연약지반 개량공법 종류 및 특징

연약지반 개량공법은 지반의 강도, 변형, 배수, 지수 등의 특성을 개선하는 다양한 방법들입니다. 이 블로그 글에서는 연약지반개량공법의 종류와 특징에 대해 알아보겠습니다.

연약지반 개량공법이란?

연약지반이란 상부구조물을 지지할 수 없는 상태의 지반을 말하며, 유기물을 함유한 연약한 점토, 실트 등의 미세한 세립토, 표준관입시험치 (N치)가 4~10 보다 적은 느슨한 모래층, 준설매립층 및 쓰레기매립층 등 지지력이 약하고 압축성이 큰 토질을 총칭합니다.

연약지반 개량공법의 목적

연약지반 개량공법이란 지지력이 낮은 지반을 원지반의 토질 그 지체를 개량하여 지지력의 증가 및 투수성을 저하시키는 공법으로 연약지반개량공법의 목적은 다음과 같습니다.

• 강도 및 변형특성의 개선
• 배수성의 개선
• 지수성의 개선
• 동적 특성의 개선

연약지반 개량공법의 필요 유무는 구조물의 기능, 기초형식, 공기 등을 고려하여 종합적으로 판단한 후 결정해야 합니다.

연약지반 개량공법 종류

연약지반 개량공법의 종류는 개량원리 및 목적별로 다음과 같이 구분할 수 있습니다.

1.  압밀공법(재하공법)

압밀공법은 사전에 성토를 미리 하여 흙의 전단강도를 증가시킨 후 굴착하는 공법입니다. 압밀공법에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

1.1. 선행재하공법 (Pre-loading 공법)

사전에 성토를 미리 하여 흙의 전단강도를 증가시킨 후 굴착하는 공법입니다. 선행재하공법은 연약층의 깊이가 얕고 넓은 경우에 적합합니다.

1.2. 압성토공법 (Surcharge 공법)

토사의 측방에 압성토하여 압밀에 의해 강도가 증가한 후에 압성토를 제거하는 공법입니다. 압성토공법은 연약층의 깊이가 깊고 좁은 경우에 적합합니다.

1.3. 사면선단재하공법

성토한 비탈면 옆부분을 계획선 이상으로 덧붙임 하여 비탈면 끝의 전단강도를 증시킨 후 덧붙임 부분을 굴착하는 공법입니다. 사면선단재하공법은 연약층의 깊이가 얕고 좁은 경우에 적합합니다.

2. 탈수공법 (수직배수공법)

탈수공법은 연약지반에 수직배수재를 설치하여 지중의 물을 배제시켜 지반의 압밀을 촉진시키는 공법입니다. 탈수공법에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

2.1. Sand Drain 공법

연약지반에 모래 말뚝을 설치하여 지중의 물을 배제시켜 지반의 압밀을 촉진시키는 공법입니다. Sand Drain 공법은 점성토지반에 적합합니다.

2.2. Paper Drain 공법

모래말뚝 대신 Paper Drain을 설치하여 지반의 압밀을 촉진시키는 공법입니다. Paper Drain 공법은 유기질토지반에 적합합니다.

2.3. Pack Drain 공법

모래말뚝이 절단되는 것을 보완하기 위하여 Pack에 모래를 채워 지반의 압밀을 촉진시키는 공법입니다. Pack Drain 공법은 실트질 해성점토지반에 적합합니다.

2.4. 진공압밀공법

지반에 연직배수재를 타설 하고, 진공펌프를 사용하여 강 제적으로 물과 공기를 배수하여 압밀을 촉진시키는 공법입니다. 진공다짐은 함수율이 높거나 투수성이 낮은 연약지반 개량에 효과적인 공법입니다.

3. 배수공법

3.1. 웰포인트 공법(Well Point 공법)

지하수위를 저하시키기 위한 공법의 일종으로 웰 포인트라는 양수관을 다수 박아 넣고, 상부를 연결하여 진공 펌프와 와권(渦卷) 펌프를 조합시킨 펌프에 의해 지하수를 강제 배수합니다.  직경이 5∼7cm, 길이는 5∼7m의 집수관 끝에 1m 정도의 양수기(well point)를 붙여서 이것을 지름이 약 15cm 정도 되는 헤드 파이프(head pipe)에 접속시켜 진공펌프와 후우거 펌프(purgerpimp)에 의해서 배수하는 공법으로 주로 사질토 지반에 유효한 배수 공법입니다.

3.2. 깊은 우물 방법(Deep Well 공법)

Deep Well 공법은 깊은 굴착이나 연약한 지반에서 지하수위를 조절하기 위해 사용되는 배수 공입니다. 큰 직경의 우물을 땅에 설치하고 펌프로 양수하여 지하수위를 낮추고 토양의 안정성을 높입니다. 깊은 우물 공법은 다양한 지질 조건에서 지하수를 제어하는 ​​데 적합합니다.

