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RCD(Reverse Circulation Drill)공법
1. 개요
역순환 굴착공법(Reverse Circulation Drill 공법 이하 RCD공법)은 1954년 독일의 SALZ GITTER사에서 개발한 공법으로 현장타설말뚝 공법 중 가장 대구경이며 깊은 심도까지 시공할 수 있다.
본 공법은 상부 8~10m 정도의 Stand Pipe(Casing) 설치하고 그 이하는 2m 이상의 정수압과 굴착중에 발생되는 자연 이수에 의해 공벽을 유지하면서 굴착한다.
굴착은 특수한 빗트를 회전시켜 지반을 굴착하고 일반적인 Rotary Boring방법에서 물의 흐름과 반대로 Drill ROD Pipe로 순환수와 함께 굴착토를 흡상하여 지상으로 배출하며 배출된 순환수는 침전지에서 토사를 침전시킨후 다시 굴착공으로 Circulation시킨다.
굴착토의 배출방식은 Pump suction, Airlift, Jet Suction및 Suction과 Airlift의 혼합식 등이 있다.
최근에는 복잡한 지층조건과 투수성 지반 조건에서는 지하연속벽 공법에 사용하는 Slurry안정액을 사용하여 공벽을 유지하고 있으며 RCD공법에서 공벽붕괴 방지의 원리는 그림과 같다.
2. 공법의 특성
2.1) 장점
① 굴착장비를 오르내릴 필요없이 연속으로 굴착이 진행되므로 깊은 심도까지 굴착가능하고 심도가 깊을 수록 타공법보다 효율이 양호하다.
② 물을 이용하는 공법이고 Stand Pipe하부는 나공상태로 굴착하므로 수상 시공이 가능하다.
③ Benoto 공법은 세사층에 불리하지만 본 공법은 세사층 굴착이 용이하며 특수한 빗트에 의해서 연경암층도 무진동으로 굴착 가능하다.
④ 기종에 따라서는 경사시공도 가능
2.2) 단점
① 트릴파이프 직경(150~200m/m)보다 큰 호박돌이 있는 경우 굴착 불가능
-이때는 RCD드릴빗트를 꺼내고 Hammer Grab로 호박돌을 제거후 작업을 계속할 수 있으나 능률이 현저히 저하된다.
② 지층조건이 따라서는 말뚝선단 및 주변지반이 이완되는 경향이 있다.
③ 이수 순환설비를 위한 공간이 확보되어야 하고 굴착토 및 이수의 처리가 어렵고 현장이 더렵혀질 우려가 있다.
④ 정수압 또는 안정액만으로 수위가 유지되지 않는 지층조건에서는 시공곤란(Pre Grouting 또는 누수방지제 등으로 보강 요함)
3. 시공순서 및 확인사항
4. 시공관리
4.1) 기계의 설치
① RCD 공법에서는 지반속에 장애물이 있으면 시공이 곤란하므로 부지 정지작업과 병행하여 장애물을 제거한다.
② 안정액을 사용할 경우 저장용기는 말뚝 1개소당의 굴착토량의 2~3배 정도로 하여 충분히 설치하도록 하며 다량의 물을 사용하므로 물의 공급원과 침전조에서의 굴착토사 처리를 위한 확보되어야 한다.
③ Stand Pipe의 설치
-Stand Pipe 설치심도 : 통상 8~10m 이내로 가능한 Stand Pipe 하부는 점성토 또는 실트층 등 투수성이 적은 지반에 까지 근입시키고 상부는 지하수위를 고려하여(지하수위와의 거리 2.0m 이상)설치한다.
-Stand Pipe 직경 : 굴착직경보다 10~20cm 정도 크게함.
- 설치 및 인발장치 : 통상 Vibro Hammer에 의해 설치 및 인발을 하나 기존 구조물에 인접하여 시공할 경우나 상부지층조건상 vibro로 시공이 불가능 할 경우 및 가능한 깊게 Casing 설치를 필요로 할 경우에는 Benoto 공법의 장비로 설치 인발함.
(이 경우에는 Benoto + RCD 공법이 되며 최근에는 각 공법의 장점을 고려해서 많이 시공되고 있는 실정임)
4.2) 수평정도와 연직정도
RCD공법에서는 Stand Pipe이하는 이수에 의한 공벽을 유지시키며 굴착하므로 특히 연직정도 유지에 주의할 필요가 있다.
본 공법에서도 Benoto 공법에서와 마찬가지로 Stand Pipe 설치시 참조말뚝을 설치토록 한다.
