네덜란드의 소년 한스 브링커(Hans Brinker) 이야기를 아시는지? 제방 구멍에서 물이 새는 것을 발견하고, 밤새도록 손가락과 온몸으로 구멍을 막아 마을을 구했다는 그 유명한 동화 같은 이야기 말이다.
하지만 지반공학 현장에서만큼은 더 이상 물이 새는 구멍을 손가락으로 막고 서 있을 필요가 없다.
도심지 굴착이나 터널·비탈면 천공 작업을 진행하다 보면, 간혹 지하수가 폭포수처럼 쏟아져 나오는 돌발 상황을 맞닥뜨리게 된다. 천공홀을 통한 대량의 누수는 비탈면 이완은 물론 지하수위 하강에 따른 주변 지반 침하로 이어지기 십상이다. 이처럼 지하수 유출을 신속하게 차단하고 인접 지반의 침하를 예방하기 위해, 앵커 천공홀 입구에 차수를 목적으로 장착·시공하는 장치가 바로 '차수패커(Water-stopping Packer)'다.
이처럼 천공홀에서 지하수가 쏟아져 나오는 상황에서는 정상적인 그라우팅 시공이 불가능하다. 주입한 그라우트재가 배출되는 지하수에 씻겨 나가면서 정착에 필요한 강도를 전혀 확보할 수 없기 때문이다.
더 큰 문제는 지하수와 함께 배면의 토사가 지속적으로 유출된다는 점이다. 토사 유실이 계속되면 지반 내부에 눈에 보이지 않는 대형 공동(Cavity)이 발생하게 되고, 이는 결국 지반 침하나 비탈면의 갑작스러운 대규모 붕괴로 이어지게 된다.
따라서 단순히 구멍을 막는 수준을 넘어, 지하수 유출을 확실하게 차단함과 동시에 배면 공동을 채워 지반을 안정화할 수 있는 차수패커 공법 및 신속한 가압 주입 대책이 필수적으로 수반되어야 한다.
<<차수팩커의 조립 및 작동원리>>
차수패커는 신장성과 인장 강도가 우수한 도넛 모양의 토목섬유(Geotextile) 주머니 구조로 이루어져 있다.
이 도넛 형태의 토목섬유 내부로 그라우트재를 주입할 수 있도록 PE 호스를 배선한 뒤, 현장에서 가압 그라우팅(Pressurized Grouting)을 실시한다. 가압 주입된 그라우트재에 의해 도넛 모양의 패커가 팽창하면서 천공홀 공벽 내부 밀착되어, 쏟아져 나오던 지하수와 배면 토사 유출을 완벽하게 차단하게 된다.
<<차수팩커의 시공순서>>
차수패커로 천공홀 입구를 완벽하게 막아 수압을 차단한 상태에서, 홀 내부로 정착 그라우트재를 본격적으로 주입한다.
시멘트 그라우트는 비중(약 1.6~1.8)이 물(비중 1.0)보다 훨씬 높기 때문에, 홀 하부에서부터 가압 주입 시 내부의 지하수를 위로 밀어내며 천공홀 전 구간을 밀실하게 채워 나가게 된다. 이를 통해 지하수 유출을 완벽히 차단함과 동시에, 보강재 주변의 공극을 빈틈없이 채워 우수한 정착력을 확보할 수 있다.
