1) Offshore Wind Energy Research Division, GK Engineering
약액주입에 의한 제주도 송이지층의 지반보강에 관한 연구
A Study on the Ground Reinforcement of Jeju Scoria Layer by Chemical Grouting
양 기 호1)･ 박 정 준2)･ 김 영 훈3)･ 변 요 셉3)･ 이 은 종3)･ 천 병 식†
Kiho Yang ･ Jeongjun Park ･ Younghun Kim ･ Yoseph Byun ･ Eunjong Lee ･ Byungsik Chun
Received: November 19
th, 2013; Revised: November 28
th, 2013; Accepted: January 8
th, 2014
ABSTRACT : Recently, public works becoming bigger in Jeju are implemented various kinds of ground reinforcement method including the chemical grouting method. In this study, we have been investigated on the proper material and the injection condition for the excellent injection effect and the excellent strength of injection material and the permanent waterproof and reinforcement through the experiment. The kind of injection material has been selected through the uniaxial compression test and the endurance test of injection material as the chamber test. An experiment was performed with model ground made of scoria, the injection performance of selected material has been identified through the evaluation test of injection range using the decision test of injection amount and the calibration chamber test. As a result of test, it has been analyzed that MSG appeared to have the excellent strength, durability and injection performance all compared with the ordinary cement, this result is judged to be possible as the ancillary data of design at time of design and construction with the chemical grouting method in the future.
Keywords : Scoria, Chemical grouting method, Ground reinforcement, Uniaxial compression test, Endurance test, Model soil box
요 지 : 최근 대형화되고 있는 제주도의 토목공사에 약액주입공법을 비롯한 여러 가지 종류의 지반보강공법을 실시하고 있다. 이 에 본 연구에서는 지반보강공법 시에 주입효과가 탁월하고, 주입재의 강도가 우수하며, 영구적인 차수 및 보강에 적합한 재료, 주입 조건 등을 실험을 통해 규명하였다. 실내시험으로는 제주도 송이 지반의 기본 물성시험을 실시하였고, 주입재의 일축압축강도시험 과 내구성시험을 통해 주입재의 종류를 선정하였다. 송이의 모형지반을 조성하여 주입량 결정시험 및 모형토조를 이용한 주입범위 평가시험을 통해 선정된 재료의 주입성능을 확인하였다. 시험결과 MSG가 보통시멘트에 비해 강도, 내구성, 주입성능 모두 우수하 게 나오는 것으로 분석되어 향후 약액주입공법으로 설계 및 시공 시 설계보조자료로서 가능할 것으로 판단된다.
주요어 : 송이, 약액주입공법, 지반보강, 일축압축강도시험, 내구성시험, 모형토조 Journal of the Korean Geo-Environmental Society
15(2): 75～82. (February, 2014) http://www.kges.or.kr
ISSN 1598-0820 DOI http://dx.doi.org/10.14481/jkges.2014.15.2.75
1. 서 론
제주도는 내륙 지반과는 다르게 화산활동으로 인한 화산 쇄설물 등의 퇴적물들이 암층 사이에 분포하는 층상구조를 가지고 있다. 즉 화산이 분출되어 흐른 마그마에 의해 형성 된 화산암층 위에 오랜 시간 동안 화산쇄설물 등 퇴적물이 쌓이고 그 뒤에 다시 화산이 분출되어 퇴적물 위에 화산암 층이 형성된 경우로서 암반층과 암반층 사이에 퇴적층이 놓 이게 되는 층상구조를 나타내고 있다(Koh, 1997). 최근 제 주도의 토목공사는 과거보다 대형화되고 있는 점을 감안할 때, 이러한 경우 상부 암층 밑에 있는 연약층의 두께 및 분 포에 따라 구조물을 충분히 지지할 수 없어 기초의 안전뿐 만 아니라 구조물 전체에도 안전의 문제가 발생할 수 있다.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서 약액주입공법을 비 롯한 여러 가지 종류의 지반보강공법이 적용되어야 하나 화 산활동으로 형성된 제주도의 지질학적 특성 및 지층은 내륙 지반의 공학적 특성과 많은 차이를 나타내고 있으므로 제주 도 화산지층에 적용했을 시, 주입효과가 탁월한 동시에 주 입재의 강도가 우수하고 영구적인 차수 및 보강에 적합한 재료선택이 필요하다.
