KR20120050010A - 연약지반의 흡입배수 보강방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관거 매설을 위한 연약지반의 보강 방법에 관한 기술이다.
본 발명의 과제는 연약지반 중의 간극 수를 효과적으로, 단기간 내에 배출할 수 있는 연약지반 보강 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기목적달성을 위하여 연약지반에 모래 여과층을 형성하고 모래 여과층의 내부 중앙에 내부 흡입관을 설치하고, 내부 흡입관은 진공펌프에 연결한 흡입배관에 연결하여, 진공펌프를 가동하여, 연약지반 중의 간극수를 단기간 내에 효과적으로 배출하도록 하였다.
본 발명은 시공이 용이하고 경제적이며 단기간 내에 연약지반을 보강하는 효과가 있다.

Description

연약지반의 흡입배수 보강방법{A Reinforcement method of weak stratum use of suction drainage}

본 발명은 하수도 또는 상수도 시설의 공사에 있어서, 연약지반을 보강하는 연약지반의 보강기술이다.

연약지반을 보강하는 방법은 매우 많은 기술이 사용되고 있다.

연약지반 보강 방법을 대별하면 지반 자체를 보강하는 방법과 파일을 박아서 지지력을 확보하는 방법으로 구별할 수 있다.

사용목적으로 구별하면 지반 위에 건축물 등 무거운 인공공작물을 축조하는 경우와 작업현장에 장비가 접근하거나 작업성을 좋게 하거나 비교적 큰 지지력을 필요로 하지 않는 지반 보강의 경우로 구별할 수 있다.

파일을 박는 방법은 큰 지지력을 확보하는데 가장 확실한 보강방법이지만, 비용이 많이 든다.

지반 자체를 보강하는 방법은 지반 내의 간극수를 배출하여 지지력을 높이는 방법이 주로 사용되고 있고, 소규모의 경우는 양질의 토사로 치환하는 방법도 사용된다.

상수도 또는 하수도 공사에 있어서 소규모 장비 설치나 마을 하수도 시설같은 작은 규모의 하수처리장 시설은 큰 지지력을 요하지는 않지만, 많은 공사현장이 연약지반 지역에 있고, 그 시공기간이 짧은 경우가 많다는 것이다.

따라서, 여 성토에 의한 압밀을 이용한 방법 등 장기간이 필요한 연약지반 보강공법은 적용이 어려운 경우가 많고 파일로 보강하는 방법은 비용이 과다하게 소요되는 경우가 많다.

보통의 샌드 드레인이나 페이퍼 드레인 방법도 여성토를 필요로 하므로, 역시 시간적 제한으로 적용이 어렵다.

빠른 보강방법으로 흡입배수(suction drainage))방법이 사용되고 있으나 종래의 방법들은 특수 토목 섬유의 팩을 이용하거나 투수 중공말뚝 또는 특수제작한 흡수 판을 이용하여 연약지반 중의 간극수를 배출하기 때문에 비용이 많이 들고, 공사자재의 조달기간이 길고, 미세점토입자가 투수재의 공극을 막아서 간극수가 잘 배출되지 않는 문제가 있었다.

또한 샌드 드레인 방법을 사용하고, 샌드 드레인과 샌드 드레인 간의 간극수 배출이 잘 안 되는 중간위치에 별도로 생석회 말뚝을 설치하여 생석회의 화학적 물리적 성질을 이용하여 간극수를 제거하는 방법도 사용되고 있으나 이 경우는 샌드 드레인 외에 별도로 같은 수의 생석회말뚝을 설치해야 하기 때문에 시공비용이 증가한다.

또한 흡입배수속도는 비교적 느리기 때문에 시간이 걸리는데 이 기간 동안 계속하여 진공펌프를 가동하여 동력비가 비싼 문제도 있었다.

본 발명은 자연여과재료와 흡입장치를 이용하여, 연약지반 중의 간극수를 단기간에 효과적으로 배출시키고 경제적인 연약지반 보강방법을 제공하는 것이다.

연약지반 속으로 필요한 길이까지 관입하는 외부 케이싱을 관입하는 단계:

상기 외부 케이싱의 내부 중심에, 다공성의 내부 흡입관을 부설하는 단계;

상기 외부 케이싱과 내부 흡입관의 사이에 형성된 공간에 여과재를 충전하는 단계;

여과재의 충전이 완료된 후 외부 케이싱을 연약지반으로부터 들어내어 분리하는 단계;

상기 여과재의 상부를 밀봉재로 밀폐하는 단계:

상기 내부 흡입관의 상부를 진공 펌프가 부설된 흡입배관에 연결하는 단계;

진공펌프를 가동하여, 연약지반 중의 간극수를 배출하는 단계;

간극수 배출이 완료된 다음 상기 흡입배관을 제거하고, 내부 흡입관을 들어내는 단계; 및

내부 흡입관을 들어낸 공간을 되메우는 단계로 구성한 것을 특징으로 하는 관거 매설을 위한 연약지반의 보강 방법을 제공한다.

