Abstract
Pressure-injected grout technique is variously applied to many civil structures. However, most designs of the pressure-injected grout technique have empirically been carried out, because of complicated mechanisms associated with the behavior of surrounding soils and the hardening process of cement grouts. In this study, mainly pursuing an efficient application of the pressure-injected grout technique to the soil nailing system, analytical equations to quantitatively estimate expanded radius of cement grout due to pressure injection are proposed. In this process, both elastic and elasto-plastic behaviors of surrounding soils are considered, and both critical and limit injection pressures are determined to define hydrofractures in soils. Also, to verify the applicability of proposed equations, laboratory model tests are carried out. Expansion pressure acting at cylindrical surface of the bore-hole and expanded radii of cement grouts under different injection pressures are compared with those predicted from the Kleyner's equation as well as the proposed equations. Scale effect of the model test equipment is further analyzed using the $FLAC^{3D}$ program. Finally, an illustrative example of soil nailing system is given to examine the effect of pressure-injected grout technique on stability.
압력분사 그라우팅은 여러 토목관련 구조물에 다양하게 적용되고 있다. 그러나 압력분사 그라우팅의 경우주변지반의 거동 및 그라우팅체의 고결과정 등 복잡한 메카니즘으로 인해, 현재까지는 대부분 경험적인 접근방식을 토대로 설계가 이루어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 중력식 시멘트 그라우팅이 주로 적용되는 쏘일네일링 공법에, 압력분사 그라우팅 방식을 효율적으로 적용하기 위한 궁극적인 목적을 위해, 우선 압력분사로 인한 확공부분 즉 주입압에 따라 지반내부에서 실질적으로 형성되는 시멘트 그라우팅체의 크기를 정량적으로 평가할 수 있는 식을 제시하였다. 이를 위해 탄 소성 지반거동 상태 및 수압파쇄현상 등을 정의하는 임계주입압 및 한계주입압에 대한 결정이 이루어 졌고, Kleyner 등이 제시한 시멘트 그라우팅체의 압밀모델이 이용되었다. 또한 실내 압력분사 그라우팅 실험장치를 제작하여, 팽창압으로 정의되는 천공면 주변에서의 압력과 주입압에 따른 시멘트 그라우팅체의 직경 등을 직접 측정하였으며, 측정결과를 제안된 식에 의한 예측치와 서로 비교하여 그 적합성을 분석하였다. 이 과정에서 실내실험에 사용된 강재토조의 구속영향 정도를 $FLAC^{3D}$ 프로그램을 이용하여 정량적으로 분석하였으며, 쏘일네일링 공법에 압력분사방식을 적용할 경우 이에 대한 효용성을 설계예제를 통해 분석하였다.