KR100266952B1 - 몰탈을 공급할 수 있는 분사로드 및 이를 이용한 제트 인-시튜파일 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반 굴삭후 로드의 상승과 동시에 파일공 내부로 시멘트 몰탈이나 레미콘 등을 주입하는 제트 인-시튜 파일 공법 및 이 공법에서 사용되는 삼중관 형태의 분사로드에 관한 것으로서, 제1상부 조립체(11)와; 상기 제1상부 조립체(11)와 조립되며, 일지점에는 각각 고압수 공급용 니플(17)과 압축공기 공급용 니플(17a)이 구비된 제1외부 조립체(21)와; 제1상부 조립체(11) 및 제1외부 조립체(21) 사이의 하단부 내측공간(US)에 상단 일부(25a)가 내삽되는 제1중간 조립체 (25)와; 제1중간 조립체(25)의 외측으로 삽입되어서 하부 내면이 제1중간 조립체(25)의 하단부 내면과 접하게 되는 제1연결관(27)과; 제1연결관(27)의 하부에 내설된 결합부(27a)와 나사식으로 체결되는 제1하부 조립체(29)와; 제1하부 조립체(29)의 환상 돌출부(29c)를 상단부 홈(23a)에 외삽하는 제2중간 조립체(23)와; 제2중간 조립체(23)의 하단 돌부(23b)에 용접고정되는 내ㆍ외통체(19,19a)와; 내ㆍ외통체(19,19a) 사이의 하부공간(19b)에 환형 돌부(14a)가 삽착되는 제3중간 조립체(14)와; 제1하부 조립체(29)의 하단부와 나사식으로 결합되는 제2연결관(12)과; 내ㆍ외통체(19,19a) 사이의 하부공간(19b)에 연통되도록 제2연결관(12)에 나사식으로 체결되는 다수개의 2중 분사노즐(15)과; 제2연결관(12)의 하부에 나사식으로 체결되는 드릴 비트(5)로 이루어진 장치로 작업함을 특징으로 한다.

Description

몰탈을 공급할 수 있는 분사로드 및 이를 이용한 제트 인-시튜 파일 공법

본 발명은 지반 개량시 이용되는 제트 인-시튜 파일 공법에 관한 것으로서, 특히 작업지반의 지질층이 점성토층이어도 강도가 높고 균질한 파일을 얻을 수 있도록, 지반 굴삭후 로드의 상승과 동시에 파일공 내부로 시멘트 몰탈이나 레미콘 등을 주입하는 제트 인-시튜 파일(jet in-situ pile)공법 및 이 공법에서 사용되는 삼중관 형태의 분사로드에 관한 것이다.

첨부된 도면중 도 1은 본 발명의 기술분야에서 널리 사용되고 있는 표준형의 제트 그라우팅 파일 공법을 설명하기 위한 개략적인 작업도이다.

도면에서 보는 바와 같이, 종래의 제트 그라우팅 파일(JET GROUTING PILE)공법은 측부 및 하부에 노즐형태의 분사공(52a,52b,52c)이 구비된 분사로드(51)의 선단부 굴삭 비트(bit)(53)로 지중을 굴삭해 들어간 다음, 상기 분사로드(51)를 파일공(54)으로부터 끌어 올리면서 하부의 분사공(52c)을 통해서는 고압의 천공수를 공급하고, 측부에 구비된 분사공(52a,52b)을 통해서는 시멘트 밀크(또는 시켄트 페이스트)를 공급하여 최초에 굴삭해 들어간 파일공(54)의 내부에 시멘트 밀크(55)를 충전하여, 이 시멘트 밀크(55)와 지반 굴삭시 만들어진 토사를 교반하여 파일로 경화시키는 방법이었다.

그러나, 상기의 표준적인 제트 그라우팅 파일 공법에 의하면, 작업지반이 모래층이거나 자갈층, 또는 토사층일 경우에는 매우 효과적이지만, 암반층이나 점성토층에서는 시멘트 밀크가 주변 토양과 전혀 교반되지 않음으로써, 예컨대 점성토층의 경우에 있어서는 맥상주입 현상이 나타나는 단점이 있었다.

첨부도면중 도 2는 종래의 골재첨가식 지반경화제 분사 공법을 설명하기 위한 작업도이다(국내 특허공고 제93-9729호).

