1. 약액주입공법 주입방법의 분류
▷침투주입
▪약액주입공법의 주류
▪주입재가 토립자의 골격을 산란시키지 않고 토립자간극에 침투하여 소정의 시간 (Gel Time)에 고결하여 지반강화
▷맥상주입
▪지반내 기존균열이나 새로운 주입압 등에 의해 지반을 할열한 극간에 주입재가 침입해서 맥을 형성하여 고결
▪암반 : 기존균열에 주입재를 충전하여 수밀성 향상
▪연약지반 : 인위로 균열을 형성하여 지반에 생긴 터짐매에 주입재를 밀어넣음
▷충전주입
▪주입재를 지반속에 충만시키는 주입
▪공동충전 : 지반내 충전부부니 미리 공동으로 존재하고 있을 경우
▪충전주입 : 지반침하등에 의해 생긴 건물과 지반의 틈새에 그라우트를 채울 경우
▪강재압입형(콤팩션그라우팅공법): 비유동성의 주입재를 비교적 높은 압력으로 지반에 주입하며 고결체는 괴상 내지는 주상으로 경화시켜 지반전체 융기 → 부등침하 수정+구조물 언더피닝
▷치환주입
▪고압분사에 의해 주입범위의 흙을 파쇄 시키고 그 부분에 주입재를 충만시키는 공법
2. LW (Labiles Wasserglass) 공법
1) 개요
▪시멘트 밀크(Cement Milk) 주입에서 화학적 그라우팅으로 발전되면서 종래의 시멘트 밀크에 물유리를 첨가한 공법
▪물유리에 소량의 시멘트를 혼합시키면 고결화(Gel화)하며 그 시간은 시멘트량에 반비례하는 성질을 이용하여 물유리액과 시멘트를 잘 혼합한 다음 시멘트의 침전 후, 뜬 물을 주입하는 방법
▪Water-Glass(규산소다)용액과 시멘트 현탄액을 혼합하여 지반내에 주입시켜 지반강화와 차수목적을 얻기 위하여 개발한 약액주입공법으로써, 먼저 Cement 입자를 채우고 공극에서는 균산소다를 급수하여 고결화시키는 가장 일반적인 공법
2) 적용성
▷적용조건
▪0.6mm 이하, 투수계수 10-2cm/sec 이하 세사층 : 주입곤란
▪K = 1×10-3cm/sec 이상 적용가능
▪실트섞인 모래지층을 제외한 지층
▪전석층에서는 굴진경이 커져야 되므로 굴착 어려움
▪주입심도가 얕으며, 비교적 간극이 적은 모래층
▪유속의 흐름이 빠른 자갈, 전석층에서 주입재 유실
▪공극이 크거나 함수비가 높은 지층에서 효과가 불확실
▪느슨한 사질토 : 토립자의 배열을 바꾸지 않고 간극에 주입재가 채워지는 침투주입 (Permeation)
▪ 점토 및 밀실한 사질토 : 지반에 침투된 그라우트는 지반을 전단파괴하고 그 틈에 맥상주입 (Fracturing Grout)
▷장점
▪일반화된 공법이며 토사안정제로서 취급용이
▪약액공법 중 고결강도 높음
▪천공과 주입의 작업공정 분리 진행가능
▪주입장비 간단 미치 재료 저렴
▪주입관이 보전되어 결함발생시 재주입 가능
▪동일위치에서 상이한 종류의 주입재를 반복주입가능 (복합주입가능)
▷단점
▪24시간의 Seal 재 양성시간이 필요
▪물유리를 사용하므로 용탈현상 발생
▪Grout 액이 주입되므로 지하수 오염가능성
▪차수 및 지반보강 효과는 높지 않음
▪코아 채취 불가능
▷주입재료
▪규산소다 + 시멘트 (+벤토나이트 주입재)
▪ Gel Time 조절 : 어려움, 120~180초
▪Slime : 없음
▪LW-1 : A재(Water Glass 수용액)와 B액(시멘트 현탁액)을 동시에 주입하여 시멘트의 증감에 따라 고형화 시간을 조절하는 복합 그라우트
▪LW-2 : 토질의 상태에 따라 시멘트 입자의 침전을 방지하며 그라우트의 유동성을 연속시키기 위해 LW-1이 조성 외에 벤토나이트를 사용하는 복합 그라우트이며 따라서 LW-1은 LW-2보다도 다소 강도가 크며 작업성 우수
▪Bentonite 기능
- Grout의 균일성을 도모하고 침투성 개선
- 시멘트입자의 침강방지 및 탈수의 경감을 가져와 재료분리 방지
▷주입방식
▪1.5 Shot 방식 (2액 1공정-주입관에서 혼합)
▪저압주입 : 1~2N/mm2
▪Packer 1Step장 : 0.5~1.0m
