Title 친환경 E.G.M. (Eco-friendly Grouting Method)
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기존 LW, S.G.R 차수 공법의 문제점을 개선하기 위해 황산을 사용하지 않는 석고계 Silica Sol 공법
- 기존 S.G.R : 시멘트 + 규산소다(250ℓ)) + SGR약재
- E.G.M 공법 주입재(EF-1, EF-2) : 석고계 E.G.M약재 + 규산소다(150ℓ) 40% 감소 (분말도 →E.G.M : 5,000㎠/g 이상, 시멘트 : 2,800 ㎠/g)
- E.G.M 공법 주입재(EF-3, EF-4) : 석고계 E.G.M약재 (분말도 →E.G.M : 5,000㎠/g 이상)
- 시멘트(6가 크롬 등 중금속 함유)를 사용하지 않는 친환경 재료(석고계) 사용 공법 (주입재 EF-1, EF-2)
- 규산소다(물유리)를 사용하지 않는 친환경 재료(무기계) 사용과, 동시에 시멘트를 사용하지 않는 저탄소성 재료(석고계) 사용 공법(주입재 EF-3, EF-4)
- 공법개발자가 재료를 직접 생산, 공급(정량주입, 품질확보)
- 기존 S.G.R 장비(저압 주입식) 사용 가능
공법 개요
지반 천공 후 이중관 Rod를 설치하고 특수 주입장치를 이용하여 대상지반 중에 형성시킨 유도공간에 급결성 또는 완결성의 주입재를 저압으로 사용하여 연속 주입하는 저압침투 차수 공법
- 친환경 주입재료의 개량화
- 물유리계 재료 사용 감소와 시멘트 미사용(EF-1, EF-2)
- 물유리계 재료 미사용과 동시에 시멘트 미사용(EF-3, EF-4)
- 석고계열 주입재료
- 급결제, 완결제 미사용 (전용 싸이로 사용)
- 주입재료(높은 분말도) 직접 공급 (공급개발자)
- 배합용수 온도환경에 따른 Gel Time 영향이 적음
- 내구성 및 장기 전단강도 우수
- 강도 증진에 따른 용탈율 최소화
- E.G.M(5,000 이상)≫시멘트(2,800) 침투력 우수
- 친환경 재료(6가 크롬 등 중금속 없음)
- 비산먼지 최소화 및 작업시간 단축 효과
- 정량주입가능(균질한 품질 확보)
- 동절기 공사 용이(배합용수 가열 불필요)
공법 특성 및 효과
- 친환경 주입재료의 개발 : 내구성 및 강도 증가(우수한 내구성 발현 및 장기 전단강도 우수)
- 시멘트 비사용으로 저탄소 석고계 주입재 사용(EF-1, EF-2)과 시멘트와 물유리 동시에 미사용으로 친환경 무기계 주입재 사용(EF-3, EF-4)
- EF-1, EF-2 : 물유리 사용량 감소(S.G.R 대비 60%) : 석고계 사용으로 용탈율 최소화(알칼리 제거)
- EF-3, EF-4 : 물유리 사용하지 않는 주입재료 : 용탈이 거의 없음.
- 높은 분말도(E.G.M : 5,000 ㎠/g 이상, 시멘트 : 2,800 ㎠/g) : 침투력 및 지반 강도 우수
- 석고계 주입재 사용 : 시멘트와 달리 6가크롬 등 중금속이 없음(친환경성 확보)
- 별도의 급결제 및 완결제 사용하지 않음 : 작업성이 용이하고 작업시간 단축 효과
- 시공비가 저렴 : S.G.R 공법의 95%
- 공법개발자가 주입재료를 공장에서 직접 공급 : 정량 주입 가능(균질한 품질 확보)
- 배합용수 온도 환경에 따른 겔타임 영향이 적음 : 배합용수 가열 불필요(동절기 공사 용이)
주입재 종류
| 그라우트재 | 타입 | 분류 | Gel Time Short(10~20초), Middle(60~90초) |
압축강도 (Mpa) | 중극속 (Cr+6) | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| EF-1 | A형 | 무기계 일반형 (현탁형) | Short | 0.4 ~ 0.6 | 불검출 | 시멘트 미사용 |
| EF-2 | Middlele | 1.2 ~ 1.8 | 불검출 | |||
| EF-3 | B형 | 무기계 일반형 (현탁형) | Short | 1.3 ~ 1.5 | 불검출 | 물유리 시멘트 미사용 |
| EF-4 | Middle | 4.0 ~ 4.5 | 불검출 |
- A형 사용시는 일반토사, 풍화토 및 풍화암 지반에 적용
- B형 사용시는 공극이 큰 일반토사, 풍화토 및 풍화암 그리고 지하수위가 높은 담수, 해수지반에 적용
- A형, B형 적용시 설계는 개량목적을 달성시키는 범위내에서, 경제성을 비교하여 선택하여야 한다.
