효창이엔지

"보강은 하되 네 이웃의 땅은 침범하지는 말라~~"

가끔은 공사용지 내에서 보강공법(네일공법 또는 앵커공법)을 적용하기 어려울 때가 있다. 이런 경우 개인용지를 침범하지 않고 적용할 수 있는 공법중에 억지말뚝 공법이 있다.

말뚝(강관)....

말뚝은 기본적으로 교량의 하부기초, 고층 건물의 수직하중을 지지하는 용도로 사용한다.

말뚝은 비탈면의 보강에도 사용하는데 비탈면의 작용하는 수평력을 말뚝의 휨강성으로 저항하게 하는 방법이다.

시공중 소규모 붕괴의 보강 및 복원 방법

당진 화력발전소 비탈면 전경이다. 지반조사 결과를 바탕으로 비탈면 안정성 검토를 하게된다. 그런데 땅속의 상태를 정확히 파악하기가 힘들다. 본 비탈면도 여러 단계의 검토를 거처 보강이 필요없는 것으로 결론이 나서 토공을 열심히 하면서 내려왔다.

그런데 일부 비탈면에서 소규모 파괴가 발생하였다. 위 사진에서 비탈면에 마블링 처럼 보이는 것이 땅속 상태이다. 색도 다르고 토사와 암반이 혼재되어 있다. 색이 다른 부분은 토사를 구성한 성분도 다르고 풍화정도도 같지 않다는 것을 의미한다. 따라서 공학적으로 지반의 강도정수도 다를 수 밖에 없다.

국부적으로 표면 파괴가 발생했고 그대로 방치할 경우 진행성 파괴로 이어질 상황이었다. 보강과 표면 복원을 요청받아 MS NAIL공법으로 시공 완료한 현장이다.

표면 압착스프링 공법(Surface Spring Protection Method)은 MS NAIL공법의 표면압착 기능만을 분리하여 개발한 공법이다.

비탈면의 피해중 표면유실이 차지하는 비중이 80%정도이며 표토층 2m이내의 유실이 가장 많은 것으로 조사되었다.(한국도로공사 2014. 10) 참조)

일반네일 또는 락볼트로 보강이 계획된 비탈면과 연계해서 사용할 수 있도록 표면압착 기능을 극대화 시킨공법이다. 또한 일반네일 또는 락볼트로 보강된 비탈면의 유지보수 차원에서도 적용이 가능하다.

1) 공법개요
표면유실을 방지하기 위한 압착망과 와이어 로프를 정방형 구조로 설치하여 보강재의 두부에 설치된 압착스프링으로 지반압착을 실시하여 우기시 느슨한 토사 지반의 표면유실 및 절리가 심한 암반지반의 낙석 발생을 예방할 수 있는 공법

２) 특징 및　장단점

보강재 두부에 설치된 압축스프링장치를 이용하여 와이어로프와 압착망에 적정한 표면 압착효과(2~3톤/본당)를 부여하여 느슨한 토사지반 또는 절리가 심한 암반지반에서의 표면파괴를 최대한으로 억제
보강재의 두부는 견고하게 지압판과 와이어로프에 체결되어 와이어로프의 이탈을 방지하고, 전체 보강재가 효과적으로 일체화되어 거동하므로 안정성면에서 유리함
표면압착스프링공법은 초기 압착력을 통해 토사유실과 낙석을 원천적으로 구속하여 차단할 수 있어 공용 중 낙석으로 인한 파손이 적어 유지관리 비용이 절감됨.
모든 종류의 네일 및 록볼트 보강에 적용가능하며, 기존에 시공된 네일과 록볼트에도 유지관리 측면에서 시공 가능.

