KR20180096030A - 고밀도 폴리우레탄을 이용한 연약지반 개량공법 - Google Patents

Abstract

연약지반 개량 공법이 개시된다. 본 발명은, 연약지반에 고밀도 폴리우레탄을 이용하여 복수의 기초파일을 형성하고, 설치된 기초파일들 상부에 고화토 매트를 시공하며, 시공된 고화토 매트 상에 치환층을 시공하고, 시공된 치환층 상부에 쇄석을 부설한 후에 배근된 위치철근에 따라 원추형 말뚝을 설치하며, 설치된 원추형 말뚝의 주변에 쇄석을 충진하고, 설치된 원추형 말뚝 상부에 마감층을 시공하는 과정을 통해 구현된다. 본 발명에 따르면, 초연약 지반에서의 요구되는 설계 구조물의 상재 하중에 대한 지지력을 확보하고, 측방변형을 억제하며, 경제성과 환경성을 확보할 수 있는 연약지반 개량 공법이 제공된다.

Description

고밀도 폴리우레탄을 이용한 연약지반 개량공법{Soft Soil Improvement Method Using High-Density Polyurethane}

본 발명은 연약지반 개량 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초연약 지반에서의 요구되는 지지력을 확보하고, 측방변형을 방지하며, 경제성과 환경성을 확보할 수 있는 연약지반 개량 공법에 관한 것이다.

초연약지반은 상부구조물을 지지할 수 없는 상태의 지반으로서, 지반파괴와 과대침하와 측방변형이 심하고 전단강도가 작아 N값이 2이하, qu값이 2이하인 지지력이 약한 지반을 의미한다.

초연약지반을 구성하는 흙은 주로 연약한 점토, 실트 등의 세립토, 유기질토 등이며, 초연약지반은 강도가 작고 압축성이 크고 투수성이 작은 포화지반으로서 지지력이 작아 측방변형이 커서 역학적으로 불안정한 상태를 가지므로, 지반상에서 시공기면에 이르기까지 성토 또는 굴착작업을 수행하는 경우, 소요지지력 부족 및 지반침하와 측방유동이 발생하기 때문에 장비주행이 어려워 공기가 오래 걸리며 지반파괴가 심하게 발생하므로, 확실한 지반개량 및 보강공법의 대책수립이 요망되는 지반이다.

이와 같은 초연약지반을 개량하기 위해 초연약지반 내에 시멘트계 주입재와 물을 혼합한 안정처리재를 주입하면서, 시멘트의 경화반응을 이용하여 지반 내에 원주형이나 각주형의 벽체나 고결지반을 조성하는 공법이 사용되어 왔다.

구체적으로, 이는 단시간 내에 굴착기를 굴착심도까지 하강시키면서 안정처리재를 주입하면서 교반하고, 다시 굴착기를 인발하면서 안정처리재를 주입하함으로써 교반하는 방식으로 시공된다.

한편, 초연약지반 개량에 통상적으로 시공하는 상기와 같은 방식은 지반에 안정처리재가 주입된 상태에서 교반날개를 통해 여러 번 교반함으로써 지반 내의 공극을 발생시킬 우려가 있으며, 이는 오히려 지반의 강도를 저하시키는 문제점을 유발할 수 있다.

