KR19990074738A

KR19990074738A - 폐기물 매립장의 차수벽 설치공법

Info

Publication number: KR19990074738A
Application number: KR1019980008532A
Authority: KR
Inventors: 류중근
Original assignee: 류중근; 중앙방수기업 주식회사
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-10-05
Also published as: KR100272950B1

Abstract

본 발명은 쓰레기 매립장의 차수벽을 형성함에 있어서, 원지반에 터파기를 하고 여기서 나온 현장토와 탄산칼슘, 시멘트, 고화제 및 물을 적정량 배합하여 터파기가 된 원지반(바닥면과 법면 모두)에 포설·다짐하여 고화토층을 형성하는 단계와, 상기 고화토층의 표면에 함침강화액을 분무·침투시켜 고화토층의 일정 깊이까지 불투수 강화층을 형성하는 단계를 포함하는 가두리식 폐기물 매립장의 차수벽 설치공법에 관한 것이다. 이 공법에 따르면 기계적 강도는 물론이고 불투수 특성치인 투수계수가 매우 작고 표면 균열 등의 현상이 전혀 발생하지 않아 침출수 유출을 완벽히 억제할 수 있다.

Description

폐기물 매립장의 차수벽 설치공법

본 발명은 폐기물 매립장의 차수벽 설치공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지반에 터파기를 진행하고 터파기 된 곳에 쓰레기를 매립하는 가두리식 쓰레기 매립장의 차수벽을 설치공법에 관한 것이다.

종래에는 쓰레기 매립장을 조성함에 있어서 대부분은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 차수막을 포설함과 동시에 이것의 하부층에 적정한 두께의 점토나 벤토나이트를 다짐하는 폴리에틸렌 시트라이닝 공법을 이용하여 차수층을 형성하였다.

그러나 이 공법은 폴리에틸렌 차수막의 하부지지층으로 고결력이 없는 점토류를 포설하기 때문에 쓰레기 매립장 조성지의 지형, 토질 및 자연환경 등 큰 제약이 따른다. 또한 점토는 대부분 별도의 장소에서 채취하여 사용하기 때문에 자연환경 훼손의 우려가 있고, 또한 쓰레기 매립장 대부분은 지반 및 토질 특성이 열악한 연약지반이기 때문에 하부 점토층의 지지력이 충분하지 못하여 부동침하 등이 발생한다. 따라서 이에 의해 폴리에틸렌 시트간의 접합부분이 빈번히 파손되었을 뿐 아니라 시공 중 및 후에 시공장비 등에 의한 시트 자체 훼손이 발생되기도 하여 차후 매립쓰레기에서 발생되는 침출수가 지하로 스며들어 가는 등 안정성에 있어서 많은 문제점을 갖고 있다.

특히, 가두리식 폐기물 매립장의 경사 법면에 있어서는 비탈경사에 의해 폴리에틸렌 시트의 하부에 위치하는 점토가 슬라이딩될 우려가 있어 점토 포설 자체가 불가능하고, 이에 따라 이러한 경우에 있어서는 성형품인 벤토나이트 매트 등을 포설하기도 하지만 이 경우에도 지지력 부족으로 인해 전술한 문제점이 흔히 발생하였다.

이에 대한 대안으로 차수층으로서 전술한 점토류를 포설하는 대신에 일정 두께의 고결력 있는 고토화층을 형성하는 공법들이 개발되고 있으며, 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

폴리에틸렌 시트 등 별도의 차수재를 포설하지 않고 차수층으로서 아예 매립장의 주변 토양을 고토화 처리함으로써 일정수준의 기계적 강도를 갖는 불투수층이 형성되는 폐기물 매립장 조성공법이 알려져 있다.

이 공법은 쓰레기 매립장 건설시 터파기에 의해 발생되는 현장토를 활용하여 여기에 시멘트, 고화첨가제, 물 등을 적정량 혼합하고 필요에 따라 벤토나이트 내지는 폐주물사와 같은 폐기재료 등을 함께 배합한 후 이를 일정두께로 매립장의 바닥면과 법면에 포설·다짐한 후 양생시키는 공법이다.

