그라우팅 주입압력에 관한 모든 것

주입압력은 지층이 변하거나 절리계에 탄성이 미치지 않는 범위에서 최대로 가한다. 주입압력은 투수시험을 기준으로 하나, 현장에서 주입시험을 실시하여 파쇄 또는 지층이 변하는 지점의 압력을 찾아서 이의 85%를 적정주입압력으로 채택한다.

적정주입압력을 결정하는 확실한 정량적 방법은 없다. 이는 절리의 크기, 형태, 방향, 연속성과 암석의 강도, 주입구간의 길이 및 인근공의 주입효과 등 영향을 미치는 인자가 너무나 많기 때문이다. 층리가 수평상인 퇴적암에서는 상재하중만큼 주입압력을 가할 수 없는 경우가 있는가 하면 괴상인 경암에서는 상재하중의 10배에 달하는 압력을 가할 수 있는 경우도 있다.

최대 주입압력 결정은 각 현장의 시험그라우팅 과정에서 압력을 조금씩 증가시키면서 파쇄가 일어날 때까지 시험을 해보는 것이다. 이 시험때는 빈배합의 묽은 주입재를 계속 보내어 주입재로 인해 틈새가 빨리 막히지 않도록 하면서 파쇄압력을 찾아내야 한다. 이때는 주입구간의 길이와 심도를 다양하게 해보는 것이 좋다.

주입량은 낮은 압력에서보다 압력이 증가하면 비례하여 서서히 더 많아지나 파쇄압력에 달하면 새로이 생겨난 틈새 또는 틈새 확대에 의해 주입량이 급격히 증가한다.

주입시험의 결과를 (그림 4-38)처럼 그려보면 적정한 주입압력을 찾아낼 수 있다. 일반적으로 파쇄압력의 85% 정도를 적정 주입압력으로 한다. 경험법칙<그림 4-39> 에서 암반의 주입압력은 1psi/ft로 정하고 있는데, 미터법 단위로 환산하면 0.23kgf․㎠․m 이다. 이는 단순히 주입대상심도 상부 암반의 중량만을 생각하고 (144 lb/ft3, 2,300 kgf/㎥) 암반의 형상, 물리적조건, 주입재의 농도, 상부 구조물의 종류 및 상부지층의 그라우팅 시공여부 등을 고려치 않은 것이다. 이 기준은 psi 단위를 사용하는 국가에서 오랫동안 지켜온 규정으로서 대개의 압력 그래프에서 기준선이 되고 있다.

그러나 이는 가장 안전한 압력으로서 이것을 초과하는 높은 압력을 적용하고 있다. 미터법 단위를 사용하는 국가에선 1bar/m 를 기준으로 하고 있어 미국보다 훨씬 높다.

이 두 가지 기준은 약 4배의 차이가 있으나 두 가지 다 널리 적용하고 있다. 이는 주입압력에 대한 기본개념이 다른 것으로 낮은 압력기준은 적정한 압력을 적용하여 주입대상 지층을 교란시키지 않겠다는 의미이고, 또 다른 기준은 신중하게 높은 압력을 적용하여 암반의 균열을 확대시켜 주입재의 침투를 용이하게 하려는 개념이다. 즉 수직방향으로도 균열을 확장시키고 수평방향으로도 들림현상이 일어나도록 전방향으로 수압을 이용하여 파쇄시킨 후 주입하는 방법이다.

<그림 4-38> 주입시험에서 파쇄압력 확인

<그림 4-39> 심도별 적정 주입압력