도심지 터널 교차나 저토피 터널, 불연속면이 존재하는 터널의 단면 혹은 편토압이 예상되는 터널.
- 천단변위, 내공변위에 의한 위험성
- 강관다단그라우팅, Forepoling 등을 통한 보강

천단부 보강 외에 측벽부의 응력 집중, 침하로 인해 굴착 시 안정성에 문제가 생길 수 있음.
- 각부의 보강 필요.

각부 보강의 효과

-       변형억제, 하중분산


각부 보강의 종류
-       단면 확대
-       Grouting, Pile 등을 이용한 지반 보강
-       Wing Rib 등의 보조 지보재 적용


적용 사례

저토피 터널의 상부 120도 이상만 개착하는 반개착 공법 카린시안(Carinthian Cut Method)와 원리나 적용이 유사함.
링컷, 다단벤치컷 등의 분할 굴착 공법과 함께 적용하여 막장면 안정성을 가져올 수 있음.

각부 지지력 산정 -> 수치해석 -> 응력에 따른 변위, 각부 보강재의 축력 등 산정.

Spring Line 기준 천단부 지보재 시공 후 하반 굴착 시 침하를 최소화 하고,
측벽 변위나 붕괴의 위험을 줄이기 위해 토사터널에 각부 보강을 적용할 수 있다.

도로 15m 이상 토사사면 : 붕괴발생 예측 (우기시)

1.     중력식 Soil Nailing : 일반적, 1.2m x 1.5m 간격 설치. (조밀, 공기/공비 증가) 단계별 그라우팅 필요 (3~6회) : 그라우팅 간 공극 발생, 품질저하 우려, 공기 증가(검사 통과 및 품질 보완을 위한 추가 그라우팅 작업 등)

2.     압력식 Soil Nailing : Packer 이용. 패커형성 -> 정착부에 그라우팅 (5~10 ksc), 그라우팅 유효직경 증가 20%, 인발저항력 증가. 1회로 정압 주입 : 공정 단순화 및 품질 향상. 설치 간격 1.5m x 1.5m. 설치 공수 감소

그라우팅 공법 지겹지만...

지반개량 공법
흙막이 저면 안정성 공법

고압친구들을 비교

RJP (Rodin Jet Pile) 공법 (3중관)
- 초고속 분사교반공법
- 물분사가 커지는 경우 W/C 를 증가시켜 강도를 저하시킬 수 있음. -> 주입량 증가, 공사비 증가
- 구근 지름 : 1000 ~ 3500 mm

- 압축공기로 파쇄 : Cavitation, 물 분사 : 20MPa. 물의 양을 최소화할 필요 있음.
- 3중관 경화재 분사 (40MPa)
- Slime 제거 필요. Slime 상부로 유도/배출.

- JSP (Jumbo Special Pattern) : 물없이 2중관에서 Air + 경화재로 구근형성. 20Mpa



SIG : Super Injection Grouting,

200~500 ksc 고압수로 파쇄대 내부 점토분을 지표로 배출. 그 자리를 고압으로 시멘트로 채움. Curtain 형식의 적용 : 용해작용 방지. D 1.2m, L 30m, 2m spacing.
- RJP 와 비슷하지만 더 강하게
- 파쇄대 사이 암반과 일체화되는 효과도 있음. 대부분 배출, 배출되지 않으면 시멘트 페이스트와 결합되어 Concrete 와 같은 역할.
- 3중관 (압축공기(7~12ksc), 고압수(500~800ksc), 주입재(50~150ksc))

확인 방법
- 주입공 외곽에서 조사 (주입 범위, 상태 조사 – 시추, Topography, 탄성파속도)
- 지반강도 증가확인 조사 (시추-일축압축강도, 탄성파속도, 탄성계수(정적, 동적))


여기 있는 내용과도 많이 겹치니
그만 좀 까먹거라-!

https://huedor2.tistory.com/618

예전에는 그물망식 뿌리말뚝이라고 하고
요즘에는 마이크로 파일이라고도 합니다.

약간의 차이점도 있지만 강봉 삽입만 하거나
삽입 후 그라우팅 쳐서 말뚝체로 사용하거나 지반개량을 목적으로 합니다.