이 공법은 비교적 자갈이 적은 지층, 특히 점성토의 토층인 경우에 적용하기 위하여 제안된 것으로써, 앞 끝에 굴삭날(61)과 경화제 분사노즐(62)를 갖춘 분사로드(60)를 작업지반에 삽입한 다음 경화제를 분사하면서 분사로드(60)를 뽑아내도록 된 지반 경화제 분사 공법에 있어서, 상기 분사로드(60)의 앞 끝에 갖춰진 굴삭날(61)을 벌렸다 오므렸다 할 수 있는 비트를 사용하는 한편, 상기 분사로드(60)의 경화제 분사노즐(62)의 뒤쪽에는 끼움용 스토퍼를 형성시켜, 분사로드(60)를 작업지반에 삽입할 때 이 끼움용 스토퍼에 밀려져 상기 분사로드(60)와 일체적으로 작업지반에 삽입될 수 있도록 선단부가 조금 두꺼운 벽체로 되면서 쉽게 파쇄될 수 있는 플라스틱과 같은 재질로 된 골재용 케이싱 파이프(63)를 분사로드(60)에 덮어 씌운 형태로 장착시켜 작업지반을 굴삭한 다음, 지반에 삽입된 분사로드(60)를 뽑아낼 때에는 굴삭날(61)의 비트를 오므려 골재용 케이싱 파이프(63)를 지반중에 남겨둔 채 경화제 분사노즐(62)로부터 경화제를 고압으로 분사하면서 소정속도로 분사로드(60)를 회전시키면서 뽑아내어 골재용 케이싱 파이프(63)가 순차로 파쇄되도록 해서, 파쇄된 케이싱 파이프(63)의 파쇄체가 파일의 골재로 이용되도록 함으로써, 파일 전체의 강도가 일정기준 이상으로 확보될 수 있다는 장점이 있는 반면에, 작업시마다 케이싱 파이프(63)를 분사로드(60)에 외삽하여야 함으로 작업속도가 느리고, 또 고압으로 분사되는 시멘트 밀크에 의해 파쇄되는 상기 케이싱 파이프(63)의 파쇄체의 입자 크기가 일정치 않음으로 균질한 파일을 조성하기 어렵다는 단점이 있었다.

도 3은 종래의 오거머신을 이용하여 콘크리트액을 타설할 수 있는 파일 공법에서 상용되는 콘크리트 타설장치를 개략적으로 도시한 단면도이다(국내 특허공고 제96-1662호).

상기 도면에서 보는 것처럼, 이 경우에는 외주면에 스크류날개(72)가 환설되고 하단에 발톱(73)이 설치된 오거봉(71)을 상측의 축삽지부(74)에 의해 전동기의 축에 끼울 수 있도록 한 것에 있어서, 하우징(76) 내에서 회동하는 커플링(75)의 축(75a)을 축삽지부(74)에 끼우되 하우징(76) 일측에는 유입구(77)를 형성하고 커플링(75)의 주벽에는 유입구(77)와 일치되는 부위에 요홈(78)을 환설한 후 내부의 유통공(80)과 통하도록 통공(79)을 수개 형성하며 오거봉(71)의 내부에는 유통공(80)과 통하는 유통관(81)을 내설하되 그 배출구(82)를 오거봉(71) 하부에 형성하고 커버(83)를 설치하여 구성된 것이었다.

상기 로드를 장착한 오거머신에 의하면, 천공수를 전혀 사용하지 않음으로 오거봉(71)을 박을 때 배토되는 흙의 처리가 용이하고, 또 작업지반에 박은 오거봉(71)이 지반의 구멍 외벽을 막고 있는 상태에서(오거봉이 지반에 박혀 있는 상태에서) 오거봉(71)의 내부에 설치된 유통관(81)을 통해 콘크리트를 주입 분사함과 동시에 오거봉(71)을 뽑아냄으로 종래와 같이 오거봉을 완전히 뽑은 후 콘크리트를 주입시키는 것에 비해 작업이 신속하고 수월하면서도 주입되는 콘크리트에 흙이 별로 섞이지 않게 됨으로써 파일의 강도가 매우 견고하게 된다는 장점이 있는 반면, 작업지반의 종류가 점성토층 또는 모래층과 같이 미세 입자로 이루어진 경우에만 적용이 가능하고, 또한 오거봉(71)의 직경에 따라서 작업지반에 형성되는 파일의 직경이 결정됨으로 전체적으로는 파일 수가 많아지게 되는 단점이 있었다.