또한, 종래의 경우 안정 처리재로는 주로 시멘트가 사용되는데, 해저 또는 준설 매립지반을 강화하기 위하여 사용되는 경우, 시멘트의 강알칼리성에 의해 환경을 변화시킴으로써, 해양 식물 또는 생물의 성장과 양식 등 생태계에 큰 문제점을 야기시키는 등 심각한 환경문제를 유발시킬 수 있다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 초연약 지반에서의 요구되는 지지력을 확보하고, 측방변형을 방지하며, 경제성과 환경성을 확보할 수 있는 연약지반 개량 공법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연약지반 개량공법은, 표준관입시험의 결과값인 기초지반의 강도정수 N값이 2 이하이고 일축압축강도인 qu값이 0.5 이하인 연약지반에 대한 연약지반 개량 공법으로서, (a) 연약지반을 천공기에 의해 천공하여 주입홀을 형성하고, 형성된 주입홀 내에 팽창이 가능한 방수성 소재의 튜브가 하부에 결합된 주입관을 삽입한 후, 상기 주입관을 통해 고밀도 폴리우레탄 및 경화제를 포함하는 순간팽창 조성물을 공기와 함께 주입함으로써, 복수의 기초파일을 형성하는 단계; (b) 상기 설치된 고화토 지중벽 상부에 고화토를 포설하여 다짐한 후, 그 상부에 돌기 돌출형 토목섬유를 포설하여 상재하중에 대하여 25%의 하중이 부담되도록 설계된 고화토 매트를 시공함으로써 기초지반의 강도정수 N값을 2 이상으로 개량하는 단계; (c) 상기 시공된 고화토 매트 상에 현장에서 굴착한 연약토와 고화토를 혼합한 치환재료를 이용하여 치환층을 시공하고, 상기 치환층 상부에 돌기 돌출형 토목섬유 매트를 시공하는 단계; (d) 상기 시공된 치환층 상부에 쇄석을 부설한 후에 배근된 위치철근에 따라 상재하중에 대하여 50%의 하중이 부담되도록 설계된 고화토로 형성된 원추형 말뚝을 설치하는 단계; 및 (e) 상기 설치된 원추형 말뚝의 주변에 쇄석을 충진하고, 상기 설치된 원추형 말뚝 상부에 고화토 매트로 마감층을 시공하는 단계;를 포함하고, 상기 고밀도 폴리우레탄은 비중 0.05~0.07, 밀도 50~70kg/㎥, 및 흡수율 2~10%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초연약 지반에서의 요구되는 지지력을 확보하고, 측방변형을 방지하며, 경제성과 환경성을 확보할 수 있는 연약지반 개량 공법이 제공된다. 아울러, 본 발명에 따르면, 고밀도 폴리우레탄 조성물을 이용하여 형성된 복수의 기초파일에 의한 부력기초기능이 추가적으로 작용하는 효과가 인정된다. 특히, 본 발명에 따른 고밀도 폴리우레탄 기초파일은, 연약지반, 투수지반, 압축성 지반 등의 느슨한 흙 입자의 공극을 완전히 충진 및 고결시키므로, 지지력 증강, 차수, 진동 및 충격 흡수 등 내진 보강 지반의 반영구적 안정성이 뛰어나다.

또한, 본 발명에 따르면, 시멘트계 고화재를 사용하지 않게 됨으로써, 강알칼리성으로 인한 환경오염 문제를 해결할 수 있게 되며, 골재 사용량을 획기적으로 줄여 공사비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 현장토를 직접 이용하여 단계별로 고화토 사용 공정을 시공하게 됨으로써, 매립을 위한 토사나 골재를 사용하기 위하여 자연을 훼손시키는 일을 줄일 수 있기 때문에 환경친화적인 효과가 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 연약지반 개량공법이 적용된 지반구조를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 연약지반 개량공법의 과정을 설명하는 절차 흐름도,
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에서의 고밀도 폴리우레탄을 이용한 기초파일을 설치하는 상세한 공정을 설명하는 도면,
도 4a 내지 도 4c는 복수의 기초파일의 상부 지표를 마감하는 공정을 설명하는 도면,
도 5는 본 발명에서의 고화토 매트를 시공하는 상세한 공정을 설명하는 도면,
도 6은 본 발명에서의 원추형 말뚝을 설치하는 상세한 공정을 설명하는 도면,
도 7은 본 발명에 따라 형성된 고밀도 폴리우레탄 기초파일의 토질 및 주입량에 따른 허용지지력 시험결과를 보여주는 도면,
도 8은 본 발명에 따라 형성된 고밀도 폴리우레탄 기초파일이 형성된 지반에 대한 상재하중 및 지중깊이에 따른 압력변위 측정결과를 보여주는 도면,
도 9는 상재하중에 따른 지중깊이별 압력변위 증감율을 보여주는 그래프,
도 10은 본 발명에 따라 형성된 고밀도 폴리우레탄 기초파일이 사질토 지반에 형성된 경우 주입량 및 주입압력에 따른 압축강도측정결과를 보여주는 도면,
도 11은 본 발명에 따라 형성된 고밀도 폴리우레탄 기초파일이 점성토 지반에 형성된 경우 주입량 및 주입압력에 따른 압축강도측정결과를 보여주는 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 연약지반 개량공법이 적용된 지반구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 연약지반 개량공법의 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 연약지반 개량공법을 설명하면, 먼저, 작업자는 개량대상인 연약지반의 심부에 기초파일(100)을 설치한다(S210). 기초파일(100)을 설치하는 상세한 공정은 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있다.

