일 수 있다.

더하여, 상기 토양 개량부(100)의 전면에 전면마감재(110)를 시공하는 제3 단계(S300);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력식 토류 구조물의 시공방법일 수 있다.

더하여, 상기 토양 개량부(100)의 배후에 배수층(120)을 형성하는 제4 단계(S400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력식 토류 구조물의 시공방법일 수 있다.

더하여, 상기 고화제는 석고; 알카리 금속염; 석회; 및 산화철을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력식 토류 구조물의 시공방법일 수 있다.

더하여, 상기 고화제는, 10 내지 80 중량%의 상기 포졸란; 10 내지 50 중량%의 상기 포틀랜트 시멘트; 1 내지 30 중량%의 상기 석고; 1 내지 5 중량%의 상기 알카리 금속염; 1 내지 10 중량%의 석회; 및 3 내지 10 중량%의 산화철;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력식 토류 구조물의 시공방법일 수 있다.

본 발명에 따르면 현지토를 활용하여 중력식 토류 구조물을 시공함으로써 공사비를 절감함과 아울러 친환경적이며 유지 관리가 용이하며 현장 시공성을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면 불투수 특성을 갖는 중력식 토류 구조물을 이용하여 강우 등에 의한 배면 지하 침투수의 영향을 배제할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 토양 안정화 공법의 일 예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력식 토류 구조물의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력식 토류 구조물의 시공순서를 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력식 토류 구조물의 시공에 사용되는 고화처리토의 물성을 테스트하기 위한 다양한 실시예의 배합 구성을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력식 토류 구조물의 시공에 사용되는 고화처리토의 물성을 나타낸 도면.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력식 토류 구조물의 시공방법을 나타내는 도면.
도 12 내지 도 16는 본 발명에 따른 다양한 형식의 중력식 토류 구조물의 단면의 형상을 나타낸 도면.
도 17은 본 발명에 따른 자주식 혼합기를 나타내는 도면.

본 발명에 따른 고화처리토를 이용한 중력식 토류 구조물의 시공방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

본 발명은 후방 외력에 저항하는 중력식 토류 구조물에 관한 것이다.

구체적으로 일반 토사(흙)에 고화재료를 첨가하여 전단강도를 일정규모 이상 증가시켜 자립성을 확보하고, 일반 흙에 상당하는 단위중량을 이용하여 후방 외력에 저항하는 중력식 토류 구조물에 관한 것이다.

중력식 구조물은 자중에 의해 외력(토압, 수압, 상재하중 등)에 저항하는 것을 특징으로 한다.

대표적인 형식으로서 콘트리트옹벽, 조립식 블록식옹벽, 개비온(Gabion)옹벽 등을 예로 들 수 있다. 다만, 모두 흙이 외력으로 작용한다는 관점에서 성립되는 공법들이다.

그러나, 중력식 옹벽은 최대 5m이내의 높이 제한이 따르며, 상대적으로 기초저면 지반반력이 크게 발생하는 단점이 있다.

또한, 중력식 거동에 의해 외력에 저항하는 대표적인 것으로 보강토 옹벽을 들 수 있으며, 흙의 성질은 바꾸지 않고, 흙 안에 별도의 부재(보강재)를 부설 또는 삽입해, 흙과 보강재와의 상호작용으로 토체 전체의 안정성과 강도를 높이는 공법으로 시공성과 경제성 측면에서 우수하여 현재까지 많이 채택되고 있다.

공학적 우수성에도 불구하고 높이 제한과 부등침하에 취약하며, 벽면블록과 보강재 결합점 파괴에 따른 블록 탈락, 배부름 현상 등으로 인해 종종 안정성에 문제가 발생하기도 하며, 강우에 의한 붕괴사고도 발생하기도 한다.

기존의 중력식 토류구조물(콘트리트옹벽, 조립식 블록식옹벽, 개비온(Gabion)옹벽, 보강토옹벽)은 공히 흙이 외력(토압)으로 작용한다는 관점에서 성립되는 공법들이다.

토류구조물에 작용하는 외력으로서의 토압은 주동토압으로서 Rankin의 토압이론에 따르면 흙이 점착력을 가지고 있으면 점착력이 없는 흙에 비해 토압은 일정하게 감소한다.

이에 본 발명은, 관점을 달리하여 일반토사를 이용한 중력식 토류구조물 축조 개념으로서, 일반토사에 고화재를 첨가하여 전단강도(점착력)를 일정규모 이상 증가시키면 토압자체가 소멸되어 자립성을 확보하고, 일반 흙에 상당하는 단위중량을 이용하여 중력식 거동을 이용하여 이제는 외력으로서의 흙이 아닌 저항체로서의 흙으로 전환하는 개념이다.

또한, 개량토의 불투수성 특성을 이용하여 배면수압에 대한 우려를 원천적으로 배제시킴으로서 공용 중 강우에 의한 토류구조물 붕괴 가능 요소를 제거함으로서 장기적 안정성 확보도 해주는 개념이다.

