KR20060032905A - 지반보강용 그라우팅 장치 및 공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대규모 터널, 대규모 붕괴사면 및 지하굴착시에 터널 및 사면의 보강 또는 보호를 위하여 토사, 풍화암 굴착면에 수평방향이나 상하 경사방향으로 지반에 천공된 굴착공에 적어도 한개 이상의 주입재 토출용 관통공이 형성된 보강재 겸용 주입관을 설치하고, 상기 주입관과 평행하게 보강재를 배치하고, 상기 주입재의 밀실한 충전정도를 확인하기 위하여 실링호스를 설치하며, 급결성 팽창재룰 충전시켜 상기 보강재 겸용 주입관과 보강재 및 실링호스가 설치된 굴착공 입구를 소정깊이까지 밀봉시켜 지반을 보강하도록 한 지반보강용 그라우팅 장치 및 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 공법은 사면의 수평방향이나 상하 경사방향으로 지반을 천공하여 굴착공을 형성하는 단계; 소정의 단면형상으로 형성됨과 동시에 가운데에 중공부가 형성된 간격 및 위치고정구와; 상기 간격 및 위치고정구의 중공부에 삽입되며, 다수의 주입재 토출용 관통공이 형성된 보강재 겸용 주입관과; 상기 간격 및 위치고정구의 측면에 적어도 한개 이상이 고정 설치되는 보강재와; 상기 지반의 굴착공에 주입재의 충전여부를 확인하기 위하여 설치된 실링호스로 구성되는 지반보강용 그라우팅 장치를 설치하는 단계; 상기 지반보강용 그라우팅 장치의 보강재 겸용 주입관을 통해 주입재를 주입하여 굴착공의 내부 및 굴착공 주변부의 이완된 지반이나 공극 또는 불연속면 사이를 밀실하게 충전시키는 단계; 상기 실링호스를 통해 지반의 내부 충전정도를 확인 하는 단계를 순차적으로 시행하여, 지반을 견고하게 보강함을 특징으로 한다.
지반보강용 그라우팅 장치 및 그라우팅 공법

Description

지반보강용 그라우팅 장치 및 공법{The pressure type grouting equipment for ground reinforcement, and a method of construction}
도 1은 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치의 간격 및 위치고정구를 도시한 사시도1,
도 3은 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치의 간격 및 위치고정구를 도시한 사시도2,
도 4는 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치의 간격 및 위치고정구를 도시한 사시도3,
도 5는 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치를 이용하여 지반을 보강하는 상태를 도시한 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치를 이용하여 지반을 보강하는 상태를 도시한 단면도.
-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-
10 : 간격 및 위치고정구 12 : 중공부
14 : 고정부 16 : 소구경 중공부
18 : 삽입홈 20 : 보강재 겸용 주입관
22 : 주입재 토출용 관통공 30 : 보강재
40 : 실링호스 50 : 밴드철선
60 : 팽창성 급결재 70 : 주입재
A : 지반보강용 그라우팅 장치 G : 지반
H : 굴착공
본 발명은 지반보강용 그라우팅 장치 및 공법에 관한 것으로, 특히 대규모 터널, 대규모 붕괴사면 및 지하굴착시에 터널 및 사면의 보강 또는 보호를 위하여 토사, 풍화암 굴착면에 수평방향이나 상하 경사방향으로 지반에 천공된 굴착공에 적어도 한개 이상의 주입재 토출용 관통공이 형성된 보강재 겸용 주입관을 설치하고, 상기 주입관과 평행하게 철근을 배치하고, 상기 주입재의 밀실한 충전정도를 확인하기 위하여 실링호스를 설치하며, 급결성 팽창재룰 충전시켜 상기 보강재 겸용 주입관과 철근 및 실링호스가 설치된 굴착공 입구를 소정깊이까지 밀봉시켜 지반을 보강하도록 한 지반보강용 그라우팅 장치 및 공법에 관한 것이다.
일반적으로, 사면 안정공으로 유럽 및 미국지역에서 가장 널리 이용되는 쏘 일 네일공법은 천공, 네일의 설치, 시멘트 밀크의 채움, 숏크리트 타설, 굴착 등의 순서로 이루어지는 지반보강공법이다.
상기한 쏘일 네일공법에 의한 시공은 지반의 천공된 구멍에 네일을 삽입하고, 무압으로 시멘트 밀크를 천공 구멍 내부로 그라우팅을 하고, 와이어 메쉬를 상기 벽면에 설치하며, 와이어 메쉬 위에 철근을 가로 및 세로로 배치한 후, 네일에 체결되는 지압판 및 너트로 상기 철근을 압착 및 고정한 후 숏크리트를 타설하는 방법이다.
