CGVM공법 (시멘트 가진 주입공법) (Cement Grouting by Vibration Method)● 회사명 : 삼수개발(주) ● 특허 제 10-0869566호● 철도시설공단 등록번호 : 2010-0021 ● 구분 : 특허 ● 분야 : 토목시공 ● 등록기간 : 2014-08-07 1. 공법 개요- 기존주입공법에 일정범위 주파수를 가진 진동발생기를 부착하여- 고농도 고점성의 현탁액형 주입재에 진동을 부가하면- 주입재 입자에 들뜸상태(Exited state)가 유발되고- 들뜸상태의 주입재 입자들은 입자 상호간의 응집이 저지되고- 응집이 저지된 주입재는 유동성이 증가되어 주입재의 확산폭 증대 효과로 주입능(GC)이 상향 된다. 따라서- 기반암 내 미세한 간극에 주입재 침투율이 증대되며- 사질토층 내 공극에 주입재 침투율 증대되고- 점성토지반 내에 세맥의 빈도 높은 할열맥이 발달되어 지반개선이 월등해진다.1. CGVM공법(시멘트가진주입공법)은 기존주입공법에 일정범위 주파수를 가진 진동을 발생하는 진동발생기를 부착하여 고농도 고점성의 시멘트 등 현탁액형 주입재에 진동을 부가하여 주입하는 공법이다.2. 들뜸상태의 주입재 입자들은 입자 상호간의 응집을 저지하여 주입재의 유동성을 증대시킨다. 또한 주입재 입자와 흙입자 사이에서 발생되는 흡착현상을 감소시켜 주입 대상체에 대한 주입재의 침투성이 확대된다. 또한 들뜬상태의 주입재는 암반층의 미세간극 사이에 막혀있는 미립자 막힘(clogging particle : 詰目)부분도 주입이 가능하다.3. 본 공법은 기존 일반 주입공법에 비하여 주입 확산폭이 증대되어 주입능(GC)이 향상됨에 따라서 기존공법이 해결하지 못하였든 100200 u/m？이하 기반암 미세간극에 시멘트 주입이 가능하다.4. 주입재에 진동을 부가하여 기반암 지층 내에 발달한 미세한 간극이나 사질토층 공극에 주입재 침투율을 높여서 주입재가 침투하는 영역을 확장시키고, 할열 주입에서도 기존 주입공법에 비하여 할열맥 발달이 주입대상층 범위 안에서 세맥으로 다수 발달하게 되므로 주입 대상지층의 개량효과를 증대시키는 공법이다.※ 들뜬상태(勵起狀態) excited state : 양자역학적인 계(system)의 정상 상태중 바닥상태보다 에너지가 높은 상태를 말한다. 바닥상태에서의 들뜨기 또는 충돌에 의한 복합 입자생성 등에서 생기는 경우가 많다. 보통 낮은 준위, 특히 바닥상태(Ground state)로 전이 하거나 분해하거나 하는데 그것이 금제전이(Forbidden)인 경우에는 상당히 긴 수명을 가진 준안정상태로 된다.2. 공법의 특징 주입재 침투성 증대 - 기반암 내 미세한 간극에 주입재 침투율 증대- 사질토층 내 공극에 주입재 침투율 증대- 점성토지반 내에 세맥의 빈도 높은 할열맥 형성 내구성 제고 - 내구성이 높은 시멘트류 현탁액주입- 파쇄지반의 일체화로 열화 된 기초지반 내구성 증대 및 일체화1. 시멘트류 주입재 사용에 따른 영구적인 내구성 유지 및 초기 강도발현이 된다.2. 단층대 및 파쇄군과 발파로 인한 인공파쇄대의 미세 균열까지 침투하여 일체화가 가능하다. 수밀성 증대 - 기반암층 미세간극에 고농도 고점성의 주입재의 침투 주입이 가능- 점성토층에 고농도 고점성의 주입재의 침투 주입 가능 안정성 우수- 시멘트류 주입재 고강도 및 타주입재에 비해 강도발현이 우수- 파쇄지반의 일체화로 열화 된 기초지반 내구성 증대- 커튼그라우팅, 가물막이 등에 영구적 옹벽유지- 사질토층 및 점질토층 등에 내구성 증대1. 높은 내구성 유지 및 초기 강도발현이 된다.2. 내구성 증대 및 수밀성 제고가 동시에 달성된다.3. 용탈, 침식, 쇄굴 현상 방지효과가 있다. 