먼저, 도 3a를 참조하면, 지반(1)을 천공기(미도시)에 의해 천공하여 일정 깊이로 주입홀(11)을 형성한다. 여기서, 주입홀(11) 입구 주변의 지반(1)에는 지면으로부터 지중으로 일정 두께를 갖는 콘크리트 기초층(3)을 형성하는 것이 바람직하다. 그 후, 도 3b에서 보듯이, 주입홀(11) 내부에 주입관(21)을 삽입한다. 이때, 주입관의 선단부에는 팽창이 가능한 방수성 소재로 형성된 튜브(40)가 하부에 결합되어 있다. 아울러, 주입관(21)은 주입홀(11) 보다 직경이 작고 내부로 순간팽창 조성물(60)이 투입될 수 있도록 중공의 관 형상을 갖는다. 아울러, 튜브(40)가 씌워지는 주입관(21)의 선단부 주변에는 투입된 순간팽창 조성물(60)이 배출될 수 있는 다수의 통공(미도시)이 형성될 수 있다.

다음으로, 도 3c에서 보듯이, 주입기(25)를 통해 순간팽창 조성물(60)을 주입하면, 순간팽창 조성물(60)이 튜브(40)로 배출되고, 탄성 재질의 튜브(40)가 확장되면서 주입홀(11)보다 외연이 확장되는 형태로 기초 파일(100)이 형성된다. 그에 따라, 도 3d에서 보듯이, 순간팽창 조성물(60)이 튜브(40)에 의해 둘러싸여진 기초파일(100)이 형성될 수 있다.

여기서, 순간팽창 조성물(60)은 고밀도 폴리우레탄을 사용한다. 아울러, 튜브(40)는 방수가 가능하고 신축성이 있는 천연고무소재, 합성고무소재, 또는 합성수지소재로 형성될 수 있다. 특히, 도 3e에서 보듯이, 튜브(40)는, 주입되는 순간팽창 조성물(60)에 의해 팽창될 때, 표면적이 확장될 수 있도록 길이방향으로 굴곡진 주름(43)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 주입관(21)의 선단부에 체결될 수 있도록, 튜브(40)의 입구(41a) 주변에는 주입관(21)에 실링되게 결합되는 고정밴드(41)가 형성될 수 있다. 여기서, 주름(43)으로 인해, 튜브(40)의 몸통부분(44)은 길이방향으로 물결 모양으로 확장될 수 있다. 이러한, 몸통부분(44)은 팽창시 연약지반과의 접촉면적을 증가시켜 지반침하를 억제하는 기능을 수행한다.

도 3f에는 다수의 기초파일(100)이 연약지반(1)의 지중에 형성된 상태를 도시하였다. 여기서, 고밀도 폴리우레탄(60)으로 형성된 기초파일(100)은 물, 해수, 오일 등에 대한 저항성이 매우 좋고 내구성이 탁월하다. 또한, 고밀도 폴리우레탄에 의해 기초파일(100)을 형성하면, 순간 팽창압에 의해 형성될 수 있으므로, 지반보강, 복원, 차수 등의 작업시간이 짧고 신속하므로, 열악한 환경에서 매우 유리하게 시공될 수 있다. 또한, 고밀도 폴리우레탄은 흙 속에 존재하는 물이나 공극을 밀어내고 튜브(40)를 채워면서 형성되므로, 주변의 흙이 압밀해지면서 동시에 지지력 및 전단강도를 증가시키는 효과를 가진다. 또한, 고밀도 폴리우레탄은 물과 반응하지 않으므로 깊은 기초의 전석층 또는 사석층대의 투수층에 대해 순간발포 차수하여 불투수층 시공이 가능하다. 여기서, 고밀도 폴리우레탄으로는 단위중량이 50~70kg/㎥인 레진폼을 사용하며, 부피팽창시 주입물질의 단위부피당 15~30배 증가될 수 있으며, 팽창압력은 80~100Ton/㎡이다.

