KR20090086862A - 연약지반 및 옹벽용 경량 성토재 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 경량 성토재는 폐타이어 조각 및 석탄회를 혼합하여 이루어진 것으로, 기존 성토재에 비해 경량으로 이를 연약지반 안정화 시공법의 성토재 또는 옹벽 뒤채움채로 이용할 경우 연약지반에 미치는 하중을 경감시켜 도로 및 철도 등의 성토에 의한 침하량을 감소시키고, 옹벽의 토압을 감소시킬 수 있다. 또한 폐타이어 및 석탄회 등의 산업폐기물을 토목 구조물의 성토재로 이용함으로써 환경문제를 해결함과 동시에, 자연골재의 고갈을 방지하여 자연 보호에 이바지하며, 안전하고 경제적인 구조물을 축조할 수 있다.

경량, 성토재, 폐타이어, 석탄회, 연약지반, 옹벽

Description

연약지반 및 옹벽용 경량 성토재 및 이를 이용한 시공방법{Light weight soil for soft ground and retaining wall, and construction method using the same}

본 발명은 연약지반 및 옹벽 등의 토목 구조물용 경량 성토재 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 폐타이어 조각 및 석탄회를 혼합하여 이루어진 토목 구조물용 경량 성토재 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

폐자원의 대량 활용을 도모할 수 있는 지반공학재료로서의 전환은 전 세계적인 추세이며, 국내에서도 천연골재 채취로 인한 자연환경 훼손방지, 토취장 확보의 문제, 자원고갈에 대비한 자원순환형 지반재료의 개발이 절실히 필요한 실정이다.

폐타이어의 경우 발생량이 해마다 급증하고 있어 야적장 확보의 어려움과 화재발생의 위험이 있으며, 석탄회의 경우 역시 수요와 공급상의 불균형에 의한 회사장에의 방치는 이미 환경문제로 심각하게 부각되고 있다.

한편, 경제성장과 각종산업의 유치를 위하여는 도로건설, 각종산업 지원시설 등의 산업기지 건설이 불가피하다. 이러한 건설 구조물의 축조에 있어서는 기초지 반의 보강이나 건설재료의 개발이 절대로 필요하게 되고, 또한, 도로의 포장에 있어서는 막대한 골재자원이 소요된다. 이러한 골재자원은 이미 많은 소모로 인해 점점 고갈되어 일부 지역에서는 건설수요에 미치지 못하고 있고, 앞으로도 계속적인 산업발전과 함께 수요가 증대됨에 따라 막대한 부족현상이 예상된다. 또한 건설재료가 각종 건설 구조물의 축조에 따른 건설단가에 영향을 미쳐 건설 산업발전의 저해요인으로 작용하게 되는 문제점이 생기게 된다. 뿐만 아니라 경제성장과 더불어 각종 산업의 활성을 위하여는 해안 매립지가 우선적으로 고려되는데, 그 이유는 자연환경과 경제적인 측면에서 고려된다. 그러나, 이러한 해안 매립지에서의 원 지반은 대부분 연약지반으로 구성되어 있어 각종 산업유치를 위한 조기의 개발 이용을 위하여는 여러 가지 어려움이 따른다. 그 중에서도 현장의 흙을 그대로 건설 구조물의 기초지반으로서 또는 건설재료로서 사용할 수 있는 기술이 필요하다. 이러한 면에서의 해결을 위해 건설분야에 있어서 많은 연구가 추진 중에 있고 토질 안정화 공법으로 국내외적으로 30여 개 이상의 공법이 개발되어 있다.

그러나, 연약지반 안정화 공법에서 성토재로 암, 흙(풍화토)을 주재료로 사용하고 있어 성토재의 건조단위중량(r_{d , max})이 약 1.8(ton/m³)으로 연약지반상에 성토될 경우 그 하중에 의한 침하량이 크게 발생된다. 또한, 장기적인 잔류침하량도 크게 발생하여 침하량을 관리하기 위한 추가적인 안정화 공법이 필요하며 그에 따른 공사 기간의 연장이 불가피하다.

또한, 산악지역에 도로나 철도공사를 수행하는 경우, 산사태나 낙석의 발생 을 방지하기 위하여 도로나 철도의 좌,우에 옹벽을 설치하는 것이 필수적이다. 기존에는 옹벽의 축조시 그 후위부의 뒤채움재로 일반 토사를 사용하여 왔다. 그러나, 상기 토사의 경우 비중이 2.65이상으로 폐타이어(비중 1.0)나 석탄회(비중 약 2.1)에 비해 상대적으로 크기 때문에, 이를 옹벽의 뒤채움재로 사용할 경우 큰 토압이 상기 옹벽에 작용하게 된다. 이에 따라, 상기 토압을 옹벽이 이기지 못하고 무너지는 사례가 빈번하며, 또한 투수율이 작기 때문에 배수가 제대로 이루어지지 않으며, 동절기에 옹벽의 뒷채움재가 동결할 경우 체적팽창으로 옹벽에 균열이 발생하여 무너지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 산업 발달로 인해 발생되는 폐타이어 및 석탄회 등의 산업폐기물을 재활용함으로써 환경문제를 해결함과 동시에, 자연골재의 고갈을 방지하여 자연 보호에 이바지하며, 안전하고 경제적인 구조물을 축조할 수 있는 토목 구조물용 경량 성토재를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 경량 성토재는 폐타이어 조각 및 석탄회를 혼합하여 이루어진 것으로, 기존 성토재에 비해 연약지반에 미치는 하중을 경감시켜 도로 및 철도 등의 성토에 의한 침하량을 감소시키고, 옹벽의 토압을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폐타이어 조각은 5~30cm의 길이를 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 석탄회는 바텀 애쉬 및 플라이 애쉬 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폐타이어 조각 및 석탄회의 부피비는 40:60 내지 60:40일 수 있다.

