그라우팅 주입공법

박상주 박사 연락처 : 010-3816-1998

가. 일반사항

필댐의 성토부에 대한 주입공법은 일반적으로 케이싱 타입 후 이 속에 파커를 물려 주입하는 것으로 설계하고 있다. 그러나 현장에서는 여건에 따라 여러 가지 방법으로 조정 시공하고 있는데, 대표적인 것이 롯드주입공법, 멘젯트튜브주입공법, 스러리그라우트를 채운 케이싱공법 등이다.

암반의 주입공법은 닛플공법(nipple or stand pipe method)과 파커공법(packer method) 두가지로 나누어지며, 각각의 방법에 장단점이 있어 두가지 모두 적용되고 있으며 암반의 조건에 맞는 특정한 공법을 꼭 적용해야 할 때도 있다.

 

나. 롯드(rod)주입공법

주입심도까지 찬공하고 보링롯드를 그대로 공내에 둔 상태에서 롯드내로 주입재를 보내어 대상지층에 주입하는 방법이다. 시공이 간편하고 전구간에 걸쳐 케이싱타입을 하지 않는 장점이 있으나 높은 압력을 줄 수 없어 시공의 질이 떨어지는 단점이 있다. 이 방법은 암반이 아닌 토사층을 주입할 때 사용하는 공법으로 굴진수가 다량 또는 전량 누수되는 필댐에서나 방조제 그라우팅 때는 유용하게 적용할 수 있는 공법이다. 즉 주입펌프의 송달압력만으로 부배합의 주입재가 거의 중력만으로 들어갈 때는 주입공벽과 롯드사이의 공간을 따라 역출하지 않으며, 대상구간의 공동 또는 대공극에 주입재가 어느정도 충전되면 그때서야 이 사이로 주입재가 역출한다. 따라서 이 사이 공간을 사전에 모래를 채운 후 주입하면 이를 효과적으로 막을 수 있다. 즉 지표에서 2～3m 심도까지만 케이싱 타입후 찬공을 계획구간 또는 다량 누수되는 구간까지만 하고 케이싱과 롯드사이의 공간에 모래를 집어 넣는다. 모래는 세립질이 좋으며 건조된 모래를 넣어야한다. 입경이 크거나 습윤상태의 모래를 넣으면 롯드와 공벽사이가 좁기 때문에 모래가 낙하하면서 걸려 롯드 끝부분까지 채워지지 않으며, 덩어리진 습윤상태의 모래는 공기를 포함하고 있기 때문에 낙하하면서 중간부분에서 걸림현상 (bridge action)이 생기게 마련이다. 이런 걸림현상은 점성이 있는 미고결지층의 공벽과 돌출되어 나온 자갈이 장애물의 역할을 하므로 더욱 심해진다. 일반적으로 공내수면에 다달으면 뭉쳐진 모래는 분리되어 잘 내려 갈 것으로 생각하나 그렇지 않다. 더욱이 그라우팅을 해야할 정도로 불량한 상태의 중심점토나 방조제는 찬공후 공내세척을 충분히 할 수 없다. 청수로 세척을 오래하면 공이 무너지기 때문이다. 따라서 공내에 있는 물은 굴진과정에서 만들어진 이수(泥水)상태이기 때문에 모래의 낙하는 더욱 어려워진다.

모래를 집어 넣는 방법은 무리하지 않아야 하는데, 지표부에 설치된 케이싱과 롯드사이의 공간에 모래를 공기가 빠져 나올 수 있는 시간을 주기 위해 천천히 소량씩 붓는다. 시추공경은 찬공시 커지므로 계산에 의한 용적보다 더 크다는 것을 염두에 두고 채움이 어느정도 되었는지 판단해야 한다.