표준배합비
1. 주입재 EF-1, EF-2 사용
| E.G.M 표준 배합비(0.4m3) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 구분 | A액(200L) | B액(200L) | 겔타임(초) | 비고 | |||
| 구성재료 | 규산소다(ℓ) | 물(ℓ) | EF-1(kg) | EF-2(kg) | 물(ℓ) | ||
| 급결 | 60 | 140 | 80 | - | 172 | 10-20 | 시멘트 미사용 석고계사용 |
| 완결 | 60 | 140 | - | 80 | 172 | 60-120 | |
2. 주입재 EF-3, EF-4 사용
| E.G.M 표준 배합비(0.4m3) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 구분 | A액(200L) | B액(200L) | 겔타임(초) | 비고 | |||
| 구성재료 | 규산소다(ℓ) | 물(ℓ) | EF-3(kg) | EF-4(kg) | 물(ℓ) | ||
| 급결 | 80 | 172 | 80 | - | 172 | 10-20 | 시멘트 미사용 석고계사용 |
| 완결 | 80 | 172 | - | 80 | 172 | 40-80 | |
E.G.M 공법 주요 특징
| 구분 | 특징 | 장점 |
|---|---|---|
| 시공성 | 고분말도 재료 사용 | 시멘트 분말도(2,800)보다 높은 E.G.M재료(5,000 이상)사용으로 침투 및 강도 증진 효과 |
| 개량주입 재료 사용 | 우수한 내구성 및 장기 전단강도 우수 | |
| 작업시간 단축 | 전용 싸이로 사용으로 비산먼지 최소화 및 작업시간 단축 효과 | |
| 용탈율 최소화 | 석고계열 재료 사용으로 용탈율 최소화 및 재료 손실 방지 | |
| 경제성 | 시공비 | S.G.R 공법의 약 95% 수준 |
| 환경성 및 품질확보 | 친환경성 | 6가 크롬 등 중금속 함유 없는 석고계 주입재 사용 |
| 균질한 보강효과 | 정량 주입에 따른 보강효과 우수(공법 개발자가 직접 공급) | |
| 동절기 공사 용이 | 배합용수 온도환경에 따른 Gel-Time 영향이 적음(배합용수 가열 불필요) |
E.G.M 공법 겔화 메커니즘
1. 주입재 EF-1, EF-2 사용
1단계 : Sodium Silicate와 SO4 2- 반응으로 Silica Sol 형성 및 알카리 제거
2단계 : 결합재와 고분자Calcium Silica Sol이 수화결합을 형성하여 겔화 반응 완성
2. 주입재 EF-3, EF-4 사용
1단계 : 석고계 주입재(A약제) 이온화 형성
2단계 : 무기계 EF-3, 4(B약재)의 이온화 및 Silicate 형성
3단계 : EG-S 과 EF-3 & 4 혼합으로 Silica Al Sol 형성 및 알카리 제거
4단계 : Calcium Aluminum Silicate 또는 Calcium Silicate 형성 및 겔화 반응 완성
일축압축강도 비교
- 시험조건 : 습윤양생, 큐브몰드사용
기존 공법과의 비교
| 구분 | S.G.R 공법 | E.G M 공법 | ||
|---|---|---|---|---|
| 공법개요 | 지반을 천공한 후 지중에 이중관 주입 Rod 를 설치한 후, 특수한 주입선단장치(Rocket) 를 이용하여 대상지반 중에 형성시킨 유도공 간을 통해 급결성과 완결성의 주입재를 저압에 의해 연속으로 주입하는 저압 침투주 입공법 | 지반을 천공한 후 지중에 이중관 주입 Rod 를 설치한 후, 특수한 주입선단장치(Rocket) 를 이용하여 대상지반 중에 형성시킨 유도공 간을 통해 급결성과 완결성의 주입재를 저압에 의해 연속으로 주입하는 저압 침투주 입공법 | ||
| 주입재료 |
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| 겔타임 | 조절 용이 (지층특성에 따라 겔 타임 조절가능) | 좌동 | ||
