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문제 정의
- 본 고에서는 해외사례를 중심으로 안정화 등의 개량을 통해 준설토를 건설재료로 활용하는 방안을 살펴보았다.
- 본 고에서는 해외사례를 중심으로 안정화 등의 개량을 통해 준설토를 건설재료로 활용하는 방안을 정리하였다.
제안 방법
- 준설토는 실트-점토질과 모래질로 구분하여 실트-점토질은 매립을 위한 주재료로 쓰였고, 모래질은 매립지 상부를 덮는 재료로 사용되었다. Kanmon 해협의 준설토에는 약 65~75%가 모래질이었으므로 이를 실트 및 점토질과 분리하기 위하여 원심력을 이용한 입자분리기를 개발 하여 사용하였다(그림 4). 개발된 입자분리장치는 시간당 3,000㎥을 처리하였다.
- 현장 시험시공은 준설토 100%, 슬래그를 20%, 50%, 80% 로 혼합한 준설토-슬래그 혼합토, 슬래그 100%의 다섯가지 조건으로 이루어졌다. 시험시공된 준설토-슬래그 혼합토 제방에 대해 콘관입시험(CPT)를 실시하여 강도를 확인하였다. 그림 6에 나타난 바와 같이 평균 선단관입저항력은 준설토 100%로 시공된 경우 1.
- 해수를 이용한 용출시험을 수행한 결과, 구리는 시멘트에 의해 안정화되지 않은 것으로 나타났다. 이를 해결하기 위해 용출수를 희석하는 방법으로 유출수에서의 구리 농도를 저감시켰다.
- 준설토 매트리스 공법은 준설토를 내구성과 경량 성을 갖춘 주요한 도로 건설재료로 만든 것이다(그림 7). 준설토 매트리스는 기존의 시공 방법을 적용할 수 있는 건설재료이며 오염된 준설토의 정화에 생물학적 원리를 적용하였다. 준설토는 준설된 후 결합제 (binder), 감속제(decelerator), 거품제재(foam), 유기질 섬유(organic fiber) 등과 혼합된다.
- (2012)은 준설토-슬래그 혼합토로 제방 조성 현장시험시공을 실시하였다. 현장 시험시공은 준설토 100%, 슬래그를 20%, 50%, 80% 로 혼합한 준설토-슬래그 혼합토, 슬래그 100%의 다섯가지 조건으로 이루어졌다. 시험시공된 준설토-슬래그 혼합토 제방에 대해 콘관입시험(CPT)를 실시하여 강도를 확인하였다.
대상 데이터
- 개발된 입자분리장치는 시간당 3,000㎥을 처리하였다. 2003년과 2004년에 각각 340,000㎥과 220,000㎥이 준설되었고, 여기서 227,000㎥과 124,000㎥의 모래를 분리하였으며, 실트 및 점토질을 매립하고 모래는 매립지 상부 복토에 사용하였다.
- 이 사업에서는 준설토를 매립하고 안정화시키기 위하여 압축공기 흐름 교반(Pneumatic Flow Mixing) 공법을 사용하였으며, 파이프 내에서 시멘트를 혼합하여 고형화시켰다(그림 2, 그림 3). Nagoya 항에서 그랩 준설선을 이용한 준설하고 바지선을 이용하여 이동한 후 압축공기펌프를 통해 바지선으로부터 매립지로 이송하였다. 이송 과정에서 1㎥의 준설토 당 50kg의 시멘트 첨가하여 준설토를 매립하였다.
이론/모형
- 공사가 짧은 기간 내에 수행되어야 했기 때문에 경제적이고 효율적인 건설 방법의 하나로 약 8,600,000㎥의 준설토를 매립하는 것으로 추진되었다. 이 사업에서는 준설토를 매립하고 안정화시키기 위하여 압축공기 흐름 교반(Pneumatic Flow Mixing) 공법을 사용하였으며, 파이프 내에서 시멘트를 혼합하여 고형화시켰다(그림 2, 그림 3). Nagoya 항에서 그랩 준설선을 이용한 준설하고 바지선을 이용하여 이동한 후 압축공기펌프를 통해 바지선으로부터 매립지로 이송하였다.
성능/효과
- 시험시공된 준설토-슬래그 혼합토 제방에 대해 콘관입시험(CPT)를 실시하여 강도를 확인하였다. 그림 6에 나타난 바와 같이 평균 선단관입저항력은 준설토 100%로 시공된 경우 1.3MPa이었으나, 슬래그 함량이 20%인 경우에는 2.9 MPa, 슬래그 함량이 50%인 경우에는 6.2 MPa, 슬래그 함량이 80%인 경우에는 11.6 MPa로 슬래그 함량이 증가할수록 강도증가 효과가 뚜렷하게 나타나 슬래그 혼합에 따른 준설토 개량효과가 충분히 발현되는 것으로 나타났다.