경제성 공법 - 경제적인 시멘트류 현탁액 주입재 활용- 시공의 용이성 및 소자본 투자 소요- 공사비 절감 및 공사기간 단축1. 주입재 가격이 저렴하고 구입이 용이하다.2. 기존공법 시스템에 진동발생기를 부착하는 이외는 기존공법과 주입과정이 동일하다.3. 기존 주입 시스템에 진동발생기 부착비용만 추가되므로 비용부담이 적다.4. 주입영향권 증대에 따른 주입공 시공량이 줄어든다.5. 시공 량이 줄어들고 주입이 용이 하므로 공기단축이 가능하다. 연약지반 개량에 적용- 사질토층 내 공극에 주입재 침투율 증대- 점성토지반 내에 세맥의 빈도 높은 할열맥 형성3. 기존 공법과의 비교 CGVM공법과 기존공법의 확산폭 차이 1) 암반 미세균열주입의 경우- 인공균열 시험체 시험에서 일반주입공법에 통과하지 못하였으며, CGVM 공법은 전량 통과되며, 10Hz일때 가장 효과적인 통과시간을 나타낸다. 일반시멘트 주파수(Hz)별 통과시간 비교표 주파수 /통과량 0.0Hz 5.0Hz 7.5Hz 10.0Hz 12.5Hz 15.0Hz 100 (㎖) - 61 49 50 67 68 200 (㎖) - 135 103 114 157 165 300 (㎖) - 209 176 186 255 276 400 (㎖) - 288 242 262 379 414 500 (㎖) - 377 349 351 552 772 2) 모형지반 주입의 경우- 일반시멘트를 주입하는 경우 확산폭이 약 2배 증가되었으며,- 침투율을 나타내는 GC등급은 1단계씩 상향되었다.- 마이크로 시멘트를 주입하는 경우 확산폭이 2 ~ 5배 증가 하였다.- 주입압은 저압인 4kgf 이하의 저압으로 진동주입 할 때 침투주입 개선 효과가 보다 크게 나타나는 특성을 보여 동 공법의 우위성을 보여주고 있다.4. 시공 사진ㄱ. 마이크로파일 기초보강 CGVM공법 그라우팅 ㄴ. BOX 침하 방지 기초보강 CGVM공법 그라우팅ㄷ. 낙동강 교각 기초 보강 CGVM공법 그라우팅 ㄹ. 단양수중보 파쇄대 보강 CGVM공법 그라우팅ㅁ. 궁지구 제당 기초 차수 CGVM공법 시험 그라우팅ㅂ. 설악지구 제당 보수/보강공사 CGVM공법 그라우팅5. CGVM 진동기 사진 6. 기술적 특성 시공성 - 구조적인 간편성은 일반주입공법 시공 장치에 진동발생기 부착- 공법 시공의 용이성은 일반주입공법과 유사1. 본 공법은 일반주입공법 장치에 주입재 입자에 진동 에너지를 부가하는 진동장치를 부착한 구조적으로 단순한 시공공법이다.일반주입공법 : 믹서기 주입펌프 주입관 주입대상층CGVM 공법 : 믹서기 주입펌프 가진장치(CGVM PUMP) 주입관 주입대상층2. 본 공법의 시공은 일반주입공법 시공에 진동발생기(CGVM Vibrator)를 부착한 단순 공법으로 일반주입공법과 유사하여 시공성이 간편하다. 경제성 - 시멘트류 현탁액을 대부분 사용하는 공법으로 주입재가 약액주입에 비하여 저렴하고 주입재 구입이 용이하다.- 주입재 확산폭이 증대됨에 따라 상대적으로 주입공 천공량이 감소되고 공기단축이 가능하다.- 일반약액주입공법에 비하여 높은 내구성과 크고 우수한 지수성을 동시에 충족할 수 있는 경제적인공법이다.1. 일반 시멘트를 주입재로 사용하므로 시멘트는 약액주공법의 주입재에 비하여 주입재의 단가가 저렴하고, 주입재 구입이 용이한 이점이 있다.2. 주입재 확산폭이 증대됨에 따라 상대적으로 주입공 영향반경이 커지고 주입공수는 감소되어 천공비 감소와 공기 단축의 효과가 있다.3. 내구성증대를 목적으로 하는 공사에는 강도가 크고 지내력이 강한 시멘트 주입이 가능하나 투수계수가 낮은 지층에는 주입재 침투가 불가하여 지수가 지난하고, 지수성 증대를 목적으로 하는 공사에서는 지수성이 높은 약액주입이 가능하나 반면에 내구성이 낮고, 강도가 약하며 용탈 현상 등의 단점이 있다.