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문제 정의
- 따라서 본 기사에서는 CLSM의 일종인 고유동 속경형 채움재를 이용하여 서울시에서 발견·관리 중인 도로 하부 동공에 주입 시공한 사례에 대해 소개하고자 한다.
- 2로 변화시키며 유동성, 블리딩, 응결 및 압축강도를 측정하였다. 유동성은 자기수평 모르타르의 KS 기준상의 플로치 190 mm 이상을 목표로 하였으며, 압축강도는 재굴착이 가능하도록 0.12~0.55 MPa를 목표로 하였다. 재료분리 저항성 확보를 위해 블리딩은 5% 이내를 목표로 하였고, 응결은 작업시간 확보와 조속한 시공 마무리를 위해 초결 30분 이상, 종결 4시간 이내를 목표로 하였다.
제안 방법
- 동공 채움재로 사용하기 위해서는 전술한 바와 같이 고유동성, 재료분리 저항성, 압축강도를 확보하여야 한다. 고유동속경형 채움재의 성능을 평가하기 위하여 채움재와 물과의 혼합비를 1:0.8 ~ 1:1.2로 변화시키며 유동성, 블리딩, 응결 및 압축강도를 측정하였다. 유동성은 자기수평 모르타르의 KS 기준상의 플로치 190 mm 이상을 목표로 하였으며, 압축강도는 재굴착이 가능하도록 0.
- 예상주입량을 상당히 초과하여도 채워지지 않은 동공에 대해 원인 파악을 위한 굴착조사를 실시하였다. 굴착조사를 위해 상부의 포장층을 절단, 파쇄한 후 장비를 이용해 도로하부 기층까지 제거하였다. 기층 저면에 주입구를 확인하였고, 굴착과정에서 동공이 무너지면서 쌓인 상부의 토사를 제거하고 동공 하부에 주입된 주입재의 경화 상태와 인력에 의한 재굴착 가능여부를 판단하였다.
- 그리고 경화체를 수거하여 50×50×50mm의 입방체로 절단하여 압축강도를 측정하였다.
- 굴착조사를 위해 상부의 포장층을 절단, 파쇄한 후 장비를 이용해 도로하부 기층까지 제거하였다. 기층 저면에 주입구를 확인하였고, 굴착과정에서 동공이 무너지면서 쌓인 상부의 토사를 제거하고 동공 하부에 주입된 주입재의 경화 상태와 인력에 의한 재굴착 가능여부를 판단하였다. 그리고 경화체를 수거하여 50×50×50mm의 입방체로 절단하여 압축강도를 측정하였다.
- 서울시와 함께 GPR에 의해 확인된 서울시내 동공 12개소에 대한 도로함몰 방지 채움시공을 실시하였다. 시공한 동공은 강남구 3개소, 영등포구 3개소, 서대문구 6개소였으며, 모두 인근에 다른 지하매설물은 없는 것으로 추정되는 동공에 주입 시공하였다.
- 가 주요재료로 사용되었다. 여기에 유동특성 개선을 위한 계면활성제와 블리딩 방지를 위한 유기 및 무기증점제를 혼합하여 사용하였다. 플라이애시와 제강환원슬래그의 물리 화학적 특성은 [표 1]과 같다.
- 시공한 동공은 강남구 3개소, 영등포구 3개소, 서대문구 6개소였으며, 모두 인근에 다른 지하매설물은 없는 것으로 추정되는 동공에 주입 시공하였다. 예상 주입량 100 리터 정도 이하의 동공은 인력 주입 방법으로 시공하였으며, 그 이상의 동공에 대해서는 장비를 이용한 가압주입을 실시하였다. 위치확인 → 천공 → 주입 → 마감의 순서로 이뤄지는 채움 시공은 동공의 크기에 따라 차이는 있으나 개소당 1~2시간 안에 작업을 마칠 수 있었다.
- 예상주입량을 상당히 초과하여도 채워지지 않은 동공에 대해 원인 파악을 위한 굴착조사를 실시하였다. 굴착조사를 위해 상부의 포장층을 절단, 파쇄한 후 장비를 이용해 도로하부 기층까지 제거하였다.
- 유동성은 KS F 4041의 플로 시험 방법에 따라 측정하였으며, 블리딩은 KS F 2433의 방법을 따랐다. 응결은 KS L ISO9597에 따라 측정하였으며, 압축강도는 혼합 후 20 ℃, 상대습도 90% 조건에서 양생 후 4시간, 1일, 3일, 7일, 28일 재령의 공시체를 측정하였다.
대상 데이터
- 고유동 속경형 채움재에는 국내 B화력 발전소의 플라이애시와 비정질 C12A7과 β-C2S로 이루어진 산업부산물인 환원 슬래그3)가 주요재료로 사용되었다.
- 서울시와 함께 GPR에 의해 확인된 서울시내 동공 12개소에 대한 도로함몰 방지 채움시공을 실시하였다. 시공한 동공은 강남구 3개소, 영등포구 3개소, 서대문구 6개소였으며, 모두 인근에 다른 지하매설물은 없는 것으로 추정되는 동공에 주입 시공하였다. 예상 주입량 100 리터 정도 이하의 동공은 인력 주입 방법으로 시공하였으며, 그 이상의 동공에 대해서는 장비를 이용한 가압주입을 실시하였다.
