댐 기초처리 기술

품  질  관  리  실

1. 댐 기초지반 처리  .................................... 1

1.1 개  요  ............................................................. 1

1.2 댐기초지반 분류  .......................................... 1

1.3 차수 Zone의 처리   ..................................... 4

1.4 기타 Zone의 처리   ..................................... 5

1.5 단층 파쇄대의 처리   ................................. 5

1.6 기초의 형상에 따른 지반 처리   ............ 6

1.7 암반기초 표면부 처리   ............................. 7

2. 댐 기초처리(Grouting) ............................. 8

2.1 개  요   .......................................................... 8

2.2 그라우팅의 종류   ..................................... 10

2.3 그라우팅 계획   ......................................... 11

2.4 그라우팅 시공   ......................................... 14

목      차

1. 댐 기초지반 처리

1.1 개  요

댐 기초처리의 목적은 기초굴착 및 표면처리를 포함하여 제체를 지지하는데 필요한 기초지반을 형성하고 제체와 기초지반간 접착면 및 기초에 분포하는 균열 침투층을 침수 경로로 하는 저수지로부터의 침투류를 제어함으로서 댐의 안정을 꾀하는 것이다.

따라서 댐 기초에 요구되는 사항으로는 전단강도, 차수성, Piping에 대한 저항성이 있다.

댐의 기초에 걸리는 하중은 광범위하고 거대하므로 기초성질로 중시되는 것은 구성암반의 강도보다는 기초 Mass로서의 변형성과 전단파괴에 대한 저항강도이다.

기초굴착공사를 시행하기 전에 암석의 종류, 풍화의 정도, 균열의 크기와 간격, 하중의 방향 등의 상태와 기초 Mass로서의 성질을 연관시켜 기초지반의 등급을 확립해 둘 필요가 있다.

댐 기초지반의 불안전한 처리는 부등침하, Abutment부 축제의 전단변형 등에 기인한 인장균열로 Piping에 의한 댐파괴에 까지 이르게 되므로 성토체의 기반으로 충분한 지지력과 형상이 확보되도록 하여야 한다.

1.2 댐 기초지반 분류

댐 기초지반의 분류기준은 <표 1-1>과 같으며, 이 기준에 따르면 조암물질의 풍화정도와 균열상태에 따라 암질이 분류되어 있다.

. 한편 이들 요소는 탄성파의 속도에도 큰 영향을 끼치는 것이며 암반의 암질이 속도에 의해 추정될 수 있으며 <표 1-2>와 같이 탄성파속도에서 암반내의 균열이나 풍화상태 등을 추정할 수 있다.

또한 암반등급과 댐기초로서의 적용성을 평가해 보면 <표 1-3>과 같다.

<표 1-1> 댐 기초지반의 분류기준

암반 등급	특 징	비고
A	o 아주 신선한 암반으로 조암광물 및 입자는 풍화 변질을 받지 않음. o 균열, 절리는 거의 없고 있어도 밀착됨. o 색은 암석에 의해 다르나 암질은 아주 견고 o 햄머로 두드리면 맑은음을 냄.
B	o 조암광물중 운모, 장석류, 기타 유색광물의 일부는 풍화하여 다소 갈색을 띰. o 절리는 있으나 밀착해 있고 그 사이에 갈색의 泥 또는 점토를 함유하지 않음. o 햄머로 두드리면 맑은음을 냄.
CH	o 조암광물 및 입자는 석영을 제외하고 풍화작용을 받고 있지만 암질은 비교적 견경함. o 절리 또는 균열사이의 점착력은 다소 감소하고 있고 햄머의 보통정도의 타격에 의하여 갈라진 줄기에 따라 암괴가 박탈되고 박탈면에는 점토질의 박층이 잔류함. o 햄머로 두드리면 약간 탁한 음을 냄.
CM	o 꽤 풍화하고 절리에 둘러 쌓인 암괴의 내부는 비교적 신선해도 갈색 또는 암록흑색으로 풍화하며, 조암광물도 석영을 제외한 장석류 및 기타의 유색광물은 적갈색을 띰. o 절리의 사이에는 泥 또는 점토를 함유하든가 혹은 다소의 공극이 있어 물방울이 떨어짐. o 암괴 자체는 단단한 경우도 있음. o 햄머로 두드리면 다소 탁한 음을 냄.
CL	o 조암광물 및 입자는 석영을 빼고는 풍화작용을 받아서 연질화 되어 있고 암질도 연해져 있음. o 절리 또는 균열사이의 점착력은 감소하고 있고 햄머의 보통정도의 타격에 의하여 갈라진 줄기에 따라 암괴가 박탈하고 박탈면에는 점토질 물질이 잔류함. o 햄머로 두드리면 탁한 음을 냄.
D	o 암석광물 및 입자는 풍화작용을 받아서 심하게 연질화 되어 있고 암질도 아주 풍화되어 전체적으로 갈색을 띰. o 절리 또는 균열사이의 점착력은 거의 없고 햄머에 의하여 극히 작은 타격으로도 잘 부서짐. o 햄머로 두드리면 아주 탁한 음을 냄.

<표 1-2>  댐 기초지반에서 암질과 탄성파 속도의 대비

단위 : km/sec

암석명	암 질	횡갱내속도	횡갱간속도	비 고
휘록응회암	D, CL CM CH B, A	2.0 이하 2.0～3.0 3.0～3.5 4.5 이상	2.3 이하 2.3～3.3 3.3～4.5 4.5 이상
점판암	D, CL CM CH B, A	2.0 이하 2.0～3.0 3.0～4.0 4.0 이상	2.3 이하 2.3～3.3 3.3～4.0 4.0 이상
화강암	D, CL CM CH B, A	1.5 이하 1.5～2.5 2.5～4.0 4.0 이상	1.8 이하 1.8～2.8 2.8～4.0 4.0 이상
사 암	D, CL CM CH B, A	1.5 이하 1.5～2.5 2.5～3.5 3.5 이상	1.8 이하 1.8～2.8 2.8～3.8 3.8 이상

<표 1-3> 암반등급과 댐기초로서의 적용성

암반 등급	콘크리트댐 기초로서의 적용성 (H>60 m를 대상)	록필댐 기초로서의 적용성 (H>60 m를 대상)	비 고
A, B	극히 양호	극히 양호
CH	대체로 양호	내하력에 관해서는 양호
CM	불량하지만 경질암, 중경질암에 대하여는 개량 가능	내하력에 관해서는 대체로 양호
CL	불량	댐기초로서 개량 가능한 것, CM급에 가까운 수밀성이 있는 곳은 가능
D	극히 불량	불량

1.3 차수 Zone의 처리

차수Zone의 기초는 충분한 지지력, 차수성을 기대할 수 있는 암까지 굴착하는 것이 바람직하다.

대체로 암반등급에서 CM급 암반선을 기준으로 처리되나 CL급에서도 차수성이 확보될 경우에는 기초암반으로 가능하다.

차수Zone의 기초굴착 및 표면처리 예는 <도 1-1>과 같다.

