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목 차

1. 머리말

2. S.C.W공법의 개요

3. 일축 SOIL CEMENT

4. 삼축 SOIL CEMENT

5. S.C.W 공법의 용도

6. ELEMENT 시공순서도

7. 지하공사에서의 토류벽

8. 조사 설계

9. SOIL CEMENT 벽설계

 

 

1. 머리말

최근 도심지에서의 지하식 건설공사 대형빌딩 건설공사 등 건설공사의 대량 화와 대규모화에 따라 공사 진행상에서 나타나는 많고 복잡한 민원발생문제와 구조적 안정상의 문제로 인하여 안전은 물론 소음, 진동등의 공해에 대한 문제 가 대두되고 있다.

따라서 이에 대처해야 할 저소음, 저진동 공법의 연구개발이 활발히 진행되 고 있으며 또한 시공중에 일어날 수 있는 소음, 진동의 문제뿐만이 아니라, 발 생이토나 기타 폐기물 처리 등이 공해의 대상으로 취급되어 오고 있다.

여기서 소개하는 SCW공법은 그동안 국내에서 가장 취약부분으로 여겨져 왔 던 연약지반에서의 굴착공사시, 토류벽시설의 문제점과 이에 따른 차수벽설치 의 문제점을 완벽하게 해결할 수 있는 공법이다.

또한 이미 국내에서는 많은 시공 실적을 통해 경제적인 시공성은 물론 안전 성에서도 높은 평가를 받고 있으며 최근 도심지 건축공사시 지하흙막이 차수토 류벽으로서 널리 이용되고 있는 첨단공법이다.

 

2. SCW 공법의 개요

본 공법은 1935년경 미국에서 CEMENT와 토사를 혼합하여 도로의 지반치환 공으로서 시공한 것이 시초가 된다. 이후 토질공학의 현저한 진보에 따른 새로 운 이론이 뒷받침되어 1945년경에는 SOIL CEMENT공법이라고 명칭되어 각국 에서 본격적인 시공에 돌입하게 되었으며, 이때부터 이 공법이 널리 이용되어 왔다.

일본에서는 1950년경부터 실내시험이 착수되어 건설성토목 연구소에서 많은 시공연구가 진행되어 왔다. 그러나 퇴근의 SOIL CEMENT연속벽공법은 현위 치의 토사를 원래의 상태에서 골재로 간주하여 여기에 물-시멘트가 100%를 넘 는 CEMENT 용액을 주입하여 교반혼합하여 차수벽의 목적을 달성하기 위한 시공방법으로서 이것은 초기의 지반치환 공법으로 사용되었던 SOIL CEMENT 공법과 상당히 다른 것이다. 그러나 본공법의 “개념”은 초기의 지반치환 시공 에서 터득된 것임을 알 수 있다. SOIL CEMENT 연속법 공법은 개량용으로 이용되던 CEMENT 배합체를 토중의 기둥으로서 응용하여 이것을 연속으로 시 공하는 공법에 의해 토류벽을 구성하는 공법으로 발전한 것이다.

외국의 예를 들면 EARTH AUGER MACHINE 또는 유사한 장비로서 토사 원지반을 굴착하여 그 선단으로부터 CEMENT MILK를 주입하면서 굴삭토사 와 혼합하여 SOIL CEMENT기둥을 구성하는 공법이 1954년 미국에서 특허로 인정되었으며 1970년 특허기한 완료까지 각종 용도에 사용 되었다.


3. 일축 SOIL CEMENT

⑴ 일축 SOIL CEMENT 주열공법에는 AUGER ROD의 외주에 CASING을 설 치, CASING회전방향이 AUGER ROD와 반대로 되기 때문에 AUGER ROD TORQUE가 서로 동작하면서, 천공되기 때문에 천공기 LEADER등에 무리한 힘이 발생하지 않아서 안전하다.

그 결과 대용량의 EARTH AUGER MACHINE(150HP AUGER)을 장착하여 공경최대 ø1,000 mm 천공깊이 42M의 실적이 있다. 또 CASING을 사용하므 로써 수직정도가 높은 천공이 가능하며, 양질의 지수벽을 조성할 수 있으며 동 시에 토류벽 전체의 강성을 높이고 또한 측압에 대한 응력재로서 H형 강재등 을 벽중에 삽입하여 토류벽을 구성하는 것이다.

