[신기술.신공법] 초연약지반 표층 고화처리공법

[철근]

신기술.신공법
초연약지반 표층 고화처리공법

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■기술개발자:동아건설산업(주) 유성용
■주소:서울시 중구 서소문동 120-23 (Tel:02-3709-3630)
■보호기간:5년(1995. 2. 28)

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1.신기술의 내용

1.1신기술의 요약

고화처리공법은 고함수 점성토로 구성된 초연약지반에 특수고화제를 주입교반하여 조기에 소 정의 강도를 가지는 경질지반으로 개량하는 화학적 토질 안정처리방법이며, 표층처리방식은 상기의 기술을 이용하여 간척지나 준설매립지등의 연약지반을 표층만 고화하는 것으로 연약 층이 깊게 분포하는 경우라도 표층부의 0.5~2.0m정도만을 고화처리하여 사람이나 장비의 통 행이 가능하도록 하는 방법이다.

본 기술을 현장에 적용하는데에는 고함수 점성토를 조기에 고결시킬 수 있는 유용한 고화제 와 고화제를 현장 사용이 용이하도록 액상의 고화액으로 제조하는 혼화설비(Mixing Plant) 및 제조된 고화액을 혼합교반기까지 일정량을 지속적으로 보낼 수 있는 송수장치 등 보조시 스템(Back叔up System)과 고화액을 원지반토에 혼합교반하는 교반장치가 필요하며 경제적이 면서도 안전한 시공을 할 수 있는 설계기법이 필요하다.

1.2원리 및 시공 방법

(1)개발 고화제

시멘트계 슬러리를 이용한 고화처리공법은 1960년대에 개발되어 그 시공 영역을 확대시켜 왔 다. 현재는 하천, 운하, 해저에 퇴적된 저질니토(Hedro)의 고화, 준설 매립지에서의 토공장 비 운행성(Trafficability) 확보를 위한 표층고화처리, 시트(Sheet) 공법 등과 병용한 복토 , 수로구조물, 호안기초, 가옥기초, 택지조성 등에 광범위하게 적용되고 있으나 국내에는 아 직 본격적으로 시공된 사례가 없는 실정이다.

시험시공에서 사용된 고화제는 보통 시멘트에 포졸란제(점토광물과 고화반응을 하며 시멘트 의 강도발현 기능을 보강해 줌), 계면활성제 (점성토, 유기질토와의 고화반응을 원활케 함) 그리고 몇가지 자극제 등을 적절히 혼합한 것으로 그 사용방식은 분체상태로도 사용할 수 있 으나 앞서 기술한 바와 같이 교반효과를 극대화하기 위하여 주로 풀(Paste)로 만들어 사용한 다. 이때 사용되는 혼합용수는 혼탁하지 않다면 해수를 사용하여도 품질관리에 문제가 없는 것으로 나타났다.

본 고화제의 화학성분은 납, 6가 크롬 등 중금속이나 특정 유해물질이 함유되어 있지 않아 안전하며 장기적으로 2차 공해발생의 우려도 없다. 이상과 같이 고함수 점성토 고화처리기술에 대한 연구와 현장 시험시공 과정을 통하여 아래 와 같은 결론에 이르게 되었다.

①사람의 보행조차 불가능한(허용지지력 qu=0.02~0.06㏊/㎝) 초연약지반을 처리 7일 후 트럭 장비(접지압 약 0.5~0.8㏊/㎝)가 1개윌 이내에 덤프트럭(접지압 약 6㏊/㎝)이 진입할 수 있 는 양질지반으로 개량이 가능하다.

②준설매립 직후의 고함수 점성토 지반도 고화처리공법으로 운행성을 확보할 수 있어 이러한 지역에서의 성토조성의 경우 상당한 공기단축 효과를 기대할 수 있다.

③고화강도는 원지반토의 함수비와 고화제 첨가량에 큰 영향을 받으며 현장조건과 고화제 첨 가량에 따라 현장강도를 다양하게 발현시킬 수 있다.

④현장발현강도는 실내시험의 1/2~1/5로 알려져 있으나 quf=1/2~1/3qul로 적용이 가능하다.

⑤고화처리는 운반, 보관, 배합 과정과 교반 작업과정에서 필연적으로 손실이 발생되므로(금 회 시험 시공과정에서는 약 23%의 손실이 발생하였음) 향후 작업계획 수립시는 고화재료의 작업손실을 일본 적산기준인 10% 정도로 고려되어야 할 것이다.

⑥시험시공에서 교반기 이동은 종, 횡으로 각각 1.5m, 0.8m를 이동시켜 1 사이클(cycle) 당 처리면적을 1.2㎞로 기준으로 하고 주입량을 결정하여 시행하였으나 향후에는 1사이클 처리 면적을 2축 교반기의 실면적인 2㎞로 하고 그에 따라 단위 시간당 주입량도 조정하여 시행하 는 것이 공정관리상 유리하다. 단, 이동시 미처리 구역이 발생치 않도록 교반기 이동을 지그 재그(Zig叔Zag) 식으로 한다.

⑦설계기법은 윙클러(Winkler) 지반반력법에 의한 해법, 유한요소법, 처짐각법, 전단응력법 등이 알려져 있는데 지반반력법으로 적용된 사례가 가장 많으며, 유한요소법은 미개량지반의 변형계수, 경계조건의 설정에 문제를 가지고 있으므로 우선 지반반력법을 이용하는 것이 적 절한 것으로 판단된다.

2.국내외 건설공사 활용현황 및 전망

본 신기술은 각종 초연약지반을 소정의 강도를 가지는 양질의 지반으로 개량할 수 있을 뿐만 아니라, 저질니토(고유기질토), 산업폐기물 슬러지 등의 처리에 이용할 수 있고 또 원지반토 (진흙, 실트, 모래 등)와의 양호한 고화반응을 이용하여 도로기층, 보조 기층공사에도 이용 할 수 있어 앞으로 본 기술의 활용도는 급속히 증대될 것으로 예상되고 있다.

일본의 경우 활용 실적이 무척 많으며 입수된 자료에 의하면 1987부터 1992까지 6년동안 토 지조성, 환경정화, 구조물 기초안정 등을 목적으로한 본 기술 적용공사가 총 224건 5,142,6 00㎞(일본 오니고화연구회 소속사 시행분 집계)가 시행된 바 있고, 특히 동경만에 위치한 하 네다공항 확장공사에서는 '90~'91 동안에 초연약지반상의 운행성 확보를 위하여 약 2,169,7 00㎞의 연니토 표층 고화처리공사가 시행된바 있으며, 본 기술의 적용공사는 다방면으로 증 대하고 있다.

향후 국제건설시장이 전면 개방될 경우 저습지가 많고, 쇄석골재 등 모래, 자갈의 조달이 어 려운 지역이 많은 중국, 동남아 등에서 본 건 기술을 적용할 공사가 증대될 것으로 예상된다 .