| 급결 | 완결 | 급결 | 완결 | |
| 6~10초 | 60~120초 |
EF-1 사용 : 10~20초 EF-3 사용 : 10~20초 |
EF-2 사용 : 60~120초 EF-4 사용 : 40~80초 |
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| 주입방식 | 저압주입 (2.0Shot) | 좌동 | ||
| 주입압력 | 1~10 kgf/㎠ | 좌동 | ||
| 주입범위 | ∅0.6m ~ ∅1.0m | 좌동 | ||
| 사용목적 | 차수 및 지반보강 | 좌동 | ||
| 적용지반 | 점성토, 사질토, 모래자갈층 | 좌동 | ||
| 장점 |
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| 단점 |
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| 공사비 | 1.0 | 0.95 | ||
공시체 표면변화 비교
| 구분 | 담수 | 해수 |
|---|---|---|
| 기존공법 |
표면분해 |
완전분해 |
| B.G.M공법 |
양호 |
양호 |
- 관찰조건 : 재령(180일), 양생(담수 및 해수), 재료(완결재)
시공순서
1. 플랜트 설치
2. 천공작업
3. 천공작업
4. 이중관 삽입
5. 주입작업
6. 주입작업
S.G.R 공법과 E.G.M 공법(EF-1, -2호) 시험시공 비교
현장명 : 일산풍동 AUTO GALLERY 신축공사
1. 시추조사 위치
2. 시추공별 지층 구성 및 특성(지하수위 G.L.-1.5m)
| 구분 | 지층명 | 심도(GL.-m) | 층후(m) | 구성토질(암질) | N값(TCR/RQD) |
|---|---|---|---|---|---|
| BH-1 | 매립층 | 0.0~2.0 | 2.0 | 자갈섞인 모래 | - |
| 풍화토 | 2.0~13.0 | 11.0 | 실트섞인 모래 | 47/30~50/18 | |
| S.G.R-1 | 매립층 | 0.0~2.0 | 2.0 | 자갈섞인 모래 | 5/30 |
| 풍화토 | 2.0~13.0 | 11.0 | 실트섞인 모래 | 14/30~50/10 | |
| E.G.M-1 | 매립층 | 0.0~2.0 | 2.0 | 자갈섞인 모래 | 5/30 |
| 풍화토 | 2.0~13.0 | 11.0 | 실트질 점토 | 18/30~50/15 |
3. 현장투수시험 : 9회 실시
| 구분 | 심도(m) | 지층 | 토질 상태 | N값 | 투수계수(cm/sec) |
|---|---|---|---|---|---|
| BH-1 | 5.5~6.5 | 풍화토 | 실트질 모래 | 47/30 | 4.26×10-3 |
| BH-1 | 8.8~9.8 | 풍화토 | 실트질 모래 | 50/20 | 3.98×10-3 |
| BH-1 | 11.6~12.6 | 풍화토 | 실트질 모래 | 50/18 | 1.37×10-4 |
| SGR-1 | 5.8~6.8 | 풍화토 | 실트질 모래 | 50/28 | 3.84×10-5 |
| SGR-1 | 8.9~9.9 | 풍화토 | 실트질 모래 | 50/24 | 6.87×10-5 |
| SGR-1 | 11.9~12.9 | 풍화토 | 실트질 모래 | 50/17 | 1.99×10-4 |
| EGM-1 | 6.0~7.0 | 풍화토 | 실트질 모래 | 50/24 | 1.84×10-5 |
| EGM-1 | 8.9~9.9 | 풍화토 | 실트질 모래 | 50/18 | 1.87×10-5 |
| EGM-1 | 11.7~12.7 | 풍화토 | 실트질 모래 | 50/10 | 1.60×10-5 |
- 보강 전(BH-1) 풍화토의 투수계수는 평균 ( 2.79×10-3 ) 의 범위를 보임.