또한 본 발명은 상기한 경량 성토재를 이용하여 연약지반을 시공하는 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기존 성토재에 비해 경량의 성토재를 이용하여 연약지반을 시공함으로써, 연약지반에 미치는 하중을 경감시켜 연약지반 침하량을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 성토재를 옹벽 뒤채움재로 이용하는 경우, 옹벽에 작용하는 토압을 경감시킬 수 있어 옹벽의 경제적 설계가 가능하며, 또한 투수성능이 우수하여 별도의 배수공법을 필요로 하지 않는다.

나아가 대량으로 발생되고 있는 폐타이어 및 석탄회 등의 폐기물을 재활용함으로써 폐기물 처리에 따른 환경문제를 해결할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토목 구조물용 경량 성토재는 폐타이어 조각 및 석탄회의 혼합으로 이루어진다.

폐타이어는 각종 차량에 장착되는 모든 종류의 폐타이어가 사용가능하며, 폐타이어를 분쇄하여 폐타이어 칩(chip) 또는 폐타이어 슈레드(shred) 형태로 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 폐타이어 조각은 5~30cm의 길이를 갖는다. 상기 폐타이어를 5cm보다 작게 분쇄하는 경우 폐타이어 절단을 미세하게 하여야 하므로 절단작업에 따른 비용이 증가되고, 가공비용이 증가한다. 따라서, 경제성 면에서 상기 폐타이어 조각이 5cm이상의 길이를 갖도록 가공하는 것이 바람직하다. 또한, 폐타이어 조각의 길이가 30cm를 초과하는 경우에는 시공의 어려움과 이에 따른 소기의 다짐도를 확보하기 어려운 문제점이 있다.

상기 석탄회는 바텀 애쉬(Bottom Ash) 및 플라이 애쉬(Fly Ash) 중 어느 하나 이상의 혼합으로 이루어진다. 상기 석탄회는 발생장소에 따라 플라이 애쉬, 바텀 애쉬로 구분된다. 이중 바텀 애쉬는 연소실 하부에서 발생되는 회로 총 석탄회 발생량 중에 약 10~15%를 차지하고 있다. 그러나, 발생량에 비해 이를 처리하기 위한 매립지나 처리시설의 확보가 어려워 석탄회의 처리에 대한 문제가 국가, 사회적으로 주요시되고 있다. 반면, 플라이 애쉬의 경우 약 60%정도가 콘크리트 혼화재 등으로 활용되고 있다. 따라서, 바텀 애쉬를 경량 성토재로 사용하여 재활용하는 것이 더욱 절실하다. 상기 석탄회는 기존 성토재인 풍화토 또는 모래와 비슷한 입도 분포를 가지므로 투습성이 뛰어나며, 기존 성토재의 대체재로 사용할 수 있다.

상기 폐타이어 조각 및 석탄회는 40:60 내지 60:40의 부피비로 혼합될 수 있으며, 상기 경량 성토재가 성토재로서 요구되는 물성을 확보하기 위해서 폐타이어 조각 및 석탄회는 50:50의 부피비로 혼합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폐타이어 조각 및 석탄회는 30:70 내지 40:60의 중량비로 혼합될 수 있다. 바람직하게는 35:65의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 폐타이어 조각 및 석탄회를 상기 중량비의 범위로 혼합할 경우 경량 성토재의 강도가 가장 크게 발현될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 성토재를 이용하여 옹벽 뒤채움재로 이용할 경우, 상기 폐타이어 조각과 상기 석탄회를 40:60 내지 60:40의 부피비로 혼합하여 옹벽의 후위부를 매립하는 것이 바람직하다.

상기 폐타이어 조각 및 석탄회의 혼합으로 이루어진 경량 성토재는 건조단위중량(r_{d , max})이 약 1.1(ton/m³)으로, 건조단위중량(r_d,max)이 약 1.8(ton/m³)인 기존 성토재 대비 약 40% 정도의 하중 경감 효과를 갖는다. 따라서, 상기 폐타이어 조각과 석탄회의 혼합하여 이루어진 경량 성토재는 전체 비중이 경량이면서 투수성이 우수하다.

