심층혼합공법 종류 및 시공시 고려사항

연약지반은 상부 목적물을 지지할수 없는 지반으로서 개량이 필요한 지반입니다. 예를들어서 도로를 만드는데 4차선 고속도로라고 가정합시다. 4차선 고속도로에서 발생할수 있는 하중조건을 지지해야지 도로로서 유용가치가 있는데요. 하지만 연약지반의 경우는 그 지지력을 받아줄수 없기 때문에 개량을 하게 됩니다. 연약지반 개량은 이전 포스팅했듯이 사질토에서 개량하는 방법과 점성토에서 개량하는 방법으로 나누었는데요. 연약지반이 점성토인 경우는 짧은 공사기간안에 개량시키기는 어렵습니다. 물론 치환공법으로 점토나 실트를 전부 퍼내고 사질토를 넣으면 되겠지만 공사비가 어마어마 하겠죠 그렇기 때문에 치환공법보다는 그보다 저렴한 탈수 공법을 쓰는경우가 많이 있습니다. 이번에는 심층혼합 공법에 대해서 포스팅하려고 하는데요. 심층혼합공법은 탈수공법은 아니고 점성토 지반에 시멘트 말뚝 및 층을 만들어서 개량하는 방법입니다. 

1. 심층혼합공법의 개요

1) 연약지반을 개량하기 위해서  심층혼합공법은 주로 해상공사시 연약지반 개량목적으로 사용됩니다. 그 이유는 지상 지반의 경우 탈수공법이나 치환공법을 쓰는게 일반적이고, 만약 공사기간이 짧을 경우, 예산이 충분할경우, 개량 구역이 크지 않은 구역,  목적물 옆에 중요 구조물에 의해서 탈수공법이나 선재하(Pre loading)공법에 의해서 영향을 미치는 지역에는 심층 혼합공법을 쓰기도 합니다. 

2) 심층혼합공법은 시공방법에 따라 기계교반식과 분사주입식으로 나뉩니다. 기계교반식은 오거(Auger)를 삽입하여 시멘트 밀크를 주입하는 방식이고 분사주입식은 관을 넣어서 주입하는 방식을 말합니다. 

2. 심층혼합공법의 특징

1) 심층혼합공법은 시멘트밀크를 지반에 주입하는 효과로 지반사이를 시멘트풀로 붙이기 때문에 지반 지지력을 단숨에 높일수 있기에 개량효과가 뛰어납니다.

2) 시공속도가 빠르고 시공성이 좋습니다.

3) 탈수 공법이나 프리로딩공법 보다는 약하지만 시공시 주변 영향 검토가 필요합니다.

4) 자재로 시멘트 밀크를 사용하고 장비사용이 특수 장비를 사용하기에 단가가 높습니다. 또한 해상시공시는 Barge 및 앵커등 추가 장비가 소요됩니다.

3. 심층 혼합공법의 종류

1) 기계교반식(DCM 공법) 

오거를 삽입하여 시멘트밀크를 주입하고 천공 및 인발 교반을 설치하는 공법으로 시공순서로는 준비작업후 천공교반을 합니다. 이때 Auger라는 장비를 이용하게 됩니다. 인발교반 이후 고화체를 형성하면 시멘트 기둥이 만들어집니다.

2) 고압분사식(JSP, RJP)

- JSP공법은 지중에서 시멘트 경화재 및 압축공기를 고압으로 분사하여 시멘트 경화재와 토립자를 교반 혼합시켜 고강도의 개량체를 형성하는 공법입니다. 지반보강 및 차수벽 설치, 보일링 방지, 기초 파일등에도 이용되는 공법입니다. 이는 2중관 또는 3중관의 고압분사를 하여 지중에 거대 고화체를 형성합니다.

- JSP공법의 적용범위는 각종 구조물의 기초 지반 개량, 토류벽 및 토압 경감 또는 지하 차수벽 및 제방 중심 차수벽, 일반 균열의 보강, 지하 구조물 보호벽이용시, 사면 활동 방지용으로 사용되며 그 적용 범위가 넓습니다.

- 시공순서로는 지반조건에 따라 공삭공을 개시하고 설계심도까지 천공이 완료되면 분사시공상태로 롯드 회전을 바꾸어 맞춥니다. 그리고 천공수 주입을 시멘트 페이스주입으로 바꾸고 200km/cm2이상으로 주입압을 상승시켜 분사를 개시합니다. 이후 Rod를 서서히 회전함과 동시에 인발하면서 시공을 합니다. 마지막으로 소정의 위치까지 분사 시공이 완료되면 다음번 시공위치로 Jetting Machine을 이동합니다.

3) JSP공법과 RJP공법 차이점 

JSP 공법은 2중관(시멘트 밀크 + 고압공기)인 반면에 RJP공법은 3중관(시멘트+물+공기)을 사용합니다. 

JSP 공법의 형태는 단독 고결체인 반면 RJP는 Soil  혼합 고결체이며 JSP 의 말뚝직경보다 RJP는 큰 말뚝직경을 가지고 있습니다.

4. 시공시 고려사항

1) 시험 주입 필요 : 연약지반의 범위, 지층구조를 파악하여 주입압, 주입액 농도, 간격을 결정합니다.

2) 주입지반 토질 : 주입지반의 상태에 따라 주입방법의 변경이 필요합니다

3) 주입압의 고려 : 주입압이 너무 클경우 수압파쇄등의 지반에 영향을 미칠수 있습니다.

'"수압파쇄는 주로 Fill dam공사에서 많이 사용되는 용어인데요. 높은 수압에 의해서 제체 내의 미세한 균열 만들어지고 수압에 의해서 균열이 확장되어 제체가 찢어지는 현황입니다. 이는 수압할렬이라고도 합니다."

4) 인접구조물에 미치는 영향 : 인접구조물의 침하, 균열등을 방지하기위해 미치는 영향을 사전 조사해야합니다. DCM 공법의 경우 자체내에서 콘크리트 말뚝을 형성하는 방법이기에 Preloading공법처럼 하중의 이동에 대한 문제는 없지만 JSP 와 RJP공법의 경우는 약액 주입시 약액이 주변 지반의 영향을 미칠수 있습니다. 또한 그 약액으로 주변 오염에 우려가 있을수도 있습니다.

5) 개량심도 : 시공시 충분한 시도까지 개량을 해야하는 데요 지지층의 경우 연암급을 애기하는데요 연암이 없는곳의 경우는 풍화암 몇m까지 규정하기도 합니다. 그렇기에 시험시공을 통하여 각 정확한 심도를 설정하고 지지력에 대한 검토를 해야합니다.