섬유콘크리트

1.개요
토목건설용 고분자 재료란 모래, 흙, 자갈 등의 환경에 사용되는 섬유, 고분자 재료로서 토목공사의 시공기술과 밀접한 관계가 있는 제품이며 직포, 부직포,
매트 등과 같은 직물형태와 플라스틱 멤브레인, 압출판 및 3차원 압출성형
구조물, 네트 등과 같은 고분자 제품이 광범위하게 포함된다.
1.1 토목섬유의 활용배경 및 역사
토목건설용 고분자 재료가 본격적으로 사용된 1970년대 초기에는 주로 토사의 세굴방지와 여과의 목적으로 이용되었다가 그 후에는 지반의 분리, 보강 또는 배수의 기능으로 널리 이용되어 왔으며 최근에는 방수, 균열방지, 지반구조물 보호, 충격흡수 등의 목적으로 사용고 있다. 우리 나라의 경우 토목건설용 고분자 재료의 사용분야는 주로 매립지의 연약지반보강, 옹벽 및 사면보호 등이지만 이러한 토목건설용 고분자 재료 사용량의 추세는 1992년을 기준으로 볼 때, 세계적으로 10억m2 이상이 사용되었으며 국내에서도 약 1,000만m2가 소요되었고 향 후 그 사용량이 급격히 증가할 전망이다.
섬유재료를 각종 토목공사에 이용하기 위한 시도는 아주 오랜 옛날부터 이루어져 볏짚, 보리짚, 버들가지, 갈대 등의 천연재료를 보강재 및 필터재 등으로 사용한 기록이 있으나, 이러한 천연섬유재료들은 강도, 내구성, 재료구입 및 품질관리 등의 문제점으로 인해 토목재료로서 광범위하게 사용되지 못하였다.
그러나, 보다 경제적이고 효과적인 재료를 얻고자 하는 토목기술자 및 섬유기술자들의연구결과 1960년대이래 고분자합성섬유제품인 토목섬유(Geosynthetics)가 개발되어 이러 한 천연섬유재료의 문제점을 해결하였으며, 또한 우수한 시공성, 적용성 및 경제성 등을 갖추고 있어 최근 각종 토목구조물에 보강, 필터, 배수, 분리, 봉쇄 및 침식방지재 등으로 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 토목섬유는 폴리프로필렌(poIWropylene), 폴리에스터(polyester),폴리에칠렌(polyethylene), 폴리아크릴니트릴(polyacrynitril), 나일론 등의 합성섬유를 직조하여 형성된 다공성 제품인 지오텍스타일(geotextile)과 차수용 제품인 지오멤브레인(geomem
branes), 고강도 제품인 지오그리드(geogrids) 및 지오텍스타일 관련제 품 등을 포함한다.
토목섬유는 초기에는 직포(woven geote지ire)와 부직포(nonwoven geot
extile)를 대변하는 용어로 사용되었으나, 최근 다양한 제품의 개발과 적용으로 보다 광범위한 섬유재료를 대변할 수 있는 용어인 Geosynthetics고 사용되고 있다. Geosynthetics라는 용어는 Geomechanics와 Synthetics가 합쳐져서 만들어진 용어로, 1986년에 개최된 국제 토목섬유 학회에서 국제통용어로 제안되어 사용되고 있다.
토목섬유는 선진외국에서 1960년대초 하천제방, 사면보호를 위해 필터용 지오텍스타일 (geotextile)을 최초로 사용한 이래 눈부신 성장을 계속하여 현재는 각종 토목구조물에 연간 약 10억m2이상의 물량이 다양한 용도로 사용되고 있다. 토목섬유에 관한 연구도 활발히 진행되어 1977년에 파리에서 제1회 국제 토목섬유 학술회의가 열렸고, 뒤이어 1982년, 1986년, 1990년, 1994년에 개최된 4회의 국제 토목학술회의를 통하여 수많은 실험적, 이론적 연구논문들이 발표되었다. 이러한 연구들을 통하여 보다 경제적이고 효율적인 제품들이 개발되고, 현장조건을 고려한 특성시험방법들과 토목섬유의 거동을 규명하는 이론적 해석방법들이 제시되어 만족스럽지는 못하다 할지라도 일반적인 구조물에 대해서는 토목 섬유의 용도별로 이론적인 해석과 설계 및 합리적인 시공을 할 수 있는 단계까지 도달하였다
국내에서는 1972년 아산방조제 공사에 보강용 토목섬유(woven geotextile)가 최초로 사용되었으며, 1975년 창원종합기계공업단지 조성공사에 연약지반보강용 및 수직배수공법(Paper Draln공법)에 약 420,000m2의 토목섬유가 사용되었다. 특히 1977년대를 기점으로 대단위 항만, 간척사업과 임해공업단지 조성공사가 활발히 진행되면서 연약한 지반조건의 개선 및 공사비 절감 등의 목적으로 사용된 토목섬유의 효과가 인정을 받아 대량으로 토목섬유가 사용되는 계기가 마련되었고, 이와 함께 해당 연구과제와 관련된 기술교류 등을 통해 토목기술자와 섬유기술자 사이의 상호협조체제가 형성되면서 국내 토목섬유의 질적, 양적 성장을 이룩하는 토대가 마련되었다.
1980년대에 들어와서는 토목섬유 적용 용도가 확산되면서 사용물량이 급증하였고, 토목섬유가 사용된 각 구조물별로 지반공학적 문제들이 제기되어 토목섬유 생산업체들의 시험시공과 함께 일부 대학과 연구소에서 토목섬유 기술발전을 위한 연구들이 수행되기 시작하였다. 또한 1986년 11월에는 제품을 생산하는 업계, 시공업계, 설계자, 연구자들이. 모여 농어촌진흥공사에서 대한토목학회 및 농어촌진흥공사의 후원으로 제 1회 토목섬유 세미나를 개최하였다. 동 세미나에서는 토목섬유의 구체적인 적용방법과 발전방향에 대한심도있는 토론기회를 가짐으로써 본격적인 기술발전의 기반을 조성하였으나, 그 후 제반여건 및 제도적 장치의 미흡으로 인해 계속적인 연구발표회가 중단되었고, 토목섬유에 관한 연구도 일부 대학과 연구소에 국한되어 수행되어 왔다.
1990년대에 들어서면서 국내 토목섬유의 사용량이 연간 1,000만m2 - 2,000만m2 이상으로 증가되는 추세이고 선진외국의 관련기술도 급속한 발전을 하고 있어, 향후 국내 건설시장 개방에 대비하기 위해 설계, 시공, 특성시험법 등의 토목섬유 관련기술의 체계적정립과 함께 토목섬유의 신제품 및 새로운 관련공법 개발, 광의의 토목섬유(Geosynthetics) 적용방안 연구 등이 절실히 요구되어 왔다. 또한 최근에는 대규모 간척공사는 물론 고속전철, 지하구조물, 폐기물 매립지 등 톡목섬유 적용 구조물이 다양화, 대형화 및 고난도화 됨에 따라 각 구조물별로 안전하고 경제적인 적용기술의 개발이 요구되고 있는 등 총체적인 재정립이 그 어느 때 보다 시급히 요청되고 있다.
따라서, 이러한 상황에 대처하기 위해 1992년 3월 산, 학, 연 분야에 종사하는 전문가들이 주축이 되어 한국지반공학회 산하에 토목섬유기술위원회를 발족하고 국내 토목성유 기술의 체계적 정립을 모색하여 왔으며, 1993년 9월에는 토목섬유 관련기술의 국제교류를 통하여 선진기술을 습득․보급함으로써 국가경쟁력 제고 및 국제적인 학술활동에 적극 참여할 수 있는 기반을 조성하고자 국제토목섬유학회(International Geotsynthetics Society, IGS) 한국지부를 창설하였다.
토목섬유기술위원회가 발족된 1992년 12월 및 그 다음해인 1993년 9월에는 동 위원회가 주축이 되어 제1회 및 제2회 토목섬유 세미나를, 그리고 1995년 11월 및 1976년 12월에는 한국건설기술연구원 후원하에 국제토목섬유학회(IGS) 한국지부 및 한국지반공학회가 공동 으로 토목섬유 학술발표회를 성황리에 개최하였다. 이들 세미나에서는 국내 토목섬유 사용실태 및 향후 발전방향, 지오텍스타일(Geotextile), 지오그리드(Geogrids) 등을 가용한 각종 연구결과와 섬유대 거푸집(Fabric Form)공법, 지오웨브(Geolveb)공법, 플라스틱 보드 드레인(Plastic board drains)공법, 팩드레인(Pack drain) 공법, EPS 성토공법(EPS
Construction method) 등 토목섬유를 이용한 새로운 공법 소개와 이들 공법들을 이장한 구조물의 현장실측 연구결과가 발표되어 우리나라 토목섬유 기술발진을 한 단계 높이는 계기를 마련하였다.
그러나, 이와 같이 국내에서 토목섬유 사용량이 지난 1970년대 초 이래 해마다 급증하고, 또한 활발한 연구활동을 하여 왔음에도 불구하고 아직까지 각종 토목구조물에 가용되는 토목섬유의 설계 및 시공방법이 정립되지 못하였다. 이로인해 토목섬유를 토목구조물에 적용시 이론적인 측면보다는 경험적인 측면에서 설계와 시공이 이루어지고, 설계시 안정적인 보강재로서의 기능성보다 경제성 위주의 설계반영으로 인해 현장여건에 적합치 못한 토목섬유가 사용되었으며, 적절치 못한 설계, 시방의 혼란 등의 문제점이 현재 다수 발생되고 있다. 또한 생산업체도 제품개발 투자보다는 전문 판매분야에만 매달리고 있어,
이러한 행태가 우리나라 토목섬유 기술발전에 큰 저해요인으로 작용하고 있는 실정이다.
따라서 , 한국지반공학회 산하 토목섬유기술위원회에서는 대내적으로는 토목섬유가 새로운 매력적인 건설재료로서 굳건히 자리잡을 수 있는 기틀을 구축하고 토목섬유 기술발전을 도모하며, 대외적으로는 국가경쟁력 제고에 이바지할 목적으로 1996년 7월부터 1997년 12월까지 18개월간에 걸쳐 건설교통부로부터 국고보조금을 지급받아 "토목섬유의 설계 및 시공지침"에 관한 연구를 수행하였으며, 이를 바탕으로 한국지반공학회에서 연례적으로 개최하는 계속교육의 일환으로 오늘 "토목섬유"에 관한 강습회를 실시하게 되었다.
1.1.1 토목섬유의 활용
(1) 배수용 : 세립토, 콘크리트와 같은 투수성이 낮은 토목재료 또는 지오멤브레 인 등과 밀 착된 상태로 설치하여 물이 배수구로 흐르게 한다.
(2) 방수 또는 차수용 : 물의 출입을 차단한다.
(3) 여과용 : 조립토와 세립토 또는 부유세립토 사이에 설치하여 물의 흐름에 따른 세립토의 이동을 최소로 방지하면서 물을 여과시킨다. 일방향 정류흐 름과 양방향 동류흐름에 대한 용도로 적용되며 전자의 경우는 암거보호용, 후자는 호안의 사면보호용으로 사용된다.
(4) 액체 필터용 : 물이 흐르는 곳에 설치하여 물은 이동시키며 미립자 및 불 순물은 통하지 못하게 한다.
(5) 지지용 : 빈 공간을 가진 토목재료와 지오멤브레인 사이에 설치하여 토목재 료위의 지오멤브레인이 파괴되는 것을 방지한다.
(6) 분리용 : 모래, 자갈, 잡석 등의 조립토와 세립토의 혼합을 방지한다.
(7) 표면유지용 : 토목건설용 고분자 재료를 지반위에 설치하여 평평하고 깨끗 한 표면을 조성, 유지시킨다.
(8) 커텐기능용 : 흙이나 암석면에 평행하게 설치하여 토사가 떨어지는 것을 방 지한다.
(9) 막기능용 : 서로 다른 압력의 차이를 받고 있는 두 재료사이에 설치하여 토 목건설용 고분자 재료의 인장강도에 의한 압력차를 조절한다
(10) 연결용 : 두 층의 지반이 분리되는 것을 방지하기 위해 설치한다.
(11) 모음기능용 : 외력에 의해 토사가 불안정화되는 경우 토사를 모아준다.
(12) 보강용 : 토목건설용 고분자 재료의 인장강도에 의해 지반구조물의 역학적 안정성이 증가된다.
(13) 흡수기능용 : 지반에 전달되는 하중과 변형율을 분산시키거나 감소시킨다.
(14) 균열방지용 : 토중의 구조물과 지반사이에 발생하는 균열의 발생과 성장을 방지한다.
(15) 접착기능용 : 토목재료사이에 설치하여 마찰이나 부착력을 증가시켜 재료 사이의 결합력을 증가시킨다.
(16) 윤활기능용 : 접착기능용에 대한 반대 의미로 토목재료사이의 부착력이나 마찰력을 감소시킨다.
1.1.2 적용공법 및 세부사항
토목건설용 고분자 재료의 세부적용공법에 따른 주요 용도를 다음과 같이 나타내었다.
-방조제, 호안
* 토사입자의 유출방지로 인한 사면보호 * 세굴방지와 불균등 침하방지
* 수중의 초연약지반과 성토재의 탁월한 분리효과 * 구조물의 안정화
-도로,비행장
* 지지력 보강으로 전단파괴 방지 * 보조기층의 유효두께 유지
* 노상과 노반의 분리와 포장의 균열방지
-연약지반 단지조성
* 연약지반의 지지력보강과 부등침하방지 * 보강토 옹벽
* 연약지반의 조기압밀촉진 * 지중의 과잉간격수압의 저하
* 성토재와 불량토의 분리와 중장비용 도로확보
-운동장, 철도, 터널
* 과잉공극수 배수와 지반의 지지력 보강 *터널의 배수유도와 토사유입방지
* 양질토와 불량토의 혼합방지와 쇄석의 노상유입방지
-흙댐, RODKFILL댐
* 댐 상류부와 하류부의 사면보호 * 초과수량에 의한 댐 하류부의 침식방지
* 댐구조물의 안정화 * Chimney 배수재료와 블랭킷재료
-쓰래기 매립장
* 라이닝 재료와 그 파손방지 * 라이닝 하부의 집수된 물의 배수
* 라이닝 하부의 연약지반 보강
-하천, 운하, 간척사업
* 부유되어 있는 오탁입자의 유동을 최소화
* 수산자원과 주변환경보호
-거푸집용
* 콘크리트 매트 타설용 수중거푸집 * 해안구조물의 말뚝기초
1.2 토목섬유 이용상의 장단점
1.2.1 토목섬유의 장점
지금까지의 현장적응 경험과 연구성과름 통하여 밝혀진, 토목섬유가 기존의 방법보다 우월한 장점을 살펴보면 다음과 갈다.
*토목섬유는 사용이 편리한 ro11형태로 공급된다.
*토목섬유는 생산시 quality control이 매우 우수하다.
*토목섬유는 현장부지에 바로 신속하게 포설할 수 있다.
*토목섬유는 경량재료로 취급하기가 용이하다.
*합리적인 설계방법이 빠르게 개발되고 있다
*실내 실험을 퉁해 대부분의 관련 특성치들을 평가할 수 있다.
*대부분의 경우 상당한 경제성율 보여 준다.
*가볍고 타재료와 비교해서 취급 및 시공이 용이하다.
*인장에 강하다. *내구성이 좋다
*현장에서 접합등 가공이 쉽다.
*신축성이 좋아서 유연성이 있다.
*필요에 따라 투수 및 차수를 할 수 있다.
매우 적은 예외가 있으나 현장에 적용된 토목섬유는 매우 좋은 실행성을 보여 준다. 그러나 아직까지 선진외국에서도 토목섬유를 사용하는 많은 설계자나 사용자들이 토목섬유에 대한 기본적인 지식의 부족과 국제 표준화가 되어 있지 않은 특성시험법 및 특수 한 조건에 대한 연구성과의 부족 등으로 많은 애로를 겪고 있다. 이와 같은 문제점들 모두 극복하기 위하여 선진외국에서는 관련 연구를 현재 수행중이거나 향후 수행할 계획으로 있다. 이러한 관점에서 향후 토목섬유의 보다 폭넓은 활용을 위해서는 다음과 같은 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다
1.2.2 토목섬유의 역할(기능)
토목섬유의 주요 기능은 주로 분리(separation), 여과(filtration), 보강(reinforcement), 배수(drainage), 액체/기체 차단기능 등으로 구분할 수 있으며 건설공사에 사용된 토목섬유은 최소한 한가지 이상의 기능이 적용되고 각 기능에 대한 설계절차는 역학적, 수리학적 및 지질학적인 기본 개념에 의하여 행해진다. 지금까지 나타난 토목섬유의 기능은 다음과 같이 16가지로 크게 구분되고 있다
① 배수기능
세립토, 콘크리트와 같은 투수성이 낮은 토목재료 또는 지오멤브레인 등과 밀착해 설치하여 물이 배수구로 흐르게 하는 기능
② 방수 또는 차수기능
물의 출입을 차단하는 기능.
③ 여과기능
조립토와 세립토 또는 부유세립토 사이에 설치하여 물의 흐름에 따른 세립토 의 이동을 최소로 방지하면서 물을 여과시키는 기능으로 one-way steady folw와 two-way dymanic flow에 대한 기능이 있으며 전자의 경우는 암거 보호용, 후자는 호안의 사면보호용임
④ 액체필터기능
물이 흐르는 곳에 설치하여 물은 이동하되 미립자는 통과하지 못하게 하는 기능.
⑤ 지지기능
빈 공간을 가진 토목재료와 지오멤브레인 사이에 설치하여 토목재료위의 지 오멤브레인이 파괴되는 것을 방지하는 기능.
⑥ 분리기능
모래. 자갈, 잡석 등의 조립토와 세립토의 혼합을 방지하는 기능.
⑦ 표면유지기능
토목․건설용 섬유고분자재료를 지반위에 설치하여 평평하고 깨끗한 표면을 유지하는 기능
⑧ 커텐기능
흙이나 암석면에 펑행하게 설치하여 토사 및 자갈이 떨어지는 것을 방지하는 기능.
⑨ 막기능
서로 다른 압력의 차이를 받고 있는 두 재료사이에 설치하여 토목․건설용 섬유고분자재료의 인장강도에 의한 압력차를 조절하는 기능.
⑩ 연결기능
두 층의 지반이 분리되는 것을 방지하기 위해 설치되는 기능.
⑪ 모음기능
외력에 의해 토사가 불안정화되는 경우 토사를 모으게 하는 기능.
⑫ 보강기능
토목․건설용 섬유고분자재료의 인장강도에 외해 구조물의 역학적 안정성이 증가되는 기능.
⑬ 흡수기능
지반에 전달되는 하중과 변형률을 분산시키거나 감소시키는 기능.
⑭ 균열방지기능
흙중의 구조물과 지반사이에 발생하는 균열의 발생과 성장을 방지하는 기능.
⑮ 접착기능
두 재료사이에 마찰이나 부착력을 증가시켜 재료사이에 결합력을 증가시키는 기능
⑯ 윤활기능
접착기능에 대한 반대 의미로서 두 재료사이의 부착력이나 마찰력을 감소시 키는 기능.
1.3 연구동향
1.3.1제품개발
일반적으로 지오텍스타일과 지오멤브레인의 초기형태는 면을 이용한 직물 또는 코팅직물이었으며 1926년 미국 South Carolina Highways Department에서 발주한 도로공사에 처음 사용되었다. 합성섬유로 제작된 지오텍스타일은 1950년대 후반에 콘크리트 옹벽하단부에 설치, 우수한 기능성을 나타내어 1960년대 초기까지 호안보호용으로 사용되었다. 그 후 1962년에는 Memphis Distric떼서 하천의 사면을 보호하기 위하여 여과의 기능으로 직포형 지오텍스타일이 사용되었으며 1950년대 후반부터 최근까지 토목건설용 고분자 재료 발전에 큰 영향을 미친 것은 Dutch Delta Works Scheme로서 이 프로젝트에 사용된 토목건설용 고분자 재료는 약 1,000천만m2에 이른다. 1968년에는 미국의 FHWAA(Federal Highway Administration)에서 아스팔트 표면 균열방지를 위해서 직포형 지오텍스타일을 사용하였고 일본에서는 지진과 폭풍으로 인해 제방이 파괴되는 것을 방지하기 위해 지오네트가 사용되기 시작하였다. 부직포형 지오텍스타일은 1968년 프랑스의 Rhone Poulenc사에서 개발한 "Bidim"과 영국의 ICI사가 개발
한 "Teran" 등이 그 시초였으며 1970년에 Valcros Dam건설에 처음으로 사용되었다.
그러나 본격적으로 지오텍스타일이 사용된 것은 1960년도 중반 이후로, 사면보호용 토목자재의 가격과 운반비용의 상승으로 토목건설용 고분자 재료의 가격이 기존의 토목자재와 경쟁력을 갖게 되었으며 계속적인 토목건설용 고분자 재료의 개발과 합성섬유의 발전으로 인해 1981년에는 토목건설용 고분자 재료의 가격이 1970년대 후반과 비교하여 약 60% 정도로 되었다. 최근에는 미국의 American Engineering Fabrics사(AEF), Amoco Fabrics사(Propex), Chmie Linz사(Polyfelt), Dupont사(Typar), Exxon Chemic실사(GTF), Hoechst Fibers사(Trevira), Mirfi사(Mirafi) 등이 주로 폴리프로필렌, 폴리에스테르 섬유를 이용해 직포 및 부직포형 지오텍스타일을 생산하고 있다. 또한 지오그리드, 지오네트의 개발은 1960년에 영국에서 그 제조방법을 개발한 이래로 Gndle
Lining System사(Gundnet), Mirafi사(Para Grid), Tebsar사(SR) 등이 제조, 판매하고 있다. 지오멤브레인은 UCO사(Greenline), Poly America사(Poly Flex), PalcoLinings사(Dynalog), Fundle Lining System사(Gundline) 등이 생산하고 있으며 최근 그 사용량이 토목건설용 고분자 재료 분야에서 급격히 증가하고 있다. 지오웹(Geowebs)은 Presto사가 고밀도 폴리에틸렌 섬유를 이용하여 "Geoweb"이란 상품명으로 판매하고 있으며 지오복합 재료는 1969년 수직드레인이 처음으로 개발된 이래로 American Wick Drain사(Amerdrain), Burcan사(Hitek), Geotechnics Holland사(Mebradrain) 등이 제조하고 있으며 토목건설용 고분자 재료 관련제품은 Construction Techniques사(Fabriforin), Enka사(Stabilenka) 등이 제조, 판매하고 있다.
1.3.2 연구동향
지금까지 .사용되는.토목건설용 고분자 재료는 주로 지오텍스타일 압도적으로 우세하지만 지오멤브레인과,지오그리드의 "사용량도 급증하고 있으며 토목건설공사의 특성상 지오복합재료를 사용하는 경우도 꾸준히 증가하고 있다. 따라서 이들 제품의 용도확장과 기존제품의 물성개선에 연구개발의 관심이 집중되고 있으며 미국의 경우, 기존의 GRI(Geosynthetic Research Institute)를 GSI(Geosynthetic Institute)로 개편하고 많은 관련기업들이 컨소시움을 형성하여 토목건설용 고분자 재료의 연구개발에 참여하고 있으며 1995년 12월까지의 참여 기업들을 열거하면 다음과 같다.
(1) Gundle Lining Systems, Inc.
(2) RUST Environment & Infrasturcture, Inc.
(3) U.S. Environmental Protection Agency(EPA)
(4) Potyfelt, Inc.
(5) Waste Management NA, Inc.
(6) Chemical Waste Management,inc.
(7) Hoechst Celanese Corp.
(8) Browning - Ferris Industries
(9) Monsanto Co.
(10) E. 1. Dupont de Nemours & Co, Inc.
(11) Federal Highway Administration(FHA)
(12) Golder Associates, Inc.
(13) Tensar Earth Technology, Inc.
(14) National Seal Co.
(15) Poly-America, Inc.
(16) Union Carbide Corp.
(17) JPS Elastomerics Corp.
(18) Akzo Industrial Systems by
(19) Phillips Petroleum Co.
(20) SLT Environmental, Inc.
(21) Exxon Chemical Co.
(22) Geosyntec Consultants
(23) Laidlaw Waste Systems, Ltd.
(24) Novacor Chemicals Ltd.
토목섬유의 보다 폭넓은 활용을 위해서는 다음과 같은 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.
1) 국제 표준화 연구
*각종 토목섬유의 륵성시험법의 표준화 연구
*토목섬유 형태별 각종 토목구조을 적용시의 설계 ․시공법의 표준화 연구
2) 특별한 조건하에서의 토목섬유의 거동 연구
*가는 실트와 점토, 미생물과 부유물질 함유한 침출액 등에 대한 토목섬유의
필터거동연구
*동적 파동이나 교번흐름 조건하에서의 순수한 물과 흙탕물에 의한 토목섬유의
필터거동연구
*폐기물 매림지내 토목섬유의 설계기법 연구
3) 토목섬유의 장기간 내구성 연구
*흙속에 묻힌 토목섬유의 creep특성 평가 및 creep린시험법 개발
*흙속에 묻힌 토목섬유의 응력이완(stress relaxatio) 특성 연구
* 토목섬유의 creep롸 응력이완 사이의 상호 의존성에 관한 해석적 연구
* 토목섬유의 장기간 필터특성에 미치는 생물학적 활동의 영향 평가
4) 합성섬유의 열화(degradation), 안정 및 내구년수 예측
*합성섬유의 열화 및 안정성 평가 연구
*합성섬유의 열화 방지 및 지연방법 개발 연구
*합성섬유의 내구년수 예측기법 개밭 연구
5) 기타
o 현장조건에 보다 적합한 새로운 형태의 토목섬유 개발 연구
o 각종 구조물에 적용된 토목섬유의 신뢰성 해석기법 연구
o 흙/토목섬유 마찰특성 평가 및 안정성 평가기법 개발 연구
*토목섬유로 안정처리된 성토지반의 동상성 평가
이상에서 살펴본 것과 같이 국내에서의 토목섬유 사용량은 년간 1,500만 m2 정도로
증가되었고, 향후에도 적용분야가 다변화되면서 지속적인 증가를 하게될 것으로 전망된다. 그러나 이와 같은 사용물량의 증가와는 달리 국내 토목섬유의 설계 .시공 기술 관련 연구는 매우 미흡하여 아직까지도 특성시험방법들의 규격화가 완전하게 되어 있지 못하며 , 적용 구조물에 따른 함리적인 토목섬유의 설계 시공 방법이 제시되어 있지 못하다. 또한 국내 토목섬유 시장에는 토목섬유 생산업체간의 과잉경쟁에 의한 덤핑행위가 만연되어 있는데 반해 현장에서는 반입되는 토목섬유에 대한 검사체제가 제대로 확립되어 있지 않아 현장에 적응된 토목섬유의 질적 저하가 우러되는 등 제도적인 측면에서의 보완작업도 미흡하였다.
따라서 향후 국내 토목섬유의 활성화률 유도하기 위해서는 특성시험법 및 설계 .시
공법 등 기술적인 측면의 연구와 함께 토목섬유 유통에 대한 제도개선방안 연구가
시급히 이루어걱야 할 것으로 사료되며, 또한 장기적인 안목에서 새로운 헝태의 토목섬유개발, 대학에서의 토목섬유 관련 강좌의 개설, 주기적인 세미나 및 워크샵의 개최등을 롱해 토목기슬자들의 토목섬유에 대한 인식전환롸 기술제고에 노려을 경주해야할 것으로 사료된다.
1.3.2 토목섬유의 해외 시장성
1961년 해안구조물의 침식방지 목적으로 PP직포가 최초로 적용된 이래 30여년동안 토목섬유는 괄목할만한 발전을 하여 왔다. 초기에 직포, 부직포로 대별되었던 토목섬유는 새로운 형태의 제품들이 개발되면서 보다 다양화되었다.
1986-1995년 기간 동안 북미에서 사용된 지오텍스타일의 물량을 연도별 및 용도별로 조사한 결과를 보면 북미에서의 지오텍스타일 사용량은 매년 약 5%정도의 성장을 보이고 있으며, 1995년에만 3억 6천만m2의 물량이 사용된 것으로 평가된다. 또한 용도별로 살펴보면 지반안정/분리 및 아스팔트 오버레이, 라이닝
시스템 등이 주요 용도로 나타났다
일본에서의 토목섬유 종류별 사용량을 보면. 최근 일본에서의 토목섬유 사용 연간 증가율은 약 7%정도로 나타나고 있으며, 1993년에만 9,100만m2의 토목섬유가 사용되었다. 또한 북미에서와 같이 최근 들어 부직포의 사용은 격감한 반면 부직포 및 지오그리드, 지오멤브레인 등의 사용이 증가하고 있다.
1.3.2 토목섬유의 국내 시장성
국내에서는 1972년 아산방조제 공사에 PP직포를 사용한 것을 시작으로 1975년 창원공업단지 조성공사에 연약지반 보강용으로 약 420,000m2 정도의 직포매트(woven geotext-iles)가 성공적으로 사용되면서 국내 토목섬유의 발전계기가 마련되었다. 그 후 단섬유 부직포, 복합포 및 장섬유 부직포의 국내 생산에 따라 사용량이 급증하여 1995년 현재 연간약 20,000,000m2 정도의 토목섬유가 각종 토목구조물에 다양하게 사용되고 있다.
국내에서의 토목섬유 사용은 1983년 이래 그 사용량이 급증하고
있으며, 또한 직포와 부직포의 사용이 5:5정도이었던 것이 1990년대에 와서는 부직포의 사용비율이 더욱 높아지고 있다. 특히 국내에서는 선진외국과는 달리 단섬 유 부직포의 우수한 수리학적 특성이 평가되어 필터 및 배수 용도로의 사용이 활발하기 때문인 것으로 사료된다. 또한, 국내에서의 장섬유 부직포의 사용은 1980년대 초반 외국에서 수입된 제품에 의해 70만 m2/년 정도까지 많이 사용되었으나, 단섬유 부직포와 복합포 사용의 증가와 함께 그 사용량이 감소하였고, 1985년 국내에서 장섬유 부직포가 생산되면서 사용량이 다시 증가하는 경향을 보여준다.
한편, 1990년대에 와서는 폐기물 매립지 조성공사와 해안․호안공사 등의 증가에 따른 환경오염에 대한 국민의식의 고조와 연약지반 처리문제의 증가 등에 의해 지오멤브레인 (geomembranes)과 오탁 방지막(silt protector), 드레인 보드(drain board) 등 지오텍스타일 관련제품의 사용량이 증가하고 있음을 알 수 있다. 또한 선진외국에서 사용이 활발한 지오그리드(geogrid)의 국내 사용은 1993년 이래 증가추세에 있다. 합성섬유 종류별 토목섬유 사용량을 보면, 국내에서는 토목섬유가 대부분 배수 및 필터용이나 지반보강용으로 한정되어 사용되고 있다. 그러나 북미에서 많이 사용되고 있는 아스팔트 오버레이용으로는 거의 사용되지 않고 있다.
2. 토목섬유의 기능
2.1 토목섬유의 종류
토목섬유 제품은 다양한 섬유형상의 결합에 의해 제조되며 크게 직포형 및 부직포형 지오텍스타일, 지오그리드, 지오네트, 지오멤브레인, 지오웹, 지오복합포 및 지오텍스타일 관련제품으로 구분되며 이들의 기본적인 제조방법과 특성은 다음과 같다.

