연약지반 배수공법 총정리! (종류, 원리, 딥웰, 웰포인트, 진공, 수평배수, 전기침투법)

오늘은 배수공법의 종류와 원리, 그리고 각 공법별 자세한 원리와 내용들에 대해 포스팅 하였습니다.

 

 

 

 

 

 

배수공법 이란?

 

배수공법은 특정 위치에서 물을 제거하는 과정을 말합니다. 이는 습식 분류, 원심 분리, 여과 등 다양한 공정을 통해 수행될 수 있으며, 주로 연약지반 현장의 토질 개선의 목적으로 사용됩니다.

 

 

배수 또는 탈수 공법은 펌핑이나 증발 등을 통해 강바닥, 건설 현장, 케이슨 또는 광산 갱도 등에서 지하수나 지표수를 제거하는 것을 의미하는 일반적인 용어입니다. 건설 현장에서는 지하 굴착을 진행하기 전에 기초, 버팀목, 지하실 공간 등을 위해 이러한 배수공법을 수행하여 지하수위를 낮추며 지반을 개량할 수 있습니다.

 

 

2018년에 국제 비즈니스 리서치 회사인 Visiongain은 전 세계 배수 펌프 시장을 64억 달러로 평가했습니다. ↓

Global Dewatering Pump Market to be valued at $6.4 billion in 2018

 

 

배수공법의 종류

1. 연직배수 공법
     1) 딥웰 공법
     2) 웰포인트 공법
     3) 진공 딥웰 공법
2. 수평배수 공법
3. 전기침투(전기삼투압) 공법

 

 

 

 

딥웰 공법 (Deep-well)

 

딥웰 공법은 파이프 라인, 기초, 지하실 등을 굴착하기 전에 필요한 경우가 많습니다. 딥웰공법은 굴착 과정에서의 사면의 경사를 안정시키고, 지하 시설의 기초를 적절히 다질 수 있도록 도와줍니다.

 

딥웰 공법은 프로젝트 요구 사항에 따라 굴착 예정 지역 주변에서 일정 간격(일반적으로 약 20미터)으로 우물을 시추하여 진행됩니다.

우물 안에는 파이프가 부착된 전기 수중 펌프가 내려가게 됩니다. 이 수중 펌프는 일반적으로 작은 직경으로 제작되며, 필요한 유량에 맞게 일반적으로 12~35cm 정도로 조정됩니다. 펌프는 물이 자유롭게 흐를 수 있도록 스크린 안쪽에 위치하여 사용됩니다. 이 때 스크린은 슬러지가 펌프로 흘러들어와 배수구를 막는 등의 문제점을 개선하기 위해 사용됩니다.

 

딥웰공법 적용시에는 최초 시추한 우물의 수량, 깊이, 수문 지질학적 조건에 따라 적절한 압력 조절이 이루어질 수 있습니다. 일반적으로 모래와 같이 투과성이 중간 정도인 토양이나 굴착(5m 이상)이 비교적 깊은 자갈과 같이 투과성이 높은 토양 또는 암석에 적합합니다. 5m 이하의 얕은 굴착의 경우에는 웰포인트 탈수 방법이 적합할 수 있습니다.

 

 

 

진공 딥웰 공법 (Vacuum Deep-well)

토양 투과성이 낮은 곳에서는 우물을 밀봉하고 내부를 진공으로 만들어 배수공법의 전반적인 효율저하를 개선하는 것이 일반적입니다. 보고에 따르면 배수 효율이 낮은 우물에 진공을 적용하면 추출 속도를 50%까지 향상시킬 수 있습니다. 심도가 45~50m를 초과하는 경우 일반적으로 진공 딥웰을 적용하도록 하고 있습니다.

침하 우려 또는 오염 물질 이동 위험으로 인해 원격지 외부에서 추출을 최소화해야 하는 경우, 재충전 또는 재주입 우물을 사용하여 지상으로 물을 재충전할 수 있습니다. 이러한 우물은 설계상 심층수와 매우 유사하지만 다른 지층으로 물을 재충전하는 경우가 많습니다.

 

진공 딥웰은 투수계수가 1x10^-5 m/s ~ 1x10^-7 m/s 범위에 해당하는 대수층에서 효과적으로 작동합니다. 이러한 딥웰은 최대 50m의 깊이까지 시추할 수 있는 직경 324mm 또는 700mm의 시추공을 사용하여 설치됩니다. 시추 공법은 직경, 현장의 지질적 특성 및 의도된 깊이에 따라 케이싱 드릴링 또는 로터리 드릴링 방법을 선택하여 시추공을 설치합니다.

