지반주입공법(주입재와 주입공법)

7.1 주입공법의 개요

7.1.1 국내 지반주입공법의 현황

주입이랑 지반 내에 주입관을 삽입시킨 후 이를 통해 주입재를 Pump로 압송, 충전시켜 지반을 개량시키는 것을 목적으로 하며 그라우팅(Grouting)이라 부르기도 한다.
국내에서의 주입공법은 초기에 DAM이나 제방의 차수나 지반보강의 목적으로 Cement Milk Grouting을 적용하여 시공하였으며 80년대 들어 서울 및 부산의 대규모 도심지 지하철공사가 시작되면서 70년대 후반에 도입된 LW, JSP 공법이 본격적으로 시공되었나, 82년도에 SGR 공법이 도입되면서 용액형 Grouting이 처음 적용되었다.
이후 SGR 공법은 현탁액뿐만 아니라 종래의 Cement를 Micro Cement 화하여 침투 효과를 증대시킬 수 있는 계기를 만들었다.
또한 80년대 중반부터 Pile Driver 장비에 의한 심층 혼합 처리 공법이 도입되어 지반보강 및 차수벽용으로 적용되기 시작하였고, 90년대 초반에는 터널 보조공법의 일환으로 우레탄 주입공법이 도입되었다. 아울러 서울지하철 5호선이 한강 하저 등 불량한 지반 조건에서 터널이 시공되면서 각종 주입공법이 터널의 굴착 보조공법으로 대규모 적용되었다.
90년대 중반부터는 종래의 분사 주입공법이 3중관의 의한 초고압 Pump가 도입되면서 지반개량 구경을 확대 적용할 수 있게 되었으며 또한 새로운 개념의 compaction Grouting이 도입되어 시공되고 있다.
이상에서와 같이 국내의 주입공법은 지난 20여년간 공법 도입과 함께 국내 기술전에 의한 주입재의 개발과 시공 방법의 개선을 통해 건설 현장에서 일익을 담당하고 있다.
향후에는 한정된 공간, 지하 지장물, 인접 건물 등 제반 조건에서 원만한 지하 굴착공사 수행을 위해서는 여러 가지 지반주입공법 중에서 공사의 규모 및 중요성, 공사 기간, 지반 조건, 현장 여건, 경제성 등을 감안한 최적의 공법선정이 요구되므로 조사 - 계획 - 설계 - 시공 등 단계별 충분한 검토의 필요성이 대두되고 있다.

7.1.2. 주입공법의 적용 범위

일반적으로 주입공법의 목적은 지반의 차수, 지반 강화(보강), 지반의 차수와 강화를 동시에 만족시키는 경우를 목적으로 하고 있으며 각각의 공법에 따라 주로 목적하는 적용 범위에 차이는 있으나 대체로 주입공법의 적용 범위는 다음과 같다.

7.2 주입재와 주입공법

7.2.1 주입재

1) 주입재에 요구되는 성질
일반적으로 강제 교반(분사) 주입공법을 제외하고 약액주입 공법에서의 주입재가 갖추어야 할 성질을 요약하면 다음과 같다.
① 세밀한 토립자 간극에도 침투할 수 있을 것 (주입재의 입경이 가능한 한 적고 점도는 물에 가까울 것)
② 주입재는 GEL 또는 고화 시 고강도를 발휘할 것
③ 주입재는 GEL 또는 고화 시 가능한 한 수축을 일으키지 않고 불투수성의 성질을 가질 것
④ 환경오염 문제를 일으키지 않을 것
⑤ 지반 내 각종 물리화학적 성질에 의한 고화 또는 GEL화 반응이 영향을 적게 받을 것
2) 주입재의 일반적 분류 및 특성
■ CEMENT 현탁액
강도나 경제적인 면에서 가장 일반적인 주입재이긴 하나 조립토 이외는 침투주입 효과가 떨어지며 GEL까지 시간이 많이 소요된다. 주로 암반의 Crack에 대한 주입에 많이 사용, 최근에는 Micro Cement 화하여 주입 효과 개선
■ Cement + Bentonite (CB 주입재)
Cement 용액과 Bentonite 용액 사이의 전기화학적인 작용을 이용하는 것으로 일반적으로 점성이 커지고 불라이딩이 저하되며, 강도가 떨어지므로 차수 목적을 위한 주입에 사용됨
■ 물유리 + Cement (LW 주입재)
Cement 주입과 물유리 주입을 동시에 실시하는 것으로 적용 범위가 넓고 지반 조건에 따라서는 Micro Cement를 사용할 수도 있다. GEL Time과 강도는 Cement 비에 따라 조정됨.
■ 용액형 물유리
알칼리계와 비 알칼리 계로 구분되며 점성이 낮고 입자가 없어 침투주입 효과가 크나 주입재의 강도가 떨어진다.
■ 우레탄계
지반에 주입되어 물과의 반응으로 고결되기 때문에 유속이 빠른 지하수의 차수용으로 효과가 크며 강도 증대를 기할 수 있다. 물유리 계에 비해 주입재가 고가임
■ 기타 고분자계
아크릴 아미드, 요소, 리그닌계 등의 고분자계는 점성이 매우 낮고 침투성이 우수하고 강도 증대 효과를 기대할 수 있으나 공해나 유독성 등의 문제로 특수한 목적 외에는 사용이 곤란하다.

7.2.2 주입공법

1) 주입공법의 분류

주입공법은 주입 형태에 따라 충전, 맥상, 경계, 침투주입으로 분류하고, 주입재의 혼합방식 및 GEL Time에 따라 1.0, 1.5, 2.0 SHOT 방식으로 구분할 수 있으나 일반적으로 Grout의 종류와 시공 방법에 따라 현재 국내에서 시공되고 있는 공법 위주로 다음과 같이 분류될 수 있다.

2) 주입재 혼합방식에 의한 주입공법의 종류 및 특징

주입공법의 종류는 주입재의 혼합방식에 의해 아래와 같이 3가지 방식에 의해 좌우된다.

(1) 1.0 SHOT 방식

1액 1공정에 의한 것으로 가장 간단한 주입방식이며 GEL Time은 길어야만 가능하므로 통상 Cement 계의 주입재를 사용하고 주입관은 단관이다.
적용 대상: Anchor, Soil Nailing, Fore Poling, Rock Bolt, Dam Grouting, Micro Pile, Toe Grouting, Back Filling, 강제 교반 공법의 Grouting 등