위에 설명한 공법은 일정수준의 압축강도 및 불투수 특성을 지니는 고화토층을 차수벽으로 이용하고자 한 것으로 그 효과를 감안하여 볼 때 고화토층을 비교적 두껍게 형성시켜야 한다. 따라서 경제적 및 시공상의 불리한 측면이 있고, 또한 차수층인 고화토층의 표면이 양생과정 중에 균열이 발생할 가능성이 있어 차후 쓰레기 매립 중 또는 후에 표면 균열에 의해 발생된 틈을 통해 침출수가 유출될 가능성이 있다. 아울러 이 공법은 현실적으로 현재 사용되고 있는 다짐용 시공장비의 다짐효과를 감안할 때 고화토의 포설·다짐의 과정을 통해서 일반적인 차수벽층의 요구물성치인 불투수성(투수계수가 일천만분의 일(10^-7㎝/초))을 얻기에는 무리가 있다.

따라서 본 발명은 전술한 종래 공법의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 기계적 강도는 물론이고 불투수 특성치인 투수계수가 매우 작고 표면 균열 등의 현상이 전혀 발생하지 않아 침출수 유출을 완벽히 억제할 수 있는 새로운 쓰레기 매립장의 차수벽 설치공법을 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 폐기물 매립장의 차수벽 설치 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 원지반 2 : 고화토층

3 : 강화층

본 발명에 의한 쓰레기 매립장의 차수벽 설치공법은 통상의 상광하협 형태의 가두리식 폐기물 매립장을 조성함에 있어 바닥면과 법면에 일정 두께의 고화토층을 형성하고, 특수 강화재료인 함침강화액을 고화토층의 표면으로부터 분무 침투시켜 고토화층의 표면층을 더욱 치밀하게 형성한 데에 특징이 있다.

본 발명의 공법에 있어서 고화토층은 추후 사용하는 함침강화액과의 적합성을 고려하여 선택적으로 종래의 공법과는 다르게 시공할 수 있다.

도 1을 참조하여 본 발명에 의한 쓰레기 매립장의 차수벽 설치공법을 설명하고자 한다.

매립장 건설지반을 상광하협 형태로 터파기 하고 난 원지반(1)의 바닥면과 법면 모두에 특정한 배합의 고화토를 일정 두께로 포설·다짐하여 고화토층(2)을 형성한다. 다음 상기 고화토층(2)의 표면으로부터 특정한 화학조성을 갖는 함침강화액을 분무 또는 도포하여 일정깊이로 침투시킨 후 양생하여 강화층(3)을 형성한다.

이때 상기 고화토층(2) 및 강화층(3)을 형성하기 위한 각각의 재료와 조성은 다음과 같다.

고화토층(2)은 중량비로 현장발생도(점토, 산토, 해성토, 뻘 등) 1000부에 대해 탄산칼슘을 선택적으로 30부 이내로 첨가하고 시멘트 80∼120부를 혼합하여 충분히 교반한 다음 물에 액상의 고화제 S 및/또는 고화제 F 원액 2 내지 4부를 희석하여 살포, 배합하여서 된 고화토를 포설, 다짐한 후 고결시킨 것이다.

강화층(3)은 물과 실리카졸 J 원액을 1 : 1∼2의 부피비로 혼합한 희석액을 고화토층(2)의 표면적 1㎡당 0.6∼1.2ℓ의 양으로 분무·살포하여 고화토층(2)의 표면으로부터 일정깊이까지 침투시킨 후 양생한 것이다.

상기에서 현장발생토라 함은 해성토, 점토, 산토 등 폐기물 매립장 조성지의 터파기 공사에서 발생되는 흙을 말하며, 이 현장발생토에 먼저 배합하는 탄산칼슘 및/또는 생석회는 현장발생토의 함수비를 조절함과 더불어 차후 포졸란 반응에 의한 세멘트와의 수화결정물 생성시에 관여하는 칼슘 성분을 충분히 제공하기 위한 것으로서, 일반적으로 함수비가 높은 토양이나 유기질 함유량이 많은 토양의 경우에는 그 양을 늘리고 그 반대로 함수비가 낮거나 유기질의 함량이 적고 사질 성분이 많은 토질의 경우에는 양을 줄여 배합한다.

다음 시멘트는 대개의 경우 보통의 포틀랜드 시멘트를 사용하지만 해성토와 같은 염분의 함량이 높은 토질의 경우에는 고로 슬래그 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다. 시멘트 배합율은 지반의 구조적-요구 강도 및 고화 대상 토질의 특성에 따라 본 발명의 범위내에서 조절한다.

