KR20200028921A - 지반 보강공법 - Google Patents

Abstract

지반 보강공법이 개시된다. 제주도 지역에 널리 분포되어 있는 화산석을 분쇄하여 만든 석분과 해수에 강한 내구성을 가진 슬래그시멘트(해수침범지역 아닌 경우 일반시멘트사용)를 주재료로 하고, 장기강도를 높일 수 있는 플라이애쉬를 혼합시켜서 그라우트재를 만들어 지중에서 압력으로 주입함으로써 화산석과 화산석사이에 존재하는 클링커 또는 스코리아층 밀어 냄으로써 실질적으로는 강도 높은 재료로 치환하는 효과를 발휘하는 바 연속적인 암반의 구조를 형성할 수 있도록 한다.

Description

지반 보강공법{Ground reinforcement method}

개시된 내용은 지반 보강공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화산 작용으로 형성되는 클링커층과 스코리아층에 보강재를 주입하여 강화시키는 지반의 보강공법에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

제주도 지역은 화산분출에 의하여 생성된 섬으로써 수십 차례에 걸쳐 분출한 용암이 흘러내려 냉각된 화산암이 지표면에서부터 지중 깊은 곳 까지 형성되어 있다.

이러한 암석의 자체강도는 매우 높게 나타나 지하굴착 공사 시 암석 파쇄 작업에 많은 어려움이 있으며, 굴착된 암석은 리사이클을 통하여 건설재료로 활용할 정도이다.

도 1은 화산석 사이에 클링커(100) 또는 스코리아층(200)이 반복되는 지층구조를 나타낸다.

클링커(clinker)는 성분 일부가 융해하여 전체가 괴상소결물(塊狀燒結物)로 된 덩어리를 의미한다.

스코리아(scoria)는 화산분출물 중에서 공기구멍이 많고 검정, 갈색, 빨강색 등의 암석이며, 지름이 4mm 이상인 암석덩어리를 말한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제주도 지역의 특성상 지반의 형성은 반복적인 화산 작용에 의하여 화산석과 화산석 사이에 화산작용시 마그마의 상,하부에서 급속한 온도변화에 의한 파쇄대인 클링커(100)와, 화산 분출 작용에 의하여 퇴적된 스코리아층(200)이 존재하는 바 암반이 연속적으로 형성되어 있지 않음으로써 공학적인 의미에서 제주도의 지반은 매우 높은 강도의 암석이면서 암반의 전체적인 강도는 비교적 낮게 평가될 수 있다.

물론 모든 지역이 모두 그렇다고 할 수는 없으나 일부지역에서는 기초지반으로 직접 쓸 수 없는 클링커층이 두껍고 반복적으로 나타나 말뚝 기초를 선택하여야 하는 경우가 발생한다.

이러한 제주도 암반의 연속성을 형성하도록 지반보강공법을 도입하여 구조물 기초의 장기적인 안정성을 확보함으로써 보강공사비가 많이 소요되는 말뚝기초(PHC 또는 Micro Pile등)를 대신할 수 있다.

아울러 제주지역외 기초지반의 보강이 필요한 지역에서도 선택적으로 활용할 수 있는 장점이 있으므로 반드시 제주도 지역에 국한되지 않는다.

1. 한국 특허출원 10-2008-0087299호

개시된 내용은 제주도 지역에 널리 분포되어 있는 화산석을 분쇄하여 만든 석분과 해수에 강한 내구성을 가진 슬래그시멘트(해수침범지역이 아닌 경우 일반시멘트사용)를 주재료로 하고, 장기 강도를 높일 수 있는 플라이애쉬를 혼합시켜 그라우트재를 만들어 지중에서 압력으로 주입함으로써 화산석과 화산석 사이에 존재하는 클링커 또는 스코리아층으로 스며들거나 밀어내어 경화되도록 함으로써 공극이 너무 많아 구조적으로 약한 지대를 실질적으로 강도 높은 재료로 치환하는 효과를 발휘할 수 있어 연속적인 암반의 구조를 형성할 수 있도록 하는 화산석 사이에 클링커 및 스코리아층이 교호하는 지반의 보강공법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

개시된 내용은, 화산석과 화산석사이에 화산작용시 암반의 마그마의 상,하부에서 급속한 온도변화에 의한 파쇄대인 클링커층과, 화산 분출 작용에 의하여 퇴적된 스코리아층이 존재하는 지반을 보강함에 있어서, 화산석과 클링커층이 반복적으로 나타나는 지반을 천공하고, 천공된 천공홀에 케이싱을 삽입하여 소정의 깊이까지 천공하는 1단계; 플랜트를 준비하여 그라우팅 재료를 배합하는 2단계; 케이싱으로 직접주입하는 3단계; 양생시키는 4단계를 포함하되, 3단계는, 압력이 급상승 하는 시점에서 주입을 멈추고 케이싱을 일정 간격씩 인발하는 공정을 반복 실시하는 지반의 보강공법에 의해 달성될 수 있다.

4단계 이후에는, 일정기간 양생이 완료되면 지내력 시험을 실시하여 기초로서 기능을 확인하는 5단계를 더 포함한다.

