연약지반 처리공법(공법소개)

1. 지반개량공법

연약지반 상의 건설공사에서는 구조물의 규모, 시공속도에 따라서는 구조물 및 그 주변지반에 침하가 발생하며, 지지력부족에 의한 지반의 전단파괴, 주변지반의 융기, 진동 및 지진시의 지반 액상화 등 여러 가지 문제가 생긴다.

이와 같은 경우의 대책으로서는 ① 연약지반을 피한다. ② 상부구조물의 하중조건을 경감한다. ③ 지반자체의 공학적 성질을 개선한다. 등의 방안이 있다. 대책 ①에서 연약지반을 피한다고 하더라도 구조물 건설을 하지 않는다는 것은 현실적으로 불가능한 실정이므로 이러한 경우는 구조물의 하중을 연약지반에 부담시키지 않고 하부의 강력한 지반에 전달하기 위하여 말뚝기초로서 해결시키는 방법이 취해진다.

그러나 대책 ②, ③은 지반에 위에 말한 것과 같은 변한상태를 생기지 않게하기 위해 구조물의 하중을 경감하거나 연약지반 그 자체를 개량하는 일이며 연약 지반의 개량에 대해서는 대상구조물의 종류, 개량의 목적, 지반의 토질에 따라 다종다양한 개량공법이 개발되고 있다.

이것들의 지반개량공법은 기본적으로는 다음의 개량원리에 집약된다.

① 연약지반을 기계적(역할적)으로 개량한다.

② 배수, 다짐에 의해 연약지반의 밀도를 증가시킨다.

③ 연약지반을 물리적. 화학적수단에 의해 보강된다

단 실제로는 각각의 개량공법 중에는 복수의 개량원리를 응용하고 있는 것도 있고, 보기에 따라서는 별도의 분류에 넣어도 된다고 생각하는 것도 있으므로 개량공법을 계통적으로 분류한다는 것은 어렵다. 그러나 연약지반개량공법을 이해하기 위해서는 대강의 판단이기는 하나 시공 공법군별로 이해하는 것이 편리하며 응용범위가 넓지마는 지반개량공법을 개량원리에 따라 정리하면 표 1과 같다.

 

표 1. 대표적인 지반개량공법

개 량 원 리		공 법 명
기계적 개량(역학적)		. 치환 공법 . 샌드매트 공법 . 시트네트 공법 . 누름성토 공법
지 반 의 밀 도 증 가 에 의 한 개 량	주로 배수에 의한 공법	. 샌드드레인 공법 . 자루넣기 샌드드레인 공법 . 보드계 드레인 공법(PBD) . 프리로딩 공법 . 웰포인트 공법 . 디프웰 공법 . 대기압 공법(진공압밀 공법) . 트렌치 공법 . 생석회파일 공법 . 샌드잇치 공법 . 그래벨 드레인 공법
	주로 다지기에 의한 공법	. 샌드콤팩션 파일 공법 . 바이브로플로우테이션 공법 . 로드콤팩션 공법 . 바이브로탬퍼 공법 . 동압밀 공법
보강 또는 고화에 의한 방법		. 보강토 공법 . 샌드콤팩션파일 공법 . 약액주입 공법 . 동결 공법 . 혼합처리 공법

 

1.1 PBD 공법

샌드파일 대신에 Fig. 1.과 같은 보드계 드레인재(PBD)를 사용하는 버티컬 드레인 공법의 일종이며, Fig. 2.에 표시하는 공정으로 연약 지반 속에 타설된다. 본 공법은 1960년대에 보급되어 수많은 시공실적을 갖고 있다. 초기의 보드는 여러 개의 홈(통수구멍)을 새겨서 두장의 두꺼운 종이를 붙이는 것이었으나, 그 후 개량되어서 여러 가지 종류가 사용하게 되었다.

PBD의 설계방법은 샌드드레인 공법과 같은 방법으로 하며, 드레인의 지름 (환산지름)은 5cm로 해서 취급하고 계산하고 있다.

1.2 프리로딩 공법

연약지반위에 구조물을 시공하기 전에 그 구조물과 동등이상의 하중을 실어서 압밀을 선행시킨 후 하중을 제거해서 구조물을 시공하는 공법이다.