2..1.2 지오텍스타일

(1) 직포형 지오텍스타일
필라멘트사, 또는 방적사를 이용하여 경, 위사를 직각형태로 교차해 만든 형태로 기본조직은 평지, 능직, 주자직으로 구분되고 사용되는 실은 보통 1,000～3,000 데니어 정도의 실을 연사하여 사용하며 직물밀도는 경, 위사방향으로 인치당 19-21개가 일반적이다. 섬유원료는 주로 폴리에스테르와 폴리프로필렌 섬유가 사용되고 있으나 폴리프로필렌 섬유는 내광성이 약한 단점이 있다.
(2) 부직포형 지오텍스타일
장섬유나 단섬유를 랜덤하게 배열하여 결합시킨 형태로 단섬유의 경우 니들펀칭법을 이용, 제조하며 장섬유의 경우 스펀본딩법으로 중량 200～800 g/m2 정도로 적층하여 니들펀칭 또는 열응착 등의 방법으로 결합시킨다. 일반적으로 구성섬유들이 random entangled된 구조를 형성하고 있어 역학적, 수리적 특성이 우수하며 폴리프로필렌과 폴리에스테르 섬유가 주로 이용되고 있다.
2.3.2 지오멤브레인
지오멤브레인은 액체봉쇄를 목적으로 최근 널리 사용되고 있으며 국제산업직물협회(IFAI, Industrial Fabr
ics Association International))에 의하면 위험한 페기물, 산업용과가정용의 쓰레기 매립, 흙댐 및 터널방수 등 특별한 용도에 사용된다. 지오멤브레인에 사용되는 고분자의 주요소재는 PVC와 HDPE, CSPE(Chloro Sulfonated Polyethylene) 및 CPE(Chlorinated Polyethylene) 등다.
2.3.3 지오그리드
지오그리드는 폴리머를 판상으로 압축시키면서 그림과 같이 격자모양의 그리드 형태로 구멍을 내어 특수하게 만든 후, 일축 또는 이축으로 연신하여 제조한다. 연신과정에서 작은 구멍들은 보통 10～50mm크기의 타원 혹은 원형모양의 큰 구멍으로 되어 있으며 분자배열도 잘 조정되어 결과적으로 높은 강도를 나타내므로 지반보강용으로 사용되며,폴리올레핀과 폴리프로필렌 및 PVC코팅재료가 널리 사용된다.
2.3.4 지오웹
지오웹은 그림에서처럼 띠형태를 가진 매우 거친 폴리에스테르 섬유의 직포형태와 HDPE 띠를 초음파로 접착하여 형성되는 세포망 형태로 구분되며 침식방지와 지반보강용 으로 널리 사용되고 있다.
2.3.5 지오네트
지오네트는 그림 에서처럼 일정한 각도로 strand를 교차한 2세트의 펑행한 구조를 가지며 각각 교차점의 가닥들은 용융, 접착되고 주로 폴리에틸렌이 사용되고 있다.

2.3.6 지오매트
지오매트는 그림에서처럼 semi-rigid monofilament로 구성되어 있으며 직경은 1mm 보다 작고 매우 주름이 넓게 퍼져있는 3차원적으로 엉켜있는 구조를 이루고 있다.

