그라우팅 공사의 허와 실

박상주 박사 연락처 : 010-3816-1998

--- 목차-----

1. 저수지의 붕괴

2. 저수지의 그라우팅 공법

3. 그라우팅 공법 선정의 문제점

4. 토목공사의 지수공법

붕괴 원인	붕괴 사례
수문학적 원인	- 부적절한 배수로 설계, 배수로 막힘 - 제방 침하 또는 세굴로 인한 여유고의 상실 - 제방 구성요소에 대한 구조적인 과응력 - 유수 또는 파도에 의한 표면 세굴
지질학적 원인	- Piping 및 내부 세굴 - 경사의 불안정성
구조적인 원인	- 콘크리트 댐 : 중요한 구조적 결함 - 제방 댐 : 상류 또는 하류 표면부 결함
기타 원인	- 지진에 의한 액화 - 기기 고장, 인간의 기기 오작동으로 갑작스런 수위 변화 및 Piping 유발 등

필댐이 대부분인 농업용 저수지의 붕괴는 월류나 Piping현상(지질학적 원인)이 대표적인 원인으로 나타나고 있다.

 

제방에 좀 더 양호한 지지력을 갖도록 개량할 필요성이 있게 되었으며, 이에 부응하는 대표 공법인 그라우팅 공법이다. 아주 용이하게 적용할 수가 있고, 보통 저수된 물이 성토된 사면을 따라 침투되는 것을 억제함을 목적으로 한다.

① 사면 내를 흐르는 침투수의 과도한 유속이나 그로 인해 침식작용을 방지하고 사면의 변형을 억제하며 댐 본체에 대한 양압력을 경감시키고자 할 때 계획을 한다.

② 점성토(중심토)층에 주입하면 흙입자의 공극을 메우기보다는 약한 면을 따라가며 흙의 조직을 파괴하면서 관입하여 국부전단을 일으킴으로써 흙의 입자를 재배열하고 주입재가 고결되는 할렬주입(割裂注入, 맥상주입)의 형태가 이루어진다. 노후화 또는 시공부실로 과포화된 중심토에는 전부가 할렬주입이 된다고 보면 틀림없을 것이다.

③ 통상적으로 N=5∼10의 경우에는 현탁액(시멘트)주입이 가능하고 N=10∼20일 때에는 주입은 가능하나 효과가 불확실하다. N≥20에서는 현탁액주입은 불가능하다. 입도를 볼 때에는 0.8mm이상 입경을 갖는 사질계 지층이거나 K(투수계수)= 10-3cm/sec 이상일 경우에 portland cement milk의 grout가 가능하고, 입경이 이 보다 작거나 K(투수계수)가 작은 경우에는 불가능하다.

④ 마이크로 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해서 장기강도는 물론이고 초기강도도 매우 우수한 특성을 보이고 있다. 따라서, 주입작업시 보통 포틀랜드시멘트에 비해 주입성이 좋고 고강도가 발현되며 내구성도 향상될 것으로 판단된다.

⑤ 여러 요인 중에서도 w/c비가 가장 큰 요인으로 작용하기에 부배합으로 주입

하는 것이 최선의 방법이라는 것이 많은 외국의 학자․기술자들이 주장하고 있다. 내구성이 있는 만족할 만한 시멘트그라우트의 생산은 거의 대부분 물․시멘트비에 달려 있다. 주입재에 있어서의 물은 유동성의 역할을 하나 양이 너무 많으면 분리되어 물만 모여 있는 구조(trap) 즉 포켓형태, 기포, 블리딩 통로 등을 만들어서 연속성 있는 시멘트 충전을 저해시킨다. 따라서 주입공부터 적정한 거리까지 주입재가 확산되는 조건을 충족시키는 범위내에서 최소한의 물을 사용해야 한다.

⑥ 주입이 끝난 곳에 지하수가 침투하면 주입재가 유거되거나 약화될 가능성이 생기는데, 침투수에 유해한 성분이 있거나 물이 많은 주입재를 사용했을 때는 주입의 효과가 1년 이내에 저하된다.