본 공법은 점성토는 어떤 하중으로 압밀하면 제거한 후에도 미소하게 복원 (팽창)될 뿐만아니라 다시 재하할 경우에도 종전의 하중(선행하중) 이하의 하중에서는 거의 침하하지 않는다는 성질을 응용한 것이며 이 공법의 원리를 Fig화 하면 Fig. 3.에 표시한 것과 같다.

그러나 점성토층의 압밀에 소요되는 시간은 최대배수거리의 자승에 비례한다는데서 생각하면 버티컬드레인 공법을 병용하면 효과적이다. 또한 연약지반위에서는 큰 하중을 가하게 되면 측방유동에 의한 사면활동파괴가 발생함을 항상 고려 하여야 한다. 때문에 누름성토 공법, 널말뚝에 의한 칸막이 공법도 병용하는 경우가 많다.

본 공법에서는 구조물시공 후 지반의 부동침하 대책으로서는 큰 효과가 기대되지만 일반적으로 공기가 길어지므로 충분히 검토한 후에 채용. 불채용의 결정을 하여야 한다.

 

1.3 웰포인트 공법

본 공법은 웰포인트라는 지름 5cm 길이 1m 정도의 필터가 달린 흡수기를 지반속에 설치하고 펌프로 지하수를 빨아올림으로써 지하수위를 낮게 하여 연약지반의 밀도를 증가시키므로서 지반의 강화를 기대할 수가 있다.

적용되는 토질은 사질토가 주가 되지만 실트분이 많고 투수계수가 작은 (× 10-4cm/sec 정도까지) 흙에도 사용된다. 그 일반적인 개념으로서 표시한 것이 Fig.4.이다. 본 공법은 우물을 파서 지하수를 펌필할 때 생기기 쉬운 파이핑, 보일링의 장애를 수반한다는 데서 굴착현장의 배수공법으로서 했다. 즉 굴착이 물 없는 상태(드라이워크)로 가능하게 된다. 단 펌프에 의한 진공배수이므로 배수깊이는 이론상 10.3m 정도이나 실용상은 6.0m 정도가 한계로 되어 있다.

1.4 디프웰 공법

넓은 구역의 지하수위를 크게 저하시키는 경우에는 웰포인트 공법만으로는 불가능할 때가 있다. 공법의 취급법으로서는 웰포인트와 기본적으로는 같으며, 깊은 우물(디프웰)을 파고 지하수를 펌프로 양수하여 수위를 저하하는 방법이다.

특징으로서는 웰의 설치지만 스트레이너가 달린 강관(지름 15~60cm)을 박고, 그 속에 회전축에 펌프를 여러 개 설치한 장치를 삽입한다.

디프웰의 적용깊이는 8~120m 정도이나 대규모의 지하수위저하를 하기 위해 주변에의 영향을 충분히 고려하여야 한다.

 

1.5 대기압(진공압밀) 공법

점성토지반에 대한 압밀공법의 일종이며 진공압밀 공법이라고도 한다. 이 공법의 원리는 흙속의 간극수압을 낮게 함으로써 지반의 유효응력을 증가시키는 데 있고 1940년경 스웨덴의 첼만에 의해 고안된 것이다.

시공밥법은 대상으로하는 지반속에 샌드드레인을 설치하고 그 위에 샌드매트를 만들어 전체를 고무, 비닐의 기밀성 막으로 덮고 샌드매트안에 설치한 색션 파이프로 Fig. 5.와 같이 감압, 흡수시키는 것이다.

이론상 최대하중은 10tf/㎡(대기압에 해당)이지만 실용상으 최대 5tf/㎡정도이며, 재하성토를 병용하지 않으면 목표의 지반응력을 얻지 못할 때도 있다. 해저의 경우는 수압이 압밀하중으로서 작용하기 때문에 수심이 깊을 수록 유리하게 된다.

그러나 현 실정에서는 기밀성을 유지하는 등 기술상 난점이 있다는 것, 재하성토에 비해서 비용이 많다는 점에서 시공사례는 많지가 않다.