2.3.7 지오셀
지오셀은 서로 연결된 셀로 구성되며 각각의 셀은 두꺼운 매트리스에 의해 혼으로 채워지고 제방을 쌓는데 기초 보강재 역할을 하며 연약지반의 얕은 퇴적물 위에 적용된다. 일반적으로 100에서 200mm깊이의 지오셀은 니들펀칭된 폴리에스테르의 작은 조각이나 100에서 200mm넓이와 약 5m의 길이로 된 고체 HDPE을 이용하여 제조된다. HDPE 지오셀은 지하토양보강을 위해 과립상 물질을 채우는 용도로 사용되어 왔으며, 점진적인 stacKing과 지오셀층 위에 다른 층을 채우는 경사 건설에 사용되어 왔다.
2.3.8 지오컴포지트
( 1 )보강용 지오컴포지트(geocomposites)
지오틸스타일, 지오멤브레인, 흙, 콘크리트 등이 사용되며 건축자재의 보강용이다.
① 지오텍스타일 보강 복합재료
섬유의 굵기(번수)에는 큰 변화가 없으며 주로 중량이 큰(600g/m2_) 부직포와 splityam을 이용한 매트형태의 직포가 사용되며 제직된 multifilament섬유는 최대 3000Ib/in(520kN/m) 정도의 인장강도를 갖는다. 제조방법은 접착제를 사용하거나 열융착법을 이용하여 부직포/부직포, 부직포/매트, 매트/매트 등의 형태로 생산된다.
② 지오멤브레인 보강 복합재료
계곡사이에 일반 쓰레기 및 산업 폐기물을 매립하는 경우 제기되는 중요한 문제는 급격한 경사 부위에 덮개를 씌우는 것이며 표면 마찰특성이 크고 부분 함몰과 찢김에 대한 저항성이 우수한 지오멤브레인이 사용되어야만 한다. 일반적으로 클로로설포네이티드 폴리 에틸렌(chlorosulfonated polyethylene ; CSPE)을 사용한 지오멤브레인 시트와 CSPE지오멤브레인의 한면 또는 양면에 지오텍스타일 부직포를 결합시킨 형태의 복합재료가 많이 사용되고 지오멤브레인/지오네트(geonet)와 지오엠브레인/지오그리드(geogrid) 형태의 복합재료도 사용된다.
(2) 차수용 토목섬유 클레이라이너(GCL)
GCL은 지오텍스타일 또는 지오멤브레인 사이에 낮은 수분전달성을 지닌 토양성분인 벤토나이트를 채우고 스티치 본딩(stitch bonding), 너들펀칭(needle punching), 또는 접착제로 결합시킨 후 롤의 형태로 생산되며 취급과 수송이 용이하여 설치에 적당한 복합 차수재로 사용된다. 벤토나이트는 천연적으로 얻어지는 최대의 친수성을 지닌 광물질이며 물과 접촉할 경우 void안으로 물분자를 흡수하여 투수계수 감소를 유발한다. GCL의 응용은 환경, 교통과 토목 기술 분야로 광범위하고 신속하게 확대되고 있으며 지오멤브레인을 쓰레기 매립지의 이중 라이너 시스팀에 설치하있을 경우 매립시스템에서의 침출수 누출을 방지할 수 있다. GCL은 이미 1980년대에 매우 다양하게 응용되어 수로의 라이너, 비행장의 공해방지용 그리고 고속도로 및 다른 건설공사에 차수용 복합재료로 사용된 바 있으며 향후 다 널리 사용되는 GCL 제품은 다음과 같으며 그림 2.9에 서로 다른 공정으로부터 제조된 GCL의 단면형태를 나타내었다.
① Claymax(CETCO)와 NtBento(Huesker he ) 지오텍스타일 사용, 스티치 본딩법으로 제조
② Gundseal(GSE Lining Technology Inc.) : 지오멤브레인 사용, 열융착법으로 제조
③ Bentofix(National Seal Co.)와 Bentomat :지오텍스타일 사용, 두께 방향으로 니들펀칭하고 보조적으로 열응착이나 화학결합을 이용하여 제조
(3) 배수용 지오컴포지트
플라스틱 드레인 보드(PDB)는 토목공사시 배수량이 1 gal/min-ft보다 큰 경우 배수매체로 사용되고 있다. 주로 투수성이 좋은 부직포와 플라스틱 압출제품을 접착시킨 복합재
료로 구성되며 연약지반 개량용 수직배수재로서 이용되고 연약지반내에 수직으로 설치하면 간극수가 여과기능을 가진 부직포 필터를 거쳐 내부 코어인 플라스틱 배수구를 통하여 상부로 쉽게 배출되도록 되어 있다. 플라스틱 압출제품인 내부 코어는 배수용량 및 여과면적이 크고, 강력해야 하며 산, 알칼리, 염분 등에 대한 내구성이 커야 되고, 저온 및 고온에서 시공성이 좋아야 하며, 유연성이 좋고 수분에 의한 수축이나 변형이 발생해서는 안된다. 또한 부직포 필터는 인장력이 커야 하며, 투수성 및 여과효과가 탁월해야 하고, 막힘현상이 없어야 하며, 산, 알칼리, 염분 등에 대한 내구성이 좋아야만 한다. 그림 국내에서 생산되는 메브라 드레인(Mebradrain)의 배수작용을 도식화한 것이다.
① 심지형 배수재(wick drains)
일반적으로 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 등으로 제조되며 물에 대한 저항성이 있다. wick drain은 보통 세로홈을 가진 플라스틱과 지오텍스타일 필터로 둘러싼 복합재료로 되어 있고 상당한 인장력을 갖는다. 보통 4인치 wick drain은 1,007～3,000Ib의 파단력을 가지며 3～10ft로 관통된 wick drain은 상당한 보강효과를 나타내고 그 효과가 3차원 분석으로 정량화되진 않았지만 등가평면의 변형력은 큰 것으로 알려져 있다. 중요한 점은 wick drain은 흐름의 전달에 모래를 필요로 하지 않거나 설치에 큰 구조물을 필요로 하지 않는다는 사실이다. 그림은 지오컴포지트 wick drain을 나타내었다.
wick drain의 연구동향을 보면 중요한 내용은 지오텍스타일 필터와 wick drain의 비틀림에 의한 토양오염의 영향이다. 토양오염은 wick drain의 설치 및 회수, wick drain위에 위치한 토양의 붕괴로 인한 토양의 변형 등이며 비틀림은 압밀가공하는 동안 Wick drain의 수축에 기인한다. wick drain은 일시적으로 펀리한 구조이며 화학적, 생물학적 결함포텐셜은 매우 낮은 값을 가지며 크리이프는 토양의 압밀되기 위한 최소한의 길이로부터 빈선응력이 발생하는 시간에 의존한다.
② Sheet drain
지오스페이서, 지오매트 등으로 알려진 2차원의 sheet drain가 필요한 분야는 다음과 같다.
내벽의 뒤펀 경사진 암벽의 파괴면 운동장의 아래쪽 배수로 매립지용 지오멤브레인 라이너의 아래 석판 바닥 아래, 수직 및 수평 배수로 등
토목 ․건설용 섬유복합재료의 sheet drain에는 높은 흐름비가 요구되며 지오텍스타일 필터의 강도가 커야 되며 내부 플라스틱 유동관이 소성변형을 하거나, 유체를 과도하게 관입시키면 흐름비율은 빠르게 감소하며 파괴되면 완전히 차단될 것이다. 또한 온도가 높을 경우 크리이프 변형을 일으킬 수 있고 이와 반면에 온도가 낮을 경우 icing problem을 야기할 수 있지만 이러한 부분에 활용할 수 있도록 알려진 정보는 없다. 그리고 설치벽위
의 증기 장벽은 bitumen으로부터 만들어지는 것으로 구조물에 접해있는 한 측면위의 오목한 구멍을 가진 토목 ․건설용 섬유복합재료 제품에 구멍이 생기지 않도록 해야 한다. 그림에 sheet drain 제품을 소개하였다.
③ 가장자리 배수재(edge drains)
고속도로의 성능과 수명은 모두 포장 도로면 밑에 있는 drainage stone의 배수능력에 직접적인 관련이 있다. 특히 고속도로 가장자리 배수의 흐름 메카니즘은 wick drain과 sheet drain과는 매우 다르며 물의 흐름이 주로 기반암으로부터 발생되어 지오텍스타일 필터를 통과해서 수직으로 배치된 중심의 하부로 떨어짐을 알 수 있다. 일반적으로 기반암 아래의 심토나 shoulder하부의 토양으로부터 어떠한 흐름도 일어나지 않거나 거의 발생하지 않는다. 이 순환지대 상부에 가장자리 배수의 나머지 부분들이 유입되는 물을 축적하기 위한 부븐에 사용하고 있으며 순환 지역은 도로와 평행하게 모인 물을 적절한 배출구로 운반한다. 그러나 실제로 설계 방법에서 고려할 사항은 배수구 중심에 작용하는 압축 강도이며 고속도로 가장자리 배수구가 받게 되는 최대 하중은 고속도로의 shoulder에 주차된 트럭의 중량과 동일하다. 그림에 edge darin제품을 나타내었다.
(4) 액체/기체 차단용 지오컴포지트
지오멤브레인 하부의 지오텍스타일 라이너는 다양한 목적으로 사용되고 지오멤브레인/지오텍스타일 일체형 지모컴포지트 형태가 유용하다. 지하 가솔린 저장 탱크에 사용되는 지오텍스타일/지오멤브레인/지오텍스타일 복합재료는 탱크로부터 누출되는 가스를 차단하는 목적으로 이용된다. 또 다른 지오멤브레인 복합재료는 아직까지 개발중인 상태이며 그러한 상품중 하나는 HDPE/납판/HDPE로 구성된 지오멤브레인 복합재료이다. 납과 지오멤브레인의 결합은 매우 적당하고 층간 접착시험에 의해 그 차단효과가 증명되었다. 또
한 지오컴포지트는 차단재료의 형태에서 수분, 열의 이동방지를 위한 재료로 개발될 수 있으며 확장된 폴리스티렌(EPS-expanded polystyrene)을 이용하여 격리, 배수, 지압 조건의 활성을 위한 옹벽(방호벽)에서 compacted clay liner의 건조까지 그 영역을 확장할 수 있다. 그림에 수분차단용 제품을 나타내었다. (5) 침식방지용
지오텍스타일이 토양속에서 분리재로 사용될 경우 하층이 돌로 되어 있을 때 지지토
(subgrade soil)를 분리하며 인장 및 인열강도, 탄성계수, 파열강도, 찢김강도 등이 요구되는 경우 지오텍스타일만을 단독으로 사용할 수 없으며 지오컴포지트형태의 섬유복합재료들이 사용된다. 일반적으로 지오컴포지트의 사용목적은 암반, 계곡, 골짜기 등의 토양을 침식으로부터 영구적으로 또는 지반이 안정화될 때까지 보호하기 위해서이다. 침식 방지용 섬유복합재료는 주로 수로와 급경사면 토양에 고정시켜 침식 방지, 경사면 보호를위해 사용되며 물질 내부와 물 흐름은 시스템의 기능 약화와 파괴를 초래하기 때문에 블
랭키트(blanket), 매트(mats)와의 경계면은 매우 중요하다. 또한 일시적인 침식방지재료는 순간 침식 방지가 가능하고 일정 시간 이후에는 분해되지 않고 지반을 안정화시키는 기능을 가지고 있다. 단섬유 형태(geofiber)와 마이크로 그리드(microgrids)를 토양과 혼합한 재료들이 사용되며 폴리프로필렐 또는 폴리에칠렌을 2축 배향으로 제조한 메쉬(meshes),네트(nets), 시트(sheets) 등이 사용되기도 한다. 이와 반대로 영구적인 침식 방지재료는 침식 방지와 지반안정화를 기하며 바닥층을 보강하고 태양광선으로부터 보호되면 분해되지 않는다. 침식 방지 재생 매트와 잔디 보강 네트 등이 이에 속하며 보충토와 함께 지표면 위에 사용되거나 지표면 위에서 복합재료 내부에 흙을 충진시켜 사용되기 때문에 일시적인 침식 방지용 복합재료에.비해 지반안정화 효과가 수명이 길다. 섬유장이 긴 geofiber가 운동장, 경사면 등과 같은 급격한 하중이 가해질 때 이를 지탱하기 위한 인장 강도를 부여하기 위하여 단섬유 방적사와 흙을 혼용하여 사용되며 그림에 침식방지용 제품을 나타내었다.
2.3.9 기타 토목섬유 관련 재료
(1) 콘크리트 강화용 섬유복합재료
섬유와 부직포 및 직물을 이용하여 콘크리트의 균열을 방지하고 역학적 특성을 향상시킬 목적으로 섬유복합재료가 사용된다. 강화섬유로는 탄소섬유, 금속섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 등이 주로 사용되며 나일론, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 레이온, 스판덱스 등이 이용되기도 한다 또한 직경 0.8～15mi1s, 길이 0.5～2.Oin의 섬유를 이용하고 강화섬유의 첨가로 다음과 같은 개선을 기대할 수 있다.
-균열에 대한 저항력의 증가 -균열된 부분의 공유
-열변화 및 열수축에 대한 저항력의 증가 -내구성의 향상 등
한편, 콘크리트와 섬유를 혼합할 경우 가장 주의할 점은 섬유의 balling을 방지하는 것이며 가능하면 섬유는 시멘트 집합체와 함께 혼합하거나 preblending해야 한다. 일반적으로 금속섬유강쿠 콘크리트는 파이프, 내화성 콘크리트, 부식방지용 콘크리트 구조물 등에 사용되며 인장특성, 퍼로특성, 크리이프 특성, 내알칼리성, 내약품성, 내열성, 콘크리트와 토목섬유와의 부착성 등이 신중하게 검토된 후 적용되어야만 한다.
(2) 지오텍스타일 관련제품
지오텍스타일 관련제품으로서는 사면보호용으로 널리 사용되는 폴리에스테르 섬유의 이중직물형태인 섬유거푸집(Fabric Form)과 Nylon 6 또는 PVC로 만든 3차원 입체망상형테의 Enka Mat, 항만 등의 간척공사의 오탁수 확산을 방지하는 오탁방지막(Slit Protector)
등이 있다.
2.2 토목섬유의 기능
토목섬유재료의 주요 기능은 분리, 여과, 보강, 배수, 액체/기체 차단기능 등으로 구분할 수 있으며 건설공사에 사용된 토목건설용 고분자 재료는 최소한 한가지 이상의 기능이 적용되고 가 기능에 대한 용도설계는 역학적, 수리학적 및 지질학적인 기본 개념에 의하여 행하여진다
2.2.1 보강기능
토목용 섬유제품의 보강기능은 그림 2.16에서처럼 토목용 섬유제품의 인장강도에 의해 흙 구조물의 안정성을 증진시키는 기능으로 보강기능을 목적으로 사용하는 토목용 섬유제품은 인장강도는 물론 흙과의 마찰력이 커야 한다. 연약지반위에 놓인 토목강 섬유제품의 보강기능은 유발된 토목용 섬유제품의 인장력의 수직성분 합력만큼의 하중감소 효과에 의해 나타난다. 이때, 흙과 토목용 섬유제품사이의 마찰력이 유발 인장력보다 작다면 토목용 섬유제품은 내부로 빨려들어가 큰 침하를 야기시키며 토목용 섬유제품의 인장력을 더 크게 유발시키지 못한다. 따라서 보강재용 토목용 섬유제품은 인장강도가 클수록 또한 흙 과의 마찰력이 클수록 보다 큰 효과를 보여준다.
2.2.2 배수기능
토목섬유의 배수기능은 투수계수로 펑가되며 식 (2,1)로부터 수직투수계수 Kn/h는 다음식과 같이 전개되고

Kn/h = Q/(△h LB)

유체의 펑면흐름인 경우는 A=Bh, 1=△h/L이므로 펑면투수계수 Knh는 다음 식과 같이 전개된다.

Kph=QL/(△hB)
따라서, 유체의 수직흐름에 있어서 토목용 섬유제품의 수직투수계수(Permittivity)는 Kn/h에 의해 결정되며 평면투수계수(Transmissivity)는 Kph에 의해 결정된다. 유체의 수직흐름은 토목용 섬유제품이 필터로서 사용될 때 적용되고, 토목용 섬유제품제품이 drain으로서 사용될 때는 평면흐름이 적용된다. 또한 토목용 섬유제품에 대한 Kn과 Kr는 근사한 값을 가지므로 투수계수 K에 대한 굉균값이 존재하게 되며 수직투수게수와 평면투수계수는 K와 h로부터 유도할 수 있고 평면흐름은 수직흐름보다 압축응력에 더 영향을 받게 된다.
2.2.3 필터기능
토목용 섬유제품의 필터기능은 크게 액체필터(liquid filter)기능, 정적 고체필터(statlcsolid filter)기능 및 동적 고체필터(dynamic solid filter)기능의 3가지로 고려된다. 액체 필터기능은 액체중에 부유되어 있는 세립자를 운반하는 흐름에 직각방항으로 토목용 섬유제품을 설치해서 세립자의 이동을 막고 물만 통과시키는 기능이며, 정적 고체필터기능은 흙과 유공재료(골재, 유공관, 다공플라스틱 매트)사이에 설치된 토목용 섬유제품이 배수 또는 양수에 의해 물을 집수하여 운반하는 동안, 흙입자의 이동을 막아주는 기능으로 주로 정류(steady flow)상태의 일방향 흐름에 대한 기능인데 반해 동적 고체필터 기능은 부정류상태의 동적 흐름에 대한 기능이다. 그러나 동적 고체 필터기능은 파랑의 작용으로부 터 보호되어야 하는 흙과 피복재료(암석, 콘크리트, 블록, 돌망태)사이에 설치된 토목용 섬유제품이 물이 통과하는 동안 흙입자의 이동을 최소한도로 막아주는 기능이며 이러한 필터용 토목용 섬유제품의 주요 특성은 토목용 섬유제품의 구멍크기와 투수성이다.
(1) 토목용 섬유제품의 구멍크기
일반적으로 직포나 부직포는 구멍의 모양과 크기가 다양하기 때문에 현미경에 의한 결정방법과 체분석을 통한 구멍크기 분포곡선에 의해 구멍크기가 결정된다. 또한 부직포가 압축응력을 받으면 다음 식에서 보여주는 것처럼 구멍의 크기에 영향을 받는다.

여기서 0'는 압축된 토목용 섬유제품의 두께 Hg(mm)에 대한 단섬유 사이의 평균구멍크기이며 O는 두께 Hg(mm)인 토목용 섬유제품의 단섬유사이의 펑균구멍크기로 기하학적 모델로부터 다음 식으로 표현된다.

여기서 d는 단섬유의 직경(mm), m는 지오텍스타일이 단위면적당 질량, ρf는 단섬유 의 단위질량이고 λ는 기하학적 모델에 의한 계수이다.
(2) 토목용 섬유제품의 투수성
토목용 섬유제품 펑면에 대하여 수직으로 통과하는 유량은 Darcy식에 따라 다음과 같이된다.