심하게 누수되는 필댐에서 주입공을 뚫을 때 제체가 결괴될 위험이 있다고 무수보링(dry drilling)을 요구하는 사례가 있다. 물론 찬공수의 압력에 의해 중심점토가 일부 수압파쇄 될 수도 있다. 그러나 개방된(open) 상태에서 찬공이 이루어짐으로 결괴가 될 정도의 충격이 가해지는 것이 아니므로 찬공 후 빨리 롯드주변에 모래 등을 채우고 뒤따라 주입을 하는 것이 바람직한 방법일 것이다.

 

다. 케이싱주입공법

미고결 지층은 불안정하여 찬공 후 무너지기 쉽기 때문에 케이싱을 타입하여야 한다. 케이싱을 타입하는 방법은 계획구간까지 찬공후 타입하거나 케이싱빗트로 굴진하여 설치한다. 파커를 케이싱내에 물려 주입을 하면서 케이싱을 빼올리는데 주입재가 시추공벽과 케이싱사이를 타고 역출하는 경우가 대부분이다. 상재하중 이하의 낮은 압력을 주었는데도 가장 약한 부분인 케이싱 뒷면으로의 주입재 탈출현상으로 계획구간의 지반개량은 기대한 만큼 이루어지지 않는다. 비록 케이싱을 찬공 후 햄머로 타입하는 방법으로 설치하여도 찬공공의 중심으로 타입되기 보다는 한편으로 치우쳐 공벽을 긁으면서 타입되어 맞은 편은 큰 공간이 남기 마련이다.

이러한 탈출현상을 방지하기 위해 주입대상구간 바로 위까지 케이싱을 설치하고 케이싱 끝부분에 파커를 물린 후 스러리그라우트를 주입하여 공벽과 케이싱 사이의 공간이 이들로 채워지고 나서 하부 계획구간을 찬공 주입하는 방법이 있다. 때로는 구멍이 뚫린 케이싱을 주입 대상구간에 설치하고 위와 같이 스러리그라우트를 케이싱타입 전 구간에 채운 후 대상구간을 계획된 주입재와 주입압력으로 시공하는 방법이 있다.

하향식으로 찬공→케이싱타입→주입의 순서로 시공하기도 하나 공사기간이 많이 소요되는 문제점이 있으며 위와 같이 케이싱 뒷면으로의 주입재 탈출이 일어난다. 필댐의 상태가 불량하여 찬공수에 의해 수압파쇄가 발생할 가능성이 크다고 무수보링을 하기도 하나, 이보다도 케이싱빗트를 사용하여 찬공하면 공내붕락을 막을 수 있을뿐만 아니라 찬공수의 누수지점과 누수량을 정확히 파악할 수 있으므로 더 효과적이다.

 

라. 멘젯트튜브(manchette tube)공법

철재나 고강도의 PVC파이프 재질인 멘젯트튜브에는 일정한 간격을 두고 원형의 작은 구멍이 뚫어져 있으며 이들 구멍은 고무튜브(스리브)로 감싸져 있다. 이 스리브는 주입압력으로 주입재가 구멍을 통해 주입대상 지층으로만 유동하게 하는 밸브(one way valve)의 역할을 한다. 이 공법은 파커를 사용하는 그라우팅공법을 적용하기에는 문제가 많은 미고결지층 특히 사력층, 사력혼전석층에 적용하면 대단히 효과적이다. 댐 뿐만 아니라 임시 물막이(coffer dam), 제방, 방조제, 지하댐의 차수벽에도 사용되고 있다.

시공하는 방법은 찬공 후 케이싱 파이프를 타입한다. 그러나 자갈이나 호박돌이 많은 지층에서는 시추기로 케이싱 타입이 거의 되지 않으며 무리하게 케이싱을 타입해도 심도가 12～15m가 넘으면 인양이 대단히 어려우므로 Odex빗트로 찬공하는 방법이 바람직하다.