일반적으로 굴착공이 경사지는 원인은 굴착지반의 성질(중간층 또는 지지층이 경사진 경우)굴착속도의 부적당, 장비선택상의 문제, 부주의한 시공 등의 원인으로 분류되며 연직도는 다음과 같은 방법으로 확인할 수 있다.
① 초음파 측정기에 의한 방법(Bore Hole Monitering)
본 방법은 굴착공 상부 Center 위치에서 Hole 내부로 초음파를 발신하고 공벽에 부딪혀 돌아오는 반사파를 받아 그 시간차에 의해 거리를 계산하며 수직정도 및 공벽 여굴상태가 그래프로 그려져 나오게 되어 있다.
그러나 본 공법은 Monitering에 의한 작업으로 이수의 농도가 클 경우(ex. 굴착중)에는 실제 사용할 수 없는 실정이며 굴착완료후에는 이미 수직정도를 바로 잡기가 곤란하므로 확인을 하는 정도외에는 활용가치가 없는 편이다.
② 추에 의한 간이 측정방법
본 방법은 굴착중 또는 굴착 완료시에도 간편하게 수직도를 확인할 수 있고 시간과 경비를 절감할 수 있다. 측정은 굴착시의 높이만큼 굴착이 이루어진 상태에서부터 측정가능함.
4.3) 굴착
① 굴착시 주의사항
(가) RCD 공법에서 공벽이 붕괴방지는 대부분 굴착에 의한 자연이수 또는 인공적인 Bentonite Slurry 안정액이 공벽에 Filter Cake를 형성함과 동시에 지하수위보다 2.0m 이상 높은 공내수위의 정수압에 의해 이루어지므로 공내수위유지와 안정액관리에 유의해야 한다.
(나) 이수의 비중은 공벽유지 측면에서는 높은것이 좋지만 굴착 효율이나 콘크리트 타설시 유동성 측면에서는 비중이 낮은 것이 좋다는 양면성을 갖고 있으므로 굴착중과 콘크리트 타설시를 고려하여 안정액의 비중을 일정한 범위내에 들도록 하여야 한다.
(다) 국내 지반에서는 굴착중에 자연이수가 형성되지 않는 사질지반이 주로 분포하고 있어 공벽유지의 안정성 측면에서는 Bentonite 안정액을 사용하는 것이 적합하다.
(라) Stand Pipe의 하부가 모래층과 같이 투수계수가 큰 지층에 위치한 경우 공내수위를 높이면 Piping 현상이 발생되고 진동이나 충격을 가하면 공내수위가 저하되어 붕괴의 원인이 된다.
(마) 공내수두압을 필요이상 크게 하면 공내수가 굴착공 외측으로 Boiling Up하여 파괴되는 수가 있으며 피압수가 작용할 경우에는 피압수의 압력을 미리 측정하여 공내수로 방지하거나 가능하면 공내수위를 올려 시공하고 필요할 경우에는 약액 주입으로 지반을 안정시킬 필요가 있다.
(바) 지표면에서 10m 정도 깊이에 느슨한 실트질 모래 또는 사질토가 있는 경우에는 시공중 진동이나 시공장비의 이동에 의한 과도한 상재하중을 가하지 않도록 하고 굴착속도를 최소한 늦게 하여 공벽붕괴가 일어나지 않도록 주의하여야 한다.
② 시공장비 및 BIT의 종류
RCD공법에 사용하는 장비는 크게 RRC와 같은 Wire Rope Type과 B6과 같은 Drill Rod Type으로 분류할 수 있고 각 장비 제작사별로 특징과 굴착능력이 차이를 보이고 있으므로 선택시 현장여건을 고려하여 적절한 선택이 될 수 있도록 유의하여야 한다.
③ Slime처리
RCD 공법에서는 공내수중의 침강성 토립자와 철근 Cage 설치시 일부 토립자가 떨어지므로 타설전에 별도로 Slime을 제거토록 하며 안정액을 사용할 경우에는 안정액 재사용을 위해 Desanding Plant 등의 별도 장비의 투입과 안정액 회수 공정이 추가된다.
④ 기타 공정(철근가공조립 및 콘크리트 타설, 두부정리 및 되메우기)
대부분 Benoto Pile과 동일하나 콘크리트 타설후 Stand Pipe를 Vibro Hammer로 인발할 경우 Pipe 상단의 한쪽만을 잡고 올리면 Pipe가 기울어져 형상이 타원형으로 될 우려가 있으므로 적어도 양쪽으로 매달아 수직으로 Pipe를 인발하여야 한다.
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