26. 모래다짐말뚝(sand compaction pile)

   가. 개요

 모래다짐말뚝은 지반(사질토 및 점성토)에 진동에 의해 모래(입상재료)를 압입하여 조성된 다짐말뚝(sand compaction pile, 이하 SCP라 함)을 말하며, 지반개량공법의 이름으로 사용되는 경우도 있다. 사질토지반에서는 다짐(밀도증가)에 의해 점성토지반에서는 SCP와 주위 점성토로 구성된 복합지반으로서 각각 지반의 안정을 도모한다.

대상 지반에 관계치 않고 단일 장비로 시공되며 영어로는 compacted sand pile, sand column 등으로 불리우기도 한다.

지반개량은 개량원리에 의해 치환, 밀도증가(다짐 또는 압밀), 고결방법으로 대별된다. 이들 개량법의 발전은 치환법, 밀도증가법 순으로 발전하였고 고결법이 본격적으로 개발되고 있는 단계인데 현재는 치환, 밀도증가법에 속하는 공법들이 주류를 이루고 있다. 적용상황으로 보면 육상, 항만공사에서 밀도증가법의 주체가 되는 버티컬드레인공법(모래치환율 4%이하)와 SCP 공법(모래치환율 5%이상)이 전체공법에 90∼95%를 점유하며, 항만공사에서는 치환공법이 여기에 포함되어 있다. SCP 공법은 1970∼1980년에 최고로 발전한 공법으로서 당분간은 이같은 상황이 계속되리라 생각된다.

   나. 공법의 특징

 통상 대상지반(사질토 또는 점성토)과 개량목적(지지력, 침하, 액상화)에 맞는 공법이 선정되야 하며 SCP 공법은 대상지반에 구애받지 않고 개량목적에 따라 다음과 같은 특징이 있으므로 타공법에 비하여 적용범위가 넓다.

① 개량원인 : 사질토에서는 SCP, 바이브로플로테이션, 점성토에서는 샌드드레인과 같은 기능을 발휘한다.

② 시공 : 보통 지반은 단일 토층으로 이루어진 경우가 적고, 호층이나 복잡한 토층(매립토, 특수토 등)이 많으나 임의의 범위와 심도에서 자유로이 샌드드레인으로 바꿀 수 있다.

   다. 공법의 발달과정

 지지체로서 모래말뚝은 1830∼1850년에 유럽에서 보급된 Compressor pile 이 최초라 할 수 있다. 이는 1900년대 초기에 케이싱을 사용한 Franki gravel pile과 현장타설 콘크리트 방법을 응용한 낙추식(hammering)의 시공이었으나, 시공 능률이 떨어져 그 후 발전되지 않았다. 한편 말뚝(목재, 콘크리트)을 많이 타설하여 사질토지반을 다지는 Compaction pile 이 예부터 소규몰로 사용되어 왔으나 모래다짐말뚝공법으로 정립된 것은 최근의 일이다. 낙추식공법은 시공상 기계손상, 모래말뚝 조성의 어려움, 진동 소음등의 문제로 적용가치가 낮았으나 진동식 다짐장비가 개발되면서 그 활용도가 확대되었다.

현재 사용되고 있는 SCP공법의 시공순서는 그림 26-1과 같으며, 그 후 강제치환방식(모래치환율 70%이상)으로 진전되고 오염 등의 문제를 포함한 준설치환공법의 대체로 널리 적용하게 되었다.

현재는 진동식과 이들이 발전한 선단확공방식, 선단진동확공방식으로 시공되고 있다.

   라. 현행 설계의 성립과 배경

 초기의 이론적인 고찰은 村山(1975년)의 발표로서 이 때 SCP란 용어가 처음으로 사용되었다. 谷本(1960년)을 거쳐 村山의 점성토에 대한 고찰에서 이론적인 기반을 얻었다. 그 후 각종 현장 및 실내시험과 실제공사를 통하여 현행 설계방법이 성립되었다.

그 경위는 예를 들면 샌드드레인(샌드파일이 아님)과 같은 이론(압밀)의 성립으로 실제로 적용된 것과는 달리 실제 시공효과와 이에 병행한 연구로부터의 경험식이 활용되고 있다.

1965년 이후 유럽에서 출현한 바이브로플로테이션파일, 바이브로리프레이스먼트(vibro-replacement), 패킹 콤팩션(packing-compaction) 등의 바이브로플로테이션의 부산물인 용어와 1980년경 미국에서 출현한 스톤컬럼(stone column) 등을 보면 이같은 공법의 적극적인 연구와 적용은 필요하다.

   마. 복합지반으로서의 특징

 점성토지반에 적용하는 경우는 복합지반이 형성되므로 많은 기술적인 과제가 요구된다. SCP와 그 주위의 점성토는 물리적 역학적 특성이 다르고 재하응력은 SCP에 집중된다. 복합지반으로서의 특성(그림26-2)은 SCP의 응력집중, SCP 주위 점성토에 대한 샌드드레인 및 이들의 상호보완의 기능이다.

그 효과는 SCP의 지지력과 주위 점성토의 압밀증가강도 및 압밀강도에 의한 SCP의 지지력 증가와의 복합이다. 이 압밀특성을 드레인 웰으 입장에서 보면 표 26-1과 같이 취급할 수 있다.

1960년대 후반에 버티컬드레인의 유효성에 대한 논의에서 시공시 점성토 교란이 SCP도 같은 문제로 지적되었다. 그러나 교란 정도는 획일적으로 평가할 수 없고 각각 조건에 따라 판단하여야 하며, 통상 1∼3개월 방치 기간을 두면 교란은 재하시 조건으로 회복된다고 취급하는 경우가 많다.