액상화 대책공법[고결]

고결에 의한 액상화 대책공법으로는 심층혼합처리 공법과 사전혼합처리 공법을 들
수 있다. 이들 중에 심층혼합처리 공법은 사질지반 내에 시멘트 등의 안정재료를
혼합하여 지반을 고결시키는 방법이다. 이 공법은 기존 건축물 바로 아래 지반의
액상화 대책에도 적용이 가능한 방법으로 알려져 있으며, 건축물 주위의 지반을 심
층혼합에 의한 지중 연속벽으로 둘러쌓은 다음 전단변형 억제효과 또는 지진후의
측방유동 방지효과를 기대하는 액상화 대책이 실시되는 경우도 있다.

사전혼합처리 공법은 매립지반의 품질을 높이기 위하여 적용되며 매립토사에 안정
재를 첨가하여 처리토를 흙 운반선이나 슈트 등으로 수중에 투하시켜 매립과 동시
에 액상화 대책을 시행하는 것이다. 다짐 등에 의한 매립 후의 액상화 대책이 불필
요하게 되어 공기단축이 가능하다. 이러한 고결에 의한 공법의 유의점으로는 지반
에 안정재를 혼합하게 되므로 지하수나 해안역에서의 수질관리, 안정재 혼합관리,
처리지반의 품질관리가 중요하다.

(1) 심층혼합(Deep mixing)처리 공법

기존 시설물이 있는 경우에 사용할 수 있는 대표적인 지반개량공법으로 심층혼합
(Deep mixing)처리 공법이 있다.

① 개량지반의 동적 특성
비교적 작은 크기의 비구속압축강도, qu=49 kN/m2 정도는 액상화 저항력을 상당
한 정도로 증가시킨다. 개량지반은 비개량지반에 비해 매우 큰 전단강성을 갖는
반면 매우 작은 감쇠상수를 갖게 된다. 그러나, 전단변형률이 증가함에 따라서 전
단강성은 감소하고 감쇠상수는 증가하게 된다. 따라서 심부혼합공법을 이용하여 개
량된 지반은 매우 큰 액상화 저항력을 갖게되고 그 결과 액상화 발생확률은 거의
0에 가깝게 된다.

② 지반개량 형태
지반개량 형태로는 그림 3.2.7과 같이 블록형태, 벽체형태, 격자형태, 말뚝형태, 등
을 들 수 있으며, 각 형태별 특징은 표 3.2.2와 같다.

③ 적용범위
도로, 제방, 반지하 매설구조물(성토에 의해 건설되는 도로), 박스형태의 지하구조
물, 건물의 기초 등에 적용된다. 심부혼합처리 공법은 성토구조물의 경우 유동파괴
를 방지하는데 사용되며, 지하구조물의 경우에는 구조물의 융기를, 기초에 대해서
는 지지력을 유지하는데 사용된다.

④ 시공과정
심층혼합처리 공법은 기계혼합 공법과 고압분사 공법으로 나눠진다. 여기서는 사질
토 지반에서 많이 사용되는 슬러리 기계혼합 공법에 대해 서술하였다.
전체 시공과정은 그림 3.2.8에 나타낸 것과 같이 배치, 주입, 저면도달 및 분사 확
인 등으로 구성된다. 점토질 지반에 비해 상대적으로 강성지반인 사질토 지반의 경
우 기계의 지반굴착 성능을 확인하는 작업이 필요하다. 그러나 일반적인 심부혼합
기는 액상화가 발생될 것으로 예상되는 사질토 지반 즉 N값이 10이하인 지반에 사
용되므로 이와 같은 확인작업이 필요하지 않을 수도 있다.
또한 말뚝이 중첩되는 경우 세심한 주의가 요망된다. 중첩작업을 수월하게 하기
위해서는 개량말뚝의 사전강화가 지양되어야 하며 작업시기에 세심한 주의가 요망
되고, 지연제나 지연효과를 갖는 시멘트의 사용에 있어서도 유의해야 한다. 그리고
슬러리의 경우 물-시멘트 비에 있어서 높은 함수량이 요구된다.

(2) 사전혼합(Premix)처리 공법

사전혼합처리 공법은 안정재, 화학첨가제를 사용하여 액상화에 견딜 수 있는 지반
으로 개량하는 방법이다. 일반적으로 전단강도 tf는 Mohr-Coulomb의 파괴규준에
따라 다음과 같이 표현된다.
tf=c` +  tan@′              식(3.1)
여기서, c′ : 점착력, @′ : 내부마찰각, r : 전체 연직응력, u : 간극수압

이 공법은 모래가 사용되는 대부분의 현장에서 사용될 수 있으며, 일반적으로 사용
되는 매립모래를 액상화가 발생하지 않는 새로운 재료로 변화시킬 수 있다. 그림
3.2.9는 이 공법의 적용사례를 보여주고 있으며 사용된 공법과 매립모래의 특성은
서로 다르지만, 이 공법이 서로 다른 조건에서도 충분히 적용할 수 있다는 사실이
실험실 및 현장 실험에서 검토되었다.

이 공법의 장점은 다음과 같다.
① 매립 후 액상화 대책이 불필요하기 때문에 공기의 단축과 노동력을 절감할 수 있다.
② 컨베이어, 자동운반장치를 이용하거나 바지를 이용한 직접 투기가 가능하기
때문에 대형ž대심도 시공이 가능하다.
③ 처리 지반의 강도를 최적화할 수 있다.
④ 기존 장비를 활용할 수 있어 특별한 추가 장비가 필요하지 않다.
⑤ 액상화 방지기능과 함께 토압경감의 효과가 있어 널말뚝 안벽 등의 경우 단면
을 줄일 수 있어 경제적 이득을 취할 수 있다.
⑥ 모래다짐말뚝 공법이나 봉다짐 공법과 같은 진동에 대한 문제가 없다.
⑦ 배면 다짐이 널말뚝에 미치는 영향이 없다.
⑧ 준설 모래를 적절히 사용할 수 있다.
그러나 이 공법은 다음과 같은 단점도 가지고 있다.
① 개량 지반의 강도가 모래의 종류와 시공법에 따라 큰 차이를 가진다.
② 시공 경비가 안정재의 종류에 다소 관련된다.
③ 지하수에 미치는 환경 문제를 고려하여야 한다.
④ 굴착ž치환 지반과 신규 매립지반에서만 적용이 가능하다.