현재까지 제주도의 화산 쇄설물에 대한 연구들이 다수 진행되었는바, Sin et al.(1981)은 제주도 송이의 시멘트안정 처리 효과를 규명하기 위해 압축강도, 함수비, 입도분석 등 을 수행하였고, Shin(2002)은 제주도의 다섯 곳에서 시료를 채취 후 물리적, 역학적 특성을 규명하기 위해 각종 시험에 서 확인된 송이의 공학적 특성을 건설공사에서 사용되고 있
Fig. 1. Colorific Distribution of Scorias in Jeju Island (Youn, 1955)
는 시방서를 기준으로 건설재료로써의 사용 가능 여부를검토하였다. Nam(2005)은 송이에 대한 공학적 특성을 조 사 분석하기 위해 다짐시험, 대형 직접전단 및 삼축압축시 험 실시 후 각종 설계와 시공에 필요한 자료를 제공하였고, 이를 조사 분석 및 시험한 결과, 송이는 파괴 시 변위가 많 이 발생해 도로나 기타 구조물 설계 시 강도보다는 변위에 대한 고려가 필요한 것으로 보고하였다. Oh(2005)는 송이 에 대한 공학적 특성을 조사 분석하여 실제 토목설계와 시 공에 필요한 기초자료를 제공하기 위해 색상별로 송이에 대한 물성시험, 직접전단시험, 삼축압축시험 수행 및 송이 의 노상 및 보조기층재료로써 활용 여부 확인을 위해 CBR 시험을 수행하였으며, Kim(2008)은 제주도의 지반을 구성 하는 송이에 대한 공학적 특성을 규명하기 위해 체분석, 다 짐시험, 투수시험 및 대형 직접전단시험을 실시하여 분석한 결과 송이의 색상별, 지역별, 입도상태별 등 여러 가지 조건 들에 의해 공학적 차이를 보인다고 보고하였다. 그러나 제 주도 송이에 대한 약액주입에 관한 연구는 현재까지 없는 실정이다.
이에 본 연구에서는 지반개량 재료로 물유리계 약액인 규산나트륨과 시멘트를 주원료로 하는 주입재료를 사용하 여, 기존의 내륙지반이 아닌 제주도 화산지반에 적용했을 시 주입효과가 탁월한 동시에 주입재의 용탈 현상이 발생하 지 않아 영구적인 차수 및 보강에 적합한 재료의 종류 및 배합을 선정 및 평가하고자 한다.
2. 이론적 배경
2.1 제주도 지형 및 화산활동
제주도는 신생대 제3기∼4기에 형성된 화산도로 수십 차 례에 걸친 화산분출에 의해 형성되어 지리적으로는 한반도 의 최남단에 위치하고 있다. 섬 중앙의 한라산을 중심으로 쉴드 화산체를 이루고 있는 제주도는 동서장축의 길이가 약 74 km, 남북 단축의 길이가 약 34 km이며, 섬 전체 면적은 1,825 km2인 타원 모양을 하고 있다(So, 2002). 제주도 화산 암지대의 연약층은 화산분출에 의해 쌓여 생성된 다공질의 스코리아(송이), 용암이 흐르면서 용암판 상하부에 암석이 깨어져 형성된 클링커층, 화산회의 응회암층과 고토양층이 미고결(준고결)층으로 발달하거나 용암이 흐르면서 내부에 서 생성된 크고 작은 용암동굴 등으로 구성된다.
2.2 송이의 정의
마그마가 대기 중으로 방출되어 그 속의 휘발성 성분이 빠
져나가 많은 기공이 생긴 것으로 부석보다 다소 무겁고, 염기 성 또는 중성의 마그마에서 유래된 것을 스코리아(scoria)라 하며, 이러한 암재를 제주도 방언으로 송이라 한다(So, 2002).
이러한 송이는 내륙지방의 일반적인 화강풍화토나 사질토 와는 공학적으로 전혀 다른 특성을 보인다(Kim, 2008).