특히, 도 3c에서 주입기(25)를 통해 주입할 때, 고밀도 폴리우레탄 및 경화제를 포함하는 순간팽창 조성물을 공기와 함께 주입한다. 이때, 주입압력은 2~7kg/㎠으로 한다. 최초 고밀도 폴리우레탄을 포함하는 액상의 조성물을 주입기(25)를 통해 일정한 온도(35℃~40℃)가 되도록 조절하여 주입관(21)을 통해 연약지반까지 주입한다. 주입된 고밀도 폴리우레탄은 순간 팽창 압력으로 흙 입자의 공극을 완전히 채우고 주입물질의 순간 팽창에 의한 부피 증가로 지반이 압밀해지면서 차수성과 지내력을 증가시키게 된다. 이때, 발생하는 팽창압력은 주입물질의 밀도에 따라 최대 100Ton/㎡의 팽창압력이 발생된다. 주입물질은 순간팽창이 이루어지면서 주입후 10분 이내 100% 경화가 완료되므로 작업이 매우 신속하게 진행될 수 있다.

또한, 주입물질의 경화시간과 밀도에 따라서 압축성 투수지반을 불투수층으로 순간 차수가 가능해진다. 입경이 큰 토질 또는 전석층, 사석층일 경우, 폴리우레탄 물질이 입자 사이의 공극으로 충진되면서 지중의 여러 종류의 흙 입자와 결합하여 고형화된다. 본 발명에 따른 고밀도 폴리우레탄은 물질의 단위중량이 50~70kg/㎥인 것으로서, 경화후 지반과의 부착강도는 5.03~6.13kgf/㎠가 되며, 이러한 부착강도는 콘크리트 구조물의 배면 또는 하면의 그라우팅이나 입경이 큰 토질인 전석층 또는 사석층일 경우에도 어떠한 진동 및 충격에도 탈착 또는 용탈되지 않는다.

본 발명에서 사용한 고밀도 폴리우레탄은 비중 0.05~0.07, 밀도 50~70kg/㎥, 및 흡수율 2~10%인 것으로서, 이를 이용한 다양한 시험 평가 결과를 이하에 나타내었다.

먼저, 본 발명에 따른 고밀도 폴리우레탄으로 형성한 기초파일의 압축강도시험은, KSM 3808 시험방법으로 3개의 공시체를 제작하여 측정한 결과, 압축강도의 평균값은 12.5N/㎠로 나타났으며, 여기서 압축강도시험은 붕괴시점까지의 결과로서, 파괴상태까지의 결과를 의미하지는 않는다. 이때, 주입한 고밀도 폴리우레탄의 밀도는 70kg/㎥였다.

또한, 전단강도시험은 KSF 2343 시험방법으로 3개의 공시체를 제작하여 진행하였으며, 시험결과 점착력은 120KN/㎡로 나타났다. 여기서, 내부 마찰각은 평균 57°로서, 이 값은 조밀한 쇄석에 가깝다. 이때, 주입한 고밀도 폴리우레탄의 밀도는 70kg/㎥였다.

다음으로 부착강도시험은 시멘트 블록 390㎝×190㎝×5㎝의 시료를 8개 제작하여 측정하였고, 그 결과 5.03~6.13kgf/㎠로 조사되었다. 이때, 주입한 고밀도 폴리우레탄의 밀도는 70kg/㎥였다.

투수계수시험은 2개의 공시체를 제작하여 시험하였으며, 그 결과 투수계수는 10E^-8㎝/sec 이상으로 조사되었다. 이 결과는 흙의 투수성과 배수성의 실용적 불투수성인 10E^-6㎝/sec ~ 10E^-9㎝/sec의 범위 내이다. 여기서, 주입한 고밀도 폴리우레탄의 밀도는 70kg/㎥였다.

