그라우팅공법 및 종류

[천왕사]

◆ 고압분사 주입공법

1. 개 요

   (1) 고압분사공법은 공기나 물의 힘으로 지반을 절삭하여 주입액을 초고속분사함으로써 그 절삭부분의 토사와 치환하거나 토사와 혼합하는 형식으로 주입액을 보내서 고결시키는 공법임

   (2) 최근 펌프의 발전으로 보다 견고한 지반이나 직경 5m나 되는 대단면 개량체 시공이 가능

2. 고압분사공법의 분류

   고압분사공법은 분사 메커니즘, 사용기계, 분사압력, 시공방법에 따라서 다음과 같은 3가지 공법으로 분류할 수 있다.

   (1) 주입재 분사방식(단관식) : CCP 공법

       경화재를 고압으로 분사 시켜 지반을 세굴하고 세굴토와 경화재를 기계적으로 교반, 혼합 시켜 지반 개량체를..조성하는 공법이다.

   (2) 주입재, 공기 병용 분사방식(이중관식) : JSP공법

       외주로부터 압축공기를, 중심으로부터 경화재를 고압으로 분사시켜 지반을 세굴하여, 세굴된 흙과 경화제를..교반ㆍ혼합시켜 지반 개량체를 조성하는 공법이다.

   (3) 주입재, 물 및 공기 병용 분사방식(삼중관식) : SIG공법, RJP공법 등

       공기와 물을 고압으로 분사 회전시켜 지반을 세굴 파괴하고, 이것을 지표면에 배출시켜 지중에 인위적인 공간을 만든다. 하단부터 경화재를 충진시켜 지반 개량체를 조성하는 공법이다.

       

3. 원  리 

공법명	C.C.P (Chemical Churning Pile)	J.S.P/J.S.G (Jumbo Special Pattern)	S.I.G/C.J.G Column Jet Grout)	R.J.P (Rodin Jet Pile)
구 조	단관(Φ50~Φ73㎜)	2중관(Φ54~Φ89㎜)	3중관(Φ89~Φ110㎜)	3중관(Φ89~Φ110㎜)
분사 형태		※ 최근엔 양방향분사 타입이 많음
			※ C.J.G, S.I.G, R.J.P는 하단노즐의 압력차이만 있음

4. 특   징

   (1) 확실한 지반 개량체를 형성시킬 수 있다

       분사된 초고압수 또는 초고압경화재액을 회전하는 노즐의 궤도에 따라서 분사시켜 흙을 확실히 굴삭, 파괴시키면서 개량목적과 지반의 토질조건에 맞게 균질한 기둥 형태의 소일시멘트를 조성한다

   (2) 적용대상토질의 선정에 제한을 받지 않는다.

       일반적으로 개량이 어렵다고 알려져 있는 유기질토나 자갈혼합토에 대하여도 적용가능하다

   (3) 지중에 인위적으로 만든 간극에 경화재를 충진 시키기 때문에 인접 건물이나   지하 매설물에 미치는 영향을 상당히 감소시킬 수 있다.

   (4) 목적에 따른 경화재의 선정에 의하여 균질하고 목적에 맞는 개량 고결강도를 얻을 수 있다.

       사질토의 개량강도 : 10~30㎏/㎠, 점성토의 개량강도 : 5~10㎏/㎠

   (5) 또한 경화재의 밀도가 높기 때문에 지중에 다소의 유속이 있어도 유실되지 않는다.

   (6) 사용하는 경화재는 값이 싸고, 무공해 시멘트계 재료를 주로 사용하기 때문에 장기적으로 안정된 개량고결이 될 수 있다.

   (7) 장비가 소형이므로 좁은 장소에서도 시공이 가능

   (8) 슬라임 발생으로 환경적으로 문제 → 최근 슬라임을 물과 토사를 분리하여 처리, 슬라임 재사용 공법 개발(S.R.C공법)

   (9) 해성점성토(일면 뻘층) 또는 매립지층에서는 그 효과가 크게 감소 됨

5. 개량효과 확인 방법

   (1) 확인 시추조사

   (2) 현장시험 : 표준관입, 공내재하,

   (3) 실내시험 : 시추코아 강도시험

   (4) 물리탐사

      ① 텔레뷰어 탐사

      ② 지오토모그라피 탐사

      ③ SASW

      ④ 다운홀, 크로스홀 등

   (5) 감마선, 중성자

6. 고압분사주입공법의 설계

   (1) 설계고려사항

      ① 대상지반이 토질구성, 지하수위 등

      ② 지반의 물리특성(함수비, 입도조성 등)

      ③ 지반이 강도특성(N치, 점착력)

   (2) 공법선정 : 지반조건과 시공조건으로부터 대상토질, N치, 시공깊이 등을 검토하여 선정

   (3) 주입율, 주입비 결정

      ① 주입율(λ) : 주입지반체적에 대한 주입재 비율

         λ=nα(1+β)

          여기서 n:간극율, α : 충전율, β : 손실계수

      ② 주입비 : 그라우팅 성패에 큰 영향인자이므로 신중하게 결정해야 함.