3) 표면유실 및 표면파괴 사례

4) 적용성

종래의 비탈면 보강은 장기간에 걸친 장마로 인해 지하수위가 상승하고 이로 인한 비탈면의 대규모 활동파괴에 대한 보강을 위주로 실시
최근에는 기상이변으로 국지성 집중호우로 인해 비탈면의 표면파괴가 많이 발생하고 있어 비탈면의 대규모 활동파괴에 대한 보강과 더불어 표면파괴에 대한 안정대책이 필요한 상황임.
공용 중 비탈면 피해 중 표면유실이 80% 집중호우로 인해 토사심도 약 2.0m이내에서 표면 유실 발생(2008~2013년 비탈면 붕괴현황(한국도로공사 2014. 10) 참조)

표면압착스프링공법은 비탈면의 표면파괴를 억지하는 공법으로 산사태로 인한 토사유실 발생 예상지역이나 절리가 심한 암반지반의 경우 토사 유실 및 낙석을 원천적으로 막아주므로 우기철 재해 예방에 적용성이 높음.

5) 적용사례

보강공사를 왜 하는가?

물론 위험하니까 보강을 한다. 그런데 보강 중에 비탈면이 무너진다면......

10년 넘게 보강공사를 하다보니 시공 중에 이러한 경우가 발생하기도 한다.

"알펜시아 스키점대 비탈면 보강공사" 중 집채만한 바위가 떨어져 크레인을 덥친 일이 있었다. 다행이 밤에 일어난 일이라 인명피해는 없었다.
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비탈면의 보강공사는 TOP DOWN방식으로 하는것이 일반적이다. 계획된 단면으로 5m씩 터파기를 진행하면서 보강하는 방식이다.

<토공작업>

<보강작업>

단계별로 굴착을 하기 때문에 비탈면의 변위가 단계별로 발생하게된다. 변위발생에 따라 보강재에 응력이 발생하여 보강력을 확보하면서 시공하게 된다. 따라서 시공 중에 붕괴로 이어지지 않는다.

토공을 전부 하고 크레인을 사용하여 한번에 보강하면 어떨까?

토공 중에 비탈면의 변위가 과도하게 발생하여 보강재(네일)를 설치 하더라도 충분한 보강력을 확보할 수 없게 되거나 토공 중에 붕괴로 이어질 가능성이 높아진다.

TOP DOWN방식은 여러가 이점있다. 단순히 공사비를 줄이는 목적 이외에 네일보강 공법이 갖고 있는 보강력의 발생 원리에서도 그러하다. 비탈면의 변위가 발생해야 네일체에 응력이 발생하고 보강재가 갖고 있는 보강력을 발휘하게 된다.

따라서 현장에서 특수한 상황이 아니면 TOP DOWN방식으로 시공해야 한다. 부득이하게 터파기 후 크레인을 이용해 보강공사를 시행해야 한다면 가급적 빠른 시기에 보강공사을 완료하여야 한다.

정착장에 위치한 내하체는 강연선과 결합되어 있어야 한다. 그래야만 자유장을 통해 전달된 힘이 내하체에 전달되어 인장력을 확보할 수 있기 때문이다.

네델란드의 한스 블랑커를 아시는지? 제방에 물이 새는 것을 발견하고 밤새도록 온몸으로 막았다는 그 이야기.....

더이상 물이 새는 구멍을 손가락으로 막을 필요는 없다!

지하 굴착을 하다보면 간혹 폭포수 처럼 물이 나올때가 있다. 천공으로 인한 누수로 지하수위가 하강하고 주변 지반의 침하를 방지하기 위하여 앵커 천공홀 입구에 차수를 목적으로 사용하는 것이 차수팩커이다.

물이 저렇게 나오면 그라우트를 할 수 없다. 또한 배면에 토사와 같이 지하수가 유출되어 공동이 발생할 수 있어 대책이 필요하다.

<<차수팩커의 조립 및 작동원리>>
도넛 모양의 토목섬유로 되어있다. 내부에 그라우트를 채울 수 있도록 PE호스 넣고 가압그라우팅을 한다.