1. 구조물 설치를 위한 지반 관련 설계/시공 방법
- 지반 개량 (다짐, 압밀)
- 주입, 분사, 침투 (고결제 등)
- 지중 구조체 (말뚝 등)
- 직경 30cm 이하의 비변위 말뚝
- 근접구조물 영향 최소화
- 진동과 소음 최소화
- 마찰력으로 외부하중 지지 : 토사층 마찰력 무시
- Lock Nut 과 Steel plate 로 기초체와 연결
- 선단지지력 무시.
- 단말뚝,군말뚝 or 그물망식 뿌리 말뚝
- 그라우팅 방법 : 1 stage, packer(다단), 중력식

2. 그물망식 뿌리말뚝 (Reticulated Root Piles, RRP) 공법
1. 설명 (설계 기준 FHWA 사용)
- 나무의 뿌리와 같은 역할을 제공하기 위한 공법
- 소구경 말뚝 (75mm~250mm) 의 저항체를 지중에 형성하여 흙을 개량
- 마이크로 파일 (Micro Pile) 과 유사. (지반 거동 측면)
- Stone Column 과 비교 가능.

2. 구성
- 천공 (Rotary, Percussion) – 필요한 경우 casing, slime 처리 위한 Bentonite
- Cap Beam
- 앵커(말뚝)체 – D10~20 이형철근 or 철망/튜브 사용
- 그라우팅 (필요 시 혼화제)
- Casing 제거
- 인발시험


3. 사용처
- 기존 구조물 보강 : Underpinning
- 사면안정
- 흙막이
- 옹벽
- 보강재 삽입의 방향성이 중요.

4. Mechanism
- 지반과 하나의 강성체가 되어 거동 (상부구조물)
- 소형 장비로 간편하고 비용이 적음. (대구경 적용 시 장비, 공기, Risk 등이 커짐.)
- 소음, 진동, 환경, 기존 구조물 영향이 적음.
- 수동말뚝 형태로 변위가 발생하지만, 침하나 변위에 즉시 반응한다.
- 개착 공법 시 안정성 확보
- Rock Bolt 대용으로 사용. (불안정한 흙 보강 가능)
- 지지력 산정 (주면 마찰력) 가능하지만, 무리말뚝의 효과로 횡력이나 인장력에 더 강점을 가짐. (2~3D 기준)
- 무리말뚝 시 Single 말뚝의 지지력 합보다 더 큰 값을 가질 수 있음. (3~7D)
- 개념만 확인하고 안전율 개념으로 무시하는 것이 좋음.


5. 기술 개발
복합마이크로파일(말뚝)

선회식 파일(말뚝)
- Helical Pile : 나선형 원판을 부착하여 회전력을 관입력으로 변환하여 전달/관입
- 무소음, 무진동
- 나선형 원판에 의한 선단지지력 확보 가능

오늘은 그라우팅 공법 중 한 회사의 공법을 소개합니다.

공법의 종류는 아래를 참조하시면 좋을 것 같고

약액주입, 차수, 그라우팅, 분사치환 (LW, SGR, JSP, SIG 공법) - https://huedor2.tistory.com/m/618

좋은 Procedure 접근이 이제 4차 산업혁명과 이어지면 더 좋은 성과로 이어질 것 같네요.

Soletanche-bachy 회사의 방법.
한국에서는 범양 쏠레땅스 라는 방식으로 합작을 한 것으로 알고 있습니다.

Computer based Automated grouting method.

불어인 것 같은데 계속 적응은 안되지만

지질조사 : ENPASOL – 지반의 상태를 기록하는 전자장비를 탑재시킨 천공기로 지반을 천공하면서 천공기에 걸리는 여러가지 토질 parameter를 천공기에 부착된 센서를 통해서 감지. ELISE 에 전송되어 Computer 로 분석. 시공 전후로 분석. 지하공동 및 균열의 위치 확인.

설계 : CASTAUR – 프로그램에 입력하여 pattern 결정. (Drilling Machine, Pressure, 지하수위, 투수계수 등을 고려한 결정)

시공 : SINNUS – 주입펌프의 조정 (프로그램 이용), 주입상태 모니터링. 한계치 도달 시 자동 주입 정지. Hydrofracture 방지.

분석 : CHAIRLOC

ENPASOL 을 통해 이런 값들을 얻을 수 있다고 합니다-!

공법은 끊임없이 개발되어야 합니다- 주욱--!

석회암 지대 : 동부, 중부 내륙 산간지대

포항쪽은 이암, 셰일이 많이 분포됨.