           주입비 : (D₁₅/G₈₅)≥15

         따라서, 지반의 입도시험에 의해 D₁₅로부터 G₈₅를 설정하고 주입재의 시멘트 종류를 결정함.

   (4) Grout 배합

       주입목적에 따라 경험적인 자료로부터 배합비를 선정하고, 시험 배합하여 투수계수, 압축강도, X-선회절, SEM(주사 전자현미경) 결과에 의해 결정함.

   (5) 주입압의 설정

      간극수압〈P(주입압)〈(3~5) 간극수압

   (6) Gel Time 결정

      ① Gel Time이 길 때는 1 Shot(1액 1계통), Gel Time이 약간 짧을 때(2~10분)은 1.5Shot(2액 1계통), Gel Time이 극히 짧을 때(2분이내)는 2Shot(2액 2계통)으로 함.

   (7) 주입공 배치 및 깊이

   (8) 시공계획 수립

Ⅰ. JSP (Jumbo Special Patten Method)

1. 개  요

   (1) 본 공법은 일본의 교반혼합공법(CCP공법)에서 발전된 제트그라우팅의 일종으로 CCP공법은 수평방향으로 고압(200kg/㎠)의 경화재를 분사하여 원주상(D=30~50cm)의 고결체를 형성하는 반면에 JSP공법은 에어제트(air-jet)를 병용시킴으로서 경화재 분출류의 지반 절삭능력을 증진시켜서 고결체의 직경을 크게 (D=80~120cm)하는 고압(200kg/㎠)분사 주입공법임

       → 주입재, 공기 병용 분사방식으로 2중관을 사용

   (2) 적용지반

      ① 암반을 제외한 전 지반에 적용 가능

         표준관입시험의 N치를 기준하여 사질토는 N치 30이하, 점성토는 N치 5이하인 지반에서 효과적임

      ② 단, 유기질층이나 지하수의 유동이 심한 지층은 적용 곤란

   (3) 주요목적

      ① 차수(지수)

      ② 지반 보강(강도 및 지지력 증가)

2. 공법의 특징

   (1) 주입재로 주로 시멘트 밀크재를 사용하므로 약액에 의한 환경오염이 적다

   (2) 계획된 심도와 범위까지 정확하게 지반개량이 가능하고 주변 지장물에 큰 영향이 없다.

   (3) 지표면의 융기현상도 없다.

   (4) 목적범위까지 확실하게 개발함으로서 시공손실이 없어서 경제적임

   (5) 소형장비로 좁은 장소에서 시공이 가능

   (6) 소음 진동이 거의 없어 도심지 시공에 유리

   (7) 지반보강과 차수효과가 뛰어남

3. 시공순서

   (1) 천공 (Φ50mm)

   (2) 목적심도까지 천공이 완료되면 JSP 시공상태로 롯드의 회전속도를 조정

   (3) 주입재 주입 : 천공수 주입을 시멘트 밀크주입으로 바꾸고 주입압을 200kg/㎠으로 상승시켜서 분사주입

   (4) 제트 노즐의 인발 : 롯드를 서서히 회전함과 동시에 노즐을 천천히 인발하면서 연속적으로 분사 주입

   (5) 구근형성 : 계획된 상단 심도까지 분사주입을 완료하며 시멘트로 고결된 구근이 형성된다.

4. 적용범위

   (1) 각종 구조물의 기초지반 개량, 말뚝기초

   (2) 토압의 경감

   (3) 진동방지벽, 지중벽, 토류벽, 지하구조물 보호벽

   (4) Anchor Block

   (5) 지하 차수벽, 지하 댐

   (6) 암반균열의 보강

   (7) Under Pinning (건물 및 교량기초)

   (8) 사면 활동 방지공

5. 개량효과

   (1) 강도개선 효과

      ① 점토층 : 일축압축강도 10~40㎏/㎠

      ② 사질토층 : 일축압축강도 40~100㎏/㎠

   (2) 차수(지수) 효과 : 이하까지 지수 가능

   (3) 1공당 개량범위 : 800~3,000mm

6. 시공시 유의시항

   (1) 적정한 장비 선정이 중요

       심도가 깊은 곳이나 자갈, 전석 등이 있는 지반의 경우 토압이나 롯드의 휨현상 등으로 장비에 무리가 오게 되어 시멘트 원주체 형성에 하자가 발생할 수 있음