케이싱 파이프가 설치된 상태에서 스리브 파이프를 집어넣고 파이프와 시추공벽 사이를 주입재로 충전하는데 이를 스리브 그라우트(sleeve grout)라고 한다. 이는 주입공을 안정시키고 스리브 파이프를 제 위치에 고정시킨다. 스리브 그라우트를 충전하는 방법은 스리브 파이프의 끝이 캡으로 막아진 상태에서 파커를 사용하여 제일 끝부분의 밸브를 통하여 스리브 그라우트를 집어 넣으면서 케이싱을 뽑으면 공벽과 스리브 파이프 사이가 충전된다.

그 다음에는 더블파커가 장치된 구경이 작은 주입파이프를 스리브 파이프 안으로 집어 넣어 주입대상구간 아래 위에 고정하고 주입재를 보낸다. 주입재는 고무 스리브를 눌러 미리 충전되어 있는 소성(塑性) 상태의 스리브 그라우트를 밖으로 밀어 내면서 주입이 된다. 미리 주입한 스리브 그라우트는 주입재가 윗쪽으로 뻗어가려는 것을 막아주므로 주변의 사력층으로 집중적으로 주입된다.

주입이 끝난 후에는 고무 스리브가 밸브의 역할을 하여 주입재가 공내로 역류하는 것을 막아준다. 이어서 주입파이프를 다음의 주입구간으로 옮기고 그라우팅을 한다 <그림 4-1>.

스리브 파이프의 내경은 40～60㎜이며 이를 설치하기 위한 찬공구경은 75～100㎜ 정도 이어야 하고, 스리브(밸브)의 간격은 일반적으로 30～50㎝ 정도로 짧아서 토사층 주입 대상구간에 골고루 완전하게 주입이 될 수 있게 하였다. 스리브 파이프는 나사로 연결하면서 찬공공내에 설치하며, 스리브 파이프 구멍은 크기가 6㎜ 정도이고 0.5m 길이에 12개 정도 뚫려 있다.

스리브 그라우트는 강도가 0.3～0.5Mpa 정도의 낮은 일축압축강도를 가지는 것을 사용하는데, 일반적으로 물 100ℓ에, 시멘트 40～50㎏, 벤토나이트 4～8㎏을 혼합하여 만든다. 스리브 그라우트는 주입압력에 의해 쉽게 파괴되며 주입재는 밸브를 중심으로 하여 방사상으로 확산되는데 주입재가 시추공벽 사이에 있는 공간에 완전히 채워진 후 확산된다. 스리브 그라우트는 파이프 주변에 균일한 두께 채워져야 한다. 그래야만 밸브를 통해 나온 주입재가 계획하는 대상 주입구간으로 골고루 침투한다. 스리브 그라우트를 파괴하기 위해서는 초기주입압력을 10㎏f/㎠ 정도 작용해야 한다.

이 공법의 장점은 임의의 구간에 확실하게 집중적으로 주입이 가능하고 재주입을 할 수 있으며 주입지반에 구애되지 않는다는 것이다. 또한 재찬공이 필요없이 주입작업을 할 수 있다는 점이다. 주입이 끝난 후 멘젯트 튜브를 세척하면 밸브는 다시 사용할 수 있다. 무엇보다도 가장 큰 장점은 물성을 달리하는 주입재를 순서에 따라 차례로 주입할 수 있으며, 같은 주입공에서도 심도에 따라 각기 다른 주입재를 넣을 수 있다는 점이다. 예를 들면 값이 싼 시멘트현탁액이나 점토-시멘트 현탁액을 먼저 집어 넣어 대부분의 공극을 채운다음 점성이 작은 값비싼 약액을 나중에 주입함으로써 주입재료비를 절약하고 지반개선의 효과도 더 높일 수 있다는 것이다. 또한 주입작업을 하향식으로 할 수도 있고 상향식으로 할 수 있다는 것이다.

 

마. 간이멘젯트튜브공법

롯드주입공법은 간편하나 지반개량의 효과가 떨어지며, 케이싱주입공법 또한 시공이 어렵고 번거로 울뿐 아니라 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 근래에는 멘젯트튜브공법을 변형시킨 간이멘젯트튜브공법을 사용하는 현장이 많다.