<도 1-1> 차수 Zone 기초굴착 및 표면처리

표면처리 방법에는 주로 Dental Concrete, Slash Grouting, Concrete Spraying, 차수재에 의한 공극, 개구부의 충진 등이 있다.

1. Mat Concrete

- 굴착을 마친 암반에서 요철의 범위가 넓은 경우

- 연질암에서 크랙이 발달한 경우

- 풍화되기 쉬운 암반의 경우

- 상당한 두께의 Concrete를 타설하는 것

2. 콘크리트에 의한 충진

- 굴착을 마친 암반에 요철이 매우 많을 경우 Abutment의 형상을 미끄럽게 정형하고 차수재와의 접착면 구배를 평균화하는 Over Hang부 등을 콘크리트로 충진

3. Dental Concrete

- 기초 암반부의 불량부 제거, 국부적으로 패인 곳, 계단상태의 암반 등은 콘크리트나 몰탈로 채움

- 콘크리트의 암반부착을 기대할 수 없는 암반에는 Anchor 설치

4. Slash Grouting

- 개구 절리가 발달한 크랙이 많은 암반에 대하여 실시

- 작은 요철을 매끄럽게 하고 내구성이 있는 재료로 개구부를 폐쇄하여 침투류의 침식작용에 대한 저항력을 증가시킴.

- Blanket Grouting 전에 침투수로 인한 세립자의 유출 방지 목적으로 비교적 작은 수많은 균열에 대하여 그 크기에 따라 몰탈, Cement Paste 등을 사용하여 주입 또는 도포하여 처리

5. Spraying

- 풍화되기 쉬운 암, 표면이 떨어져 나가는 등의 위험성이 있는 암반에 대하여 실시

- 풍화방지, 안전대책의 일환으로 실시되는 경우가 많고 차수죤의 축조 직전에 제거되는 수가 많음.

1.4 기타 Zone의 처리

차수죤 이외의 제체기초는 차수효과 보다는 소정의 전단저항과 지지력을 얻기 위해 시공되므로 표토, 사력, 부식토 등 활동이나 침하를 조장하는 것을 제거한다. 휠댐에서는 주로 표토와 충적층까지만 제거하고 풍화암은 제거하지 않는다.

휠터죤은 보통은 암죤과 같이 처리하나 지반여건상 차수죤에 준하여 시공하는 경우도 있다

1.5 단층 파쇄대의 처리

암반중에 분포하는 단층 또는 파쇄대는 그 지지력 부족으로 부등침하 원인이 되거나 누수의 원인이 되며 세립물질을 유실시켜 Piping 현상을 일으키게 하는 등의 위험이 있다.

소규모의 것은 그라우팅으로 처리할 수 있고 폭 50cm 이상의 단층 점토는 연약한 부분이 있는 깊이까지 굴착하고 콘크리트로 치환하는 방법이 있다.

휠댐에서 지지력 문제는 콘크리트댐 보다는 중요한 요소가 되지 않으나 단층 점토표면의 연약화를 방지하고 그라우트의 누출을 방지하며 코아 접촉면을 주위의 암반과 같은 상태로 하여 전압을 균일하게 하는 등의 목적으로 코아 트랜치 안에 나타나는 단층의 전 길이에 대해 걸쳐 콘크리트 캡을 설치한다.

굴착 깊이는 폭의 최소 1.5배 이상으로 하고 굴착폭은 단층 점토 및 파쇄대 부분과 양측의 견경암 까지 접하도록 폭을 잡는다.

d = 2b + H/10

H : 저수지의 수심(m)

H≧45m, d=0.002H+1.5m

H<45m, d=0.3b+1.5m

H : 댐높이(m)

<도 1-2> 코아 트랜치의 단층 처리

중력식 콘크리트댐의 기초에 단층이 있을 때에는  다음 <도 1-3>과 같이 콘크리트 Plug로 단층을 처리한다.

nH-fv

d=

2   1+㎡τoℓ

n : 전단마찰 안전율

H : (B+2md+2b)의 구간에 작용하는 수평력(t)

v : (B+2md+2b)의 구간에 작용하는 연직력(t)

b : 0.5～1.0m

f : 내부마찰각(암반과 콘크리트중 작은값)

τo : 전단강도(〃)

ℓ : 콘크리트 치환길이(m)

<도 1-3> 콘크리트댐의 상하류방향의 단층 Plug

차수죤 이외의 제체기초의 단층 및 파쇄대는 차수효과보다는 소요의 전단저항과 지지력을 얻기 위해 반드시 암반까지 굴착할 필요는 없고 활동과 침하 가능성이 있는 토층만 제거하나 누수량이 많을 것으로 판단될 때에는 별도의 보강대책이 필요하다.

1.6 기초의 형상에 따른 지반처리

Abutment 구배가 급경사일 경우에는 경사면에 따라 침하시 제약 또는 간섭을 받아 제체 내부에 균열이 발생하고 댐정상 양안 근처에서 댐축에 직각방향의 균열이 발생하므로 처리하여야 한다.

또한 댐기초지반의 형상이 볼록한 경우에는 전단변형이 일어나 주변에 인장균열이 발생하여 국부적인 부등침하의 원인이 된다.

따라서 Abutment부의 수직에 가까운 기초암반은 최대구배를 70。 까지 정형 굴착하고 볼록한 부위의 구배변화에 따라 생긴 기초지반의 구배는 최대 20。 이내까지로 정형 굴착한다.

20。 이하

70。 이하

<도 1-4> 사면의 정형굴착 방법

기초암반부위의 불규칙한 요철, Overhang 부위는 응력집중이나 전단파괴의 원인이 되므로 <도 1-5> 및 <도 1-6>과 같이 정형 굴착하거나 Dental Concrete로 처리한다.

<도 1-5> 기초암반의 정형

<도 1-6> 기초굴착부 처리 예

1.7 암반기초 표면부 처리

암반기초의 표면부 처리는 기초면의 정형, 요철부의 제거, 균열의 폐쇄, 용수처리 및 보호 등에 대하여 기초지반의 목적에 적절한 방법을 사용한다.

1) 기초지반의 정형

2) 균열 및 개구 절리 등의 처리

3) 청소와 살수 : 암반청소 및 건조암반에 살수처리

4) 용수처리 : 용수량에 따라 처리

5) 연암의 처리

2. 댐 기초처리(Grouting)

2.1 개  요

댐의 기초그라우팅은 기초지반에 Boring공을 천공하고 그라우트 재료를 주입하여 기초지반을 개량하고 기초변형 및 침투수량을 제어하는 목적으로 시행한다.

그라우팅의 계획과 실시에 있어서 고려하여야 할 사항은 다음과 같다.

1) 지형 및 암반의 단단함이나 균열상황 등의 지질조건

2) 댐의 형식과 규모

3) Grouting을 해야 할 범위와 공간격

4) 주입압력, grout의 배합 및 이들에 적합한 시공설비

5) 주변지역으로의 grout 누수 방지

6) 주입순서와 시공관리

일반적인 Grouting 공사의 순서는 다음과 같다.