   (2) 시멘트 혼합 경화재 분사시 공기와 슬라임 배출상태

   (3) 1step의 인발길이

   (4) 각도기로 천공각도를 정확히 유지(수직도)

   (5) 천공수의 누수정도

   (6) 천공시 타워의 흔들림

   (7) 지표면에 보오링공 위치를 정확히 표시

   (8) 슬라임 배출이 용이하도록 충분한 여굴이 형성되도록 천공작업을 실시     

Ⅱ. R.J.P공법(Rodin Jet Pile)

1. 개  요

   (1) 초고압수와 air를 분사하여 지반을 절삭하고, cement milk를 고압분사교반으로 개량체를 조성하는 지반개량공법으로, 상하단 nozzle 간격이 근접되어 있으며, 상부 1개, 하부 1~2개의 nozzle에서 분사하여 Soil Cement Pile을 조성하는 공법이다.

   (2) 개량체의 크기 : Φ1,000 ~ Φ2,000mm

   (3) 적용지반 : 세립토 가능

   (4) 주목적 : 차수 및 강도증대

   (5) 주입재 : 시멘트 밀크

2. 공법특징

   (1) 토질이나 토층 구성에 영향을 받지 않고 균질의 Soil Cement Pile을 형성 할 수 있음.

   (2) 보통의 주입공법으로는 지반개량이 곤란한 세립토 지반개량에 적용 가능함.

   (3) 분사시의 압력이 Open 된 천공 Hole 주변으로 소산되기 때문에 인접 건물의 부상이나 지중 매설물의 변형이 없음.

   (4) 근접 구조물의 형상에 따른 밀착성이 높은 부착개량을 할 수 있음.

   (5) 경화재는 저렴하고 공해가 없는 Cement계 재료를 사용함에 따라 장기적으로 안정된 개량 고결체를 얻을 수 있음.

   (6) 작은 천공 Hole(Φ60m/m ~ Φ130m/m)을 통해 개량하므로 협소한 장소에서도 컴팩트한 기계로 시공할 수 있음.

3. R.J.P시공

  1. 수 직              2. 삭 공        3. 분사시험        4. R.J.P조성     5. R.J.P조성 완료

4. 적용범위

   ⑴ 히빙(HEAVING)방지 및 토압 감소용

   ⑵ SHIELD의 막장 안정 및 반력벽의 내력향상

   ⑶ 토류공의 손실부분 지수 강화

   ⑷ 토류벽의 보강

   ⑸ SHIELD공 노선방호(路線防護)

   ⑹ 성토구조물의 기초지반 지지력의 증가 및 침하 방지

   ⑺ 말뚝의 수평 저항력의 향상

   ⑻ 중구조물 기초 Pile

◆ 약액주입공법

Ⅰ. LW공법(Labiles Waterglass Method)

1. 개  요

  (1) 물유리 약액과 시멘트 현탁액을 혼합하면 겔(Gel)화 된다는 현상에 착안하여 개발된 공법으로 주입재는 물유리 용액을 주재(A액)로 하고 시멘트 현탁액(또는 시멘트+벤토나이트)을 경화재(B액)로 하며 각각 별개의 펌프를 갖고 Y자형 파이프로 합류시켜서 혼합주입하는 1.5쇼트방식임

   (2) 적용지반

      ① 자갈층, 모래층에 전면 침투 가능

      ② 0.6mm이하 세사층에서는 주입이 곤란

         → 연약한 점성토 및 실트층은 맥상으로 주입되어 침하방지, 지반강화 등의 효과 있음

   (3) 목적 : 차수(지수) 및 지반보강

2. 주입재료 : 완결형 약액

      - 시멘트, 벤토나이트, 규산소다

   (1) 표준배합(차수 및 지반보강)

     

A액		B액
규산소다	물	시멘트	벤토나이트	물
350kg	150ℓ	200kg	20kg	430ℓ
500kg		500kg

 

   (2)주입압력 : 10∼20㎏/㎠

3. 공법특징

  < 장  점 >

   (1) 약액주입공법중에서 고결강도가 높다.

   (2) 타공법에 비해 공사비가 저렴.(국내자체생산)

   (3) 주입재를 소정의 위치에 균일하게 일정범위 주입이 가능하므로 확실한 주입효과가 있다.

