디록(D-ROG)공법 : 침하구조물 복원 및 지반보강

  

  디록공법 동영상(D-ROG)(지반 보강 및 구조물 복원 공법) - YouTube 

 

* D-ROG : Digitalized Restoring on Grout 

 

1. 개요

1) 기초 하부 소요 깊이까지 주입관을 설치하고, 중결성(겔타임 30~40초) 초미립자 그라우트재를 저압/침투시켜  지내력을 향상시키는 지반보강공법

2) 보강된 지반과 구조물 기초 사이에 급결성(겔타임 1~3초) 그라우트재를 다점·동시·가압 주입하여 침하된 구조물을 mm 단위로 복원하는 공법

 

공법 개요도

2. 공법 특성

 

 가. 부등침하 구조물 mm 단위 정밀 복원

 나. 내진/증축/리모델링 지반보강 : 지내력 30~60톤/M2 확보
 다. 다점·동시 주입으로 2차 불균등응력 발생 방지 및 공기 단축

 라. 장비 소형, 협소 공간 작업 가능 : 피트층, 지하층, 전기/기계실 등
 마. 초미립자 분말재(분말도 13,000㎠/g) 사용으로 침투성 우수 
 바. 구조물 사용 중 작업 가능
 사. 재료 강도/내구성 확보 : 팽창성 없는 무기질(시멘트계) 재료 사용

 

 

3. 공법 원리

 

 3.1 지반보강 원리 :

 디록공법은 초미립자 그라우트재를 침투, 압밀, 할렬주입하여 지반내 공극 및 간극을 충진하여 지내력을 향상시키는 주입공법이다.

시멘트페이스트를 주입관 1개소에 연속으로 주입할 경우 재료가 의도하지 않은 부위로 흘러가거나 지반을 교란시키는 부작용을 유발할 수 있다.

 재료의 겔타임을 20~40초 내외로 조절하여 재료의 확산범위를 2~3m 이내로 제어할 수 있고, 1회 주입시간을 5~6초 이내로 한정한 상태에서 1분 이상의 간격(인터벌)을 두고 재주입함으로써 주입재가 주입관 선단부에서 조금씩 커지도록 유도하여 보강체를 형성시킨다. 지반성분에 따라 재료의 겔타임을 조절하고, 1회 주입시간과 주입간격을 조절함으로써 침투, 압밀, 할렬주입을 복합적으로 유도하여 지반을 안정적으로 보강할 수 있다.

 

주입유형별 특징

 

사질토와 점성토에 초미립자 그라우트재를 주입한 후 단면을 절취하여 페놀프탈레인 용액을 분무하여 주입재의 확산유형을 확인할 수 있다. 지반보강 후 지지력은 30~60톤/m2 정도 확보되며, 지반조건에 따라 주입형태 및 보강지지력에 다소 차이가 있다.

주입단면 사진(페놀프탈레인 용액 분무)

 

지반보강 완료 후에는 동적콘관입(파가니콘)시험을 실시하여 지지력을 확인할 수 있다. 파가니콘시험은 표준관입시험과 동일한 원리의 시험으로써 표준관입시험에 비해 장비가 작고 가벼워 협소한 공간에서 인력을 통한 타격시험이 가능하다. 콘이 장착된 rod가 10cm 관입되는데 소요되는 타격횟수(N)를 측정하여 지지력을 계산할 수 있다.

 

 

 3.2 복원 원리 : 파스칼의 원리

 

 밀폐된 유체의 일부에 압력을 가하면 그 압력이 유체 내의 모든 곳에 같은 크기로 전달된다. 아래 그림에서 A1의 면적을 갖는 가압판에 P1의 힘으로 유체에 압력을 가하면 A1의 100배 면적인 A2에 P1의 100배 압력(P2)이 작용하게 된다. 

 즉, A1의 작용압력을 증가시켜 중량의 구조물을 인상할 수 있는 압력을 발생시킬 수 있다.

 기초 하부에 주입된 재료는 A2 만큼 퍼진 상태에서 먼저 주입된 외곽의 재료가 경화되어 밀폐조건을 형성하게 되고, 이 상태에서 A1을 통해 재료가 계속 주입되면 A2에 작용하는 주입재의 압력도 점점 커지게 된다. 점점 커진 A2의 합력이 구조물 하중(P2)보다 커지는 순간 구조물에 상향변위가 발생하게 된다.

 기초 하부에 주입된 재료는 1~2초 만에 경화되어 0.5mm 이내의 얇은 점막을 형성하게 되고, 이러한 과정을 반복하여 침하된 구조물을 원상태로 복원시킬 수 있다.