이러한 본 발명에 따른 경량 성토재를 연약지반상 축조되는 도로 또는 철도 등의 성토재로 이용하는 경우 기존 성토재 대비 하중 경감 효과가 기대되므로 연약지반 침하량을 감소시키면서 연약지반 성토재로서 일정한 강도 발현이 가능하다. 따라서, 추가적인 연약지반 안정화 공법이 불필요하므로 연약지반 시공이 간소화되고, 침하촉진 공법 등에 필요한 공사기간을 단축시킬 수 있다. 또한 우수한 투수특성으로 별도의 배수공법이 불필요하다.

또한, 철도 등의 성토재로 이용하는 경우 철도 노반의 소음 및 진동을 저감시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 성토재를 옹벽 뒤채움재로 이용하는 경우 중량이 가볍 고 배수가 잘 되며, 옹벽에 작용하는 토압을 경감시킬 수 있으므로 옹벽의 두께를 줄여 옹벽의 경제적인 설계가 가능하다.

나아가 대량으로 발생되는 폐타이어 및 석탄회를 토목 구조물용 재료로 활용하므로 폐기처분시 발생하는 환경문제 등 사회문제의 해결할 수 있으며, 천연골재의 대체효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경량 성토재를 이용하여 연약지반을 시공하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량 성토재를 이용하여 옹벽 뒤채움 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하며 본 발명에 따른 경량 성토재를 이용하여 연약지반을 시공하는 방법과 옹벽의 뒤채움 과정을 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 경량 성토재를 이용하여 연약지반을 시공하는 방법은 다음과 같다. 연약지반(10) 상에 폐타이어 조각과 석탄회의 혼합으로 이루어진 경량 성토재(20)를 일정한 높이로 적층한다. 상기 경량 성토재(20)의 높이는 상기 연약지반 상에 축조되는 도로 또는 철도 등의 축조물에 따라 정해진다. 상기 경량 성토재(20)상에 기존의 성토재인 흙 또는 모래 등의 토사(30)를 적층한다. 다음으로 포장층(40)으로 보조기층 및 기층을 쌓고, 그 위에 아스팔트재(50)로 도로포장을 하여 연약지반상의 아스팔트 보강공사가 완료된다.

이처럼, 본 발명의 따른 경량 성토재(20)을 연약지반상에 형성한 후에 기존의 성토재를 적층함으로써, 도로 또는 철도 축조시 요구되는 높이를 확보함과 동시에 하중을 감소시켜 연약지반의 침하량을 감소시킬 수 있다. 그에 따라 시공구조물 의 안정성을 확보할 수 있으며, 시공기간을 단축할 수 있다. 뿐만 아니라, 폐타이어 및 석탄회를 재활용하므로 환경오염을 방지할 수 있다.

한편, 부직포(Geotextile) 등의 토목 섬유(60)를 사용하여 상기 경량 성토재(20)를 감싸서 인접 골재와 분리하여 시공시 인접 골재의 토분이 상기 경량 성토재(20) 내로 침투되는 것을 방지할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 경량 성토재(20)을 옹벽 뒤채움재로 사용한 일예를 설명한다.

도 2를 참조하면, 옹벽(110)의 후위부를 경량 성토재(120)를 이용하여 일정한 폭으로 뒤채움한다. 이후 기존 성토재(130)를 이용하여 옹벽(110)의 나머지 후위부를 뒤채움한다. 한편, 토목 섬유(140)을 사용하여 상기 경량 성토재(120)를 감싸서 상기 기존 성토재로부터 분리시킬 수 있다.

이와 같이 시공하면, 경량성 성토재(120)의 건조단위중량이 감소하여 옹벽(110)에 작용하는 토압이 경감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 배수기능이 향상된다. 이는 결국 옹벽의 벽체두께 및 철근량을 줄일 수 있는 것이며, 이에 따라 재료비 및 인건비, 공사기간을 그 만큼 감소시킬 수 있어 경제적으로 되는 것이다.

비록 본 발명이 상기 언급된 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경량 성토재를 이용하여 연약지반을 시공하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량 성토재를 이용하여 옹벽 뒤채움 과정을 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 -- 연약지반 20 -- 경량 성토재

110 -- 옹벽 120 -- 경량 성토재

Claims (4)

1. 폐타이어 조각; 및

   바텀 애쉬 및 플라이 애쉬 중 어느 하나 이상으로 이루어진 석탄회의 혼합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연약지반 및 옹벽용 경량 성토재.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 폐타이어 조각은 5~30cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 연약지반 및 옹벽용 경량 성토재.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 폐타이어 조각 및 석탄회의 부피비는 40:60 내지 60:40인 것을 특징으로 하는 연약지반 및 옹벽용 경량 성토재.
4. 제 1항 내지 제3항에 의한 경량 성토재를 이용하여 연약지반을 시공하는 방법으로서,

   연약지반 상에 상기 경량 성토재를 적층하는 단계; 및

   상기 경량 성토재상에 토사를 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공방법.

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