이론/모형
- 유동성은 KS F 4041의 플로 시험 방법에 따라 측정하였으며, 블리딩은 KS F 2433의 방법을 따랐다. 응결은 KS L ISO9597에 따라 측정하였으며, 압축강도는 혼합 후 20 ℃, 상대습도 90% 조건에서 양생 후 4시간, 1일, 3일, 7일, 28일 재령의 공시체를 측정하였다.
성능/효과
- 1 MPa 이하의 강도를 요구하고 있다.2) CLSM은 고유동성에 의해 자기수평능력(self-leveling)과 추가적인다짐이 필요 없는 자기 충전성(self-compacting)을 갖게 되며, 이에 따라 채움재의 시공이 매우 쉽고 빠른 장점이 있다. 또한, 장기적으로 강도발현이 억제되어 재굴착이 가능하여 추후 보수 및 다른 지중 매설물의 시공에 영향을 주지 않는 장점이 있다.
- 굴착 확인 결과, 동공 주위에 지장물도에 등재되지 않은 폐관이 존재하여 이곳으로 채움재가 유실되었음을 확인할 수 있었다. 유실되지 않고 동공 하부에 남아있던 채움재는 인력굴착이 가능한 상태였으며, 압축강도는 약 0.
- 도심지 도로함몰 방지를 위해 플라이애시와 제강환원슬래그를 활용한 고유동 속경형 채움재를 이용하여 도로 하부 동공에 주입시공을 실시한 결과, 짧은 시간에 동공 채움을 완료할 수 있었으며, 주입된 채움재의 장기강도 억제 효과도 확인할 수 있었다. 서울시에서 GPR로 확인한 도로 하부 동공의 대부분은 소규모로, 기존의 굴착-복구-재포장 방법보다 고유동 속경형 채움재의 주입시공이 시공성과 경제성면에서 월등히 유리하였다.
- 도심지 도로함몰 방지를 위해 플라이애시와 제강환원슬래그를 활용한 고유동 속경형 채움재를 이용하여 도로 하부 동공에 주입시공을 실시한 결과, 짧은 시간에 동공 채움을 완료할 수 있었으며, 주입된 채움재의 장기강도 억제 효과도 확인할 수 있었다. 서울시에서 GPR로 확인한 도로 하부 동공의 대부분은 소규모로, 기존의 굴착-복구-재포장 방법보다 고유동 속경형 채움재의 주입시공이 시공성과 경제성면에서 월등히 유리하였다. 다만 지장물도에도 등재되지 않은 폐관 등 파악되지 않은 동공이 다수 존재할 것으로 예상되어 도로함몰사고를 막기 위해서는 지속적인 탐사가 필요하며, 이와 더불어 새로운 동공의 발생을 방지하기 위해 지하매설물 시공 시별도의 다짐이 필요 없는 고유동 속경성 충전재를 적극 활용할 필요가 있을 것으로 사료된다.
- 유동성은 물의 비율이 증가함에 따라 증가하였으며, 1:0.8로 혼합된 경우에도 260 mm 이상의 플로치를 나타내어 고유동성을 가지는 산업용 자기수평(self-leveling) 모르타르의 KS품질 기준인 190mm를 훨씬 상회하는 결과를 보였다.4)
- 굴착 확인 결과, 동공 주위에 지장물도에 등재되지 않은 폐관이 존재하여 이곳으로 채움재가 유실되었음을 확인할 수 있었다. 유실되지 않고 동공 하부에 남아있던 채움재는 인력굴착이 가능한 상태였으며, 압축강도는 약 0.5MPa로 확인되었다.
- 2의 경우 3일 이후의 강도 증진이 매우 미미한 것으로 나타났다. 이상의 결과로 보아 고유동 속경형 채움재의 물 혼합비는 1:1을 표준으로 하여 현장에서도 1:0.9 ~ 1:1.1 범위를 넘지 않도록 하여야 할 것으로 판단된다.
- 재령별 압축강도를 측정한 결과, 재령 4시간에는 0.15~0.2MPa를 나타내었으며, 28일에서도 모두 0.5 MPa 이하의 강도를 보여 인력에 의한 재굴착이 가능할 것으로 판단되었다. 압축강도 역시 전체적으로 물 혼합비가 증가할수록 저하되는 경향을 나타내었는데, 그 차이는 그다지 크지 않았다.
- 2 배합의 경우 약 2%의 블리딩을 보여 타설 후 블리딩에 의한 추가적인 동공 발생은 거의 없을 것으로 예상되었다. 초결은 약 60~90분, 종결은 약 120~200분으로 나타났으며, 전체적으로 물 혼합비가 증가할수록 응결 시간도 증가하는 경향을 나타내었으나, 혼합비 1:1.0 까지 초결에는 큰 변화를 보이지 않았다. 혼합비 1:1.
후속연구
- 서울시에서 GPR로 확인한 도로 하부 동공의 대부분은 소규모로, 기존의 굴착-복구-재포장 방법보다 고유동 속경형 채움재의 주입시공이 시공성과 경제성면에서 월등히 유리하였다. 다만 지장물도에도 등재되지 않은 폐관 등 파악되지 않은 동공이 다수 존재할 것으로 예상되어 도로함몰사고를 막기 위해서는 지속적인 탐사가 필요하며, 이와 더불어 새로운 동공의 발생을 방지하기 위해 지하매설물 시공 시별도의 다짐이 필요 없는 고유동 속경성 충전재를 적극 활용할 필요가 있을 것으로 사료된다.
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