석회암의 위험성

- 공동, 층리, 낮은 지지력, 침하(부등침하), 측방유동 (하중>지지력(극한/Fs))
- 불연속면
- 지하수에 의한 화학적 풍화
- 용해 : CaCO3 + H = Ca + H2O + CO2 (산성인 경우)
- 용해 : CaCO3 + H2CO3 = Ca + 2HCO3 (CO2 에 의한 용해, 침식)

대책

- 말뚝(CIP, Micro, etc.), 고압분사주입(SIG, RJP, 치환 가능), 고압분사(Jet Grouting, JSP, 점토와의 교반 단점), 치환
- 지반조사 : 시추, SPT, ER, GPR, Crosshole/Downhole, GeoTomography, NX 사용(육안 확인 필요.)
- 내부마찰각 (Dunham) : pi = sqrt(12N) + 15 (둥근, 균등) ~ 25 (거칠, 입도양호)
- 말뚝이 일반적으로 편하지만, 1%에 해당되는 정재하 시험으로 모든 것을 대표하기는 어렵워, Risk 가 존재하므로 다른 공법이나 시험과 병행하는 것이 좋다.

안정성 검토 : 하중조건/지반상황(탄성계수, 지층구조파악) 비교 -> 지지력, 침하량 -> 보강 -> 반복
(필요 시 역해석)

댐은 중력식, 콘크리트, 필댐 등으로 구성됨.

기초처리 : 그라우팅, LUGEON

1. 목적 : 기초지반 개량, 차수, 균질, 지지력

2. 그라우팅 공법 (그림 필요. 주로 암반층)
A. CURTAIN : 차수, 파이핑 방지, 상류측, 간격 1.0~3.0m, 깊이 d=H/3+C or 0.5~1.0 H 25~40m, LUGEON 1 이하. 5~30 bar (길고 듬성)
B. BLANKET : 차수, 암반 균질, CURTAIN 과 CONSOLIDATION 사이, 표면 1~2 bar, 5m
C. CONSOLIDATION : 댐체 하부, 간격 1.5~5.0m, 깊이 5~15m, LUGEON 2~5, 5 bar 이하. (짧고 촘촘)
D. CONTACT : 댐과 기초 암반 사이 공극을 채움.
E. RIM : 댐 주위 암반의 차수
F. 재료 : 아스팔트, 벤토나이트, 시멘트

3. 연약층 : DOWELLING 공 등 (콘크리트로의 치환)

Soil Nailing, 지반개량, 흙막이, 사면, 댐체

단층 파쇄대의 보강방법
- Soil Nailing 과 같이 연약한 부분에 Anchor 를 심고 콘크리트로 치환
- 연약토, 파쇄대를 채워넣는 방법으로 지반 강화
- 마찰저항력 증대
- 기본적으로 Concrete 를 치환하면서 Dowel bar 를 심어 전단력과 마찰력을 증대시키는 역할.
- 추력전달공 (Thrust block) : 댐의 거동을 암반까지 전달. Block 이나 Arch 형태.
- 암반 PS 공 : 암반과의 연결 (강봉 등)
- Grouting 과 같은 개념이나 부분적으로 취약한 부분을 보강할 수 있음.

4. 특수그라우팅 : LW, JSP, SGR, 주입압력, 깊이, 주입량 등으로 설계 후 시공관리

5. 앵커

6. 경제성 고려 필요, 세부적인 지반조사 기반 필요.

7. 시공순서 : TEST (LU), RQD, CORE -> 그라우팅 주입 -> 개량효과 확인 (check hole)

필댐의 구성 : 누수, 파이핑 관리 필요.
- 세굴방지 매트
- 차수ZONE, 반투수ZONE, 투수ZONE, 표면사석, 표면차수벽

LUGEON
- 10Q /PL, 10kg/cm2, 1m, 10분 동안 통과하는 Quantity (liter)

키워드 : 연약지반 개량, 차수, 그라우팅, 약액주입, LW, SGR, JSP, 기초 저면 보강.
(기본 작업) 지중에 주입관이나 Rod 를 삽입하고 주입관을 통해 Mixing Plant 에서 혼합된 주입재 (시멘트 밀크 or Grout) 를 펌프로 주입하여 원지반에 주입재가 침투주입 또는 강제 교환되어 차수나 지반개량 확보.
1 x 10-4 cm/s 이상의 투수계수는 투수층으로 본다.
1. LW (Labies Wasser Glass 독일어) (1.5 shot)
- 규산소다 용액, 시멘트 현탁액 혼합
- 시멘트 : 큰공극, 규산소다 : 적은공극
- 지중에 Cement Milk
- 고결강도가 높다. 저압침투공법. 10kg/cm2
- 공사비 저렴, 주입효과 확실, 시공관리 확실, 주입관이 보전되어 재주입가능
- 실트, 점토에 안좋음, 장기간에 단점, 외력 저항에 단점. 재료 손실 발생.
- 시공 중 진동, 소음 적음. 자립식은 불가
- 천공 - 케이싱 삽입 (75mm) - Manjet Tube - 케이싱 인발 - Packer - 주입 (배합 후)