한편, 상기한 바와 같은 쏘일 네일공법중 그라우팅은 천공된 구멍의 내부를 완전히 충전시켜야 하는데, 그라우팅방식을 중력식 그라우팅방식을 채택하므로 고결 시간이 길고, 물/시멘트비(W/C ≒45%)에 의해 수축현상이 발생하여 3∼6차례 정도의 반복 그라우팅이 요구됨에 시공성이 저하되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 대규모 터널, 대규모 붕괴사면 및 지하굴착시에 터널 및 사면의 보강 또는 보호를 위하여 토사, 풍화암 굴착면에 수평방향이나 상하 경사방향으로 지반에 천공된 굴착공에 적어도 한개 이상의 주입재 토출용 관통공이 형성된 보강재 겸용 주입관을 설치하고, 상기 주입관과 평행하게 철근을 배치하고, 상기 주입재의 밀실한 충전정도를 확인하기 위하여 실링호스를 설치하며, 급결성 팽창재룰 충전시켜 상기 보강재 겸용 주입관과 철근 및 실링호스가 설치된 굴착공 입구를 소정깊이까지 밀 봉시켜 지반을 보강하도록 한 지반보강용 그라우팅 장치 및 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치는 지반에 소정의 직경 및 깊이로 굴착공을 천공하고, 상기 굴착공에 지반 보강용 그라우팅 장치를 설치하며, 상기 지반 보강 그라우팅 장치에 주입재를 충전하여 지반을 보강하는 지반보강용 그라우팅 장치에 있어서, 상기 지반보강용 그라우팅 장치는 지반의 굴착공에 삽입되며, 소정의 단면형상으로 형성됨과 동시에 가운데에 중공부가 형성된 간격 및 위치고정구와; 상기 간격 및 위치고정구의 중공부에 삽입되며, 다수의 주입재 토출용 관통공이 형성된 보강재 겸용 주입관과; 상기 간격 및 위치고정구의 측면에 적어도 한개 이상이 고정 설치되는 보강재와; 상기 지반의 굴착공에 주입재의 충전여부를 확인하기 위하여 설치된 실링호스로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 공법은 사면의 수평방향이나 상하 경사방향으로 지반을 천공하여 굴착공을 형성하는 단계; 소정의 단면형상으로 형성됨과 동시에 가운데에 중공부가 형성된 간격 및 위치고정구와; 상기 간격 및 위치고정구의 중공부에 삽입되며, 다수의 주입재 토출용 관통공이 형성된 보강재 겸용 주입관과; 상기 간격 및 위치고정구의 측면에 적어도 한개 이상이 고정 설치되는 보강재와; 상기 지반의 굴착공에 주입재의 충전여부를 확인하기 위하여 설치된 실링호스로 구성되는 지반보강용 그라우팅 장치를 설치하는 단계; 상기 지반보강용 그라우팅 장치의 보강재 겸용 주입관을 통해 주입재를 주입하여 굴착공의 내부 및 굴착공 주변부의 이완된 지반이나 공극 또는 불연속면 사이를 밀실하게 충전시키는 단계; 상기 실링호스를 통해 지반의 내부 충전정도를 확인하는 단계를 순차적으로 시행하여, 지반을 견고하게 보강함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치를 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치의 간격 및 위치고정구를 도시한 사시도1이며, 도 3은 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치의 간격 및 위치고정구를 도시한 사시도2이며, 도 4는 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치의 간격 및 위치고정구를 도시한 사시도3이며, 도 5는 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치를 이용하여 지반을 보강하는 상태를 도시한 예시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치를 이용하여 지반을 보강하는 상태를 도시한 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치는 지반에 소정의 직경 및 깊이로 굴착공을 천공하고, 상기 굴착공에 지반 보강용 그라우팅 장치를 설치하며, 상기 지반 보강 그라우팅 장치에 주입재를 충전하여 지반을 보강하는 지반보강용 그라우팅 장치에 있어서, 상기 지반보강용 그라우팅 장치(A)는 지반(G)의 굴착공(H)에 삽입되며, 소정의 단면형상으로 형성됨과 동시에 가운데에 중공부(12)가 형성된 간격 및 위치고정구(10)와; 상기 간격 및 위치고정구 (10)의 중공부(12)에 삽입되며, 다수의 주입재 토출용 관통공(22)이 형성된 보강재 겸용 주입관(20)과; 상기 간격 및 위치고정구(10)의 측면에 적어도 한개 이상이 고정 설치되는 보강재(30)와; 상기 지반(G)의 굴착공(H)에 주입재(70)의 충전여부를 확인하기 위하여 설치된 실링호스(40)로 구성된다.