첨부된 도면중 도 4는 본원인의 선출원 특허 제97-50808호에 기재된 컴팩션 그라우팅 공법의 개략적인 설명도이다.

상기 도면에서 보는 바와 같이, 이 경우는 고압펌프(33)를 사용하여 미리 준비한 주입 재료(31)를 주입 호스(34)에 주입함으로써, 상기 주입 재료(31)가 주입관(35)을 따라서 작업지반에 천공해 놓은 파일공(36) 내에 충전되게 하여, 이 주입 재료가 단단한 고결체(38)로 되면서 주변 토양을 압밀하여 주변의 지반을 단단하게 강화시키는 것을 특징으로 한 것이다.

그러나, 본원인의 선출원 방법은 점토층이나 모래층 또는 토사층과 같이 밀도가 낮은 지층에 대해서는 굉장히 효과적이지만, 전석층이나 사력층과 같은 고밀도의 지층에서는 주입 재료(31)가 주변의 지반을 압밀시키지 못한 채 파일공 내부에서 고결체로 되기 때문에, 작업지반의 개량효과가 미약하고, 또한 비교적 여타 공법에 비해 비용이 많이 드는 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 상기 토질 개량공법들의 단점을 개선하기 위해 안출된 것으로써, 특히 제트 그라우팅 공법과 컴팩션 그라우팅 공법의 장점만을 발현할 수 있도록 한, 제트 인-시튜 파일 공법에 관한 것이다.

따라서, 본 발명의 토질 개량공법(파일 공법)에 의하면, 비교적 저렴한 비용으로 토질 개량효과가 우수한 파일을 얻을 수 있으며, 또한 토질 개량작업이 가능한 지반의 종류도 여타 공법에 비해 넓다는 이점을 볼 수 있다.

본 발명에서는 이러한 상기의 목적 또는 이점을 얻기 위하여, 예컨데 제트 그라우팅 공법에서 사용되는 분사로드의 중앙부분, 즉 천공수가 주입되는 관로부분의 직경을 2인치 정도의 크기로 만들어 시멘트 밀크(시멘트 페이스트)는 물론 시멘트 몰탈이나 레미콘 등이 비트를 통해 파일공 속으로 주입 가능하게 하고, 분사로드의 측면에 마련되는 분사노즐을 통해서는 고압수와 고압의 공기가 분사되도록 하여 파일공의 직경을 확대시킬 수 있도록 함을 특징으로 한다.

제1도는 종래의 제트 그라우팅 파일 공법을 설명하기 위한 개략적인 작업도.

제2도는 종래의 골재첨가식 지반경화제 분사 공법을 설명하기 위한 작업도.

제3도는 종래의 오거머신을 이용하여 콘크리트액을 타설할 수 있는 파일 공법에서 사용되는 콘크리트 타설장치를 개략적으로 도시한 단면도.

제4도는 본원인의 선출원 특허 제97-50808호에 기재된 컴팩션 그라우팅 공법의 개략적인 설명도.

제5도는 본 발명에 따른 삼중관 형태의 분사로드를 나타내는 종단면도.

제6a도와 제6b도는 각각 A-A선과 B-B선을 따른 단면도.

제7도는 본 발명에 따른 제트 인-시튜 공법의 작업 설명도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 분사로드 2 : 몰탈 주입부

3 : 공기 주입부 4 : 고압수 주입부

5 : 드릴 비트 11 : 제1상부 조립체

12 : 제2연결관 14 : 제3중간 조립체

15 : 2중 분사노즐 17 : 니플

19 : 내통체 21 : 제1외부 조립체

23 : 제2중간 조립체 25 : 제1중간 조립체

27 : 제1연결관 29 : 제1하부 조립체

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 시멘트 몰탈을 공급할 수 있는 분사로드 및 이를 이용한 제트 인-시튜 파일 공법의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면중 도 5와 도 6의(a), 6의(b)는 본 발명의 제트 인-시튜 파일(JET in-situ PILE) 공법에서 사용하는 삼중관 형태의 분사로드를 나타내는 종단면도 및 요부 단면도이다.

