안녕하세요! 꾸공남입니다.
저번 시간에 연약지반의 지반개량공법에 대해서 간략하게 알아봤는데요.
(아래의 포스팅을 참고해주세요)
시작하기 전에, 지반개량공법 적용에 필요한 “점성토”와 “사질토”의 구분을 알아보겠습니다.
1. 점성토와 사질토란?
정확한 개념에 대해서는 책도, 검색도 제대로 나와있지 않으나, 쉽게 구분하면
점성토 = 점토(진흙, clay)
– “Grim”의 정의에 따르면 점토는 일정한 양의 물과 혼합했을 때 소성을 나타내는 흙 입니다.
– 입자 크기로 구분할 때는 2μm 이하의 흙을 의미합니다.
사질토 = 모래(Sandy soil)
– 정확히 모래와 같다고 할 순 없지만, 모래의 성질을 생각하면 이해하기 쉽고, “비점성토”를 일컫는 말로도 쓰입니다.
정확한 개념이 어려우니, “진흙”과 “모래”로 생각해보겠습니다.
(1) 배수 (점성토 < 사질토)
[점성토]
점성토는 크기가 2μm 이하인 입자들로 주로 구성 (입자크기 정의) : 입자가 매우 세밀하게 배열
점토광물을 포함함 : 전기적 성질 (이온)
→ 점성토는 배수가 빠르게 일어나지 않습니다. 물이 빨리 빠지지 않는다는 말이죠.
[사질토]
입자크기가 상대적으로 굵음 : 물이 통과할 수 있는 공극 많음
→ 배수가 빠르게 일어나게 됩니다.
더 많은 차이점이 존재하나, 지반개량공법에서는 “배수”에 대해서만 알고 가도 충분히 구분할 수 있습니다.
(추후 다시 정리하겠습니다)
2. Drain 공법 (for 점성토)
2-1. 샌드 드레인 공법 (Sand Drain)
(1) 공법 개요
연약한 점토질 지반에 “투수층”으로서의 모래기둥을 설치한 후, 모래기둥을 통하여 배수가 되어 단기간에 지반을 압밀 강화시키는 방법
* 위에서 설명한대로, 점성토는 배수가 잘 일어나지 않아 “매우 오랜 시간”에 걸쳐서 배수가 일어나는데, 중간중간에 모래층을 넣어준다면 모래를 통해 물이 빠져나가게 되어 점토의 물이 빠지고, 유효응력이 증가할 수 있습니다.
(2) 설치 방법
압충공기식 케이싱 / 워터제트식 케이싱 / 회전식보링 / 어스오거 등을 사용하여 모래말뚝을 설치한 후,
설치된 지반 위에 하중을 적재하여 하중에 의해 점성토가 압밀의 영향을 받고, 투수된 물은 모래 말뚝을 통하여 주변으로 배수
(3) 장단점
* 장점
- 배수효과가 양호
- N=25 지반까지 타설 가능
- 모래기둥이 활동에 대한 저항효과가 있음 (양질의 모래로 설치하기 때문)
- 장기간 사용 시에도 배수효과가 크게 감소하지 않음 (주변으로 내보내기 때문)
* 단점
- 설치 시 주변이 교란될 여지가 있음
- 양질의 모래가 다량 필요함 (모래가 비쌈)
- 시공속도가 느림
- 공사비가 고가임 (모래도 비싸고, 지반을 관통해야 하기 때문)
2-2. 페이퍼 드레인 공법 (Paper Drain)
(1) 공법 개요
Sand Drain 공법의 모래 말뚝 대신 합성수지로 된 Card Board를 땅 속에 박아 압밀을 촉진시킴
자연 함수비가 액성한계 이상인 초연약 점성토 지반에 적절함 (Card Board_종이를 관입시켜야하기 때문)
장기간 사용하면 열화하여 배수효과가 감소 (Card board가 수명이 다하기 때문_종이..)
