연약지반의 처리 공법[모래다짐말뚝(Sand compaction pile, SCP), 봉다짐(Rod compaction) 공법, 바이브로 플로테이션(Vibro flotation) 공법, 동다짐(Dynamic compaction) 공법]

(1) 모래다짐말뚝(Sand compaction pile, SCP) 공법

강관 케이싱을 폐단의 상태로 지중에 관입시켜 소정의 깊이에 도달하면, 케이싱 내
에 모래를 넣고 케이싱을 인발하면서 모래에 충격·진동 등을 가해 지중에 주입함으
로써 다져진 모래말뚝을 형성하는 공법이다.

모래다짐말뚝 공법에 의한 지반개량의 시공과정은 그림 3.2.3에 나타낸 바와 같으
며, 시공순서는 관입장비가 장착된 철재 케이싱을 가진기를 이용하여 설계깊이까지
관입한 후 케이싱에서 매립모래를 주입하고, 주입된 모래를 다지면서 점차 케이싱
을 인발하며, 다시 케이싱을 가진하여 모래말뚝을 다짐하며 말뚝의 지름을 증가시
키는 반복 작업으로 이루어진다.

이러한 방법으로 느슨한 모래지반을 압입한 모래말뚝으로 다짐하며, 모래말뚝 주변
의 원지반을 진동시키게 된다. 그리고 모래다짐말뚝 공법은 봉다짐과 바이블로플로
테이션(Vibroflotation) 공법과 비교하여 상대적으로 더 양호한 다짐도를 얻을 수 있
으나, 시공과정에서 주변 환경에 대한 영향이 크기 때문에 주의를 요한다.

(2) 봉다짐(Rod compaction) 공법

봉다짐 공법은 봉 모양 또는 말뚝 모양의 가진기를 지반에 관입시켜 지반을 일시적
인 액상화 상태로 만들어 지반을 조밀하게 다지는 방법이다. 이 공법은 철재 파이
프를 사용하는 바이브로 롯드(Vibro rod) 공법 및 Soil vibro stabilizing 공법, H형
철재막대를 사용하는 KF 다짐 공법, 관입침을 가진 철재봉을 사용하는 Cross
shape vibro 공법 등으로 구분된다.

봉다짐 공법과 모래다짐말뚝 공법은 다짐 원리에서 큰 차이가 있다. 봉다짐 공법은
지반진동으로 생성된 간극 속에 모래가 채워지는데 반하여, 모래다짐말뚝 공법은
케이싱을 통하여 강제로 다져지면서 모래가 채워지게 된다. 따라서, 봉다짐 공법에
의한 지반개량의 시공과정은 그림 3.2.4에 나타낸 바와 같으며, 가진기의 용량, 특
성 및 시공방법에 따라 매립 모래양에는 큰 차이를 보인다.

봉다짐 공법은 주로 인근에 구조물이 있는 경우에 액상화 대책으로 사용된다. 그러
나 진동이 기존 구조물에 미치는 영향에 대한 고려가 필요하다. 개량효율은 지층구
성, 입도, 층 두께 등에 큰 영향을 받는데, 지표에서 상대적으로 낮게 나타나며, 세
립층이 포함된 모래지반에서는 그 효율이 낮다. 일반적으로 세립율 15~20% 이하
의 모래지반에서 적용한다. 또한 다짐효과에 대한 판단을 위해서는 현장시험은 필
수적이다.

(3) 바이브로 플로테이션(Vibro flotation) 공법

바이브로 플로테이션(Vibro flotation) 공법은 그림 3.2.5와 같이 지중에 바이브로
플롯(vibro flot)이라는 편심추를 내장한 강관을 선단 노즐로부터 물을 분출시키면
서 연직으로 관입시켜 소정의 깊이에 도달하면, 추를 회전시켜 관을 진동시키면서
서서히 끌어올린다. 진동에 의해 지반이 다져진 결과, vibro flot의 주위에 생긴 틈
새에 자갈, 모래 등의 조립재료를 흘려 넣은 공법이다.

이 공법과 모래다짐말뚝 공법은 다짐 원리 측면에서 큰 차이가 있다. 즉, 봉다짐
공법과 마찬가지로 바이브로 플로테이션 공법은 빈 간극을 채우는 방법이기 때문이
다. 따라서 시공법이나 바이블로 플롯(Vibro flot)의 용량에 따라 다짐 정도가 크게
달라진다. 바이브로 플로테이션 공법은 1930년대에 독일에서 개발되어 1940년대
미국과 유럽(특히, 미국)에서 더욱 발전하였다.

(4) 동다짐(Dynamic compaction) 공법

동다짐 공법은 무거운 중추를 높은 곳에서 자유 낙하시켜 얻어지는 동적인 충격하
중으로 지반을 다지는 공법으로 개량 깊이는 일반적으로 5~20m 정도이다.
이 공법은 시공기간이 짧고, 다른 공법에 비해 경제적이며, 시공 방법이 간단하고
특별한 약품이나 재료가 필요 없는 장점을 가지고 있다. 반면에 동다짐 공법에 대
한 이론적인 체계가 확립되어 있지 않아 경험적인 요인에 많이 의존하며 본다짐 전
에 시험시공을 필수적으로 해야 하는 단점을 가지고 있다. 동다짐 공법으로 개량이
가능한 지반을 분류하면 다음과 같이 나눌 수 있다.

① 포화 또는 불포화 조립지반 및 압축성 불포화 세립지반
불포화토에서는 동적인 다짐에너지로 지반내 간극의 부피를 줄임으로써 지반이 단
순 압축되는 특성을 가지며, 포화 사질토 지반에서는 액상화에 의한 다짐효과를 기
대할 수 있음.
② 폐기물 매립지반(Sanitary reuse fills)
생활 쓰레기, 건설 및 산업폐기물 등으로 이루어진 지반으로 지반 내에 직경
1~2m 정도의 덩어리를 포함하여도 개량효과가 탁월함.
③ 포화 세립지반(Saturated clayey or silty soils)
세립지반 중에 조립토를 30% 이상 포함하는 지반은 샌드매트 포설이나 부분치환과
같은 표층처리 후에 동다짐을 실시하고 일정기간 방치시키며, 연약지반이 상당히
두꺼운 경우에는 배수공법 및 강제치환공법 등을 병행하여 개량하여야 함.
사진 3.2.1은 동다짐 시공 장면을 보인 것으로, 동다짐에 사용하는 중추는 콘크리
트나 강철로 만든 원형 혹은 사각형 형태의 중량물로 무게는 약 5~40톤 정도가 많
이 사용된다. 

중추의 낙하로 인한 충격에너지는 그림 3.2.6과 같이 중추 낙하지점
에서 지반내로 방사방향으로 전달되는데, 이 충격에너지는 압축파와 전단파로 분리
되어 전파되며 지표면을 따라서는 표면파가 전파된다. 이 충격파에 의한 다짐 효과
는 지반종류 및 포화도에 따라 달라진다. 불포화지반에서는 압축파와 전단파가 느
슨한 지층의 입자간 엇물림 응력(Inter-locking stress)을 초과하면 분리된 입자들
이 조밀하게 재배열되면서 다짐효과를 발휘하게 된다. 반면에 포화된 조립지반에서
는 압축응력으로 인하여 지반내 간극수압이 단시간에 증가되어 액상화 상태까지 유
발되고, 이로 인하여 연결응력이 줄어든 입자들에 전단파와 표면파가 작용하여 입
자간 분리 및 진동으로 인한 재배열을 유발시켜 느슨한 지반을 다지는 효과를 발휘
한다.