상기 도면에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 시멘트 몰탈을 공급할 수 있는 삼중관 형상의 분사로드(1)는, 시멘트 몰탈과 같은 충전재를 주입할 수 있도록,내경이 약 2인치 정도가 되도록 중앙에 몰탈 주입부(2)가 형성되고, 상기 몰탈 주입부(2)의 외측에 다수개의 공기 주입부(3) 및 고압수 주입부(4)가 등간격으로 환설되며, 로드의 하단에는 드릴 비트(5)가 구비된 형태를 이루고 있다.

이러한 분사로드(1)는 파일공을 천공해 들어갈 때, 예컨대 굴삭 깊이에 따라 계속해서 로드들을 연결해 가면서 작업할 수 있도록, 상하단 부분에 서로 대응되는 형상으로 볼트 조립식의 체결구조를 구비할 수도 있다.

이와 같은 구성의 분사로드(1)에 대해 좀 더 상세히 설명하자면, 도면에서 참조되는 것처럼, 내경이 대략 2인치 정도인 제1상부 조립체(11)와; 제1상부 조립체(11)의 외면에 환상으로 돌설된 외측 플랜지(11a)와 턱걸림 대응되는 내측 플랜지(21a)가 상단 내면에 돌설되고, 일지점에 각각 고압수 공급용 니플(17)과 압축공기 공급용 니플(17a)이 구비된 제1외부 조립체(21)와; 제1상부 조립체(11) 및 제1외부 조립체(21)가 조립됨으로써 형성되는 이들 사이의 하단부 내측공간(US)에, 상단 일부(25a)가 내삽되는 제1중간 조립체(25)와; 제1중간 조립체(25)의 외측으로 삽입되어서 상측부(27c)가 제1외부 조립체(21)의 하단부 외측 공간(21b)에 일부 삽설됨과 동시에 하부 내면이 제1중간 조립체(25)의 하단부 내면과 접하게 되는 제1연결관(27)과; 나사 결합부(29b)를 통해, 제1연결관(27)의 하부에 내설된 결합부(27a)와 나사식으로 체결됨과 동시에 상단 중앙의 환상 돌출부(29a)가 제1중간 조립체(25)의 하단 끼움부(25d)에 삽착되는 제1하부 조립체(29)와; 제1하부 조립체(29)의 하단 중앙에 돌설된 환상 돌출부(29c)를 상단부 홈(23a)에 외삽하는 제2중간 조립체(23)와; 제2중간 조립체(23)의 하단 돌부(23b)를 양측에서 협지한 상태로 용접 고정되는 내통체(19) 및 외통체(19a)와; 내ㆍ외통체(19,19a) 사이의 하부공간(19b)에 환형 돌부(14a)가 삽착되는 제3중간 조립체(14)와; 제1하부 조립체(29)의 하단부와 나사식으로 결합되어 제2중간 조립체(23)와 외통체(19a) 및 제3중간 조립체(14)의 외측 부분을 에워싸게 된 제2연결관(12)과; 상기 내ㆍ외통체(19,19a) 사이의 하부공간(19b)에 연통되도록 제2연결관(12)의 일지점에서 나사식으로 관통되어 체결되는 다수개의 2중 분사노즐(15)과; 제2연결관(12)의 하부에 나사식으로 체결되는 드릴 비트(5)로 이루어져 있다.

한편, 상기 제1중간 조립체(25)와 제2중간 조립체(23), 그리고 제1하부 조립체(29)는 도 6의(a)와 6의(b)에서 보는 것처럼, 중앙의 몰탈 주입부(2)를 중심으로 원주를 따라서 다수개의 고압수 주입부(4)와 공기 주입부(3)가 형성되어 있어서, 상기 니플(17,17a)을 통해 본 발명의 분사로드(1)에 고압수와 압축공기를 주입하면, 2중 분사노즐(15)이 장착된 부위까지 기밀 및 액밀상태로 이동하여 고압으로 분사되고, 이때의 분사압력에 의해 파일공의 직경이 넓어지게 된다.

