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문제 정의
- 본 연구는 최근 아파트공사 굴착현장에서 많이 이용하고 있는 LW공법의 차수효과 및 환경영향성 검토를 목적으로 수행하였다. 연구대상 지반에 대한 지반조사를 실시하여 지층조건을 검토하였고 적용된 LW공법의 주입효과 및 차수효과에 대한 검토를 수행하였으며 연구대상지반의 수질 및 시료토를 채수 및 채취하여 환경영향성 검토 및 강도시험 및 투수시험을 실시하여 지반보강효과에 관한 토질공학적 규명을 실시하였다.
- 본 연구에서는 아파트 건설공사 현장에 있어서 LW주입공법의 현장적용에 따른 환경영향성 및 차수효과에 관한 연구를 수행하였으며 그 결과를 요약, 정리하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 LW와 실리카졸의 고결체 시편을 수조의 바닥 모래 속에 설치하고 용탈된 알칼리에 의한 공시어의 LC 50(Median Lethal Concentration)을 측정하고자 한다. ｢KS M 0111｣ 규정에 의하면 LC50은 어류를 급성 독물질이 함유되어 있는 폐수의 희석액 중에 기를때 그 사이에 공시어의 50%가 살아 남는 폐수의 농도를 나타낸다.
제안 방법
- 본 연구는 최근 아파트공사 굴착현장에서 많이 이용하고 있는 LW공법의 차수효과 및 환경영향성 검토를 목적으로 수행하였다. 연구대상 지반에 대한 지반조사를 실시하여 지층조건을 검토하였고 적용된 LW공법의 주입효과 및 차수효과에 대한 검토를 수행하였으며 연구대상지반의 수질 및 시료토를 채수 및 채취하여 환경영향성 검토 및 강도시험 및 투수시험을 실시하여 지반보강효과에 관한 토질공학적 규명을 실시하였다.
- 그림 4～6과 같이 아직 굴착이 이루어지지 않은 LW시공부분의 주입상단부 주입공 중심에서 깊이 1.5m～2.0m 정도 굴착하여 페놀프탈레인 반응시험을 실시하였다. 그 결과 부분적 침투주입 또는 맥상주입의 상태를 확인할 수 있었다.
- 시추공 BX-6 일대에서 채취한 원지반에 대한 기본 물성실험을 실시하였다. 입도분석시험, 함수량시험, 애터버그시험(액･소성한계시험), 비중시험을 실시하여 얻은 토질의 기본 물성치는 표 4와 같다.
- 현장에서 채취해 온 원지반 흙 및 LW고결체는 고결토 그대로를 채취하여 삼축투수 또는 정수위 투수시험을 하기에 부적합하여 현장투수시험과 같은 요령으로 변수위투수시험을 실시하였다(천병식, 2005a). 실내 변수위투수시험은 그림 8(a)의 ∅5cm의 casing을 원지반 및 LW고결토에 소량의 물을 공급하며 케이싱내의 흙을 제거하면서 회전천공하여 10cm관입한(그림 8(b) 참조) 뒤 그림 8(c)와 같이 케이싱 내 물을 가득 채우고 수위변화량과 시간을 측정하는 방법으로 실시하였다.
- 또한 온도 및 pH의 변화를 수시로 기록할 수 있도록 장치한다. 시험조작 후 일정 시간마다 공시어의 상태변화를 관찰하면서 어독성 시험일지에 기록한다. 공시어의 치사 유무를 수시로 관찰하고 치사한 공시어는 되도록 빨리 제거한다(천병식 등, 2000).
- (4) LW주입재로 사용되는 규산소다 3호의 알칼리성분의 용탈에 의한 환경영향성 검토를 위하여 어독성 시험을 실시하였다. 주입재 침투가 비교적 양호한 주입고결토의 시편을 이용한 어독성 시험 결과 pH가 초기에는 7.
- LW주입효과를 알아보기 위하여 현장조사를 실시하였다. 연구대상지반에 굴삭기로 굴착 후 토류벽 굴착면에서 주입재 침투 효과에 대한 육안관찰을 위하여 페놀프탈레인 시약 분사반응시험을 실시하였다.
- LW주입효과를 알아보기 위하여 현장조사를 실시하였다. 연구대상지반에 굴삭기로 굴착 후 토류벽 굴착면에서 주입재 침투 효과에 대한 육안관찰을 위하여 페놀프탈레인 시약 분사반응시험을 실시하였다.
- 시료토는 그림 7의 시추공 BX-6 일대에 기 시공된 LW주입 구간을 백호로 굴착한 후 페놀프탈레인 반응 시험을 통하여 원지반 흙과 LW고결토로 구분하여 채취한 후 강도시험 및 물성시험을 수행하였고, 수질은 그림 7과 같이 기 시공된 LW주입 중심으로부터 50m 지점의 원수와 굴착면의 10m내 3개소의 오염수로 구분하여 채취한 뒤 수소이온농도(pH)를 측정하고, 화학시험전문업체에 의뢰하여 화학성분분석시험(Na, Si, 염분, Cr6+)을 실시하였다.