여기서, 상기 보강재 겸용 주입관(20)은 FRP관, 강관, PVC관, 탄소섬유관 중 어느 하나로 구성된다.
또한, 상기 보강재(30)는 강봉, 탄소형 강관, 탄소섬유봉 및 FRP(fiberglass reinforced plastics)봉 또는 이형철근 중 어느 하나로 구성된다.
여기서, 상기 보강재(30)는 고정부재에 의해서 간격 및 위치고정구(10)에 고정 설치된다.
상기 고정부재는 밴드철선(50), 철띠, 벤딩장치 중 어느 하나로 구성되며, 본 발명에서는 고정부재의 하나인 밴드철선(50)만을 대상으로 편의상 설명하였으며, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 기타 철띠나 벤딩장치를 이용하여 본 발명을 구현할 수도 있음을 밝혀둔다.
그리고, 상기 간격 및 위치고정구(10)는 전체적으로 마름모 형상으로 이루어지되, 가운데에 중공부(12)가 형성되고, 외측면에는 적어도 한개 이상이 고정부(14)가 형성되거나, 전체적으로 원판 형상으로 이루어지되, 가운데에 중공부(12)가 형성되고, 외주면에는 내측으로 적어도 한개 이상의 고정부(14)가 반달형상으로 요입 절개 형성되며, 외주면에는 소정의 깊이로 삽입홈(18)이 형성된 구조이다.
이와 같은 간격 및 위치고정구(10)는 가운데에 형성된 중공부(12)에 보강재 겸용 주입관(20)을 삽입하고, 고정부(14)에 보강재(30)를 삽입한 후, 외주면을 밴드철선(50)으로 묶은 후, 밴드철선(50)을 삽입홈(18)내에 위치시킴으로써, 별개로 분리된 부재를 하나의 조립체로 형성하여 부재의 보관 및 시공이 용이한 작용효과가 있다.
또한, 상기 밴드철선(50)이 간격 및 위치고정구(10)의 측면으로 돌출되지 않는 구조이므로, 굴착공(H)의 직경내에 간격 및 위치고정구(10)를 용이하게 삽입할 수 있다.
특히, 상기 간격 및 위치고정구(10)는 원판형상으로 이루어지되, 상기 원판의 가운데에 중공부(12)가 형성되고, 원판의 외주면을 따라 내측으로 소구경 중공부(16)가 형성된 구조를 채택하여, 상기한 밴드철선(50)이 필요 없도록 한 점에 기술적 사상의 특징이 있다.
즉, 보강재(30)가 소구경 중공부(16)내에 삽입되므로, 보강재(30)를 감싸기 위한 별도의 밴드철선(50)이 불필요한 이점이 있다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 지반 보강용 그라우팅 장치를 이용한 지반 보강에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 공법은 사면의 수평방향이나 상하 경사방향으로 지반(G)을 천공하여 굴착공(H)을 형성하는 단계; 상기 굴착공(H)에 소정의 단면형상으로 형성됨과 동시에 가운데에 중공부(12)가 형성된 간격 및 위치고정구(10)과; 상기 간격 및 위치고정구(10)의 중공부(12)에 삽입되며, 다수의 주입재 토출용 관통공(22)이 형성된 보강재 겸용 주입관(20)과; 상기 간격 및 위치고정구(10)의 측면에 적어도 한개 이상이 고정 설치되는 보강재(30)와; 상기 지반(G)의 굴착공(H)에 주입재(70)의 충전여부를 확인하기 위하여 설치된 실링호스(40)로 구성되는 지반보강용 그라우팅 장치(A)를 설치하는 단계; 상기 굴착공(H)에 급결성 팽창재(60)를 주입하여 지반보강용 그라우팅 장치(A)의 굴착공(H) 입구까지 소정의 깊이를 밀봉시키는 단계;
상기 지반보강용 그라우팅 장치(A)의 보강재 겸용 주입관(10)을 통해 주입재(70)를 주입하여 굴착공(H) 내부 및 굴착공(H) 주변부의 이완된 지반(G)이나 공극 또는 불연속면 사이를 밀실하게 충전시키는 단계; 상기 실링호스(40)을 통해 지반의 내부 충전정도를 확인하는 단계를 순차적으로 시행하여, 지반(G)을 견고하게 보강함을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 공법은 사면의 수평방향이나 상하 경사방향으로 지반(G)을 천공하여 굴착공(H)을 형성한 후, 상기 굴착공에 지반보강용 그라우팅 장치를 설치한다.