이 공법은 최소 NX구경의 빗트로 찬공한 후 내경 38㎜의 유연성이 있는 PVC 또는 PE파이프를 공내에 삽입한다. 이 파이프에는 멘젯트튜브에서와 같이 사방으로 주입이 될 수 있게 일정한 간격으로 구멍이 뚫어져 있다. 구멍은 6㎜ 이상의 크기이며 현장에서 드릴을 이용하여 뚫는다. 이 구멍은 청테이프로 막은 뒤 송곳으로 조그마한 구멍을 내는데 이는 PE파이프내에 파커를 물려 주입을 할 때 사방으로 뚫린 구멍으로 주입재가 수평방향으로 골고루 나가도록 하기 위함이며 만일에 송곳을 이용하여 구멍을 내지 않으면 약한 부분의 한 구멍만 터져 주입재가 한 방향으로만 나간다. 파이프의 주입 구멍은 주입재료로 사용하는 점토나 모래의 최대입경보다 최소 3～4배의 크기로 하여 막히지 않도록 유의하여야 한다.

PE파이프와 공벽사이의 공간을 채우는 방법은 케이싱 속으로 파이프를 집어 넣고 롯드주입공법의 채움 방법대로 모래를 공내에 붓는다. 모래가 채워지는 양을 가늠하면서 케이싱을 1본씩 인양한다. 케이싱이 인양될 때는 케이싱을 햄머로 두들겨 모래가 잘 채워지도록 한다. 또 다른 방법은 PE파이프에 파커를 물리고 스러리그라우트를 지표까지 올라오도록 충분히 주입한 후 케이싱을 인양하고 어느정도 시간 경과후 파이프 속을 세척하고 그라우팅을 한다.

스러리그라우트는 물：벤토나이트=10：1(용적비)로 24시간 이상 수화한 스러리를 다시 시멘트：스러리=1：3의 비율로 혼합하여 사용하거나, 시멘트：점토(No.16체 통과 1.28㎜)=1：1.5의 그라우트를 사용하면 24시간 이내에 주입할 때 주입압력에 의해 쉽게 파괴 또는 압출될 것이다. 그러나 현장에 반입된 재료를 사용하여 스러리그라우트를 만들고 적절한 굳기를 보이는 배합비를 찾아야 한다.

 

바. 단단식(單段式 single stage) 그라우팅공법

주입공의 심도에 관계없이 한번에 전심도를 찬공․주입하는 방법으로서 보통 얕은 공일 때 적용한다. 이 방법은 컨솔리데이션․블랭킷그라우팅에 적용되며 암반표부에 파커를 물려서 주입하며 고품질의 그라우팅이 요구되지 않는 다소 질이 떨어지는 경우에만 적용한다. 기초표면 부근의 암반 상태가 양호하지 않으면 표면에서의 누출이 심하므로 주입재의 누출방지에 많은 노력을 하여야 한다.

 

사. 하향식(down stage or descending grouting) 그라우팅공법

주입공이 10m이상 깊을 경우 주입구간을 몇 단계로 나누어서 주입하는데, 이렇게 단계별로 주입을 하면 시멘트의 침하와 블리딩되는 물의 양이 줄어서 양호한 주입효과를 가져오며 주입압력을 단계별로 다양하게 적용할 수 있다. 그리고 주입재의 표면 누출과 절리의 연결로 생기는 누출현상을 쉽게 처리할 수도 있다. 이 공법은 1단계 심도를 찬공 주입한 후 주입재가 다소 경화된 후 2단계를 찬공주입하는 것으로 단계(stage)의 길이는 지표에 가까운 곳에서는 짧게 하고 깊은 곳에서는 길게 하는 것이 일반적이다. 1단계의 길이는 일반적으로 5m를 잡으나 암질이 좋지 않은 경우에는 3m 정도로 하는 것이 더 좋다. 그 다음에 2단계 주입을 끝낸 후 아래단계로 공사를 계속 진행시키는 방법이다. 다음 단계의 찬공은 앞단계에서 주입 후 어느정도 시간이 경과하여 종결 시작단계에서 실시하는데 너무 오래두면 주입재가 경화되어 재찬공 비용이 많이 들기 때문이다. 철저한 시공이 요구되는 경우에는 24시간 경과후 찬공을 하는 것이 좋다.

