● 연약지반개량공법 개요
1. 치환공법
연약층의 일부 또는 전부를 양질의 재료로 치환하여 양호한 지지지반을 얻는 공법이다. 치환공법은 굴착치환공법, 강제치환공법(또는 활동치환공법) 및 폭파치환공법 등이 있다. 굴착치환공법은 굴착에 의해 연약층을 제거하고 양질토로 치환하는 공법이며 연약층이 비교적 얕을 경우에 이용된다. 이것은 구조물의 저면을 전면적으로 치환하는 방법과 활동파괴를 방지할 목적 또는 기초지반의 지지력을 확보할 목적으로 부분적으로 치환하는 방법이 있다. 연약층이 두꺼우면 비경제적이며 굴착토 처리방법을 고려해야 하는 문제점이 있다.
활동치환공법은 연약지반위에 직접 양질토를 깔아 그 자중에 의해 연약층을 옆으로 밀어 양질토로 치환하는 공법이며, 공사장에 인접하여 중요시설물이 있을 경우에는 측방유동에 의한 시설물의 피해가 있을 수 있으며 치환 단면이 일정치 않을 수도 있다.
폭파치환공법은 양질토를 성토한 후 미리 연약지반 내에 설치된 폭약을 폭파시켜 연약층을 밀어 양질토로 치환하는 공법이다. 또 최근에는 샌드콤팩션파일(Sand Compaction Pile)공법의 기술을 이용하여 연약층의 일부 또는 전부를 강제적으로 사질토로 치환하는 공법도 있다.
2. 다짐공법
사질토지반의 강도는 흙의 상대밀도에 의해 결정된다. 진동과 충격, 물다짐 등의 방법으로 지반의 밀도를 증가시키는 공법이므로 로울러(Roller), 탬퍼(Tamper)등이 이용되는 다짐공법과 바이브로플로테이션(Vibroflotation), 콤포우져(Compozer) 등의 공법이 있다. 이러한 공법은 진동방법 등에 다소 차이가 있지만 근본적인 개량효과에 있어서는 차이는 없다. 새로운 매립지 등에서 느슨한 모래지반을 다짐하는 것이 액상화를 방지하는 효과가 있다는 것은 이미 증명된 사실이다.
점성토지반에 대해서도 다짐 공법을 적용하는 경우도 있지만 교란에 의한 강도저하가 문제가 된다. 그러나 이 경우는 다짐(Compaction)에 의한 효과를 목표로 하고 있는 것이 아니라 연직배수(Vertical Drain)와 치환공법의 중간적 역할을 기대하는 것이 보통이며 샌드콤팩션파일공법 등을 점성토 지반에 적용할 경우는 치환의 주목적으로 적용될 경우가 많다.
3. 탈수공법
중력배수공법 및 부압배수공법은 투수성이 양호한 사질토 지반에서 주로 지하수를 배수시킬 목적으로 시행하며 특히 중력배수공법의 경우 지하수위 저하로 인한 지반개량 후 지반의 침하억제 및 강도증가 등을 기대하기가 곤란하다.
점성토지반의 경우 진동, 충격 등으로 밀도를 증가시키는 것이 아니라 장기 정적 하중에 의한 압밀현상을 이용한다. 공법의 원리는 투수성이 높은 배수로를 지반속에 설치하여(연직배수재를 설치할 경우 연직배수공법이라고 하며 수평배수재를 설치할 경우 수평배수공법이라고 함) 투수계수의 증가와 압밀배수거리를 단축함으로서 압밀에 소요되는 시간을 단축하여 소정의 기간 내에 요구되는 압밀효과를 기대하는 것이다.
