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오늘은 DCM공법에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1. DCM 공법의 개요
DCM 공법은 Deep Cement Method 즉 교관관입 고화리공법 이라고 하는데요. 이 공법은 점성토, 사질토, 유기질토으로 이루어진 연약지반내 시멘트와 물을 혼합한 안정처리재를 저압으로 주입하면서 연약토와 안정처리재를 특수 교반기의회전에 의해 교반 혼합하고 시멘트의 경화반응을 이용하여 원지반 내에 고화 시켜 원주형 및 직사각형의 말뚝체를 조성하여 차수공, 토류공, 기초공 지반의 안정강화 등을 목적으로 다양하게 적용되는 공법으로 시공심도 2.0~34m(ROD 연결시 50m)까지 시공이 가능하며 시공시 소음과 진동 등의 공해가 적고 주변 지반의 교란이 적은 신뢰성이 높은 공법이다.
2. DCM 공법의 특징
DCM 공법을 적용할수 있는 지반은 연약한 사질토, 점성토, 부식토, 이암층, 실트층과 같은 초연약지반 및 풍화토 등의 N치 40회 미만에서 사용이 가능하며 육상, 해상, 지반에서 적용된다. 표준시공심도는 2.0~34m이며 로드를 연결하여 시공이 가능하다. 시공효과가 빠르며 공기가 짧다. 통상 시공 후 7일 정도에서 목표강도의 60플고 이상을 나타내는데 지하수의 유무, 함수비, 입경 등 원지반의 상태에 따라 달라지고 성토 공사나 압밀공사를 필요치 않으므로 공기를 단축 할수 있다. 연속벽체의 차수 및 토류의 목적으로 사용할 수 이쓰며, 도심지 인접 건물에 완벽한 차수및 토류벽체로 많이 사용되고 있다. 안정처리재를 슬러리가 아니고 분말을 이용하여 시공이 가능하며 함수비가 높은 지반에는 압축공기를 사용하여 지반내 안정재를 분체로 그대로 기송하여 원지반과 혼합교반하는 것이며 압축공기의 토출에 의하여 노즐로 흙과 물의 유입을 방지하면서 실시한다. 2단계 시공도 가능하다. 먼저 천층용 시공기로 지표면을 안전개량한후에 대형기계를 사용하여 소정의 심도까지 개량하는 것도 가능하다. 공해 및 주변 지반에 영향이 작다. 안정처리재의 주입을 통상 저압 2~3kg/m2 로 주입하므로 굴삭 교반하는 범위 이내에 안정처리재가 유출 침투하는 경우는 거의 없다. 그래서 주변지반에 영향을 거의 주지 않는다.
3. 고파랑 대수심 DCM 공법 설계
DCM 공법 설계시 가장 큰 주안점 ㅈ둥 하나는 고파랑을 받는 대규모 방파제라는 점이다. 고파랑으로 인한 큰 수평력 작용시 개량체 사이 미개량토 변형으로 인한 개량지반 전체의 변형 우려가 있는 접원식 구조형식 등을 배제하고 외력조건에 안정한 상부 블록식 단주와 하부 격자식을 혼합한 DCM구조형식을 선정하였다. 특히 지질이상대 및 지층급변구간의 경우에는 활동 및 부등침하 방지 등을 위해 전구간 블록식 개량으로 고파랑 해역에서 기초 안정성을 확보했다. 또한 고파랑 해역에서 고효율 시공성을 고려해 개량체 직경을 1300mm로 상향 적용하고 위치 및 시공오차를 고려하여 저심도 구간 중첩폭을 30cm, 대심도 구간의 중첩폭을 30cm까지 상향 적용하였다. 지금까지 일반적으로 적용되었다. DCM을 단주부 돌출 없이 전구간 장주로 마감하여 개량폭 증가 효과로 단지압을 감소시켜 안정성을 높였으며 기후변화 및 지진해일등을 대비한 이상파랑에도 안전한 전구간 박스 격자형 고강도 DCM을 적용하여 상부와 단주와 하부 장주간 일체화된 구조체로 기능하게 설계하여 기초 안정성을 극대화 함. 또한 파봉시 전단응력이 집중하는 위치의 개량율을 98프로까지 상향하였으며 파곡시 단지압이 증가되는 부분의 개량율도 64%까지 상향하여 기초 안정성을 확보 하였다. 패각이 다량 함유되어 있는 구간은 교반시 공극이 발생하고 개량체의 강도저하를 야기시키므로 패각 함유량별 실내배합시험을 실시해 시멘트량을 300kg/m3까지 상향하였으며 DCM 품질향상을 위해 관입, 인발으 2행정 교반을 설계함. 지층벽구간에는 선단부 미착저로 인한 개량체 파손 및 활동발생을 방지하기 위해 전구간 블록식 보강 및 지지층 30cm 추가 근입을 시킨 계단식 착저로 기초 안정성을 확보함. 지질이상대 구간은 차별풍화로 인한 부등침하의 대책으로 지질이상대의 폭 및 방향성을 고려해 보강범위를 결정하고 그 영향범위를 블록식으로 보강을 하고 지지층 30cm추가 근입을 계획하여 안정성으 확보하였다.
4. 고파랑 대수심 DCM 안정검토
DCM의 외적 안정검토는 계획한 단면이 외력조건등에 대해 안정성을 확보하고 있는 지 검토하며 이때 개량체는 강성체로 거동한다고 가정하여 전도, 활동, 지지력에 대해 안정한지를 검토한다. 또한 내적안정검토는 외력에 의해 개량체 내부에 발생하는 응력에 대해 허용응기준을 만족하는지에 대해 검토하는 것이다. 외적 및 내적 안정검토방법에 따라 제두부, 제간부 및 접속부 등 각 구간별 파압이 최고조와 최저일 경우에 대해 안전율, 지지력, 허용응력 검토를 실시하였다. 이 외에도 원호활동, 지지력, 침하량, 부등침하, 수치해석 및 원심 모형 실험 등을 통한 다양한 검토를 통해 방파제 구조물의 안정성 검토와 진동대 실험을 수행하여 방파제의 동적 안정성을 확인하였다.
5. 고파랑 대수심 DCM 시공성 향상
기존 장비는 토출구가 하부에만 있고 교반날개가 상부에 있어 인발토충방식을 적용했다. 이 경우 하부에서 토충을 시행하면서 동시에 상부에서는 교반날개가 교반하는 방식이라 교반이 불량하고 표층부는 해수혼입으로 강도가 낮아지는 간점을 지닌다. 이런 문제를 보완하기 위해 상부에 토출구를 추가하여 인발시 상부에 토출된 시멘트를 하부 교반날개로 교반하여 그 효율을 극대화하도록 계획했다. 또한 선단고화처리시에는 하부 토출구를 이용해 관입토출과 상부 토출구를 이용하는 인발토출방식을 병행하여 W형 선단 처리가 도도록 계획하였다. 시공상 불가피하게 발생하는 시공조인트나 태풍 등 기상악화, 장비고장 등으로 발생하는 우발조인트로 인해 작업중단시 기존 개량체는 강도가 발현되어 후속 작업시 선행 개량체가 손상되거나 중첩시공이 불가한 문제점이 잇다. 이런 문제점 해결을 위해 종방향 장주마감시 장주접원으로 단주 마감시에는 추가 시멘트 주입을 계획하였고 횡방향 단주마감시 단주 1m추가 보강을 하는 맞춤형 조인트 보강으로 DCM 품질을 개선하였다.
오늘은 DCM 공법과 고파랑 대수심의 시공 사례를 알아보았습니다.
유익한 정보가 되셨기를 바랍니다.
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