   (4) 동일개소에 상이한 종류의 주입재를 반복주입 할 수 있다.

   (5) 주입 후 필요하다고 인정되는 개소에 쉽게 재주입 할 수 있다.

   (6) 천공과 주입으로 작업공종을 분리하여 진행시킬 수 있으며 작업의 단순화, 성력화를 기할 수 있고 철저한 시공관리가 된다.

  < 단  점 >

   (1) 주입압력의 세심한 측정이 필요하다.

   (2) 장기적 상태에서는 차수효과가 떨어진다.(특히, 지하수 유동시)

   (3) 외력에 의한 진동 및 충격에 저항이 적다.

   (4) 미세공극의 지반 효과가 불확실하다.

   (5) 1열 시공시 차수효과 기대가 곤란하다.

4. 시공순서

   (1) 천공 : 목적깊이까지 지반을 천공(Φ100mm)하고 케이싱(Φ75mm)을 설치하며 공내를 압력수로 청소

   (2) 맨셀튜브 삽입 : 30~50cm간격으로 주입공이 뚫려있고 그 부위에 밸브작용을 하는 고무슬리브가 부착된 맨셀튜브를 삽입. 맨셀튜브와 케이싱사이에 적당한 실(seal)재를 주입하고 케이싱을 인발

   (3) 더블 패커삽입 : 24시간 경과후에 더블패커가 장치된 주입관을 맨셀튜브 속에 삽입

   (4) 약액주입 : 계획된 위치부터 주입. 주입재는 맨셀튜브의 주입공을 통해 고무슬리브를 밀고 나와 실재를 파괴하며 지반속으로 침투하게 됨

5. 개량효과

 (1) 일축압축강도(양생 28일)

      - 점성토 : 4∼6㎏/㎠

      - 사질토 : 10∼20㎏/㎠

     자갈층에서는 케이싱삽입이 곤란하므로 적용부적합

6. 주입률

   ⊙ 주입량산정 : Q = V × n × α × (1+β)

               여기서, v : 주입개량범위의 총 체적

                       n : 지반의 간극율

                       α : 지반간극에 대한 주입재의 충진율

                       β : 주입재의 손실계수

Ⅱ. SGR 공법

1. 개  요

  (1) 기존 약액주입의 주입효과가 미약함을 감안하여 물유리계 주입재를 사용하여 주입효과를 증대시킨 이중관 복합 주입공법으로서 대상 지반중에 형성시킨 유도공간(Inducement space)를 통해 순결성과 완결성의 주입재를 저압에 의해 연속적으로 복합 주입하는 공법임

   (2) 적용지반 : 일반적으로 점성토, 사질토 지반에 모두 가능.

   (3) 주입목적 : 차수(지수)

   (4) 주입재 : A액(규산소다 + 물), B액(포틀랜트 시멘트+SGR7,8호+물)

2. 시공순서

   (1) 천공 : 지반개량에 필요한 위치에 보링머신(BORING MACHINE)의 이동, 설치가 완료되면 이중관 롯드의 내관으로 착공수를 압송시켜..계획심도까지 착공한다.

   (2) 천공완료 : 계획심도까지 착공이 완료되면 보링머신의 이중관 롯드의 외관으로 착공수를 보내면서 롯드를 1단계만큼 인발하면 특수선단장치(ROCKET)가 돌출하여 자연히 실린더 형태의 공간이 형성되며, 이때 1단계의 길이는 로켓이 돌출되는 길이와.같은 상태로 맞춘다.

   (3) 주입개시 : 내관과 외관을 통하여 주입한다. 필요에 따라서 급결성(순결성) 주입재와 완결성 주입재를 반복으로 주입하는 복합주입을 실시한다.

   (4) S.G.R 시공 : 이중관 롯드 속으로(급결형 6-10초, 완결형 60-120초를 표준) 급결성, 완결성 주입재를 저압 주입한 후 50cm씩 상승시키면서.계획된 주입 상한선까지 시공한다

   (5) 시공완료

      주입 상한선까지 주입이 완료되면 이중관 롯드를 인발하여 천공수를 이중관 롯드 내부로 보내 청소한 후 다음위치로 이동한다.

(시공 모식도)

3. 공법특징

   (1) 천공후 로켓발사로 유도주입을 위한 유도공간을 형성한 후 복합주입을 하게 된다.

   (2) 유도공간을 이용한 이중관 저압 주입이다.

   (3) 3조식 교반기가 부착되어 있으므로 급결성(shot gel time 6-12sec), Medium Gel Time(50-90sec) 및.완결성(Long Gel Time 60sec-15mim)그라우트의 연속적이고 복합주입이 쉽게 된다.

