연약지반처리 공법

도로를 가다보면 연약지반 처리 중이라는 곳을 볼수 있습니다. 연약지반? 지반이 연약하다는 말이 어떤 의미인지 그리고 시공방법에 대해서 포스팅 하도록 하겠습니다.

1. 연약지반이란?

연약지반은 지반의 상태가 공학적으로 불안정하여 개량이 필요한 지반을 말합니다. 공학적은 불안하다는것은 일반적으로 표준관입시험 Standard Penetration Test 을 통해서 N치 값이 사진토 10이하이거나 점성토가 4이하 지반을 말합니다. 하지만 이런 공학적 수치는 연약지반을 정하는 절대적인 기준은 아닙니다. 연약지반은 상대적인기 때문에 최종 목적물이 어떤거야에 따라서 연약지반을 판정하기도 합니다. 

2. 연약지반의 개량 공법의 선정

1) 연약지반 개량공법 선정에서 가장 중요한것은 토질의 종류라고 할수 있습니다. 우선 내가 개량해야할 지반이 사질토인지 점성토인지에 따라서 공법이 차이가 많이 나게 됩니다. 사질토와 점성토는 근본적으로 개량 방식이 다른데 사질토는 모래말뚝공법, 진동다짐공법, 약액주입 공법, 동다짐 공법등이 있고 점성토는 치환공법, 탈수공법, 배수공법, 고결 공법, 동치환 공법 등이 있습니다. 

2) 사질토시 공법선정

진동다짐 공법의 경우는 진동을 통해서 흙의 간극을 좁혀서 전단강도를 높입니다.

동다짐 공법은 큰 추를 사용해 흙에 충격을 주고 그 충격으로 인해서 흙 입자사이 공기가 빠져나가게 되며 전단강도를 높입니다. 하지만 이 공법은 시내나 거주지 근처에서는 많이 쓰이기가 어려운데요. 그이유는 아무래도 진동 소음이 많이 발생하기 때문입니다. 일정 이상치의 진동 소음이 발생하면 인근 농가 가축물들에게도 피해를 주지만 도시의 경우 시민들에게도 많은 민원을 받을수 있습니다.

3) 점성토의 공법선정

점성토 공법은 부분적인 부분은 치환을 하는 경우가 많습니다. 즉 점토질 흙으로 인해서 추후에 점토질 흙이 압밀과 함께 문제가 발생할 소지가 있기때문에 이를 사질토, 모래 등 양질의 흙으로 치환해주는 것이죠. 하지만 이런 공법은 대규모 공사에서는 쓰이기가 어렵습니다. 또한 치환공법에도 굴착치환같은 경우도 있지만 강제치환하는경우도 있는데 공사금액이 굉장히 큽니다.

점성토에서 연약지반이 문제가 되는것은 점성토의 경우 지금 당장 문제가 나오지 않는다는것인데요. 사질토의 연약지반 특징은 공기를 제거하는거지만 점성토의 경우는 미립자로 구성되어있기에 미립자와 붙어있는 간극수를 제거해야합니다. 이는 단순히 어떤 힘을 가하는게 아닌 지그시 눌어주는 공법을 이용하게 되는데요. 그럼으로써 나온 공법이 탈수공법입니다.

탈수공법은 말그래도 물을 제거해주는 공법이며, 이 공법에는 PVD공법, PHD공법, PBD공법, SD공법 등이 있습니다. 지그시 눌러주는 공법인 Pre loading공법과 같이 쓰이게 되는데 위에서는 눌러주고 PVD공법을 이용해서 물길을 만들어주는것이라고 보면 됩니다. 

공법 선정시 SD 공법의 경우는 재료값이 Sand가 투입되기 때문에 굉장히 공사비가 높은반면 그 효율성이 좋습니다. 그에 반면 PVD공법의 경우는 시간은 조금 더 오래걸리지만 아무래도 공사비가 경쟁력이 있기때문에 공사비 예산과 공사기간에 따라서 정하면 되겠습니다.

3. 연약지반 개량 시공 계획

1) 사전조사

토질의 종류 및 연약지반의 심도를 조사합니다. 조사시 Boring 머신은 통해서 100x100m 또는 구간에 따라서 20mx20m마다 Hole을 만들고 Sample을 채취합니다. 공사의 목적에 따라서 연암까지 보링할지 풍화암까지만 할지도 정하면 되겠습니다. Sample을 채취하면 그 샘플을 이용해서 실내시험을 하여 최종 토질에 대한 조사를 하게됩니다. 

또한 사전조사시 측량을 하게되는데 측량을 통하여 공사 범위를 정확히 하고 부지를 확정합니다.

2) 공사의 규모 및 공기 선정

도로의 폭,도로의 연장 및 공사기간을 고려합니다.

3) 공법의 선정

개량 공법 선정 과정을 거쳐서 공사비 예산과 공기를 감안하여 정합니다. 또한 PVD같은 경우는 점성토 깊이에 따라서 조달가능한 장비를 찾아야 하기도 합니다. 특히나 Boom 대가 큰 장비의 경우는 특수 제작을 해야하는 경우도 있고 해외에서 수입 렌탈을 해야하는 경우도 있습니다. 자재의 경우도 국내에 맞는 Spec과 해외의 SPec을 비교해서 정해야 합니다.

4) 연약지반 개량

5) 계측

연약지반을 통해서 가장 중요한 부분은 계측이라고 할수있습니다. 일반적으로 지반을 계측하기 위해서는 간극수압계, 지하수위계,  토압계, 층별 변위계 등이 있습니다. 그리고 연약지반 처리 구역내 및 인근에 구조물이 있는경우에는 경사계를 두어서 연약지반에 의해서 경사가 발생하는지 항상조사해야합니다. 특히나 어느정도 이상의 경사가 발생시에는 위험수위라고 판단되어 보조 조치를 취해야 합니다. 

4. 시공시 주의사항

1) 지반상태, 공사규모, 공사기간을 감안한 공법 선정이 중요합니다.

2) 양질의 재료 투입이 중요합니다. PVD의 경우 지반내에 시공하였을때 품질이 확보되어있지 않으면 구부러짐 현상, 찢어짐 현상들이 발생하고 Smear Effect등이 발생하기 때문에 시방서에 맞는 재료 투입이 중요합니다. 

3) 자재 장비 조달 시기를 제때에 맞춰서 해야합니다. 자재 장비 조달 시기가 너무 늦는경우는 공사기간에 차질이 생기며 또한 너무 이른경우는 대길비용이 발생할수 있기 때문입니다.

4) 환경오염 발생에 주의해야합니다. 동다짐 공법은 위에서 언급했듯이 소음 진동 등에 의해서 인근 및 외부에 영향을 줄수 있기 때문에 시공계획시 철저한 검토가 되어야하며, 탈수 공법 및 그외 공법의 경우에도 지반오염이나 폐기물 처리 등을 검토해야합니다. 특히나 DCM공법 처럼 시멘트와 토사를 교반하는 공법의 경우 폐기물처리는 신고를 하고 지정된 곳에 처리를 해야합니다.

5) 장비의 주행성 고려해야합니다. 연약지반은 장비 운행시 위험이 있을수 있기 때문에 주행 가능한 장비 선정과 주행횟수를 정해야합니다

6) 실적있는 전문가를 통해서 시공해야합니다. 연약지반은 잔류침하량을 계산하고 추후에 추가 침하가 발생할수 있기때문에 전문가를 통해서 잔류침하량이 허용범위내에 있는지를  검토해야합니다.