본 발명에 의한 고화토 배합에는 고화제로서 고화제 S와 고화제 F를 단독 또는 혼용하여 사용한다. 여기서 고화제 S는 염화나트륨, 염화칼슘, 염화칼륨, 염화마그네슘, 염화암모늄 등의 혼합 무기염류 약 80%와 나프탈렌 술폰산 소다계의 고분자 유기분산제 약 10% 및 카르복시 메틸셀룰로오스계의 점결증진제 약 10%의 조성을 갖는 것으로, 물에 고형성분을 30%의 농도로 용해시켜 조성한 수용성 고분자계 화합물 이다. 고화제 F는 SBR 라텍스, 쿠마론 인덴 수지, 폴리비닐알콜을 포함하는 수용성 고분자계 고화제 이다.

한편 본 발명에 의한 차수벽 형성시 먼저 형성한 고화토층(2)의 표면에 분무·함침시켜 공극을 조밀하게 충진시켜 강화층(3)을 형성하는 함침강화액으로는 실리카졸 J 용액을 이용하는데, 이는 알카리성의 실리카졸(미립 콜로이드성 실리카) 용액으로서 그 조성 및 성질은 다음과 같다.

실리카졸 J 용액의 조성 및 성질

성분	성상	고형분	pH	비중
실리카 콜로이드	유백색 액체	10% 이상	11∼12	1.1 이상

이하에서는 본 발명에 의한 차수벽 설치공법에 있어서, 우선적으로 고화토층(2)을 형성에 쓰이는 고화토에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

차수벽용 고화토에 있어서 활용되는 현장발생토는 산토, 해성토 또는 부식토 등으로 다량의 유기물질을 함유하는 경우가 많고 또한 토질의 입도가 고르지 않다. 이러한 현장발생토는 일반적으로 별도의 세척 내지는 정화 처리를 하지 않고 그대로 사용하기 때문에 실제로 생석회 내지 시멘트계 재료만으로 고화 처리하면 현장발생토의 토립자(토양입자)와 시멘트간의 고결반응은 원할히 진행되지 못한다. 이러한 현상의 가장 큰 원인은 토립자 표면에 대전된 상태로 존재하는 후민산계의 유기물질이 토립자와 시멘트계 광물간의 접촉을 방해하여 양자간의 결합 및 수화반응을 저해하기 때문이다. 또한 이와 더불어 입도, 비중 및 표면 성질이 상이한 시멘트와 토립자간의 균일한 분산, 혼합이 잘 이뤄지지 않기 때문이기도 하다. 이러한 문제를 해소하기 위해 본 발명에서는 고화제 S를 혼합하여 사용한다. 고화제 S는 전술한 바와 같이 염화칼슘, 염화나트륨, 염화마그네슘 등의 알카리 금속이온을 포함하는 무기염류, 고분자계 분산제 등으로 구성된는데, 여기서 무기염류는 수용액 상태에서 이온상태로 해리되어 토립자 주변에 존재하는 유기질의 대전전위를 저하시켜 실제 고결 성분인 시멘트와 토립자간의 직접반응을 용이하게 하는 역할을 하게 되고, 더불어 고분자계 분산제는 고화토를 배합함에 있어 토립자와 시멘트간의 상분리 현상을 억제하여 균질한 고결토를 얻을 수 있도록 한다. 또한 고화제 F는 SBR 라텍스, 쿠마론 인덴 수지, 폴리비닐알콜 등의 수용성 고분자 혼합물로 구성된 고화제로서 이를 첨가할 경우 이 성분들이 고결토내의 미세한 내부공극을 메워 토립자간에 점결력이 부여되고 이것이 연속성있는 방수성 필름을 형성함으로써 고화토의 강도증진은 물론 불투수성을 향상시키게 된다. 따라서 본 발명에 있어서 전술한 고화제 S와 고화제 F를 고화 대상 토질에 따라 단독 또는 혼용하면 우수한 불투수성 및 기계적 강도를 갖는 고화토를 얻을 수 있다.

점토질 함량이 높은 토질에 대해서는 고화제 S만 사용해도 좋은 품질의 고결토를 얻을 수 있는 반면 마사토와 같은 비교적 입도가 큰 토질의 경우에는 고화제 F만을 사용해도 좋은 결과가 얻는다. 기타의 경우에는 양자를 적절히 혼합 사용함으로써 좋은 결과가 얻을 수 있다.

