암반층 그라우팅 재료선정과 주입비

재료선정

암반의 강도 및 내구성을 향상시키기 위해서는 포틀랜드시멘트 현탁액을 주입하는 것이 가장 바람직합니다.

시멘트는 다른 주입재료에 비해 강도 발현이 우수하고 값이 싸며 쉽게 구할 수 있는 장점이 있어 국내뿐만 아니라 세계적으로 가장 많이 사용하고 있습니다.

또한 여려 가지 종류가 있어 지반의 여건이나 공사의 목적에 맞게 골라서 사용할 수 있습니다.

암반에 대한 그라우팅의 종류에 관계없이 보통포틀랜드 시멘트를 일반적으로 사용하고 있으나, 미세한 균역이 발달한 암반에는 시멘트의 입경 때문에 잘 침투되지 않습니다.

따라서 절리틈새 크기를 조사하는 것이 설계나 시공에 필요합니다.

절리의 크기는 시추코어나 터파기면의 암질조사때 간단한 도구를 틈시에 집어넣어 보는 방법으로 조사해보는 것이 가장 편리합니다.

(클립 0.8mm, 서류핀 0.6mm, 옷핀 0.5mm, 사무용 칼 0.3mm, 양면면도날 0.1mm)

보통보틀랜드 시멘트보다 더 세립질인 주입재료를 쓰거나 규산소다 등의 약액을 사용하여 지수해야 할 정도이면 그 암반은 대단히 양호한 상태이므로 그라우팅공사를 할 필요가 없다고 판단되기도 합니다.

그러나 시공과정에서 수압시험을 해보면 K=10-4cm/sec 정도의 투수도를 나타내는 지층임에도 주입이 잘 되지 않아 지반개선이 거의 되지 않는 경우가 흔합니다.

더욱이나 규모가 큰 댐의 경우에는 묘안이 없어 약액주입으로 침투성을 높여 보거나 여러 공을 추가 시공하고 있습니다.

따라서 시험그라우팅 때 주입 전후의 수압시험자료로 지반의 개선효과를 검토합니다.

그리하여 미세절리로 인하여 보통포틀랜드 시멘트입자가 침투하지 못해 기대한 만큼 개선이 되지 않았다고 판단이 되면 다른 주입재 즉 초미립자시멘트나 약액을 사용하는 것으로 검토되어야 할 것입니다.

그러나 그라우팅 예정지의 전구간, 전심도가 미세한 균열로 이루어진 것은 아니므로 미세절리구간과 심도에만 초미립자를 사용합니다.

또한 설계주입량의 20~30% 정도를 초미립자시멘트를 반영하여 현장 주입과정에서 적절하게 사용하는 것도 방법입니다.

국내 현장에서도 지하철, 고속철도, 교각기초, 에너지 기지 등의 주요한 구조물 그라우팅에 주로 초미립자시멘트가 이용되고 있습니다.

하지만 공사비의 이유로 널리 이용되지는 못하고 있는 실정입니다.

그라우팅에서 지수커텐의 연결성과 지반개량 효과를 높이기 위해 공 간격을 0.5~0.75m 정도로 조밀하게 계획할 수도 있습니다.

하지만 그것보다는 주입공 간격을 1.0m 이상으로 넓게 하고 초미립자시멘트를 주입재료로 사용하여 주입재의 확산범위를 크게 하는 것이 주입재료비는 비싸지만 천공비를 절약할 수 있으므로 더 합리적인 방법일 것입니다.

특히 시공과정에서 불완전하게 주입이 된 구간이나 검사공의 확인시험 결과 지반개선 목표치보다 개선이 되지 않았을 때 실시하는 재천공 주입때는 초미립자 시멘트 사용이 유리합니다.

선행한 주입으로 기존의 틈새가 보통보틀랜드 시멘트 입자는 들어가지 못할 정도로 작아졌기 때문입니다.

마찬가지로 주입열이 3열인 경우 전후열 시공으로 인해 중간열의 암반절리 틈새는 작아졌을 것이므로 초미립자 시멘트를 사용해야 지반개량 효과를 거양할 수 있을 것으로 판단됩니다.

최근에는 비싼 건식 초미립자시멘트 대신에 현장에서 보통포틀랜드 시멘트를 습식분쇄장치로 평균 입경을 낮춰 초미립자로 저렴하게 만들수 있는 장비가 국내에서 연구개발 중에 있습니다.

머지않아 일반화, 사용화 될 것으로 예상이 됩니다. 암반의 투수성이 5Lu 이하에서 초미립자시멘트를 주입재료로 사용할 경우 추가적인 천공 주입을 하지 않고도 설계목표 차수성을 달성할 수 있습니다.

그렇기 때문에 초미립자 시멘트를 사용하는 것이 유리하다고 제안을 하고 있습니다.

한편 사질지반의 액상화를 방지하기 위한 그라우팅에서도 초미립자시멘트가 효과적이라고 발표된 사례가 있습니다.

댐기초와 같이 중요한 기초처리의 차수개량 목표는 일반적으로 10Lu이하, 5Lu이하, 3Lu이하 등으로 구분되며 10Lu 이하인 경우 보통시멘트, 5Lu이하인경우 콜로이드시멘트, 3Lu이하인 경우 초미립자시멘트를 사용하는 것이 좋습니다.

단층구간이나 큰 파쇄대에서 점토가 많이 협재 되어 있을 때는 침투성을 높이기 위해 규산소다를 일부 사용하고 있습니다.

그러나 강도와 내구성이 떨어지므로 사용량을 최소하 하여야 합니다. 또한 벤토나이트는 시멘트 입자의 침하를 지연시키는 특성이 있어 많이 사용되고 있는 첨가제이나 많은 양을 사용해서는 안됩니다.

암반균열 주입에 관해서 암반균열 폭과 주입가능한 주입재의 최대입경과의 관계를 제안한 주입가능비는 (암반균열폭/주입재 입자의 최대입경)>3 입니다.

보통 포틀랜드시멘트의 최대입경은 100um, 국내산 마이크로시멘트의 최대입경은 2um입니다.

그러므로 주입이 가능한 암반균열의 최저폭은 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 경우 300um, 마이크로시멘트를 사용한 경우 70um 수준이 됩니다.

따라서 미세균열이 많이 발달된 암반지역에서는 마이크로시멘트나 콜로이드시멘트를 사용하는 것이 유리한 것임을 알 수 있습니다.

보통 포틀랜드시멘트가 0.2mm 보다 작은 균열에는 주입이 불가능하다고 발표한 논문이 있습니다(1958).

주입에 특별한 주의를 기울이지 않더라도 0.5mm에는 주입이 가능하며 0.4mm의 틈새일 때는 특별한 시공관리가 필요하다고 발표된 논문도 있습니다(1990).