동서화학공업주식회사

경량 기포 혼합토

◎기술개발 배경
• (1) 교대, 항만구조물 등 내진보강 방안으로 토압경감 공법 수요 증가.
• (2) 대심도 연약지반에서 지반개량 깊이의 한계에 따른 기술적 제한 문제.
• (3) 연약지반 개량 시 제한된 공기와 불확실한 지반개량에 따른 문제.
• (4) 준설토(건설오니) 처리의 곤란에 따른 재이용 요구

◎개발경위
• 1980년유럽 : 아파트 층간 소음저감 및 보온효과 증대를 위한 기포콘크리트 개발
• 1995년일본 : 건설부산물의 처리 및 항만시설물의 안정성 확보를 위한 경량기포혼합토 개발
• 2007년한국 : 일본 태평양소일(태평양시멘트)과 기술제휴 및 국내 시험시공 완료(대한토목학회)
• 2010년한국 : 국내 조건에 맞는 배합시스템 구비, 기포재 개발 완료, 특허등록

◎공법개요
경량성토 공법에 사용되는 건설재료의 일환으로 함수비를 포함하는 흙(점성토, 사질토 등)에 기포재와 고화재, 물을 혼합한 것으로 제조시에는 유동성이 높으나, 경화 후 단단하고 가벼운 건설재료가 된다.

◎재료특징
• 단위중량이 6.0~15.0 kN/m3 범위로 흙 보다 가벼우며, 단위중량의 임의 조정이 가능하다.
• 일축압축강도는 200~1,000 kN/m2 범위로 단단하며, 15m 까지 자립이 가능하다.
• 유동성이 높아 자가 충진이 가능하고, 다짐(전압)이 필요없으며, 500m 까지 배관압송이 가능하다.
• 고함수의 건설발생토(준설토, 건설오니)를 건조작업 없이 재사용이 가능하다.
• 내구성이 우수하며, 특히 차량 반복하중에 대해서도 안전하다.
• 미세한 기포로 구성되어 물의 침투에 대해 단위중량 증가량이 적다(1.0~2.0 kN/m3)
• 안정성이 우수한 기포는 믹스트럭 운반에도 쉽게 소포되지 않으며, 타설 후 침하량도 적다.

◎적용분야

◎구조물 뒤채움
• 구조물에 작용하는 토압경감, 구조물 측방변위 저감
• 지반에 작용하는 하중경감으로 말뚝의 측방유동 저감
• 토압경감에 따른 구조물 단면 축소
• 하중겸강에 따른 지반개량율 최소화

◎연약지반 성토
• 지반개량비용 절감, 2차압밀침하 경감

◎관로 되메움

• 관로에 작용하는 하중 경감
• 관로 침하경감
• 관로 내구성 증대
• 통신관로 전력 손실량 감소

◎협소공간 되메움

• 구조물에 작용하는 토압경감
• 협소공간 충진성 우수
• 물의 침투에 대한 내구성 증대
• 단면향상에 따른 내진력 향상

◎도로확장

• 성토하중 경감으로 연동침하 저감
• 직립성토체로 옹벽에 작용하는 토압경감
• 하중경감으로 지지력 확보

제조 및 시공방법

◎제조순서

◎시공방법
• 재료운반 플랜트에서 배관압송(최대 500m) 또는 믹스트럭 운반
• 타설방법 배관직접타설, 펌프카 타설, 크레인 타설
• 단계타설 이전 타설된 경량기포혼합토의 소정 양생(하절기 2~3일) 후 단계타설
• 기타 성토 시 거푸집 활용, 1회 타설 높이 1.5m 이내

시험시공 및 학술연구

◎개요
• 일시 및 장소 2007년 04월, 부산신항 배후도로(부산시 강서구 일대)
• 연구위탁 대한토목학회 부산,울산,경남지회(부산대학교 토목공학과 임종철 교수)
• 적용배경 연약지반에 설치되는 구조물(BOX, 교대)은 침하하지 않으나, 배면뒤채움부는 잔류침하 및 2차압밀 침하로 구조물과 접속부의 부등침하가 크게 발생하고, 슬래브 하부의 공동발생으로 포장체 파괴가 빈번하게 발생 함.

◎검토결과(효과)
• 검증된 효과 BOX구조물 배면을 경량기포혼합토로 적용 시 부등침하가 거의 발생하지 않으며, 특히 지반침하를 경감할 수 있어 BOX구조물 기초를 설치하지 않아도 구조물 안정성에 무리가 없다.

