다점동시주입을 이용한 지반보강 및 침하구조물 복원공법(디록공법)(다수의 주입관에 미세/순환/반복주입 제어방식을 이용하여 지반보강 후 침하된 구조물을 복원하는 공법)● 회사명 : (주)지승구조건설● 건설신기술 제470호● 철도시설공단 등록번호 2010-0057 ● 분야 : 토질 ● 등록기간 : 2013-10-09 1. 공법 개요디록(D-ROG)공법은 중결성급결성 그라우트재를 지반에 침투압밀할렬 주입하여 지내력을 증진시키고, 침하된 구조물을 복원하는 공법이다.재료의 경화시간(겔타임)과 1회 주입량을 조절함으로써 변위량을 mm 단위로 정밀하게 조절할 수 있으며, 컴퓨터 프로그램 및 자동화된 주입장비를 활용함으로써 시공성 및 작업효율을 높일 수 있다.침투성이 뛰어난 초미립자 무기계 재료를 사용하여 강도 및 내구성이 우수하며, 재료의 수축이나 팽창 없이 순수한 주입압력을 이용하여 구조물을 복원하므로 재료의 변형이나 불량으로 인한 추가침하의 우려가 없다.가. 공법 장점ㆍ한국철도기술연구원과 KTX 노반 급속보강공동과제 진행(5차년도) - 재료 및 장비를 철도 궤도 복원에 적용할 수 있을 정도로 개선 - 수 차례 시험시공을 통해 시공성, 적용성 검증ㆍ침하된 구조물 정밀복원 : MM 단위의 정밀성ㆍ협소 공간(피트층, 맨홀, 지하실 등) 작업가능ㆍ현장접근성 우수 : 소형/경량화된 장비 및 자동화 시스템ㆍ저압/침투주입으로 지반의 교란 없이 지내력 증진(50~60톤/㎡)ㆍ구조물 사용 중 작업 가능 : 학교, 지자체, 상가 등ㆍ동시 다점주입 : 100개소 이상 주입가능 - 공사기간 단축ㆍ재료의 강도 및 내구성 우수 : 무기계 재료 사용(수축/팽창 없음)ㆍ원자력발전소, 고속철도, 고속도로, 교량, 공항, 빌딩 등 다양한 시공사례ㆍ한국건설기술연구원과 지반보강관련 국책연구과제 수행 중ㆍ침하구조물 복원사례로 국토해양부장관상 수상 및 구조물진단학회 기술상 수상나. 복원 원리 : 파스칼의 원리ㆍ 파스칼의 원리 : P1/A1 = P2/A2 P1 = 펌프(주입관)의 압력 A1 = 주입관의 단면적 P2 = 구조물 하중 A2 = 주입재 확산면적2. 공법의 특징가. 다점주입다점주입이란 100포인트 이상의 주입관에 동시 또는 순환방식으로 주입작업을 진행할 수 있음을 의미한다. 주입관별 주입시간, 주입량, 주입압 등을 제어하기위해 주입관마다 센서가 부착된 밸브(자동개폐밸브:A.S.V)가 설치되고 이를 중앙 제어장치와 연결하여 다점주입이 가능하게 된다. 다점주입은 구조물을 안정적으로 복원하는데 가장 필수적인 기술이다.나. 동시ㆍ순환주입펌프 1대에 연결되는 주입관은 일반적으로 32개소 이내로 직렬로 연결하여 순환 주입을 실시한다. 펌프 4대를 설치하고 펌프당 32개소의 주입관을 배치할 경우 총 128개소의 주입관을 통하여 동시ㆍ순환방식의 주입을 진행할 수 있다.다. 미세주입주입관별 1회 주입시간을 3~6초 내외로 제한하여 주입관별 1회 주입량을 미세량으로 한정한다. 주입량을 미세하게 한정하는 이유는 특정 주입관 하부에 다량의 주입재가 일시에 투입될 경우 지반의 접지압이 여타 부위에 비해 불균등하게 증가하거나, 불균등한 변위발생으로 구조물에 2차 응력이 발생될 가능성이 있으며, 이를 방지하기 위해 미세량을 반복？순환 주입하는 방식을 채택하였다.라. 차량 탑재형 플랜트 : 장비 반입/반출 용이마. 주입범위 조절복원용 재료의 겔타임을 1~3초, 단위 주입시간을 3~6초 내외로 조절함으로써 주입 1회당 0.1mm 내외의 미세복원량을 확보할 수 있으며, 재료의 확산범위를 1.2~3m 내외로 조절할 수 있다.바. 