1) 시추조사 및 수압시험 : 대상암반에 대한 지하 지질 단면도 및 Lugeon Map 작성

2) Grouting 계획 수립

3) 시험 Grouting 및 평가공 시행 : 한계압력 산정

4) Grouting 계획의 적합성 판단 : 계획 확정

5) 본 Grouting 시행 : 압밀공 시행후 차수공 시행

6) 검사공 시행 : 대상지반의 개량여부 판단, 필요시 추가공 시행

7) 공사기록 정리 : 지하 지질단면도 작성, Lugeon Map 작성

CFRD에서 공사시 기초처리 작업순서는 다음 <도 2-1>과 같다.

<도 2-1> CFRD 공사시 기초처리 작업순서 흐름도

		Plinth 굴착
						암반검사
		암반청소
		앙카바 설치
						PVC Pipe 설치
		Plinth Con'c 타설
		압밀공 천공
						심도 확인
		수압시험
						루죤치(Lu) 확인
		압밀 그라우팅
						배합비 결정
주입중 누출처리
		차수공 천공
		수압시험				반복(압밀공과 동일)
		차수 그라우팅
						코아천공 위치결정
		코아 천공
		확인 수압시험
						코아상자 보관
		완 료				주상도 작성

2.2 그라우팅의 종류

그라우팅의 종류는 그 목적에 따라 일반적으로 Curtain Grouting, Blanket Grouting, 기타 특수 Grouting 등으로 나눈다.

1) Curtain Grouting

차수벽의 연장으로 기초지반내의 균열, 공극 등에 시멘트, 점토, 약액 등을 주입하여 차수막을 형성, 지수효과를 기대하는 것이다. 즉 저수지 물이 기초암반내의 공극을 통하여 하류로 유출되는 침투수를 제어, 누수되는 것을 억제하여 침투수에 의한 양압력, 파이핑 현상 등으로부터 댐체의 안전성을 확보하는 것으로 코아 중심 또는 댐 중심부에 실시한다.

2) Blanket Grouting

커튼 그라우팅에 앞서 시공되며, 커튼 그라우팅의 양측에 비교적 얕은 그라우팅을 실시하여 표층 가까이의 지반을 불투수로 함으로서 침투로의 길이를 늘리고 커튼 그라우팅의 주입시 누수 방지 및 주입압을 높이기 위한 보강을 목적으로 시행한다.

3) Consolidation Grouting

발파, 굴착 등으로 느슨해진 불량암반 부분의 침수성을 개량하여 누수를 방지할 목적으로 시행하며 Blanket Grouting과 거의 유사하다.

4. Rim Grouting

댐의 Abutment 또는 저수지 주변에 차수대를 연장하기 위해서 실시하는 것으로 차수 그라우팅에 준하여 실시한다.

5) Contack Grouting

암반위에 콘크리트 타설후 콘크리트와 암반부의 사이의 공극을 충진하기 위하여 실시한다.

6) 특수 Grouting

필요하다고 생각되는 부분에 임시로 시공하는 것으로 지지력이 부족한 부분, 용수, 누수부분의 처리, 단층, 파쇄대의 처리 등 기초지반으로 부적당한 부분의 개량 목적으로 실시하는 그라우팅을 말한다.

2.3 그라우팅 계획

1. 조 사

Grout 계획시 조사 검토사항은 시공범위, 주입재료, 공의 배치, 배합, 주입압력, 시공방법 등이 있다.

이들 제반사항에 대한 해당지점에 있어서 가장 적절한 판단을 내릴 수 있는 자료를 얻기 위하여 지질조사, Lugeon Test, Grout 시험이 실시되어야 한다.

1) 지질조사

댐 지점의 지하수 분포, 전체의 지질구조, 지층의 종류, 분포상황, 각 지층마다의 암반경도, 풍화정도, 균열상황, 절리가 발달한 지층에서 균열의 폭, 간격, 방향성, 연속성, 상이한 지층 경계면의 성상 등을 충분히 파악한다.

2) Lugeon Test

Lugeon Test는 기초지반의 투수성을 조사하고 시험시 주입압력(P)과 주입량(Q)의 관계로부터의 암반의 역학적 특성을 파악할 목적으로 시행한다.

즉 수압시험은 암반 균열내에 직접 물을 주입시켜 단위시간당 주입량과 주입압과의 관계에서 Thiem의 평형방정식에 의하여 투수계수 k값을 구하는 것이다.

수압시험은 최대압력내에서 시행하되 압력단계는 1→2→3→4→5→4→3→2→1과 같은 9단계를 원칙으로 최소 5단계 이상으로 한다.

Lu치는 보링공 1m당 10 kgf/cm2의 주입압력으로 1ℓ/min의 물이 들어갔을 때 암반의 투수도를 1 Lugeon이라 한다.

2.3Q                            10Q

K =              × Log L/r,    Lu =

2πLH                            PL

K : 투수계수(cm/sec),             Lu : Lugeon 치(1 Lu≒1×10-5cm/sec)

H : 총수두(cm)                   P : 주입압력(kgf/cm2)

Q : 주입수량(cm3/sec)             Q : 주입수량(ℓ/min)

r : 공반경(cm)                    L : 시험구간

일반적으로 암반의 투수성 평가에서는 투수계수를 사용하지 않고 Lugeon치를 주로 이용하는데 그 이유는 다음과 같다

- 암반내 심부의 투수성을 조사할 때에는 일반적으로 Boring공을 이용하며, 압력수를 보내서 투수성을 측정하는 Lugeon Test가 가장 간편하다.

- 보링공에 대한 시험결과로 지반상태 파악 및 보강방법 등 해석이 용이하다.

- 지반보강후 보강전후의 지반상태의 비교가 Lu치로 손쉽게 파악할 수 있어 투수계수보다는 Lugeon치를 이용한다.

다음 <도 2-2>는  Lugeon Test에 관한 그림이다.

<도 2-2> Lugeon Test

3) 그라우트 시험

댐 지점에서 시험 그라우팅을 실시하여 Grout에 의한 지반개량 효과를 파악하고 Grout공의 공간격, Pattern의 선정, 주입압력, 재료의 배합 등 시공기준을 정하기 위해 실시한다.

2. 설계범위

설계범위는 댐의 형식, 댐 Site의 지형, 기초암반의 형태 또는 응력의 크기 등에 따라 좌우된다.

1) 공의 배치

Curtain의 위치는 차수 Zone의 거의 중앙에 배치하고 경사는 일반적으로 연직 또는 암반에 수직으로 하지만 암반의 절리, 균열을 절단하는 방향이 효과적이므로 방향성을 감안하여 결정하여야 한다.

주입공의 배치는 간격이 좁을수록 효과적이나 실내시험, 지질조사, Lugeon Test, Grout 시험 결과 등에 의하여 유효반경을 결정한다.

통상 종횡의 거리는 유효반경의 2배 이하로 하여 각공으로부터  주입된 주입재가 반드시 Overlap 되도록 하여야 한다.

암반기초는 1열 이상으로 하고 주입간격은 1～3m, 배열방법은 2열 이상일 경우 Zigzag로 배치한다.

시공순서는 <도 2-3>과 같은 중앙내삽법(Split Spacing법)이 이용되고 있다.