압밀배수공법으로는 연직배수공법 외에 재하공법이 있다. 재하하중에 의하여 압밀이 진행되면 하중을 증가시켜 요구되는 압밀효과를 기대하는 공법으로 압밀배수거리에 따라 재하기간 및 재하하중이 결정된다. 압밀배수거리가 큰 경우 재하공법만으로는 상당한 공기가 소요되어 일반적으로는 수직배수공법과 병용되는 경우가 많다. 일반적으로 하중은 성토에 의하며 성토대신 진공을 이용하기도 한다. 이 경우 상재하중을 필요로 하지 않기 때문에 경제적이며 특히 초연약지반에 편리한 방법이다. 또한 지반개량 및 공사의 안정성과 시공성 등을 향상시키기 위한 지하수위 공법이 있다
4. 고결공법
1) 전기적 공법
점성토에 전극을 삽입하여 직류를 흐르게 하면 전기삼투현상에 의해 음극에 수분이 모이게 되는 원리를 이용하여 압밀배수를 도모하는 공법이다. 보통 압밀과 비교해서 전기삼투압밀의 경우는 투수계수(k)가 작은 점토에서 유효하고, 상재하중(Preload)을 필요로 하지 않는 장점이 있어 경우에 따라서는 유효한 공법이다.
이 공법을 응용, 양극을 알루미늄봉으로 하여 전극분해현상을 유도 알루미늄이온(A++)을 유로에 따라 흐르게 하여 점토입자와 반응케 하는 전기화학적 고결방법과, 양극으로부터 약액을 주입하여 전기침투 현상에 의해 음극방향으로 침투고결시키는 방법도 있으므로 이용범위가 넓은 공법이다.
2) 열처리 공법
열처리에 의해 지반안정을 도모하는 방법으로는 동결공법과 소결공법이 있다. 동결공법은 대상토 안에 냉각제를 공급하여 흙안의 물을 동결시키고 지반의 지수성을 높여 안정화를 도모하는 공법이다. 흙의 종류에 관계없이 적용할 수 있고 높은 강도와 지수효과가 얻어지는 반면 동결팽창 및 융해수축으로 지표부가 융기 또는 침하를 일으킬 수 있다. 따라서 이로 인한 지반교란으로 강도저하 및 압축성 증가를 유발할 수도 있다.
이 공법은 브라인(Brine) 동결액(보통 염화칼슘수용액)을 -20∼-40℃로 냉각시켜 지반에 배관된 동결관내로 순환시켜 지반을 동결하는 브라인공법과 액체질소 등을 동결관에 유입시켜 기화열을 이용 지반을 동결시키는 저온액화가스방식(Liquified Natural Gas System)이 있다. 전자는 대규모 동결공사에 적용되고 후자는 파괴면 복구 등 소규모 단기간 공사에 이용되고 있다.
소결공법은 점성토를 수직 또는 수평으로 구멍을 뚫어 그 공벽에 액체와 기체연료를 넣어 오랜시간 연소가열시켜 공벽 주변 흙을 자연상태로 고결강화시키는 개량공법이다. 그 가열방식에 따라 강제 통풍밀폐방식(소련식)과 자연통풍연도방식(루마니아식)이 있다.
3) 약액주입공법
약액주입공법은 몇 가지 약액을 조합, 겔시간(Gel Time)을 이용하여 흙속의 크고 작은 간극을 완전히 충전시켜 지반을 고결시키는 방법이다. 처음에는 시멘트계가 이용되었지만 최근에는 물유리계, 벤토나이트(Bentonite) 및 고분자약액 등 각종 주입재가 개발 사용되고 있다.
4) 부설공법
연약지반 표면부근에 매설재 및 보강재를 설치하여 양질토를 그 위에 성토하여 지반을 개량하는 것이다. 이 공법은 연약지반위에 설치된 부설재 또는 보강재의 인장강도, 강성 및 마찰력등에 의해 연약지반의 지지력 확보 및 침하억제 등의 효과를 얻을 수 있다.
부설재료로는 강성재료와 연성재료가 있는데 전자에는 나뭇가지, 대나무, 관목 등이 있고, 후자에는 합성섬유제포, 합성수지제 Net 등이 있다. 이 공법은 시공, 기술면, 경제성 등의 문제점을 새로운 장비개발, 신재료 개발에 따른 기술의 진보 등으로 실용화된 것이다.
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