   (4) 그라우트 주입 중에는 주입관의 회전이 없으므로 Packing 효과가 크고 매 단계마다 확실한 그라우팅이 된다.

   (5) 유도공간을 만든 후 그라우트를 복합 주입함으로써 지반융기를 막을 수 있다.

   (6) 자연상태의 토립자는 교란되지 않고 전체 대상지층의 간극수만 치환하게 된다.

   (7) 중저압 침투주입 (4-8㎏/㎠)이므로 지하시설물이나 주변 구조물에 대한 영향을 미치지 않는다.

           

 ◆ LW공법과 SGR공법의 비교

   

구    분	LW공법	SGR공법
주 입 재	완결형	완결형과 급결형 복합주입
주입방식	이중관 더블패커 또는 단관	이중관 스트레이너(단상식 또는 복상식
주 목 적	지반보강 및 차수	차수
공 통 점	용액형 차수가 주목적으로 강도가 약함 겔화 반응제를 사용되는 규산소다의 용탈현상에 의해서 내구성에 취약

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Ⅲ. MSG 공법

1. 개  요

  (1) MSG(Micro Silica Cement Grouting)공법은 주입재와 주입장치를 동시에 개량한 첨단 주입공법이다.

   (2) 주입재는 평균입경 3∼7㎛의 마이크로 복합 실리카를 주성분으로 사용하기 때문에 고침투성, 고강도성, 고내구성 및 환경친화성을 특징으로 한다.

   (3) 또한 실리카 함량과 겔타임 조정재를 이용해서 겔타임을 3∼5초의 초급결에서 5∼7분의 초완결성까지 폭넓게 조정할 수 있다.

   (4) 주입방식은 2.0 shot방식의 주입 선단장치를 선택적으로 사용할 수 있기 때문에 복잡한 출수(出水)상황과 호층(互層)지반에서도 효과적으로 대응할 수 있는 맞춤형 그라우팅이다.

2. 시공순서

  (1) 2중관 주입방식

      

   (2) 더블패커 슬리브 주입방식

     

3. 공법의 특징

   (1) 주입선단장치

       2중관 주입방식은 순결성 그라우트와 침투성 그라우트를 반복하여 선정할 수 있는 2.0shot공정을 기본으로 하며, 더블팩커 슬리브주입방식은 고탄성 슬리브를 통해서 원판상(圓板狀) 인공 유선이 형성되므로 주입재를 균질하게 분사침투시킬 수 있는 1.5 shot공정을 기본으로 합니다.

   (2) 주입스텝 단축

       주입스텝 길이가 종래 50cm에서 33cm로 단축되어 침투의 중복도가 커지므로 실트질 점성토나 조밀한 지반에서도 주입효과가 우수합니다.

   (3) 복합주입 방식 채택

       MSG공법의 복합주입은 지반특성이 다양한 복수 지층에서 각 지층에 적합한 순결형과 완결형의 주입재와 시공방법을 단계적으로 적용함으로써 균질한 지반개량이 가능합니다.

   (4) 초미립자계 주입재 사용

       MSG공법은 최대입경 10㎛ 이하의 마이크로계 분체를 현탁액형으로 사용하기 때문에 세립질 모래지반은 물론이고 실트질이 소량 함유된 실트질 모래지반까지도 침투주입이 가능합니다.

       

보통 시멘트 주입	MSG주입
보통시멘트 현탁액은 입자가 굵기 때문에 사질지반 에서 조차 완전한 침투주입이 불가능하고 유출구 주변에 뭉침현상(caking)이 발생하여 침투유로를 차단합니다.	MSG 현탁액은 입자가 미세하기 때문에 어떠한 사질지반에서도 균질하고 완전한 침투주입이 가능합니다.

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   (5) 강도발현성 및 내구성

       MSG약액의 호모겔 고결체는 고강도가 발현되고 장기재령에서도 시편변형이 적기 때문에 내구성이 우수합니다.

   (6) 환경적 안정성

       독극물, 위험물이 포합되어 있지 않기 때문에 중금속류가 검출되지 않습니다. 지하수에 의한 알칼리 용탈이 적기 때문에 pH상승이 낮고 식생환경에 미치는 영향이 적습니다.