<도 2-3> 공의 배치 예

2) 공의 깊이

Curtain Grout의 주입심도에 대하여는 다음과 같은 미국 개척국(USBR)의 경험식이 사용된다.

d = 1/3 H + C        d : 공의 깊이(m)

H : 공 위치에서 저수지 수심(m)

C : 정수(8～25)(m)

d = αH              α : 상수(0.5～1.0)

H : 상시만수위에서의 최대수심(m)

이러한 공식은 암반기초에만 적용하며 사전조사 결과에 의한 기초암반의 지질구조, 암반내 침투류의 침투속도 및 침투흐름, Lugeon Test 결과, 유량의 분포상황 등을 고려하여 깊이를 결정하여야 한다.

즉 기초암반의 비균질성과 그것이 암시하는 침투흐름과 연관시켜 깊이를 결정하여야 한다.

2.4 그라우팅 시공

1. 개  요

댐 기초굴착은 통상 양안 최상부에서 시작하여 사면에서 하상부 굴착으로 완료한다.

그라우팅 공사는 <도2-3>과 같이 하상부에서 시작하여 양안부로 진행한다.

<도 2-4> 시공순서

2. 시공기계

1) Boring 기계

보링 기계에는 비교적 얕은 공을 천공하는 Percussion Boring기와 깊은 공을 천공하는 Rotary Boring기가 있다.

o Percussion Boring기

일반적으로 Consolidation Grouting에 사용되며 소위 착암기로 댐기초굴착에 사용되는 Crawler Drill, Leg Hammer Drill이 일반적이며 공경은 60～75mm 정도이다.

천공속도가 빠르고 천공비가 저렴하나 충격을 주어서 천공하므로 공벽이 매끄럽지 못하고 천공시 암분(Slime)이 공벽에 부착되므로 주입전에 충분히 공세척할 필요가 있다.

지질이 불량하거나 연암인 경우 사용에 주의할 필요가 있으며 Crawler Drill의 천공깊이는 10～15m 정도이다.

o Rotary Boring기

Rod의 선단에 Bit를 설치하고 회전시켜 암반을 천공하는 것으로 Core-Tube에 의해 암반의 코아를 채취할 수 있다.

천공시에는 Rod를 통하여 물을 송수하므로 공벽이 매끄럽고 암분(Slime)이 공벽에 부착되지 않는다.

천공속도가 Percussion Boring기 보다 늦고 천공비가 비싸다.

천공할 암반의 지질조건에 따라 연암에는 Metal Crown Bit가 사용되고 경암에는 Diamond Bit가 사용된다.

공경에 따라 규격은 <표 2-1>과 같이 EX, AX, BX, NX 등이 있다.

시추조사시에는 주로 NX를 사용하고 그라우팅을 위한 시추시에는 AX, 주입효과 확인을 위한 코아천공시에는 BX를 사용한다.

<표 2-1 > 공경에 따른 분류

구 분	케이싱 외경	케이싱 내경	시추공직경	코아직경	비 고
EX	36.5 mm	30.2 mm	37.4 mm	20.6 mm
AX	46.0 mm	38.1 mm	47.5 mm	30.2 mm
BX	57.2 mm	48.4 mm	59.5 mm	41.3 mm
NX	73.0 mm	60.3 mm	75.4 mm	54.0 mm

<표 2-2> 기초처리시 천공기 선정 및 비트 규격

천공목적	천공조건	천공기	비트규격	비 고
Curtain Grout	-	보링기	AX
Consolidation Gtout	- 댐기초 기울기 10。 이상 - 댐기초 기울기 10。 이하 - 터널상향 - 터널하향	보링기 크롤러드릴 보링기 래그햄마	AX - AX -
수직갱 Gtout	-	래그햄마	-
앙카바 설치	-	래그햄마	-
Core Boring	- 댐기초 - 터널	보링기 보링기	BX, NX BX, NX

2) 주입설비

천공이 완료된 그라우트공은 공세척, 수압시험 후 주입재료를 믹서에 의해 소정의 배합으로 혼합하고 Agitator를 거처서 Grouting Pump에 의해 주입한다.

주입설비는 그 주입재료를 제조하고 주입하기까지의 설비를 말하며, Grouting Mixer, Grouting Agitator, Grouting Pump 및 압력계, 유량기록계 등으로 구성되어 있다. 이러한 설비의 배치는 시공개소의 상태, 시공량, 공기 등에 의해서 결정된다.

주입재료를 공급하는 Plant는 분산 Plant 방식, 중앙 Plant 방식이 있다.

o 분산 Plant 방식

시멘트 창고, Mixing Plant, 주입 Plant, 기록장치 등을 분산하여 배치하는 방식이다.

전체적으로 설비가 간편하기 때문에 이설도 용이하여 소규모공사에 주로 이용된다.

o 중앙 Plant 방식

중앙 Plant에 시멘트 창고, Grouting Mixer, Grouting Pump를 설치하고 각 공사현장 수개소에 분산 배치한 2차 플랜트(주입용 Agitator, 주입 Pump)를 설치하는 방식이다.

중앙 Plant에서 주입용 시멘트를 고농도(W/C=1:1 정도)인 상태로 2차 Plant로 운송하고 2차 Plant에서 필요농도로 재배합하여 주입하는 방식으로 주입재의 운반비가 절감될 때 고려되며 주로 대규모 공사에 사용된다.

그라우트 주입설비에는 다음과 같은 것이 있다.

o Grouting Mixer

Grouting 재료를 균일하게 혼합하여 분리를 막고 유동성을 높이기 위해서는 고속 Mixer(500～1200 RPM)가 사용된다.

용량은 200ℓ 이상인 드럼 두개를 장착하여야 하며 회전속도는 800～1000 RPM 이상이어야 한다.

o Grouting Agitator

혼환된 Grouting재의 분리를 막기 위한 것으로 저속 Grouting Mixer(150～300 RPM)가 Agitator로 사용되기도 한다.

교반기는 드럼 용량이 400ℓ 이상이어야 한다.

o Grouting Pump

Grouting Pump에는 정용량형과 가변용량형이 있다.

정용량형 Grouting Pump는 순환주입방식의 배관을 사용하고 Retern량을 가감하여 주입압력, 주입량을 조절하므로 정확한 제어가 어려우나 구조가 간단하고 설치비가 싸다.

가변용량형 Grouting Pump는 압력, 주입량을 자동조절할 수 있어 압력단위 주입량의 제어가 정확하고 쉬우나 설치비가 다소 비싸다.

최근에는 전자식자기압력유량계를 사용하면 압력유량조절이 가능하여 정용량형 Pump와 조합하여 사용한다.

주입펌프는 최대압력 30 kg/cm2에서 최대용량 100ℓ/min을 가진 왕복 피스톤식으로 최대 5mm의 입자까지 펌프할 수 있어야 한다.

o 배관방식

순환방식은 Grouting Pump와 주입공 사이에 Supply, 주입공과 Grouting Mixer 사이에 Return의 두개의 Pipe를 배관하여 Grout재를 순환시키며 Return Valve를 조작하여 압력을 조작하는 방식으로 정용량형 Pump에 사용한다.

