비탈면에서의 숏크리트(shotcrete) 공법

숏크리트(shotcrete) 공법이란?
터널의 라이닝 및 굴착지반, 비탈면등에 시멘트, 골재, 물등을 혼합하여 압축공기로 뿜어서 자유면에 달라 붙게 만드는 공법이다.

<터널 라이닝 숏크리트>

<굴착에서의 숏크리트>

<비탈면에서의 숏크리트>

비탈면에서의 숏크리트 공법?
토사 또는 풍화된 암반 비탈면에 풍화 및 유실등의 진행성 작용을 막기 위해 시멘트 혼합 재료을 뿜어 붙여 표면의 강도를 증가 시키는 방법이다.

표면 풍화 및 유실등에 탁월한 공법이지만 국내에서는 비탈면에 적용하기를 꺼리는 경향이 있다. 아마도 식생공법이 자연 친화적으로 보이기 때문인것 같다.

다음은 용인지역에서 수행한 숏크리트 시공 현장이다.
장기간의 풍화로 비탈면의 유실 및 국부적인 붕괴가 발생하였다. 전체적인 안정성에는 큰 문제는 없었으나 표면의 심한 풍화로 진행성 파괴가 우려되어 배수공 설치 및 숏크리트 공법으로 설계된 현장이다.





<낙석방지책을 제거하고 유실된 토사 및 풍화암을 제거한다.>


<와이어 로프 및 망 설치>


<유공관 및 배수공 설치>









<숏크리트 타설 두께 확인>








숏크리트 공법은 표면 풍화 방지에 관해서 탁월한 공법이다. 다만, 미관상 좋치 않은 것도 사실이다. 그러나 미관을 떠나 안정성이라는 차원에서 적극적으로 검토해야 한다.


<외국의 시공사례>
다음은 일본의 숏크리트 타설 비탈면이다. 미관 보다는 안정성을 우선으로 숏크리트 공법을 적극적으로 사용하고 있는 실정이다.


<국내 시공사례>
다음은 북악터널 입구에 숏크리트로 시공된 현장이다. 화강암이 기반암인 서울 지역은 숏크리의 이질감이 그다지 크지 않다. 





태양광 발전과 비탈면 보강

2008년 당시 국내 최대 태양광 발전소는 삼성 에버랜드의 김천 태양광 발전이다.
연간 2만 6000MW의 전력을 생산할 계획으로, 이는 김천시 전체가구의 15%에 해당하는 8000여 가구가 연간 사용할 수 있는 전력량이다.

앵커시공(UCD ANCHOR)

도로에 붙어있는 십자가는 종교적 상징이 아니다!


가평군에서 발주한 "자연재해 위험지구 정비공사" 중 본사의 UCD ANCHOR 시공 이야기이다.

북한강을 끼고 경춘가도를 달리다보면 가평이 나온다. 재즈페스티벌로 유명한 자라섬이 있는 곳이다! 지금은 춘천까지 시원하게 길이 뚤렸지만 예전에는 2차선 도로인 경춘가도를 따라 가야만 했다. 그런데 시공된지 오래된 도로라 비탈면이 풍화되고 암반은 이완되어 보강이 시급했던 도로이기도 했다.

도로를 달리다 보면 비탈면에 붙어있는 십자가모양(?)을 자주 볼 수 있다. 앵커의 인장력을 비탈면에 전달하는 수압판이다.

앵커는 비탈면이 움직이지 못하게 미리 큰 힘으로 비탈면에 하중을 가하는 방식의 보강공법이다. 이것을 주동보강 방식이라고 말한다. 앵커는 땅속에 삽입하고 수압판(십자블록)은 비탈면에 설치한다. 앵커와 수압판(십자블록)은 실과 바늘과 같다.

효창이엔지가 보유한 UCD ANCHOR는 균등하중 분산형 앵커이다.
관련자료는 회사홈페이지 TECHNOLGY/ HC-UCD ANCHOR공법에 자세이 수록되어있다.

