KR20140098416A - 지반개량을 위한 고화토 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반개량을 위한 고화토 형성방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 지반개량을 위한 고화토 형성방법은, 지반을 굴착하는 단계와, 굴착된 지반에서 발생된 현장발생토에 일정량의 시멘트를 혼합하고 교반하여 소일시멘트를 형성하는 단계와, 고화제와 물을 혼합하여 고화제수용액을 준비하는 단계와, 상기 현상발생토의 토사함수율에 따라 상기 고화제수용액을 상기 소일시멘트에 일정량 분사하여 혼합하여 고화토를 형성하는 단계를 구비하여, 함수비가 높은 지반과 현지특성상 강우가 잦고 뻘 형태로 물의 고임현상이 심한 곳에서도 빠른 고결현상을 보이는 등 고화효과가 현저히 향상될 뿐만 아니라 고화처리를 위한 시멘트 사용량이나 유기물질의 고화효과가 종래에 비하여 현저히 향상될 수 있고, 고화처리를 위한 현장에서의 시멘트를 그대로 사용하면서 고화제만을 이송 및 운반하면 되므로 종래의 혼합고화재에 비하여 과다사용을 줄일 수 있어 물류비를 줄이고 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 지반의 고화처리를 위한 시공이 간편하고, 현장상황에 따라 적절하게 물량조정이 용이한 이점이 있다.

Description

지반개량을 위한 고화토 형성방법{SOLIDIFIED SOIL FORMING METHOD FOR IMPROVING GROUND USING}

본 발명은 지반개량을 위한 고화토 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시공현장에서 발생하는 현장발생토를 이용하여 고화토를 형성하고 이를 이용하여 차수성능 및 강도성능이 향상된 구조물의 지내력 기초를 형성하거나 연약지반을 개량하는 지반개량을 위한 고화토 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로, 건물이나 구조물을 세우는 경우, 지반의 조건이나 건물 또는 구조물의 하중에 따라 상부 구조물을 지지하고 상부 구조물로부터 전달되는 하중을 지반에 전달하기 위하여 기초를 설치하고 있다.

또한, 구조물이 설치되어야 하는 지반이 점토나 사질토 등 연약 지반인 경우에는 연약지반을 개량하거나 안정된 지반에까지 도달하는 말뚝을 타설하거나 매입하여 지반을 보강하고 있다.

연약지반의 개량공법으로는 선행재하공법, 치환공법, 배수공법, 진동다집공법 등의 다양한 공법이 있고, 근래에는 모래다짐말뚝공법이 도입되고 있다. 그러나, 최근 양질의 모래자원부족과 단가상승으로 인하여, 모래 대신에 자갈이나 쇄석 또는 슬래그를 사용하는 경우가 많으며 특히 쇄석말뚝공법이 자주 이용되고 있다.

쇄석말뚝공법은 비교적 강성이 크고 압축성이 작은 조립질 재료를 연약한 점성토지반 및 느슨한 사질토 지반에 치환율 10~35%로 다져 시공하므로 연약한 점성토 지반에서는 기초지반의 지지력 증가와 침하량 감소, 압밀배수에 의한 지반개량효과를 얻으며, 사질토 지반에서는 지진 발생시 액상화방지에 효과적인 공법이지만, 개량깊이가 10m보다 크면 깊은 말뚝의 시공에 비해 비경제적이므로 양호한 지반의 깊이가 깊은 경우 쇄석말뚝을 시행하기가 곤란하다는 문제점이 있었다.

이러한 연약지반 개량방법으로서, 한국특허 제226153호에는, 주입로드의 선단부에 설치된 노즐로부터 고압수 및 압축공기를 분사시켜 지반토를 절삭해서 물과 혼합된 죽상태로 만들어 이를 지상으로 배출되도록 함과 동시에 주입로드재의 큰 공간부를 통해 모래나 자갈 또는 레미콘 등과 같은 지반개량재를 투입함으로써, 이 지반개량재가 상부의 죽상태로 혼합된 지반토를 지상으로 밀어올려 배출시키면서 절삭부분을 지반개량재로 치환시켜 연약지반을 개량하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 종래기술은 지반토를 죽상태로 만들어 지상으로 배출하여 버리게 되므로, 현장에서의 산업쓰레기가 많이 발생하고, 천공된 부분에 레미콘 등의 고가의 재료를 투입하여야 하므로, 시공비용이 상승한다고 하는 문제점이 있었다.