단로방식은 Grouting Pump와 주입공 사이를 단로로 배관하는 방식으로 가변용량형 Pump에 사용한다.

o 계기

Grouting에 사용하는 계기는 압력계, 유량계, 압력계, 변위계 등이 있는데 압력계와 유량계가 Set로 된 자기기록장치를 많이 사용한다.

압력계는 계기 눈금이 0.5 kg/cm2의 정밀도로 최대압력 눈금이 15～30 kg/cm2 어어야 하며 자동기록 압력계가 설치되어야 한다.

3. 주입재료

암반주입에 사용하는 Grout 주재료는 Cement로 하고 주입성상에 따라 기타재료를 사용한다.

그라우팅에 사용되는 주입재료는 다음과 같은 조건이 요구된다.

- 주입개소에 적절한 입경이어야 한다.

- Milk로서 입자가 균등하게 분산하여 안정되어 있어야 한다.

- 고결후에 소요강도를 가져야 한다.

- 고결시에 체적수축이 작아야 한다.

- 적정한 가격이어야 한다.

일반적으로 사용하는 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트, 플라이 에쉬 시멘트, 세립화 시멘트(Colloid Cement) 등이다.

세립화 시멘트는 입자의 크기가 다른 시멘트의 약 1/3 정도이지만 풍화되기 쉽고 고가이다.

Grouting 주입효과는 균열의 크기, 연속성 등의 지질조건에 영향을 받는다.

균열의 폭과 주입재료의 최대입경과의 관계는 균열의 폭/주입재료의 최대입경 >1.7 이며 보통은 여유를 두어 3이상이 바람직하다.

시멘트 그라우트를 주입할 수 있는 가장 작은 틈새는 약 0.2mm 정도이며, 간격 1m, 폭 0.2mm의 균열은 50 Lu(5×10-6m/sec)의 투수도를 갖는다.

실리카 겔이나 합성수지와 같은 케미칼 그라우트들은 미세 균열 암반에 사용할 수 있다. 하지만 케미칼 그라우트는 예외적인 경우에 사용될 정도로 비용이 많이 소요된다.

4. 주입방법

1) Grouting 주입방식

그라우팅의 주입방식에는 계획심도의 주입을 1회에 실시하는 일단식과 여러번으로 나누어서 주입하는 다단식이 있다.

다단식에는 Stage Grouting 공법, Packer Grouting 공법, 이중관식 Double Packer 공법 등이 있다.

다단 Stage Grouting 방식에는 <도 2-5>와 같이 상향식과 하향식이 있다.

<2-5> 다단 Stage 방식

상향식(Up Stage) 방법으로 그라우트 작업을 할 경우에는 다음과 같은 순서로 진행한다.

- 필요한 최종 깊이까지 천공한다.

- 가장 아래 단계(Stage)의 꼭대기에 Packer를 설치하고 Grout를 주입한다.

- 주입재가 응결될 때까지 Packer를 그대로 두었다가 다음단계의 꼭대기로 Pack를 옮겨 설치한다.

- 이와 같이 단계별 연속작업으로 공 전체가 완전히 그라우팅 될 때까지 작업을 반복한다.

하향식(Down Stage) 방법으로 그라우트 작업을 할 경우에는 다음과 같은 순서로 진행한다.

- 첫단계의 소요제한 깊이까지 천공한 후 그라우트를 주입한다.

- 4시간 이상 주입한 구멍을 세척하지 않고 응결될 때까지 기다린다.

- 다음 단계 그라우트 깊이까지 천공한 후 그 단계의 그라우트를 주입한다.

- 이와 같이 단계별 연속적으로 천공하여 그라우트를 주입하면서 최종심도까지 도달한다.

o 일단식 Grouting

최초의 계획심도까지 Boring하여 전장을 한꺼번에 주입하는 방식으로 주로 Consolidation Grouting 등 심도가 낮은 공(5～7m)에 사용된다.

o Stage Grouting

Boring공의 전심도를 적당한 길이(보통 5m)로 분할하여 제1 Stage에 대하여 굴착, 공청소후 주입하고 그후 경화한 그라우트를 재천공하여 제2 Stage를 굴착, 공청소후 주입한다. 이것을 반복하여 계획심도에 도달하는 방식으로 하향식 방법이다.

이 방식은 다음과 같은 특징이 있다.

- 지표면에서 순차적으로 깊은 곳을 향하여 시공하므로 지표부근이 충분히 굳어져서 고압주입을 하여도 표면으로부터의 누수, 암반의 융기나 Pack 상부로 주입액이 올라오는 경우가 적어진다.

- 상부 또는 중간부에 붕괴층이 있어도 Grouting으로 고결된 후에 하부로 전진하므로 공 붕괴가 적다.

- 제1 Stage의 주입후 경화 대기나 재천공이 필요하여 공기가 길어지고 공사비가 높아진다(10% 정도)

o Packer Grouting

계획심도까지 한꺼번에 굴착한 후 Packer를 사용하여 점차 상부 Stage로 향하여 주입하는 상향식 방법이다.

이 방식은 다음과 같은 특징이 있다.

- 계획심도까지 연속해서 Boring을 할 수 있고, 주입시에는 Packer를 한번 삽입하면 Stage별로 끌어올리는 작업만 하면 되므로 소요공기가 작고 공사비가 싸다.

- Packer의 Setting이 불완전하거나 균열이 많은 암반에서는 Packer 상부로 Grout가 올라와서 Packer를 끌어올릴 수 없게 되는 경우가 있다.

o 이중관식 Double Packer 공법(Sleeve Grouting 공법)

이 방식은 Packer Grouting 공법을 사용할 수 없는 사력층, 풍화암 등에 이용된다.

시공순서는 Casing을 사용하여 공벽을 유지하도록 천공하고 천공후 Seal재를 충진하고 Sleeve Pipe를 삽입한 다음 Casing을 제거한다. Seal재가 경화된 다음 그라우팅을 실시한다.

2) Packer

Packer에는 보통 Single Type과 Double Type이 있다.

하향식에는 Single Type이 사용되고 상향식에는 Double Type이 사용된다.

Single Packer System은 시험구간 상부에 한개의 Packer를 설치하여 팽창된 고무 Packer와 공벽 바닥사이에 물을 주입시켜 단위시간당 주입량과 주입압을 측정하는 방법으로 시험구간 길이마다 굴진해가며 시험을 시행한다.

Double Packer System은 시험전에 전체를 굴착해 놓고 두개의 팽창된 고무 Packer 사이에 설치된 구멍이 뚫린 관을 통해 균열속으로 물을 주입시켜 단위시간당 주입량과 주입압력을 측정하는 방법이다.

Packer의 종류로는 기계적으로 공벽을 눌러서 고정하는 Expansion Packer, 주입 Milk의 압력으로 공벽에 눌러진 고무의 마찰 저항으로 고정되는 Leather Packer, 고무질 재료를 풍선모양으로 부풀게 하여 공벽에 고정시키는 Air Packer가 있다.