여기서, Kvg는 토목용 섬유제품의 수직투수계수, Hg는 토목용 섬유제품의 두께는 토목용 섬유제품의 투수성이며, △h는 두께 Hg를 통한 손실투수이다. 일반적으로 니들펀칭 부직포의 수직투수계수는 평면투수계수와 거의 같으며 압축응력에 대한 감소효과도 비숫하다. 한펀, 지오네트, 직포 및 열융착 부직포는 압축성이 거의 없으므로 압축응력에 대한 투수성 감소는 거의 없다.
2.2.4 분리기능
토목용 섬유제품의 분리기능은 세립토와 자갈, 돌덩어리, 블록 등의 조립재료가 외부하중에 의해 서로 압착되어질 때 두 재료 사이에 놓인 토목용 섬유제품이 세립토와 조립입자가 혼합되는 것을 막아주는 기능이다 분리기능을 목적으로 사용되는 토목용 섬유제품은 흙입자를 보존시키는 보존성과 외부하중에 의해 생기는 응력에 견딜 수 있는 충분한 강도를 가져야 한다.
(1) 토목용 섬유제품의 보존성
보존성 해석에서 가장 중요한 특성은 토목용 섬유제품의 구멍크기이며, 이에 관해서는 이미 앞에서 언급한 바 있다 보존성 분석은 혼연정도와 하중조건에 따라 2가지 경우로 나누어 고려할 수 있는데 첫째는, 흙이 건조할 경우는 일반적으로 분리재가 필요없으며, 가능한 한 구멍이 작은 토목용 섬유제품이 좋다. 둘째는, 흙이 습윤상태일 경우는 분리재가 필요하며, 과잉 수압의 발생을 막기 위해 투수성이 좋아야 한다. 이 경우에는 정적하중과 동적하중을 받는 경우로 각각 나누어 고려한다. 정적하중이 가해지는 경우에는 정류 상태의 흐름에대한 필터 기준을 만족하여야 하며, 동적하중의 경우에는 펌핑현상에 의해 설게 흙입자가 이동하므로 부정류상태의 흐름에 대한 필터기능을 만족하여야 한다.
(2) 토목용 섬유제품의 강도
분리재로서 사용된 토목용 섬유제품은 세립토와 조립재료사이에서 압착되어 토목용 섬유제품의 파열을 야기시키는 조립재료의 틈으로 불쑥 튀어나온 세립토에 의한 압력과 조립재의 날카로운 모서리에 의해 받는 압력 및 두 개의 조립재료 사이에서 클램프되어 인장력 등을 받으므로 이 압력들에 저항할 수 있는 강도를 가져야 한다.
2.3 공사종류별 기능
-방조제, 호안
* 토사입자의 유출방지로 인한 사면보호 * 세굴방지와 불균등 침하방지
* 수중의 초연약지반과 성토재의 탁월한 분리효과 * 구조물의 안정화
-도로,비행장
* 지지력 보강으로 전단파괴 방지 * 보조기층의 유효두께 유지
* 노상과 노반의 분리와 포장의 균열방지
-연약지반 단지조성
* 연약지반의 지지력보강과 부등침하방지 * 보강토 옹벽
* 연약지반의 조기압밀촉진 * 지중의 과잉간격수압의 저하
* 성토재와 불량토의 분리와 중장비용 도로확보
-운동장, 철도, 터널
* 과잉공극수 배수와 지반의 지지력 보강 *터널의 배수유도와 토사유입방지
* 양질토와 불량토의 혼합방지와 쇄석의 노상유입방지
-흙댐, RODKFILL댐
* 댐 상류부와 하류부의 사면보호 * 초과수량에 의한 댐 하류부의 침식방지
* 댐구조물의 안정화 * Chimney 배수재료와 블랭킷재료
-쓰래기 매립장
* 라이닝 재료와 그 파손방지 * 라이닝 하부의 집수된 물의 배수
* 라이닝 하부의 연약지반 보강
-하천, 운하, 간척사업
* 부유되어 있는 오탁입자의 유동을 최소화 * 수산자원과 주변환경보호
-거푸집용
* 콘크리트 매트 타설용 수중거푸집 * 해안구조물의 말뚝기초
3.설계 및 시공(공종별)
3.1 토목섬유 차수공의 설계 및 시공
3.1.1 차수재의 종류와 특성
토목분야에서 차수재로 사용되는 재질은 주로 지오멤브레인이며 이는 합성섬유의 성분에 따라서 열가소성(thermoplastic), 열경화성(thermosetting) 및 혼합성 지오멤브레인 등 크게 3가지의 형태로 분류된다. 지오멤브레인은 사용재료와 제조공정에 따라서 다양한 제품이 생산되기 때문에, 실제 적용시에는 적용대상 구조물의 용도와 현장특성 등에 적합한 지오멤브레인을 선정하여 사용하여야 한다. 지오멤브레인을 현장에 적용하거나 설계에 반영할 시에는 물리적, 역학적, 화학적, 열적 그리고 생물학적특성을 반드시 평가하여 적용성을 평가 하여야 한다. 현재 일반적으로 많이 사용하고 있는 지오멤브레인의 종류는 다음에 나타냈으며, 대표적으로 사용되는 지오멤브레인에 대한 종류별 장단점을 표 10.2에 정리하였다.
-열가소성 지오멤브레인
․ PVC(polyvinil chloride, 흑색 또는 유색)
․ HD7l , VLDPE, LDPE, LLDPE, MDPE(high density Polyethylene, 흑색 또는 유색)
․ CPE(chlorinated polyethylene, 흑색)
․ Elasticized polyolefine(3110)
․ EIA(ethylene interpolymer alloy)
․ PA(polyamide, 백색)
․ ECB(ethylene copolymer bitumen, 흑색, 유색)
-열경화성 지오멤브레인
․ fIR(isoprene-isobutylene, Butyl , 혹색)
․ Epichlorohydrin Rubber
․ EPDM(ethylene propylene diene mixture, 흑색)
․ CR(polychloroprene tepolymer)
․ EPT(ethylene propylene terpolymer)
․ EVA(ethylene vinyl acetate, 흑색 또는 백색)
-혼합성 지오멤브렌
․ PVC-nitrile ruber
․ PE-EPDM
․ PVC-etyl vinyl acetate
․ Cross-linked CPE
․ CSPE(chlorosulphonated polyethylene Hypalon)
․ CSMR(reinforced chlorosulphonated polyethylene)
합성수지계에 속하는 HDPE는 열가소성 수지로 현재 많이 사용하고 있으나 많은 단점이 발견되어 근래에는 신제품이 많이 개발되고 있다. HDPE의 일반적인 장단점을 종합하여 정리하면 다음과 같다.
장점:
① 경량이며 고강도이다.
② 타 합성수지계 제품에 비하여 화학적으로 안정하며 내수 및 내식성이 우수하 다.
③ 내마모성이 크며 성형 및 가공이 용이하다.
④ 타 합성수지계 제품에 비하여 진동 및 충격 흡수율이 우수하다.
단점:
① 직사광선에 약하며 탄성계수가 작다.
② 역학적 제성질의 온도 의존성이 현저하며 내화성이 떨어지고 고가이다
③ 응력균열에 민감하며 열팽창 및 수축이 크다.
④ 고도의 접합기술이 요구되며 접합부 확인작업이 어렵다.
⑤ 돌출부, 날카로운 물체에 의한 찢김, 펀칭등의 파손이 쉬우며 시공후 파손 부위의 발견 및 복구가 어렵다.
⑥ 사면부에서의 시공이 어려우며 하자발생이 쉽다.
⑦타 재질과의 접합시공이 어렵다.
⑧지하수, 가스 등에 의한 양압력을 받는다.
⑨장기적으로 토양 및 지하수오염에 대한 오염원이 된다.
3. 설계시공
3.1토목섬유 차수재의 설계기준 일반
3.1.1 설계하중의 결정
토목섬유를 이용한 차수공의 설계는 외적 물리적 하중 뿐만 아니라 생물학적 그리고 화학적 내구성을 반영해야 하는 점에서 일반토목 구조물의 설계와 다르다. 토목섬유를 이용한 차수시스템을 설계하는데 있어서 기본이 되는 것은 차수재에 작용하는 구조적 힘의 체계와 한계를 설정하고 차수재의 강도가 차수재에 작용하는 하중에 의한 작용력에 충분히 지탱할 수 있으며 침출수 및 주변환경에 대한 내구성 확보에 적합한 차수재의 종류나 규격을 결정 하여야 한다. 설계를 위한 하중조건은 두 가지의 측면에서 검토되어야 하는데 하나는 차수재에 작용하는 외력이며 다른 하나는 접촉 물질과의 화학적 작용성이다. 설계에서 안전율을 적용함으로서 확인되지 않은 요소들에 의한 차수재의 파괴 또는 수명 단축을 예방할 수 있다. 설계에서 주적합한 결과가 도출되었을 경우 문제를 해결하는 방법은 "하중의 감소", "차수재의 강도증가(규격을 증대시킴)", "재질을 바꿈"의 세 가지 중에서 택할 수 있다.
1) 수리학적 하중 및 가스압
일반적으로 수리학적 하중에는 세 가지 종류가 있는데 파랑(waves), 흐름(current), 정적 수두차(static head differences)가 이에 속한다. 가스압은 차수시스템 아래에서 가스가 밀집함으로서 발생하거나 매립폐기물내에서의 발생가스에 의한 차수재에 작용하는 압력을 의미한다. 설계에 반영해야 할 각 요소들에 대하여 기술하면 다음과 같다.
① 파랑(waves)
파랑에의한 하중의 크기는 파랑의 높이와 흐름의 경사에 의해서 결정된다. 차수막위에 보호층 또는 배수층 등의 상부층이 없을 때는 차수막에 작용하는 하중은 차수막에 인장력으로 작용한다. 그러나 차수막위에 보호층 또는 배수층 등의 상부층이 있을 때는 하중은 보호층 또는 배수층으로 전달되는데 보호층 또는 배수층이 자갈층이라 하더라도 차수막에는 집중하중으로 작용하지 않는다.
파랑작용에 의해서 발생하는 하중은 차수막의 이동을 유발하는데 이로 인하여 차수막 하부 지반 표면의 흙입자를 교란하고 차수막의 손상을 초래한다. 따라서 이에 대응하는 충분한 차수막 자체무게를 갖도록 설계하여야 한다.
② 저장액의 흐름(current)
개수로 등과 같은 시설에서 흙입자를 동반하는 흐름에 발생되는데 차수막의 상부에 보호층이 없는 경우 흙입자의 유동에 의하여 차수막의 표면이 침식된다. 따라서 보호층에 의한 방지대책이 요구된다. 또한 소용돌이와 같은 흐름이 예상되는 부분에서는 차수막이 들뜨는 현상이 발생되는데 이러한 지역에서는 자갈층을 포설하므로서 방지할 수 있다.
③ 정상류의 수두경사
수두경사가 심하게 되면 흐름의 속도가 빨라지며 이로 인해서 차수막이 부상하려는 경향이 발생된다. 이때는 자갈층을 포설하여 처리할 수 있는데 자갈층과 차수막표면 사이의 마찰을 고려하여 sliding에 대하여 안정하게 설계하여야 한다.
④ 가스압력
차수막 아래의 지반이 피트(peat)등의 유기성토로 이루어져 있거나 굴착공사시 지하수위가 저하되었다가 시공완료후 다시 회복되는 경우 가스 또는 공기가 상승하면서 차수막에 부압으로 작용하게 된다. 특히 폐기물매립지의 최종덮개로서 차수막을 시공하는 경우는 폐기물내에서 발생하는 가스의 상승으로 차수막아래에 집중하여 폭발의 위험성을 내재하기도 한다. 이러한 구조에서 차수막을 설치하는 경우 가스를 배제할 수 있는 시설을 하거나 차수막 하부에 가스 배제층을 설치하여야 한다.
2) 지반공학적 하중
①상재하중에 의한 지표면 돌출부에서의 안전성
차수재의 평면상에 작용하는 하중으로는 차수재가 지반과 밀접해 있는 경우 지표면의 돌출면에서 상재하중에 의하여 차수재가 파괴될 우려가 있다. 이때의 하중에 의한 차수재의 파괴 가능성은 시간의 경과에 따라서 더욱 심각해져 가는데 차수재의 강도에 의한 저항력은 돌출부의 모양이나 돌출정도에 크게 좌우된다. 이러한 펀칭파괴를 방지하기 위해서는 지표면의 흙의 입도, 최대입경, 흙의 종류 등을 제한할 필요가 있다. 이 제한규정은 시설의 종류, 차수재의 강도 및 두께에 따라 달리할 수 있는데 일반적으로 차수재를 설치하기 전의 지반은 세사를 사용하며 최대입경을 5mm이하로 해야 한다. 이와 같이 표면이 고르지 못한 지반에 차수재를 설치할 때는 설계하중으로 차수재의 파괴에 대한 안전성을 시험에 의하여 확인한 후 시공하여야 한다.
② 지반 부등침하에 의한 안전성
상재하중에 의해 지반에 부등침하가 발생하면 차수재에는 인장력이 작용하게 되어 차수재의 인장파괴에 대한 원인이 된다. 따라서 연약지반이 존재하는 지역에서는 대책공법의 계획이 필요하며 전 지역에 걸쳐 부등침하가 발생하지 않도록 필요한 조치를 해야 한다. 연약지반이 존재하거나 부등침하가 예상되는 지역에서는 인장강도에 있어서 충분한 안전율을 가지도록 차수재를 선정해야한다.
③보호층에 의한 차수재의 안전성
일반적으로 차수재의 상부에 보호층을 설치하는데 이에 따라 야기되는 문제들은 보호층이 이동하여 보호층으로서의 역할을 상실하거나 보호층에 가해지는 하중이 마찰력으로서 차수재의 표면에 작용하여 차수채의 인장파괴를 야기하는 등이다. 특히 이러한 현상은 사면부나 경사진 곳에서 발생하는데 경사가 급할수록 심하다. 사면에 설치하는 차수재는 상재하중에 의해 인장력을 받게 되며 인장력의 크기는 차수재와 접촉해 있는 재료와의 접촉마찰각과 깊은 관계를 가지고 있다. 따라서 차수시스템의 설계시에는 접촉마찰각을 시험에 의해 확인해야 한다. 차수재에 인장력이 작용하므로서 차수재가 사면의 하단 방향으로 이동하거나 파괴되는 경향이 있으므로 사면부에 차수시스템을 설치하는 경우는 반드시 차수재의 끝부분을 사면의 상단에 정착시켜야 한다. 이때 차수재의 정착길이 및 정착공법은 설계하중에 대하여 충분한 안전율이 확보되도록 설계해야 한다.
3) 생물학적 영향
차수시스템은 항상 주변환경조건과 접촉하여 있으므로 주변에 존재하는 여러 가지의 물질 또는 생물에 의해 영향을 받게 된다.
①미세유기체에 의한 영향
균류에 의한 차수재의 손상이 발생하는데 이것은 유기물질에 의해 큰 영향을 받는다. 따라서 분해성이 있는 유기물질의 저장시설에는 특별한 고려를 해야 한다. 차수재로 사용될 재료 및 접합재 그리고 접합완료된 재료는 차수시스템이 설치될 지역의 토양시료를 가지고 생물학적 반응시험을 실시하거나 시험에 의해 재질이 인정된 것을 사용해야 한다. 반응시험은 충분한 수분과 미세유기체를 함유하는 흙을 3cm 두께로 두 개의 층을 형성하고 그 사이에 차수재를 삽입하여 28℃±1℃의 어두운 곳에서 12개월동안 방치하여 둔다. 여기서 사용하는 흙시료는 거의 포화된 흙을 사용하며 실내의 공기도 유기체의 생장을 위해 아주 습한조건을 유지하여야 한다. 균류에 대한 플라스틱의 저항특성시험은 ASTMG2l에 규정하고 있다.
② 식물에 의한 영향
식물이의 뿌리가 생장하므로서 차수재에 손상을 입힐 수도 있다. 이에 대한 방지대책으로 차수재와 보호층 또는 인접층 사이에 여과재(polyester sheet)를 설치한다.
③ Algae의 영향
차수재의 표면에 algae가 생식하여 건조하게 되면 차수재에는 인장응력이 발생하게 된다.
④ 동물에의한 영향
차수시설이 위치하는 지역의 주변으로부터 쥐, 새, 가축 등의 동물의 침입으로 인하여 차수재에 손상을 입히는 사례가 많다. 동물들에의한 차수재의 손상을 방지하기 위해서는 20cm 이상의 보호층을 설치하여야 한다
⑤ Toxicity
차수시설이 식수로 사용되는 저장시설이나 식수로 사용되는 지하수와 인접하여 차수시설을 설치하거나 차수재에 의하여 식수로 사용되는 시설에 영향이 있다고 판단될 때는 차수재의 용해성과 용해물질에 대한 유독성 여부를 검토해야 한다.
4) 기후조건
① 풍향 및 풍속
바람이 심한 지역에서는 차수재가 들뜨면서 인장력을 받게 되는데 이에 대한 대책이 필요하다. 대책으로는 모래주머니나 페타이어 등으로 눌러서 안정시키는 방법을 사용할 수 있다.
② 태양광선
폴리머 계통의 차수재는 태양광선(UV-radiation), 열, 수분에 대하여 민감하며 장기간 노출되면 가소재의 휘발로 인하여 취성과 균열이 발달하는데 자외선이나 오존에 의한 침해는 차수재의 상부에 보호층을 하므로서 방지할 수 있다. 이에 대한 시험방법은 ASTM D3334, D2565에 의해 측정하며 오존에 대한 저항성은 ASTM D5l8에 의하여 측정한다.
③ 온도
폴리머나 bituminous계통의 차수재의 대부분은 온도에 아주 약하다. 따라서 이러한 제품들은 사용전에 취급 및 적용에 따라 온도의 범위를 확인해야 한다. 제품의 적용 및 취급에 대한 온도의 범위는 제조자가 실험을 거쳐 안전한 범위를 제품에 명기하여야 한다. 온도에 대한 특성을 시험하는 방법으로는 ASTM D794, D1870에 규정하고 있다.
5) 화학적 반응성
① 투수성
차수재를 통하여 가스나 액체가 침투하는 정도를 말하는데 가스나 액체의 문자가 차수재를 통하여 침투하므로서 차수재의 밀도가 작아지고 차수능력이 감소하게 된다. 일단 가스나 액체가 침투하면 친화력이 증가하게되며 차수능력은 그만큼 감소한다. 이러한 현상은 온도가 높을수록, 액체의 활성도가 클수록 그리고 분자의 크기가 미세할수록 크다. 특히 투수성은 접촉할 물질에 따라서 큰 차이를 보인다. 따라서 차수재를 선정할 때는 이와 같은 투수성을 고려 설계하여야 한다.
②응력의 감소(강도의 감소)
차수재의 파손은 외적인 환경조건과 내적 응력과 밀접한 관계를 가지고 있는데 화학적인 반응에 의해서 차수재의 표면에 미세한 균열이 발생한다. 이 균열은 화학물질이 차수재로 침투되면서 발생하는데 이때 분자구조가 깨어지면서 내적 응력이 감쇄한다. 이러한 현상은 재질, 제조방법, 온도, 재하하중 등에 의해 영향을 받는다.
6 ) 취급상의 문제
차수재를 취급함에 있어서 주의해야 하는 이유는 지금까지 기술한 내용외에 기계적인 외적환경의 영향에 의해서 파손이 발생하기 때문이다. 기계적인 외적환경은 재료의 저장, 운반, 설치작업, 차수재 설치후 타 공정의 진행등의 요건들이다. 저장에 있어서는 태양광선, 온도, 화학적 반응여건, 생물학적 반응여건, 보관기간 등을 고려하여야 한다. 재료를 운반시에는 포장을하고 트럭이나 운반장비를 이용하는 경우 벨트로 사용되는 로프는 폭이 넓은(5cm 이상)것을 사용하여야 한다. 현장에서 설치하는데에 주의할 점은 설치작업시에 많은 인장력을 받게 되는데 두루마리(rolled)된 차수재를 펴는 형식의 설치작업을 사용 하여야 한다. 설치작업시나 설치작업과 동시의 작업공정을 수행하는 경우는 이미 설치된 구간의 차수재표면을 부직포 또는 그와 동등한 재료로서 보호하여야 한다. 자연광에서 보관하거나 야적하는 경우 그리고 시공중 다음 공정을 위한 시공중단 등에 의하여 차수재가 햇빛(UV)에 노출되는 시간이 장기화 될 수 있는데 UV노출에 따른 차수재의 손상을 최소화 하기 위하여 노출시간에 대한 제한이 필요한다.

3.12 토목섬유차수재의 접합
차수재의 접합방법은 여러 가지가 있다. 재료 공급자나 시공자 또는 설계자는 접합방법을 제시하여야 한다. 접합방법은 일반적으로 용접에 의한 접합과 접착에 의한 방법의 두가지 형태가 많이 사용되고 있다. 차수재의 접합에 사용되는 장비로서 공통적으로 갖추어야할 사항들은 첫째, 전기적인 방법에 의해서 열을 발생시켜야 하며 접합작업동안 발생하는 뜨거운 가스나 배출물질들을 자동적으로 그리고 지속적으로 측정되고 처리될 수 있어야 한다. 둘째, 접합작업동안 사용압력이 일정하게 유지되어 균질성을 확보할 수 있어야 한다. 셋째, 접합장비는 일정한 속도를 유지할 수 있어야 하며 운반 및 이동이 간펀해야 한다.
1) 접합 방법
차수공에 사용되는 차수재의 접합은 현장의 지형, 지반조건 및 상태, 차수재의 규격, 재질, 매립폐기물의 종류, 차수재의 소요강도, 접촉물질의 특성, 현장의 기후 및 온도, 차수공법 등을 충분히 고려하여 접합방법을 선정해야 하며 접합조건, 접합규격, 접합형식, 접합부의 최소강도, 접합부 시험방법 및 조건 등을 명시하여야 한다. 접합작업에 앞서 차수재의 재질에 대한 문제를 검토하고 접합방법을 선정한다. 차수재의 표면은 청결하게 하여 건조시킨다. 접합부가 위치하는 지반의 상태는 견고해야 하며 돌출부가 없도록 해야 한다. 접합작업을 개시하거나 접합장비의 변경 등 작업조건이 바뀔 때는 시험시공을 실시하여 성능을 확인한 후 작업을 계속해야 한다 접합시험은 최소한 1회/일 실시해야 한다. 접합시험은 Peel text 및 전단시험을 해야하며 기준에 미달할 시에는 재시험한 후 재 시공해야 한다.
차수막의 두께는 차수막이 받는 하중 또는 압력에 의해 차수막에 인장력이 작용하는데 이러한 외력에 충분히 견딜수 있도록 설계하여야 한다. 이러한 인장력을 발생시키는 경로는 부등침하, 사면에서의 집중하중 등이 있으며 다음의 경우에 특히 발생하기 쉽다.
․ 표층에서의 부등침하
․ 차수막하부의 됫채움토의 침하
․ 국지적으로 분포한 연약토층 지역
․ 기타 차수막에 인장을 발생시키는 조건들
차수막의 두께를 결정하기 위한 식 및 모델은 다음 식과 그림 10.1와 같다. 차수막의 최소두께는 차수재 재질기준(안)을 참고하여 결정하여야 하며, 차수막에 작용하는 하중과 설계조건에 따라 소요강도를 만족하는 차수막의 두께를 결정하여야 한다.
Fcos() = Tu +
()cos(β) = P(tan + tan )x


t = 차수재의 두께
all = 차수재의 허용응력
P = 저장물에 의한 압력
= 접촉재간의 접촉마찰각

3.1.3 수평차수재의 설계
3.1.3.1사면의 안정성
사면에서의 차수시설은 원지반(절토면, 성토면)의 사면에 대한 안정성이 확보된 상태에서 하여야 한다. 사면의 안정검토를 위해서는 지반의 강도정수에 대한 조사 뿐 아니라 침투압, 지진 등을 고려하여 사면활동에 대하여 충분한 안전율을 확보하여야 한다. 안전율은 저항력과 활동력의 비로서 설계시 1.5이상이어야 한다. 사면의 안정성 해석 방법은 지반공학적 문제이며 여러 가지의 방법이 사용되고 있다. 차수재에 대한 안정성 해석에 대하여 기술하고자 한다. 사면에 차수막을 설치하고 보호층을 포설하여 시공하는 경우에서 차수막을 사면의 상부에서 Anchor Trench의 단부정착을 해야 하는데 이때 차수막이 인장력을 받을 경우 사면의 안전율은 증가하는 결과를 가져온다. 따라서 안전율 산정시 이를 고려하여 산정해야 한다. Anchor Trench를 이용하여 단부정착에 의한 차수막 설치후의 안전율은 다음과 같다.

안전율 =

3.1.3.2 차수막 보호층의 안정성
차수막 위에 보호층을 두는 이유는 여러 가지의 외환경으로부터 차수막을 보호하기 위함이다. 보호층의 재료로서는 점토층이나 토목섬유를 사용하는데 저장시설인 경우는 점토층을 사용하는 것이 일반적이다. 점토층을 사면의 차수막 상부에 일정 두께로서 포설하는 경우 차수막 표면과 보호층사이에 활동력이 발생된다. 이러한 활동에 대한 안전율은 다음 식에 의해 검토한다.

= 보호층과 차수막사이의 접촉 마찰각
β = 사면이 수평면과 이루는 각(사면경사각)
3.1.3.3 차수재 정착길이 및 Anchor Trench
사면에서의 차수막은 사면의 상부표면의 일정거리에서 정착시켜서 저장물의 차중이나 사면부의 전단력에 대하여 저항할 수 있도록 해야 한다. 사면 차수시스템의 설계는 단부 정착만 하는 경우와 Anchor Trench를 병용하는 경우에 대하여 안정성을 검토한 후 적합한 방법을 적용하여야 한다. 사면에서의 단부정착 및 Anchor Trench의 일반도는 추후 상세히 기술하였다.
1) 사면 피복층의 설계
차수재를 설치한 사면은 UV광선, 온도변화, puching, 풍하중 등의 외적 유해성으로부터 보호하기 위하여 피복층을 설치하여야 한다. 이 피복층은 사면의 구배, 길이등의 조건을 고려하여 일정한 두께를 설치하거나 사면의 하단부를 두껍게하고 상부를 얕게하는 두 가지의 경우가 있다. 이때 피복층의 안정성은 차수재 표면에서 피복층에 의한 연직하중과 피복층과 차수재간의 접촉마찰력의 비로서 검토한다. 다음의 식에 의하여 검토하고 안전율은 1.3 이상이어야 한다.
FS = (전단 저항력)/(전단력), 또는 FS = (tan )/(tan β )
여기서 는 사면구배가 수평면과 이루는 각도, 는 피복층의 흙과 차수재간의 접촉마찰각이다.
2) 단부평면정착의 안정성 검토
사면의 상단부에서는 차수재의 끝단을 정착시켜야 한다. 사면부 차수재의 단부정착 방법 중에서 트렌치 없이 제체의 상단부에서 피복층을 하중으로 이용하여 차수재를 정착시키는 방법을 단부평면정착이라 하며 이에 대한 안정성 해석은 모델을 이용하여 정착길이를 산정한다. 덮개토사(Cover Soils)에 의한 단부정착 구조의 일반도, 응력분포도 및 계산식은 다음과 같다
위의 그림에서 단부정착 길이 LRO는 다음 식에 의해서 결정한다.