- 준설토의 강도를 높이고 오염물질과 잘 결합되는 최적의 준설토 안정화제를 선정하기 위해 일반 포틀랜드 시멘트, 석회, 플라이애쉬 및 시중에 유통되는 약품들에 대해 평가한 결과 일반 포틀랜드 시멘트가 가장 효율적인 것으로 판명되었다. 실내실험 결과 시멘트의 비율을 세립퇴적토 건조중량의 20%로 하면 100kPa 정도의 전단강도를 확보할 수 있는 것으로 평가되었으며, 경화 과정에서 안정화된 준설토의 투수성도 아주 낮아지는 것으로 관찰되었다.
- 준설토 매트리스 공법을 적용함으로써 자원(준설토)의 재이용이 가능하고 일차 자원의 사용을 줄일 수 있다. 준설토 매트리스를 적용함으로써 연약지반 구간에서 침하량이 기존의 모래 사용에 비해 25%까지 감소될 수 있었으며, 총 시공기간이 30%까지 단축될 수 있었다.
- 통일분류 법상 OH(high-palasticity organic silt)로 분류된 Baltimore 준설토는 제방 조성재료로는 적합하지 않은 상태였으나, 슬래그를 50% 이상 혼합함으로써 SM(silty sand)으로 분류되어 제방 조성에 활용할 수 있는 조건이 되는 것으로 나타났다. 준설토-슬래그 혼합토의 다짐특성을 평가하였는데, 다짐시험결과 슬래그 함량이 증가함에 따라 건조단위중량이 증가하고 최적함수비가 감소하는 경향이 뚜렷하게 나타났다(그림 5). Malasavage et al.
- 준설토의 강도를 높이고 오염물질과 잘 결합되는 최적의 준설토 안정화제를 선정하기 위해 일반 포틀랜드 시멘트, 석회, 플라이애쉬 및 시중에 유통되는 약품들에 대해 평가한 결과 일반 포틀랜드 시멘트가 가장 효율적인 것으로 판명되었다. 실내실험 결과 시멘트의 비율을 세립퇴적토 건조중량의 20%로 하면 100kPa 정도의 전단강도를 확보할 수 있는 것으로 평가되었으며, 경화 과정에서 안정화된 준설토의 투수성도 아주 낮아지는 것으로 관찰되었다.
- (2012)은 Baltimore 준설토와 제강슬래그 혼합시료의 특성을 분석하고 제방 조성재료로서의 활용성을 검토한 바 있다. 통일분류 법상 OH(high-palasticity organic silt)로 분류된 Baltimore 준설토는 제방 조성재료로는 적합하지 않은 상태였으나, 슬래그를 50% 이상 혼합함으로써 SM(silty sand)으로 분류되어 제방 조성에 활용할 수 있는 조건이 되는 것으로 나타났다. 준설토-슬래그 혼합토의 다짐특성을 평가하였는데, 다짐시험결과 슬래그 함량이 증가함에 따라 건조단위중량이 증가하고 최적함수비가 감소하는 경향이 뚜렷하게 나타났다(그림 5).
- 준설토의 고형화 및 안정화는 오염물질의 유출을 줄이는 방안은 용출수 강도 (leachate strength)를 낮추거나 매립재의 투수성을 감소시키는 것이다. 해수를 이용한 용출시험을 수행한 결과, 구리는 시멘트에 의해 안정화되지 않은 것으로 나타났다. 이를 해결하기 위해 용출수를 희석하는 방법으로 유출수에서의 구리 농도를 저감시켰다.
후속연구
- 이에 준설토 활용도를 제고하기 위해서는 준설토의 물리적 특성에 대한 개량뿐만 아니라 환경오염을 저감할 수 있는 처리 및 활용기술에 대한 연구도 필요할 것으로 생각 된다. 뿐만 아니라 준설토가 건설재료로써 활용도를 높일 수 있도록 법과 제도의 보완도 하루속히 이루어져야 할 것이다.
- 그러나, 해외의 사례에서 나타난 바와 같이 준설토에 일부 오염물질이 포함되어 있더라도 이를 고형화/안정화하는 개량 기술을 적용함으로써 성공적으로 현장에 적용한 사례가 보고되고 있다. 이에 준설토 활용도를 제고하기 위해서는 준설토의 물리적 특성에 대한 개량뿐만 아니라 환경오염을 저감할 수 있는 처리 및 활용기술에 대한 연구도 필요할 것으로 생각 된다. 뿐만 아니라 준설토가 건설재료로써 활용도를 높일 수 있도록 법과 제도의 보완도 하루속히 이루어져야 할 것이다.
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