Packer의 종류에 대한 그림은 다음 <도 2-6>과 같다.

o Expansion Packer

원통모양의 경질 고무링을 양단에서 힘을 가하여 경질 고무링을 팽창시켜 공벽에 압착시킨다. 압축력을 증가함으로서 고압의 주입에도 견딜 수 있다. 공벽의 거칠기가 적은 암반에 적당하다.

o Leather Packer

Expansion Packer에 비하여 구조, 사용방법이 간편하나 Expansion Packer와 마찬가지로 공벽이 거칠면 사용할 수 없다.

o Air Packer

고무가 팽창하여 공벽에 부착하는 형식이므로 거칠어진 공벽에도 Setting이 가능하고 연질지반에도 적용이 가능하다.

Air 압력에 한계가 있어 주입압력을 높일 수 없어 고압 주입이 다소 어렵고 고가이나 최근에는 Grouting Pump에서 Air Packer에 공기 대신 물을 사용하여 압력을 가하므로 사용하기가 편하고 심도가 깊은 곳에서도 설치 및 해체가 용이하여 많이 쓰인다.

<도 2-6> Packer의 종류

3) 주입방법

주입은 위에서 언급한 주입방법을 선택하고 지반특성을 고려하여 시방상의 주입재료, 농도, 주입압력, 주입속도 등을 각각 Stage 별로 적용하여 시공한다.

① 주입전의 처리

o 공세척

공벽에 천공시 발생하는 Slime을 제거하기 위하여 실시한다.

보통은 압력수에 의해 실시하나 공이 깊어지면 압축공기를 병행하여 사용한다.

공청소는 세정수가 깨끗한 물이 될 때까지 계속하여 실시하여야 한다.

o 수압시험

주입전 수압시험은 주입배합을 결정하기 위하여 실시한다.

② Grout Cap

지표면에서 주입할 경우 주입압력을 높일 수 없고 지표의 균열 등에 의해 누수되므로 이러한 대책으로 Grout Cap을 실시한다.

Grout Cap에는 표면에 몰탈, 콘크리트를 Spraying 하는 경우, 콘크리트를 타설하는 경우, 지반을 굴착하지 않고 남겨두는 경우, 성토하는 경우 등이 있다.

CFRD의 경우에는 Plinth를 Grout Cap으로 이용하는데 Plinth 콘크리트 타설 전에 PVC Pipe 등을 천공위치에 설치하여야 한다.

③ 주입압력 및 주입속도

주입압력은 완성후에 받는 수압이나 인근 지반에서 시행한 Grouting Test에서 구해진 한계압력을 기준으로 결정한다.

최대 주입압력을 구하는 공식은 다음과 같다.

P = 0.5d + 5                  P : 최대 주입압력(kg/cm2)

P = (0.23～1.0)d               d : 공심도(m)

P = (0.2～0.5)H                H : 댐높이(m)

P = 0.36T + 0.45D≦50kg/cm2  T : Abutment면의 폭(m), D : 공길이(m)

주입속도는 지반이 수용하는 량과 주입 Milk 공급량이 균형을 이루었을때의 속도를 구하여 정한다.

그라우트 속도는 10ℓ/min/m 이하로 주입하고 주입속도가 0.2ℓ/min/m이하로 감소할 때까지 주입을 계속한 후 배합비 C/W=1/10으로 최대 허용압력으로 10분간 더 주입하고 공급밸브를 폐쇄한 상태에서 10분 동안 최대 허용압력이 유지되면 주입을 종료한다.

④ 주입농도 및 농도의 변환

Grouting의 주입농도는 수압시험 경과에 따라 정하며 Grouting은 지반조건에 따라 연한 Milk에서 농도가 진한 Milk로 바꾸어 주입한다.

⑤ 주입시의 감시, 측정 및 Leak 처리

주입지반은 균질이 아니고 주입시방은 대체적으로 표준이므로 그대로 시공한다고 하여도 가장 적합한 주입은 아니다.

따라서 주입이 적정하게 이루어지고 있는가에 대한 Check가 필요하다.

즉 Leak 발생여부, 부상변위 여부 등을 Check하여야 한다.

⑥ 주입완료시 처리

최종심도까지 주입후에는 전체적으로 암반 0.3m 부근에서 재주입하여야 하며 최종적으로 콘크리트면에서 Contack Grouting을 실시하고 Boring Hole을 물시멘트비 1:1내지 1:0.5, 주입시간 1시간 이상, 최대압력 15kg/cm2 이상으로 시멘트 그라우팅을 실시하여야한다.

4) 시멘트 풀 혼합비

시멘트와 물의 배합비는 1:10, 1:7, 1:5, 1:3, 1:1 등으로 하며 각각의 배합기준은 다음 <표 2-3>과 같다.

<표 2-3> 그라우트시 시멘트와 물의 배합기준

배합비 (시멘트:물)	시멘트 (kg)	물 (ℓ)	합 계 (ℓ)
1 : 10 1 : 7 1 : 5 1 : 3 1 : 1	1 9 . 4 2 7 . 3 3 7 . 6 6 0 . 3 1 5 1 . 8	1 9 4 1 9 1 1 8 8 1 8 1 1 5 2	2 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0

수압시험 결과에 의한 Lu치에 따라 초기 주입재의 배합은 다음 <표 2-4>와 같이 실시한다.

그러나 주입재의 다량 주입에도 불구하고 소요압력에 도달하지 않을 경우 다음 <표 2-5>에 준하여 주입재의 배합비를 변경한다.

<표 2-4>  LU치에 의한 초기 배합비표

루 죤 ( L U ) 치	배 합 비 ( C : W )	비 고
1 0 미 만 1 0 ～ 2 0 2 0 ～ 3 0 3 0 이 상	1 : 1 0 1 : 7 1 : 5 1 : 3

<표 2-5> 주입재 배합비 변경표

원배합비 (C:W)	주 입 재 주 입	변 경 배 합	비 고
1 : 10 1 : 7 1 : 5 1 : 3 1 : 1	800 ℓ / 20 분 이상 800 ℓ / 20 분 이상 600 ℓ / 20 분 이상 500 ℓ / 20 분 이상 연속 400 ℓ 이상	1 : 7 1 : 5 1 : 3 1 : 1 1 : 0.5

5) 주입압력

압밀 그라우트는 1～3kg/cm2 범위의 압력으로 주입한다.

차수 그라우트는 다음<표 2-6>과 같은 압력으로 주입한다.

<표 2-5> 차수 그라우트 주입압력

단 계	심 도(m)	최대허용압력(kg/cm2)	비 고
1 2 3 4 5 6 7 8 9	0 ～ 5 5 ～ 10 10 ～ 15 15 ～ 20 20 ～ 25 25 ～ 30 30 ～ 35 35 ～ 40 40 ～ 60	3 5 10 20 25 25 25 25 25

검사공의 수압시험 최대압력은 다음<표 2-7>과 같이 실시한다.

<표 2-7> 검사공(Check Hole) 주입압력

단 계	심 도(m)	최대허용압력(kg/cm2)	비 고
1 2 3 4 5 6 7 8 9	0 ～ 5 5 ～ 10 10 ～ 15 15 ～ 20 20 ～ 25 25 ～ 30 30 ～ 35 35 ～ 40 40 ～ 45	3 5 10 10 10 10 15 15 15

5. 수압시험 해석

1) 유효주입압력

Lugeon Test시 유효 주입압력은 Gauge 압력을 시험구간의 중앙에서 압력계까지의 정수압, 지하수위 및 관내 저항에 의한 손실수두를 보정하여야 하며 유효압력은 다음식에 의하여 구한다.