4. MSG공법 요약

구분	- 약액주입공법
	- M.S.G공법(Micro Silica Cement Grouting)
공법개요	- 지반천공 후 2.0shot 방식으로 sleeve pipe에 double packer를 이용 주입재를 주입하는 저압 침투 공법이다.
주입압	- 15kg/㎠ 이하(통상 4~8 kg/㎠)
주입재료	- Micro Silica Cement  - 실리카졸계 특수규산
적용지반	- 점성토, 사질토, 사력층, 풍화대
일축압축강도	- 사질토 : 10~30 kg/㎠  - 점성토 : 0.5~5 kg/㎠
장점	- 침투주입효과 양호  - 지하수에 의한 용탈 억제로 내구성 우수  - 환경, 지하수 오염이 없음  - 주입약액과 주입선단장치를 기존의 공법과 차별화함     (즉, LW공법 + SGR공법)  - 그라우팅 목적에 따라 주입방식 조정이 가능(신뢰성 확보)
단점	- 국내 시공사례가 적음

◆ 주입공법의 일반사항

1. 개  요

   (1) 주입공법은 지반 내에 설치한 주입관을 통하여 주입재(현탄액, 약액)를 지중에 압송․충진하고 일정한 시간(gel-time)동안 경화시켜 지반을 고결시키는 지반개량 공법으로, ①지반의 불투수화(차수, 지수) 또는 ②지반강도증대를 목적으로 한다.

   (2) 주입공법은 직접적인 차수공 또는 지반개량공으로서, 비교적 간편하게 소규모로도 실시할 수 있고 소음, 진동, 교통난 등의 공해가 적으며, 더욱 공기가 짧고 타 공법으로는 달성 불가한 것도 시공할 수 있는 특징이 있다

2. 주입재의 종류

  (1) 현탁액형 : 시멘트, 점토(벤토나이트), 아스팔트, 흙-시멘트

      ① 시멘트계가 90% 이상을 차지

      ② 조립토(가는 모래보다 더 굵은 흙)에 대해서만 적용 가능 : 투수계수 10^-4cm/sec

      ③ 강도나 경제적인 면에서 가장 유리

      ④ 경화 시간이 요구되므로 긴급을 요하는 용수, 누수 등의 지하수처리나 유수 중에서의 주입효과는 기대할 수 없음

      ⑤ 암반 균열이 협소하거나 연장거리가 길 경우 주입효과 기대할 수 없음

      ⑥ 점토계, 아스팔트계는 강도 기대할 수 없으므로 차수목적으로만 사용 가능

      ⑦ 적용 가능성에 대한 판단기준 : 주입(가능)비로 판단

   (2) 약액(용액)형

      ① 종류

        ․ 물유리계 : 규산염 계통이 90% 이상 차지

       ․ 고분자계 : 아크릴아미드계, 크롬리그닌계, 우레탄계, 요소계, 규산염계

      ② 약액형은 점성이 낮고 입자가 없어서 시멘트로는 기대할 수 없는 암반의 협소한 균열 깊숙이까지 주입충전이 가능함

      ③ 시멘트와 병용으로 부족한 강도를 증대시킬 수도 있음

      ④ 고분자계 약액은 우물 또는 지하수 등에 심각한 환경오염을 유발

      ⑤ 물유리계에 의한 차수공법은 모래, 실트지반을 주대상으로 함

      ⑥ 전석이나 자갈 등이 있는 토사나 굵은 모래질 지반에서와 같이 비교적 간극이 큰 흙에 대해서는 현탄액형의 약액이 사용되며 사질토와 같이 비교적 간극이 작은 흙에는 용액형이 많이 사용된다.

  (3) 주입재의 구비조건

      ① Gel time 조절이 용이해야 한다

      ② 저점성이어야 한다(침투성 향상 위해)      (침투성 : 현탄액형 ＜ 물유리계 ＜ 고분자계)

      ③ 고결하여 강도를 발현하여야 한다(지반의 강도증가)

      ④ 용탈현상이 작아야 한다(강도의 지속)

      ⑤ 주입지반은 불투성이 된다(지하수의 차수)

3. 주입공법의 분류

   

주 입 공 법	약액주입공법 (저압주입)	ROD or Strainer 주입 : 시멘트 밀크, 모르타르 등  (1.0shot 방식)
		Double packer 주입 : LW공법, TAM, 우레탄, 강관다단 그라우팅 등  (1.5 shot 방식)
		이중관 or 복합주입 : SGR, JCM 등  (2.0 shot 방식)
	강제교반공법	고압분사 주입공법 (JET 방식)	단관 : CCP
			2중관 : JSP
			3중관 : SIG, RJP 등
		심층혼합처리공법	SCW, SEC, DCM 등