본 발명에 따른 중력식 토류 구조물은 사면 안정화, 배후 토양 안정화 등의 용도로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 중력식 토류 구조물은 흙에 고화제를 혼합하고 이를 다짐 성토함으로써 형성된다.

흙은 토류 구조물이 형성될 토양에서 채굴된 흙(현장토)을 포함한다.

현장토를 사용하여 토류 구조물을 형성하는 경우 시공의 편의성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 시공비를 절감할 수 있고 친환경적인 구조물의 시공이 가능하다.

더하여, 흙과 혼합되는 고화제의 특성에 따라 토류 구조물의 강성을 조절하는 것이 가능하므로 구조물의 높이의 제약이 없게 되며, 상재하중의 영향을 받지 않으므로 부지 활용성을 극대화할 수 있다.

중력식 거동에 의해 외력에 저항한다는 개념에서 보강토 옹벽과 유사한 점이 있지만, 옹벽의 경우 보강재의 인장력 발휘에 따른 토압 경감 및 전단강도 증대를 꾀한다는 점에서 흙과 고화제를 배합하여 토류구조물을 형성하는 본원 발명과 공학적인 차이가 있다.

본 발명에 따른 고화제의 일 예로서는 포졸란 및 포틀랜트 시멘트를 기본 구성으로 하며, 석고, 알카리 금속염, 석회 및 산화철을 더 포함할 수 있다.

이 경우 고화제는 10 내지 80 중량%의 포졸란, 10 내지 50 중량%의 포틀랜트 시멘트, 1 내지 30 중량%의 석고, 1 내지 5 중량%의 알카리 금속염, 1 내지 10 중량%의 석회 및 3 내지 10 중량%의 산화철를 포함할 수 있다.

포졸란은 고로수쇄플레그 미분말, 플라이 애쉬, 제지 애쉬 또는 실리카흄을 예시할 수 있다. 포졸란은 고화제에 의해 형성된 고화처리토의 장기강도의 보강을 위해 사용된다.

다만, 포졸란이 포함되는 경우 고화처리토의 장기 강도 확보에는 유리하지만, 조기 강도 확보에 취약한 문제가 있다. 이를 위해 후술되는 바와 같이 석회를 첨가하여 조기 강도 확보의 문제를 보완한다.

석고는 무수석고, 반수석고 또는 이수석고를 예시할 수 있다. 석고는 고화처리토의 강도 확보를 위해 사용된다. 다만, 석고의 함량이 고화제의 30 중량%를 초과하는 경우 고화처리토의 강도 및 내구성이 저하되는 문제가 있다.

석회는 생석회 또는 소석회를 포함한다. 석회는 고화처리토의 조기 강도의 확보를 위해 사용된다.

본 발명에 따른 토양 고화제는 포졸란 물질의 점성에 대하여 유동성을 향상시키기 위한 유동제가 소량 투입될 수 있다.

유동제는 상술한 바와 같은 본 발명의 토양 고화재의 기본적인 성질이 변하지 않는 범위 내에서 나프탈린설폰산계 화합물 중에서 선택되어 소량 투입될 수 있따.

또한, 조기 강도 보강을 위한 보조제로 K2SO4, Na2SO4 등과 같은 알카리 금속염의 사용도 가능하다.

도 5 및 6을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 고화제의 성분 및 고화처리토의 물성을 확인할 수 있다.

물성 평가를 위해 사용한 토양과 시험 방법은 이하와 같다.

[사용 토양]

- 점성토 : 함수비 85%, 1,700g/l

- 사질토 : 함수비 52%, 1,800g/l

[시험 방법]

일축 압축강도(KSF 2426), 유동성(KSL 5111),

육가 크롬 용출시험(환경부 고시 제2007-151호)

도 5의 실시예에서 1 및 2는 본 발명에서의 포졸란 물질, 포틀랜드 시멘트,석고 및 생석회만을 투입한 것이고, 실시예 3 및 4는 초기강도 보강 및 친환경성을 위하여 황산제1철을 본 발명의 조성비에 따라 투입한 것이다.

그리고 실시예 5는 초기 강도 보강을 위한 생석회를 생략한 본 발명의 조성비에 따라 조성된 조성물에 대한 것이다. 또한 실시예 6 및 7은 본 발명의 조성비와는 무관한 비교예임을 알 수 있다. 실시예 8은 황산제1철 및 알카리금속염을 본 발명의 조성비 범위 내에서 투입한 것이다.

본 발명의 실시예라고 할 수 있는 실시예3 및 실시예4에서는 6가 크롬의 용출량이 전혀 검출되지 않았음을 알 수 있다. 이에 따라 황산제1철의 투입여부에 의해 크롬의 용출 여부가 결정되는 것으로 판단할 수 있다.

더하여, 황산제1철의 투입에 의해 장기 강도 뿐만 아니라 조기 강도도 충분하게 확보할 수 있음을 알 수 있다.