이때, 상기 지반보강용 그라우팅 장치는 소정의 단면형상으로 형성됨과 동시에 가운데에 중공부(12)가 형성된 간격 및 위치고정구(10)와; 상기 간격 및 위치고정구(10)의 중공부(12)에 삽입되며, 다수의 주입재 토출용 관통공(22)이 형성된 보강재 겸용 주입관(20)과; 상기 간격 및 위치고정구(10)의 측면에 적어도 한개 이상이 고정 설치되며, 강봉, 탄소형 강관, 탄소섬유봉 및 FRP(fiberglass reinforced plastics)봉 또는 이형철근 중 어느 하나로 구성되는 보강재(30)와; 상기 지반(G) 의 굴착공(H)에 주입재(70)의 충전여부를 확인하기 위하여 설치된 실링호스(40)로 구성된다.
여기서, 상기 간격 및 위치고정구(10)에는 중공부(12)에 보강재 겸용 주입관(20)을 삽입하고, 고정부(14)에 보강재(30)를 삽입한 후, 밴드철선(50)으로 묶은 후, 상기 밴드철선(50)을 삽입홈(18)에 위치시켜 조립체를 형성할 수도 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같은 간격 및 위치고정구(10)를 사용하면 소구경 중공부(16)에 보강재(30)가 삽입 고정됨으로 인하여, 밴드철선(50)의 사용이 불필요해지는 조립체를 형성할 수도 있음을 밝혀둔다.
한편, 필요에 따라 상기 굴착공(H)에 주입재(70)를 주입하기 전에 초급결 방수재인 CEROMAX CX-1(건설/토목용 초급결 방수재인 화학제품임) 또는 발포성 우레탄을 주입하여 지반보강용 그라우팅 장치(A)의 굴착공(H) 입구까지 소정의 깊이를 밀봉시킨 후에, 상기한 주입재(70)를 충전하여 지반보강용 그라우팅 작업을 수행할 수도 있음을 밝혀둔다.
이어서, 상기 굴착공(H)에 상기 지반보강용 그라우팅 장치(A)의 보강재 겸용 주입관(10)을 통해 주입재(70)를 주입하여 굴착공(H) 내부 및 굴착공(H) 주변부의 이완된 지반(G)이나 공극 또는 불연속면 사이를 밀실하게 충전시키는 한편, 상기 실링호스(40)를 통해 지반의 내부 충전정도를 확인하면 지반보강용 그라우팅 작업은 종료된다.
여기서, 이와 같은 주입재(70)의 주입은 단단주입 중 가압 또는 무압그라우팅 작업을 시행하며, 필요에 따라 다단주입중 가압그라우팅 작업을 시행할 수도 있 으며, 이는 현장 여건에 따라 선택적으로 사용할 수도 있음을 밝혀둔다.
특히, 상기 주입재(70) 충전작업은 1차로 시멘트 밀크를 주입하고, 느슨한 지반에서는 천공시 이완된 천공홀 주변의 작은 공간을 밀실하게 충전하기 위해 2차로 시멘트 밀크(물/시멘트 비≒ 45%)를 추가로 주입할 수도 있음을 밝혀두는 바이다.
한편, 상기한 보강재 겸용 주입관(20)의 입구에는 별도로 니플을 설치하여, 외부의 주입재 공급호스와 견고하게 결합되도록 할 수도 있음을 밝혀둔다.
최종적으로 상기한 지반보강용 그라우팅 장치(A)의 두부는 캡콘크리트를 타설하거나 혹은 알루미늄캡을 씌워서 마감처리 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지반보강용 그라우팅 장치 및 공법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 기존의 탄소형 강관, 이형철근을 구조용 보강재로 이용하면서 강관 및 고압 호스를 이용하여 굴착공을 밀실하게 충전하여 구조용 보강재와 주입재를 일체화시킴으로써 기존의 순수한 시멘트 밀크의 주입에 비해 강력한 지반 보강 효과를 발휘할 수 있다.
둘째, 본 발명은 시멘트 밀크를 주된 주입재로 사용함으로써 기존 공법에 비해 고결체의 압축 강도가 매우 커서 하중 분담 측면에서 매우 유리한 장점이 있다.