3단계는 케이싱은 0.5m~1.0m씩 인발을 반복하고, 인발 상태에서는 그라우팅의 주입을 정지되는 1공정과, 인발이 중지되었을때 그라우팅의 주입이 실시되는 2공정을 포함하고, 1공정과 2공정이 반복적으로 실시된다.

개시된 내용의 실시예에 따르면, 제주도 지역에 널리 분포되어 있는 화산석을 분쇄하여 만든 석분과 해수에 강한 내구성을 가진 슬래그시멘트(해수침범지역이 아닌 경우 일반시멘트사용)를 주재료로 하고, 장기강도를 높일 수 있는 플라이애쉬를 혼합시켜 그라우트재를 만들어 지중에서 압력으로 주입함으로써 화산석과 화산석 사이에 존재하는 클링커 또는 스코리아층으로 스며들거나 밀어내어 경화되도록 함으로써 공극이 너무 많아 구조적으로 약한 지대를 실질적으로 강도 높은 재료로 치환하는 효과를 발휘할 수 있어 연속적인 암반의 구조를 형성할 수 있는 효과가 있다.

이러한 제주도 암반의 연속성을 형성하도록 지반보강공법을 도입하여 구조물 기초의 장기적인 안정성을 확보함으로써 보강공사비가 많이 소요되는 말뚝기초(PHC 또는 Micro Pile등)를 대신할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 화산석 사이에 클링커 또는 스코리아층이 반복되는 지층구조를 나타낸 도면,
도 2는 개시된 내용의 일 실시예에 따른 지반 보강공법을 나타낸 흐름도,
도 3은 개시된 내용의 일 실시예에 따른 지반 보강공정을 순차적으로 나타낸 예시도이다.

이하 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 설명될 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.

첨부된 도면 중에서, 도 2는 개시된 내용의 일ㄹ 실시예에 따른 지반 보강공법을 나타낸 흐름도, 도 3은 개시된 내용의 일 실시예에 따른 지반 보강공정을 순차적으로 나타낸 예시도이다.

개시된 내용의 일 실시예는 화산석과 화산석 사이에 화산작용시 암반의 마그마의 상,하부에서 급속한 온도변화에 의한 파쇄대인 클링커층과, 화산 분출 작용에 의하여 퇴적된 스코리아층이 존재하는 지반을 보강하는 공법이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 개시된 내용의 일 실시예에 따른 화산석(150) 사이에 클링커(100) 및 스코리아층(200)이 교호하는 지반의 보강공법은, 화산석(150)과 클링커(100)이 반복적으로 나타나는 지반을 천공하고, 천공된 천공홀(300)에 케이싱(400)을 삽입하여 소정의 깊이까지 천공하는 1단계(S1); 플랜트를 준비하여 그라우팅 재료를 배합하는 2단계(S2); 케이싱(400)선단을 통하여 직접 주입하거나 케이싱 입구에 주입재 호스(500)를 연결하고 압력 그라우팅을 실시하는 3단계(S3); 및 양생시키는 4단계(S4)를 포함하여 구성된다.

상기 1단계(S1)는, 천공기를 대상 지역에 위치시킨 후 지반을 천공하되 지름 60~80mm 정도의 구경으로 소정 깊이까지 천공을 실시한다.

이후 천공된 천공홀(300)에 케이싱(400)을 삽입한다.

케이싱(400)은 원통형으로 형성되며, 내부에 주입재 호스(500)가 삽입될 수 있다(도 3의 (a)참조).

상기 2단계(S2)는, 그라우팅 재료는 물, 시멘트, 쇄석, 플라이애쉬를 혼합하여 이루어진다.

상기 쇄석은 화산석이다.

그라우팅 재료의 일 예에 따르면, 그라우팅 재료 100중량부를 기준으로 물 20중량부, 시멘트 30중량부, 쇄석 30중량부, 플라이애쉬 20중량부가 혼합되어 점도를 갖는 조성물로 이루어진다.

그라우팅 재료는 제주도 지역에 널리 분포되어 있는 화산석을 분쇄하여 만든 석분과 해수에 강한 내구성을 가진 슬래그시멘트(해수침범지역 아닌 경우 일반시멘트사용)를 주재료로 하고, 장기강도를 높일 수 있는 플라이애쉬를 혼합시켜서 그라우트재를 제조한다.

그라우트재를 지중에 고압력으로 주입함으로써 화산석(150)과 화산석(150) 사이에 존재하는 클링커(100) 또는 스코리아층(200)의 공극 사이로 주입하여 충진시킴으로써 실질적으로 강도 높은 재료로 치환될 수 있어 연속적인 암반의 구조를 형성할 수 있다.

개시된 내용의 일 실시예에 따르는 보강방법으로 시공하면 그라운드앵커 공법인 팩 앵커 대용으로 충분히 가능하며 암반과 암반을 결속시켜 훨씬 더 견고한 그라우트체(G100)를 형성할 수 있다.

상기 3단계(S3)는, 천공홀 선단부의 케이싱(400)의 말단을 통하여 그라우팅 재료를 직접 주입한다.