- 현장에서 채취해 온 원지반 흙 및 LW고결체는 고결토 그대로를 채취하여 삼축투수 또는 정수위 투수시험을 하기에 부적합하여 현장투수시험과 같은 요령으로 변수위투수시험을 실시하였다(천병식, 2005a). 실내 변수위투수시험은 그림 8(a)의 ∅5cm의 casing을 원지반 및 LW고결토에 소량의 물을 공급하며 케이싱내의 흙을 제거하면서 회전천공하여 10cm관입한(그림 8(b) 참조) 뒤 그림 8(c)와 같이 케이싱 내 물을 가득 채우고 수위변화량과 시간을 측정하는 방법으로 실시하였다.
- 이와 같이 고결체로부터 용탈된 알칼리에 의한 어독성을 평가하기 위하여 본 연구에서는 ｢KS M 0111｣에 규정된 ｢어류에 의한 급성 독성시험｣(한국표준협회, 1993)에 근거하여 시험방법과 시험장치를 표준화하였다(천병식 등, 1998).
- 본 연구에서는 각 실험으로부터 24, 48 및 96시간의 pH와 치사율을 구하고 공시어가 50% 치사하는 pH를 결정하였다. 이 결과는 주입약액의 알칼리 용탈로 인한 pH 변화로 인하여 환경오염 정도를 확인할 수 있는 지표가 된다.
대상 데이터
- 지반조사에 의한 연구대상지반의 토질 및 지층 현황은 표 2와 같으며, 현장조사가 실시된 지역은 NX-공번 1, 2, 3과 BX공번-1, 3, 4, 6 일대이다.
- 연구대상지반의 LW주입은 ∅800mm로 총 연장9 60m에 중심간격(C.T.C) 0.6m로서 총 1600공 시공되었으며 평균 깊이는 토사층에 7.71m, 풍화암층 1.0m이다. 시공 일반도는 그림 1과 같고 LW주입 구간 및 대상지반 굴토 상황은 그림 2와 같다(현대건설, 2005).
- 이 결과는 주입약액의 알칼리 용탈로 인한 pH 변화로 인하여 환경오염 정도를 확인할 수 있는 지표가 된다. 공시어는 다수 채집이 용이한 금붕어를 사용하였으며, 평균 길이는 6cm～8cm 정도이고, 20마리로 시험을 실시하였다. 초기 pH는 7.
이론/모형
-
1.3 직접전단시험
｢직접전단시험방법(KSF 2343)｣의 규정(한국표준협회, 2000)에 따라 직접전단시험을 실시하였다
. 직접전단시험 결과는 표 6과 같으며, 원지반의 평균전단강도 2. - 우리나라 KS M 011 규정에 근거하여 시험 기구는 그림 10과 같이 구성하였다.
- ｢흙의 일축압축시험방법(KSF 2314)｣의 규정(한국표준협회, 2000)에 의거, 일축압축시험을 실시하였다. 일축압축시험 결과는 표 5와 같으며 원지반의 평균일축압축강도는 2.
성능/효과
- 0m 정도 굴착하여 페놀프탈레인 반응시험을 실시하였다. 그 결과 부분적 침투주입 또는 맥상주입의 상태를 확인할 수 있었다.
- ｢흙의 일축압축시험방법(KSF 2314)｣의 규정(한국표준협회, 2000)에 의거, 일축압축시험을 실시하였다. 일축압축시험 결과는 표 5와 같으며 원지반의 평균일축압축강도는 2.72kgf/cm2에 비해 LW주입 후 평균일축압축강도 8.50kgf/cm2로 개량되었음을 알 수 있다.
- ｢직접전단시험방법(KSF 2343)｣의 규정(한국표준협회, 2000)에 따라 직접전단시험을 실시하였다. 직접전단시험 결과는 표 6과 같으며, 원지반의 평균전단강도 2.13kgf/cm2에 비해 LW주입 후 평균전단강도는 8.3kgf/cm2로 개량되었으며 전단강도정수는 원지반에서 c= 1.64kgf/cm2, ∅=10.23° 개량된 지반에서 c=4.4kgf/cm2, ∅=24°로 증대되었음을 알 수 있다.
- 원지반 및 LW고결토의 투수시험 결과 표 7에서 보는 바와 같이 원지반의 평균 투수계수는 5.09×10-5cm/sec, LW고결토의 투수계수는 2.76×10-6cm/sec로 나타났다. 본 논문의 3.