= 토목섬유의 허용인장력( )
= 토목섬유와 하부지반사이의 접촉마찰각
= 토목섬유 상부흙의 단위중량
= 토목섬유 상부흙의 두께
= 사면 경사각

Anchor Trench는 단부정착의 끝부분에서 Trench를 파고 Trench에 차수막의 끝을 적정 깊이만큼 삽입하여 저항력은 증가시키는 방법이 있다. 그 외에도 트렌치와 콘크리트를 이용한 Anchor방법을 사용할 수도 있다. 위 식으로부터 단부정착길이(LRo)와 Anchor근입깊이(dAT)을 선정하여 경제적이고 안전한 값을 택하여 적용한다.
3.1.3.4 차수재 단부정착 및 Anchor Trench 설계
차수재의 끝단은 제반의 상부에서 정착 시키는데 정착방법으로는 보통 제방의 상부에서 수평으로 연장하여 그 위에 압성토를 하는 방법과 제체 상부에 트렌치를 파고 차수재를 연장하여 삽입한 후 트렌치를 흙이나 콘크리트로 메워 정착시키는 방법이 있다. 차수재가 충분한 인장강도를 갖는 경우는 트렌치에 충분한 하중을 갖는 콘크리트 체를 형성하고 콘크리트에 볼트 등을 이용하여 차수재를 정착시키는 앵커(anchor) 공법을 사용하기도 한다. 설계방법은 앞 절에서 설명하였으며, 본 장에서는 폐기물매립지에서 사용하는 제방 사면에서의 단일차수시스템과 이중차수시스템의 여러 가지 형식의 단부정착방법을 제시하고자 한다.
3.1.4 사면부 차수재의 설계
폐기물매립장 제방에서의 부가적인 기능은 침출수의 매립지외부 누출방지를 위한 것이며 이러한 기능을 위하여 제방 법면에 차수시스템을 설치한다. 사면의 차수시스템은 바닥의 것과 동일한 기능을 수행하지만 시공 및 안정성 유지에 어려움이 있기 때문에 배수층의 경우는 Geo-grid 등의 토목섬유로서 대용하는 경우도 있다.
경사의 법면에 차수시스템을 설치함으로서 야기되는 문제점은 매립폐기물의 하중이 사면에 연직으로 작용하여 차수시스템에 인장력을 발생시키고 이로 인해서 사면의 법면을 따라 배수층의 층분리 또는 sliding이 발생하여 결국 배수층의 기능은 정지된다. 배수층의 파괴는 결국 폐기물과 차수재 또는 Fabric(토목섬유)와 직접 접하게 되는 결과를 초래하며 매립하중에 의한 인장력이 토목섬유나 차수재의 인장강도 보다 클 때는 인장파괴가 발생하여 차수시스템은 완전히 파괴되고 침출수의 누출은 물론 제체의 안정성에도 상당한 영향을 미치게 된다.
Fsw = 제체의 Toe에서 연직면에 작용하는 마찰저항력
전단전단력(Fam)과 전단저항력(Fbm:마찰저항력)은 인접한 재료간의 접촉마찰각(Interface friction angle)과 주응력에 의한 관계식으로서 나타낼 수 있는데 다음의 식과 같다.




여기서 = 상부층접촉재간의 마찰각
=하부층접촉재간의 마찰각

부재에 작용하는 인장력과 인장파괴에 대한 안전율은 각각


설계를 위한 부재의 규격 및 크기는 소요 인장강도에 의해서 결정되는데 부재의 두께를 t라 하면 단위폭당 소요인장응력을 구하면 , 따라서 이 설계 대상 부재의 소요두께는 에 의해서 결정할 수 있다. 이 식은 차수시스템을 구성하는 모든 토목섬유의 설계에 적용되며 부재간의 접촉마찰각은 반드시 시험(ASTM B5321)을 통해서 얻은 값을 적용해야 한다. 접촉마찰각은 습도, 함수비, 표면상태 등의 조건에 따라서 많은 차이를 나타낸다.
3.1.5 저수조의 덮개 설계
저수조에서 증발, algae발생, 유독물질 저장조에서 대기오염, 유출사고, 생물의 침입등의 유해원인으로 부터 보호하기 위하여 덮개를 설치한다. 철구조물 등을 이용한 지붕의 설치에 비해서 경제적이고 간편한 장점 때문에 토목섬유를 이용한 덮개를 이용한다. 설치 방법은 고정덮개, 수면 부상덮개 그리고 밀폐덮개 시설로 구분된다
3.1.5.1 고정덮개(Fixed Covers) 설계
일반적으로 비교적 작은 규모(직경 또는 1변이 4.5m이하)의 저장탱크에 사용하며 저장탱크는 나무, concrete, 철판 등을 사용한다. 탱크의 벽면과 연결되는 부분은 완벽하게 고정시켜 인장력에 충분히 지탱토록 한다.
저장탱크 벽체와의 연결부에서 아주 높은 응력이 발생하므로 보강 토목섬유를 이용하면 더욱 효과적이다. 덮개의 가장자리 연결부에서 발생되는 인장응력의 계산식은 다음과 같다.
t =
3.1.6 폐기물 매립지의 차수시설
폐기물 매립지에서 차수시설의 기능은 침출수의 누출방지와 집수 및 배수 그리고 주변으로부터의 지하수 또는 침투수의 유입방지 등이다. 이러한 기능의 차수시스템은 매립지의 바닥과 제체사면에 설치하여 매립폐기물을 주변으로부터 격리시키는 역할을 한다. 자연으로부터 얻을 수 있는 것은 점토와 같이 투수성이 낮은 흙이며 인위적인 제조에 의한 제품은 토목섬유를 들 수 있다. 또한 자연재료와 인위적 제품을 조합하여 사용하는 방법도 있다. 본 보고서에서는 토목섬유를 이용하는 차수시스템에 대한 예만 기술하기로 한다. 차수재로 사용되는 토목섬유에는 많은 종류가 있으며 계속적인 제품개발이 이루어지고 있다. 시스템, 다중차수시스템, 그리고 특수차수시스템으로 분류한다.
2) 차수재의 재료에 따른 분류(Geomemberane, GCL, Geo-composit)
차수시스템의 차수재로서 사용되는 재료는 수십종에 이르고 있으며 근래에 와서는 제조회사가 증가되면서 제품개발에 많은 노력을 투입하고 있다. 이러한 차수재 제품에 사용된 기본재료는 점토성 광물과 합성수지 계통의 화학제품이다. 차수재는 이 두 가지의 기본재료를 사용하여 차수성, 내구성, 시공성, 경제성 등에서 최적의 조건을 갖추어야 한다.
폐기물 매립지의 바닥 차수시스템으로서 갖추어야할 기본적인 사항은 차수성이 우수하고 전단강도가 자중을 포함한 매립하중에 충분히 견딜수 있는 이상이어야 하며 침출수의 화학적성분에 대한 화학적 내구성이 우수해야 한다. 차수시스템을 설치하기전의 본토지반은 평탄하고 고르게 하고 돌출부나 자갈이 표출하지 않도록 정지하고 다져야 한다. 폐기물매립지에서 차수시설의 설계기준에 대한 지침은 다음 각 항과 같다.
① 차수재의 두께
차수재의 두께는 합성수지의 경우를 기준으로 하여 최소 0.75mm이상을 사용하며 햇빛에 한달이상 노출되는 경우 최소 1.0mm이상의 차수막을 사용해야 하는데 폐기물의 성분, 매립고 지반상태, 기후, 기타 여건을 고려한 설계에 따라서 적정두께를 사용한다. 우리나라의 현재 최소기준은 일반폐기물 매립지에서는 2.0mm이상의 HDPE, 특정폐기물 매립지에서는 2.5mm이상의 HDPE 차수막을 사용하도록 규정하고 있다. 매립장의 차수재의 두께는 현장의 여건과 작업조건에 따라서 파손이나 장기적 안전성을 고려하여 공학적설계를 통하여 결정하여야 하는데 지반의 고르기상태, 소요강도, 침하특성 및 기타 물리화학적 조건을 충분히 고려하여 그에 만족하는 두께의 차수재를 사용하여야 한다.
②차수재의 화학적 반응성
금속산화물, 염기성 화합물, 유황성화합물, 유기화합물, 산성물질, pH가 5이하인 물질, petrolium 등의 성분과 접촉하는 차수재는 내구성에 좋지않은 영향을 미치게 되므로 내구성에 대한 실험을 통하여 차수재의 재질 및 규격을 결정해야 한다.
③ 차수재의 강도
매립장 기초지반의 상태나 토질특성(수축성, 지지력, 침하특성등), 제방의 높이, 매립고등을 고려하여 차수재의 전단파괴, 인장파괴, 층분리, 밀림 등의 제반 파괴요소들을 검토하여 충분한 안정성을 확보할 수 있는 재질 또는 규격을 결정해야 한다.
④ 차수시스템의 단부정착
차수재 설치에 있어서 자장자리(단부)가 되는 부분에서는 차수재가 지반과 분리되지 않고 일체성을 갖도록 하기 위해서 차수재의 단부를 지반에 정착하여야 한다. 정착장, 트렌치의 규격 그리고 앵커방법은 매립고, 차수재의 규격, 사면의 높이 및 구배경사, 지반토 및 차수재간의 접촉마찰각 등을 고려하여 설계하여야 한다.
⑤ 차수재의 접합
접합은 현장의 지형, 지반조건 및 상태, 차수재의 규격, 재질, 매립폐기물의 종류, 차수재의 소요강도, 접촉물질의 특성, 현장의 기후 및 온도, 차수공법 등을 충분히 고려하여 접합방법을 선정해야 하며 접합조건, 접합규격, 접합형식, 접합부의 최소강도, 접합부 시험방법 및 조건 등을 명시하여야 한다.
⑥차수시스템의 구성
차수시스템을 구성하는 요소중에서 차수재의 위치는 단일차수시스템의 경우 반드시 다짐점토층 또는 불투수성지반 위에 설치되어야 하며 이중차수시스템의 경우에도 2차 차수재 하부지반은 반드시 다짐점토층 또는 불투수성지반을 설치하여 차수재의 파손시 점토층에서 누출을 차단하도록 설계하여야 한다. 원지반에 설치되는 다짐점토층의 설계는 투수계수가 10-7cm/sec이하이며 침하 또는 부등침하에 대하여 안정하고 표면에 돌기가 없도록 잘 다져야 한다. 차수재와 배수층 사이에는 부직포 등과 같은 필터나 보호재를 사용하여 차수재를 국부적 파손으로부터 보호해야 한다. 각 요소의 규정은 환경부의 폐기물시설 설치기준(제20조)에 따른다. 점토층의 설계와 시공에 대하여는 본 지침서에서는 제외하였으며 참고문헌을 참조할 것을 제안한다.
⑦ 차수재의 layout
매립지의 예정부지가 정리된 후 매립장의 바닥에 차수재를 설치하기 위한 계획을 수립해야 한다. 차수재의 설치계획은 시공계획의 일부에 속하지만 설계시에 기본조건이나 원칙을 제시하여 원활한 시공계획이 이루어질 수 있도록 할 필요가 있다. 차수재를 설치하는데 있어서 고려해야 할 사항으로는 다음과 같은 항목들이 있다.
◎ 접합주의 길이가 최소가 되도록 한다.
◎ 제방 또는 제체의 법면에 설치하는 경우에는 제방의 위로부터 아랫방향 으로 법면 경사를 따라 설치한다.
◎ 구조물과 바닥차수시설과의 연결부에서는 차수재의 절단을 피하고 구조 물의 표면을 따라 어느정도 말아올려서 설치한 후 절개한다.
◎ 구조물이 설치되는 부분에서는 구조물의 설치 후 차수재를 설치하도록 하여 구조물설치를 위한 차수재의 부분절개를 피한다.
◎ 차수재를 설치할 때는 매립장 전체를 통하여 차수재의 규격(폭, 길이)을 기준으로 설치순서에 입각하여 개별적으로 패널과 접합부에 번호를 매겨 시공계획 및 관리에 유용하도록 한다
3.1.6.1 폐기물매립지 차수시설의 표준단면
차수시설을 구성하는 핵심시설은 보호층, 배수층, 차수층이다. 이 세 가지의 핵심시설 들의 기능을 원활하게 하고 최상의 효율을 발현하도록 층간 경계면에 부직포 또는 filter재를 이용한다. 차수시설의 종류는 앞 절에서 언급한 바와 같이 형식이나 재료에 따라서 다양하다. 차수재의 설치목적은 폐기물중의 유해성분의 누출을 차단하는것이므로 차수시스템의 설계는 대상 매립지의 폐기물의 종류와 성분에 따라서 적합한 시설이 되도록 설계하여야 한다. 최근에는 HDPE의 단점들을 보완한 신제품이나 공법이 많이 사용되고 있다.
1) 폐기물매립장의 여러 가지 일반 단면도
폐기물매립장의 차수시스템은 사용재료의 개발과 시스템의 개발로 인하여 아주 다양한 형식의 차수 시스템들을 사용하고.있기 때문에 일정한 규격을 제시할 수는 없으며 차수효과에 대한 기준을 가지고 폐기물의 유해성에 따른 일반적 기준을 제시할수 있다. 차수재로서 합성수지를 이용하는 경우 최소두께 0.75mm이상의 것을 사용하며 폐기물의 종류, 매립고, 지반조건 및 기후등의 제반환경조건을 고려하여 소요강도를 만족하는 적합한 두께를 설계한다.
3.1.7 재료의 공급
1) 자재의 납품
현장에서 재료를 공급받을 때는 롤 단위로 수급하며 수급시에 각롤에 대하여 다음과 같은 사항들을 확인하여야 한다.
․제조자 ․제품명 ․제조일 ․규격 및 재질 특성치
2) 품질검사
․납품받은 자재에 대한 품질검사는 공인된 시험기관에서 시행한 시험성적표 를 기준으로 한다.
․제품에 대한 시험은 재질기준에서 정한 전항목에 대하여 실시하여야 하며, 납품되는 롤(Roll)의 순서대로 약 19000㎡마다 1회씩 실시하며 재질기준에 미달되는 경우 부적합제품으로 판정하여 전량을 반출토록 한다
․재질 시험을 위한 시료(또는 표본)는 공급되는 제품중에서 무작위로 1개 의 롤 (Roll)을 선정하여 시행한다.
3.1.8 시공계획
1) 차수재 설치계획
차수공 대상 현장을 차수재의 유효폭, 길이, 현장작업여건 등을 고려하여 차수재 설치계획을 수립하고 차수재를 설치 위치로부터 가까운 장소에 임시 보관장소를 설치하여 보관한다. 차수재 설치 계획에 있어서 고려할 사항은 다음과 같다.
․차수재의 접합부가 적도록 한다.
․현장전체를 차수재의 규격에 맞도록 등분하여 번호를 부여한다.
․접합부에서는 시공성을 고려하여 각이진 부분은 피한다.
․구조물의 위치를 명확히 표기한다.
․건설장비의 진입 및 통행을 고려하여 차수재 포설순서를 정한다.
․차수재의 용접위치를 정하고 번호를 부여한다.
․접합속도를 고려하여 일일 작업량을 결정한다.

2) 차수재의 준비
차수재는 반입전에 적당량의 1회당 반입량을 결정하여 현장적재 기간을 최소로 하여야 하며 운반 및 반입시에는 롤 단위로 완전히 포장된 상태이어야 한다. 반입후에는 즉시 설치작업이 가능하도록 다음과 같은 사항을 수행하여야 한다.
․차수재의 반입전 각 롤에는 포설위치, 폭, 깊이, 롤번호, 패널번호 등을 차수재 설치 계획에 의거 기입하여야 한다.
․설치계획에 따라 미리 재단하여 개별포장할 수도 있다.
․차수재는 빛, 대기 등의 외부의 노출이 없도록 보관한다
․현장의 임시보관 장소의 위치, 적합성 등을 검토한다.
3) 시공장비 계획
차수공의 시공은 포설장비, 접합장비, 시험장비, 측정장비, 시료 보관기구 등이 필요하며 이들에 대한 운영계획을 세워야 한다.
․포설장비는 현장여건 및 차수재 규격을 충분히 고려하여 결정한다.
․접합장비는 설계서에서 지정하는 접합방법과 온도, 기후 빛 현장여건 그리 고 작업도를 고려하여 결정 하고 각 장비에 번호를 부여하여 여러 위치에서 병행작업이 가능토록 계획한다.
․시험장비는 별도의 시험 계획을 수립하여 그에 적합한 장비를 정한다.
․측정장비는 현장에서 수시로 사용하도록 충분한 수를 확보한다.
․기타 통신 및 운반장비는 현장의 규모, 작업속도, 작업인원 등을 고려하 여 충분한양을 확보하여 운영계획을 수립한다.

4) 시료채취 및 시험계획
현장의 규모, 작업능력 등을 고려하여 품질관리기준에 적합하도록 운영계획을 수립하며, 현장시험과 실내시험 및 공인기관 의뢰시험 등을 시험항목별로 구분하여 작업진행에 지장이 없도록 계획하여야 한다 현장시험은 차수재 두께, 표면, 상태, 접합부 시험 등이며, 대부분의 재질시험은 공인기관에 의뢰하여 수행하도록 한다. 시료채취 및 시험계획은 일일 작업량 및 작업속도를 고려하여 계획하며 반드시 시험위치, 일자, 차수재 롤 번호등을 상세히 기록할 수 있도록 별도의 서식을 정한다.