또한, 지반이 연약한 해안습지나 하천, 호수 등에서의 공사시 그 지반으로 사람이나 장비등이 진입할 수 있도록 표면층을 고화처리하거나 기초지반을 보강하기 위하여 심층을 고화처리하기도 하며 나아가 말뚝박기 등의 공사를 통해 지반을 견고하게 만들기도 한다.

그러나, 연약지반을 고화처리하기 위해서 종래에는 보편적으로 일반시멘트를 이용한 1960년대에 개발되어 사용되어 온 시멘트계슬러리를 이용한 고화처리공법 등을 사용하여 왔으며 어느 정도 효과를 가지고 있으나 지반이 연약한 습지나 뻘 또는 지하수나 취출수의 용출이 많은 지반에서는 지반을 굴착한 후 현장에서 발생하는 수분을 계속하여 제거하여야 하거나 고화처리하기 위하여 많은 양의 시멘트를 사용하여야 하므로 지반의 고화처리를 위하여 많은 비용과 시간이 소모된다고 하는 문제점이 있었을 뿐만 아니라, 함수비가 높은 지반에서는 고화처리를 위한 시멘트 등의 재료의 운반 및 보관 등 물류비가 많이 소요된다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 함수비가 높은 지반의 개량에 있어서도 물류비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 지반의 고화처리를 위한 시공이 간편하고, 현장상황에 따라 적절하게 물량조정이 용이한 고화토 형성방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 지반개량을 위한 고화토 형성방법은, 지반을 굴착하는 단계와, 굴착된 지반에서 발생된 현장발생토에 일정량의 시멘트를 혼합하고 교반하여 소일시멘트를 형성하는 단계와, 고화제와 물을 혼합하여 고화제수용액을 준비하는 단계와, 상기 현상발생토의 토사함수율에 따라 상기 고화제수용액을 상기 소일시멘트에 일정량 분사하여 혼합하여 고화토를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 시멘트의 혼합량은 현장발생토 1㎥ 당 50㎏ ~ 400㎏의 범위이고, 상기 고화제의 혼합량은 현장발생토 1㎥ 당 1㎏ ~ 1.2㎏의 범위이고, 상기 고화제수용액은 고화제의 중량이 물의 중량의 1/10 이하인 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 고화제는 염화칼슘 22.4 ~ 24.7 중량%, 염화암모늄 12.0 ~ 17.0 중량%, 염화마그네슘 21.42 ~ 23.68 중량%, 황산마그네슘 7.0 ~ 12.0 중량%, 알민산 소다 8.0 ~ 11.0 중량%, 리그린 설폰산염 4.0 ~ 7.0 중량%, 스테아린산 마그네슘 2.5 ~ 3.5 중량%, 2가 철화합물 1.0 ~ 2.0 중량%로 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 고화제에는 포틀랜드 시멘트 30~40% 중량%, 고로슬래그 50 ~ 60 중량%, 석고 10 중량%로 이루어진 시멘트계 분말이 혼합되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 현장발생토의 토사함수율이 낮을 경우에는 상기 고화토는 배쳐 플랜트에서 교반되어 제작되는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 함수비가 높은 지반과 현지특성상 강우가 잦고 뻘 형태로 물의 고임현상이 심한 곳에서도 빠른 고결현상을 보이는 등 고화효과가 현저히 향상될 뿐만 아니라 고화처리를 위한 시멘트 사용량이나 유기물질의 고화효과가 종래에 비하여 현저히 향상될 수 있다.

또한, 종래와 같이 시멘트계 물질과 고화제를 프리믹스한 재료를 현장에서 토사와 배합하여 고화토를 형성하지 않고, 고화처리를 위한 현장에서의 시멘트를 그대로 사용하면서 고화제만을 이송 및 운반하면 되므로 종래의 혼합고화재에 비하여 과다사용을 줄일 수 있어 물류비를 줄이고 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 지반의 고화처리를 위한 시공이 간편하고, 현장상황에 따라 적절하게 물량조정이 용이한 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 고화토 형성방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 지반개량을 위한 고화토 형성방법에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.