그러나 위와 같은 방법은 3축식 방법에 비해 연결성과 능률면이 뒤떨어져 토 류벽보다는 기초쪽에 이용하는 것이 바람직하다.


⑵ 특 징

㉠ 항타입식에 비교하여 소음이나 진동이 거의 없다.
㉡ 현장토사를 공재로서 이용하기 때문에 발생이토가 적어 경제적이다. 발생 이토는 SOIL CEMENT가 혼입되어 있으므로 잔토처리가 용이하다.
㉢ 수직정도가 높은 주열벽을 조성할 수 있기 때문에 차수성이 우수하다.
㉣ 토류벽으로서 강성이 높기 때문에 주변에 대한 구조물 안정성을 기할 수 있다.
㉤ 연약지반이나 물이 많은 지역 또는 인접건물이 밀집되어 있는 지역에 상 대적으로 유리하다.
㉥ 토류벽으로서는 별도의 토류판, 별도의 차수시공이 필요치 않다.
㉦ 월등한 공기 단축을 꾀할 수 있다.


4. 삼축 SOIL CEMENT

⑴ SCW공법의 시공장비로 현재 일반적으로 사용하고 있는 것은 삼축AUGER 이다. 시공기본체의 기구에 대하여 대략 설명하면 다음과 같다.

㉠ 각축은 MOTOR에서 GEAR BOX를 지나서 ROD가 서로 역회전을 하도 록 되어있다.
㉡ 각축의 교반 날개는 그 회전구역이 서로 겹치도록(Over Laping)장치되어 있으며 삼축 ROD는 직열로 일체가 되어있다.
㉢ 교반날개의 형성은 시공대상의 지질에 따라 일반토사용, 전석층용, 점성토 용으로 구분하여 사용할 수 있다.
㉣ 종래의 AUGER SCREW는 굴삭배토용을 위한 것이지만 하나의 날개는 토사와 시멘트용액을 토중에서 혼합 교반하기 위한 것이며 따라서 혼합, 교반의 효과를 좋게 하기 위해 각형상의 날개로 이루어진다.
㉤ 각 롯드는 간섭장치에 의하여 연결되어 일체를 이루고 있다.
㉥ AUGER HEAD는 양단HEAD가 중앙HEAD보다 약간선행 또는 후행하도 록 장치되어 있다.

상기와 같은 본체기구에 의하여 SOIL CEMENT연속벽을 조성하는 것이다. 이 공법의 특색을 말하면 다음과 같다.

① 차수성이 높다.
AUGER기의 삼축은 서로 역회전을 하면서 롯드 선단에서 토중에 시멘트 용액을 주입한다. 토사와 CEMENT용액은 교반 날개에 의하여 충분히 혼 합되기 때문에 종래의 이와같은 공법에 비교하여 상당히 차수성이 높은 벽체를 구성할 수가 있다.

또 연속벽을 구성하는 경우 기존 ELEMENT 단부의 일부분을 LAP시켜 연속하여 시공하기 때문에 “ELEMENT"사이에 JOINT가 없는 일체 타원 구조물로 형성되기 때문에 누수의 염려가 전혀 없다.

② 수직정도가 높다.
AUGER기는 삼축이 간섭장치에 의하여 일체화 되어 있기 때문에 강성도 크고 그위에 ROD사이에 끼이는 전석(장애물)은 서로 역방향 회전을 하는 “ROD"에 의하여 제거되어지며 양 SIDE ROD 회전방향과 중앙 ROD회전 방향이 서로 다르기 때문에 수직정도가 매우 높다.

③ 이토처리분이 적다.
토류벽공법에서의 큰 문제점은 굴착토사나 CEMENT폐액의 처리작업이지 만 본공법에서는 기술한 바와 같이 원래의 토사를 골재로 간주하여 여기 에 시멘트용액을 혼합, 교반하는 공법이기 때문에 시공법에 비해 배출이 토가 적게 발생하여 작업상의 경제적인 효과도 크다.