3.1.9 차수재의 시공
1) 차수재의 시공
접힌 것은 펼치거나, 말려져 있는 것을 펴기 전에 각 멤브레인에 손상된 곳은 없는지 주의 길게 관찰해야 한다. 만일 손상된 곳이 없다면 펄쳐도 된다 펼치는 과정에서 접혀진 면이 미끄러지지 않도록 주의해야 한다. 각 멤브레인을 접하기 위해서는 적당한 길이로 포개 놓고 설치해야 하며 1일에 접합할 수 있는 양만을 개봉해야 한다. 차수재를 시공함에 있어 지켜야 할 시공기준은 다음과 같다.
-차수재를 다룰 때는 접히거나 구김이 없도록 하며 지표면으로부터 들뜨지 않 도록 포설한다.
-작업조건은 차수재의 재질기준을 유지하는 범위이내의 기후 또는 온도를 만 족해야 한다.
-사면에서의 접합은 사면방향과 펑행이 되도록 접합을 진행하며 가급적 용접 길이가 최소가 되도록 한다.
-사면방향과 직각방향의 접합이 없도록 하되 부득이한 경우, 상부측 차수재가 하부측 차수재 위로 올라 오도록 배치하여 접합한다.
-차수재 시공은 다음과 같은 기후 조건일 때 해서는 아니되며, 적당한 보완시설을 이용하여 조건이 개선된 경우는 시공이 가능하다.
①비, 눈, 짙은 안개, 이슬이 있는 상태의 기후
②풍속이 강하고, 먼지 등의 물질이 날리는 기후
③ 대기온도 2'c이하 또는 대기온도 40'c이상
작업온도의 측정은 지표면에서 15cm의 대기중에서 측정하되 5개지점 이상에서 측정한다.
접합방법은 설계서에서 지정한 방법을 사용하되 현장여건을 고려하여 보완조정 할수 있다.
차수재의 포설을 시공계획에 따라 정해진 순서대로 차수재의 롤 번호를 확인한 후포장을 개봉하고, 포설후 확인이 될 수 있도록 번호를 마킹한다.
차수재 포설후 즉시 보호막 또는 부직포 등을 깔아서 차수막을 보호하고 건설장비의 진입을 철저히 통제한다.
차수재 포설후 즉시 바람에 의한 손상을 방지하기 위하여 모래주머니 등으로 적절한 조치를 취해야 한다.
차수재의 포설은 일일 접합작업양만 포설하여 당일 접합작업이 완료되도록 한다.
2) 차수재의 현장접합
차수재의 접합방법의 선정은 설계서에서 제시하는 방법을 사용하도록 하며 현장의 작업 조건이나 차수재 재질변경시에는 표를 참조하여 결정한다. 결함이 발견된 부분이나 접합부를 수선 할 때는 완전한 보수가 되도록 충분한 면적을 설정하여 보수하여야 한다. 차수재의 접합 및 보수작업에 대한 고려사항은 다음과 같다.
합성수지 차수재의 접합은 융착(Fusion) 또는 압출(Extrusion)의 방식을 적용하는 것이 유리하다.
융착에 의한 접합시 접합온도 범위는 더블핫 웨지(doubie hot wedge)인 경우 315'C -455'C, 열풍(hot air)인 경우 400'C～650'C이며, 최소 온도는 건조하고 온화한기후 조건이며, 최대온도는 습하가 냉한 기후 조건일 때 적용된다.
집합작업은 대기온도가 2'C～40'C범위이내에서 수행하여야 하며 그외의 기후에서는 작업을 중단해야 한다. 다만 가설 구조물을 이용하여 적합한 조건이 확보될 때는 작업의 진행이 가능하다.
강우, 강설, 안개, 이슬 등의 기후조건에서는 접합작업을 중단해야 한다.
접합부 청결을 위하여 화학용제를 사용해서는 안되며 마른 헝겁 등으로 습기와 이물질을 완전히 제거한 후 접합작업을 진행해야 한다.
차수재의 접합전 임시접합을 위해 접착제 또는 테이프를 사용해서는 안된다. 차누재 간의 임시 접합은 열풍 접합기를 사용 가능하나, 임시 접합시에는 차수재가 파열되지 않도록 주의해야 한다.
일일 접합 작업량 만큼만 포설하며 포설된 차수재는 당일 접합을 완료해야 한다.
3) 차수재의 보수작업
10mm이상의 뚫어진 구멍 또는 50mm이상의 찢긴 자리 등을 최소 300mm*
300mm 내지는 구멍으로부터 최소 157mm떨어지는 크기의 팻치를 덧붙여 보수해한다.
50mm미만으로 찢기거나 핀홀이 난 시트는 압출 용접으로 보수해도 좋다.
기존 압출 용접 부위를 융착 또는 압출 용접으로 보수해서는 안되며, 감독원이 사전 승인할 수 있는 보수 부위 또한 1.5미터 미만일 때이다.
지나친 그라인딩, 과열, 적절치 못한 용접 등으로 감독원이 보수 또는 교체가 지시 되었을 때, 비록 손상부위의 현장 박리강도 및 전단강도 시험에 합격되어도 보수 또 는 교체되어야 하며, 이때 보수비용은 계약자가 부담해야 한다.
지나치게 긁히거나 닳은 또는 구멍난 시트에 대해서는 감독원의 지시에 따라 교체내지는 보수피어야 한다.
보수용 핏치는 보수작업시 연속적인 압출 용접이 용이하도록 모서리 부분을 반경75mm아운딩 처리해야 한다.
용접 부위에는 어떤 접힌자국(folds), 주름(7TinkleS) 및 피쉬마우수(fishmouths)도 있어서는 안되며, 상기 결함이 발생한 곳은 다음의 보수절차에 따라 보수되어야 한다.
- 접히거나 주름진 가운데 부닥을 절갱하여 포갠다.
- 팻치를 덧붙여 압출 용접으로 마감한다.
압출 용접기는 용접작업 착수전 용접기 내에 잔류하고 있는 수지를 청소해야 한다. 보수작업에 대한 일자, 위치, 패널번호, 보수 및 시험방법 등이 기재된 보수작업보고서를 작성하여 서면으로 제출하여야한다.
3.2 분리공의 설계 및 시공
정의
분리란 두 종류의 다른 재료가 서로 혼합되는 것을 방지하는 기능을 일컫는다.
적용
① 제방 또는 단지조성 : 성토층(매립토)/토목섬유/원지반
② 도로 또는 철도노반 : 쇄석층(자갈층)/토목섬유/노상토
③ 상재하중으로 인한 과잉침하방지 및 상부포설두께를 줄임
④ 도로
영구도로 -포장도로, 사용수명 10년이상
임시도로 -비포장도로, 접근도로, 작업도로, 사용기간 1년정도(단기간)
3.2.1 임시도로설계
1) 설계 가정 : - 토목섬유가 분리기능만 수행, 5～10cm의 러팅 허용
- 토목섬유의 보강효과 고려, 10Cm이상의 러팅이 발생될 때
2) 설계시 고려할 사항
: 차량 통과 횟수 (10,000회 이상), 등가축하중, 축하중 형상, 타이어 압, 노상강도, 러팅심도
3) 제한사항
① 골재층은 CBR값이 80이 되도록 다져야 하고 비점성층(비소성체)이어야 함
② 차량 통과횟수 10,000대로 제한
③ 토목섬유의 기능수행기준을 고려해야 함
④ 노상토의 전단강도는 CBR로 측정하여 3이하이어야 함
⑤ 노상토의 CBR값이 3보다 큰 지반에서는 토목섬유가 분리기능을 거의 하지 않고 배수 기능과 여과기능을 수행함
4) 설계순서
① 현장 노상토의 비배수전단강도 (Cu)결정 (현장 CBR, 콘관입시험, 베인전 단시험)
현장 CBR : Cu(kg/cm2) = 57.14×CBR
미공병단 콘 관입시험기 : Cu= 콘지수 / 10또는 11
베인전단시험 : 비배수 전단강도 직접측정
② 지반의 강도가 약한 곳 선정 : 측정심도, 0～23cm깊이, 23～46cm 깊이에 서 펑가(각 측정 심도에서 6～10회 측정 평균값 산정)
③ 설계 수명기간동안 도로에 예측되는 최대 일륜 하중, 최대 텐담롤러 하중 결정
(예 : 7.645m3 용량의 덤프트럭이 가하는 이륜 하중의 무게는 3.64ton, 모 터그레이더의 일륜하중은 약 2.27～ 4.55ton)
④ 최대교통량을 각각의 설계차량등급에 대하여 예상되는 최대 교통하중을 결정
⑤ 도로의 설계수명동기간의 허용 러팅심도를 결정(예 : 공사기간에 허용 러 팅심도 5 - 7.6cm)
⑥ 지지력계수에 의하여 적당한 노상토의 응력수준 도출
⑦ 설계곡선으로부터 각각의 최대하중에 대한 골재층의 두께를 결정, 각각의 필요한 응력(c․ Nc,)을 펑가하기 위하여 지지력계수(Nc,, 2.8,3.3, 5.0, 6.0)를 설계노상토의 비배수 전단강도(cu)에 곱함
⑧ 설계요건에 의하여 설계층의 두께를 선택, 설계심도는 제 5단계에서 도출 한 심도보다 2.54cm 높게 선정
⑨ 토목섬유의 배수 및 필터기능에 필요한 노상토의 입도 곡선, 노상토의 투 수계수,지하수위, 노상토 보호 및 투수기준에 적합한지 여부를 검토
⑩ 하중재하, 시공장비, 시공조건, 흙의 입도분포 등 주변한경이 토목섬유의 내구성에 대한 기준에 적합한지 여부를 검토
⑪ 선택된 토목섬유가 상기기준에 미달 또는 기준이상이 되는지 여부를 명시 함
⑫ 시공지침사항을 준수함
3.2.2 분리공의 설계(영구 포장도로)
1) 영구 포장도로의 설계 지침
① 도로포장설계를 하는데 사용되는 표준방법에 따라 설계(AASHTO, CBR, R-값,동탄성계수, 기타)
② 토목섬유는 포장구조물에 보강역할을 하지 않는다고 가정하긴 때문에 구 조물 지지에 필요한 쇄석층의 두께를 줄여서는 안됨
③ 시공에 필요한 쇄석안정층의 두께는 줄일 수 있지만 구조물을 지지하는데 필요한 층의 두께를 줄여서는 안됨
④ (i) 권장하는 방법은 첫 번째 시공층인 안정층을 설계하는 방법임
(ii) 안정층은 일반시공장비가 진입할 수 있도록 지반을 충분히 안정시킬 수 있어야 함
(iii) 비포장도로의 안정층은 시공장비가 몇 차례 왕래할 수 있게 설계되 며, 장비하중하에서 허용러팅 심도는 5～7.5cm임
⑤ 안정층 설계가 완료되면 통상 사용하는 도로설계방법에 준하여 설계하여 야 함
⑥ 설계방법은 통상적인 설계에서 검토하는 침하 또는 배수에 대한 펑가를 하지 않음
2) 영구포장도로의 설계순서
① 노상토의 강도(CBR(3)와 과거에 비슷한 종류의 토사 거동에 의거하여 토 목섬유가 필요한가를 평가함
② 토목섬유 삽입과 무관하게 보통 영구 포장도로를 설계하는 방법에 의거하 여 설계함
③ 펌핑에 의해 보조기층이 유입될 가능성이 높기 때문에 도로 상부구조물을 지지하기위하여 보조기층을 더 깔아야 하는지를 결정하고, 만약 여분의 보조기층이 필요하면 보조기층의 두께를 50% 줄이고 노상토와 보조기층 사이에 토목섬유를 삽입
④ 시공기간동안 건설장비에 의한7.62cm 러팅기준과 6.2.1에서 이미 기술 임시도로설계지침에 의거 노상토를 안정시키기 위하여 보초기층이 더 필요한지 결정
⑤ 노상토 - 토목섬유 구조가 4단계에서의 시공성과 3단계에서 결정된 토목 섬유 - 노상토구조를 비교하여 가장 두꺼운 두께를 가진 구조를 택함
⑥ 제기능을 유지하기 위하여 필요한 토목섬유의 강도를 평가함
⑦ 노상토의 입도 분포와 투수능력, 지하수위, 노상토 보호능력에 입각하여 토목섬유의 여과성능을 검토함
⑧ 토목섬유를 포설하는 방법에 따라 시공함
3.2.3 시공과정
도로포장에서 토목섬유를 성공적으로 사용하려면 올바른 시공을 필요로 한다. 올바른 시공순서는 다음과 같다. 시공방법이 좀 단순하게 보일지라도 도로포장에서 발생되는 대부분의 토목섬유관련 문제는 그릇된 시공방법이 원인이다. 만약 토목섬유가 시공중 찢어지거나 구멍이 발생되면 요구되는 제기능을 발휘하기 어렵다. 만약 토목섬유가 많이 줄음이지거나 접혀있는 상태로 설친되면 토목섬유가 인장이 되지 않아 보강효과를 발휘하기 어렵다.
또 다른 문제는 토목섬유상부에 불충분한 성토, 토목섬유설치전에 발생된 노상토의 러팅은 흙 다짐두께가 얇아 지반의 지지력을 초과하기 메문에 발생된다. 모든 시공공정을 주의 깊게 관찰하면서 다음에 기술된 시공 과정에 따라 한단계 시공하여야 한다.
1) 현장을 나무그루터기 없이 깨끗이 청소하고 설계지반고에 맞게 터파기를 한 다음,모든 표토와 연약한 흙, 또는 부적합한 토사는 제거한다. 만약 CBR값이 1보다 큰 현장지반 조건하에서는 불량한 흙을 적당히 분배하기 위하여 경량다짐을 실시한다.
시공에 불량한 흙이 한 지역에 모여있다면 배수를 촉진시키도록 굴착을 해내고 양질의 토사로 되메우기를 실시한다. 필요하다면 토목섬유로 싼 유공관을 사용하여 배수를 촉진시킬 수도 있다.
2) 표토제거작업에서 노상토가 지나치게 교란되지 않도록 주의를 하여야 한다. 예를 들면 강도가 약한 포화된 비점성토나 점성이 매우 낮은 지반에는 경량도우저를 사용한다. 이토록 구성된 늪지와 같이 매우 연약한 지반에는 식생의 뿌리가 매트강도효과를 발휘할 수 있으므로 표토를 너무제거 해서는 안된다.
만약에 이러한 지역이 있다면 모든식생을 지표면 수준에서 잘라야 한다. 톱밥이나 모래를 이용하여 지표면위로 뻗어나온 나무뿌리나 그루터기를 덮어 토목섬유에 쿠션을 준다. 노상토 준비작업은 토목섬유의 지내력기준에 따라 실시한다.
3) 도로계획에 맞게 노상토가 준비된 구간은 토목섬유를 깔면서 그 상부에 쇄석층을 포설한다. 만약 토목섬유를 공장에서 미리 꿰매어 연결시켜 놀았다면 하나의 연속적인 쉬트로 깔아나갈수 있어 현장작업을 신속하게 할 수 있다.
토목섬유는 노상토 표면을 따라 끌어서는 안된다. 토목섬유 전체롤을 될 수 있는대로 부드럽게 깔아나가야 한다. 토목섬유가 쭈굴쭈굴된 곳이나 접인 곳은 잡아당겨서 말뚝으로 고정시킨다.
4) 토목섬유는 수펑으로 나란히 중첩하여 시방서에 규정된대로 꿰매어 연결시켜야 한다
5) 곡선부위는 접거나 잘라내어야 하며 먼저 설치한 토목섬유를 상부에 겹쳐놓고 돌아가는 방향으로 중첩시켜야 한다. 토목섬유의 접혀진 부분은 중간부분에 꺾쇄로 고정시키거나 길이 약 60cm되는 핀으로 고정시켜아 한다
6) 토목섬유가 기존의 포장지역과 교차될 때 토목섬유를 기존의 포장 끝까지 연장시켜서 설치하여야 한다. 토목섬유를 사용한 기존의 도로를 교차하거나 확장할 때 토목섬유를 도로 가장자리에 고정시켜야 한다.
이상적으로는 기존도로의 가장자리를 기존의 토목섬유위기까지 파낸 다음 기존의 토목섬유와 새로 설치하는 토목섬유를 꿰매어 연결하여야 한다. 족쇄나 고정핀을 사용하여 중첩시킨다
7) 복토를 하기 전에 토복섬유를 시공한 경험이 있는 감독관에 의하여 토목섬유에 구멍이나 찢어져 손상이 된 곳이 있는지 없는지를 검사받아야 한다.
만약 과도하게 손상된 부분이 발견되면 손상된 부분을 새로운 토목섬유로 덧대어서 수선하여야 한다. 수펑롤에 대한 최소요구되는 중첩정도는 모든 방향으로 손상된 부분이상으로 충분히 덮어야 한다. 또 다른 방법으로는 손상된 부분을 새 것으로 교체한다.
8) 쇄석기층은 전에 포설한 쇄석층 위에 덤프하여 포설한다. 매우 연약한 노상토지반에 대해서는 쇄석층의 높이를 노상토가 파괴되지 않도록 제한한다. 이러한 지반에 대한 최대포설두께는 도로의 설계두께를 초과해서는 안된다.
9) 토목섬유 위로 다짐하기 전에 첫 번째 쇄석층을 30cm 또는 30cm보다 적도록 설계두께로 포설해야 한다. 토목섬유 위로 쇄석층이 20cm(CBR≥3일때는 15cm)보다 적은 연약한 도로에는 차량을 통행시켜서는 안된다.
만약 노상토가 충분한 지지력을 갖고 있고 쉐석층이 없는 도로일지라도 허용되는 기층밑에 토목섬유를 설치하였다면 시공장비는 운행될 수 있다. 초연약지반에는 첫 번째층위를 운행하는 장비는 경량건설장비이어야 한다.
첫 번째층의 러팅깊이가 7.5cm이하가 되도록 시공장비의 크기와 무게를 제한하여야 한다. 만약 러팅깊이가 7.5cm이상일 때는 시공장비의 크기와 무게를 줄이든가 포설층의 두께를 늘려야 한다.
예를 들면 쇄석층을 밀어서 포설하도록 도우저의 크기를 줄이거나 트럭에 쇄석을 가득 상차하지말고 반만 상차하여 운반해야 될 필요성이 있다.
10) 첫 번째 쇄석기층은 도우저로 지나가면서 다짐을 실시하고 다음에는 스모스드럼 진동로울러로 최소한의 다짐도를 유발하개끔 다짐을 실시한다. 허용되는 기층을 시공할 때는 다짐은 시방규정에 맞게 실시한다.
매우 연약한 지반애 대해서는 첫 번째층은 설계다짐도에 미치지 못하므로 다짐도를 줄여야 한다. 예컨대 첫 번째층의 다짐도는 시방서에 있는 필요한 최소다짐도보다 5% 적게 다짐을 할 수 있도록 허용한다.
11) 시공은 도로를 따라 평행하게 진행되어야 한다 첫 번째 쇄석기층에서 시공장비의 회전을 허용하여서는 안된다. 회전하는 부분은 원활하게 시공하기 위하여 도로 끝부닥에 설치한다.
12) 초연약노상토상에 토목섬유가 약간의 보강역할을 수행하기 위해서는 토목섬유를 미리 인장시키는 것을 고려해아 한다. 프리텐견을 하려면 현장을 상자한 덤프트럭과 같이 중량이 많이 나가는 고무타이어 롤라로 확인다짐을 실시하여야 한다.
윤하중은 당 현장에 예측될 수 있는 최대하중과 같아야 한다. 이 차량은 같은구간의 첫 번째층을 최소한 4번이상을 통과하여 다짐을 실시하여야 한다. 다른 방법으로는 쇄석층을 설계에 맞게 포설하고 필요한 구간에 토목섬유-쇄석층간에 프리레스를 가하기 위하여 포장전에 도로로 사용한다.
13) 시공중에 발생되는 러팅은 토목섬유 상부에 합당한 포설두께를 유지하도록 채움을 실시하여야 한다 어떤 경우라도 러팅이 심하게 발생되어 러팅사이에 쇄석층포설이 줄어 들게끔해서는 안된다.
14) 모든 잔여쇄석층은 느슨한 상태로 25cm를 초과 포설해서는 안된다. 다짐은 시방서에 규정한 다짐도에 맞게 실시하여야 한다
3.2.4 중첩길이
중첩부분의 역할은 중첩된 사이에 발생되는 마찰저항을 통하여 연결되는 토목섬유의 다롤과 연속성을 제공해준다. 중첩부분의 길이는 연결부위에서 노상토가 쇄석층으로 끼어들어가지 않게 충분해야 한다.
중첩길이는 지반조건과 러팅에 우려가 있는 사용예정인 장비에 따라 설계되어야 한다. 만약 노상토가 시공작업동안 러팅이 발생되지 않으면 인발저항을 유발하기에 필요한 최소한의 중첩길이를 길게하여야 한다 러팅의 가능성은 CBR값과 관계가 있으므로 표 6.5를 참고로 하여 최소한의 중첩길이를 산정하면 된다. 토목섬유는 시공작업하는 동안 계획된 지점에 있도록 하기 위하여 중첩부분에 족쇄나 핀으로 고정시킨다.
25-3Ocm길이의 핀을 연속적으로 펑행한 토목섬유롤의 중간부분에 최소한 15m마다 박아 고정시키고 롤이 끝나는 부위에서는 1.5m 안쪽 중간에 박아 고정시킨다. 토목섬유롤의 폭은 도로중앙선과 노견선에 맞게 수평으로 나란하게 중첩을 시킬 수 있도록 해야한다. 중첩부위는 예측되는 윤하중이 집중되는 선을 따라 설치해서는 안된다. 토목섬유를의 중첩 끝부분은 기존의 롤을 상부에 설치하도록 쇄석층의 포설방향으로 설치하여야 한다.
3.2.5 접합
분리기능으로 토목섬유를 사용할 때 이음매접합은 이음매에 수직방향으로 사용되는 토목섬유와 같이 표 6.3에 나타난 것과 같은 인장력을 갖어야 한다. 제조공장이나 현장에서 실시한 접합은 섬유와 같이 내구성이 있는 강한실로 꿰매어야 한다. 결속력있는 엮음은 J접합이 바람직하다.
다른 방법인 주머니형태의 이음이 쉽게 풀어진다면 단추형태 이음을 사용할 수 있다. 접합부분은 0.5～1cm간격으로 평행하게 이중으로 꿰매어야 한다. 이중으로 꿰매는 것은 미쳐 발견하지 못한 안꿰맨 부분을 보호하기 위해서다.
토목섬유의 강도는 실제적으로 명시된 인장강도와 같은 접합강도를 발현하기 위해서는 시방서에 규정한 값 이상이어야 한다. 구체적인 추천사항과.강도시험결과는 제조회사에 문의하여야 한다.
3.2.6 현장점검
: 현장점검자는 시방서에 기술된 현장점검지침사장을 숙지하여야 한다. 특히 지오텍스타일의 내구성에 영향을 줄 수 있는 요소들에 주의를 해야 한다. 이 요소들은 노상 토의 지반상태, 쇄석포설, 다짐층의 두께, 시공장비 운행 등이다.
3.2.7 토목섬유 선택시 고려사항
: 도로에 분리기능으로 사용될 토목섬유는 시공기간 동안에 토목섬유에 가해질 응력에 견딜 수 있어야 한다. 즉, 토목섬유는 예측되는 시공작업에 견딜 수 있는 충분한 물리적 특성을 갖고 있어야 한다. 도로에 사용될 토목섬유는 시방기준에 명시되어 있는 물리적특성에 따라야 한다. 토목섬유의 물성치는 최소값으로 수정 가능하다. 반면에 중요한 공사를 수행할 때는 현장시험시공을 하는 것이 가장 바람직하다.
4. 시공사례분석
4.1 폐기물 매립장에서 GCL(Geosynthetic Clay Liner)의 적용
4.11.개요
폐기물 매립시설의 차수재료(遮水材料)는 일반적으로 점토 또는 지오멤브레인과 복합하여 사용하게 된다. 일반적으로 매립장의 차수재료로 점토를 많이 사용하고 있으나, 현장에서 양질의 점토 구입이 어렵고, 시공기간이 길며, 품질관리측면에서 정밀시공을 요하는 등의 시공시 세심한 주의를 요구하고 있다. 따라서 점토 차수재의 단점을 보완하며, 동등한 기능을 갖춘 새로운 차수재로 GCL이 개발되었다. GCL은 지오텍스타일(geotextile) 또는 지오멤브레인(geomembrain)에 벤토나이트를 니들링(needling), 스티칭(sti\ching), 접착제(chemical adhesive) 등을 이용하여 만든 제품이다.GCL은 1970년대에 벤토나이트 패널(panel)형식으로 제작되어, 기초 방수재료 또는 물 저장 구조물의 차수재료로 처음 사용되었으며, 벤토나이트 패널은 지오텍스타일 또는 지오멤브레인 등과 같은 유연성을 갖는 롤(roll)형식으로 변화하여 현재와 같은 구조의 GCL로 개량 발전되었다. GCL의 적용은 환경, 도로, 지반분야 등에서 폭넓게 활용되고 있으며 특히, 폐기물매립장의 최종 복토 및 차수재료로 중점적으로 사용되고 있다. ⒀본고에서는 폐기물 매립장에 GCL을 적용할 때, 설계자가 고려해야할 사항 중 GCL의 투수특성 및 전단특성 그리고 사면 적용을 중심으로 기술하였다.
4.1.2.GCL의 종류 및 특성
GCL의 종류에는 지오텍스타일/지오멤브레인과 벤토나이트의 결합형태 그리고 제조방법에 따라 보강 GCL과 비보강 GCL로 두가지 범주로 구분하며, 이를 세분하면 4가지로 구분할 수 있다. 그림1은 GCL 제조과정을 나타내고 있으며, GCL의 종류는 그림2와 같으며 그 특성은 다음과 같다.
첫째, 물유리계 접착제를 이용하여 지오멤브레인에 과립형 벤토나이트를 접착시킨 제품(그림2(a)).
둘째, 두 겹의 지오텍스타일사이에 과립형 벤토나이트를 넣고, 접착제를 사용하여 만든 제품(그림2(b)).
셋째, 물유리계 접착제를 사용하여 과립형 벤토나이트를 지오텍스타일사이에 접착시키고, 두겹의 지오텍스타일을 스티칭 방법으로 결합시킨 제품(그림2(c)).
넷째, 지오텍스타일사이에 과립형 벤토나이트를 넣고 니들펀칭으로 결합하여 만든 제품(그림2(d)).
이상과 같이 GCL의 종류 및 특성을 살펴보았다. 그러므로 설계자는 폐기물 매립장에 GCL을 사용할 경우, 매립장의 지형적 조건과 용도에 적합한 GCL을 선택하여야 한다.(a)지오멤브레인에 벤토나이트를 접착시킨 GCL(b)상˙하부 지오텍스타일에 벤토나이트를 니들펀치 또는스티치본딩한 GCL