본 발명은 구하기 쉽고, 충전작업이 쉬우며, 투수성이 양호한 모래와 다공성 관으로 구성한 내부 흡입관을 사용하여 진공펌프에 의하여 연약지반 중의 간극수를 단기간에 배출할 수 있어서, 지반의 변동에 대하여 안전하며, 연약지반을 단기간에 보강하여, 경제적이고 공사기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

제1도는 본 발명의 구성상태를 나타낸 예시도.
제2도는 본 발명의 생석회 말뚝을 적용한 예시도.
제3도는 본 발명의 생석회말뚝의 효과를 나타내는 평면도.
제4도는 본 발명의 지면에 차폐 막을 설치한 예시도.
제5도는 본 발명의 내부 흡입관의 구성을 나타낸 예시도.
제6도는 본 발명의 흡입배관 내의 압력변화상태를 나타낸 예시도.

제1도와 같이 연약지반(가)에 일정한 간격으로 외부 케이싱(10)을 설치한다.

외부 케이싱은 오거식 타설기를 이용하여, 연약지반을 파내면서 외부 케이싱을 소정의 깊이까지 수직으로 관입한다.

외부 케이싱의 설치가 완료되면, 외부 케이싱의 중심에 수직으로 다공성의 내부 흡입관(20)을 같은 깊이까지 수직으로 부설하고, 중심이 움직이지 않도록 상부를 임시로 고정한다.

내부 흡입관은 지면으로 돌출되도록 연장하여 설치하고 지면과 가까운 부분부터 돌출부위는 관의 벽면에 구멍이 없게 한다.

상기 작업이 완료되면, 여과 재(30)를 외부 케이싱(10)과 내부 흡입관(20)의 사이에 형성된 공간에 충전한다.

여과 재는 2~5mm의 유효 경을 가진 비교적 굵은 모래를 사용하는 것이 바람직 하나 연약지반의 특성에 따라 여과재의 유효경은 변경할 수 있다.

여과재의 충전이 완료되면, 외부 케이싱을 타설기를 이용하여 들어올려서 제거하고, 외부 케이싱과 내부 흡입관의 사이에 충전한 여과재의 상부를 제1도와 같이 밀봉 재(40)로 밀폐한다.

밀봉 재는 무근 팽창 콘크리트나 소일 시멘트를 사용하는 것이 바람직하며, 나중에 내부 흡입관(20)의 인발이 용이하도록, 내부 흡입관과의 접촉 부는 이형 재나 탄성체를 삽입하는 것이 바람직하다.

상기 작업이 완료되면, 연약지반 상에 흡입배관(50)을 부설하고, 흡입배관의 끝에는 진공펌프(60)를 연결하여 설치한다.

상기 흡입배관(50)과 각각의 내부 흡입관(20)의 상부를 기밀이 유지되도록 연결한다.

상기 작업이 완료되면, 진공 펌프를 가동하고, 진공펌프가 가동되면 내부흡입관 내의 압력이 저하하면서 진공상태가 되기 때문에, 연약지반 중의 간극수가 여과재를 통하여 내부 흡입관 내로 빨려들어 오고, 이 간극수는 흡입배관(50)을 거쳐서 진공펌프를 통하여 외부로 배출된다.

상기와 같이 진공펌프를 가동하면서, 연약지반 중의 간극수가 배출되는 정도를 측정하여 적정한 지반 강도가 확보되면, 진공펌프의 가동을 중지하고, 흡입배관(50)을 제거하고, 내부 흡입관(20)을 타설기로 들어올려서 제거하고, 내부 흡입관을 제거한 공간을 흙이나 모래로 충전하면 연약지반 보강이 완료된다.

연약지반의 특성에 따라서는, 상기와 같은 연약지반 보강방법만으로는 필요한 지반 강도를 얻는데 장기간이 소요되거나, 지반의 함수 비를 더 낮추기가 어려운 경우가 있다.

