전기 침투 공법 - 연약지반 배수공법

1. 전기 침투 공법

전기 침투 공법은 전기 삼투 공법이라고도 하며 초연약지반 배수공법중의 하나로서 초연약지반이나 준설매립토 등에 사용됩니다. 전기침투공법의 원리는 지반에 전류를 흐르게 하면 흙속에 물이 (+) 에서 (-)으로 흐르게 되며 이렇게 모인 물을 배수하게 되는 것입니다. 이와 같이 전기적 성질을 이용해 지반 지하수를 저하하고 간극수를 배제하여 지반을 개량하게 되는 것입니다.

 

2. 전기침투공법 역사 및 적용

전기삼투 Mechanism 메커니즘은 1852년에 밝혀졌고 러시아에 의해 처음 발견되었습니다. 그후 많은 학자들에 의해서 발전되어 왔습니다. 이 공법은 연약지반을 빠른 시간내 압밀시켜 소정의 강도를 얻도록 해줍니다. 수십년간 세계 각지 실트질 지반과 점토질 실트 지반, 점토지반에 이르기까지 배수와 연약지반 안정 , 절취사면과 굴착을 위한 적용을 위한 기술로서 많이 적용되고 있습니다.  전기삼투현상은 흙에 전기가 주어지면 전하크기 또는 전장의 세기에 비례하는 전기적 인장력이 발생하게 됩니다. 이때 양전하는 음극으로 이동하게 되고 이 인장력으로 물이 흐를수 있게 됩니다. 수리적 흐름에 비해 간극수는 가동층 흐름에 같이 딸려서 흐르게 되는것입니다.

 

3. 전기침투공법의 원리

흙에 전기가 주어지면 전하크기 또는 전장의 세기에 비례하는 전기적 인장력이 발생하게 됩니다. 이때 양전하는 음극으로 이동하게 되고 이 인장력으로 물이 흐를수 있게 됩니다. 수리적 흐름에 비해 간극수는 가동층 흐름에 같이 딸려서 흐르게 되는것입니다. 전기침투공법의 이론을 응용해 철도나 도로 노상보강, 사면 안정 등에 활용하였습니다. 전기화학적 고결이란 전기 침투에 의해 연약한 점성토 등이다. 즉, 음극에는 Well Point 집수관을 지반에 넣고, 양극에는 자성산환 소모가 적은 철봉을 넣어서, 양극간 전류를 흐르게 되면 지반에 간극수가 빠지게 되어 탈수 현상이 일어나는 것입니다. 이 공법은 매우 효과적인 공법이지만 많은 전력소비를 필요로 해야 하기 때문에 큰 부지 및 물량이 많은 연약지반 현장에서 활용하기는 쉽지 않습니다.

 

4. 시공방법 

전기침투공법 시공에서는 양극과 음극에 Well Point와 철봉을 각각 삽입합니다. 그리고 전기를 통과시켜서 물이 양극에서 음극으로 흐르며 이때 음극 Well Point를 이용해서 배수를 시켜주면 됩니다.

 

5. 영향인자

1) 전기 분해에 의해 가스가 발생할수 있습니다. 해안토 염분으로 음극에는 수소가 발생하고 양극에는 염소가 발생되며 발생될 가스기포가 물의 흐름을 방해하는 것입니다.

2) 전압이 증가할수록  전압경사가 커지고 배수량이 많아집니다.

3) 흙의 성분에 따라서 전압의 크기가 달라질수 있는데 나트륨, 수소, 구리가 많이 함유된 점토의 경우에는 낮은 전압에서 쉽게 배수가 될수 있고, 칼슘을 많이 함유한 점토 경우에는 이보다 더 큰전압 그리고 알미늄이란 카올리나이트 점토같은 경우에는 더 큰 전압이 필요한것입니다.

4) 높은 함수비를 가진 점토에서 배수량이 크게 됩니다. 

 

6. 공법 선정 / 시공시 주의사항

1) 전기침투공법은 넓은 면적의 부지에서 사용하기에는 부적합한 공법입니다. 그 이유는 경제성때문인데요. 아무래도 전기를 사용하고 강제배수를 실시해야 하기 때문에 경제성을 판단해서 공법을 선정해야 합니다.

2) 전문 기술인력과 장비를 이용해야 합니다. 전기침투공법으로 인해서 추가적인 Risk와 문제를 발생시킬수 있기 때문에전문 기술인력이 필요합니다.

3) 전기침투공법외에도 점토 지반내 간극수를 배수할 수 있는 공법에는 진공 Deep well 공법, Deep Well 공법 Well point공법 등이 있습니다. 만약 부지가 작고 개량면적이 좁을때에는 양질의 모래를 사용하는 치환공법도 고려 될 수가 있습니다. 치환공법은 초연약지반의 점성토를 양질의 사질토, 모래로 바꾸는 공법입니다. 치환 공법에는 강제 치환 공법, 중력 치환 공법 등이 있습니다. 

4) 전기 침투 공법을 선정하기에는 현장 착공전 토질에 대한 철저한 조사와 시험을 시행해야 하며, 전기 삼투 공법을 적용할였을때 공기 산정, 공사비용, 기술 인력 유무, 장비 동원 유무 등을 통해 발주처와 협의를 통하여 적합한 지반개량 공법을 선정해야 합니다. 

 

7. 활용분야

1) 연약지반 개량에서 S.D , P.D와 같이 압밀배수를 시키고 침하 촉진 및 지반강도가 증가하게 됩니다. 음극에는 정의 간극수압이 증가해 연약하게 되므로 전극 교환이 필요하고 전극 교환이 필요시 전단강도를 증가시킬수 있습니다.

2) 말뚝주변에 전기침투공법을 통하여 마찰력을 증가 시키고 말뚝을 항타시키거나 인발 시공성을 향상 시킬수 있습니다.

3) 준설매립장의 배수와 차수 공법으로 활용할수 있습니다.

4) 매립장의 슬러지에 투입해 전기영동에 의해 천공부분을 메울수 있습니다.

5) 오염지반에 사용되어 영구적인 오염을 제거하는데 사용될수 있으며 이응 이동이쉬운 이온성 금속물질 정화에 효과적이기도 합니다.