지반보강의 계획, 목적 및 종류(특징)

1. 지반보강의 계획수립

보강목적에 부합하는 적절한 공법을 선정하여야 하며, 특히 해당지점의 지반조건, 시공환경을 감안하여 여러공법을 비교하고 검토하여 타당한 공법이 선정되도록 하여야 한다.

지반보강의 목적은 지반의 강도강화와 투수성 저감 혹은 양자 모두 등으로 구분할 수 있다. 경우에 따라서는 지반변형 감소도 고려할 수 있다. 지반보강 목적설정을 위해서는 우선 목적 구조물의 특성파악이 중요하다.

도심지에서는 개착 구조물과 터널구조물이 대부분이므로 이들의 안전한 시공을 위해서는 이들 구조물의 특성을 정확히 파악한 후 적합한 보강공법을 계획하여야 한다. 일반적으로 계획수립시 고려하여야 할 사항은 다음과 같다.

◦ 지층의 구성 및 특성

◦ 지반보강의 목적 설정

◦ 지상환경 : 인접 구조물 등

◦ 지하환경 : 지장물 현황 등

◦ 보강심도 및 폭

◦ 기술적 타당성

◦ 구조물 및 보강지반의 내구성

◦ 환경영향

◦ 경제성

2. 지반보강의 목적 설정

가. 지반의 전단강도 강화

지반의 지지력이나 활동파괴에 대한 안정은 지반의 전단강도에 의하여 좌우된다. 따라서 파괴에 대한 안정성을 증대 시키는데에는 흙의 전단강도를 강화하지 않으면 안된다. 주입재의 특성과 지반의 특성이 상호 결합하여 강도의 정수 C' 혹은 φ'를 향상시키게 된다.

τ = C' + σ' tanφ'

τ : 전단강도 / C' : 유효점착력 / φ' : 유효 내부마찰각 / σ' : 유효연직응력

나. 압축특성의 개선

안정제의 첨가, 주입 등에 의해서 형성된 결합 물질을 따라 토립자가 접착되므로 지반의 골조강성이 증가되고 압축 특성도 개선된다. 또한 결합물질의 간극충전도 지반의 변형을 적게 하는 원인이 된다.

다. 투수성의 개선

시멘트 몰탈, 시멘트 밀크 또는 약액 등을 사용하여 원위치 혼합이나 주입을 통한 지반간극의 충전으로 투수성을 저하시킨다.

라. 내구성의 개선

지반은 기상의 영향으로 건조와 습윤을 반복하고 온도변화에 따라 동결·융해를 되풀이 하며 지반의 공학적 특성이 시간의 경과에 따라 변화하게 된다. 특히 풍화가 진행중인 암반이나 풍화토에서의 강도 특성의 저하는 매우 현저하다. 따라서 지반보강 방법으로 이러한 지반의 강도 특성을 유지시키거나 내구성을 증가시킨다.

3. 지반보강 공법의 종류 및 특징

지반 보강을 위한 공법들은 다양하고 공법마다 특징이 서로 다르므로 적절한 공법을 선정하기 위하여 시공성, 경제성, 시공효과 및 기술적 타당성도 감안하여야 한다. 경우에 따라 두가지 이상의 공법들을 조합하여 시공하기도 한다.

4. 지반보강 공법과 대상지반

지반보강 공법적용에 있어서 적용하려는 공법과 대상지반과의 적합성 판단은 대단히 중요한 사항이며 어려운 일중의 하나이다. 공법별 대상지반을 살펴보면 다음과 같다.

1) 주입공법

(1) 단관롯드 공법 : 공동충전, 층경계 주입, 점성토의 할렬주입

(2) 2중관롯드 공법 : 가는 모래층에 짧은 겔타임 적용, 보통 정도로 단단한 모래층, 점성토층, 짧은 겔타임과 긴 겔타임 병용이 필요한 복잡한 토층

(3) 더블패커 공법 : 비교적 균질의 가는 모래층

(4) 현탁액 및 몰탈주입 공법 : 지하공동을 보유한 지반, 매우 느슨한 지반

2) 심층혼합공법

확실한 강도증가가 요구되는 연약한 모래(분사교란 공법) 및 점성토 지반(기계적 혼합 공법)

3) 혼합공법

무지보 지지시간이 비교적 짧은 파쇄암반 혹은 풍화토 및 풍화암 지반(주로 지하공동 굴착시 적용)

4) 지하수위 저하공법

느슨한 충적 모래층, 압밀침하가 문제시 되지 않는 지반, 주입공법으로 차수효과 기대가 어려운 복합지반

5) 동결공법

지반변위를 허용이 불가한 지역의 연약점성토 및 모래지반

5. 지반보강공법의 적용

지반보강공법을 적용하는 궁극적인 목적은 구조물의 시공을 용이하고 안전하게 실시하고자 하는데 있으며 이를 위한 공법적용 조건을 살펴보면 다음과 같다.

1) 지수 주입

주입 대상지반의 투수계수를 작게하여 투수유량을 감소시키는 것이 목적이다. 예를 들면, 굴착공사에 있어서 지하수위의 저하를 억제하거나 파이핑 현상을 방지하기 위해 지수주입을 실시한다.

2) 저면융기(heaving) 방지주입

연약지반에서 흙막이공을 이용하여 굴착할 때 저면이 융기되는 수가 있다. 이같은 현상은 흙의 전단저항력이 부족하여 활동면을 따라 전단파괴가 일어나는 것이 원인이므로, 주입으로 저항부분의 지반강도를 향상시켜 저면 융기를 방지한다. 굴착저면(수동측)에 주입하는 것이 효과적이다.

3) 침하방지 주입

침하방지를 목적으로 하는 주입은 여러가지 경우가 있다. 지반을 굴착할 때, 인접지반이 침하하는 주 원인인 굴착에 따른 지중응력의 해방과 지하수위의 저하에 대한 대책이다. 이 경우 흙막이 배면에 주입하는 것이 일반적이다. 또한, 쉴드 통과시 세그먼트 주위에 공동이 생겨 지표까지 침하를 일으키게 될 경우에는 주입하여 침하를 억제하도록 한다.