그라우팅 주입재료의 선정에 관하여

주입재료의 선정

암반에 대한 주입재료는 보통 포틀랜드시멘트로 설계하는 것을 원칙으로 한다. 그러나 주입성을 증대시키기 위해 벤토나이트를 소량 첨가할 수 있는데 시멘트 중량의 4%를 초과해서는 안된다. 시험그라우팅 때 미세절리로 인하여 지반개선효과가 개량목표 이하 일 경우에는 초미립자시멘트 설계를 고려한다.

암반의 강도 및 내구성을 향상시키기 위해서는 포틀랜드시멘트 현탁액을 주입하는 것이 가장 바람직하다. 시멘트는 다른 주입재료에 비해 강도 발현이 우수하고 값이 싸며 쉽게 구할 수 있는 장점이 있어 국내뿐만 아니라 세계적으로 가장 많이 사용하고 있다. 또한 종류가 다양하여 지반의 여건이나 공사의 목적에 맞게 골라서 사용할 수 있다. 암반에 대한 그라우팅의 종류에 관계없이 보통 포틀랜드시멘트를 일반적으로 사용하고 있으나, 미세한 균열이 발달한 암반에는 시멘트의 입경 때문에 잘 침투되지 않는다. 따라서 절리틈새 크기를 조사하는 것이 설계나 시공에 필요하다. 절리의 크기는 시추코어나 터파기면의 암질조사 때 간단한 도구를 틈새에 집어넣어 보는 방법으로 조사해 보는 것이 가장 편리하다(클립 0.8mm, 서류핀 0.6mm, 옷핀 0.5mm, 사무용칼 0.3mm, 양면면도날 0.1mm). 암반균열 주입에서 J.K Michel은 주입가능비를 암반균열 폭과 주입가능한 주입재의 최대입경과의 관계로 다음과 같이 재안하였다.

보통 포틀랜드시멘트의 최대입경은 100μm, 국내산 마이크로시멘트의 최대 입경은 24μm 이므로 주입이 가능한 암반균열의 최저폭은 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 경우 300μm, 마이크로시멘트를 사용한 경우 70μm 수준이 된다. 따라서 미세균열이 많이 발달된 암반지역에서는 마이크로시멘트나 콜로이드시멘트를 사용하는 것이 유리하다. T.B. Kennedy(1958)는 보통 포틀랜드시멘트가 0.2mm보다 작은 균열에는 주입이 불가능하다고 발표한 바 있으며, A.C. Houlsby(1990)는 주입에 특별한 주의를 기울이지 않더라도 0.5mm에는 주입가능하며 0.4mm의 틈새일 때는 특별한 시공관리가 필요하다고 하였다. 보통 포틀랜드시멘트보다 더 세립질인 주입재료를 쓰거나 규산소다 등의 약액을 사용하여 지수해야할 정도이면 그 암반은 대단히 양호한 상태이므로 그라우팅공사를 할 필요가 없다는 주장도 있다.

그러나 시공과정에서 수압시험을 해보면 K = 10-4 cm/s 정도의 투수성을 나타내는 지층임에도 주입이 잘 되지 않아 지반개선이 거의 되지 않는 경우가 흔하다. 더욱이 규모가 큰 댐의 경우에는 묘안이 없어 약액주입으로 침투성을 높여 보거나 여러 공을 추가 시공하고 있다. 따라서 시험 그라우팅 때 주입 전후의 수압시험 자료로 지반의 개선효과를 검토하여 미세절리로 인하여 보통 포틀랜드 시멘트 입자가 침투하지 못해 기대한 만큼 개선이 되지 않았다고 판단이 되면 다른 주입재 즉 초미립자시멘트나 약액을 사용하는 것으로 검토되어야 할 것이다.

그러나 그라우팅 예정지의 전구간, 전심도가 미세한 균열로 이루어진 것은 아니므로 미세절리구간과 심도에만 초미립자시멘트를 사용하거나, 설계주입량의 20～30% 정도를 초미립자시멘트를 반영하여 현장 주입과정에서 적절하게 사용토록 한다. 벤토나이트 사용은 주입재의 고결강도의 저하와 점성의 증가 같은 문제점이 발생되므로, 부배합에서는 2%, 빈배합에서는 4% 정도를 사용하는 것이 좋다.