 

파스칼의 원리

[P1 = 주입압, P2 = 구조물 자중, A1 = 주입관 단면적, A2 = 주입재 확산면적]

 

 

4. 적용 분야

 

ㆍ증축 지반보강, 리모델링 지반보강, 연약지반 보강 

ㆍ내진 지반보강 : 전단벽 하부 지반보강, 지내력 향상   

ㆍ침하구조물 복원 : 각종 토목/건축 구조물 및 조형물 등

 

공법 적용 분야

 

 

5. 시공사례

 

가. 8층 호텔 복원

  1) 구조물 규모 : 지하1층~지상7층 

  2) 구조형식 : RC라멘조(지하1층~1층)+RC벽식구조(2~7층), 온통기초

  3) 침하량 : 최대 100mm

  4) 침하원인 : 인접 공사현장 터파기 영향+기존 지반 지내력 부족

 

나. 18층 아파트 복원

  1) 구조물 규모 : 지하1층~지상17층 

  2) 구조형식 : RC벽식구조, 온통기초

  3) 침하량 : 100mm

  4) 침하원인 : 기초하부 연약지반

 

다. L형 옹벽 복원

  1) 구조물 규모 : 높이 5m, 길이 40m

  2) 구조형식 : RC L형 옹벽

  3) 기울기 : 약 90mm

  4) 침하원인 : 옹벽기초 인접 하수암거 터파기

 

라. 공항 계류장 포장 복원

  1) 구조물 규모 : 면적 38,000M2 

  2) 구조형식 : 무근콘크리트 슬래브(400mm), 7.5m * 7.5m 슬래브 dowel bar/tie bar

  3) 침하량 : 최대 40cm

  4) 침하원인 : 공항 하부 40m 구간 지하철 터널 시공, 지하수위 저하

 

 

 

마. 수로박스 복원

  1) 구조물 규모 : 2.5*2.5 수로박스, 길이 30m 

  2) 구조형식 : RC BOX CULVERT

  3) 침하량 : 최대 12cm

  4) 침하원인 : 기초 하부 연약지반 압밀침하(표토 치환)

 

바. 기울어진 9층 오피스텔 복원

  1) 구조물 규모 : 지상9층 오피스텔

  2) 구조형식 : 1층 RC라멘조, 2~9층 RC 벽식구조, 매트기초

  3) 지반조건 : G.L-16m 까지 실트질 점토층 연약지반(N치 6 이하)

  4) 침하량 : 약 39cm, 기울기 105cm (E등급)

  5) 침하원인 : 연약지반 위 직접기초 시공 + 인접현장 터파기 영향

 

6. 침하구조물 복원시 유의사항

 

 1) 정확한 침하량 산정

  - 구조물 손상 없이 원상태로 복원하기 위해서는 구조물의 침하량을 정확하게 측정/판단하여야 함.

  - 각 층별 레벨과 구조물 기울기를 복합적으로 검토하여 정확한 침하량 확인이 필요함. 

  - 층별 레벨이 각각 다를 경우 시공과정 등을 역추적하여 침하발생 과정을 추론할 필요가 있음.  

 

 2) 균등한 비율로 복원

  - 구조물 부위별 침하량이 다를 경우 단계별 복원비율을 동일하게 맞춰 복원하여야 함.

  - 단계별 복원비율이 다를 경우 구조물에 불균등응력이 작용하여 균열 등의 손상을 일으킬 수 있음.

 

 3) 지점별 단위 복원량 기준 준수

  - A기둥과 B기둥 간의 거리와 각 기둥별 침하량을 고려하여 지점별 단위복원량 설정

  - 구조물의 강성과 연성도에 따라 지점별 단위복원량 결정

  - 기초별 단위복원량을 기둥간 지점거리(L)의 0.3%(압축측 연단에서의 콘크리트 최대변형율) 이내로 한정할 필요가 있음.(구조물 강성이나 연성도가 클 경우 구조해석을 통해 지점간 단위복원량을 증가시킬 수 있음.)

 

 

 

 

 

* 주입방식

 

지반내 약액/현탁액/몰탈 등을 주입하면 지반의 종류/느슨 정도에 따라 다음 3종류의 형태로 재료가 지반으로 주입된다.

 

A. 침투주입(Permeation) :

토립자 사이의 공극으로 주입재가 스며드는 방식으로 모래지반과 같이 투수계수가 큰 지반에서 주로 활용되는 주입형태. 입자가 작은 주입재일수록 기존 토립자 사이에 지반교란 없이 잘 침투되어 이상적인 주입방식으로 여겨짐.

 

B. 압밀주입(Compaction) : 

연약지반에 저유동성 몰탈 또는 급결성 재료를 주입하면 순수 주입재의 직경이 커지면서 주변 지반을 밀어내면서 지반이 다져지게 되는 주입형태. 주입량이 과다할 경우 주변 지반을 밀어내는 힘이 커져 부작용을 일으킬 수 있으므로 적정한 주입량과 주입압 산정 필요.

 

C. 할렬주입(Fracture) : 

점토 지반에 재료를 주입하면 맥상(나무뿌리 형태의 예측 불가능한 주입형태)의 주입이 이루어짐. 지반을 교란시키는 주입형태로 여겨졌으나 최근에는 단위 주입량과 주입시간을 최소화하고 재료의 확산범위를 최소화할 수 있는 급결재 사용 등 안정적인 지반보강을 유도하는 주입방식으로도 활용되고 있음. 

 

* 기존 주입방식을 한글로 표현하자면 침투주입은 스밈주입, 압밀주입은 밈주입, 할렬주입은 쨈주입 정도로 표현할 수 있지 않을까?