- 96까지 증가하였으나 6시간 이후부터 감소하기 시작하여 80시간 이후 초기 pH 값을 회복하였는데, 이와 같이 pH가 감소하는 이유는 토양의 완충능(이민호 등, 2006) 및 먹이 또는 공시어의 배설물의 부패 등으로 발생된 유기산의 화학작용이 발생하였기 때문으로 추정된다. 또한 공시어의 수가 초기 숫자인 20마리를 유지하여 알칼리 용탈에 의한 오염도가 적은 것으로 판단되었다.
- 즉, 실제로 지중에 주입된 시료가 아니고 LW의 주입재와 표준사를 표준배합(주입율 32～38%)으로 하여 가장 이상적으로 실내에서 수작업으로 직접 혼합, 고결시킨 것이다. 그러나 본 연구대상지반은 조밀하고 투수성이 낮으므로 LW주입재의 극소량이 지중에 부분적으로 혼입되어 있기 때문에(주입율은 토성, 토질의 종류 특히 공극비에 따라서도 크게 달라짐) 실제 본 현장의 LW주입공의 주입율은 표준배합에 비해 현저히 낮을 수 밖에 없다고 판단되며, 따라서 어독성시험결과 치사율이 0으로 나타난 것으로 판단된다.
- (1) 터파기가 진행중인 토류벽 굴착면에서 주입재 침투영향범위 이내의 주입효과를 육안으로 직접 관찰하고자 굴착면에 페놀프탈레인 반응시험을 실시하였으나 그 중 1개소에서만 맥상주입의 흔적을 발견할 수 있었다. 결과적으로 정상적인 주입인 침투주입은 보이지 않고 층별로 부분적으로 맥상주입 형태의 모습이 나타났다.
- (1) 터파기가 진행중인 토류벽 굴착면에서 주입재 침투영향범위 이내의 주입효과를 육안으로 직접 관찰하고자 굴착면에 페놀프탈레인 반응시험을 실시하였으나 그 중 1개소에서만 맥상주입의 흔적을 발견할 수 있었다. 결과적으로 정상적인 주입인 침투주입은 보이지 않고 층별로 부분적으로 맥상주입 형태의 모습이 나타났다. 또한 토류벽 굴착면에서 지하수 유출 상태를 확인한 결과 3～4개 지점에서 지하수가 소량 유출되고 있음을 확인하였다.
- 결과적으로 정상적인 주입인 침투주입은 보이지 않고 층별로 부분적으로 맥상주입 형태의 모습이 나타났다. 또한 토류벽 굴착면에서 지하수 유출 상태를 확인한 결과 3～4개 지점에서 지하수가 소량 유출되고 있음을 확인하였다.
- (2) 주입재의 침투상태를 고려하면 토류벽체에서 지하수가 다량 유출 될것으로 생각되었지만 유출량이 매우 적었다. 그 이유는 원지반의 흙이 밀도가 크고 투수성이 낮은 흙분류상, SC류(k=4.
- (2) 주입재의 침투상태를 고려하면 토류벽체에서 지하수가 다량 유출 될것으로 생각되었지만 유출량이 매우 적었다. 그 이유는 원지반의 흙이 밀도가 크고 투수성이 낮은 흙분류상, SC류(k=4.01×10-5cm/sec)인 관계로 약액주입 시 정상적인 침투주입이 되지 못하고 약선을 따라서 부분적으로 주입이 되는 소위 맥상주입으로 되었음을 확인할 수 있었고 따라서, 지하수 유출량도 소량인 것으로 판단된다.
- 25를 회복하였다. 또한 공시어의 수가 초기 20마리 중 80시간 이후에도 한 마리도 치사하지 않고 그대로 유지됨으로서 알칼리 용탈에 의한 오염의 가능성은 없는 것으로 판단되어 환경적으로 안전한 것으로 생각된다.
- (5) 원지반의 흙 및 LW주입고결토를 채취하여 강도시험(일축압축강도, 직접전단시험)과 투수시험을 실시한 결과 원지반에 비해 LW주입지반의 고결토 강도는 일축압축강도가 약 3배, 전단강도정수가 약 2배 증가되고 투수계수는 6～7배 감소되어(4.09×10-5→2.76×10-6cm/sec) 상당한 개량효과가 있는 것으로 사료된다.
- 검출 등) 결과, 모두 환경적 영향에 대하여 안전하며, 내구성면에서도 문제가 없는 것으로 사료된다. 주입재의 침투상태는 원지반의 흙이 조밀하고 투수성이 낮은 점성토 지반이어서 맥상주입인 것으로 밝혀졌지만, 굴착면에서 지하수 유출량이 소량이며 점성토지반이면서 더욱, 투수계수가 6～7배 감소된 것이 토질시험으로 확인되었는 바, 결과적으로 차수효과가 있는 것으로 사료된다.