P = Po + γw (h1 - h2 - h3) (kg/cm2)

P : 유효 주입압력(kg/cm2)

Po : Gauge 압력(kg/cm2)

h1 : 압력계에서 시험관 중앙까지의 거리(m)

h2 : 지하수위에서 시험관 중앙부까지의 수두(m), 피압인 경우 피압수두

h3 : 관내의 저항에 의한 손실수두(m)

γw : 물의 단위 체적중량(0.1 kg/cm2/m)

2) 주입압력 - 주입량 곡선

주입압력-주입량 곡선(P-Q Curve)이란 유효 주입압력(kg/cm2)을 종축에 주입량(ℓ/min/m)을 횡축으로 하여 그리는 그래프를 말한다.

주입량은 시험구간 길이를 1m당, 1분간의 주입량을 Litter로 표시한다.

이 P-Q곡선은 Lugeon과 한계압력, 암반의 투수성, 시험의 신뢰성 등을 파악하는 중요한 자료가 된다.

3) 한계압력

주입압력을 단계적으로 상승시키면서 시험하면 어떤 주입압력에서 주입량이 증가할 때가 있다. 이는 압력수에 의하여 암반의 틈에 충진되어 있던 세립분이 유출되거나 암반의 틈이 확대되면서 일어나는 현상으로 이때의 주입압을 한계압력이라 한다. 한계압력의 결정은 암반의 투수성을 파악하고 Grouting의 주입압력을 결정하는데 중요한 자료가 된다.

4) 환산 Lugeon치의 계산

한계압력이 10 kg/cm2 또는 그 이하일 때에는 P, Q가 직선관계에 있음을 확인해서 P가 10 kg/cm2 일때의 Q를 Lugeon치로 한다.

5) 시험결과의 정리

수압시험을 시행한 후 다음과 같은 사항을 기록하여야 한다.

- 시험공의 표고, 평면위치, 경사방향, 각도, 주입압력 Pattern, 사용기기

- Boring 주상도, 지하수위 측정기록

- P-Q 곡선도

- Lugeon Test Record Sheet

6) 해석방법

수압시험이 시행된 후 경과를 해석함에 있어서 과거에는 일본 건설성 하천국의 “수압시험 지침”을 사용하였으나 최근에는 보다 합리적인 Houlbsy의 해석법이 사용된다.

Houlbsy는 실제 시행된 수압시험의 결과를 분석하여 다음 5가지 Flow Type으로 분류하였는데 각 Flow Type별 내용은 다음과 같다.

(1) Laminar Flow <도 2-7>

- 층류 Type

- 압력과 투수량이 비례

- Lu치는 평균치를 적용

<도 2-7> P-Q Curve of Laminar Flow in Lugeon Test

(2) Dilation Flow <도 2-8>

- 균열의 열림이 가압에 비례하는 Type

- 가압의 증가에 대하여 투수량의 증가가 보다 큰 비율로 증가하는 Type

- 최대압력에서 가장 큰 Lu치

- Lu치는 최소(또는 중간) 압력의 Lu치를 적용

- 그라우트 주입효과는 양호

<도 2-8> P-Q Curve of Dilation Flow in Lugeon Test

(3) Terbulent Flow <도 2-9>

- 균열의 열림이 가압에 비례하는 Type

- 가압의 증가에 대하여 투수량의 증가가 보다 작은 비율로 되는 Type

- 최대압력에서 가장 작은 Lugeon

- Lu치는 최대압력의 Lu치 적용

- 그라우트 주입효과는 양호

<도 2-9> P-Q Curve of Terbulent Flow in Lugeon Test

(4) Wash Out Flow <도 2-10>

- 균열의 열림이 가압에 비례하지 않는 Type

- 같은 압력에 대하여 승압시보다 감압시의 투수량이 큰 Type

- Lu치는 시험이 진행되는 동안 압력의 변화에 관계없이 점증

- Lu치는 최대 Lu치를 적용

- 지반의 변화를 야기시킴.

- 균열의 틈새에 협재되어 있던 이물질이 이동하므로 인해 Lu치는 점증

- 그라우트 주입효과는 가장 불량

<도 2-10> P-Q Curve of Wash-Out Flow in Lugeon Test

(5) Void Filling Foow <도 2-11>

- 균열의 열림이 가압에 비례하지 않는 Type

- 같은 압력에 대하여 승압시보다 감압시의 투수량이 작은 Type

- Lu치는 시험이 진행되는 동안 압력의 변화에 관계없이 감소

- Lu치는 최후단계 Lu치를 적용

- 지반내의 균열은 연결성이 없는 공극을 채우는 것과 동일한 효과

- 그라우트 주입효과는 양호하지 못함.

<도 2-11> P-Q Curve of Void Filling Flow in Lugeon Test

6. 최종 성과 분석

1) Lugeon Map 작성

일반적으로 1/500 또는 1/1000의 Scale로 Lugeon Map을 작성한다.

이 지반조사시 작성한 Lugeon Map은 댐의 위치선정, 제체의 기초굴착의 심도, Grouting의 시공계획에 필요한 기본자료로 활용한다.

초기 지질조사시에는 시험공의 수가 적어 Lugeon Contour를 작성하기 곤란하므로 보통 지질도에 Lugeon치와 한계압력을 표시한다.

적정 Lugeon치가 산정되면 도상에 표기하여 Lugeon Map을 작성한다.

Lugeon Map은 댐축 또는 누수선에 따라 횡단면도외에 수평단면도 및 종단면에 작성하면 Dam Site에서의 암반투수성의 3차원적 검토가 가능해진다.

Lugeon Map의 Contour는 보통 Lu<1, 2<Lu<5, 5<Lu<10, 10<Lu<20, 20<Lu로 작성한다.

2) 지하수위 분포도

Dam Site에서의 지하수위 파악은 암반의 투수성 및 Curtain Grouting의 위치 선정 및 범위를 결정하는 중요한 자료가 된다.

지하수위 분포도는 각 Boring의 자연상태에서 최종 안정된 지하수위를 표기한 것이며, 피압지하수가 발견되면 이도 함께 기재한다.

지하수위 분포도는 Lugeon Map, 지질단면도 등과 중복하여 표시한다.

7. Grouting 시공방법(예)

부안댐 시공시 다음과 같은 Grouting 시공방법을 정하여 Grouting 공사의 품질관리에 철저를 가하고자 하였다.

1) 개요

Consolidation 및 Curtain Grouting에 있어 작업방법, 소요시간, 주입량, 주입배합비, 주입압력, Packer의 Setting 심도 등을 시방에 맞도록 철저히 하여 Grouting 지점의 상황 및 주입량에 따라 적절히 대처하여 Grouting공사 품질관리에 철저를 기하기 위하여 아래와 같이 Grouting 공사 시공 요령을 작성하였으며 시방서와 상호 보완적으로 사용토록 하였다.