이와 같은 상태에서 본 발명의 분사로드(1)를 파일공(7)에서 뽑아 올리면서 시멘트 몰탈이나 레미콘을 몰탈 주입부(2)를 통해 주입하면, 도 7에서 보는 바와 같이, 연직선상으로 관통되어 있는 내부공간, 즉 몰탈 주입부(2)를 통해 파일공(7)의 하부부터 시멘트 몰탈(CM)이 채워지게 되고, 이때 분사노즐(15)의 상방으로의 이송에 의해, 파일공의 직경이 아랫쪽에서부터 위쪽을 향해 일정한 크기로 확경된다.

이때, 상기 시멘트 몰탈의 재료로서 슬럼프 값이 거의 0인 것을 사용할 경우에는 (본원인의 선출원 특허 제97-50808호애 기재), 주변 토양을 압밀하는 효과도 얻을 수 있어 매우 효과적이게 된다.

이러한 본 발명의 공법을 종래의 제트 그라우팅 공법 및 본원인의 선출원인 컴팩션 그라우팅 공법과 비교한 테이블은 다음과 같다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 분사로드 및 이를 이용한 제트 인-시튜 파일 공법에 따르면, 작업지반이 사력층 또는 전석층일 경우에는 지중에 형성되는 파일의 강도와 균질성이 우수함은 물론 점성토층이거나 사질층이어도 적용이 가능하고, 시멘트 밀크와 시멘트 몰탈 또는 레미콘을 사용할 수 있어 주입재의 종류 선택에 자유롭고, 비교적 저렴하게 시공할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 제트 인-시튜 파일 공법에서 사용하는 분사로드에 있어서, 중공관 형태의 제1상부 조립체(11)와; 제1상부 조립체(11)와 턱걸림 결합하고, 일지점에는 각각 고압수 공급용 니플(17)과 압축공기 공급용 니플(17a)이 구비된 제1외부 조립체(21)와; 제1상부 조립체(11) 및 제1외부 조립체(21) 사이의 하단부 내측 공간(US)에 상단 일부(25a)가 내삽되는 제1중간 조립체(25)와; 제1중간 조립체(25)의 외측으로 삽입되어서 상측부(27c)가 제1외부 조립체(21)의 하단부 외측 공간(21b)에 일부 삽설됨과 동시에 하부 내면이 제1중간 조립체(25)의 하단부 내면과 접하게 되는 제1연결관(27)과; 제1연결관(27)의 하부에 내설된 결합부(27a)와 나사식으로 체결됨과 동시에 상단의 환상 돌출부(29a)가 제1중간 조립체(25)의 하단 끼움부(25d)에 삽착되는 제1하부 조립체(29)와; 제1하부 조립체(29)의 하단에 돌설된 환상 돌출부(29c)를 상단부 홈(23a)에 외삽하는 제2중간 조리체(23)와; 제2중간 조립체(23)의 돌부(23b) 양측에 용접고정되는 내ㆍ외통체(19,19a)와; 내ㆍ외통체(19,19a) 사이의 하부공간(19b)에 환형돌부(14a)가 삽착되는 제3중간 조립체(14)와; 제1하부 조립체(29)의 하단부에 결합되어 제2중간 조립체(23)와 외통체(19a) 및 제3중간 조립체(14)의 외측부분을 에워싸게 된 제2연결관(12)과; 상기 내ㆍ외통체(19,19a) 사이의 하부공간(19b)에 연통되도록 제2연결관(12)의 일지점에서 관통 체결되는 다수개의 2중 분사노즐(15)과; 제2연결관(12)의 하부에 체결되는 드릴비트(5)로 이루어진 것을 특징으로 하는 분사로드.
2. 제트 인-시튜 파일 공법에 있어서, 삼중관 형태의 분사로드(1)의 선단에 장착된 드릴 비트(5)로 작업지반을 굴삭해 들어간 다음, 상기 분사로드(1)의 외주면쪽에 장착된 2중 분사노즐(15)로 고압수와 압축공기를 분사하여 주변의 토사를 밀어내면서 파일공을 확경시키고, 이러한 상태로 분사로드(1)를 뽑아 올림과 동시에, 상기 분사로드(1)의 중앙부분에 형성된 몰탈 주입부(2)를 통해, 상기 파일공 속에 시멘트 몰탈(CM)을 채워서 고강도의 파일로 경화시키는 것을 특징으로 하는 제트 인-시튜 파일 공법.