▪개량직경범위 : 0.8~1.2m → 시공 예 :Φ800 (C.T.C 600) 또는 Φ600 (C.T.C 400)
▷압축강도
▪점성토 : 0.4~0.6 N/mm2
▪ 사질토 : 1~2N/mm2
3) 시공순서
천공 및 케이싱을 설치 → 공내를 압력수로 청소 → 맨젯튜브를 삽입 → Seal 재를 주입하며 케이싱을 인발 → 24시간 경과후 더블 패커를 설치 주입
4) 시공시 유의사항
▪반 현탁액의 물유리 고분자계로 가장 일반적으로 사용되고 있는 배합은 LW-1(B)[시멘트량 35kg(B액 100l 중)]으로 이 배합에 따르면 20°C 이상의 온도 조건에서는 고형화 시간이 짧아져서 작업성이 다소 나빠지므로 시공성 개선을 위해 시멘트 농도를 낮게 하면 고결체의 강도가 현저하게 감소되는 면이 있음
▪강도를 증가시킬 목적으로 시멘트량을 늘리면 고형화 시간이 짧아질 뿐만 아니라 점성이 커져서 경우에 따라서는 펌프의 능력부족을 야기
▪사질층에서 입자간의 침투성을 양호하게 하기 위해서는 보통 Gel Time이 긴 주입재를 사용하는 것이 바람직하지만 계획한 주입범위 밖으로 유출되는 양이 많게 되며, Gel Time이 짧으면 맥상주입되어 개량되지 않는 부분이 발생
▪주입심도가 깊고, 작업장소가 협소한 경우 밴젯튜브 삽입이 어려워 주입작업이 곤란
▪멘젯튜브 구멍을 고무 Sleeve 대신 청테이프로 감을 경우, 주입효과를 기대하기 어려움
▪주입율이 크지 않은 지층내에서는 Seal 재 주입이 필수적
▪주입압력이 큰 지층 (1N/mm2이상)은 Plant를 가까이 설치
▪현장 배합비의 Test 필수
▪Step 별 주입압력 및 주입량에 대한 철저한 시공관리 요구
3. SGR (Space Grouting Rocket) 공법
1) 개요
▪물유리계를 주입재로 사용하는 이중관(외관+내관) 복합 주입 공법의 일종으로 특수선단장치 (Rocket)를 이용하여 대상지반에 형성시킨 유도공간을 통해 급결성과 완결성의 주입재를 중저압으로 복합주입하는 공법
▪급결주입재는 지반내 대공극을 선 충진하여 후속 주입되는 완결주입재가 주입범위 밖으로 융실되는 것을 방지하며, 완결주입재는 겔화되기 전까지 액상을 유지하며 미충진된 미세공극으로 침투하여 지반내 공극을 충진
▪Strainer를 필요로 하지 않고 주입관의 회전도 불필요한 공법이며 실린더 상의 공벽면전부를 방출면으로 하는 주입방식
▪유도공간 : 주입재를 주입노즐을 통해 직접 지반 속으로 방출하는 종래방식과는 달리 유도공간을 통해 방출함으로써 균일한 침투 가능
2) 적용성
▷적용조건
▪실트질 점토층 : 불확실
▪주입심도 40m 이상의 사력층 : 주입효과 저하
▪K = 1 × 10-5 cm/sec 까지 적용가능
▪유속의 흐름이 빠른 자갈, 전석층 : 적용가능
▪점성토 : 맥상주입 / 사질토 : 액상주입
▷장점
▪유도공간을 형성하여 균일한 작업효과 및 지반융기 방지
▪주입압력이 적어 지반교란 적고 간극수만 치환
▪주입관의 회전이 없으므로 급결제의 Packing 효과로 인해 대상지반내 한정주입 기대
▪겔 타임의 조절용이
▪점토층에 균일하게 액상보다 맥상으로 주입
▪차수효과 양호
▷단점
▪저압, 저속주입으로 주입시간 비교적 많이 소요
▪주입전 선행보링자료 필요
▪장비가 비교적 복잡 (보링기, 믹싱 플랜트)
▪ 토류벽으로서의 강도를 기대하기 어려움
▪외력에 대한 저항력이 부족하므로 장기간의 차수 및 지반보강용으로 부적합
▪공사비 고가
▪코아 채취 불가능
▷주입재료
▪규산소다 + 시멘트 + SGR 약재
▪Gel Time 조절 : 용이, (급결 6~9초, 완결 60~90초)
▪ Slime : 없음
▷주입방식
▪2.0 Shot 방식 (선단에서 혼합)
▪ 저압 침투주입 : 0.1~1N/mm2
▪ 주입공 Pitch : 0.8~1.0m
▪ 효과적인 1Step 장 : 0.5m (Rocket Tube의 길이 0.3m)