2단계를 찬공후 주입할 때는 파커를 1단계의 하단부분에 물려야 하는데 이는 2단계 시작부분에 파커를 설치하면 물린 부분의 균열에 주입재가 주입되지 않을 위험이 있기 때문이다<그림 4-3>.

하향식 공법은 앞서 주입된 상부단계의 상재하중을 이용하여 하부단계 주입 때 높은 압력을 가할 수 있고 주입재의 지표누출을 줄이려는 목적으로 적용된다. 또한 앞서 주입된 상부단계를 하부단계의 높은 주입압력으로부터 보호하려는 의도이기도 하다. 그러나 상부 단계에 주입불량 구간이 있을 때는 이를 점검하고 다시 보강할 기회가 없다는 문제점이 있다. 이 공법은 주입을 완료한 구간에 파커를 설치하기 때문에 주입재가 파커와 공벽사이로 새는 일이 없으며 붕괴되는 층이 있어도 주입․고결후 하부 찬공을 계속하므로 붕괴에 의한 파커 및 주입관의 재밍현상(jamming)이 없는 장점이 있다.

그러나 경화된 주입구간을 재찬공해야하며, 주입기간과 고결기간에는 찬공장비가 대기하거나 다른 공으로 이동하여야 하므로 비용이 많이 들어가는 단점이 있다. 따라서 하향식은 상향식에 비해 공사비가 많이 들며 공사기간도 많이 소요되므로 공이 붕락되지 않아 파커를 물리기가 좋은 안정상태가 확인되면 상향식 공법으로 바꾸어야 한다. 이는 일반적으로 암반의 강도와 공의 안정성은 심도가 깊어질수록 커지기 때문이다.

이 공법은 주입공이 다소 불안정한 지층에 적용한다. 찬공 도중에 큰 공극을 만나 다량의 물이 누수되거나 암반이 약하여 붕괴되는 구간을 만났을 때는 찬공을 중단하고 주입을 하면 어렵지 않게 하부 찬공을 계속할 수 있다. 그러나 공내 붕락이 대단히 심하거나 공의 모양이 원형이 아니거나 불규칙한 상태일 때는 파커를 제대로 설치하지 못할 경우가 대단히 많다.

구경이 작은 파커의 주입관을 주입재가 통과할 때는 흐름이 원활치 않아 막히는 경우도 있으며, 블리딩되는 물을 제거시킬 수 없어 고결되는 주입재의 질도 떨어진다. 또한 공벽과 파커의 사이가 단단하게 밀착되지 않았을 때는 이 통로를 따라 새기도 하고 주입구간 밖으로 돌아서 파커 위에 쌓이는 경우도 흔하다. 주입종료 후 주입재 역출을 막기위해 공내에 오랫동안 그대로 두면 파커 위에 쌓인 주입재와 붙어있는 주입재 때문에 파커인양이 불가능할 때도 많다.

 

아. 상향식(upstage or ascending grouting) 그라우팅공법

전심도를 찬공하고 나서 깊은 심도부터 몇 단계로 나누어 상부로 올라오면서 주입을 하는 방법이다. 전심도를 찬공하고 나서 단계별로 수압시험을 한 후 단속적(斷續的)인 주입을 하게된다.<그림 4-4>. 그러나 찬공수가 다량 누수되거나 지하수가 피압되는 구간에서는 예외적으로 찬공을 중단하고 주입을 한 후 계획심도까지 찬공해야 한다. 상향식으로 찬공주입을 할 때는 내삽법에 의한 인근 공의 찬공주입이 있어서는 안된다.

