밀크그라우팅 종류

    대구 지엔지 개발 그라우팅

 

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물유리 용액과 시멘트 현탁액을 혼합하면 규산수화물을 생성하여 겔(gel)화 한다. 이러한 현상에 착안한 독일의 Hans Jahde 교수는 희석된 물유리 용액과 소량의 시멘트를 혼합한 다음 일정시간 을 기다려 뜬 물을 취하여 1숏트(shot)방식으로 주입하는 이른바 LW공법을 개발하였다. LW는 ` 불안정 물유리`를 의미하는 독일어에서 인용한 약칭이다. 따라서 LW공법이란 개발된 주입재의 명칭에 따라 명명된 것이며, LW재를 사용하는 주입공법을 뜻한다. Jahde의 방법은 이론상 합리적 이며 침투효과도 양호하나, 시멘트가 침전하는 동안은 주입할 수 없는 점, 겔타임이 30~60분 정도 로 길어 급결형으로 이용할 수 없고 겔타임의 조절이 어려운 점, 시멘트를 제외하고 위에 뜬 물만을 주입함으로써 재료가 낭비되는 점 등의 결점이 있다.이와 같은 결점을 보완하여 1961년 일본에서 ILW공법(개량형 LW공법)을 개발하였는데 이 ILW 공법이 현재 널리 이용되고 있으며 통칭 LW 공법으로 불리고 있다(이하 LW로 표기). 이 방법에서는 1.5Shot 방식에 의해 물유리 용액과 시멘트 현탁액을 주입하므로 겔타임의 조절이 비교적 용이하고 종래의 LW공법과는 달리 재료의 낭비도 적다. 일반적으로 주입재의 혼합방식으로는 1.5Shot 방식, 주입관 설치방식으로는 단관 Rod 주입방식, Strainer 주입방식, 이중관 Packer 주입방식 등에 의해 주입되고 있다. 최근에는 맨젯튜브 (Manchette Tube)를 이용한 주입방법이 주로 사용되고 있다.

SGR(Space Grouting Rocket System)공법은 ø40.5mm의 이중관 주입 로드로 소정의 깊이까지 천공한 후 급결 주입재와 완결 주입재를 복합 주입하여 지반내 공극을 충진하는 공법으로 기타의 주입공법에 비해 양호한 차수효과를 기대할 수 있다. 급결 주입재는 지반내 대공극을 충진하여 다음 단계에 주입 되는 완결주입재가 목적범위 밖으로 유실되는 것을 방지하며 완결 주입재가 겔화 되기 전까지 액상을 유지하여 미충진 미세공극으로 침투된다.특수한 선단장치(Rocket)에 의해 주입관 선단에 공간을 만들고 이 공간을 통해 저압으로 이중관 복합주입을 하며, 차수벽, 연약지반개량, 기초보강 등에 적용할 수 있다. 천공후 로켓발사로 유도주입을 위한 유도공간을 형성한 후 복합주입을 하게 된다. 유도공간을 이용한 이중관 저압 주입이다. 3조식 교반기가 부착되어 있으므로 급결성(shot gel time 6-12sec), Medium Gel Time(50-90sec)   및 완결성(Long Gel Time 60sec-15mim)그라우트의 연속적이고 복합주입이 쉽게 된다. 그라우트 주입 중에는 주입관의 회전이 없으므로 Packing 효과가 크고 매 단계마다 확실한   그라우팅이 된다. 유도공간을 만든 후 그라우트를 복합 주입함으로써 지반융기를 막을 수 있다. 자연상태의 토립자는 교란되지 않고 전체 대상지층의 간극수만 치환하게 된다. 중저압 침투주입 (4-8㎏/㎠)이므로 지하시설물이나 주변 구조물에 대한 영향을 미치지 않는다. (1)천공 지반개량에 필요한 위치에 보링머신(BORING MACHINE)의 이동, 설치가 완료되면 이중관 롯드의   내관으로 착공수를 압송시 계획심도까지 착공한다. (2)천공완료 계획심도까지 착공이 완료되면 보링머신의 이중관 롯드의 외관으로 착공수를 보내면서 롯드를   1단계만큼 인발하면 특수선단장치(ROCKET)가 돌출하여 자연히 실린더 형태의 공간이 형성되며,   이때 1단계의 길이는 로켓이 돌출되는 길이와같은 상태로 맞춘다. (3)주입개시 내관과 외관을 통하여 주입한다. 필요에 따라서 급결성 주입재와 완결성 주입재를 반복으로 주입하는   복합주입을 실시한다. (4)S.G.R 시공 이중관 롯드 속으로(급결형 6-10초, 완결형 60-120초를 표준) 급결성, 완결성 주입재를 저압 주입한 후   50cm씩 상승시키면서 계획된 주입 상한선까지 시공한다 (5)시공완료 주입 상한선까지 주입이 완료되면 이중관 롯드를 인발하여 천공수를 이중관 롯드 내부로 보내   청소한 후 다음위치로 이동한다.