2. SGR (Space Grouting Rocket) (2.0 shot)
- 이중관, 선단장치, Space 에 밀어 넣음.
- D40, 급결/완결주입 복합. (급결 Shotcrete 와 같은 역할, 완결 Gel 화)
- 이중관 삽입, Casing partially 인발, 선단장치 통해 단계별 그라우팅
- 넓은 면적 저압 주입(5kg/cm2), 인접구조물 영향적음.
- 주입관 회전하지 않아 Packer 효과 확실.
- 강도는 부족, 점토에서 어려움, 물유리계 용탈현상 주의.

용탈현상, Leaching 현상 - https://huedor2.tistory.com/m/572

- 경사 시공용이, 장비간단, 지반개량보다는 차수.

3. JSP (Jumbo Special Pattern)
- 고압(200kg/cm2), 교반혼합(회전), 500mm 개량체 형성(고결말뚝)
- 시멘트 밀크 (환경오염 적음.) (유기물, 황산염 조심) (Portland Ordinary Cement-I 사용, W/C=1.0)
- 장비 : 발전기, 압축기, Mixer, Plant
- 순서 : 시추 -> 노즐삽입 -> Cement Paste, Air 분사. 시험 시공 필요.
- 주변 영향적음. 소형장비, 장비 근접 가능, 차수효과 큼. 소음, 진동 없음. Underpinning.
- 강도가 크고, 기초보강에 좋음, 고가, 슬라임 발생.
- 사질지반 주로. (N<30),

4. Jet Grouting
- 400 kg/cm2 고압수, 에어제트

5. SIG (Super Injection Grouting)
- 초고압수와 Air 를 분사하며 지반 절삭. 고압분사 교반(시멘트 밀크)
- Soil Cement Pile 조성 (D1000~2000)
- 확실한 개량, 공사비 고가, 슬라임 발생 및 처리가 관건

1,2 번을 주로 약액주입 공법,
3,4,5 번을 주로 분사치환공법이라고 일컬음.

친환경을 위한 공법

EGM : Eco-friendly Grouting Method : SGR 과 비슷. (2중관, 저압), 재료를 달리하여 용탈율을 2% 이내로 관리. 분말도가 높아 침투 탁월, 겔타임 유지. (SGR 용탈에 의한 환경오염문제) CTC500, D600

관련 키워드 : 용탈현상, Leaching 현상, 예민비, 액성한계, 약액주입공법, 어스앵커, LW grouting, 점토, 해성점토

1. 정의 : 지중 간극수 중의 염분이 지하수위 상승 등 담수유입에 의해 용해, 유출하는 현상. = leaching, 입자사이의 화학적 부착력이 저하되어 전단강도도 저하, 압밀침하, 투수계수, 민감도 등에 영향. 침하발생.

2. 용탈현상에 의한 변화
- 점토의 간극비, 투수계수 감소,
- 압축지수 증가 (Cc = 0.009(LL-10))
- 해저 점토가 지반의 융기로 생성되는 경우, 예민비가 크고, 강도가 적고, 교란에 약한 상성 형성. (해성점토 = 퀵클레이)
- 예민비 8이상 퀵클레이, 64이상 엑스트라 퀵클레이
- 자연함수비가 액성한계보다 큼.

3. 용탈현상의 해석
염분농도가 일정부분 이상 커지면 예민비가 극도로 커짐.
(예민비란 자연/교란 일축압축강도)
염분농도가 커질수록 액성한계가 낮아짐.
물유리계 그라우팅이 주성분인 실리카(SiO2)가 빠져나가면서 압축강도 감소, 투수계수 증가 하는 현상

4. 용탈현상의 대책
- 지하수위 관리
- 조사, 측정으로 예민비가 높은 토사의 경우 치환, 약액주입 등으로 지반개량
- 차수벽 설치 후 시간의 경과에 따라 Silica 성분이 빠져나가는 것도 Leaching
- 나트륨 이온을 줄인 고강도 그라우팅 자재 -> 실리카 용탈 줄임.
- 영구적인 약액주입 목적의 공유 용탈에 의한 내구성을 설계에 반영 필요.
- 중성실리카졸, 우레탄계 사용, 시멘트 위주의 혼합 공법, MSG(Micro Silica Grouting), 농도를 높인 고강도 혼합제 사용. 수분 최소화. 밀실 충전.