④ 점성토에서 비교적 양질의 벽체가 만들어진다.
점성토용삼축 롯드는 그 전장에 걸쳐 혼합날개로 구성되어있고 각 혼합날 개는 시멘트용액의 혼합기능이 우수하며 양질의 벽체를 구성할 수 있다. 그러나 사질층보다는 혼합교반 작업시간이 많이 소요된다.

⑤ 공기의 단축을 꾀할 수 있다.
삼축동시 시공을 할 경우에 현위치의 토사혼합 방식이기 때문에 단축오가 기에 의한 주열식 연속벽공법과 비교하여 월등하게 공기의 단축을 꾀할 수가 있다.

⑥ 설계의 다양화를 꾀할 수 있다.
SOIL CEMENT벽은 그 자체만으로써 차수를 목적으로 하는 연속벽을 구 성할 수가 있지만 토류벽등에 사용하는 경우 토압설계에 따른 응력을 받 는 부재로서 각종 강재를 임의로 사용할 수 있어서 응력에 따른 부재의 경제설계에 대응할 수가 있다.

⑦ 소음, 진동이 적다.
천공시에 타격에 의한 방법이 아니고 AUGER기 자력에 의한 시공이므로 소음이나 진동이 없다. 한 예로써 발생원에서 5.0M지점과 10M지점에서의 소음 측정을 하면 알 수 있다.


5. SCW공법의 용도

SCW공법은 여러 가지 목적에 이용될 수 있으며 주로 다음의 목적으로 널리 사용되고 있다.

(후면의 그림참조)


6. ELEMENT시공순서도

사용자 삽입 이미지

 

 

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이 TYPE은 S.C.W흙막이 토류벽의 정통공법으로서 널리 사용되는 가장 경제적인 TYPE이다. 현장여건에 따라 EARTH-ANCHOR 또는 STURT방식이 있으며 외벽을 사용하는 합벽시공이 용이하다.

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S.C.W차수벽으로 가장 널리 사용되는 TYPE이다. 굴착면은 H-PILE토류판공법으로 시공하는 배면에서는 불투수층인 풍화암(연암상단)하단까지 S.C.W차수벽을 설치한다.

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최근 개발된 TYPE으로 CASING을 이용한 S.C.W토류벽공법으로 어떠한 지질에도 시공이 가능하다. 암반상부까지 CASING을 사장시킨뒤 T-4를 SETTING하여 엄지말뚝을 천공,삽입한다.

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이 TYPE은 상기 지질일 경우에 위 그림과 같이 2단굴착작업 방법이다. 이 경우는 2단부위의 PILE은 토압이나 기타 상황에 따라 RAIL 또는 H형강을 사용할 수 있으며 PILE C.T.C도 조정할 수 있다.

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이 TYPE은 매우 연약한 지질에서의 굴착시 암선이 낮아 HEAVING현상이 우려될 때 굴착고에 관계없이 풍화암층까지 S.C.W를 설치하는 TYPE이다. 

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이 TYPE은 굴착고가 낮을 경우 자립식 토류벽으로 사용되는 방법이다. 교반이 용이하고 강도가 높게 조성되는 사질토 또는 사력층에 주로 사용되며 EARTH-ANCHOR 또는 STURT설치가 필요없다.


7. 지하공사에서의 토류벽

⑴ 강성 토류벽으로서 사용하는 경우가 가장 많다. 이 경우 토압에 대한 응력 재로서 H형강 또는 PC-PILE등을 사용한다.

⑵ 차수벽으로서의 이용
하천제방안에 차수벽을 설치할 경우나 H-파일토류판 공법의 배면에 차수 목 적등을 위하여 시공할 수 있다.

⑶ 관로 공사에서의 지반 이완방지
대구경의 쉴드(Shield-Messer)공사에서의 관을 압송할 때 관주변의 토사가 관 입 방향으로 말려들어 관주변지반을 이완하는 수가 있다.

⑷ 케이슨(잠함) 침설시의 지반이완방지 및 차수벽공사
케이슨(잠함)침설시, 특히“오픈케이슨”의 침설공사를 할때 그 주변에 SOIL CEMENT 벽을 조성함에 따라 지하수에 의한 BOILING이나 HEAVING을 방 지할 뿐 아니라 차수가능에 의해 굴착작업을 물이 없는 상태에서 수행할 수 있 고 또한 케이슨 주변 지반의 안정성을 꾀할 수 있다.