그림1.GCL의 제조과정 그림2.GCL의 종류3.GCL의 설계조건 및 방법
GCL을 매립장의 바닥 차수재 또는 최종 복토재로 활용하기 위해서 설계자는 사용할 GCL의 재료에 대하여 투수성, 전단강도, 파괴 메카니즘, 마찰력 등을 검토하여 설계에 반영하고, 사용할 GCL 재료의 품질을 점검하며 현장조건에 적합한 재료를 선정하여야 한다. 이는 흙과 토목섬유(geosynthetic) 또는 토목섬유와 토목섬유사이의 마찰력과 전단강도가 폐기물 매립장의 안정성과 매립된 쓰레기의 활동 등에 중요한 설계인자이기 때문이다. 표1은 GCL의 대표적인 엔지니어링 설계 시험항목을 나타내고 있다. 본고에서는 그림2의 여러 가지 GCL 종류중에서 보강 GCL에 대하여 투수특성 및 전단강도 그리고 사면 적용 등에 대한 설계시 고려할 사항을 살펴보기로 한다.

시험항목시험방법투수계수 수정 ASTM D 5084 또는 GRI GCL-2 직접전단(상부, 하부, 중간부분) ASTM D 5321 크립(Creep)전단 수정 ASTM D 5321 넓이 및 폭 인장강도 및 신장강도 ASTM D 4595 다축 인장 수정 ASTM D 5617 굴곡성(indentation) 현장시험 화학물질의 저항 ASTM 시험항목

4.1.3.1투수특성
GCL의 투수성은 매우 중요한 요소이며, 투수계수는 벤토나이트의 특성에 크게 의존한다. 따라서 대부분의 GCL에 사용되는 벤토나이트는 나트륨계 벤토나이트를 사용한다. 이는 나트륨계 벤토나이트가 칼슘계 벤토나이트보다 전단강도는 적으나 오염물질 차폐재료로서 필요한 팽창성과 투수계수측면에서 월등히 우수하고 화학물질에 대한 재료의 내구성에서 동등한 성능을 지니고 있기 때문이다. GCL의 벤토나이트는 제조과정에서 일정한 품질을 유지하는 재료를 사용하므로 대체로 GCL의 투수계수는 10 ~10 cm/sec 범위를 갖고 있다.
4.1.3.2 전단강도
여러가지 GCL의 형태중에서 스티치 본드형 GCL과 니들펀치형 GCL은 보강 GCL로, 두가지의 GCL은 전단거동과 파괴 메카니즘에서 서로 다른 형태를 지니고 있으므로, 엔지니어는 이러한 차이점을 고려하여, 현장에 적용할 GCL을 선정하여야 한다.
Fuller(1994), Gilbert(1996)는 스티칭본드형 GCL과 니들펀치형 GCL의 전단거동과 파괴 메카니즘을 서로 비교하기 위하여 직접전단시험을 실시하였다. 그 결과, 내부전단강도와 절점전단강도(peak strength)와 잔류전단강도(엄밀히 말하면 변형이 상당히 발생한 상태에서의 응력)는 스티칭본드형 GCL이 니들펀치형 GCL보다 크게 나타났다. 이러한 전단강도 특성은 각각의 보강 형태와 관련된 파괴 메카니즘으로 설명된다.스티칭본드형 GCL의 파괴 메카니즘은 보강 직조섬유의 파괴와 직조기계의 방향으로 섬유의 찢김 등이 발생되며, 이를 방지하기 위하여 스티칭사이의 측면에 스티칭 본딩으로 보완하였다. 반면, 니들펀치형 GCL의 파괴 메카니즘은 부직포 섬유에서 파괴가 발생되며, 부직포의 인발저항시 섬유부분에서 변위 발생이 가시적으로 나타난다.
4.1.3.3 GCL의 사면 적용
GCL을 사면부에 적용할 때, 설계시 고려할 사항은 사면부의 경사도 및 GCL의 전단강도, 그리고 사면 상단부 설치방법 등을 고려해야 한다. GCL의 사면 적용시 GCL과 토목섬유가 구조적으로 안전한 사면의 경사도는 3H:1V 정도이며, 2H:1V 이상의 경사에서는 GCL과 인접 토목섬
유의 접촉면에서 전단저항부족으로 미끄러짐이 발생하고, 사면의 경사가 약 35°이상이되는1H:1V 경사에서는 GCL을 보호하는 토사 보호층의 설치가 사실상 불가능해지는 등의 문제점을 지니고 있다.
그림3은 앵커 트렌치 설치 종류를 나타내고 있다. 그림3(a)의 평면 앵커는 주로 최종 복토재(덮개)로 사용되며, 그림3(b), (c)는 일반적으로 사용되는 앵커 트렌치 방법이다. 앵커 트렌치에 GCL을 설치하는 방법은 GCL을 사면의 상단에 소요정착길이만큼 연장시킨 후, 앵커 트랜치에 설치한다. 이때, GCL을 앵커 트렌치 아래로 연장시키고, 트렌치 바닥부분까지 연장 설치한다
그림3.앵커 트렌치의 설치 종류
그림4는 직사각형과 V형 앵커 트렌치의 정착부분에 대한 힘의 평형관계를 나타내고 있으며, 식(1)은 소요정착길이를 구하는 방법을 나타내고 있다.
여기서, F 는 GCL 차수재 상부에 흙도 움직일수 있으므로 무시하는 것으로 가정, T[FL-1]는 차수재의 허용인장력, qL [mFL-2]은 차수재에 작용하는 상재압력, σ [°]은 차수재와 흙과의 마찰각, Ko 는 정지토압계수, σVAVE [FL-2]는 트렌치내의 흙의 평균연직응력, L개 [L]와 dAT [L]는 소요정착길이와 트렌치내의 고정길이를 나타내고 있다.

그림4.직사각형과 V형 앵커 트렌치의 설계
그림5는 GCL을 최종 복토재로 사용할경우, 평면 앵커에서의 정착부분에 대한 힘의 평형관계를
설명하고 있으며, 식(2)는 소요정착길이를 구하는 방법이다.
LRO =(T˙cosβ-Tsinβ˙tanσL )/(q1 ˙tanσ )…(2)
여기서, L 는 차수재의 소요정착길이, T는 차수재의 허용 인장력, α는 사면각, γ 은 차수재와 흙과의 마찰각, q 은 차수재에 작용하는 상재하중이다.
일반적으로, GCL을 사면부에 설치할 때, 사면의 길이가 긴 경우는 중간 소단을 설치하여 설치 GCL의 안정성을 확보한다. 이 경우에 GCL은 소단으로부터 다음 소단까지 설치한다.

그림5.평면 앵커의 설계
4.1.4.맺음말
GCL은 기존의 점토 차수재를 대용할 수 있는 재료로, 투수계수가 10 ~10 ⒀⒀cm/sec로 저투수성을 지니고 있으며, 시공법이 매우 간편한 이점을 지니고 있다. 그러나 국내 매립장의 지형적 여건을 고려하지 않고 사용하고 있으며, 현재 GCL의 국내 폐기물 매립장에 GCL에 대한 세부적인 설계 지침이 거의 미약하고, 만약 설계를 하였다하더라도 그 개념없이 설계한 사례가 종종 있다. 본고에서는 GCL을 폐기물 매립장에 적용할 경우, 설계자가 검토해야할 여러 설계인자중에서 중요한 영향인자인 전단강도 및 사면부의 영향 등을 살펴보았다. 폐기물 매립시설에 이러한 GCL의 설계사항을 고려하면 보다 효율적이고 안전한 설계가 이루어질 것이다.
참고:♧이용수(지반연구실 연구원)


4.2 초연약지반 매립에서 토목섬유 시공사례
최근 국내외적으로 대단위 항만 및 매립공사가 활발히 진행하면서 연약지반 및 보강용으로 토목섬유가 광범위하게 사용되고 있다. 1993년 현대건설에서 수주한 싱가폴 창이 동부지역 매립공사에서 토목섬유가 배수용, 분리용, 여과용 및 보강용 등으로 사용되어 공사를 성공적으로 수행하는데 그 이리익을 담당하였다. 본 공사에서 토모섬유의 사용은 연약지반 개량을 위해 수직드레인 20,000,000m를 타설하였고, 방파제 축조시 분리용 및 여가용으로 부직포(nonwoven geotexetile)를 25,000㎡를 설치하였으며, 해상에 인공적으로 조성된 연못(이하 silt pond로 칭함)내 전당강도가 거의 0에서 3인 초연약지반 매립시 지반보강용으로 직포(woven geotewtile)가 1,000,000㎡ 사용되었다. 여기서는 실트 폰드에 지반 보강용으로 사용된 Geotextile에 관해 주로 서술하고자 한다.
실트폰드는 그림 1에서 볼 수 있는 것과 같이 길이가 2,000m이고, 폭이 750m에서 1,505m인 55만평 넓이의 해상에 조성된 연못의 일종히었다. 이 실트폰드는 기존 창이공항 매립시(1972-1978) 이 지역의 모래를 EL(-)22.0mACD까지 준설하여 매립재로서 사용하였고, 그 후 1986년 이 주위에 제방을 축고하고 30㎞ 떨어진 육상의 골재 채취장에서 세척시 분리된 전ㅁ토와 실트질으 세립분을 환경오염 방지차원에서 송수관을 통하여 이 곳으로 운반하여 생성되었다. 매립전 당시에 이 곳의 수심은 일정하지 않았으며 대략 5m에서 8m정도 이고, 침전물은 평균두께는 17m 정도인 아직 자중압밀이 진행중인 대단히 연약한 슬러리 상태이었으면, 특히 상부 5m는 전단강도가 거의 零(영)에 가까운 초연약저토로서 일반 매립방법으로는 시공이 불가능하므로 특수한 시공법이 요구되었다. 여러 가지 공법이 논의되었으나 그 중 당사에 의해 처음 시도되어 성공한 모래포설공법1),2)을 보강재와 함께 현장에 적용하여 초연약지반을 간제치환 없이 성공적으로 매힙 할 수 있었다. 보로에서는 실트폰드에 사용된 토못섬유와 설계 및 포설방법을 수록하였다.
4.2.1 Geotextile
광의의 토목섬유(Geosynthetics)는 협의의 토목섬유인 Goetextile, Geogrid 그리고 Geomembrane 등으로 나눌 수 있다. 이중 Geotextile은 분리재 기능, 보강재 기능과 여과재 기능 등으로 그 우수성이 입증된 토목용 합성재의 대표적인 자재이다. 격자형의 큰 구멍이 뚫린 Geogrid는 비교적 견고하여 사면 및 옹벽 등의 지반 보강제로 많이 사용되며, Geomembrane는 댐, 연못 가까이 터널 등의 지하 구조물의 선설시 차수 및 쓰레기 매립장의 침출수에 의한 지하수 오염방지를 위한 환경오염물질의 격리를 위한 소재로 사용되고 있다. Geotextile의 소재로 폴리프로필렌(polypropylene)와 폴리에스터(polyester) 두 종류가 통상 사용되며, 제작방식에 따라 직포(woven geotextile)와 부직포(nonwoven geotextile)로 나눌수 있다. 지포는 고강도이소 항복강도이고 항복응력에서의 변형이 작아 보강재와 적합한 반면, 부직포는 저강도이고 항복응력에서 변형이 커 분리재나 여과재로서 적합하다. 폴리에스터를 소재로한 geotextile에는 다양항 큭기의 인장강도를 갖는 제품이 있으며 고강도인 경우 700㎪까지도 상품화되어 있다. 따라서 geotextile를 보강재로 사용할 때는 설계강도에 적합한 인장강도를 갖는 제품을 선택해야 한다. 일반적으로 시제품 한롤(roll)의 크기는 폭이 5m 길이가 90m이므로 거대한 한 장의 매트로 만들기 위해서는 수많은 롤의 이러한 작은 조각을 서로 바느질하여 결합하여야 한다. 바느질 부위의 인장강도 즉 seam strength는 원자재의 인장강도보다 작으며, 그 크기는 통상 원자재 인장강도의 40～50%정도이다. 당현에서는 설계기준과 시공성을 고려하여 폴리에스터를 소재로한 직포를 사용하였다.
4.2.2 실트폰드에서의 고강도 보강재의 적용
시반서에 실트폰드의 매립비용은 Lump-Sum의 일종으로 매립방법은 일반적인 사항만 규정되어 있었다. 따라서 세부적인 시공방법은 시공자가 자유로이 선정할 수 있으나 (+)4.0mACD까지 매립 직후 기존 슬러리의 상부표면이 (-)1.0mACD 이하에 존재하여야 하며 만약 이보다 높게 존재하는 경우 시공자 부담으로 제거하도록 하는 조항이 있어 상부 매립층에 대한 품질관리를 하도록 하고 있었다. 또한 실트폰드 매립 전에 그림 1과 같이 새로운 제방을 축조하여 또 다른 연못을 인공으로 조성한 후 이 염못에 접하여 있는 점선으로 표시한 실트폰의 서쪽지역 제방을 (-)3.0mACD 또는 그 이하로 준설 제거토록 규정하여 실트폰드 매립시 유동성이 큰 초연약층이 이곳을 통하여 새로 조성된 연못으로 빠져나가도록 규정하고 있으며, 매립 중 압력을 받은 슬러리가 새로운 연못으로 이동하면서, 부분적으로 이곳에 쌓여 슬러리의 원활한 흐름에 방해가 될 경우, 이를 제거하여 적정한 수심을 유지토록 규정하고 있다. 이 규정은 조림 및 해체 할 수 있는 준설선을 사방이 막혀있는 새로이 축조한 제방 안으로 투임 상주시킬 것과, 기존 실트폰드내 슬러리를 새로 조성한 연못으로 흘러가게 함으로써 실트폰드 매립시 그에 상응하는 부피만큼의 매립 모래량의 추가 투입을 의미한다.
따라서 실트폰드의 서쪽 제방을 제거하지 않고 고강도 토목섬유를 사용한 모래살포공법이 성공함으로써 새로 조성된 폰드로 빠져나갈 초연약층을 기존의 실트폰드 내에서 개량할 수 있고, 또한 그에 상응하는 부피만큼의 매립 모래량을 줄임으로써 막대한 비용절감효과를 얻을 수 있었다.
4.2.3.1 1차 모래포설
실트폰드 매립은 모래를 얇게 전지역에 고르게 포설하여 모래두께가 6m 정도에 도달하면 직매립할 것으로 당초 계획되었다. 그러나 전지역을 6m로 동일하게 포설하는 경우 많은 시간이 소요될 것으로 판단하여 최초 2m두께는 전지역에 고르게 모래를 포설하고 그 후 아래 CH 2000에서응 더 이상의 모래를 포설하지 않도 CH 3000으로 가면서 모래 두께가 점차 증가토록 포설하여 이 사이구간을 완만한 경사가 유지하도록 하였다.
모래 포설장비는 동일한 chainage를 따라 움직이며 50m구간으로 모래를 포설하여 몇회 이동해서 무래층의 두께가 20에서 40㎝ 정동 도달하면 다음 chainage로 50cm 이동하여 계속 포설작업을 수행하였다. CH 3000에서 CH 3200 구간의 포설 모래층의 두께가 6m에 도달하였을 때 CH 3200에서 매립고 3m의 직매립을 시작하여 실트폰드내 모래포설작업과 병행하였다. CH 3100에 직매립을 하는 도중 CH 2900과 CH 2600 사이에서 대규모의 전단파괴가 일어나고 있음이 관측되었다. 그 직후 전단파괴규모를 단시간에 확인하기 위하여 수형 Pontoon을 이용, 전구역은 100m 간격으로 wash boring하여 포설모래층의 두꼐를 조사하였으며 그 조사결과가 그림 2와 그림 3에서 보여주고 있다.
4.2.3.2 대규모 전단파괴 원인
대규모의 전단파괴는 여러 가지의 원인이 복합적으로 발생하여 일어난 것으로 판단되낟. 특히 해저면의 높이가 일정하지 않아 계획도니 균등한 두께로 모래를 포설하는데 어려움이 있었다. 즉 모래포설 작업시 편균 수위가 (+)4.0m이었고 포설장비의 흘수(draft)가 1m정도임을 고려할 때 이런 지역에서 최대로 모래를 포설할 수 있는 높이는 (+)3.0m이었다. CH 2800지역에서 국부적으로 원지만 해저면의 높이가 (+)1.0m인 지역이 존재하여 이곳에는 모래포설이 (+)3.0m까지 밖에 할 수 없어 계획두꼐인 4.5m 보다 작은 2.0m 정도이다. 직매립에 의한 하중의 증가는 유동성이 큰 점토에 횡압으로 작용하여 모래포설로 안정되어 있던 지역으로 전파되어 간다. 이렇게 전파된 유동횡압은 상당히 먼 지역까지 유동성이 큰점토 상부에 포설되어진 모래층을 부풀어 오르게 하는 힘으로 작용한다. 이 힘은 일종의 분출압이며, 이압이 상재 포설무래층의 무게보다 크게 되면, 유동성이 큰 점토는 이 지점으로 분출하게된다. 따라서이러한 현상은 직매립의 영향권내에 포설모래층의 두께가 상대적으로 얇은 지역이나, 원호파괴면의 끝단에서 많이 발생한다. 일단 점토 분출이 시작되면, 이 주변에서는 전단강조가 거의 0인 유동성이 큰 점토의 경우에는 지지력 계산식 중 qNq제거되므로 인하여 지지력을 상실하게 되며, 지지력을 상실한 점토위에 모래층은 점토자체의 지지력으로 지지가 가능한 깊이까지 깊숙이 침강한다. 동시에 분출된 초연약점토는 침강하는 모래층위에 쌓인다. 이러한 현상이 발생하게 되면 원인을 제공하였던 직매립부근 지역은 사면 파괴로 부분적으로 강제치환되며, 이 영향권애에서는 국부적으로 포설모래층과 점토층이 역전된 지역이 존재한다.
따라서 직매립이나 계속적인 모래포설은 전단파괴지역의 유동성이 큰 점토를 더 부풀어 오르게 하는 것으로 파단되어 고강도 보강매트를 파괴지역에 그림4와 같이 두겹으로 포설한 후 재차 모래를 포설하기로 결정하였다.
4.2.3.3 보강매트 설계
보강매트의 설계에서는 흙과 보강매트 사이의 마찰력, 보강매트의 인장강도, 항복응력에서의 변형율 및 크리이프 등이 고려되어야 한다. 성토제방의 저면에 보강매트를 사용하는 경우 성토하중의 횡압으로인한 제방저면의 활동을 방지하기 위하여 흙과 보강매트 사잉에 충분한 마찰력이 밀요핟. 흙과 보강매트 사이에 마찰력이 충분하여 보강 매트 표면에서 활동이 방지되면, 기초지반의 지지력부족으로 인한 전단파괴, 사면으 활동파괴 등에 저항할 수 있는 적절한 인장강도를 갖고 있다 하더라도 항복응력에서 변형률이 너무 크면 소기의 목적을 달성할 수 없는 경구가 있다. 즉 실트폰드에서 변형이 큰 보강매트를 사용하는 경우 전단파괴는 방지할 수 있다 하더라도 유동성 점토의 부분적인 과잉 침하나 융기를 방지할 수는 없다. 이러한 이유들로 인하영 설계시에는 반드시 상기 사항이 검토되어야 한다.
실트폰드에서 보강매트를 설치한 후 재차 모래를 포설할 것으로 결정하였으므로 성토층의 사면형성으로 인한, 즉 지지력 부족으로 인한 전단파괴를 방지함이었다. 보강매트의 지지력 보강효과를 판정하기 위해서 다음과 같이 Terzaghi의 수정 지지력 공식3)을 이용하였다.

