L.W. 그라우팅

왜 배우는가: L.W. 그라우팅은 H-Pile 토류벽의 차수·지반 보강에 쓰이는 약액주입 공법으로, 건축시공기술사 시험에서 1교시 용어와 2교시 하자 논술로 함께 출제된다. 흙막이 하자의 원인과 대책을 설명할 때 근거가 되는 공법이므로 개념 정의와 등장 배경을 정확히 알아야 한다.

출제 이력: 제99회 1교시 4번, 제91회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

L.W. 그라우팅은 물유리(규산소다)계 약액을 지반에 주입하여 간극을 채우고 고결시켜 차수와 지반 강도를 확보하는 약액주입 공법이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• L.W. 그라우팅(Labiles Wasserglass Grouting)
• 물유리(규산소다, Sodium Silicate)
• 경화제(염화칼슘 등)
• 약액주입공법(Chemical Grouting)
• 차수(Water Cut-off)
• H-Pile 토류벽
• 지반 고결
• 주입압력

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 흙 속의 빈틈에 액체를 밀어 넣어 굳히는 공법이다. 굴착 중 지하수가 흙막이 안으로 들어오는 것을 막거나, 흙의 강도를 높이기 위해 쓴다.

정식 정의는 다음과 같다. 약액주입공법은 지반의 공극·균열에 주입재를 가압 주입하여 차수성과 강도를 개선하는 지반개량 공법이다. L.W. 그라우팅은 이 중 물유리계 용액형 주입재를 쓰는 방식이다. 물유리 용액에 경화제를 따로 주입하면 지중에서 혼합되어 겔(gel)이 형성되고 고결된다.

핵심 용어를 풀면 다음과 같다. 물유리는 규산나트륨 수용액으로 점성이 낮아 세립 간극까지 침투한다. 경화제는 물유리의 겔화를 일으키는 반응물로, 염화칼슘이 대표적이다. 겔화 시간은 약액이 응결하기까지의 시간으로, 현장 조건에 맞춰 조정한다. 물유리계 약액은 시멘트계에 비해 입자가 없어 미세한 모래 간극에도 침투하는 것이 특징이다.

3. 등장 배경과 필요성

주입공법은 프랑스의 Charles Berigny가 1802년 Dieppe 항의 세굴된 석조 수문을 보수하면서 처음 시도한 것으로 알려져 있다. 이때 점토 슬러리와 천연시멘트(포졸란)를 자갈 지반에 주입하여 지반주입의 시초가 되었다. 이후 1886년 독일의 Jeziorsky가 물유리와 염화칼슘을 별도로 주입하는 용액형 주입을 시도하였다. 이것이 물유리계 약액주입의 출발점이다.

도심지 굴착에서는 지하수 유입과 토사 유실로 인한 흙막이 하자가 빈번하다. 시멘트 현탁액은 미세 간극에 침투하기 어려워 차수 효과가 제한된다. 이에 따라 점성이 낮고 침투성이 좋은 물유리계 약액이 적용 대상으로 부각되었다. H-Pile 토류벽 배면의 지수와 보강이 필요한 구간에서 L.W. 그라우팅이 쓰인다.

현장에서 주입재 유출은 주변 구조물 침하와 지반 교란을 일으키므로 주입 압력과 주입량을 관리하는 것이 필수적이다. 이 점이 공법 선택과 하자 대책에서 중요하게 다뤄진다.

4. 구성요소·원리·절차

L.W. 그라우팅(LW Grouting)은 물유리(규산소다)를 주재로 하는 약액주입공법의 한 종류다. 주입재가 지반 공극에 침투하여 겔(gel)로 고결되면서 투수성을 낮추고 지반 강도를 높인다. 흙막이 현장에서는 H-Pile 사이 배면 지반의 차수와 지반 고결을 목적으로 쓴다. 구성요소는 다음 표와 같다.

원리는 이중 용액 반응이다. 물유리와 경화제를 따로 또는 근접해 주입하면 지중에서 혼합되어 규산 겔이 생성된다. 겔이 공극을 채워 투수계수를 낮춘다. 반응이 빠르면 주입이 짧은 구간에 머물고, 느리면 넓게 퍼진다. 따라서 겔화 시간 조절이 시공 품질을 좌우한다.

LW 그라우팅은 물유리 겔로 공극을 막아 차수와 고결을 동시에 얻는 약액주입공법이다.

절차는 다음과 같다.

• 주입공 천공 및 주입 위치·깊이 확인
• 주입 전 시험 주입으로 겔화 시간과 주입압 확인
• 주입재 배합(물유리 농도, 경화제 비율 확정)
• 단계별 주입(상부에서 하부 또는 설계 순서 준수)
• 주입량·주입압 기록 및 주변 지반 변위 계측
• 확인 시추 또는 투수시험으로 차수 효과 검증

주입량은 대략 다음 식으로 산정한다.

$V = \pi r^2 L \cdot n \cdot \alpha$

여기서 V는 주입 체적(㎥), r은 주입 반경(m), L은 주입 길이(m), n은 지반 간극률, \alpha는 주입 효율 계수다. 주입 효율 계수는 지반 상태와 시공 조건에 따라 달라지므로 현장 시험 주입으로 정한다.

5. 관련 법령·기준·표준

L.W. 그라우팅은 별도 단독 법령보다 약액주입공법의 일반 기준 체계에 속한다. 흙막이 설계와 시공은 「건설기술 진흥법」과 「산업안전보건기준에 관한 규칙」의 굴착·흙막이 규정을 따른다. 토목공사 표준시방서의 그라우팅 항목도 함께 적용한다. 기준값은 아래 표로 정리한다.

표의 값 중 차수 목표값은 실무에서 널리 쓰이는 수준이며, 현장 조건에 따라 설계자가 정한다. 주입압과 계측 기준은 현장별 설계값을 우선한다.

이 공법의 현행 기준은 「건설기술 진흥법」에 따른 설계·시공 기준과 공사 시방서다. 흙막이 계측은 설계 허용치를 넘으면 공사를 중지하고 원인을 분석해야 한다.

LW 배합 물유리 농도는 시험 주입으로 정함

차수, 고결, 겔화 시간, 주입압, 투수계수를 답안에 반드시 쓴다.

6. 유형과 비교

L.W. 그라우팅은 주입재의 종류와 주입 방식에 따라 여러 유형으로 나뉜다. 기존 L.W. 공법은 규산소다(물유리)계 용액형 주입재를 쓰며, 개량형은 시멘트 계열 재료로 강도와 내구성을 보완한다. 아래 표는 유형별 특징을 비교한다.

개량형은 기존 L.W. 대비 강도와 유출 억제 측면에서 개선된 결과를 보인다. 단, 개발 배합의 수치는 현장 시험 한 건의 결과이므로 적용 조건은 설계 단계에서 확인해야 한다.