⑸ 저수지 저부에서의 누수방지
저수지에서 저지반안으로 물이 침투하여 누수의 우려가 있을 경우 제방에 따 라불투수층까지 SOIL CEMENT벽을 시공함으로써 누수를 방지할 수 있다.

⑹ SHEET PILE의 저소음 저진동 건입공사
SHEET PILE을 시공할 때 압입이 곤란항 전석과 사력층 또는 상당히 단단한 지층에서 우선 SOIL CEMENT연속벽을 구성하여 시멘트벽의 경화전에 SHEET PILE을 병풍상으로 건입한다.

⑺ 기 타
시공후 경화되기 전의 SOIL CEMENT벽에 여러 용도에 따른 응력재를 수입 하여 다목적으로 이용할 수 있다.


8. 조사 설계

⑴ 조 사

SOIL CEMENT연속벽공법은 기술한 바와 같이 현장공내의 토사와 주입재를 교환,혼합하여 주열식 연속벽을 구성하는 것이므로 굴착대상 지반의 성질이 직 접적인 영향을 미치게 한다.
따라서 굴착지반에 대한 역학치의 파악과 토질 및 지하수 등의 조사가 매우 중요하다.
토질 및 지하수에 관하여 조사하여야 할 중요한 사항은 다음과 같다.

㉠ 토질 구성의 확인(사질토계, 점성토계, 사력토계, 특이한 토질역학적 특성 으로 N치의 파악)
㉡ 지하수위, 투수성의 파악(배수 계획에 관련)
㉢ BOILING, HEAVING의 검토
㉣ 해수의 영향(조석의 간만차, 피압수, 복류수 등)
㉤ 근처 우물의 사용상황

⑵ 설 계
S.C.W 공법은 그 사용 예를 보면 대부분 토류벽으로써 이용되고 있다. 토류 벽으로써 이용할 때의 설계상 유의하여야 할 점을 상술하면 다음과 같다.

㉠ SOIL CEMENT벽은 현 위치의 토사를 그대로 골재로써 사용하는 공법이 기 때문에 혼합되는 CEMENT용액의 배합 설계에는 현 위치 토사에 대한 사질 토의 특성을 생각하여 시멘트량을 결정한다.
㉡ 벽심전장에 걸쳐 측압용 응력재(대체로 H형강)를 모두 사용하지 않고 하부 차수벽으로써 BOILING이나 PIPNG의 방지를 유용하게 하는 경제적 공법으로 하는 것이 가능하다.
㉢ 벽체의 구조적 응력재로는 각종 부재를 적당한 간격으로 삽입할 수가 있으 며 용도에 맞는 것을 택할 수 있다.
㉣ S.C.W 공법은 형서되는 벽의 체적에 상당하는 흙을 배토한 후에 CONCRETE 또는 MORTAR를 타설하는 이른바 “치환공법”이 아니고 현 위치 의 토사에 CEMENT용액을 혼합, 교반하는 일종의 “혼합교반공법”이기 때문에 시공에 의한 지반의 이완이나 붕괴는 거의 발생하지 아니한다.


9. SOIL CEMENT 벽설계

토질별 배합의 개략치

토 질

배 합

현장Core 시험법에 의한 압축강도

( kgf/cm²)

Cement(kg)

Bentonite(kg)

물(ℓ)

점 성 토

250 ~ 450

5 ~ 15

400 ~ 800

5 ~ 30

사 질 토

250 ~ 400

10 ~ 20

350 ~ 700

10 ~ 80

사 력 토

250 ~ 350

10 ~ 30

350 ~ 700

20 ~ 100


여기서 SOIL CEMENT의 전단강도는 일축압축강도의 1 : 2 ~ 1 : 3으로 설계한다.
일축압축강도의 설계는 축력(Axial Force)과 전단력(Shear Force)에 대해 검토하여 그 중에서 큰 값을 선정하여야 하며, 설계안전율은 3.0으로 고려한다.
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