본 실시예에 있어서, 고화제는 침투용 세라믹 바인더를 사용하는 것을 예로 할 수 있다. 상기 침투용 세라믹 바인더는 그 주요 성분인 Al2O3, CaO, CaSO4를 구성함에 있어서 Al2O3는 보크사이트와 알루미나 광물, CaO는 석회광물, CaSO4는 석고광물을 그대로 사용하며 이들 광물을 이론적 배합비로 혼합한 후 1200~1300℃로 2시간 이상 소성시켜서 팽창성 클링크(3CaO. 3Al2O3, CaSO4)를 생성하고, 상기 팽창성 클링크를 분쇄하여 균일한 입도가 되도록 분말상태로 제조한 후, 이를 수경화 반응시켜 에트린자이트를 생성한 후, 여기에 무기계 및 유기계 성분의 이질적 접착성분도 근접이 용이하도록 극성이 개량될 수 있는 수용성 음이온형(전하성질)의 규소 아크릴 수지를 공중합물(共重合物)로 하여 에멀죤 분말화시켜 상기 무기고화제(클링커)에 첨가시켜 세라믹 혼화제로 제조한 것이다.

상기 고화제는 사용목적이나, 현장의 상태에 따라서, 고강도 세라믹 바인더 (#4,200 ~ #5,000/kg) 또는 침투용 세라믹 바인더 : #4,000/kg)을 적절하게 선택하거나 혼합하여 사용할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서, 상기 고화제는 염화칼슘 22.4 ~ 24.7 중량%, 염화암모늄 12.0 ~ 17.0 중량%, 염화마그네슘 21.42 ~ 23.68 중량%, 황산마그네슘 7.0 ~ 12.0 중량%, 알민산 소다 8.0 ~ 11.0 중량%, 리그린 설폰산염 4.0 ~ 7.0 중량%, 스테아린산 마그네슘 2.5 ~ 3.5 중량%, 2가 철화합물 1.0 ~ 2.0 중량%로 구성된 토양고화제로 구성할 수 있다.

여기서, 상기 고화제에는 보강촉진제로서 포틀랜트 시멘트와 고로슬래그 시멘트와 플라이애쉬 시멘트 등 시멘트계 분말과 혼합하여 토양고화제로 적용할 수 있다. 상기 시멘트계 분말은 포틀랜드 시멘트 30~40% 중량%, 고로슬래그 50 ~ 60 중량%, 석고 10 중량%로 이루어진 시멘트계 분말로서 상기 고화제에 혼합하여 구성될 수 있다.

상술한 고화제를 이용하여 본 발명에 의한 고화토 형성방법에 대하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 고화토 형성방법은, 우선 지반을 굴착한다. 지반의 굴착은 상부에 설치되는 구조물의 크기에 따라서 적절한 깊이와 폭으로 굴착된다. 여기서, 지반을 굴착함으로써 발생된 현장토는 외부로 반출하지 않고 현장에서 보관하고 있다가 후술하는 고화토의 제조에 사용한다.

그런 다음, 굴착된 지반에서 발생된 현장발생토의 토사함수율을 측정한다. 여기서 측정된 토사함수율에 따라 후술하는 고화토 제조시에 고화제를 희석시키는 단계에서의 물의 첨가량과 고화제수용액을 분사할 때에 분사량을 적절하게 조절한다. 그리고, 굴착된 지반에서 발생된 현장발생토에 시멘트와 고화제를 혼합하여 소일시멘트를 형성한다.

한편, 상기 고화제와 물을 혼합하여 고화제수용액을 준비한다. 여기서, 상기 고화제는 본 발명에 의한 지반개량방법이 적용될 지반의 특성이나 지반위에 구축될 구조물의 설계하중 또는 기초의 물성에 따라 침투용 세라믹 바인더나 토양고화제 등 적절하게 선택하여 사용한다.

또한, 상기 고화제를 희석하기 위한 물의 양은 지반의 표층을 개량하는 경우에는 현장발생토 함수율의 0.1배이고, 지반의 심층까지 굴착하여 개량하는 경우에는 시멘트 중량의 100%의 중량으로 할 수 있다.

그런 다음, 상기 현상발생토의 토사함수율에 따라 상기 고화제수용액을 상기 소일시멘트에 일정량 분사하여 혼합하여 고화토를 형성한다.