(2) 특징
- 공사비 저렴 (vs Sand Drain)
- 시공속도 빠름
- 배수효과 양호
- Drain 단면이 깊이에 대해 일정함 (완성된 Card Board를 넣는 것이기 때문)
- 타설에 의해 주변 지반을 교란하지 않는다. (모래 말뚝을 관입하는 것과 차이가 있겠죠)
(3) Paper 구비조건
- 주위 지반보다 큰 투수성 가져야 함 (Paper를 통해 물이 빠져나가야 하기 때문)
- 세립자는 통과하지 말아야 함 (지반 침하로 이어질 수 있습니다)
- 충분한 강도를 가질 것 (끊어지면 Drain이 되지 않겠죠)
2-3. 팩 드레인 공법 (Pack Drain)
(1) 공법 개요
- 투수성이 큰 모래를 특수섬유질의 망대 속에 투입 – 연약 지반 내 모래기둥을 형성한 후 간극수를 탈수
- 특수 제작한 케이싱으로 동시에 4공을 설치할 수 있음
- 섬유로 감싸기 때문에 샌드 드레인에 비해 드레인이 절단되지 않으며, 모래의 양이 절감
(2) 장점
- 샌드 드레인 보다 공기단축이 가능 (4공)
- Pack으로 인해 모래 말뚝이 절단되지 않음
- 설계 직경을 작게 해도 시공 가능 (Pack 으로 감싸면 모래 말뚝이 끊어질 일은 없겠죠)
- 직경이 작은 Sand Pile 시공이므로 모래의 사용량이 적음
(3) 단점
- 시공 중 팩망의 꼬임이 발생할 수 있음
- 장기적 측면 배수효과 우려 (Pack의 유무)
- 장비의 선정 및 적용성 어려움 (특수 제작)
- 심도 불규칙한 곳 타설심도의 조절이 어려움 (동시 4공 이기 때문)
3. 다짐모래말뚝 공법
(Sand Compaction Pile Method)
for 사질토 (& 점성토)
(1) 공법 개요
- 진동 또는 충격하중을 사용하여 모래를 지반에 압입하고,
- 직경이 큰 압축된 모래기둥을 조성하여 지반을 안정화
(점성토에도 적용 가능함)
(2) 효과
- 모래 및 점토의 특성을 함께 가진 복합지반을 형성하여 지지력 증대, 침하량, 전단강도 증대
- 압밀 촉진, 액상화 방지 등의 효과
4. 바이브로 플로테이션 공법
(Vibroflotation Method) for 사질토
(1) 공법 개요
모래지반에 봉 형태의 진동기를 삽입하여 진동시키면서 물을 분사시킴
→ 물다짐과 진동에 의해 지반을 다지며, 동시에 발생된 공극에 자갈 등을 보급하여 지반을 개량
(2) 장점
- 깊은 곳의 다짐을 지표면에서 할 수 있다. (진동을 사용하기 때문)
- 지하수위의 고저에 영향을 받지 않고 시공할 수 있다. (봉 상의 진동기 삽입)
- 공기가 빠르고 공사비가 싸다.
- 상부 구조물이 진동하는 경우에 특히 효과적이다. (지반에 진동을 주어 미리 개량했기 때문)
6. 동다짐공법
(Dynamic Consolidation Method) for 사질토
(1) 공법 개요
- 동압밀공법이라고도 하며, 중량이 큰 중추 10 ~ 40ton의 강재나 콘크리트 블록을
10~30m 높은 곳에서 여러 차례 낙하시켜 충격과 진동으로 지반을 개량
- 사질토, 매립지반 효과적, 포화 점성토에도 가능함.
(2) 장점
- 상당히 넓은 면적 개량 가능
- 싶은 심도까지 개량 가능
- 확실한 개량효과 기대
- 지반 내 장애물 있어도 가능 (지표를 충격)
- 특별한 약품이나 자재 불필요
(3) 단점
- 주변 구조물 피해 발생 (낙하시키기 때문)
- 소음, 진동, 분진 등으로 인한 환경문제 발생 (낙하시키기 때문)
- 포화점토지반에서는 과잉간극수압이 발생 (점성토는 충격으로 인해 물이 바로 빠지진 않기 때문)
- 공기가 지연될 가능성이 있음
이상으로 개략적인 지반개량 공법에 대해 알아보았습니다.
그럼 다음에 다시 인사드리겠습니다!