그라우팅 종류와 특징에 대해 공부해보자

LW 주입공법

시멘트에 시멘트 비중의 10% 이하인 물유리(규산소다)를 혼합하면 순수하게 결합합니다.

반대로 시멘트와 물유리의 비율을 바꿔 물유리에 소향의 시멘트를 혼합시키면 고결화 하지만 그 시간은 시멘트량과 역비례합니다.

이 현상에 착안한 독일의 한 학자는 1952년 상기 2종의 재료를 그라우트로 사용하는 특허를 받았습니다.

즉, 희석한 물유리액과 소량의 시멘트를 잘 혼합한 다음 시멘트가 침전하는 것을 기다려 위에 뜬 물을 주입하는 방법입니다.

독일 학자의 방법에 의하면 시멘트가 침전하는 동안은 주입할 수 없다는 것, 급결성의 그라우트를 주입할 수 없고 시멘트를 제외한 위에 뜬 물만을 주입함으로써 재료의 낭비가 생기는 등의 결점이 있습니다.

이와 같은 결점을 막고 고결시간을 자유롭게 조절할 수 있는 그라우트와 시멘트의 혼합액을 한 번에 주입할 수 있는 방법으로서 LW공법이 일본의 통구 박사에 의해 고안되었습니다.

즉 현장의 토질조건 및 공사 목적에 따라 혼합하는 시멘트량을 적절히 바꾸어 여러 가지의 겔타임을 가지는 그라우트를 주입하는 공법입니다.

그라우트에는 시멘트의 침전방지를 목적으로 벤토나이트를 소량 혼합합니다.

이 방법에 의하면 시멘트 주입과 약액주입을 동시에 할 수 있으므로 종래의 시멘트 주입, 약액 주입을 병용하는 경우에 어느 편을 선행하면 되는가 하는 문제를 해결할 수 있습니다

그라우트는 전량이 고결되고 이수가 적으며 큰 공극은 시멘트 입자로 메워지고 시멘트 입자가 들어가지 않는 미세공극은 물유리액의 고결화물로 충전되므로 어느 정도의 강도를 기대할 수 있습니다.

 

SGR  공법

SGR공법이란 Space Grouting Rocket System의 약자로써 물유리계 주입계를 사용하는 이중관 복합주입공법의 일종입니다.

이 공법은 목적범위를 보다 확실하게 개량하기 위하여 특수한 선단장치 로켓과 3조식 교반장치를 갖추고 있으며, 대상 지반 중에 형성시킨 유도공간을 통해 급결성과 완결성의 주입재를 저압에 의해 연속으로 복합주입합니다.

 

SGR공법 시공준비 모습

 

종래의 주입공법은 주입재를 주입노즐을 통해 직접 지반 속으로 방출하기 때문에 1차원적인 점에서의 주입이므로 균질하게 침투시킨다는 것은 무리입니다.

따라서 스트레너와 같이 주입노즐을 많이 설치하거나 주입관을 회전시키는 등의 방법으로 주입노즐과 지반과의 접촉면을 넓혀 주는 방법을 취하고 있습니다.

다공 스트레너를 필요로 하지 않고 주입관의 회전도 불필요한 공법이며, 1차원적인 점에서의 주입이 아니라 실린더상 벽면 전부를 방출면으로 하는 3차원적인 면에 의한 주입방식입니다.

모래지반에서 침투주입을 하기 위해서는 보통 겔타임이 긴 주입재를 사용하는 것이 바람직 하지만, 목적범위 밖으로 유출되는 양이 많고 겔타임이 짧으면 맥상주입으로 되어 개량되지 않은 부분이 있게 됩니다.

이러한 문제에 대처하기 위해 본 공법에서는 유도공간을 형성시켜 주입재와 지반과의 접촉면적을 극대화하고 개량효과의 향상을 도모하고 있습니다.

그리고 스트레나관 등을 지중에 남겨 놓지 않으므로써 유리한 점이 많습니다.

 

우레탄 주입공법

우레탄계 약액은 주제인 우레탄 폴리머의 이소시아네트기와 지중의 물이 결합되어 우레탄수지가 물속에서 결합됩니다.

또한 수화반응과 동시에 발포반응이 생겨 고결부피를 증가시키는 경향이 있으며 지반 중에 구속된 경우 현저하게 강도가 증가합니다.

우레탄계 약액에는 수용성과 비수용성등 두 가지 형이 있으며 수용성은 친수성으로서 물에 용해되는 성질이 있고 다른 첨가제를 조합함으로써 사전에 겔화시간을 설정할 수가 있습니다.

한편, 비수용성은 배합 시에 물을 포함하지 않는 주제 및 첨가제로 되어 있어서 지중의 물과 반응하기 때문에 지하수의 변화에 따라 겔화시간이 변동되는 성질이 있습니다.

 

고압분사 주입공법

소구경 노즐에 초고압을 작용시킨 초고속 분류수는 큰 파괴력이 있으며 암석을 천공하는데도 이용되고 있습니다.

제트 그라우팅, SIG공법 등으로 불리는 고압분사 주입공업은 이 원리를 응용한 것으로서 물이나 주입액을 초고속분사함으로써 극히 짧은 시간내에 지반을 절삭합니다

그 절삭 부분의 토사와 치환 또는 토사와 혼합하는 형식으로 주입액을 보내서 정화시키는 것입니다.

그 결과 일단 의도하는 방향이나 범위 내에 경화물을 형성할 수가 있습니다.

여기서 사용하는 제트는 토출 압력이 200~700kg/cm2으로서 지름이 2mm 정도의 노즐에서 대략 300m/sec의 속도로 나가는 유제를 말합니다.

통상적인 주입공법은 되도록 지반의 골격을 변형시키지 않고 공극 사이에 주입재를 채워 넣는 원리이지만, 반대로 고압분사 주입공법에서는 적극적으로 지반의 골격을 파괴해서 치환 또는 혼합교반하는 것으로서 시공원리가 전혀 다릅니다.

따라서 일반적으로 그라우팅 공법의 범주에 포함시키지 않고 있습니다.

 

고압분사 장비

 

컴팩션 그라우팅 공법

컴팩션 주입은 슬럼프가 25mm 이하인 비유동성 주입재를 지층에 주입하는 것을 말합니다

소성확보를 위한 세립토(실트질크기)와 더불어 내부 마찰력 증대를 위해 조립토(모래질크기)를 충분히 함유한 보통의 소일 시멘트가 기본재료가 됩니다

흙의 공극 속에 침투되는 것이 아니라 지중에 균질한 덩어리로 남아서 느슨한 흙의 밀도를 증가시켜 변위를 억제하거나 구조물의 상향력을 증가시키는 두 가지 기능을 동시에 수행하기도 하는 공법입니다.

컴팩션 그라우팅은 최대한 비유동성의 주입재료를 지웅에 압입 하여, 균일한 고결체를 형성함과 동시에 주변의 지반을 압축 강화시킵니다.

될 수 있는 한 유동성이 높은 재료를 사용하는 다른 주입방식과 근본적으로 다르다고 할 수 있습니다.