본 공법은 내구성과 지수성을 동시에 충족시킬 수 있는 단일공법으로 경제성이 우수하다. 구조적 안정성 - 시멘트류 주입재를 주입재로 사용하므로 고강도, 고내구성을 유지- 균열대 및 단층대등 파쇄대 지반의 일체화로 열화 된 기초지반 보강- 주입가능도인 주입능이 가일층 증가- 내구성 증대 및 수밀성 제고의 동시에 목적 달성1. 내구성이 우수한 시멘트류 주입재를 주입재로 사용하므로 높은 내구성과 고강도 및 조기 강도 발현이 가능한 지반개선의 구조적 안정성을 가지고 있다.2. 제당 기초, 터널, 지하공동구조물 등 기초지반 보강 공사에서 나타나는 균열대 및 단층 대등 연약지층(Weak rock)의 지반보강에 지반일체화가 가능한 안정적인 공법이다.3. 본 공법은 시멘트주입공법으로 주입능(GC)이 타 공법에 비유하여 높은 공법으로 내구성증대와 수밀성 제고를 동시에 충족이 가능한 안정적인 공법이다. 시장성 - 일반주입공법에 진동발생기를 부가하는 간편한 공법이다.- 본 공법은 공사비가 저렴하고, 공기 단축이 가능하다.- 본 공법은 연약지층 개선공사에 구조적 안정성이 높고 저비용 고품질 공법이다.- 본 공법은 소액 비용으로 시공이 가능하다.1. 일반주입공법에 진동발생기를 부착하여 일반주입공법과 유사하게 시공하므로 시공방법이 용이하여 일반주입공사를 시공하는 기술자는 누구나 시공이 가능하다.2. 일반 시멘트류를 주입재를 사용하므로 주입재 단가가 저렴하고 구입이 용이하고 공사비와 공기 단축이 가능한 공법으로 일반주입공사에 비하여 시장성이 높다.3. 일반시멘트주입공에 비하여 확산폭이 크고 내구성 수밀성이 높아 안정적인 공법으로 동일한 지반개선공사는 본 공법 사용이 유리하다.7. 시공 실적 시공실적 구분 /번호 발주처 공사명 공사기간 시공사 (설계사) 비고 1 동서발전(주) 당진소수력 154kv 승압변압기 및 GIS기초 보강공사 중 마이크로 파일공사(CGVM주입) 09.09 ~ 09.10 삼부토건 완 료 2 서울특별시 중랑물재생센터 고도처리 및 시설현대화공사 중 BOX 지반보강 CGVM공법 10.05 ~ 10.06 GS건설 완 료 3 한국수자원공사 단양 수중보 건설공사 가물막이 공사 중 석회암 공동충진 및 차수 그라우팅공사 착공예정 삼부토건 설계반영 4 한국농어촌공사 농업용 저수지 뚝 높이기 건설공사(1공구) 제방 및 여수토 암반 기초차수 그라우팅공사 착공예정 삼부토건 설계반영 8. 적용 분야본 공법은 일반 시멘트 현탁액 주입공법에 진동장치를 부가하여 주입재 유동성을 증대 시키는 간편한 공법으로 기존 현탁액주입공법의 설계방법과 시공과정이 유사한 공정으로 기존 주입공법을 시공한 자는 현장 적용성에 문제가 없다.○ 지수 보강목적 - 터널 그라우팅 (Tunnel grouting) - 차수벽 시공 (Cut off wall grouting) - 댐 기초처리 (Dam foundation treatment) - 노후댐 보수 (Old dam repair grouting) - 제방의 보강 (Levees repair grouting)○ 지반 보강목적 - 터널 그라우팅(Tunnel grouting) - 지하공간구조물 보강 (Reinforced grouting for underground caverns) - 지반침하 보강그라우팅 (Reinforced grouting for ground subsidence) -방조제 보수 (Sea dyke repair grouting)○ 변형방지 보강목적 - 구조물의 기초처리 (Foundation treatment of structures) - 앵커/강관다단 그라우트 (Anchor grout)[출처 : 한국철도시설공단 등록신기술자료]