이런 경우에는 상기 작업중 흡입배관(50)을 하나 건너 하나씩 교대로 제거하고, 제거된 내부 흡입관(20)의 내부에 입상 또는 분말형태의 생석회를 충전하여 생석회 말뚝(70)을 형성한 다음, 타설기를 이용하여 내부 흡입관을 들어올려서 제거한 다음 제2도와 같이 상기 생석회 말뚝의 상부를 밀폐한다.

상기 작업이 완료되면 진공펌프를 가동하여 남은 내부흡입관을 통하여 연약지반 중의 잔여 간극 수를 흡입하여 배출한다.

상기와 같이 하면, 제3도와 같이 생석회는 연약지반 중의 간극수를 흡수하여, 수화작용으로 열을 발생하고, 체적이 2배 이상 팽창하면서 주변의 연약지반에 압력을 가하므로, 연약지반 중의 잔여 간극 수는 상기 생석회 말뚝에 의하여 발생하는 압력과 남아 있는 내부 흡입관의 흡인력이 상승작용을 하여, 급속하게 남아 있는 내부 흡입관 쪽으로 이동하여 배출된다.

상기와 같이 생석회 말뚝의 주변은 수화작용으로 팽창한 후 시간이 경과 하면서 경화되어 견고한 말뚝을 형성하고, 압력을 받아서 단단해진 주변의 지반과 함께 지반의 강도가 증가한다.

또한 남은 내부 흡입관 주변의 넓은 부분의 지반은 상기 생석회 말뚝의 압력작용과 내부 흡입관의 흡입작용으로 연약지반 중의 간극 수가 더 배출되었기 때문에 역시 지반의 강도가 더욱 증가한다.

상기 작업이 모두 완료되면, 지반 조건에 따라서, 남은 내부 흡입관(20을 제거한 구멍에 토사를 충전하여 되메우거나 더욱 큰 강도를 필요로 하는 경우에는 구멍의 내부에 생석회를 충전하여 생석회 말뚝을 형성한다.

제3도에서 중앙의 작은 원은 생석회 말뚝(70)을, A의 원은 흡입에 의한 간극수 배출(탈수) 영향범위를 표시한 것이고, B의 원은 생석회 말뚝 사용으로, 수화작용 및 화학작용으로 주변의 간극수를 흡수하고, 체적이 팽창되면서 주변의 연약지반에 압력이 가해지면서 추가로 간극수 배출 영향 범위가 확대된 것을 표시하고, 남은 내부 흡입관(20)에서 계속 간극수를 흡입하여 배출하는 것을 표시한 것이다.

지반의 토질구성에 따라서는 지표면에 통기성 지층을 가진 연약지반도 있다.

상기와 같은 경우에는 내부 흡입관(20)의 압력이 진공이 될 때, 지표면으로부터 공기가 빨려 들어와서 진공 형성이 안 되거나 높은 진공을 형성할 수 없거나 하는 제한 요인이 되고. 진공펌프의 용량이 필요 이상으로 과대하게 되는 경우가 발생한다.

상기와 같은 경우에는 제4도와 같이 지면에 차폐용 막(80)을 설치하고 차폐용 막(80)과 내부 흡입관(20)이 만나는 부분은 실리콘 등의 충전재로 밀봉하여 공기가 통하지 않도록 한다.

차폐용 막은 값이 저렴한 비닐 막을 사용하는 것이 바람직하나 재료에 특별한 제한이 있는 것은 아니므로 차폐성능을 가진 것이면 무엇이든 사용이 가능하다.

상기와 같이 하면 지반 조건에 관계없이 내부 흡입관의 압력을 높은 진공상태로 유지할 수 있어서, 간극 수 배출이 훨씬 빠르고 효과적으로 이루어지고, 공사기간도 단축할 수 있다.

내부 흡입관(20)을 단순한 다공성 관을 사용할 경우, 내부 흡입관의 내부에 남은 물을 100%제거할 수가 없어서, 내부 흡입관의 부설 깊이가 깊은 경우 내부에 남은 잔여 수가 지반 중에 다시 흡수되어 지반 강도를 낮추거나 생석회 충전시 급격한 수화반응으로 고열이 발생하여, 생석회 충전작업이 불가능하고 작업자의 안전이 위협받을 수 있다.

상기와 같은 문제를 방지하기 위하여 본 발명의 내부 흡입관(20)은 제5도와 같이 외부는 다공성 관(20a)로 형성하고, 내부는 중공 관(20b)으로 형성하고 캡(20c)으로 상부를 밀봉한다.