한편, 토질에 따라 주입량을 달리하여 본 발명에 따라 형성된 기초파일의 허용지지력을 시험한 결과(도 7 참조), 시질토의 경우 주입량이 10Kg일 때, 허용지지력이 9.5t/㎡으로 나타났고, 주입량이 15Kg일 때 허용지지력이 10.3t/㎡으로 나타났다. 그리고, 점성토의 경우, 주입량이 10Kg일 때, 허용지지력이 9.8t/㎡으로 나타났고, 주입량이 15Kg일 때 허용지지력이 10.7t/㎡으로 나타났다. 사질토의 경우, 물질 주입전 초기값 대비 주입후 허용지지력이 12~18% 증가되었고, 점성토의 경우, 물질 주입전 초기값 대비 주입후 허용지지력이 98~107% 증가되었다.

다음으로, 토압시험은 주변 지반의 하중으로 인한 토압을 계측하여 구조물이나 지반의 압밀상태와 지지력의 안정성을 측정하는 시험으로, 본 시험에서는 사질토를 사용하였다. 주입량은 5Kg 및 10Kg으로, 주입깊이는 지표에서 1m, 토압측정깊이는 상, 중, 하3단으로 하였고, 계측기 시험판(600×600) 간격은 20cm로 하였으며, 계측기와 계측기 사이의 간격은 1단(상단)은 25cm 간격으로 4개소, 2단(중앙)은 30cm 간격으로 4개소, 3단(하단)은 60cm 간격으로 4개소에 계측기 총 12개를 설치하였으며, 상재하중은 50Kg, 100Kg, 200Kg, 300Kg을 재하하여 본 발명에 따른 고밀도 폴리우레탄 조성물 주입 전 및 후로 토압 변위량을 측정하였다.

토압시험결과, 토압계 위치 3단에서 가장 높은 -12.7%의 감소율이 조사되었다. 이러한 현상은 고밀도 폴리우레탄 조성물 주입 위치 1m에서 가장 가까운 3단(계측기 깊이: 지표에서 80cm) 위치의 지반이 가장 먼저 압밀해진 것으로 분석된다. 또한, 주입깊이 1m를 중심으로 반경 2m 이내 상하좌우 지반의 지지력이 증대된 것으로 분석된다(도 8 참조).

한편, 상재하중에 따른 지중깊이별 압력변위 평균 증감율은, 50Kg 상재하중을 재하하였을 때 -12.8%, 1000Kg 상재하중을 재하하였을 때 -11.3%, 200Kg 상재하중을 재하하였을 때 -11.6%, 300Kg 상재하중을 재하하였을 때 -10.1%의 감소율로 나타났으며, 이는 본 발명에 따른 고밀도 폴리우레탄 조성물의 주입후 주입된 물질이 순간 팽창하면서 주변의 느슨한 지반을 10~13% 이내의 일정한 비율로 지지력이 증대함을 보여준다(도 9 참조). 이러한 시험결과는 주입물질이 어느 한 곳으로 편중되지 않고 상재하중에 따라 일정한 비율로 지지력이 증대된다는 것을 의미한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 고밀도 폴리우레탄 조성물의 주입 전 및 후의 압축강도시험은, 주입깊이 2m로 하여 점성토 및 사질토에 대해 측정하였다. 두 종류의 토질에 물질 주입후 1시간 경호된 시료를 채취하여 압축강도를 측정한 결과, 사질토의 경우, 밀도와 공극비가 점성토보다 크고, 주입물질이 침투하면서 순간 팽창압에 의해 느슨한 지반에 압밀 현상이 빨리 작용하면서 주입물질의 분포층이 얇게 형성되어 점성토의 경우에 비해 압축강도가 다소 적게 나타났다(도 10 참조). 점성토의 경우에는, 함수비가 높고 입자의 공극비가 작아서 주입물질의 순간 팽창성으로 인해 느신한 토질이 압밀해지면서 점성토의 수분을 밀어내어 공극과 공극 사이에 주입물질이 식물의 뿌리처럼 두꺼운 형태로 나타나 상대적으로 압축강도의 평균값이 높게 나타났다(도 11 참조). 이러한 두 토질에 대한 압축강도 평균값은 대기 중에 발포한 경우에 비해 1.5배 정도 증가되었는데, 그 이유는 주입 물질의 깊이에 따른 상재하중 및 성토압에 따라 주입물질의 순간 팽창압에 의한 작용과 반작용에 의해 느슨한 지반이 압밀해지기 때문인 것으로 분석된다.