재료 특성(1) 시멘트를 포함한 6종류의 무기계재료 사용으로 내구성, 환경성 우수(2) 분말도 13,000㎠/g 초미립자, 침투성 우수(3) 중화재, 지반고화재, 경화재 등 사용으로 환경성 및 강도 우수(4) 재료의 경화시간 조절 : 배합비 조절을 통해 겔타임 1~3초(급결)에서 20~60초(중결) 내외로 조절 가능(재료의 확산범위 제어)(5) 재료의 팽창성, 수축성 없음 : 순수한 재료의 주입압력으로 복원아. 기존공법과의 비교 기존공법과의 비교 항목 신기술(디록공법) 우레탄 주입공법 개 요 초미립자 그라우트재를 다점/동시/미세/ 반복 주입하여 지반보강 및 침하된 구조 물 복원. 자동주입 시스템 및 프로그램화된 중앙제 어장치 등을 활용하여 mm 단위의 정밀복 원이 가능한 공법. 20~30배 정도 팽창성이 있는 우레탄 재료 를 지반에 주입하여 슬래브 등의 경량 구 조물 복원. 소구경 천공 후 인력을 이용한 우레탄재 를 주입하여 경량 시설물을 간편하게 복 원할 수 있는 공법. 재 료 시멘트외(무기계 재료) 유기계 팽창재(우레탄) 복원력 주입압력(팽창성 없음) 우레탄 팽창력 가압면 기초판 전체 (확산면적 넓음 : 천공수량 적음) 기초판 일부 (확산면적 좁음 : 천공수량 많음) 적용성 지반보강+복원 복원 동시작업 다점동시 주입 단점(1개소씩) 주입 안전성 안정적 (100포인트 이상 다점/동시주입) 불안정 (1공씩 단계별 주입) 내구성/강도 우수(시멘트 등 무기계 재료) 낮음(유기계 팽창 우레탄) 시공사례 매우 다양 (토목/건축/조형물 등) 단순 (콘크리트 포장 위주) 지적 재산권 신기술/특허 특허 비 고 한국철도기술연구원/한국건설기술연구원 공동과제 수행, 국토해양부 장관상 및 진 단학회 기술상 수상, 원자력발전소/공항/ 철도/교량/옹벽/건물 등 다양한 시공실적 재료의 내구성 및 강도가 낮으며, 콘크리 트 슬래브 및 포장 복원공사에 주로 사용 됨. 3. 시공 방법 및 사진가. 천공 및 주입관 설치(1) 설계도면 및 구조물 특성에 따라 천공위치를 설정 한 후, 코아드릴을 이용하여 주입관 삽입용 구멍 천공(40).(2) 천공 샘플을 통하여 기초두께를 확인하고 주입관을 제작 설치.(3) 천공 전 발주처를 통해 지중매설물의 존재여부를 확인하고 이설 또는 제거 등의 조치를 취함.나. 플랜트 설치(1) 구조물 인근에 용지를 확보하여 플랜트 설치.(2) 배합장치와 펌프 등의 플랜트를 정위치에 설치한 후 자동개폐밸브 및 중앙제어장치 등을 설치.다. 변위계측장비 설치구조물 주변에 레벨 등의 계측장비를 설치하여 구조물의 거동 확인.라. 주입 작업(1) 주입재료를 배합하여 겔타임(10~40초)을 확인한 후 중앙제어장치에 각 포인트의 주입량을 설정하고 주입작업 실시.(2) 토질의 투수계수 정도에 따라 중결 그라우트를 반복 순차 주입하여 접지압의 균등화 도모.(3) 시공 중 기초나 기타 구조체의 상태 수시 확인.4. 시공성, 유지보수성, 안전성가. 시공성(1) 장비의 차량탑재로 이동성 및 현장접근성 양호(2) 천공장비(드릴) 및 소형/경량화된 주입기 사용으로 현장접근성 좋음(3) 사람의 접근이 가능한 공간에서 작업 가능- 기존 구조물 증축이나 리모델링 등으로 지내력 보강이 필요할 경우 적용하기 용이함.- 철도역사 내 엘리베이터, 에스컬레이터, 플랫폼, 피트층, 공동구 등 시공사례 다수나. 유지보수성(1) 드릴을 이용한 추가천공으로 언제든지 추가작업 가능(2) 침하된 구조물을 복원 완료한 경우 정기적인 계측을 통해 추가로 침하 진행시 초기 투입과 동일한 방법으로 유지보수 가능(3) 무기계 재료의 사용으로 재료의 열화나 변형에 의한 하자발생 없음(4) 지난 10년간 복원공사를 시행한 후 추가 침하나 하자로 인해 재투입한 현장이 없음다. 