그리고 포졸란 물질에 의해 확보된 장기 강도 수치가 비교예에 비하여 현저한 효과를 보이고 있음을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 토양 개량부(100)는 불투성을 갖는 고화처리토를 이용하여 형성되므로 배면 수압의 우려를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 강우 등에 의한 토류 구조물의 붕괴 사고를 미연에 방지하여 구조물의 안전성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 고화재료는 상술된 바와 같이 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트, 특수시멘트 등을 사용할 수 있으나, 초기 강도 저하 방지 및 장기 강도 안정성을 달성함과 아울러 중금속을 획기적으로 감소시킨 친환경 토양 고화재로서 시멘트계나 석회계 또는 폴리머계를 사용하는 것도 가능하다.

이하 본 발명에 따른 중력식 토류 구조물의 시공방법에 대해 설명한다.

중력식 토류 구조물의 시공방법은 흙에 고화제를 혼합하여 고화처리토를 제조하는 제1 단계(S100) 및 고화처리토를 다짐 성토하여 토양 개량부(100)를 형성하는 제2 단계(S200)를 포함한다.

이 경우 토양 개량부(100)의 전면에 전면마감재(110)를 시공하는 제3 단계(S300) 및 토양 개량부(100)의 배후에 배수층(120)을 형성하는 제4 단계(S400)를 더 포함하는 것도 가능하다(도 3).

전면마감재(110)는 공학적 거동을 하는 부재가 아니며, 직립성 확보 또는 미감을 확보할 수 있어 어떠한 자재라도 사용될 수 있다.

전면마감재(110)의 탈락 또는 전도 방지를 위해 전면마감재(110)와 토양 개량부(100)를 연결하는 앵커(111)를 더 포함할 수 있다.

배수층(120)은 필요시 선택적으로 형성시키는 것이 가능하다(도 16).

제1 단계(S100)는 사면 단부(10)를 절토하는 사면절토단계(S110) 및 사면절토단계(S110)에서 절토된 현지토(11)를 고화제와 혼합하여 고화처리토를 제조하는 제조단계(S120)를 포함할 수 있다.

이 경우, 현지토(11)를 사용하여 고화처리토를 제조함으로써 재료비를 절감하고 현지토(11) 처리를 위한 비용 및 수고를 감소시키며, 친환경적인 토류 구조물의 시공이 가능한 효과를 얻을 수 있다.

고화처리토를 제조하는 제조단계(S120)에서 현지토(11)와 고화처리토의 혼합은 자주식 혼합기(도 17)를 사용하는 것이 바람직하다.

이 경우 혼합의 균질성을 확보하여 토양 개량부(100)에 대한 강도 및 내구성을 확보하는 것이 가능한 효과를 얻는다.

더하여, 토양 개량부(100)의 단면은 형상의 구애를 받지 아니하며, 공학적 안정성 검토에 의해 구형, 계단형, 전면경사형 등으로 설계자의 판단에 따라 임의 형상으로 형성되는 것이 가능하다(도 11 내지 도 15).

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

100 : 토양 개량부
S100 : 제1 단계
S200 : 제2 단계
S300 : 제3 단계
S400 : 제4 단계

Claims (5)

1. 후방 외력에 저항하는 중력식 토류 구조물의 시공방법에 있어서,
   흙에 고화제를 혼합하여 고화처리토를 제조하는 제1 단계(S100); 및
   상기 고화처리토를 다짐 성토하여 토양 개량부(100)를 형성하는 제2 단계(S200);를 포함하되,
   상기 고화제는
   10 내지 80 중량%의 포졸란;
   10 내지 50 중량%의 포틀랜트 시멘트;
   1 내지 30 중량%의 석고;
   1 내지 5 중량%의 알카리 금속염;
   1 내지 10 중량%의 석회; 및
   3 내지 10 중량%의 산화철;을 포함하며,
   나프탈린설폰산계 유동제;를 더 포함하되,
   제1 단계(S100)는,
   사면 단부(10)를 절토하는 사면절토단계(S110); 및
   상기 사면절토단계(S110)에서 절토된 현지토(11)를 상기 고화제와 혼합하여 상기 고화처리토를 제조하는 제조단계(S120);를 포함하고,
   상기 고화처리토는 불투수성의 특성을 지니며,
   상기 토양 개량부(100)의 횡단면은 상부의 폭보다 하부의 폭이 더 넓게 형성되며,
   상기 토양 개량부(100)의 전면에 전면마감재(110)를 시공하는 제3 단계(S300);를 더 포함하고,
   상기 토양 개량부(100)의 배후에 배수층(120)을 형성하는 제4 단계(S400);를 더 포함하되,
   상기 배수층(120)은 상기 토양 개량부(100)의 횡단면을 기준으로 배면의 형상에 대응되어 형성되되,
   상기 배수층(120)은 소정의 각도로 경사지게 형성되며,
   상기 고화제는 포졸란 및 시멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력식 토류 구조물의 시공방법.
   
   
   
   
   
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