치환공법

1. 치환공법의 특성

1) 개 설

치환공법이란 연약층을 양질의 재료로 치환해 줌으로서 지반을 개량하는 공법 이며 다음과 같은 종류가 있다.

(1) 굴착치환공법
연약층을 굴착제거하여 양질의 흙으로 치환하는 공법이다.

(2) 활동치환공법
성토하중에 의하여 연약층을 측방, 또는 전방으로 압출하여 양질의 흙으로 치환 하는 공법을 말하며 강제치환공법, 압출공법이라고도 한다.

(3) 폭파치환공법
폭파에 의해 연약층을 제거하여 양질토와 치환하거나 활동공법에 의해 연약층의 압출을 폭발에 의해 쉽게 처리하는 공법을 말한다.

치환공법의 지반개량효과는 그림 3-1에 나타낸 바와 같고 안정성의 증가는 치환부분에 의해 연약층이 얇아진 부분이고 침하종료시간도 단축된다. 따라서 안정성에 대해서는 활동원을 가정할 때 trial and error에 의해서 가장 경제적인 소요 안정율을 만족시킬 수 있도록 치환두께, 치환부분을 정하면 되고 침하에 대하여는 치환한 나머지 연약층의 침하량 및 침하종료 까지의 시간이 소요범위에 들어갈 수 있도록 치환두께를 정하면 된다.

치환공법 가운데 굴착치환공법은 이론적으로 치환두께, 치환부분을 설계할 수 있고 설계에 따라서 균일하게 시공할 수 있으므로 부등침하의 염려도 적고, 가장 확실한 공법이라고 할 수 있으나 시공심도에 한계가 있어 너무 깊으면 비경제적 이다. 한편 활동치환공법 및 폭발치환공법은 시공이 간단하지만 균일하게 치환 하기가 일반적으로 어렵고 부등침하 등의 문제가 남는다. 또 폭발에 의한 토사의 비산, 압출에 의한 사면선단의 팽창이 일어나므로 이러한 점에서 시공현장이 한정된다고 보겠다.

이상과 같이 각 치환공법은 각각 특징을 지니고 있으므로 이들을 충분히 고려한 다음 공법을 선정토록 하여야 한다.


2. 굴착치환공법

1) 개 설

굴착치환공법이란 연약층을 굴착기계 또는 준설기계를 이용하여 제거하고 난 다음 양질토로 치환하는 공법이다. 이 공법은 이 밖의 활동치환공법, 폭파치환공법에 비해 시공의 확실성 및 효과면 에서는 가장 우수하나 그 경제성 면에서는 반드시 유리하다고 할 수는 없다. 굴착치환공법은 그 시공범위에 따라 다음과 같이 분류되고 있다.

(a) 전굴착 치환공법
이 공법은 연약층을 모두 제거하여 양질토로 치환하여 활동이나 침하를 완전하게 방지하려는 것이다. 이 공법은 침하가 생겨서는 안 될 구조물, 예를 들면, 성토후 바로 포장하여야 할 도로 또는 연약층 두께가 대체로 2m 이하의 엷은 부분은 전굴착을 하더라도 비경제가 아니므로 많이 이용된다.

(b) 부분굴착치환공법
연약층의 두께가 두껍고 경제적인 면으로 볼 때 이 공법에 무리가 없는 곳에 부분굴착치환공법이 사용된다. 특히 상부연약층이 하부의 연약층과 비교하여 강도가 약하고 활동파괴가 생긴다거나 침하량이 클 것으로 추정되는 부분에서 상부연약층에만 양질토로 치환하면 그 효과를 나타낼 수 있는 적합한 공법이다. 또 활동파괴만이 문제가 될 경우에는 부분굴착치환공법도 사용되고 있다.


3. 활동치환공법

1) 개 설

활동치환공법이란 직접 양질토를 연약지반상에 살포하여 그 하중으로 기초지반에 파괴를 일으켜 연약토를 주위에 배제하여 양질토를 이겨넣어 치환하는 공법으로, 강제치환공법 또는 압출치환공법이라고도 한다.

이 공법은 연약토의 총두께가 얇은 경우에는 특히 효과적이지만 연약층이 약간 두꺼운 경우에도 공사의 종류, 목적에 따라 효과 또는 경제적인 공법으로서 채용 할 수 있다. 옛날부터 아무리 성토하더라도 성토가 기초지반속에 함몰되고 마는 현장, 즉 함몰된 위에 성토하여 최종적으로 흙구조물을 완성한 공사 예가 있으나 이러한 공사 예는 치환공법을 아무런 판단없이 실시한 것으로 하천, 간척의 제체, 도로, 호안 등의 성토에 널리 채용되어 왔다.

이 활동치환공법은 이 밖의 연약지반처리공법에 비해 가장 원시적이며 기술적으 로도 많은 문제를 포함하고 있음에도 불구하고 오래 전부터 채용되어 온 것은 토질공학이 발달되지 않았던 이유도 있겠으나 시공이 단순하며 대단히 빠르고, 값싸게 시공할 수 있다는 등의 이유가 많았을 것으로 생각된다.


4. 폭파치환공법

1) 개 설

폭파치환공법이란 폭발에 의해 연약층을 제거하여 양질토와 치환하는 공법이며 일반적으로 활동치환공법에 있어서 연약층의 압출을 폭발에 의해 쉽게 처리하는 공법을 말할 때가 많다.

이 공법은 1930년경부터 미국에서 많이 사용된 공법이나 최근에는 화란.독일 등에서 이탄지의 고속도로건설에 많이 사용되고 있다.

2) 폭파치환공법의 분류

이 방법은 폭파에너지의 활용방법에 의해 다음과 같이 분류된다

(a) 폭파에너지를 모두 굴착을 위해 이용하는 방법
(b) 폭파에너지를 성토에 의한 하중과 조합이용하여 성토하부의 연약토층을 주위로 이동시키는 공법

이들의 방법은 그 시공규모, 연약토질 또는 지하수위 등에 의해 그 적용은 달라 지나 폭파에너지를 유효하게 이용하기 위해서는 후자의 방법을 사용하는 것이 유리하다.

(a) trench shooting method
(b) relief shooting method
(c) toe shooting method
(d) torpedo blasting method
(e) under fill blasting method


5. BARBER(DOUBLE HEAD DRILLING)공법 및 P.R.D(PERCUSSION ROTARY DRILL)공법의 특성

1) 개 설

BARBER(DOUBLE HEAD DRILLING)공법 및 P.R.D(PERCUSSION ROTARY DRILL)공법은 고성능 천공기에 이중 굴착방식 (Dual Rotary Drilling)의 채택 으로 어떠한 지층(전석층, 함몰층, 경암층)에서도 Hammering 천공과 동시에 강관 Casing 삽입하므로서 붕괴되는 전석층 및 토사층을 통과하여 안정된 지반까지 Pile 설치작업이 가능하고, Discharge Hose의 착용으로 굴착잔류물을 원하는 장소에 별도로 쌓을수 있는 공법이다.

2) 공법의 장.단점

(1) 어떠한 지층에서도 작업이 가능하다.
(2) Sludge 처리가 용이하다.
(3) 강관 Pile 항타소음을 줄일수가 있다.
(4) 기초용 강관 Pile을 설계심도까지 설치할 수 있다.
(5) Hole의 수직에 대한 Deviation을 최소화 할수 있다.
(6) Casing을 용접해야 하므로 용접부위에 문제가 발생할 우려가 있다.
(7) 회전력에 의해 Pile을 설치하므로 주변 마찰력이 감소된다.
(8) 공기단축 및 신뢰성은 좋으나 공사비가 고가이다.