상기와 같이 구성하면, 내부 흡입 관(20)내에 흡입되어 고인 물을 바닥 부 까지 남김없이 배출할 수 있어서, 지반이 다시 연약해지는 문제도 방지되고, 생석회 충전시 급격한 수화작용에 의한 위험도 방지된다.

흡입배수 공법에서는 간극수 배수를 위하여 진공펌프를 계속 가동시키기 때문에 동력비가 많이 드는 단점이 있다.

본 발명에서는 진공펌프(60)의 직전 흡입배관(50)에 전기식 진공계(100)를 설치하고, 역지 변(90)을 설치하여서, 진공신호를 자동제어반(110)에 전송하여 진공계의 압력이 지정된 값 이하로 될 때에만 진공펌프(60)가 자동으로 가동토록 하여, 가동시간을 단축하여 전기료를 절감하였다.

흡입배관에 역지변(90)을 설치하고, 진공펌프를 주기적으로 가동할 때의 흡입배관 내의 압력변화 상태는 제6도와 같이 된다.

10 외부 케이싱
20 내부 흡입관
30 여과 재
40 밀봉 재
50 흡입배관
60 진공펌프
70 생석회 말뚝
80 차폐용 막
90 역지변
100 진공계
110 자동제어반

Claims (6)

1. 연약지반 속으로 필요한 길이까지 관입하는 외부 케이싱(10)을 관입하는 단계:
   상기 외부 케이싱의 내부 중심에, 다공성의 내부 흡입관(20)을 부설하는 단계;
   상기 외부 케이싱과 내부 흡입관의 사이에 형성된 공간에 여과재(30)를 충전하는 단계;
   여과재의 충전이 완료된 후 외부 케이싱을 연약지반으로부터 들어내어 분리하는 단계;
   상기 여과재의 상부를 밀봉재(40)로 밀폐하는 단계:
   상기 내부 흡입관의 상부를 진공 펌프(60)가 부설된 흡입배관(50)에 연결하는 단계;
   진공펌프를 가동하여, 연약지반 중의 간극수를 배출하는 단계;
   간극수 배출이 완료된 다음 상기 흡입배관을 제거하고, 내부 흡입관을 들어내는 단계; 및
   내부 흡입관을 들어낸 공간을 되메우는 단계로 구성한 것을 특징으로 하는 연약지반의 흡입배수 보강 방법.
2. 연약지반 속으로 필요한 길이까지 관입하는 외부 케이싱(10)을 관입하는 단계:
   상기 외부 케이싱의 내부 중심에, 다공성의 내부 흡입관(20)을 부설하는 단계;
   상기 외부 케이싱과 내부 흡입관의 사이에 형성된 공간에 여과재(30)를 충전하는 단계;
   여과재의 충전이 완료된 후 외부 케이싱을 연약지반으로부터 들어내어 분리하는 단계;
   상기 여과재의 상부를 밀봉 재(40)로 밀폐하는 단계:
   상기 내부 흡입관의 상부를 진공 펌프(60)가 부설된 흡입배관(50)에 연결하는 단계;
   진공펌프를 가동하여, 연약지반 중의 간극수를 배출하는 단계;
   간극수 배출이 완료된 다음 상기 흡입배관을 제거하고, 내부 흡입관 내에 생석회를 충전한 다음 내부 흡입관을 들어내는 단계; 및
   충전한 생석회의 상부를 밀폐하여 생석회 말뚝(70)을 형성하여, 생석회의 화학적 수화작용 및 팽창에 의한 물리적 압력 작용으로 추가로 간극 수를 배출하는 것을 특징으로 하는 연약지반의 흡입배수 보강 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 지면을 차폐용 막(80)으로 차단하여 높은 진공을 유지하도록 한 것을 특징으로 하는 연약지반의 흡입배수 보강 방법.
4. 청구항 2에 있어서, 하나 건너씩 지그 재그로 내부 흡입관에 생석회를 충전하고, 나머지 내부 흡입관은 진공으로 간극수 배출을 하는 것을 특징으로 하는 연약지반의 흡입배수 보강 방법.
5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 내부 흡입관(20)은 다공성 관(20a)과 중공 관(20b)로 구성한 것을 특징으로 하는 연약지반의 흡입배수 보강 방법.
6. 청구항 1에 있어서, 흡입배관(50)에 역지 변(100)을 설치하고 진공계(100)의 압력신호를 받아서 자동제어반(110)에서는 설정된 압력범위에서 자동으로 진공 펌프(60)의 가동과 정지를 하도록 한 것을 특징으로 하는 연약지반의 흡입배수 보강 방법.

Images