인천국제공항 제2여객터미널 연결철도 건설공사(Incheon International Airport Passenger Terminal 2 Construction)


인천국제공항 제2여객터미널 연결철도 건설공사가 진행 중이다. 운항중인 비행 활주로 하부를 통과하는 연결 통로 건설공사로 외국에서 그 사례를 찾기 힘들 정도의 어려운 공사이다.

현장에서 기술자문 요청을 받고 상황을 확인하니 기존 지하철역에서 제2 여객터미널까지 KTX가 진입이 가능하도록 기존 지하철 BOX구조물의 일부를 철거해야했다.

기존 지하철과 선로와 신규 선로의 연결를 위해서 벽체일부를 철거해야 하는데 이때 기존 BOX구조물에 부모멘트가 발생하게 되어 앵커 시공이 필요하게 되었다.
<시공 평면도>

현장에서 검토중인 앵커는 VSL 앵커였다.

설계 인장력 150ton/EA, 정착장의 위치는 풍화암에 설치되는 것으로 계획되어 있었고 천공 지반 하부에 투수증이 있어 천공시 지하수가 유출이 우려되는 상황이였다.

<지층 및 단면도>


VLS앵커는 인장형 앵커이다. 인장형 앵커는 인장시 하중집중으로 인해 정착 전면부에 자유화가 진행되며 크랙 및 하중감소가 발생한다. 또한 하중집중 구간의 지반에 극한주면 마찰력을 상회하게 될 경우 진행성 파괴(progressive debonding) 및 크립(creep)으로 인한 하중감소가 발생한는 단점이 있다. 따라서 영구앵로써 사용하기에는 무리가 있다.

<VSL 앵커 상세도>



<인장형 앵커>

영구 앵커를 선정할때 지반과 앵커의 특성을 무시하고 가격에만 촛점을 맞추어 사용하는 사례가 지금도 있다. 그러나 장기적인 관점에서 인장력 손실이 발생했을 경우 발생하는 구조물의 기능적 문제 및 추가 보강에 들어가는 비용은 상상하기 힘들다. 따라서 영구앵커를 사용할때 반드시 정착지반의 상태와 앵커의 특성을 고려해 적절히 선정하는 것이 바람직하다.

VSL앵커의 문제점 및 지반특성을 고려하여  UCD 앵커(압축 균등 분산형)를 제안 하고 현장에 반영하였다.

1. 정착지반:  풍화암
2. 설계인장력: 150ton
3. 유지관리: 재인장가능한 공법


<집중 압축형 앵커>



<분산 압축형 앵커>

UCD ANCHOR선정 후 시험 시공을 위한 현장 답사가 있었다. 지하철 운행이 중지되는 새벽에 설로를 따라 현장으로 이동했다. 지하철 내부에서 작업해야 하는 상황에서 실제 작업시간은 하루 3시간 30분 정도였다. 짧은 작업시간과 협소한 공간등 시공 여건이 어려운 현장이였다.

다음은 시험 시공 사진이다.




 <시험시공 위치 확인>

BOX구조물 하부 투수층을 통해 지하수압이 발생해 천공 직후 지하수 유출이 우려되는 상황이였다. 투수층까지 강관을 매입하여 지하수 유출을 막도록 두부쪽을 차폐하는 것으로 계획하였다.






예상대로 강관삽입 후 지하수가 뿜어져 나온다. 장비가 들썩거릴 정도의 수압으로 치솟아오른다. 케이싱 두부쪽을 밀패해서 지하수가 더이상 나오지 못하도록 마감을 한다.






UCD ANCHOR 삽입 후 그라우팅을 완료한 상태이다.






그라우트 양생 후 인장시험을 수행하였다. 설계인장력을 확인하고 계획된 구간에 UCD ANCHOR로 시공을 진행하였다.

2015.5