2.3 제주도 내 송이의 분포
송이는 일반적으로 색상에 있어서 암회색, 적색 및 황색 등으로 구별할 수 있는데, 일반적으로 적갈색 송이가 20개 지역으로 가장 많이 분포하는 것으로 나타나며, 이들은 중 산간 지역에 많이 분포하는 것으로 나타났다. 다음으로는 황갈색 송이가 9개 지역, 흑색 송이가 5개 지역 그리고 암회 색 송이가 6개 지역에 분포하는 것으로 나타나며, 암회색 송이는 주로 해안 지역에서 분포하고 있는 것으로 나타나고 있다(Youn, 1995).
2.4 약액주입에 의한 지반보강 이론
약액주입공법은 지반의 투수성을 감소시키거나 강도를 증진시킬 목적으로 주입재를 적당한 압력으로 지중에 침투 시키는 방법으로서 지반조건이나 주입압력에 따라 그 개량 효과 또한 크게 다르다.
약액주입 후의 흙은 주입 전의 흙에 비하여 그 공학적 성 질이 매우 달라진다. 즉 흙의 비중, 공극비, 밀도, 투수계수 및 강도정수 등 토질성상에 큰 변화가 생기게 된다. 이들 중 특히 투수계수 및 강도정수는 그 변화폭이 크고 또한 매우 중요한 요소가 된다. 따라서 이들 차수효과 및 강도증대에 대해 시료토를 느슨한 상태와 조밀한 상태로 하여 고찰하여 보면 다음과 같다.
느슨한 상태에서는 약액에 의한 gel의 불투수성으로 인 해 비배수상태로 되어 전단 시에 발생하는 공극압에 의해 마찰저항이 감소하여 내부마찰각이 감소되는 것으로 생각 되며, 이때 전단강도의 주체는 약액임을 알 수 있다.
Fig. 2. The study area
Fig. 3. Mechanical analysis of the sample
Table 1. The physical properties of the sample
Division Ton Bag
Average
A B C
Site water content
(%) 6.50 11.23 10.24 9.83
Specific gravity, G
s2.61 2.63 2.63 2.63 Permeability k
(cm/sec) 7.52×10
-38.32×10
-39.11×10
-38.31×10
-3Unit weight
(kN/m
3) 14.9 15.7 14.6 15.0
Coefficient of
uniformity C
u12.14 18.18 24.00 13.30 Coefficient of
curvature C
g1.14 1.64 1.2 1.32
Void ratio max
e
max0.85 0.78 0.89 0.84
Void ratio
minimum e
min0.57 0.56 0.53 0.55
한편, 조밀한 상태에서는 전단파괴 시에 다일레이턴시 현상에 의해 gel이 늘어나게 되어 공극압이 부압으로 되어 내부마찰각은 증대하며, 이때 전단강도의 주체는 약액의 강 도와 더불어 토립자 자체의 어떤 성질에 좌우됨을 알 수 있 다. 결국, 전단강도증대는 느슨한 상태에서는 주로 약액 자 체의 점착력에 의하여 이루어지며, 조밀한 상태에서는 이와 더불어 토립자 자체의 어떤 요소로부터 크게 영향을 받고 있음을 알 수 있다. 또한 약액에 의한 gel이 피막을 형성하 여 불투수성으로 되기 때문에 고결토의 차수효과는 매우 증 대되는 것이다. 이와 같이 약액주입에 의한 흙의 전단강도 및 차수효과 증대는 결국 흙의 점착력 때문이라고 볼 수 있 다(천병식, 2011).
한편, 대상지반조건에 부합되는 적정한 주입압력의 결정 을 통하여 주입범위, 주입량, 주입시간을 절약하여 경제적 인 시공을 유도하고, 주입목적을 만족하는 확실한 지반개량 효과를 얻을 수 있으나 압력 그라우트 방식을 견고한 암반 층이 아닌 일반 토사층에 적용하는 경우에는 수압파쇄 등의 문제가 수반될 수도 있으므로, 현장 지반조건에 맞는 주입 압과 주입량 조절이 필요하다.
3. 실내 실험
3.1 연구 대상지역
본 연구의 연구대상 지역은 제주도 구좌지구 해상시추조 사지역인 제주도 동북해안 인근의 조천우회도로 공사 현장 의 유수지 지역을 선정하였다(Fig. 2). 선정한 이유는 유수 지가 지표에서 약 5.0～8.0 m 수직으로 굴착되어 굴착면에 서 제주도 기반암 지층 특성인 현무암 용암의 층상구조와 스코리아 등의 연약층이 직접 잘 관찰되어 상부 지표에서 시추조사와 공내시험을 수행함으로써 연약층의 시추현황과 상호 연관성 검토를 수행할 수 있을 것으로 판단되어 연구
지역으로 선정하였다.