셋째, 본 발명은 기존의 별개로 이루어진 지반보강용 그라우팅 장치를 하나의 조립체로 형성함으로써, 보관 및 사용상 편리한 이점이 있다.

Claims (12)

  1. 지반에 소정의 직경 및 깊이로 굴착공을 천공하고, 상기 굴착공에 지반 보강용 그라우팅 장치를 설치하며, 상기 지반 보강 그라우팅 장치에 주입재(70)를 충전하여 지반을 보강하는 지반보강용 그라우팅 장치에 있어서,
    상기 지반보강용 그라우팅 장치(A)는 지반(G)의 굴착공(H)에 삽입되며, 소정의 단면형상으로 형성됨과 동시에 가운데에 중공부(12)가 형성된 간격 및 위치고정구(10)와;
    상기 간격 및 위치고정구(10)의 중공부(12)에 삽입되며, 다수의 주입재 토출용 관통공(22)이 형성된 보강재 겸용 주입관(20)과;
    상기 간격 및 위치고정구(10)의 측면에 적어도 한개 이상이 고정 설치되는 보강재(30)와;
    상기 지반(G)의 굴착공(H)에 주입재(70)의 충전여부를 확인하기 위하여 설치된 실링호스(40)로 구성됨을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보강재 겸용 주입관(20)은 FRP관, 강관, PVC관, 탄소섬유관 중 어느 하나로 구성됨을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보강재(30)는 강봉, 탄소형 강관, 탄소섬유봉, FRP봉, 이형철근 중 어느 하나로 구성됨을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 간격 및 위치고정구(10)는 전체적으로 마름모 형상으로 이루어지되, 가운데에 중공부(12)가 형성되고, 외측면에는 적어도 한개 이상의 고정부(14)가 형성됨을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 간격 및 위치고정구(10)는 전체적으로 원판 형상으로 이루어지되, 가운데에 중공부(12)가 형성되고, 외주면에는 내측으로 적어도 한개 이상의 고정부(14)가 반달형상으로 요입 절개 형성됨을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 간격 및 위치고정구(10)는 원판형상으로 이루어지되, 상기 원판의 가운 데에 중공부(12)가 형성되고, 원판의 외주면을 따라 내측으로 적어도 한개 이상의 소구경 중공부(16)가 형성됨을 특징으로 지반보강용 그라우팅 장치.
  7. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 보강재(30)는 고정부재에 의해서 간격 및 위치고정구(10)에 고정 설치됨을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 간격 및 위치고정구(10)에는 그 외주면을 따라 소정의 깊이로 삽입홈(18)이 형성됨을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 고정부재는 밴드철선(50), 철띠, 벤딩장치 중 어느 하나로 구성됨을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 삽입홈(18)에는 밴드철선(5)이 고정 설치됨을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 장치.
  11. 사면의 수평방향이나 상하 경사방향으로 지반(G)을 천공하여 굴착공(H)을 형성하는 단계;
    상기 굴착공(H)에 소정의 단면형상으로 형성됨과 동시에 가운데에 중공부(12)가 형성된 간격 및 위치고정구(10)와; 상기 간격 및 위치고정구(10)의 중공부(12)에 삽입되며, 다수의 주입재 토출용 관통공(22)이 형성된 보강재 겸용 주입관(20)과; 상기 간격 및 위치고정구(10)의 측면에 적어도 한개 이상이 고정 설치되는 보강재(30)와; 상기 지반(G)의 굴착공(H)에 주입재(70)의 충전여부를 확인하기 위하여 설치된 실링호스(40)로 구성되는 지반보강용 그라우팅 장치(A)를 설치하는 단계;
    상기 지반보강용 그라우팅 장치(A)의 보강재 겸용 주입관(20)을 통해 주입재(70)을 주입하여 굴착공(H) 내부 및 굴착공(H) 주변부의 이완된 지반(G)이나 공극 또는 불연속면 사이를 밀실하게 충전시키는 단계;
    상기 실링호스(40)를 통해 지반의 내부 충전정도를 확인하는 단계를 순차적으로 시행하여, 지반(G)을 견고하게 보강함을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 공법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 굴착공에 지반보강용 그라우팅 장치(A)를 설치한 후, 상기 굴착공(H)에 급결성 팽창재(60)를 주입하여 지반보강용 그라우팅 장치(A)의 굴착공(H) 입구까지 소정의 깊이를 밀봉시키는 단계를 추가함을 특징으로 하는 지반보강용 그라우팅 공법.
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