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4. 주입형식

   (1) 침투 그라우팅

       : 주입제가 흙의 간극을 채우는 것을 말함

       - 이 형식은 체적의 변화, 즉 원지반의 구조의 변화가 없다

       - 적용지반 : 가는 모래보다 굵은 흙과 암반의 균열에만 적용 가능

           → 최근 마이크로 실리카 시멘트를 사용, 세립토도 적용

       - 주 입 제 : 현탄액 주입제(시멘트, 점토, 모르타르)와 약액 주입제(물유리계, 고분자계)가 있다

   (2) 변위 그라우팅(다짐 그라우팅 ; C.G.S, )

       외부의 견고한 혼합물이 간극을 채우면서 주위에 있는 흙에 압축을 가하여 지반의 변위가 일어나게 하는 것

       - 적    용 : 부등침하 수정, 언더피닝, 굴착 지반에 인접한 지반강화, 심층지반 개량, 액상화 방지

       - 적용지반 : 불포화 지반이나 간극이 큰 느슨한 지반

       - 주 입 제 : 슬럼프(약2.5cm이하)가 대단히 낮은 시멘트 또는 모르타르

   (3) 캡슐 그라우팅

       - 주입제가 흙입자를 둘러싸는 것

       - 석회슬러리는 이 형식에 가장 보편적으로 사용되는 주입제 임

              

5. 적용범위

  (1) 흙막이공 바닥의 히빙(heaving) 방지

  (2) 건물기초의 underpinning

   (3) 토류벽의 토압경감 및 차수

   (4) 말뚝기초, pier기초의 지지력 보강

   (5) 댐기초의 차수

   (6) 터널 굴진 주변 지반보강

   (7) 지반진동 경감

 ◆ 침투주입과 할렬주입

  1. 개요

    (1) 침투주입 : 주입재가 흙의 간극을 메우는 것

    (2) 맥상주입(할렬주입)이란 지반 전체에 균등하게 주입이 되지 않고 균열, 절리 또는 가장 약한 부분으로만 주입이 이루어지는 것

  2. 토질별 주입범위

    (1) 대상 토질이 점성토일 경우에는 주입재의 침투주입이 되지 않고, 맥상주입이 되기 쉬우므로 차수효과는 기대하기 어렵다. 따라서, 점성토에서의 차수공법은 침투주입공법은 바람직하지 않으며, 고압분사공법 또는 현지토와의 혼합에 의한 교반공법이 바람직하다.

   (2) 기존 공법 주입재의 침투 주입 한계가 로 좁은 반면 MSG 공법 주입재는 모래질 실트의 까지도 침투 주입의 영역을 확대시킬 수 있습니다.

      

 3. 투수계수와 주입형식

  보통 시멘트는 정도에서도 침투와 할렬이 혼재하는 반면 MSG 주입재는 까지 침투주입 상태가 양호

    

6. 주입공법의 특징

장   점	단   점
- 비교적 간편하게 소규모로 지반개량이 가능	- 공사비가 고가임
- 소음, 진동, 교통난 등의 공해가 적음	- 고압분사 : 지반융기, 수평변위, 양생기간 필요
- 공기가 짧음	- 점성토에서는 맥상주입 우려 있음
- 타 공법으로 시공이 불가능한 것도 시공 가능	- 주입효과 판정방법, 주입범위 등에 대한 신뢰문제
- 적용지반이 다양 : 점토, 모래, 자갈, 암반, 쇄석	- 교반혼합 : 자갈층 곤란, 양생기간 필요

7. 주입공법 사용 시 주의사항(문제점)

  (1) 지반개량효과에 대한 불확실성

      - 약액의 정확한 주입범위

      - 주입고결토의 강도증대 효과

  (2) 주입효과 판정방법에 대한 불확실성

    

 ※ 주입효과 판정방법

   1. 차수효과 판정시 : 실내 및 현장투수시험에 의한 투수계수 측정

   2. 전단강도증대 판정시

     (1) 실내시험 : 시추코아 일축압축강도 시험

     (2) 현장시험 :  ① 표준관입시험 ②공내재하시험  ③평판재하시험

     (3) 물리탐사시험 : Down hole, 전기비저항탐사, 탄성파탐사, 지오토모그라피, 텔레뷰어 탐사,

     (4) 기타  :  중성자수분계,  감마(γ)선 밀도계

  (3) 주입재의 내구성 및 환경문제

      - 용탈현상으로 차수성 및 강도 감소

      - 고분자계 약액의 경우 환경문제 심각 (최근 시멘트계도 환경문제 대두)

  (4) 점성토에서는 침투주입이 되지 않고 수압파쇄현상(Hydraulic Fracturing)에 의한 맥상주입이 되기 쉬움.