주입압력은 심도가 깊은 곳에서는 높은 압력을 가할 수 있으나 상부로 올라갈수록 상재하중이 줄어들어 적용 압력은 줄어든다. 파커는 무거운 기계식보다 가벼운 팽창식이 더 좋으며, 파커 위에 쌓이는 주입재는 수시로 확인하여야하며 파커 위에 물을 보내어 이를 제거시키는 노력이 필요하다. 어느 단계의 그라우팅을 끝낸 후 다음의 상부 단계로 파커를 옮겨 설치한 후 공내세척을 하여야 하는데 이때는 파커를 공 밖으로 빼내지 않고 파커파이프(또는 호스)로 세척한다.

이 공법은 주입공이 무너지지 않을 경우에만 적용이 가능하다. 찬공장비가 대기하여야할 필요가 없으며 재찬공이 없기에 신속한 작업이 이루어지므로 비용이 적게 드는 장점이 있다. 또한 1회 찬공으로 지반상태를 모두 파악할 수 있다. 즉 찬공수의 순환현상, 누수정도, 코어 또는 스라임의 상태 등으로 주입대상 전구간에 대한 정보를 파악할 수 있다. 깊은 심도에 가해지는 주입압력은 비교적 높아 균열이 지표로 연결되었을 때는 높은 압력의 주입재가 지표에 누출되거나 표부의 연약부분을 들어올리기도 한다.

파커를 다음의 상부 단계로 옮기는 시간은 이전 단계의 주입압력이 소멸되고 나면 파커를 위의 단계로 올려 주입을 하는 경우와 최소 6시간이 지난 후 다음 단계의 주입을 하는 경우가 있으나, 실제 파커를 고결에 필요한 수 시간 동안 설치한 자리에 그대로 두면 나중에 인양하더라도 파커와 주입관에 끼어 있는 주입재를 깨끗하게 청소하기가 어려워진다. 이러한 상황 발생이 상향식의 가장 큰 결점이기도 하다.

파커의 윗부분 즉 주입되지 않은 구간으로 수직에 가까운 틈새를 따라 주입재가 돌아들어가 파커 위에 쌓여 고결되어 파커회수가 어려워져 대체공을 뚫어야 하는 경우가 생기기도 한다. 심하게 파쇄된 부분이나 공동이 발달된 곳에서는 파커를 물리기가 어려우며, 하부심도에서 주입된 주입재가 상부의 미주입구간이나 인근의 찬공공으로 주입재가 들어가는 것은 어쩔 수 없더라도 완전한 주입이 되지 않고 엉성한 주입이 되어 공극의 틈새만 줄여 놓아 나중에 상부구간에서 주입하더라도 만족할 만한 지반개량이 어려운 경우도 있다.

이 방법은 지반상태가 좋을 때는 저비용 공법이며 그라우팅의 질은 하향식이나 닛플공법에 비해 떨어진다. 따라서 설계자는 공의 붕락이 없을 것으로 행운을 기대하면서 공사비를 절감코자 이 공법을 채택하는 경우도 있다.

 

자. 닛플(nipple or down stage without packer)그라우팅공법

이 방법은 1단계의 찬공주입을 마친 후 2단계를 찬공주입하는 것으로 하향식과 같은 순서로 지표부터 심부로 그라우팅하는 방법이다. 하향식이나 상향식과 다른점은 단계를 구분하기 위한 파커를 사용하지 않는다는 것이다. 즉 지표에 설치한 닛플에 주입장치를 연결하여 1단계부터 마지막 단계까지 닛플로부터 공내로 주입재가 공급된다는 것이다<그림 4-5>.