- H-Pile 라인에 평행하게 시공된 LW의 주입범위 내에 있는 토류벽 굴착면 총 8개소에 페놀프탈레인 시약분사 반응 시험을 실시한 결과 7개소에서는 반응이 일어나지 않았으며, 1개소에서만 부분적으로 맥상주입형태의 반응이 나타났다(그림 3 참조).
- 76×10-6cm/sec로 나타났다. 본 논문의 3.1.2절 현장조사에서 현장 페놀프탈레인 시험 시 토류벽면을 연한 굴착단면의 반응이 일부만 나타난 것으로 미루어 보아, 점토를 함유한 원지반 자체가 투수성이 낮아 침투주입의 영향범위가 좁음을 알 수 있고, LW주입 후 지반의 차수성이 더욱 개선되었음을 알 수 있었다.
- 채취한 원수와 오염수의 수소이온농도(pH)를 측정한 결과 표 8에서 보는 바와 같이 원수는 pH 7.36, 오염수는 평균 pH 7.85로서 “환경부 먹는물의 수질기준”에 의거, 기준치(pH 5.8～8.5) 범위 내 이므로 환경적으로 안전함(천병식, 2005b)을 알 수 있었다.
- 채취한 원수와 오염수의 물유리성분(Na2O, SiO2)과 염분 및 6가크롬(Cr6+)함량을 측정하기 위해 국제공인시험인증기관인 (주)○○환경에 시험을 의뢰한 결과 표 8과 같이 원수와 오염수에 Na와 Si 성분은 미량 함유되어 있으며, 오염수가 원수보다 약간 크게 검출되었고, 염분은 미미하며, 6가크롬(Cr6+)은 불검출 되었음을 알 수 있다.
- (3) LW주입시공으로 인한 환경영향성 검토를 위하여 토류벽체에서 부터 약 50m 정도 떨어진 지점의 물을 “원수”로 간주하고, 또한 토류벽체에서 약 10m 떨어진 곳의 물을 “LW에 의한 오염수”로 간주하여 지하수를 채취하여 수소이온농도(pH)를 측정한 결과 원수가 7.36, 오염수가 약 7.85로서 환경부 “먹는 물의 수질기준[제2조제1항관련]”에 의거, 기준치(pH 5.8～8.5)의 범위 내에 듦으로서 환경적으로 안전한 것으로 사료된다. 또한 Na, Si, 염분, Cr6+성분 등의 검출은 화학성분분석시험결과에 의하면 Na, Si 이온은 다소 증가된 것으로 나타났지만 염분은 미미하며 6가크롬(Cr6+)은 불검출 되고 중요한 것은 오염수의 pH가 7.
- 5)의 범위 내에 듦으로서 환경적으로 안전한 것으로 사료된다. 또한 Na, Si, 염분, Cr6+성분 등의 검출은 화학성분분석시험결과에 의하면 Na, Si 이온은 다소 증가된 것으로 나타났지만 염분은 미미하며 6가크롬(Cr6+)은 불검출 되고 중요한 것은 오염수의 pH가 7.85이어서(허용치는 8.6) 결과적으로 수질오염에는 아무런 문제가 없는 것으로 나타났다.
- (4) LW주입재로 사용되는 규산소다 3호의 알칼리성분의 용탈에 의한 환경영향성 검토를 위하여 어독성 시험을 실시하였다. 주입재 침투가 비교적 양호한 주입고결토의 시편을 이용한 어독성 시험 결과 pH가 초기에는 7.96까지 증가하였으나 6시간 이후부터 감소하기 시작하여 80시간 이후에는 7.30으로 초기 pH값 7.25를 회복하였다. 또한 공시어의 수가 초기 20마리 중 80시간 이후에도 한 마리도 치사하지 않고 그대로 유지됨으로서 알칼리 용탈에 의한 오염의 가능성은 없는 것으로 판단되어 환경적으로 안전한 것으로 생각된다.
- 이상의 결과를 종합하면, 연구대상지반에 적용된 LW공법의 고결토 시료와 지하수를 채취하여 어독성시험(pH값 측정, 공시어 치사율 등), 수질오염시험(pH값, Na이온, Si이온, 염분, Cr6+ 검출 등) 결과, 모두 환경적 영향에 대하여 안전하며, 내구성면에서도 문제가 없는 것으로 사료된다. 주입재의 침투상태는 원지반의 흙이 조밀하고 투수성이 낮은 점성토 지반이어서 맥상주입인 것으로 밝혀졌지만, 굴착면에서 지하수 유출량이 소량이며 점성토지반이면서 더욱, 투수계수가 6～7배 감소된 것이 토질시험으로 확인되었는 바, 결과적으로 차수효과가 있는 것으로 사료된다.
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