다음 함침강화액에 대해 구체적으로 설명하면, 이는 전술한 바와 같이 고화토층(2)의 내부공극으로 침투, 충진되어 고화토 내부구조를 밀실한 구조로 만들어 줌으로써 기계적 강도와 불투수성을 향상시킨다. 이 함침강화액은 그 주성분인 미세 실리카 콜로이드가 고화토의 표면으로부터 고화토의 공극내로 모세관 현상에 의해 침투한 후 고화토의 배합성분인 토립자 및 시멘트 성분 등과 포졸란 반응을 하여 고화토와 화학적으로 결합함으로써 영구적으로 일체화 된 공극충진재로서의 역할을 하게 된다. 따라서 고화토(강화층,3)는 이 함침강화액 미처리시에 비해 보다 밀실한 내부 구조를 지지게 되어 우수한 품질의 차수벽층이 형성되는 것이다.

이하 본 발명에 따른 차수벽 설치 공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 중량비로 현장발생토(산토, 해성토 등) 1000부에 탄산칼슘 30부 이내, 시멘트 80∼120부를 혼합하여 골고루 교반하고, 물을 혼합하여 함수비로 조정한다. 이때 물은 고화토의 다짐이 적당할 정도가 될 수 있도록 조정한다. 이후 별도로 고화제 S 및/또는 고화제 F 2∼4부를 물에 희석(원액 1㎏당 물 3∼10ℓ의 범위)하여 상기 혼합토에 골고루 살포하고 10회 이상 골고루 교반한다. 이때 적정 교반량은 10∼20㎥ 이며, 교반은 별도의 교반장치를 이용하던가 1㎥ 내외 용량의 백호우를 이용한다.

다음 고화토 배합제의 교반, 혼합이 완료되면 터파기가 완료된 원지반(1)의 바닥면과 법면 모두에 포설한다. 이때에는 인력 또는 장비를 이용하여 지반의 요철이 없도록 지반정지를 선행하고 지하수가 발생할 경우 배수로를 설치하거나 양수기로 배수한 후 포설한다. 포설 두께는 1회에 15∼20㎝의 두께로 하며, 1차 포설완료 후 다짐을 실시하고 설계 두께가 도달할 때까지 겹층 시공한다.

고화토 포설 후 1∼6톤의 진동 로울러 또는 다짐판으로 종횡방향으로 동시에 1시간에 1a 정도로 계속적으로 전압다짐을 실시한다. 이때 측량기를 비치하여 지반의 고저를 측량 확인하고 계획 지반고 및 시공두께를 유지한다. 이 과정에 의해 고화토층(2)이 형성된다.

다음 함침강화액인 실리카졸 J 원액을 물에 1 : 1∼2 부피비로 희석하여 분무기를 이용, 고화토 표면적 1㎡당 희석액 0.6∼1.2ℓ를 골고루 살포하여 고화토층(2)의 표면으로 부터의 일정심도가 보강된 강화층(3)을 형성한다.

이상의 공법으로 시공된 차수벽(두께 30∼40㎝)에 대해 상온에서 28일간 양생후 물성을 측정하였는데, 바닥면의 경우에는 투수계수가 1초당 일억분의 1㎝(1×10^-8㎝/s) 이하, 일축압축강도는 40∼80㎏/㎠의 범위이었으며, 법면의 경우에는 투수계수가 1초당 일천만분의 1㎝(1×10^-7㎝/s) 이하, 일축압축강도는 30∼60㎏/㎠ 이었다.

이하 실시예를 통해 본 발명에 의한 차수벽의 성능과 효과를 설명하는 바 본 발명이 이 실시예에 국한되지 않음은 물론이다.

(실시예 1)

함수비 55%로 조성한 산토 1000㎏에 탄산칼슘 20㎏, 시멘트 120㎏을 순서대로 혼합하여 골고루 교반한 다음, 고화제 S 3㎏을 물 12ℓ에 희석하여 살포·교반하여 압축강도 측정용 몰드(지름 15㎝×높이 30㎝의 원통형) 및 투수계수 측정용 몰드(지름 7㎝×높이 14㎝의 원통형)내에 각각 넣고 다짐하였다. 다음 실리카졸 J액을 살포하였는데, 구체적으로 단위면적당 같은 양을 적용키 위해 물과 1 : 1의 부피비로 희석한 실리카졸 J 수용액을 압축강도시험용 몰드의 시료 표면에는 10㎖, 투수계수 측정용 몰드 시료 표면에는 2.5㎖를 분무기로 살포한 후 양생하였다.

비교예 1

고화제 S 대신에 동일한 양의 고화제 F를 적용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법과 조건으로 시료를 만들었다.