이와 같이, 연약지반에 대한 부착강도, 전단강도, 허용지지력 및 토압지지력등을 향상시키는 기초파일(100)을 형성(도 3f 참조)한 후, 도 4a 내지 도 4c에서와 같이, 현장에서 혼합된 고화토를 포설한다(도 4a). 고화토 포설이 완료되면, 핸드로라 등의 다짐 장비를 이용하여 도 4b에서와 같이 다짐하는 공정을 거친 후에, 마지막으로 도 4c에서와 같이 토목섬유를 포설함으로써 기초파일(100)의 설치를 완료하게 된다. 이와 같이 설치된 기초파일(100)은 부력 기초를 형성하게 되며, 측방유동을 방지할 뿐만 아니라, 부등침하를 억제하고, 지중응력 감소효과를 발휘하며, 액상화를 방지할 수 있게 된다. 고밀도 폴리우레탄으로 형성된 기초파일(100)에는 상재하중의 10%정도가 분산되어 부담된다.

상술한 바와 같은 공정을 통해 기초파일(100) 설치가 완료되면, 작업자는 설치된 기초파일(100) 상부에 고화토 매트(110)를 시공한다(S220). 고화토 매트(110)를 시공하는 상세한 공정은 도 5에 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 도 5의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 작업자는 먼저 중장비를 이용하여 고화토를 혼합하고, (b)에서와 같이 고화토를 포설한 후에 다짐 장비를 이용하여 포설된 고화토를 다짐하는 공정을 거치고, (c)에서와 같이 다짐이 완료된 결과 형성된 고화토 매트(110) 상에 (d)에서와 같이 토목섬유를 포설함으로써 연약지반의 침하를 억제함과 동시에, 돌기 돌출형 토목섬유를 포설함으로써 마찰력을 증대시킬 수 있게 된다. 이와 같이 설치가 완료된 고화토 매트(110) 기초는 소요지지력 보강효과를 발휘하게 되며, 기초지반의 강도정수인 N값을 2이상으로 개량시켜줌으로써, 이후의 원추형 말뚝(140)의 시공을 가능하게 하며, 지반의 침하 및 변형을 억제하는 기능을 수행한다.

아울러, 수리 및 건축 구조물의 설계하중에 대해 기초지반의 상재하중을 넓은 고화토 매트(110) 기초가 분산시킴으로써 지지하중을 증대시켜 기초가 안정하게 유지되도록 하는 기능을 수행한다. 한편, 시공된 고화토 매트(110) 기초에는 상재 하중의 25%정도의 하중이 분산되어 분담된다.

상술한 바와 같은 공정을 통해 고화토 매트(110)의 시공이 완료되면, 작업자는 고화토 매트(110) 상에 골재층(120)을 시공한다(S230). 즉, 작업자는 모래 등의 골재를 이용한 치환 공정을 통해 지반의 침하 및 충격진동을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명을 실시함에 있어서는 치환재료로서 양질의 모래 또는 흙 등을 사용할 수도 있을 것이나, 현장에서 굴착한 연약토와 고화토를 혼합하여 이를 치환재료로 재활용할 수도 있을 것이다.

모래 등의 골재 치환 공정을 통해 골재층(120)의 시공이 완료되면, 작업자는 필요에 따라 골재층(120) 상에 추가의 침하 억제를 위해 토목섬유 매트(130)를 시공할 수도 있다(S240). 여기서, 작업자는 돌기 돌출형 토목섬유 매트(130)를 시공함으로써 마찰력을 증대시킬 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명을 실시함에 있어서, 작업자는 지반조사 시험분석결과에 따라 S240단계에서의 토목섬유 매트(130) 시공과정을 생략할 수도 있을 것이다.