여기서
P:모래 성토에 따라 작용하중
γ＇: 깊이 D에서 유효단위중량
γ2: 하부 흙의 유효단위중량
Cu: 기초 흙의 비배수전다강도
Nc, Nq, Nγ:Terzaghi의 지지력 계수
Tge: 보강 매트의 인장강도
β: 그림 5에서 정의 된 것과 같이(≅tna-1(3.5/50)=4.0)
For Ø=0, Nc=5.7
Nq=1.0
Nγ=0.0
식(1)은 다음과 같이 표현될수 있고 :





위의 계산에서 요구되어진 시방시항은 다음고 같았다.

보강매트의 인장강도 (warp과 welf양방향) : 150kN/㎡
항복응력에서의 변형률 : 10-20%
흙/보강매트의 마찰각 : 최소 30°
EOS(O95값) : 0.30㎜
연결부위 인장강도(seam strength) :100kN/㎡
4.2.3.4 보강매트 시공방법
앞에서 언급했듯이 보강매트의 설계인장강도는 날줄(warp)과 씨줄(welf) 양방향으로 150kN/㎡이었으며 그 크기는 가로가 900m이고 새로가 700m이었다. 그러나 짧은 시간에 동일한 인장강도를 갖는 제품을 두 겹으로 그림 4와 같이 포설하기로 결정하였다. 한 장릐 크기로는 지금까지 보고됭어진 것 중에서 아마도 가장 큰 것인 63만 평방메터와 43만 평방메터 두장의 보강매틀을 바느질하고 포설하는데 105일이 소요되었다. 완성된 보강매트 한 장 전체의 무게가 대략 320톤 정도이므로 이것을 실트폰드 내로 끌어들이는데는 언청난 힘이 들고 보강매트 자체도 그 힘을 견딜 수 없으므로, 따라서 보강매트의결합은 포설을 용이하게 하기위하여 그림 6과 같이 10m 폭의 지그재그 식으로 쌓으면서 바느질을 수행하였다. 이렇게 보강매트를 10m 폭으로 쌓은 경우 보강매트과 지반 및 보강매트와 보강매트사이으이 마찰을 줄여 작은 힘으로 끌어 당길수 있다. 두 장의 보강매트 결합이 완성된 후 그림 7과 같이 해상관을 이용하고, 전면 육상에서 7대의 불도저를 이용하여 일정한 속도로 보강매트를 끌어당겼다. 사용된 보강매트의 소재가 폴리에스터에 이어서 그 비붕이 물보다 크므로 끌어당기는 동안 가라않지 않고 (....)하도록 하기 위해서 약 7000개의 2갤론 용량의 물통을 달았다(그림 8). 보강매트가 전면제방까지 완전히 끌어지면서 양쪽 끝단에 앵커를 만들고 물통을 제거하여 보강매트가 서서히 가라앉도록 하였다.
3.5 보강매트 포설후 2차 모래포설
보강매트를 바느질하고 포설하는 동안 실트폰드의 제방 높이를 (+)4.5mACD에서 (+)6.5mACD로 높였다. 보강매트 포설이 완료된 후 수위를 (+)6.0mACD까지 높여 모래살포장비를 이용, 50m구간마다 모래두께 20～40㎝ 정도 되면 다음구간으로 이동하면서 highspot지역이 (+)3.5mACD에 도달 할 때까지 계속 살포하였다. highspot지역에 살포된 모래의 높이가 (+)3.5mACD가 되면 주변의 낮은 지역에 모래를 살포하여 전지역이 (+)3.5mACD가 되도록 하였다. 폰툰이 중복이나 누락 없이 일정한 구간을 계획대로 가는지를 확인하기 위해서 모래를 살포하는 동안은 하루 24시간 DGPS를계속 관측하였다. 또한 모래의 두께가 계획대로 살포되고 있는지를 확인하기위해서 매일 음향탐사를하였다. 그러나 음향탐사는 해저면 높이의 변화를 거의 정확히 측정할 수 있으나 매회 동일한 선을 따라 측정하는 것이 불가능하므로 그로 인한 오차가 발생하였다. 유동성이 큰 연약한 지반이 갑자기 전단파괴가 일어나 살포된 모래층이 가라 앉는 경우는 해저면의 높이의 변화가 크지 않으므로 음향탐사로 그 결과를 판단하기는 쉽지 않다. 이러한 이유들로 인하여 잠수부 3명이 특별히 고안된 측정기구를 이용 전 구역을 50m 구간마다 살포된 모래층의 두꼐를 매링 직접 측정하였다.
평균 해저면이 (+)3.5mACDㅇ[ 도달하였을 때 해상 피에조콤 관입시험을 100m간격으로 실시하여 전지역에 대한 모래두꼐를 재확인하였으며, 그 대표적인 결과를 그림 9에 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 CH 2750부분의 모래두께가 상대적으로 얇아 수위를 강하하였을 때 유효 상재하중의 증가로 인한 지역별 응력차이로 슬러리의 유동이 예상되었으며, 이때 가장 취약한 분출가능지역이 CH 2650～CH 2800으로 판단되었다.
따라서 이 지역에 대한 모래살포를 약 (+)4.8mACD까지 실시하였고, 그 외 지역은 (+)4.0mACD까지 실시하였다. 이와 같이 취약뿐 보강작업을 완료한 후 새로운 폰드 쪽에 연결되어 있는 서쪽제방에 위치한 배수구를 열어 수위를 낮추었으며, 차츰 수쉬가 낮아지면서 약 55만평의 연못이 (+)4.8mACD로 살포된 지역부터 점진적으로 육상이되어갔다. 이후 배수를 계속하면서 윳상이 된 지역부터 수직배수재 타설장비를 투임하여 수직배수재의 타설을 실시하였으며, 원활한 뱃를 위하여 배수로 작을은 병행하였다.
배수작업과 거의 동시에 시작된 수직배수재의 타설이 수위 강하 후 약 45개월여만에 C4지역을 제외한 전지역에 걸쳐완료되었을 때, 최초 (+)4.8mACD로 보강된 CH 2750 지역은 이미 약 2m의 침하가 발생하면서 가장 낮은 지역으로 변하였다.
4.2.4 결론
당 현장에서 모래살포공법을 보강재와 함께 최초로 대규모 현장에 적용하여 실트폰드의 매링ㅂ이 현재 (+)4.0mACD까지 성공적으로 수행 완료하였으며, 현재 지반개량의 일환으로 수직배수제를 실트폰드 전지역에 걸쳐 타설완료하고 뿐적으로 연성토 중에 있다.
이 공법의 성공은 아래와 같은 여러 가지 가능성을 시사하고 있다.
1) 현재 국내외에서 계획중이거나 진행중인 공업단지의 조성, 간척사업, 인공섬 축성 등의 대규모 매립사업과 관련하여 기존의 매립재로인 모래의 비용이 전차 높아져 매립대체 재료로서 점토의 활용방안이 논의되고 있는바, 이러한 목적을 위하여 모래살포공법을 보강재와 함께 적용함으로써 점토로 매립된 초연약지반에서도 강제치환 없이 매립할 수 있어 막대한 비용 절감효과를 기대할 수 있다.
2) 새로운 항로준설이나 기존할로를 유지하기 위한 준설 등으로 야기되는 준설토의 처리과정에서 당현장의 사례를 적용한다면, 준설토릐 투기관정에서 발생할 수 있는 실트분 확산 등의 호나경오염문제를 방지하고 준설토를 매립재료로서 사용하는 이중의 효과를 얻을 수 있다.
당 현장에서 보강재를 이용한 모래살포공법이 성공합으로써 최근에 대두되는 점토의 준설 및 투기로 인한 해상 환경오염문제의 해결과 매립 대체 재료로서 점토의 호라용에 대한 실제 적용 가능한 방안을 제시한 것으로 사료된다.



5. 의견
토목섬유를 이용한 다양한 공법의 개발로 효과적이고 경제적인 시공방법이 전문직
인 기술자들에 의해 제시되고 있으나 아직까지 일반화되지 못하고 있고. 토목기슬자들의 현장적용 경험이 부족하므로 현장시공시에는 전문 기슬자의 자문을 필요로 하고 있는 실정으로, 국내 대부분의 현장에서는 경험이 축적되어 있는 토목섬유 전문업체 (대부분이 납품업체)의 도움을 받아 시공하고 있는 실정이다.
따라서 국내에서의 토목섬유 시공을 보다 효율적으로 하도록 유도하기 위해서는 다음과 같은 연구개발과 시공관리 등이 필요할 것으로 사료된다.
토목섬유의 사용목적롸 공법특성에 적합한 시공방법의 표준화 연구토목섬유가 적용된 각종 구조물의 안정성 평가 및 시공관리를 위해 현장계측을 통한 토목섬유의 장기 거동분석 연구시공효과를 극대화할 수 있는 시공장비와 부속재의 개발 및 보다 간편한 현장 봉합기슬 및 장비의 개발특수한 현장여건에 대처할 수 있는 시공기술과 장비 개발 v) 토목섬유를 사용한 현장 공사보고서 상에 토목섬유에 대한 문제점, 효과분석 및 시공개선 등에 대한 내용이 게재괼 수 있도륵 유도 토목섬유 적용경험이 없는 현장 실무자 (인부 포함)들에게 관련기술 이전 및 시공 시의 감독 철저 유도 한다.
현재 국내 토목섬유 업계의 가장 큰 문제점은 과잉 경쟁에 의한 덤핑행위라고 생
각된다. 실제로 자유경제 시장하에서는 경쟁이 없을 수 없으며 , 얼마간의 이익을 남길 수 있는 범위내에서 제품의 우월성롸 원가 절감, 신공법 개발 등의 기술적인 경쟁이 바람직할 것이다. 그러나 현재 국내에 만연되어 있는 토목섬유의 덤핑행위는 심히 우러할 정도로서 현장에 반입되는 토목섬유의 질적 저하가 예상될 수 있다 따라서 국내 토목섬유의 활성화름 유도하기 위해서는 설계 .시공 기술의 개발롸 함께 과잉 덤핑행위 등을 억제할 수 있는 다음과 같은 제도적인 측면에서의 보완책이 시급히 필요할 것이다.
토목섬유가 각종 토목구조물에 매우 다양하게 적용되고 있으나, 아직까지도 국내
에서는 토목섬유의 역학적 특성과 효과에 대해 모르는 기술자들이 상당수 있으며 , 일부의 토목기술자들 만이 실제로 토목섬유를 접해 본 경험이 있는 것으로 평가되고 있다 이러한 원인은 그동안 토목섬유 생산업체에서 주로 토목섬유가 적용 가능한 현장만을 접촉해 사용해 온 반면 토목섬유에 대한 연구나 성콰발표에는 소흘히 해 온 결과로 사료된다 .
따라서 , 향후 국내 토목섬유 사용의 활성화를 위해서는 차세대 토목기술자들이 될 토목 및 섬유 전공 대학생들을 대상으로 대학교나 전문대학에서의 토목섬유관련 강좌를 개설하는데 힘써야 하고, 기존 토목기술자들의 토목섬유에 대한 인식전환과 기술제고를 위하여 관련 세미나나 워크샾 등을 수시로 개최하도록 노력하여야 할 것이다. 또한 신재료나 신공법의 개발이나 도입시 이들에 관한 기술적 내용을 정리한 기술교재를 널리 배포하여 토목기술자들이 현장여건에 따라 이러한 공법과 재료를 선택할 수 있는 기회를 제공해 주고, 실제 설계에 쉽게 적용할 수 있도록 해 주는 것이 필요할 것이다.
국내에서의 토목섬유 사용에 따른 문제점들을 도출하고 이를 개선하기 위해 필요한 연구나 제도보완 등에 대해 기술했다.
토목섬유에 관한 기술적 사항은 1977년, 1982년, 1986년, 1990년에 개최된 4번의 국제 토목섬유학술회의를 통하여 급속도로 발전하였으며, 그동안의 연구성과로부터 다양한 용도로 사용된 토목섬유의 여러 효과들이 규명되어 일반적인 적용구조물에 대해서는 어느정도 경제적이고 안전한 토목섬유의 설계와 시공방법이 제시되어 있다. 그러나 현장에 반입되는 토목섬유에 대한 검사를 제도적으로 강화시키고, 설계 특성치 보다 좋지 못한 토목섬유가 반입된 경우에는 반품 등 강력한 제재조치를 취하도록 해야 할 것이다.
현장에 반입되는 토목섬유에 대한 검사를 제도적으로 강화시키고, 설계 특성치
보다 좋지 못한 토목섬유가 반입된 경우에는 반품 등 강력한 제재조치를 취하도록
해야 할 것이다.
토목섬유 관련제품에 대한 시공품셈을 제정하고 문제점 등을 파악하여 정기적인
품셈보완 작업이 이루어겨야 할 것이다.
토목섬유 관련제품에 대한 시공품셈을 제정하고 문제점 등을 파악하여 정기적인
품셈보완 작업이 이루어겨야 할 것이다.
토목섬유가 각종 토목구조물에 매우 다양하게 적용되고 있으나, 아직까지도 국내
에서는 토목섬유의 역학적 특성과 효과에 대해 모르는 기술자들이 상당수 있으며 , 일부의 토목기술자들 만이 실제로 토목섬유를 접해 본 경험이 있는 것으로 평가되고 있다 이러한 원인은 그동안 토목섬유 생산업체에서 주로 토목섬유가 적용 가능한 현장만을 접촉해 사용해 온 반면 토목섬유에 대한 연구나 성과발표에는 소흘히 해 온 결과로 사료된다 .
따라서, 향후 국내 토목섬유 사용의 활성화를 위해서는 차세대 토목기술자들이 될 토목 및 섬유 전공 대학생들을 대상으로 대학교나 전문대학에서의 토목섬유관련 강좌를 개설하는데 힘써야 하고, 기존 토목기술자들의 토목섬유에 대한 인식전환과 기술제고를 위하여 관련 세미나나 워크샾 등을 수시로 개최하도록 노력하여야 할 것이다. 또한 신재료나 신공법의 개발이나 도입시 이들에 관한 기술적 내용을 정리한 기술교재를 널리 배포하여 토목기술자들이 현장여건에 따라 이러한 공법과 재료를 선택할 수 있는 기회를 제공해 주고, 실제 설계에 쉽게 적웅할 수 있도록 해 주는 것이 필요할 것이다.
아직까지도 국내의 많은 토목기술자들은 토목섬유의 효과를 분명히 인정하면서도
토목섬유외 사용을 망설이고 있다. 그 이유는 토목섬유의 거동과 역학적 성질에 대한 인식의 부족과 함께 완벽한 토목섬유 설계법이 제시되어 있지 않아 설계 적용에 자신감을 가지고 있지 뭇하기 때문이다. 이와 같이 국내 토목기술자들은 토목섬유를 설계할 때 다음과 같은 이유 때문에 상당한 어려움을 겪게 된다.
*토목섬유 설계에 관한 선진외국의 기술자료들은 무수히 많으나 아직까지 표준화된
설계방법이 제시되어 있지 않으며 , 국내의 경우 그 기술자료들을 비교, 분석하여
국내실정에 적합한 합리적인 설계방법을 제시하지 못하고 있다.
*설계에 필요한 토목섬유의 특성치를 평가하는 실험방법이 전부 규격화되어 있지
못하며, 규격화되어 있는 실험방법도 실제 적용상에 많은 문제를 내포하고 있다.
또한 토목섬유의 특성실험을 수행하여 실험성과를 내주는 공인기관에서도 몇가지
특성치 평가를 위한 적절한 실험장비를 구비하지 뭇하고 있는 실정이다.
*국내 토목섬유 적용실적이 체계적으로 정리되어 있지 않아 유사한 현장여건에도
참고자료로 활용하지 못하고 있다.
또한, 국내 설계 실무자 대부분이 토목섬유에 대한 국내 사용현황 파악 및 관련 교육기회와 현장경험 체득기회를 갖지 못한채 설계에 임하고 있어 , 현 단계에서의 토목섬유의 생산이 블가능한 시방의 제시 및 유사용도 적용 토목섬유 관련 시방의 블일치, 부적절한 토목섬유 설계서 제시 등의 사례가 발생하고 있는 실정이다.
이러한 설계상의 문제점들을 해결하기 위하여 한국지반공학회내에 조직된, 토목섬유 관련 관, 산, 학, 연, 종사자들의 연구모임인 토목섬유 기술위훤회에서는 현재 토목섬유 관련 특성시험 방법들을 재검토하여 국내 여건에 적합한 시험규격 (안)을 제시하려는 노력을 경주하고 있으며 , 이에 발맞춰 국내 토목섬유 특성시험 검정기관에서도 필요한 시험장비들을 신속하게 구비할 계획으로 있다. 이와같은 토목섬유 특성시험의 규격화 연구는 새로운 제품의 개발과 현장조건의 다변화 및 적용에 따른 문제점 해결 등에 적절하게 대응할 수 있도륵 지속적으로 수행되어야 할 것이다
또한 기존 연구자들에 외해 다양하게 제안되어 있는 토목섬유의 설계방법들을 비교, 분석해 봄은 물론 각종 구조물에 적웅된 토목섬유에 대한 장기간의 현장계측 등을 통하여 각종 구조물별로 보다 합리적인 설계방법롸 설계시방서를 제시하는데 심혈을 기울여야 할 것이며, 이를 통해 토목기슬자들이 손쉽게 토목섬유를 설계할 수 있도록 하여 토목섬유의 설계적용에 자신감을 갖도륙 유도하는 것이 필요할 것이다.