주입장치는 비교적 단순하며 설치와 해체가 편리하며 파커를 사용하지 않으므로 주입재가 쌓이는 염려도 없다. 최초 1단계에서는 높은 주입압력을 적용할 수 없으나 높은 주입압력이 적용되는 2단계 이후의 주입압력이 계속하여 1단계를 포함한 지표에 가까운 부분에 적용되므로 앞 단계의 주입을 보강하는 효과가 있다. 결국 1단계에 가해지는 주입압력은 당초보다 점점 더 커지는 효과가 있으며 압력변화는 시공중에 확인이 된다.

이 방법은 수두압이 1단계 그라우팅에 가해지는 주입압력보다 더 큰 댐의 그라우팅에 적용하면 누수의 위험이 가장 큰 최상부단계의 보강이 계속 이루어지므로 높은 댐에서는 이 공법을 적용하면 지반개량의 효과가 크다.

주입후 24시간 정도 경과 후 다음 단계 그라우팅을 하고, 비교적 약한 지반에서 주입재의 지표누출이 심하여 비교적 번거로운 방법이기도 하나 공내에 파커를 물려 주입할 때 불가피하게 남을 수 있는 시공불량 구간이 없고 파커를 설치하는 불편이 없다는장점이 있어 고품질의 그라우팅이 요구되는 중요한 댐에서는 이 방법이 가장 많이 적용되고 있다. 파커를 닛플에 설치하여 주입하면 똑같은 시공효과를 거양할 수 있을 것으로 생각할 수 있으나 파커에는 브리더밸브를 설치할 수 없어 그라우팅의 질 개선에 한계가 있다.

지층이 쉽게 무너지는 곳에서는 다른 방법보다 더 빨리 공사를 진행시킬 수 있으며, 깊은 심도 찬공 때 발생하는 스라임은 상부구간이 주입이 된 상태이기 때문에 상부구간 틈새에 끼어 들어가지도 않는다.

이 공법의 단점은 계속해서 닛플을 통하여 주입압력을 가하기 때문에 상재하중이 부족한 지표부의 암석이 들어 올려지거나(heaving) 움질일 수 있는 위험이 있다는 것이다. 이는 주입재의 낭비는 물론이고 가장 철저하게 처리되어야 할 상부 암석의 구조가 손괴되어 향후 시공되는 댐체의 접합부가 부실하게 되는 결과를 초래한다. 들림현상은 비교적 낮은 주입압력이더라도 지표에서 얕은 부분에 주입재가 들어가면서 변위가 넓은 범위에 미쳐지면 쉽게 일어난다. 얇은 층후의 층리면이 수평상으로 발달한 퇴적암이나 수평상의 절리가 조밀한 간격으로 발달한 경우와 심하게 파쇄된 암석에서는 쉽게 들림현상이 일어난다.

수회에 걸친 찬공과 재찬공으로 인한 주입재의 낭비와 주입재가 완전히 고결되기 전에 재찬공과 공내세척을 하면 틈새에 들어가 있던 주입재가 주입공쪽으로 역류하는 단점이 있다.

 

차. 순환그라우팅(circuit grouting)공법

계속 무너지는 주입공이나 연약한 암반일 경우에 주입공 바닥까지 작은 관을 집어 넣고 주입재를 보내어 전 구간을 동시에 주입하는 방법으로 이 관은 주입재 순환배관의 역할을 하며 공벽의 붕락이 심할 때는 공벽과 관 사이의 공간이 막혀 주입재의 순환이 이루어지지 않는 등 어려움이 발생하기도 하여 그라우팅의 질이 좋지 않다<그림 4-6>. 주입재의 농도변경은 천천히 하여야 하며 붕락이 심할 때는 계획하는 주입압력까지 상승시키지 못할 경우가 많다.

