액상화 처리 공법[치환공법: 심정(Deep Well) 공법, 배수 트렌치 공법]

치환 공법은 액상화 가능성이 있는 지반을 양질의 재료로 치환하여 액상화에 대한 저
항력을 향상시키는 공법이다. 즉, 액상화를 일으킬 가능성이 있는 흙은 그 입경분포가
특정 범위에 제한되어 있으므로 쇄석 등과 같이 액상화하지 않는 재료로 지반을 치환
하는 방법이다. 또한 액상화를 일으키지 않는 재료의 조달이 어려운 경우에는 시멘트
등과 같은 안정재료를 혼합하여 액상화 저항강도를 향상시킨 흙으로 치환하는 방법이
있다. 그 외에 지반이 세립분을 많이 포함하여 다짐에 의한 대책이 곤란한 경우에 다
짐이 쉬운 모래로 치환하여 다짐을 병용함으로서 지반의 액상화 저항강도를 높이는 방
법도 있다. 치환공법의 유의점은 지반을 특히 지하수위 이하를 굴착하는 것이 되므로
굴착단면의 안정검토, 굴착 토사의 처분에 유의할 필요가 있다(그림 3.2.10).

(1) 심정(Deep Well) 공법
심정공법은 지하수위를 저하시켜 모래속의 간극수를 제거함으로써 지반을 안정화시
키는 공법이다. 그러나 지하수위가 저하된 상태로 유지되면 주변지역의 지하수위
또한 저하되어 지반침하를 야기한다. 따라서 주변지역에의 영향을 방지할 수 있는
방법이 필요하며 심정공법을 시공할 때에는 차수벽 또는 차수막을 지구경계에 설치
하는 것이 가장 효과적이다. 심정은 주로 대규모 굴착공사의 가설 공법 또는 터널
절취면의 보호를 위해 쓰여져 왔다. 이 공법을 액상화 방지용으로 사용하려면 투수
성이 큰 모래층에서 물을 배수하기 위해 오랜 기간 심정을 작동할 필요가 있다.

① 설계시 고려사항
액상화 방지용 심정은 폐쇄지역(Closed area) 내에서 물을 배수하여야 한다. 차수
벽이 하부의 불투수층까지 도달하면 모래의 간극이 지하수로 완전히 포화되었다는
가정 하에 배수 목표층의 간극비를 이용하여 총 배수량을 구할 수 있다. 반면에 차
수벽이 불투수층까지 도달하지 못하면 심정은 배수 목표층 뿐만 아니라 주변에서도
물을 양수한다. 이런 경우 주변지반의 지하수위 저하를 최소화하기 위해 배수된 물
이 다시 차수벽 바깥지역에 주입되어야 하며 필요 펌프용량을 계산할 때 강수량도
고려되어야 한다.

② 시공과정
심정은 케이싱 형태의 햄머-그래브(Hammer-grab), 역순환(Reverse circulation),
어스 드릴(Earth drill), 어스 오거(Earth auger), 대구경 시추(Large diameter
boring), 퍼커션(Percussion) 등의 방법에 의해 시공된다. 그림 3.2.12는 심정 시공
과정을 나타낸 것이다.

(2) 배수 트렌치 공법
배수 트렌치 공법은 암거와 수로를 이용한 두 가지 공법으로 이루어져 있다. 두 가
지 공법 모두 원래의 지하수위를 액상화가 발생하지 않을 정도의 심도까지 저하시
킨다. 이 공법에서 지하수위는 지진이 발생할 때뿐만 아니라 평상시에도 저하된 상
태로 유지되기 때문에 시설물의 손상은 발생하지 않게 된다. 그림 3.2.13은 배수
트렌치 공법을 개략적으로 나타낸 것이다.

이 공법의 원리는 지하수위 위에 존재하는 불포화층의 두께를 증가시켜 액상화 발
생의 위험을 감소시키는 것이다. 그러므로 암거와 수로를 통한 지하수위의 저하와
함께 제방축조를 병행하면 효과를 증진시킬 수 있다. 평지에서 트렌치는 원래의 지
하수위보다 깊은 곳에 위치해야하므로 암거나 수로의 끝에는 펌프와 같은 배수 시
스템이 필요하다. 투수율이 높은 층에서는 배수 트렌치를 통해 항시적으로 지하수
위를 저하시키는 것이 어려우므로 일정 범위 내에 지하수의 유입을 통제할 필요가
있다. 따라서 투수율이 매우 높은 지반에서는 슬러리 트렌치, 널말뚝과 같은 방법
들을 통해 지하수의 흐름을 통제해야 한다.