2) Grout Hole

Grouting공을 48 mm(AX) 이상으로 천공을 실시하여 수압시험결과에 따라 주 누수지점의 절리 및 파쇄대를 최대한 관통하도록 방향 등을 고려하여 적절히 배치 천공한다.

3) Grouting공의 청소

천공이 끝난 Grout공은 급수시설을 이용한 깨끗한 물을 사용하여 맑은 물이 나올때까지 깨끗이 청소한다.

4) 수압시험 (Water Pressure Test)

Grout재의 주입전 초기 주입배합비를 결정하기 위한 수압시험은 천공 Hole에 대하여 최소한 20분간 압력(처음 5분은 상승, 최고압력 10분은 수압시험, 마지막 5분은 하강)을 가하여 물을 주입하면서 주입된 물의 양을 측정한 후 Lu치를 계산한다.

결과는 서식에 의하여 기재하고 공사감독에게 제출한다.

측정한 Lu치에 따라 시방서대로 초기 주입 배합비를 결정한다.

5) Grout 주입의 한계

Grout 주입압력에 따라 주입량이 초과하게 되면 시방서에 따라 치밀한 배합비로 변경 주입한다.

6) Grouting 의 완료

Grouting의 주입완료는 현탁액의 주입량이 0.2ℓ/min/m 이내일때 주입이 완료된 것으로 하며 깨끗한 물을 5분 이상 주입후 Packer를 채운후 종료한다.

7) Mixer

Mixer는 Cement와 물의 혼화제를 일정한 비율로 섞어서 유동성을 가지게 하는 기계로서, 원통속에서 몇개의 패들 (Paddle)을 가진 축이 공기식 Motor 또는 전통 Motor에 의하여 회전하므로서 교반하는 형이 있으며 Mixer로서의 일반적인 요구조건은 아래와 같다.

㉠ 배합하고자 하는 시멘트, 물, 혼화제를 배합비대로 정확하게 배합할 수 있으며, 임의로 배합비를 조절할 수 있을 것

㉡ Cement 현탁액이 유동상태를 유지할 수 있도록 고속으로 교반할 것

㉢ Pump에 연속적으로 공급할 수 있는 충분한 용량을 가질 것.

※. Mixer가 400ℓ Tank 2개에 Motor 1대를 통하여 시멘트 밀크를 교반하면 회전이 느리게 되므로 Motor 1대에 Mixer 1대를 사용토록 하고, 또한  Mixer 용량이(200ℓ) 적은 것을 사용하거나 그렇지 못할 경우 배합량을 200ℓ정도로 적게하여 폐기량을 줄이도록 하며, Pump 1대당 Mixer 1대를 설치 정확한 배합비를 유지하도록 한다.

8) Pump

Grout재료는 보통의 유체에 비하여 점성이 크고 비교적 큰 입자를 포함하므로 왕복 Pump가 주로 사용되며 Pump로서의 일반적인 조건은 아래와 같다.

㉠ 35 Bar (최고 주입압력 25 Bar ,손실 10 Bar) 이상의 압력까지 가능해야 한다.

㉡ 충분한 용량을 가질 것 (100ℓ/min이상)

㉢ 배출량과 압력을 최고치에서 0 까지 정확하게 연속적으로 조정 가능해야 한다.

㉣ Grout하는 공에 따라서 최고 압력을 Setting할 수 있어야 하고 Pump가 이 압력 이상으로 되지 않도록 By Pass 장치가 되어 있어야 한다.

㉤ 다공식 Grout Pump에서는 6개 정도의 공을 동시에 Grout할 수 있는 충분한 용량을 가져야 한다.

9) Packer

공내의 주입하고자 하는 위치에는 외부와 차단시키는 기구가 필요한데 이러한 목적을 수행하는 것이 Packer 이다.

Packer는 다음과 같은 종류가 있다.

㉠ Cup Leather : 컵형으로 생긴 가죽 제품으로서 Pipe Sleeve에 3～4개가 부착되어 공내에 삽입되고, Grouting의 압력에 의하여 이것이 공벽으로 확장되어 외부와 차폐시키는 장치

㉡ 기계적으로 확장되는 고무링 : 긴 고무링을 주입관 외부에 끼우고 공내에서 나사를 조여 고무링의 길이를 축소시키면 공벽쪽으로 팽창하여 밀폐시키는 형으로서, 가장 많이 사용된다.

㉢ 공기압에 의하여 확장되는 고무 슬리브 (Rubber Sleeve) : 파이프의 외부에 얇은 고무 Sleeve를 끼우고 파이프와 Sleeve의 틈에 압축공기를 넣으면 고무 Sleeve가 확장되어 밀폐되는 형으로서, 파쇄대에서 공벽이 무너져서 Pipe 와 외벽사이에 공간이 클때 유효하게 사용된다.

따라서 본 현장에서 초기에 사용한 기계적으로 확장되는 Packer는 저심도에는 적합하였으나, Curtain Grouting의 장심도 (10 m 이상)공에는 부적절하리라 판단되어 공기압에 의하여 확장되는 고무슬리브 Packer를 사용한다.

10) Agitator

Agitator는 이미 혼합된 Cement 현탁액의 침전을 방지하기 위하여 Mixer와 Pump의 사이에 배치되며 형식은 Mixer와 같으나 회전속도가 다소 느리다. 이것은 Mixer의 고장시 Mixer 대용으로 사용할 수 있다.

따라서 Cement의 침전을 방지하기 위하여 Agitator를 사용하여야 한다.

11) 기타

㉠ Grouting공은 천공 후 심도 검측을 득한다.

㉡ Grout 주입시 파쇄대 등 암질 불량구간에서 주입재가 인접공으로 누출할 때는 다공(Multi Hole) 주입을 실시한다.

㉢ Packer의 Setting심도는 수압시험 결과에 의하여 조정한다.

㉣ Grout Plant는 시추공과의 거리가 50 m를 상회하지 않도록 하며 또한 시추공보다 위치가 낮게 설치되지 않도록 한다.

㉤ 압력계기는 반드시 공 입구 및 펌프의 토출구에 설치되어 양쪽의 압력을 비교할 수 있어야 한다.

㉥ 압력계 및 유량계는 검정기관의 교정을 완료한 것을 사용하여야 한다.

㉦ 주입공의 천공과 주입은 내삽법에 의해 시행하고 다음단계의 천공은 전단계의 주입이 완료된 후 최소한 4시간 이상 경과후 실시하여야 한다.

㉧ 천공 및 주입은 5m를 1단계로 하향식으로 실시한다.

㉨ 그라우팅 배합시 현장에 각공 배합비 및 그라우팅 주입량등을 야장에 기록하여 보관하여야 한다.

㉩ 전일 시행한 제반 그라우팅 작업에 관한 정확한 기록을 승인된 양식에 의거 매일 공사감독에게 제출하여야 한다.

㉪ 주입재로서 부적당한 시멘트가 발생치 않도록 시멘트 보관창고는 시방서의 규정에 의거 시멘트에 습기의 침투를 방지하기 위한 적절한 시설과 방풍의 시설을 갖춘 시설이어야 한다.