3.2 대상지반의 공학적 특성
본 연구의 대상 시료인 제주도 송이의 입도분포 및 물리 적 특성은 Fig. 3 및 Table 1과 같다. 대상지반의 흙의 공학 적 특성은 채취된 8개의 Ton Bag 중 대표적인 Ton Bag - A, B, C 3개의 시료를 실험 대상으로 하였다. 입도분포 시 험은 채취한 시료를 먼저 노건조시켜 건조된 시료를 사분법 에 의해 나누어서 실시하였다. 입도분포 결과는 No.4체 통 과하는 입자가 50% 이하이며, 균등계수가 13.30, 곡률계수 가 1.32로 나타났다. 일반적으로 조립재료에서 균등계수가 4보다 크고 곡률계수가 1∼3 사이인 경우에는 입도가 양호 하다고 보고 있기 때문에, 본 시험결과로서 입도분포가 양 호한 것으로 분석되었고, 통일분류법으로 분류한 결과는 GW로 나타났다.
3.3 주입재의 배합비
본 연구에서는 제시된 주입재 중에서 최적의 주입재와
Table 2. Mixing ratio by the proposed grout Mixing ratio OPC
(rapid gel-time)
OPC (medium gel-time) A solution B solution A solution B solution Sodium silicate
: 200ℓ Water : 300ℓ
Normal portland cement : 500 kg
Water : 350ℓ
Sodium silicate : 200ℓ Water : 300ℓ
Normal portland cement : 250 kg
Water : 425ℓ MSG-E (rapid gel-time) MSG-N (medium gel-time) A solution B solution A solution B solution Sodium silicate
: 200ℓ Water : 300ℓ
MSG-E : 200 kg Water : 425ℓ
Sodium silicate : 200ℓ Water : 300ℓ
MSG-N : 200 kg Water : 425ℓ
Fig. 4. Grouting test equipment
Fig. 5. Determination of grout injection volume
Fig. 6. Grouting in calibration chamber
배합비 결정을 위해 호모겔 시편을 제작하였다. 주입재는OPC(보통시멘트), MSG(마이크로시멘트)의 2가지 종류로 일축압축강도 시험 및 내구성 시험을 수행하였으며, 각 제 시된 주입재별 배합비는 Table 2와 같다.
3.4 실험내용 및 방법
3.4.1 일축압축강도시험
일축압축강도시험은 디지털형 만능 재료시험기를 이용 하여 KS F 2314의 방법에 의거하여 측정하였다. gel-time은 A액, B액을 각각 200 cc 컵에 50 cc씩 채운 후 연속 좌우 혼합시켜 컵에서 유동성에 정지되는 시간을 측정하여 이것 을 주입재(A액+B액)의 gel-time으로 선정하였다.
고결체의 일축압축강도시험은 ∅5 cm × 10 cm 원형시 편으로 제작하여, 보통시멘트 시료와 MSG 시료에 대해서 gel-time에 따라 각각 완결 타입과 급결 타입으로 나누어서 실시하였다. 재령일 3일, 7일, 14일, 28일간 수침양생한 공 시체로 일축압축강도시험을 실시하여 일축압축강도를 산출 하였다.