토목섬유 매트(130)를 시공한 경우에 작업자는 토목섬유 매트(130)가 시공된 골재층(120)의 상부에 원추형 말뚝(140)을 설치하게 된다(S250). 원추형 말뚝(140)을 설치하는 상세한 공정은 도 5에 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 도 6의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 원추형 말뚝(140)을 설치하기 이전에, 작업자는 대략 25mm 직경의 쇄석(145)(자갈)을 부설한다. 쇄석(145)의 부설이 완료되면, (b)에서와 같이 위치철근(150)을 배근하며, 배근된 위치철근(150) 상에 (c)에서와 같이 원추형 말뚝(140)을 설치한다. 원추형 말뚝(140)의 설치가 완료된 후에는 원추형 말뚝(140)이 덮일 수 있도록 쇄석(145)을 충진하고 버림 콘크리트를 대략 20cm정도 타설함으로써 (d)에서와 같이 원추형 말뚝(140)층의 시공이 완료된다. 이와 같은 원추형 말뚝(140)의 설치를 통해 연약지반에 설치될 구조물에 의한 상재하중에 대한 하중경감 효과를 확보할 수 있게 된다. 구체적으로, 원추형 말뚝(140)은 상재하중 대비 50% 정도의 하중을 분담하게 된다.

아울러, 본 발명을 실시함에 있어서, 원추형 말뚝(140)을 종래의 콘크리트 재료를 사용하지 않고, 고화토로 제작함으로써 비용을 절감함과 동시에 친환경적 시공이 가능하게 될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 고정을 통해 원추형 말뚝(140)층의 시공이 완료되면, 작업자는 원추형 말뚝(140)층의 상부에 마감층(160)을 시공하게 된다(S260).

마감층(160)을 시공함에 있어서는, 고화토 매트(110)로 시공하는 것이 바람직할 것이며 본 발명을 실시함에 있어서는 일반적인 마감층(160)인 콘크리트 슬라브로 마감층(160)을 시공할 수도 있을 것이다.

이로써, 본 발명에 따른 연약지반 개량공법의 시공이 완료되며, 이후 마감층(160) 상부에 구조물의 직접 기초를 시공하는 과정을 통해 연약지반 상에서의 구조물 시공이 가능하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (1)

1. 표준관입시험의 결과값인 기초지반의 강도정수 N값이 2 이하이고 일축압축강도인 qu값이 0.5 이하인 연약지반에 대한 연약지반 개량 공법으로서,
   (a) 연약지반을 천공기에 의해 천공하여 주입홀을 형성하고, 형성된 주입홀 내에 팽창이 가능한 방수성 소재의 튜브가 하부에 결합된 주입관을 삽입한 후, 상기 주입관을 통해 고밀도 폴리우레탄 및 경화제를 포함하는 순간팽창 조성물을 공기와 함께 주입함으로써, 복수의 기초파일을 형성하는 단계;
   (b) 상기 설치된 고화토 지중벽 상부에 고화토를 포설하여 다짐한 후, 그 상부에 돌기 돌출형 토목섬유를 포설하여 상재하중에 대하여 25%의 하중이 부담되도록 설계된 고화토 매트를 시공함으로써 기초지반의 강도정수 N값을 2 이상으로 개량하는 단계;
   (c) 상기 시공된 고화토 매트 상에 현장에서 굴착한 연약토와 고화토를 혼합한 치환재료를 이용하여 치환층을 시공하고, 상기 치환층 상부에 돌기 돌출형 토목섬유 매트를 시공하는 단계;
   (d) 상기 시공된 치환층 상부에 쇄석을 부설한 후에 배근된 위치철근에 따라 상재하중에 대하여 50%의 하중이 부담되도록 설계된 고화토로 형성된 원추형 말뚝을 설치하는 단계; 및
   (e) 상기 설치된 원추형 말뚝의 주변에 쇄석을 충진하고, 상기 설치된 원추형 말뚝 상부에 고화토 매트로 마감층을 시공하는 단계;를 포함하고,
   상기 고밀도 폴리우레탄은 비중 0.05~0.07, 밀도 50~70kg/㎥, 및 흡수율 2~10%인 것을 특징으로 하는 연약지반 개량 공법.

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