안전성(1) 동시 다점주입으로 구조물에 불균형 2차응력 발생 없이 작업 가능(2) 1회 주입량 최소화로 단위 복원량을 0.1~0.5MM 이내로 조절함으로써 구조물에 급격한 응력발생 방지(3) 궤도 또는 건물 등의 복원실험 결과 다점동시주입을 통해 구조물 전체 복원비율을 맞출 경우 부재의 응력변화는 거의 없이 안정적인 복원이 가능한 것으로 검증됨 : 철도기술연구원 공동과제 보고서 내용 참조(4) 중앙제어장치, 자동개폐밸브, 주입프로그램 등 자동화된 시스템과 정밀계측을 통해 정밀한 복원 및 지반보강 가능5. 시공 사례가. 콘크리트 궤도 캔트 미설치에 따른 복원공사(1) 규 모 : 철도 콘크리트 궤도 약 70M 구간(콘크리트 두께 600)(2) 복 원 량 : 최대 42MM(3) 실내 시험을 통한 주입재 확인 가) 파괴시험 : 천공을 통해 육안 확인 - 재료가 밀실하게 충진됨 나) 비파괴 시험(임팩트에코 시험) - 재료의 충진율 양호나. 공항 활주로 복원공사(1) 구 조 : 바닥-무근콘크리트(THK=400)(2) 규 모 : 바닥슬래브 면적 약 38,000m2(3) 침 하 량 : 약 400mm(4) 시공결과 : 시공오차 2mm 이내로 복원 완료다. 00아파트 복원공사(1) 규 모 : 지하 1층, 지상 17층 (2) 구 조 : RC 벽식구조(3) 기초형식 : MAT 기초(THK 900mm) (4) 지반 조건 : 매립층 + 풍화토(5) 천공(주입공) 수량 : 약 80개소 (6) 침하량 : 약 100mm라. 옹벽 구조물 복원공사(1) 규 모 : 높이 5m, 길이 40m (2) 구 조 : L형 옹벽(THK.=400)(3) 지반조건 : 천변 매립토 (4) 침 하 량 : 약 250mm마. KT 00지점 지반보강 및 복원공사(1) 규 모 : 지하1층, 지상3층 (2) 구 조 : RC 라멘조(3) 기초형식 : MAT기초, 독립기초 (4) 지반 조건 : 매립층/실트질 연약지반(5) 침하량 : 약 680mm바. 영동고속도로 콘크리트 포장 복원공사(1) 규 모 : 도로 폭 4차선, 길이 약 34m(2) 구 조 : 콘크리트 slab 포장(3) 기초형식 : 300mm(무근/조인트 다웰바 시공)(4) 침 하 량 : 약 70mm6. 주요 시공 실적 주요 시공 실적 현장명 발주처 비고 00호텔 복원공사 대우건설 건물 대치동 빌딩 복원공사 한신공영 건물 경전선 구조물 복원 롯데건설 철도/도로 김포공항 활주로 복원공사 현대건설 콘크리트 포장 수원 공장 시설물 복원공사 삼성엔지니어링 파이프랙 기초 옹벽구조물 복원공사 중부건설 옹벽 논현동 00빌딩 복원공사 한화건설 건물 김해공항 활주로 복원공사 한진중공업 콘크리트 포장 기흥 시설물 복원공사 삼성건설 건물 배수 펌프장 구조물 복원공사 태영 건물 대전도시철도 시설물 복원공사 코오롱건설 건물 고속도로 박스구조물 복원공사 삼부토건 수로박스 울진지점 복원공사 케이티 건물 서울역 승강기 복원공사 한화건설 승강기/플랫폼 당진화력발전소 시설물 복원공사 두산중공업 장비기초 마산역 시설물 복원공사 현대건설 철도 플랫폼 철도 콘크리트 궤도 복원공사 한국철도기술연구원 철도 궤도 경전철 시설물 복원공사 포스코건설 공동구 대구비행장 구조물 복원공사 대림산업 콘크리트 포장 원자력발전소 시설물 복원공사 대우건설 공동구 군산조선소 포장 복원공사 현대산업개발 콘크리트 포장 영동고속도로 포장 복원공사 현대건설 콘크리트 포장 탄현역 승강장 복원공사 남광토건 철도 플랫폼 7. 적용 분야(1) 침하구조물의 복원ㆍ콘크리트 궤도 및 포장, 활주로 등ㆍ박스 구조물, 옹벽, 침사지ㆍ각종 건축물(빌딩, 아파트, 주택 등)ㆍ각종 조형물을 포함한 맨홀, 피트 등(2) 지반보강ㆍ증축, 리모델링, 용도변경, 하중증가에 따른 기초 구조물 지내력 보강(3) 지중 시설물 배면그라우팅 및 차수, 지수[출처 : 한국철도시설공단 등록신기술자료]