3.4.2 내구성시험
내구성시험은 직경 5 cm, 높이 10 cm의 공시체를 제작한 뒤 자연해수의 6배(25 gf/
)의 MgCl2 용액 및 자연해수의 10 배(25 gf/
)의 MgSO4 용액에 침적시키고 3일, 1주, 2주, 3주, 4주의 길이변화율을 측정하였다(천병식, 2011).3.4.3 모형토조를 이용한 주입시험
본 연구에서는 대상지반에 그라우팅 된 조건에서의 모형 토조시험을 수행하기 위해 먼저 주입량 결정시험을 실시하 여 주입량을 결정한 후, 주입압(300 kPa, 500 kPa)을 변화시 켜 실험을 실시하였고, 일축압축강도 시험을 통해 결정된 2 가지 조건(2가지 주입재의 배합비)에 대해 모형토조 주입시
험을 실시하였다. 시험 시에는 정확도를 위하여 각 케이스 별로 3회씩 시험을 반복하였다. 모형지반에 주입재를 주입 한지 48시간 경과 후 구근의 크기 및 장･단반경을 측정하였 다. 주입을 위한 시험장치는 주입탱크와 주입관 그리고 주 입관에 압력을 가할 수 있는 컴프레셔로 구성되어 있으며, 압력을 일정하게 유지시키기 위한 컨트롤러가 부착되어 있 다. Fig. 4는 주입시험장치를 보여주고, Fig. 5는 주입량 결 정시험 전경을 보여주며, Fig. 6은 모형토조를 이용한 주입 시험 전경을 보여준다.
(a) MSG-E (rapid gel-time)
(b) MSG-N (medium gel-time)
(c) OPC (rapid gel-time)
(d) OPC (medium gel-time) Fig. 8. Uniaxial test (at failure) Table 3. Uniaxial compressive strength test results by age
Grout variety Unconfined compressive strength by age (kPa) 3 days 7 days 14 days 28 days MSG-E
(rapid gel-time) 1,100 2,000 3,200 4,000 MSG-N
(medium gel-time) 800 1,600 2,300 2,900
OPC
(rapid gel-time) 700 1,000 2,100 2,500
OPC
(medium gel-time) 500 1,000 1,700 2,100
Fig. 7. Uniaxial compressive strength test results by age
4. 실험결과 및 분석
4.1 일축압축시험 결과 및 분석
본 연구에서는 대상지반에 그라우팅 된 조건에서의 모형 토조시험을 수행하기 위해 먼저 호모겔 시편을 제작하여 일 축압축강도시험을 실시하여 주입재료를 결정하였다. 일축 압축강도 시험은 MSG와 보통시멘트의 2가지 조건에 급결 형, 완결형 조건으로 총 4가지 경우에 대해 시험하였다. 그 결과 Table 3에서 볼 수 있듯이 MSG(급결형)가 보통시멘트 (급결형)에 비해서 1.3～1.6배로 매우 우수한 강도특성을 보 이고 있다. 이는 MSG와 보통시멘트의 비표면적은 각각 8,150 cm2/g, 3,250 cm2/g으로서, MSG의 분말도가 보통시 멘트에 비해 매우 크기 때문에 규산나트륨과의 반응이 우수 함을 알 수 있다. 입도분포 및 입자형상은 현탁액형 그라우 트의 전단응력과 밀접한 관계가 있다. 즉 입자가 미세할수 록, 입자형상의 장축직경과 그 구체의 이상적인 구(球)의 직 경과의 비로써 표현되는 구상화율(球狀化率)이 작을수록 현 탁액형 그라우트의 점성은 증가하고 전단응력은 커지는 경 향이 있다(HK geotech, 2003). 따라서 그라우팅 재료로서 MSG 주입재가 고강도가 발현되며, 내구성에 유리할 것으 로 분석되며, 하부 구조물 기초에 MSG 주입재로 그라우팅
하는 경우에 보통시멘트를 사용하는 경우보다 지지력 증진 에 보다 효과적인 영향을 끼치며, 안정성 측면에서 유리할 것으로 판단된다. 재령별 일축압축강도시험 결과는 Table 3 및 Fig. 7과 같고 파괴형상은 Fig. 8과 같다.