여기서, 상기 시멘트의 혼합량은 현장발생토 1㎥ 당 50㎏ ~ 400㎏의 범위이고, 상기 고화제의 혼합량은 현장발생토 1㎥ 당 1㎏ ~ 1.2㎏의 범위이고, 상기 고화제수용액은 고화제의 중량이 물의 중량의 1/10 이하인 것을 예로 한다.

또한, 상기 고화토의 형성은 현장굴착토의 토사함수율이 높을 때에는 현장에서 직접 현장굴착토와 시멘트와 고화제수용액을 배합하고 교반하여 제작한다. 또한, 현장굴착토의 토사함수율이 낮을 때에는 상기 고화토는 배쳐 플랜트에서 교반되어 제작되어 프리믹스 또는 레디믹스 타입으로 현장에 제공될 수 있다.

그런 다음, 상술한 바와 같이 형성된 상기 고화토를 상기 굴착된 지반에 포설하고, 상기 포설된 고화토를 다짐함으로써 지반개량 시공이 완료된다.

여기서, 상술한 고화토 형성방법에 의해 개량되는 고화토 기초는 설치되는 구조물의 크기와 상기 고화토기초의 설치목적에 따라 적절한 두께로 선택될 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 상기 고화토기초는 후속공정을 위한 작업발판용으로 사용되며 차수층으로서 기능하는 가설용 고화토기초인 것을 예로 한다. 이 경우, 상기 고화토기초는 대략 10 ~ 100cm정도의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 고화토기초는 상기 구조물의 하부기초보다 크게 형성되어, 상부로부터의 하중에 대하여 전달되는 지압면적을 확대시킴으로써 응력의 분산으로 단위면적당 응력을 감소시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의한 고화토 형성방법의 실험예를 표 1에 나타낸다.

번호	현장굴착토(kg)	시멘트 (kg)	고화제 (kg)	물 (kg)	5일 강도 (MPa)	투수계수
1	1300	400	1	1.5	3.5	1×10-7(불투수)
2	1300	200	1	0.5	2.3	1×10-7(불투수)
3	1300	400	1	1	9.2	1×10-7(불투수)
4	1300	200	1	1.5	1.6	1×10-7(불투수)

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 고화제의 사용량은 현저히 줄이면서도 고화처리된 지반이 충분한 강도를 가지고, 고결후에 투수계수도 낮아 불투수 성능이 현저히 개선됨을 알 수 있었다.

본 실시예들은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.

Claims (5)

1. 지반을 굴착하는 단계와,
   굴착된 지반에서 발생된 현장발생토에 일정량의 시멘트를 혼합하고 교반하여 소일시멘트를 형성하는 단계와,
   고화제와 물을 혼합하여 고화제수용액을 준비하는 단계와,
   상기 현상발생토의 토사함수율에 따라 상기 고화제수용액을 상기 소일시멘트에 일정량 분사하여 혼합하여 고화토를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 지반개량을 위한 고화토 형성방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 시멘트의 혼합량은 현장발생토 1㎥ 당 50㎏ ~ 400㎏의 범위이고, 상기 고화제의 혼합량은 현장발생토 1㎥ 당 1㎏ ~ 1.2㎏의 범위이고, 상기 고화제수용액은 고화제의 중량이 물의 중량의 1/10 이하인 것을 특징으로 하는 지반개량을 위한 고화토 형성방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고화제는,
   염화칼슘 22.4 ~ 24.7 중량%, 염화암모늄 12.0 ~ 17.0 중량%, 염화마그네슘 21.42 ~ 23.68 중량%, 황산마그네슘 7.0 ~ 12.0 중량%, 알민산 소다 8.0 ~ 11.0 중량%, 리그린 설폰산염 4.0 ~ 7.0 중량%, 스테아린산 마그네슘 2.5 ~ 3.5 중량%, 2가 철화합물 1.0 ~ 2.0 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 지반개량을 위한 고화토 형성방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 고화제에는 포틀랜드 시멘트 30~40% 중량%, 고로슬래그 50 ~ 60 중량%, 석고 10 중량%로 이루어진 시멘트계 분말이 혼합되는 것을 특징으로 하는 지반개량을 위한 고화토 형성방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 현장발생토의 토사함수율이 낮을 경우에는 상기 고화토는 배쳐 플랜트에서 교반되어 제작되는 것을 특징으로 하는 지반개량을 위한 고화토 형성방법.
   
   

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