카. 공동충전(cavity filling)공법

찬공중에 공동을 만나면 그라우팅을 하여야 하는데 주입재는 모래를 많이 사용하는 모르타르를 주로 한다. 주입은 한번에 다하는 것이 아니고 주입을 한 후 수 시간을 기다렸다가 다시 주입을 하는 간헐적인 방법으로 시공한다. 공동의 규모에 따라 다르겠지만 수회의 대기시간이 필요하다. 매 주입 때의 마지막 배치(batch)는 부배합이어야 하고 주입종료후 펌프로 물을 조금 보낸다. 대기 후 재주입 때는 처음부터 모르타르를 집어넣지 말고 시멘트현탁액을 먼저 주입하여

주입상황을 보고나서 모르타르로 변경해야 한다. 회당 최대주입량은 사전에 미리 정해두는 것이 혼란 없이 주입공사를 진행시킬 수 있다.

주입을 계속하다가 압력이 걸리기 시작함은 공동이 주입재로 충분하지는 않지만 최소한으로 채워졌음을 의미하므로 추가공을 뚫어 같은 방법으로 다시 주입을 시작하여 기대하는 결과가 나오도록 한다. 계획하였던 만큼 주입을 하여도 압력이 상승하지 않을 경우는 공동의 규모가 대단히 크며 연장도 대단히 긴 것으로 추측되는 만큼 재조사와 기술검토 과정을 거쳐 공법 등을 바꾸어야 할 것이다.

이 공법에는 특수기포제사용, 터파기 후 차수칸막이(cutoff diaphram)를 하거나 콘크리트지수벽을 설치하는 방법 등을 병행하기도 한다.

트레미(tremie)나 중력낙하식 그라우팅공법도 대규모 공동에서는 유용하게 적용되는 방법이다. 이는 찬공 후 주입파이프를 공바닥 가까이까지 내리고 적은 압력으로 파커나 트레미까지만 주입재를 보내면 공 정부에서 부터는 중력에 의해 주입재가 들어간다. 압력이 상승하면 주입파이프를 서서히 올리면서 주입을 계속하여 완전히 충전될 때까지 한다. 이때 주입파이프는 항상 공내에 쏟아 부은 주입재 속에 묻혀 있어야 한다. 이는 부배합의 주입재가 물이 많은 공동내에서 빈배합으로 되는 것과 주입재의 분리를 최소한으로 하기 위함이다.

 

타. 주입공법의 선정

<그림 4-7>과 같이 단순한 절리계를 가상하고 이런 경우 상향식 공법을 채택하였을 때 어떤 현상들이 일어날지 검토해보자. 전 심도를 찬공하고 나서 파커를 공저부터 위쪽에 물리고 주입을 시작하면 주입재는 공에서 아래와 옆쪽으로 들어가 채워지면서 나중에는 상부로 향하게 된다. 일부 주입재는 윗쪽으로 연결된 틈새를 따라 들어가 파커 바로 위에 쌓이게 되나, 지표에 있는 작업자들은 알지 못하며 파커를 제거할 때야 비로소 확인이 된다. 때로는 주입재가 굳어져 파커 인양이 불가능할 때가 많다. 하부에 적용하는 주입압력은 대단히 높아서 상부로 향하는 주입재는 지표로 누출되기도 하는데 이의 압력은 높아 틈새의 코킹(caulking) 작업도 대단히 어려울 때가 많다 따라서 지표의 큰 덩어리의 암괴는 잘 접착이 되지 않고 변위된 상태로 남기도 한다.

<그림 4-8>과 같이 만약에 닛플그라우팅을 하게 되면 상향식과 마찬가지로 주입재가 아래 위쪽으로 주입이 되며 지표로 누출되거나 암괴의 변위가 발생한다. 그러나 압력이 적어 쉽게 누출방지 등의 예방조치를 할 수 있다. 주입작업은 상향식에 비해 편하며 초기에 지표누출 문제를 해결 할 수 있다.

그라우팅공법은 모두 각각의 장단점이 있으므로 효과적인 주입을 위해서는 현장의 기초지반 여건에 맞게 조정 시공하여야 한다.

 

 

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