Table 5. Measurements of bulbs injection volume determination tests
Division MSG-E MSG-N
OPC (rapid gel-time)
OPC (medium gel-time) Average of
diameter 47 cm 31.7 cm 37 cm 31.23 cm
Circumference
on top 85.9 cm 72 cm
117 cm
67 cm Circumference
on middle 97 cm 104 cm 87 cm
Circumference
on bottom 156 cm 78 cm 103 cm
High 53 cm 54 cm 55.2 cm 59 cm
Table 6. Measurement of the bulbs injection range determination tests
Division MSG-E
(rapid gel-time)
OPC (rapid gel-time)
Average of diameter 90 cm 77 cm
Circumference on top 150 cm 260 cm
Circumference on middle 245 cm 240 cm
Circumference on bottom 310 cm 268 cm
High 60 cm 74 cm
Table 4. The results of durability test (Measurement of length change) By age
Precipitation solution
Length change (10
-2mm) 3
days 1 weeks
2 weeks
3 weeks
4 weeks
2,500 gf/
MgCl
2(Seawater 6 times)
OPC
(medium gel-time) 132 164 246 278 352 OPC
(rapid gel-time) 157 183 227 259 334 MSG-N
(medium gel-time) 11 12 13 14 14 MSG-E
(rapid gel-time) 12 13 13 13 13
2,500 gf/
MgSO
4(Seawater 10 times)
OPC
(medium gel-time) 218 307 Impossible of a measurement OPC
(rapid gel-time) 231 315 Impossible of a measurement MSG-N
(medium gel-time) 12 13 15 17 18
MSG-E
(rapid gel-time) 13 14 14 15 16
4.2 내구성시험 결과 및 분석
내구성시험 결과는 Table 4와 같으며, 염화마그네슘 수용 액(자연해수 6배)에 침적시킨 경우 MSG의 수축량이 보통 시멘트에 비해 최대 25배까지 작게 나오는 현상을 나타내고 있고, 황산마그네슘 수용액(자연해수 10배)의 경우에는 보 통시멘트 공시체가 7일 이후에는 용탈로 인해 길이측정이 불가능했다. 보통시멘트의 경우 10 ㎛ 이상의 굵은 입자가 많이 포함되어 있기 때문에 규산나트륨과의 반응성이 떨어 지지만, MSG와 같은 초미립자시멘트에는 10 ㎛ 이상의 굵 은 입자가 거의 없기 때문에 반응성이 우수하다. 이 결과들 로부터 MSG 주입재가 보통시멘트에 비해 내구성 면에서 우수하고 강도발현이 크기 때문에 길이변화량이 작다는 것 을 알 수 있었다.
4.3 실내주입시험 결과 및 분석
본 연구에서는 대상지반에 그라우팅 된 조건에서의 모형 토조시험을 수행하기 위해 먼저 주입량 결정시험을 실시하 여 주입압을 결정하였다. 일축압축강도 시험을 통해 강도가 높이 평가된 2가지 조건(MSG 급결용, 보통시멘트 급결용) 에 대하여 2가지 주입압(300 kPa, 500 kPa)에 대해 모형토 조 주입시험을 실시하였다. 주입량 결정시험을 통해 주입량 을 결정하고 모형지반을 조성한 후 주입압을 변화시켜 그라 우팅을 실시하였으며, 시험 시에는 정확도 향상을 위하여 각 케이스별로 3회씩 시험을 반복하였다. 모형지반에 주입 재를 주입한지 48시간 경과 후 구근의 크기 및 장･단반경을 측정하였다. 주입량은 규산나트륨과 시멘트 혼탁액의 양을
10, 20, 30, 40 L로 변화시키며 시험을 수행하였고, 시험결 과 30 L일 때 구근의 크기나 범위가 가장 크게 형성되어 주 입재의 양을 30 L로 결정하였다. 결정된 주입량으로 주입압 300, 500 kPa에 대하여 실험한 결과는 주입압 500 kPa로 주 입 시 침투주입이 되지 않고 상부로 역류하는 현상이 나타 나 실험이 불가하였다. 주입압 300 kPa로 주입량 결정시험 시 구근의 직경 평균과 둘레를 측정해본 결과, MSG의 경우 보통시멘트보다 약 1.27배 크게 나와 침투성의 우수함을 확 인할 수 있었다. 보통시멘트의 경우 10㎛ 이상의 굵은 입자 가 많이 포함되어 있기 때문에 침투성이 떨어지지만, MSG 와 같은 초미립자시멘트에는 10 ㎛ 이상의 굵은 입자가 거 의 없기 때문에 실제 주입시험 시 주입효과(MSG의 침투거 리)가 보통시멘트보다 큰 것을 확인할 수 있었다. 주입량 결 정시험결과를 토대로 수행한 주입범위 평가시험 시에도 MSG 가 보통시멘트에 비해 약 1.2배 크게 나와 보통시멘트에 비 해 침투성이 우수한 것으로 판단된다. 주입된 약액의 내구 성은 약액 고결체의 내구성도 중요하지만 지반내에서 약액 이 균질하게 잘 침투가 되어야만 주입된 지반의 내구성도 좋아질 수 있다. MSG 주입재를 사용한 주입공법은 침투성 을 향상시켜 균질한 주입고결체를 만들 수 있기 때문에 내 구성을 높일 수 있으며, 실제 시공 시 시공관리에 각별히 주 의하여 시공되어야 목표로 한 주입효과를 확인할 수 있을 것으로 판단된다. 주입량 결정시험과 주입범위 평가시험에
(a) MSG-E (rapid gel-time)
(b) MSG-N (medium gel-time)
(c) OPC (rapid gel-time)
(d) OPC (medium gel-time)
Fig. 9. Bulbs injection volume determination tests
(a) OPC (rapid gel-time)
(b) MSG-E (rapid gel-time)
Fig. 10. Bulbs injection range determination tests
서의 구근 측정 결과는 Table 5 및 Table 6과 같고, 채취된 구근의 전경은 Fig. 9 및 Fig. 10과 같다.