설계기법

◎개요
경량기포혼합토는 고화재를 첨가하고 강도를 높여 이용되지만, 콘크리트 등에 비교해 작은 강도이고, 경량이라고 하는 특징을 제외하면 모재인 원료흙의 토질특성이 남은 재료로서 생각하는 것이 바람직하다. 또, 각종 재료를 혼합하여 제조되므로, 시공시에 유동성을 가지는 것도 일반적인 성질이 되고 있다. 경량지반 재료의 적용에 임해서는, 그 특징인 경량성, 시공시의 유동성 및 경화 후의 특성이 유리하다고 되는 조건으로 이용 되는 것이 필요하다.

◎토압에 대한 검토
강체의 구조물의 벽면에 작용하는 토압에는 정지토압을 고려한다. 경량지반재의 경우, 고화재 등을 첨가해 충분한 강도를 가져 자립하기 때문에 정지토압을 고려하지 않아도 좋다고 하는 생각도 있다. 경량기포혼합경량토의 포아송비는 3축시험결과에서 압밀항복응력 이하의 응력시 0.1~ 0.2의 결과를 얻을 수 있고, 공시체가 완전하게 항복 한 뒤, 원료토의 포아송비인 0.4에 근접해 가는 경향이 얻어지고 있다. 이 때문에 항만에 있어서는, 경량기포혼합토의 포아송비는 0.15를 표준으로 하고 있다. 또, 고화전의 지반재료의 토압은, slurry화 시켜 유동성의 좋은 것에 대해서는 타설 두께분의 액압이 작용하지만, 일반적으로 타설두께는 150cm 이하이며, 또, 액압이 걸리는 시간도 짧기 때문에 큰 문제는 없다.

◎지진시 토압에 대한 모형실험
• 동적모형실험 경량기포혼합토 보강 시 작용하는 토압경감 효과 입증.

◎토압에 대한 검토
고화 후의 주동토압이나 수동토압을 생각하는 경우에는 강도정수를 취급하는 방법이 중요하다. 각 기관에 따라 c재료, Φ재료, c와 Φ재료로 토압산정을 실시하고 있다. 점성토를 모재로 하는 경우 c재료로서 설계되지만, Φ재료로서 토압을 검토 하고 있는 경우도 있다.

또한, 우측과 같이 직선 혹은 꺾인 선상의 미끄럼선을 상정해, 미끄럼선과 벽면에 끼워진 흙덩이를 분할해, 각각의 분할편의 힘의 균형을 산정하는 것이다. 또, 이 계산방법은 경량지반재료 내를 통과하는 몇 개의 미끄럼 파괴모드를 생각하는 것으로, 보다 현실적인 토압을 추정하려고 하는 것이다.

◎침하에 대한 검토
경량지반재료 그 자체의 압축은 탄성변형을 고려해 결정한다. 실제는 변형 강성이 높기 때문에 별로 문제가 되지 않는다. 경량지반재료 아래의 지반 침하는, 통상의 지반침하의 검토와 같다. 오히려, 밀도가 작은 경량지반재료를 이용했을 경우에는, 지하수의 변동 등에 의해서 침수에 의해 부상에 주의를 필요로 한다. 또, 지반 재료의 강성은 일반의 흙보다 큰 것으로부터 부등침하의 억제에 효과가 있다고 여겨지고 있다.

◎사면안정에 대한 검토
성토경사면 등에 경량지반재료를 이용하는 경우는, 경량지반재료의 활동이나 전도 등의 내적안정과 경사면 전체를 포함한 외적안정의 두 개의 관점으로부터 검토가 필요하다. 통상의 원호 활동 해석법이 일반적으로 이용되고 있다.

◎지반정수

내진보강사례(일본)

◎고베지진 및 고베항 보강 사례(1995년)

横浜市港湾局出田町ふ頭西物揚場改修工事(2004년) 요코하마시 항만국 이츠타쵸부두 양륙장 공사
• 본 공사는, 이즈타쵸 부두 안벽 개수 공사의 일환으로서 양륙장의 재정비를 실시하는 것이다.
• 그 중에 노후화 한 기설 안벽의 부담을 경감하기 위해, 토압저감을 목적으로 경량기포혼합토로 뒤채움.