비교예 2

고화제 S 대신 고화제 S 1.5㎏과 고화제 F 1.5㎏을 혼용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법과 조건으로 시료를 만들었다.

비교예 3

실리카졸 J액을 살포하는 공정을 생략한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법과 조건으로 시료를 만들었다.

(실시예 2)

함수비 55%로 조성한 해성토 1000㎏에 탄산칼슘 25㎏, 시멘트 110㎏을 순서대로 혼합하여 골고루 교반한 다음 고화제 S 3㎏을 물 12ℓ에 희석하여 살포, 교반하여 압축강도 측정용 몰드(지름 15㎝×높이 30㎝의 원통형) 및 투수계수 측정용 몰드(지름 7㎝×높이 14㎝의 원통형)내에 각각 넣고 다짐후 실리카졸 J 수용액을 살포하였다. 구체적으로 단위면적당 같은 양을 적용키 위해 물에 1 : 1의 부피비로 희석한 실리카졸 J 수용액을 압축강도시험용 몰드의 시료 표면에는 10㎖, 투수계수 측정용 몰드의 시료 표면에는 2.5㎖를 분무기로 살포한 후 시료를 양생하였다.

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2, 3에서 제작한 시료에 대해 다름과 같은 방법으로 성능시험을 실시하였으며, 그 결과는 표 2에 나타냈다.

압축강도는 상온에서 28일 양생한 후 일반 콘크리트의 일축압축강도 시험방법을 이용하여 측정하였고, 투수계수는 상온에서 28일 양생하고 시험전 7일간 수중 양생한 후 변위수 투수시험(KS F 2322 시험방법)에 의해 측정하였다.

구분시험강도	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 2
일축압축강도 (kg/㎠)	58	55	65	38	49
투수계수 (㎝/ｓ)	1.6×10^-8	2.9×10^-8	1.6×10^-9	1.6×10^-6	1.6×10^-9

표 2를 참조하면, 이미 설명한 바 있듯이 고화토의 토질에 따라 고화제 S와 고화제 F의 사용에 유의해야 하고, 특히 함침강화액을 사용하여 강화층(3)을 별도로 형성하지 않은 종래의 시공방법을 적용한 경우에 일축압축강도와 투수계수가 본 발명에 비해 상당히 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 쓰레기 매립장의 차부벽 설치공법에 따르면 기계적 강도는 물론이고 불투수 특성치인 투수계수가 매우 작고 표면 균열 등의 현상이 전혀 발생하지 않는 차수벽의 형성이 가능하다.

Claims

원지반에 상광하협형으로 터파기를 진행한 후 바닥면과 이와 일체로 연결된 경사 법면 모두에 고화토층 형성하고, 이 고화토층의 표면으로부터 일정심도까지 고화토층의 조직보다 밀실하게 충진되는 강화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 차수벽 설치공법.
제 1 항에 있어서, 고화토층은 중량비로 현장토 1000부에 대해 탄산칼슘을 30부 이내로 첨가한 후 시멘트 80∼120부를 혼합하여 교반하고, 물에 선택적으로 고화제 S와 고화제 F 1종 이상을 2∼4부 희석한 수용액을 살포·배합한 것을 고결시킨 것임을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 차수벽 설치공법.
제 2 항에 있어서, 고화제 S는 염화나트륨, 염화칼슘, 염화칼륨, 염화마그네슘, 염화암모늄에서 선택된 2종 이상의 혼합무기염 80%, 나프탈렌 술폰산소다 10%, 카르복시 메틸셀룰로오스 10%로 조성된 것임을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 차수벽 설치공법.
제 2 항에 있어서, 고화제 F는 SBR 라텍스, 쿠마론 인덴 수지, 폴리비닐알콜을 포함하는 수용성 고분자계 고화제임을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 차수벽 설치공법.
제 1 항에 있어서, 강화층은 물에 실리카졸 J 용액을 1 : 1∼2의 부피비로 혼합한 수용액을 고화토층의 표면에 살포하여 침투·형성시킨 것임을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 차수벽 설치공법.
제 5 항에 있어서, 고화토층의 표면적 1㎡에 대해 실리카졸 J 용액이 희석된 수용액을 0.6∼1.2ℓ살포하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 차수벽 설치공법.
제 5 항과 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카졸 J 용액은 고형분 10% 이상의 실리카 콜로이드 용액인 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 차수벽 설치공법.