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Vibro Flotation(Vibro Compaction)공법


1. 공법의 소개

사질토의 느슨한 과립입자를 대형진동기(Vibroflot)의 진동과 선단부에서 고압의 물이나 공기압을 분사하여 진동기와 연결된 연장부(Probe)의 자중에 의하여 관입을 시킨 후 교란된 지반의 붕괴로 진동기 및 봉 주위에 발행하는 공극에 사질토나 자갈 등을 투입하면서 일련의 인발과 다짐과정의 반복을 통하여 지반을 다지는 공법이다.

Vibrator 기술을 사용한 기초토양의 개선은 오랫동안 토목 기초공학에 유용하게 사용된 분야 중에 하나였으며, 1970년대에 본격적으로 전세계 토목기초현장에 적용되었다. 이 이후로 Vibroflotation (Vibro Compaction) 및 Vibro-Replacement는 우수한 시공성과 경제성을 바탕으로 느슨한 사질토와 실트 등과 같은 지반 처리를 위해 기술적으로 알맞은 기초를 제공하여 왔다.

또한 이 공법은 단순히 모래기둥이나 자갈기둥을 설치하는 것이 아니라 진동기(Vibroflot) 내부에 진동 편심기를 이용 심층부 원지반에 진동을 통하여 측방압력을 직접 전달 일정한 측방저항력을 갖도록 단순한 지반의 치환이 아닌 개량의 범위를 더욱 넓힐 수 있는 공법이다. Vibroflotation (Vibro Compaction) 공법은 비교적 깊은 심도(5m~10m 이상)의 느슨한 지반을 대상으로 개량하고자 하는 경우, 효과적인 공법으로 진동다짐기를 이용하여 소요심도에 걸쳐 진동에너지를 가함으로써 지반의 상대밀도와 지지력 및 지반강성 등을 효율적으로 증대시킬 수 있는 지반 개량공법이다.

 

진동기(Vibrator)

독일의 Johann Keller 회사와 Serge Steuermann이 1930년대 초에 개발, 발전시켰으며 그 배경은 표면 진동 다짐의 방법에서 착안하여 지중의 지반 다짐 목적으로 개발되었다. 진동기의 지름 약 30~60cm, 길이 3~5m로, 진동기 내부의 중심축을 전기/유압 모터가 구동회전하여 그림과 같이 편심기(Eccentric Weight)를 이용하여 진동을 발생시켰다.

5m 이상 지반다짐은 Vibrator 상부에 일련의 같은 지름의 연장 튜브를 연결하여 대심도(70m)에서도 시공이 가능하고 Vibrator의 자중으로 관입을 용이하게 하기 위해 끝에 원뿔형태로 제작되어 있다. 장비의 구성은 대형 크레인/굴삭기에 의해 지지 땅속에 수직으로 관입이 되며, 고압의 물이 Vibrator 연장튜브에까지 보내지고 이에 연결된 관이 Vibrator의 하단의 배출구로 고압의 물이 배출되어 지반을 교란, 자중에 의한 관입을 도와준다. Vibrator는 전기 구동식과 유압 구동식이 있다.

 

 



2. Vibro Compaction공법 작업 수행 과정


1) 관입(Penetration)

Vibrator와 연장튜브의 자중과 고압의 Water Jet과 Air Jet을 이용, 설계 및 시공 심도에 관입한다. 이때 진도 Vibrator의 주변에 미세입자 및 간극비를 줄임과 동시에 물과 공기의 공급량을 조절, 일정한 크기의 모래를 진동기 하단부로 침전시킨다.

 

2) 채우기(Refilling)

일련의 다짐이 진행 중일 때 압밀/다짐으로 인하여 표층부에 지반침하로 원추형 함몰이 생기므로 원지반 재료(B)와 외부 유입 및 공급된 재료(A)를 이용 함몰 침하된 곳을 계속 보충 공급하며, 대개 침하량은 심도의 5~15%이다.

 

3) 다짐(Compaction)

수평방향으로 진동하는 Vibrator 주위에 지반의 공극을 줄여 압밀과 다짐을 유도하고 진동기 선단으로 흘러 내려온 토사를 약 30~40초 동안 다짐을 하거나 전기/유압장치의 설계 값중 먼저 도달하는 값을 채택 일련의 인발 (약 0.5m)과 다짐을 반복해서 작업을 수행한다.

 

4) 완료(Completion)

Vibro Compaciton공법은 우수한 경제성을 바탕으로 지반 다짐을 성공적으로 수행하며 지반개량을 한 지표면 상부 2m는 정지작업 후 표증 다짐으로 공정을 마무리 한다.

 

3. Vibro Compaction 공법의 효과

  • 지반의 입자 재배열에 의한 상대밀도 증진효과
  • 육효수지하중 대비 횡방향 지지력 개선 효과
  • 간극비의 감소로 인해 지반의 투수성 및 액상화 감소(2~50배 감소)
  • 전단 마찰 저항각 증진 효과 (10 degree 범위)
  • 개량완료 후 즉시침하 발생유도(개량지반층 2~15%, 일반적으로 5%)
  • 지반변형계수 증진효과(2~5배 증가)


출처 : (주)지티이 건설

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