 

 

 

웰포인트 공법 (Well-point)

일반적인 웰포인트 배수 시스템은 굴착 주변이나 굴착과 평행한 적절한 간격과 깊이에 여러 개의 계획된 웰포인트로 구성됩니다. 이러한 웰포인트는 고압 분사 기술을 사용하여 지반에 삽입됩니다. 웰포인트는 연직 배관을 통해 지표면과 연결되고, 플렉스보우를 통해 Suction Header Pipe 에 차례로 연결됩니다.

 

플렉스보우에는 유입되는 공기와 물을 제어할 수 있는 조절식 밸브가 통합되어 있어 전반적인 시스템의 진공 상태를 일정하게 유지하고, 물을 효율적으로 지상으로 끌어올릴 수 있습니다.

 

Suction Header Pipe는 Dewatering Pump에 연결되고, 그 후에는 수처리 시스템을 통과하여 배출됩니다.

 

 

 

수평배수 공법 (Horizontal Dewatering)

 

수평 배수는 일반적으로 철도, 고속도로 등의 선형 구조물에서 얕은 프로젝트나 길고 좁은 굴착 작업에 사용됩니다. 현지 조건에 따라 다르지만, 최대 6미터 깊이로 현장 주변에 직경 80~100mm의 배수 라인을 설치하여 배수합니다.

 

배수용 트렌치는 회전식 절단 체인이 장착된 트렌칭 기계(또는 "트렌처")를 사용하여 약 30cm 폭의 트렌치를 원하는 깊이까지 굴착합니다. 굴착 시에는 트렌치 바닥에 배수관을 설치하고 다시 채워넣습니다.

 

대수층(물을 함유한 투수성 암석의 지하층)의 투수성이 낮은 경우, 필터 자갈로 채워 배수 능력을 높일 수 있습니다. 그런 다음 설치된 배수관은 진공 피스톤 펌프에 연결되어 물을 이송하는 데 필요한 음압 구배를 생성합니다. 이렇게 수집된 지하수는 진공 피스톤 펌프를 통해 배출 라인으로 이송되어 적절한 배출 지점으로 이동됩니다.

수평 배수는 인력을 적게 필요로 하기 때문에 비용 측면에서 저렴한 장점이 있으나, 국내에서는 토질 특성이 수평 배수에 적합하지 않다고 여겨져 거의 사용되지 않고 있습니다. 그러나 수평 배수는 별도의 배관이 필요하지 않기 때문에 굴착을 시작할 때 방해물이 없어 프로젝트 관리와 작업 완료를 원활히 할 수 있으며, 현장의 안전 위험을 줄이는 데도 도움이 됩니다.

 

다만, 수평 탈수 작업을 위해 필요한 굴착기의 크기가 크기 때문에 소규모 프로젝트에는 적용하기 어려운 단점이 있습니다.

 

 

 

 

 

전기침투공법, 전기삼투압공법

(영어로, electro osmosis)

 

전기 침투 공법은 실트분이나 점토 등 투수성이 낮은 지반에서 물의 흐름을 촉진하여 집수 효과를 높이는 공법입니다. 이 방법은 지반에 전기적인 에너지를 가하여 지반을 개량하는 것을 목표로 합니다.

 

전기 침투 공법은 전극을 지반에 삽입하고 전기 전압을 가하여 토양 내의 이온 이동을 유발합니다. 이온 이동은 토양 입자와 입자 사이의 간극을 개방시켜 투수성을 향상시키는데 기여합니다. 이를 통해 토양 내의 물의 이동이 원활해지고, 집수 효과를 향상시킬 수 있습니다.

전기 침투 공법은 토양 특성에 따라 적용 가능한 경우가 있으며, 특히 투수 계수가 작아서 기존의 탈수 공법이 효과적이지 않은 경우에 유용합니다. 그러나 전기 침투 공법은 전기 장비와 전극의 설치가 필요하므로 적용에는 추가 비용과 기술적인 요구사항이 따르기 때문에 연직배수 공법에 밀려 잘 사용되지 않는 추세입니다.

 

 

전기 삼투압 원리에 대한 자세한 내용은 아래 링크 참조

Electro-osmosis - Wikipedia