그라우팅 공법과 수변구조물 보수·보강 공법 비교

기준	그라우팅공법	수변구조물 보수·보강법	비 고
개량특성	○ 지수목표(투수성 개량) : 2.0 × 10-4cm/sec 이하 ○ 내구성 : 물에 의한 배합비로 내구성은 영구적이지 못함. (빈배합 주입시 내구성은 약 1년으로 현저히 감소됨) ○ 내진성 : 지진에 취약 ○ 제체를 제외한 보강공사는 없음 ○ 그라우팅 공사는 제방의 차수기능을 개선하는 보수 공법. ○ 그라우팅공사는 제체의 투수성 개량공법으로 기타 부대시설과의 연계성이 없음.	○ 지수목표(투수성 개량) : 1.0 × 10-7cm/sec 이하 ○ 내구성 : 벤토나이트는 물과 접촉하면 10~12배 정도 부피가 팽창되어 지수됨. 친환경적이고 내구성은 영구적임. ○ 내진성 : CIP 파일기초에 의한 시공시 지진에 강함. ○ 외제사면을 상류사면 측을 사석으로 보강할 수가 있음. ○ 현재까지 제방을 재축조하지 않는 이상 보수·보강할 수 있는 방법이 없음으로 본 공법추천. ○ 도시에서 접근성이 양호하거나 경관이 좋은 지구는 시민 방문확대를 위하여 수변도로, 산책로 등을 함께 개발되어야 함에 따라 Precast - block에 의한 시공 구조물의 정형화가 가능.
적용성	○ 누수구간을 찾기 위해 20m에 1공씩 조사공 투수시험 후 각기 다른 공에도 다 같은 잣대로 주입작업을 시행(주입심도 결정). ○ 시멘트단일의 빈배합 주입작업임으로 주입완료 후 용탈현상 등의 침식작용으로 내구연한이 짧다.	○ 기존의 균일형 혹은 중심코아형 저수지 내재사면에 혼합토(점토+벤토나이트)와 Precast - block시공에 따라 내제사면 보수·보강 및 지수대책을 동시에 시행. ○ 외관이 수려한 제방 구조물로 변모시키고 지진이나 자연적인 풍화작용에도 지탱할 수가 있는 저수지로 탈바꿈시키는 토목공사.

기준	그라우팅공법	수변구조물 보수·보강법	비 고
적용성	○ 주입공법들은 균열의 공극에 100% 주입재로 채워지지 않고, 물이 대부분인 묽은 주입재로 채워지므로 누수유로로 형성될 수 있는 여지가 있음(블리딩 문제). ○ 시공대상 구간에 주입작업은 육안으로 식별할 수가 없음. ○ 공극구간에만 주입하여야 하나 전반적으로 주입작업이 되어 시공하지 않아도 되는 구간대로의 주입. ○ 내제 만수시에도 작업이 가능한 전천후의 시공법 ○ 누수구간을 주입작업에 따라 수직 차수함	○ 벤토나이트의 팽창에 따른 차수벽체 시공으로 육안식별 됨에 따라 품질관리(토목공사)가 가능하고, 기존 균일형이나 중심코아형 제방에 표면차수기능이 더해진 형태로 차수기능 향상 ○ 내제사면에 Soil+bentonite차수층 및 보호층 형성으로 제방 전구간 침투안정성 확보. ○ 토사와 벤토나이트를 적정비율로 혼합하여 공극의 고팽창성 벤토나이트(천연광물질)가 반응하는 친환경적이며 영구적인 공법으로 문제점이 없는 차수공법 ○ 내제의 담수된 물을 완전히 제거한 후 시공 가능 (복통(사통) 동시 개보수시에는 문제시 되지 않음) ○ 외제사면하부 누수는 내제사면하부에서 수평으로 차수함.
경제성	○ 외부로 보이는 것은 전혀 없어야 하나 주입흔적이나 노출된 PE주입관이 제방 외관을 훼손. ○ 시공에 비해 공사비가 고가이어서 하도급율이 매우 낮음. ○ 향후 10년 또는 20년 후에 다시 재시공될 가능성이 있음.	○ Precast-block시공에 따라 저수지를 콘크리트 구조물화 시켜 수려한 외관 및 관리문제 해결. ○ 그라우팅 공사비에 비해 저렴한 가격(▽62,350천원/100m당). ○ 사면보수 및 침투안정 대책을 동시에 시행하는 영구적 공법.	별첨
선정	×	◎

 

그라우팅의 허와 실[1].hwp

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