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바이브로 컴팩션 [Vibro Compaction]
- 연약한 지반위에 구조물을 축조하기 위한 연약지반 개량방법은 끊임없이 연구되고 발전되어 왔으며, 이러한 시도중 한가지로 지반 심층부에 진동을 주어 다짐을 하는 방식(Vibro Compaction)으로 1990년대에 발명되어 70년대와 80년대를 거쳐 진동탐침(Vibroprobe)이 현재의 형태로 개발되어 세계적으로 널리 사용하게 되었다.
- 기본원리는 진동탐침의 진동과 압축공기나 물을 이용하여 개량헤 필요한 소요깊이를 천공한 후 진동탐침의 노즐을 통하여 모래나 자갈을 주입하는 방법으로 지반개량을 완성해 나가는 공법으로 육상과 해상에서 모두 적용 가능한 공법이다.
- 또한, 단순한 모래기둥이나 자갈기둥을 설치하는 것이 아니라 기계네부에 진동자를 가진 진동탐침(Vibroprobe)으로 심층부 원지반에 진동을 통하여 측방압력을 직접 전달하여 일정한 측방저항력을 갖도록하여 단순한 지반의 치환이 아닌 개량의 범위를 넗힐 수 있는 공법이다.
- Vibro Compaction 공법은 비교적 깊은 심도(7~10m 이상)의 느슨한 지반을 대상으로 개량하고자 하는 경우, 효과적인 공법으로 진동다짐기를 이용하여 소요심도에 걸쳐 진동에너지를 가함으로써 지반의 상대밀도와 지지력 및 지반강성 등을 효율적으로 증대시킬 수 있는 지반 개량공법이다.
- - 적용 심도 = 3.0 ~56.0 m
- - 시공 간격 = 2.0 ~ 5.5 m
- - 개량 정도(Dr) = 75 ~ 100% 이상
적정 대상 지반 & 개량 효과
- 지반의 입도 분포에 따라 압축력이 결정되어 진다.
- A와 B 지반은 진동다짐공법인 바이브로 컴팩션(바이브로 플로테이션)에 의해 개선될 수 있다. 반면 C와 D의 지반은 바이브로 컴팩션 공법만으로는 충분한 지내력을 확보할 수 없다.
- [ 개량 효과 ]
- ① 입자 재배열에 의한 상대밀도 증진 효과
- ② 유효수직하중 대비 횡방향 지지력 특성 개선
- ③ 간극비의 감소로 증진 효과 (2~50배 감소)
- ④ 전단마찰저항각 증진 효과 (10 degree 범위)
- ⑤ 개량완료 후 즉시침하 발생유도 (개량지반층 2~15%, 일반적으로 5%)
- ⑥ 지반변형계수 증진효과 (2~5배 증가)
스톤컬럼 [Stone Column Method]
- Stone Column 공법은 느슨한 실트질 모래 또는 점성토 지반을 대상으로 적용성이 우수한 개량공법으로 Vibroprobe를 지반에 관입시켜 형성된 Hole 내부에 자갈 또는 쇈석 등의 입상재료를 투입함과 동시에 진동에너지로 주변지반과 쇄석을 다짐으로써 일정 크기의 쇄석기둥을 만들어 복합지반을 형성할 수 있는 연약지반 개량공법이다.
- 일반적으로 지반에 입상재료를 투입시키는 방법에 따라 Wet Top Feed 방식과 Dry Bottom Feed 방식으로 구분되며, Pump system을 이용하여 해상에서 작업이 가능한 Offshore Stone Column 공법 등의 시공방법이 있다.
- - 적용 심도 = 3.0 ~ 30.0 m (Offshore S.C > 50m 이상)
- - 시공 간격 = 1.0 ~ 3.0 m
- - 개량 정도(Dr) = 0.6 ~ 1.5m
적정 대상 지반 & 개량 효과
- 지진에 기인한 액상지반 C 지역에 분포하며, 스톤컬럼 시공으로 지반개량이 가능하다.
- D 지반은 진동에 의해 다짐이 되지 않으나, 스톤컬럼 시공에 의해 보강, 배수가 가능해진다.
- [ 개량 효과 ]
- ① A, B, C 영역의 지반인 경우, Stone Column 시공 중 주변지반이 다져지는 효과
- ② 연약지반에 복합지반을 형성하여 전단강도 특성과 침하거동튿성을 개선
- ③ 형성된 쇄석기둥은 수직배수재와 같은 배수기능을 함으로써 지반의 압밀을 촉진시킴
동다짐 [Dynamic Compaction Method]
- 동다짐 공법(Dynamic Compaction)은 1969년 프랑스의 Louise MENARD에 의하여 개발되어 현재 전세계적으로 사용되고 있는 연약지반 개량 공법이다.
- 개량하고자 하는 지반에 10~50ton의 중량추를 크레인을 이용하여 10~40m 높이에서 반복 자유낙하시켜 발생되는 충격에너지에서 발생되는 종파인 압축파(Compression Wave)와 횡파인 전단파(Shear Wave)를 이용하여 토질의 다짐을 유도하는 공법이다.
- 충격에너지에서 발생되는 탄성파가 지중에 전달되어 수평방향의 인장응역 발생으로 수직방향의 균열과 유로 형성으로 과잉 간극수압이 소산되어 지반의 압축을 촉진시킨다.
- 동다짐 공법은 토질의 다짐을 유도하는 간단한 방법이지만 주위 환경과 토질 상태를 감안하여 각종 계측과 시험을 병행하면 보다 좋은 효과를 기대할 수 있다.
그라우팅 [Grouting Method]
- SINNUS 공법은 그라우팅 공법에서의 주입공정 제어시스템으로 프랑스 쏠레땅쉬바시(Soletangche-Bachy)가 개발하여 적용한 공법으로 컴퓨터를 이용하여 조사, 설계, 주비, 분석 등 전체 공정이 자동으로 조절되는 주입관리시스템으로서 그라우팅 시공의 신뢰성을 확보하기 위해 컴퓨터로 일련의 그라우팅 작업을 Control 함으로서 인위적인 오류에 의한 품질저하를 최소화 시킬수 있는 공법이다.
제어시스템의 구성
- ⦁ ENPASOL SYSTEM
유압 천공기에 장착된 Sensor를 통하여 천공중에 지반의 물리적 길을 파악하여 지반의 상태를 파악하는 공정
- ⦁ SAPHYR SYSTEM
지반의 수리적 상황을 신속하게 파악하고 분류하는 공정
- ⦁ CASTAUR SYSTEM
컴퓨터에 의한 주입설계과정으로 ENSASOL에 의한 자료를 입력시켜 가장 효율적인 Grouting Patten을 선정하여 설계하는 공정
- ⦁ CHAIROC SYSTEM
SINNUS의 시공에서 출력된 시공결과의 분석 Program으로 다각적 분석에 의한 품질관리가 가능하고 재주입 여부의 판정이 가능한 공정
- ⦁ SINUS SYSTEM
컴퓨터에 의한 그라우팅 시공시스템으로 그라우팅 주입량이 자동으로 조절되며 주입단계별 주입결과가 자동으로 기록되고 출력되어 시공 후 즉시 결과를 분석하고 판단하고 결과에 따른 재주입을 조절할 수 있는 공정