고압분사공법은 대기압의 보통 200~500배 정도인 초고압력의 유체로 구성된 Jet분류의 에너지로 지반을 절삭ㆍ파쇄시켜 생긴 공간에 지반을 개량하는 주입재를 충진시키는 공법이다. 장점은 지중에 인위적으로 만든 간극에 경화재를 충진 시키기 때문에 인접 건물이나 지하 매설물에 미치는 영향을 상당히 감소시킬 수 있다. 또한 경화재의 밀도가 높기 때문에 지중에 다소의 유속이 있어도 유실되지 않는다.

고압분사공법은 분사 메커니즘, 사용기계, 분사압력, 시공방법에 따라서 다음과 같은 3가지 공법으로 분류할 수 있다.

(1)주입재 분사방식

단관을 사용하며 경화재를 고압으로 분사 시켜 지반을 세굴하고 세굴토와 경화재를 기계적으로 교반,  혼합 시켜 지반 개량체를 조성하는 공법이다. (CCP 공법)

(2)주입재, 공기 병용 분사방식

이중관을 사용하며 외주로부터 압축공기를, 중심으로부터 경화재를 고압으로 분사시켜 지반을   세굴하여, 세굴된 흙과 경화제를교반ㆍ혼합시켜 지반 개량체를 조성하는 공법이다. (JSP공법)

(3)주입재, 물 및 공기 병용 분사방식

삼중관을 사용하며 공기와 물을 고압으로 분사 회전시켜 지반을 세굴 파괴하고, 이것을 지표면에 배출시켜 지중에 인위적인 ..공간을 만든다. 하단부터 경화재를 충진시켜 지반 개량체를 조성하는 공법이다. (Trevi Jet 공법 등)

MSG(Micro Silica Cement Grouting)공법은 주입재와 주입장치를 동시에 개량한 첨단 주입공법이다. 주입재는 평균입경3∼7㎛ 의 마이크로 복합 실리카를 주성분으로 사용하기 때문에 고침투성, 고강도성, 고내구성 및 환경친화성을 특징으로 한다. 또한 실리카 함량과 겔타임 조정재를 이용해서 겔타임을 3∼5초의 초급결에서 5∼7분의 초완결성까지 폭넓게 조정할 수 있다. 주입방식은 2.0 shot방식 의 주입 선단장치를 선택적으로 사용할 수 있기 때문에 복잡한 출수(出水)상황과 호층(互層)지반에서도 효과적으로 대응할 수 있는 맞춤형 그라우팅이다. MSG공법은 고침투·고강도·고내구성 및 환경친화성 및 저압 침투주입을 특징으로 하는 마이크로 복합 실리카계 주입재를 사용하는 첨단 약액 주입 공법이다. MSG공법은 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 2중관 주입방식은 순결성 그라우트와 침투성 그라우트를 반복하여 선정할 수 있는 2.0 shot공정을   기본으로 하며, 더블 패커 슬리브 주입방식은 고탄성 슬리브를 통해서 원판상(圓板狀) 인공 유선이   형성되므로 주입재를 균질하게 분사 침투시킬 수 있는 1.5 shot공정을 기본으로 한다. 주입 스탭 길이가 종래 50cm에서 33cm로 단축되어 침투의 중복도가 커지므로 실트질 점성토나   조밀한 지반에서도 주입효과가 우수하다. MSG공법의 복합주입은 지반특성이 다양한 복수 지층에서 각 지층에 적합한 순결형과 완결형의  주입재와 시공방법을 단계적으로 적용함으로써 균질한 지반개량이 가능하다. MSG공법은 최대입경 10㎛ 이하의 마이크로계 분체를 현탁액형으로 사용하기 때문에 세립질 모래지반  은 물론이고 실트질이 소량 함유된 실트질 모래지반까지도 침투주입이 가능하다. 보통시멘트 현탁액은 입자가 굵기 때문에 사질지반 에서 조차 완전한 침투주입이 불가능하고 유출구 주변에 뭉침현상(caking)이 발생하여 침투유로를 차단합니다. MSG 현탁액은 입자가 미세하기 때문에 어떠한 사질지반에서도 균질하고 완전한 침투주입이 가능합니다. 강도 발현성 및 내구성 : MSG약액의 호모겔 고결체는 고강도가 발현되고 장기 재령에서도 시편변형이 적기 때문에 내구성이 ..우수하다. 환경적 안정성 : 독극물, 위험물이 포함되어 있지 않기 때문에 중금속류가 검출되지 않고, 지하수에 의한 알칼리 용탈이 적기 ..때문에 pH상승이 낮고 식생환경에 미치는 영향이 적다. 약액주입공법 M.S.G공법(Micro Silica Cement Grouting) 지반천공후 2shot 방식으로 sleeve pipe에 double packer를 이용 주입재를 주입하는 저압 침투 공법이다. 15kg/㎠ 이하(통상 4~8 kg/㎠) - Micro Silica Cement - 실리카졸계 특수규산 점성토, 사질토, 사력층, 풍화대 - 사질토 : 10~30 kg/㎠ - 점성토 : 0.5~5 kg/㎠ - 침투주입효과 양호 - 지하수에 의한 용탈 억제로 내구성 우수 - 환경, 지하수 오염이 없음 국내 시공사례가 적음 흙막이 배면 차수그라우팅 히빙 및 파이핑 방지그라우팅 기초지반 보강그라우팅 터널 보강그라우팅 댐그라우팅(암반 및 풍화대) 건물기초 언더피닝 그라우팅 성토부 및 제방 기초그라우팅