  (5) 고압분사공법(JSP, SIG, RJP, JET 그라우팅 등)은 해성점토(일명 뻘층) 또는 매립지층에서는 그 효과가 크게 감소하며, 지반의 융기에 따른 피해가 발생할 수 있음

8. 약액주입공법의 개량기구(Mechanism)

 가. 토사지반

     - 약액주입 후의 흙은 주입전의 흙에 비하여 비중, 공극비, 밀도, 투수계수 및 강도정수 등 토질성상에 큰 변화가 생기게 된다.

     - 이들 중 투수계수 및 강도정수는 그 변화폭이 크고 또한 매우 중요한 요소가 된다.

    (1) 전단강도

       ① 약액주입에 의해 흙의 강도는 증대되는 바, 주로 점착력에 의해서 증가되는데 이것은 대상지반의 밀도가 클수록, 입자의 형상이 모가 날수록, 입경이 작을수록, 주입재의 농도 및 점도가 클수록 커지게 된다.

       ② 점착력 : 박막점착력과 구조적 첨착력으로 이루어지며, 주입 전에 비해 수배~십여배까지 증가

           (사질토의 경우 : c=6~10tonf/㎡, 점성토의 경우 : c=1tonf/㎡ 정도)

       ③ 내부마찰각 : 거의 변화없음

           - 느슨한 상태 : 내부마찰각이 약간 감소, 전단강도의 주체는 약액

           - 조밀한 상태 : 내부마찰각 약간 증가

       ④ 토사지반의 개량전 후 전단응력 - 수직응력 관계

                

           - 토사지반의 전단강도 :

    (2) 투수계수

        ① 주입재가 공극을 메워 투수계수가 현저히 떨어짐

        ② 사질토의 투수계수는 10^-3cm/sec 정도 감소

    (3) 단위중량

        수직응력σ(=rh)에서 약액주입에 의해 흙의 단위체적중량()는 다소 증가된다

 나. 암반

    (1) 암반층에서는 개량기구가 토사지반과 달라 암반내의 불연속면과 주입재의 침투성(Groutability Ratio)과 관계가 깊으며, 주입재가 암반에 침투하여 불연속면을 접착시키는 역할을 하게 됨

    (2) 암반 절리면의 약액주입 개량효과는 수직응력(σ), 절리면의 거칠기(JRC) 및 형상, 절리면의 일축강도(JCS), 기본마찰각(), 암반의 크기(Scale Effect)에 좌우된다.

        

        ① 약액이 틈새에 주입되므로 절리면의 접착력이 증가함

        ② 물유리가 다량 주입되면 homogel의 전단강도에 지배됨에 유의하고 주입재의 강도가 커지도록 시멘트 등 주입재 선정이 필요함

    (3) 주입성    

       ① 주입재의 입경이 암반불연속면 틈새크기의 1/3 이하인 경우에 침투주입이 가능함

       ② 주입재별 침투주입 가능성

           - 보통시멘트 : 투수계수가 10^-4cm/sec 이하이면 주입 불가능

           - 마이크로 시멘트 : 투수계수가 10^-5cm/sec 이하이면 주입 불가능

           - Super Fine Cement : 10^-6cm/sec 이하이면 주입불가능

  다. 차이점

     (1) 토사지반은 지반전체의 개량을 목표로 하여 점착력을 크게 개량할 수 있으며 전단저항각의 증가는 미비함

     (2) 암반은 전체적인 것보다는 불연속면을 주입대상으로 하여 봉합, 충전하여 공학적 성질을 개선하는 것임

9. 주입방식

  약액의 주입방식은 고결시간을 기준으로 한다.

  (1) 1Shot System(1액 1계통식)

      ① 믹서에서 주입재를 충분히 혼합하여 하나의 주입관으로 주입하는 방식

      ② 재료가 균질하고 겔화시간이 긴 주입재에 적용 (Gel Time : 20분 이상일 때)

      ③ 지하수의 유속이 크지 않을 때

  (2) 1.5 Shot System(2액 1계통식)

      ① Gel Time이 2~10분일 경우

      ② 현장에서 가장 많이 사용

         (예 : LW공법, 강관다단 그라우팅, 등)

  (3) 2Shot System(2액 2계통식)

      ① 각각 다른 관으로 나와 혼합되는 순간 고결화하는 경우

      ② Gel Time이 극히 짧을 때 : 2분이내

         (예 : SGR, Shotcreate 등)

      ③ 유속이 클 때나, 용수 누수가 많을 경우