4. 치환공법

치환공법은 연약지반을 굴착 제거 후 양질의 흙으로 치환하는 공법입니다. 치환공법에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

4.1. 굴착(제거) 치환

연약지반을 굴착 제거 후 양질의 흙으로 치환하는 공법입니다. 굴착치환은 연약층의 깊이가 얕고 넓은 경우에 적합합니다.

4.2. 미끄럼치환

연약지반 위에 양질의 성토를 압축하여 치환하는 공법입니다. 활동치환은 연약층의 깊이가 깊고 좁은 경우에 적합합니다.

4.3. 폭파치환

연약지반에 성토를 하여 폭파에너지에 의해 연약토를 밀어내는 공법입니다. 폭파치환은 연약층의 깊이가 깊고 넓은 경우에 적합합니다.

5. 다짐공법

다짐공법은 진동이나 충격을 이용하여 모래지반을 개량하는 공법입니다. 다짐공법에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

5.1. Sand Compaction Pile 공법

연약지반에 모래 말뚝을 박아서 지반을 강화하는 공법입니다. Sand Compaction Pile 공법은 점성토와 사질토 모두에 적용할 수 있습니다.

5.2. Vibro Flotation 공법

진동기를 이용하여 지반에 진동을 가해 모래를 다짐하는 공법입니다. Vibro Flotation 공법은 느슨한 사질토에 적합합니다.

5.3. 폭파다짐 공법

지반에 폭약을 터뜨려서 충격파와 가스압으로 지반을 다짐하는 공법입니다. 폭파다짐 공법은 느슨한 사질토와 점성토에 적용할 수 있습니다.

5.4. 전기충격 공법

지반에 전기충격을 가해서 지반의 입자를 재배열하고 강도를 증가시키는 공법입니다. 전기충격 공법은 느슨한 사질토와 점성토에 적용할 수 있습니다.

5.5. 동다짐 공법

10~40t의 강재블록이나 콘크리트 블록을 10~30m 높이에서 여러 차례 낙하시켜 충격과 진동으로 지반을 다짐하는 공법입니다. 동다짐 공법은 매립지에도 적용할 수 있습니다.

6. 소결공법

소결공법은 화학적 변화에 의한 흙의 강화공법입니다. 소결공법에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

6.1. 동결 공법

지반에 구멍을 뚫고 그 안에서 기체나 액체 연료를 태워서 지반을 가열하고 함수비를 낮추는 공법입니다. 동결 공법은 주로 점성토층에 적용합니다.

6.2. 생석회 말뚝 공법

지반에 구멍을 뚫고 그 안에 생석회와 물을 혼합한 액체를 주입하여 석회화 반응으로 흙의 강도를 증가시키는 공법입니다. 생석회 말뚝 공법은 점성토층에 적용합니다.

7. 약액주입공법

약액주입공법은 연약지반에 화학약제를 주입하여 지반을 강화하는 공법입니다. 약액주입공법에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

7.1. L.W 공법

시멘트액과 물유리를 혼합하여 지중에 주입하는 공법입니다. L.W 공법은 저수지나 항만 등의 방수 및 강화에 적합합니다.

7.2. Hydro 공법

중탄산소다를 지중에 주입하여 지반을 고결시키는 공법입니다. Hydro 공법은 점성토층에 적합합니다.

8. 혼합공법

혼합공법은 다른 입자의 흙이나 화학약제를 혼합하여 지반을 강화하는 공법입니다. 혼합공법에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

8.1. 입도조정법

다른 입자의 흙을 혼합하는 방법으로 운동장, 활주로 등에 사용합니다.

8.2. Soil 시멘트법

토사와 시멘트를 혼합하여 다져서 보양하는 공법입니다.

9. 화학약제 혼합법

연약지반에 화학약제를 혼합하여 지반을 강화하는 공법입니다. 화학약제 혼합법에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

9.1. L.W 공법

시멘트액과 물유리를 혼합하여 지중에 주입하는 공법입니다.

9.2. Hydro 공법

중탄산소다를 지중에 주입하여 지반을 고결시키는 공법입니다.

마무리

연약지반 개량공법은 지반의 강도, 변형, 배수, 지수 등의 특성을 개선하는 다양한 방법들입니다. 연약지반개량공법의 종류와 특징을 알아보았습니다. 연약지반개량공법의 선택과 적용은 구조물의 기능, 기초형식, 공기 등을 종합적으로 고려하여 결정해야 합니다. 연약지반개량공법은 토목공사에서 중요한 역할을 하므로 잘 알고 있어야 합니다.

연약지반 문제점 및 개량공법 종류