- S.G.R 보강 후(S.G.R-1) 풍화토의 투수계수는 평균( 1.02×10-4 )의 범위를 보임.
- E.G.M 보강 후(E.G.M-1) 풍화토의 투수계수는 평균( 1.77×10-5 )의 범위를 보임.
- S.G.R 공법 대비 E.G.M 공법 보강하였을 때 차수효과가 우수함을 확인하였음.
4. 현장 사진첩
- 보강 전(BH-1) 및 S.G.R 시공 후 보다 E.G.M 시공 후 코아 회수율 우수.
5. 주입량 vs 주입압 비교
- 초록선 : 주입압, E.G.M공법 (약 5kgf/㎠), S.G.R 공법 (약 8kgf/㎠)
- 빨간선 : 주입량, E.G.M공법 (약 1.3㎥), S.G.R 공법 (약 1.2㎥)
- E.G.M 공법은 시멘트 보다 분말도가 높은 주입재를 사용하여 S.G.R 공법보다 낮은 압력에서도 높은 주입 효과를 나타냄.
6. 현장 시추 조사
E.G.M 공법 시공 전경
S.G.R 공법과 E.G.M 공법 (EF-3, -4호) 시험시공 비교
현장명 : 양주시 봉양지구
1. 시추조사 위치
2. 시추공별 지층 구성 및 특성(지하수위 G.L.-2.7m)
| 시추공 | 지층 | 심도(G.L. -m) | 층후(m) | 구성토질 | N값 |
|---|---|---|---|---|---|
| BH-1 | 매립층 | 0.0 ~ 2.0 | 2.0 | 자갈섞인 모래 | 4/30 ~ 5/30 |
| 토사층 | 2.0 ~ 9.0 | 7.0 | 실트질 모래 | 4/30 ~ 50/9 | |
| 풍화암 | 9.0 ~ 12.0 | 3.0 | 실트질 모래 | 50/9 ~ 50/6 | |
| S.G.R | 매립층 | 0.0 ~ 2.0 | 2.0 | 자갈섞인 모래 | 5/30 ~ 6/30 |
| 토사층 | 2.0 ~ 8.0 | 6.0 | 실트질 모래 | 6/30 ~50/12 | |
| 풍화암 | 8.0 ~ 10.0 | 2.0 | 실트질 모래 | 50/12 ~ 50/8 | |
| E.G.M | 매립층 | 0.0 ~ 2.0 | 2.0 | 자갈섞인 모래 | 6/30 |
| 토사층 | 2.0 ~ 7.0 | 5.0 | 실트질 모래 | 6/30 ~ 50/10 | |
| 풍화암 | 7.0 ~ 9.0 | 2.0 | 실트질 모래 | 50/10 ~ 50/4 |
3. 현장투수수시험 및 표준관입시험
| 시추공 | 심도(G.L. -m) | 지층 | 구성토질 | N값 | 투수계수(cm/sec) |
|---|---|---|---|---|---|
| BH-1 | 3.0 ~ 3.5 | 토사층 | 실트질 모래 | 10/30 | 1.44x10-3 |
| 6.0 ~ 6.5 | 풍화토 | 실트질 모래 | 22/30 | 1.08×10-3 | |
| S.G.R | 3.0 ~ 3.5 | 토사층 | 실트질 모래 | 19/30 | 8.67×10-5 |
| 6.0 ~ 6.5 | 풍화토 | 실트질 모래 | 31/30 | 2.85×10-4 | |
| E.G.M | 3.0 ~ 3.5 | 토사층 | 실트질 모래 | 31/30 | 1.88×10-5 |
| 6.0 ~ 6.5 | 풍화토 | 실트질 모래 | 50/12 | 1.27×10-5 |
- 보강 전(BH-1) 풍화토의 투수계수는 1.08×10-3의 범위를 보임.
- S.G.R 보강 후 풍화토의 투수계수는 2.85×10-4의 범위를 보임.
- E.G.M 보강 후 풍화토의 투수계수는 1.27×10-5의 범위를 보임.