Micro Pile은 50년대에 Italy에서 시작하여 전세계적으로 지반보강과 Pile의 대용으로 시공되어 왔다. 각 나라별 적용 목적과 범위에 따라 Mini-Pile, Micro Pile, Root Pile, Needle Pile, 그리고 Gewi Pile등으로 불리워지고 있다. Micro Pile은 250mm 이하의 직경의 모든 소구경 Pile을 칭하지만 간혹 150mm 이하의 직경을 Micro Pile, 150~250mm 의 직경을 Mini Pile 이라고 한다.1950년에 이탈리아의 Pile 전문 업체인 FONDEDILE사는 Root Pile(Pali Radice)을 개발하여 기존 건물의 보강 및 복원을 위해 사용하였다. 다른 기초공법에 비하여 마이크로 파일공법의 차이는 선단 지지보다는 주면 마찰력에 의하여 지지특성이 발휘되고 지반과 일체로 거동하여 지반개량효과도 얻을 수 있다는 것이다. 또한, 지반 그라우팅도 병행할 수 있으며, 소형장비를 사용하기 때문에 협소한 공간에서도 시공이 용이한 장점이 있다.

Micro Pile은 파일체 구면의 마찰력에 의해 압축력과 인장력을 지지할 수 있는 Pile로서 시공 목적에 따라 구조물 지지 파일(Bearing Pile), 지반 보강용 파일(Soil Reinforcement Pile), 인장용 파일(Tension Pile)로 구분할 수 있다. 또한 Micro Pile의 거동에 따라서 개개 말뚝지지, 복합체 지지말뚝로 구분할 수 있으며, 그라우팅 시공방법에 따라서 4종류로 구분되기도 한다.

Micro Pile의 설계개념은 일반적인 말뚝 설계개념과 크게 다르지 않으나 일반적으로 선단 지지력을 무시하는 것이 큰 차이점이다.Pile의 지지력은 외적인 요인(지반에 관련)에 의해 결정되나, Micro Pile은 내적인 요인(파일체의 성분)에 의해 파일체의 허용하중이 정해지므로 외적인 요인과 내적인 요인을 동시에 고려하여 설계에 반영해야 한다.

보강재(Reinforcement Steel) Pile체의 단면이 작기 때문에 보강재는 작은 단면에 비해 큰 하중 즉, 인장력이나 압축력을 받을 수 있는 재료를 선택해야 한다. 국내외에서 널리 이용되는 보강재로는 철근 Cage, High Strenth Bar, Steel Pile, Gewi Bar, Dywidag Bar 등이 사용되며 설계목적과 현장상황을 고려하여 적합한 보강재를 선택하여 이용한다.

GroutGrout GroutGrout는 작용하중을 지지하는 역할보다 보강재가 지내력을 발휘할 수 있도록 하는 역할과 좌굴현상을 방지하는 역할에 더 큰 비중을 차지하고 있다.Grout의 성질에 영향을 미치는 요인은 Cement배합비이다. Bleeding, Grout재의 극한강도, Plasticity은 물의 배합량에 따라 달라진다. 과다한 물의 배합은 Bleeding, 강도저하, 수축성 증가, 내구성 저하 등의 원인이 된다. 그러므로 충분한 유동성을 가지며 최대의 강도가 발현할 수 있도록 물배합비를 정해야 한다. 일반적으로 Micro-Pile의 w/c비는 45%~55%이다.

Grout-보강재 결합력 Micro pile에 하중이 가해지면 하중 전달은 일차적으로 보강재에 전달되어, 보강재와 Cement Paste의 결합력에 의해 지반에 하중을 전달한다. 일반적으로 보강재와 Grout의 결합력은 지반과 Grout와의 강도보다 상당히 큰 값을 가지므로 Micro-Pile체의 설계는 크게 고려하지 않는다.

Grout-Ground Bond 직경 30cm 이하인 소구경 Pile에서는 하중전달은 선단지지 보다는 주로 Pile의 주면마찰력에 의해 하중이 전달된다. 일반적으로 주면 마찰력이 발휘되기 위해 필요한 Pile의 변위는 선단지지력을 발생시키기 위한 변위보다 20~40배 정도 작다, 그러므로 Pile 선단부분의 지지력을 설계시 고려하지 않는 것이 바람직하다.

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