주입된 주입재는 클링커(100) 및 스코리아층(200)으로 스며들고 적정한 반경을 갖는 범위 내에서 덩어리 형상의 구근(G)을 형성하게 되거나 공극의 크고 작음 또는 지반의 약한 정도에 따라 원지반을 밀어내어 구근이 형성됨으로써 원지반의 밀도가 높아지는 효과를 발휘하게 된다(도 3의 (b)참조).

또한 3단계(S3)는 고압으로 주입재를 주입하는 과정에서 압력을 체크한다.

과다량이 주입되어 압력이 급상승하는 시점에서는 주입을 정지시켜 압력이 안정되도록 한다.

이 단계에서 하단부 또는 중간 부위 등에서 그라우트 구근(G)이 형성되며, 주로 클링커(100) 및 스코리아층(200)에 형성된다(도 3의 (c)참조).

이와 동시에 케이싱(400)을 0.5m~1.0m씩 인발시키는 1공정(S3-1)이 실시된다.

1공정(S3-1)은 케이싱(400)을 인발하는 상태에서는 그라우팅의 주입을 정지시키는 것이다.

이후 케이싱(400)을 0.5m~1.0m 인발시킨 후 중지한 상태에서 그라우팅의 주입이 실시되는 2공정(S3-2)이 실시된다.

케이싱(400)의 인발 길이는 현장 조건에 따라 즉, 화산암이 있는 구간은 압력그라우팅 불필요함에 따라 적정하게 변경될 수 있음은 당연하다.

상기 1공정(S3-1)과 2공정(S3-2)이 반복적으로 실시됨으로써 천공홀(300)의 하부 주변으로부터 그라우트 구근(G)이 순차적으로 형성됨으로서 종국에는 천공홀 주변을 메꾸어서 그라우트체(G100)가 다수로 형성되면서 주입 작업이 완료된다(도 3의 (d)참조).

중요한 것은 그라우트 주입재의 주입 압력이 급상승 하는 시점에서 주입을 멈추고 케이싱(400)을 일정 간격씩 인발하는 공정을 반복 실시함으로써 그라우팅에 의해 지반이 보강되는 영역이 점진적으로 확장될 수 있다.

전술한 일정 간격씩이라 함은 화산석(150)의 층두께에 해당됨을 의미할 수 있다.

상기 4단계(S4)는 그라우팅 구근(G)이 단단하게 경화될 수 있도록 7일~28일 동안 양생시킨다.

바람직하게는 후속 공정에 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 조강제를 사용하여 1~7일 이내에 초기강도에 도달시킬 수 있다.

상기 4단계(S4) 이후에는, 일정기간의 양생이 완료되면 지지력시험(Bearing Capacity of Soil Test)을 실시하여 기초로서 기능을 확인하는 5단계;를 포함한다.

지내력은 지반이 구조물에 피해를 주지 않는 정도의 침하량에서 버틸 수 있는 지지력, 즉 허용지내력이다.

기초공사의 경우에는 상부 구조물의 하중조건에 따라 1,000~5,000kN/㎡ 의 강도를 발휘하여야 한다.

비록 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

100 : 클링커
200 : 스코리아층
300 : 천공홀
400 : 케이싱
500 : 주입재 호스

Claims (1)

1. 화산석과 화산석 사이에 화산작용시 암반의 마그마의 상,하부에서 급속한 온도변화에 의한 파쇄대인 클링커층과, 화산 분출 작용에 의하여 퇴적된 스코리아층이 존재하는 지반을 보강함에 있어서,
   화산석과 클링커층이 반복적으로 나타나는 지반을 소정의 깊이까지 지름 60~80mm의 구경으로 천공하고, 천공된 천공홀에 케이싱을 삽입하는 1단계;
   플랜트를 준비하여 그라우팅 재료를 배합하는 2단계;
   케이싱의 선단부를 통하여 상기 그라우팅 재료를 고압으로 주입하는 압력 그라우팅을 실시하면서 압력을 체크하는 3단계;
   상기 그라우팅 재료를 양생시키는 4단계; 및
   양생 완료 후에 지내력 시험을 실시하여 기초로서 기능을 확인하는 5단계를 포함하되,
   상기 2단계에서 상기 그라우팅 재료는 그라우팅 재료 100중량부를 기준으로 물 20중량부, 시멘트 30중량부, 화산석 쇄석 30중량부, 플라이애쉬 20중량부가 혼합되어 이루어지며,
   상기 3단계는, 케이싱은 인발을 반복하고, 인발 상태에서는 그라우팅의 주입을 정지되는 1공정과, 인발이 중지되었을때 그라우팅의 주입이 실시되는 2공정을 포함하고, 상기 1공정과 2공정이 반복적으로 실시되며,
   상기 3단계는 압력이 급상승 하는 시점에서 그라우팅의 주입을 멈추고 상기 케이싱을 상기 화산석의 층두께에 해당하는 간격으로 인발한 후 다시 그라우팅을 주입하는 공정을 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 지반 보강공법.

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