- S.G.R 공법 대비 E.G.M 공법 보강하였을 때 차수효과가 우수함을 확인하였음.
4. 공법별 상대밀도(N값) 비교 및 코아 회수
공법별 상대밀도(N값) 비교
코아 회수
- 상대밀도 및 코아회수율은 S.G.R 공법보다 E.G.M공법이 우수하게 나타남
5. 주입량 vs 주입압 비교
- E.G.M 공법은 시멘트 보다 분말도가 높은 주입재를 사용하여 S.G.R 공법보다 낮은 압 력에서도 높은 주입 효과를 나타냄.
6. 현장 시추 조사
원 지반 시추 조사
보강 후 시추 조사(색소반응)
- 주입 후 지시약(P.P 용액)을 통한 색소 반응 확인
E.G.M 공법 약재 및 주입시공 전경
E.G.M 약재
주입 플랜트
겔타임 측정
E.G.M 천공
주입롯드 삽입
주입 작업
E.G.M 공법 약재 설비 시스템
생산 공장 외부 전경
생산 공장 내부 전경
창고 내부 전경
그라우트재의 체적 변화
대상지반에 따른 주입재의 침투한계
물유리계 주입재와 해수에 대한 내염성
- 물유리계 지반주입재는 시멘트의 수화 생성물인 Ca(OH) 2와 반응하여 C-S-H 겔을 형성하는 풀 효과에 의해 겔을 형성하지만 바닷물을 사용하거나 바닷물이 있는 곳에서는 바닷물의 성분 중 NaCl 및 MgCl2 등의 염화물이 시멘트의 수화 생성물인 Ca(OH) 2 와 먼저 반응하여 CaCl2를 형성하여 C-S-H 겔의 형성을 방해한다.
- 무기질계 E.G.M 재료는 에트링자이트(3CaO · Al2O3 · 3CaSO4 · 32H2O)를 생성하여 자체로 겔을 형성 함으로 바닷물 성분 중 염화물의 영향이 거의 없어 주입효과가 우수하다.
- 물유리계 주입재는 강알칼리성 재료로 용탈현상 발생으로 인해, 주입재의 수축을 야기하며, 6개 월이상의 작업기간이 요구되는 현장에는 사용이 부적합하다.
환경오염원인 6가 크롬 검토
- 국내에서는 아직 6가 크롬에 대해서는 크게 문제시 되지않고 있으나 적용하는 법규에 따라 규 제기준이 약간씩 차이가 있다. 환경정책 기본법에서는 수질환경기준에 따라 6가 크롬의 양을 0.05mg/ℓ 이하가 되도록 규제하고 있으며, 폐기물 관리법에서는 1.5mg/ ℓ 로 정하고 있다. 또한, 토양 환경보전법에서는 지역의 특성에 따라 4㎎/㎏~30 ㎎/㎏ 정도로 정하고 있으며 수질 환경 보전법에서는 0.5mg/ ℓ 를 정하고 있다.
- 일반 포틀랜트 시멘트는 그 제조과정에서 발생하는 6가 크롬의 발생이 필연적으로 발생하여 환 경오염의 문제가 될 수 있으나 무기질계 지반 주입재인 E.G.M공법의 경우는 지반 주입재가 수화 반응을 통해 에트링자이트가 형성되면서 겔형성이 이루어지는데, 이때 다량으로 생성되는 에트 링자이트가 6가크롬을 고정화 시키는 역할을 하기에 용출되는 6가 크롬량이 매우 적은 것에 기 인한 것으로 사료된다.
적용 분야
지반개량
내진보강
항만 영약지반 보강
사석층 공극충전, 차수
공등보강
구조물 보강
- 지반개량 : 기초지반 지내력 향상, 차수, 기존 구조물(물양장, 호안 등) 내진보강
- 구조물 지지 : 신축 구조물이나 기존 구조물 UNDER PINNING, 배수문 기초 지반보강
- 구조물 침하장지 및 복원 : 구조물에 부등침하 발생 시 수평복원 및 추가 침하 방지
- 충진 : 폐광이나 지반 내 공동 충진, 호안 및 해안구조물 하부 사석층 공극 충진