5. 결 론
본 연구에서는 MSG 및 보통시멘트 등 2개의 주입재를 주재료로 하는 주입재료를 사용하여 기존의 내륙이 아닌 화 산활동에 의해 형성된 제주도 화산지층에 적용했을 시, 주 입효과가 탁월한 동시에 주입재의 강도가 우수하고 영구적 인 차수 및 보강에 적합한 재료의 종류 및 배합(급결･완결) 을 선정 및 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 이를 위해 일 축압축강도시험 및 내구성시험과 실내약액주입시험(주입량 결정시험, 주입범위 평가를 위한 모형토조시험) 등의 연구 를 진행하였으며, 그 결과는 다음과 같이 요약될 수 있다.
(1) 각 주입재의 호모겔 일축압축강도시험결과 그 강도가 MSG(급결용)가 보통시멘트(급결용)에 비해서 1.3～1.6 배로 크게 나타나고 있어 MSG의 우수한 강도특성을 확 인할 수 있었다. 이는 MSG의 분말도가 보통시멘트에
비해 크기 때문에 규산나트륨과의 반응이 우수함에 원 인이 있는 것으로 판단된다.
(2) 내구성시험결과는 MSG의 수축량이 보통시멘트에 비해 최대 25배까지 작게 나오고 보통시멘트와는 달리 MSG 와 같은 초미립자시멘트에는 10 ㎛ 이상의 굵은 입자가 거의 없기 때문에 반응성이 우수하여, 내구성면에서 우 수하고 강도발현이 크기 때문에 길이변화량이 작다는 것을 알 수 있었다.
(3) 내구성시험결과 구조물기초하부에 MSG 주입재로 주입 한 경우가 보통시멘트를 사용한 경우보다 장기적인 관 점에서 더 우수한 것으로 분석됐다. 또한 시공 시 지하 수의 오탁을 일으키지 않는 공법을 적용하여 환경오염, 생태계에 나쁜 영향 등이 미치지 않도록 고려하여야 하 는데 보통시멘트는 7일 이후에 용탈로 인하여 흐트러져 MSG 주입재로 그라우팅을 실시하는 것이 동수지반에 시공 시 내구성을 유지할 것으로 평가되었다.
(4) 주입량 결정시험 및 주입범위 평가를 위한 모형토조시 험 등의 실내주입시험결과 주입량은 A액+B액이 30 L 로 결정되었고, 주입재는 MSG(급결용)를 사용하고 주 입압 300 kPa일 때의 구근의 직경 평균과 둘레가 보통 시멘트의 경우보다 약 1.27배 크게 나와 결과적으로 MSG의 경우가 침투성이 우수함을 확인할 수 있었다.
MSG 주입재를 사용한 주입공법은 침투성을 향상시켜 균질한 주입고결체를 만들 수 있기 때문에 내구성을 높 일 수 있으며, 실제 시공 시 시공관리에 각별히 주의하 여 시공되어야 목표로 한 주입효과를 얻을 수 있을 것 이다.
감사의 글
본 연구는 산업통상자원부, 한국산업기술진흥원, (재)제 주지역사업평가원의 지원으로 수행된 광역경제권 선도산업 육성사업의 연구결과 중 일부입니다.
References