▪ 개량직경범위 : 0.8~1.2m → 시공 예 :Φ600 (C.T.C 400)
▪ 주입량 : 18~20l/min 기준
▷압축강도
▪Homogel : 0.2~0.4 N/mm2
▪ Sandgel : 0~2N/mm2
3) 시공순서
주입관 설치 → 특수 선단장치의 작동 → 제 1 Step 주입 → 제 2 Step 주입
4) 시공시 유의사항
▪천공위치 / 수직도 / 천공심도 확인
▪선단장치에 문제점이 많으므로 천공과 주입의 연속작업이 이루어지도록 사전조치
▪주입재 주입량 확인 : 펌프의 토출량, 토출압력, 주입시간 확인
▪1 Step 당 주입량은 현장여건(지층상태)에 따라 조정 주입
▪Rod 주변으로서의 일출을 방지하기 위하여 초기에 순결로 주입하며 점차 Gel Time 늘려 침투주입이 이루어지도록 함
▪초기 순결주입 및 완결시에는 A, B액을 교대로 주입하여 1:1비율로 주입하여야 하나 지층여건에 따라 주입비율 조정
▪주입 후 지반의 변형유무 (침하 및 융기) 관찰
▪주입압력은 약액의 지반 내 침투거동을 파악하는 유일한 수단이므로 주입초기에서 종료까지의 주입압력 체크필요
▪시공심도확인 → Rod 길이 확인
▪토류벽 및 차수벽 시공시 필히 Over Lap 시공을 실시
▪차수효과는 토질시험을 실시하여 판정
▪고결 후, Sand Gel의 제반물성이 화학반응이나 지하수류에 영구 안정되는지 확인
▪양생시 수축현상으로 인한 내구성 저하 방지
4. MSG (Micro Silica Grouting) 공법
1) 개요
▪주입재와 주입장치를 동시에 개량한 공법으로써, 최대입경 10㎛ 이하의 마이크로 복합 실리카계 주입재를 사용하여 침투성, 강도, 내구성을 향상시킨 친환경적 저압침투주입공법
2) 적용성
▷적용조건
▪사질지반
▪실트질이 소량 함유된 실트질 모래지반 적용가능
▪지반특성이 다양한 복수 지층에 적용가능
▪적용범위 : 흙막이배면 차수 / 히빙 및 파이핑 방지 / 기초지반 보강 / 건물기초 언더피닝/ 성토부 및 제방기초
▷장점
▪저압침투주입방식으로 지반교란없이 원지반 조건 유지
▪장비의 소형화로 작업면적 확보 용이
▪침투주입효과 양호
▪지하수에 의한 용탈 억제로 내구성 우수
▪용탈현상(Leaching) : 약액의 용질이 지하수에 의해 농도가 옅은 용매로 이동하므로 시간이 흐르면서 주입초기에 비해 압축강도가 저하되고 투수계수가 증가하게 되어 지반의 내구성 저하
▪환경, 지하수 오염이 없음
▷단점
▪국내 시공사례가 적음
▪주입재료 고가
▪물유리를 사용하므로 용탈 현상 발생가능
▪장기적인 강도 발현없음
▷주입재료
▪규산소다 + Micro Silica Cement(Micro Silica Cement = 3~7㎛ 초미립자계 현탁액 + 용액형 실리카)
▪ Gel Time 조절 : 용이, (급결 6~12초, 완결 50~90초)
▪ Slime : 없음
▷주입방식
▪이중관 주입방식 (2.0 Shot 방식) / Double Packer Sleeve 방식 (1.5 Shot 방식)
▪ 저압주입 : 0.4~0.8N/mm2
▪ 1Step장 : 0.33m
▪ 개량직경범위 : 0.8~1.2m → 시공 예 :Φ1000 (C.T.C 800)
▷압축강도
▪점성토 : 0.05~0.5 N/mm2
▪ 사질토 : 1~3N/mm2
3) 시공순서
▪이중관 주입방식
천공 → 순결성 주입 → 침투성 주입 → Step 올림후 급결성 주입 → Step 올림후 침투성 주입
▪Double Packer Sleeve 방식
천공 → Seal 재 충전 → Sleeve Pipe 설치 → Casing Pipe 인발 → Cracking → 그라우트 주입
4) 시공시 유의사항
▪약액주입공법은 켈타임을 조절하여 차수공사에 효과적으로 적용할 수 있지만, 경화재종류, 혼합된 슬러리 온도에 따라 겔타임이 민감하게 변하므로 사전에 반드시 확인
5. 공법비교표
