KR100374912B1 - 지반개량 공법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반개량 공사의 안정을 도모하기 위하여 경화제를 지중에 분사주입하여 지반을 개량하는 지반 개량공법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 지반 개량공법은 다중분리경로를 갖는 주입로드의 노즐에서 빗각 분사되는 고압수가 교차점에서 절삭에너지를 상실한 상태로 지반절삭 하고, 교란되는 토사를 상기 주입로드를 기초로 상향 분출되는 에어로 밀어올리며, 절삭되어진 토사 내에 시멘트페이스트를 충진하여서 이루어진다. 또한 지반 개량장치는 하나 이상의 분리경로를 가지며 회전 승강작동하는 주입로드와, 상기 주입로드의 소정지점에 부착되며 고압수를 빗각으로 분사하는 제2 및 제3 노즐과, 상기 주입로드의 하단에서 소정의 시멘트페이스트를 분사하는 제1 노즐과, 상기 제2노즐과 제3노즐 사이에 배치되어 에어를 분사하는 제4노즐을 포함한다. 이에 따라 2개의 노즐에서 분사되는 각도를 조절하여 교차점에서 절삭에너지를 소멸시켜 지반의 토질상태에 불구하고 균일한 조성체형성이 가능하면서 점토층에서 조밀한 파쇄가 가능하고, 파일의 강도를 40%증가 할 수 있으며, 폐기물을 현저하게 감소케 하고, 시멘트가 적게 들면서 불필요한 절삭을 생략하여 공사기간을 단축할 수 있는 등의 작업면이나 경제면에서 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

지반개량 공법 및 그 장치{Grouting Method and Apparatus for Selected Chemical}

본 발명은 각종 건축 토목공사에서 기초공사를 함에 있어 지중에 연약지반을개량하기 위한 지반개량 공법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안정을 도모하기 위하여 경화제를 지중에 분사주입하여 지반을 개량하는 지반 개량공법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래의 지반 개량 또는 차수벽의 조성을 위한 지중 주입공법으로서 보오링기 등으로 지중을 일정깊이로 하향 굴착한 다음, 이 굴착공에 그라우트가 토출되는 노즐이 선단에 장착되고 약액주입 로드(Rod)를 장입하여 굴축공 최하부로 부터 그라우팅하며, 로드를 상측으로 상승하면서 순착적으로 그라우팅을 하고 있다.상기와 같은 종래의 공법은 지반의 특수성이 균일하지 않으므로 첨부한 도면 제 1도에서 도시한 바와 같이 경화재(1)의 침투범위가 불균일하게 되는 문제가 있다.

종래의 분사공법은 도 2 에서와 같이 주입로드(5)가 지중에서 삽입되어 노즐(2)(3)로 부터 고압수가 수평으로 소정압력이 분사되는 구조로써, 상단 노즐에서는 물과 에어를 분사하고 하단노즐에서는 시멘트와 에어를 분사하며, 특히 연약층에서는 분사거리가 제어 불능상태로 지나치게 확대되거나, 주변 연약층을 따라 융기가 되며 스라임(Slime)이 과다하게 배출되고 있으며, 재료의 과투입으로 경제적인 손실이 발생되며, 특히 점토층에서는 압축강도가 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 노즐로 부터 분사하는 고압수가 교차되도록 분사하여 교차점이상에서는 절삭력이 상실되도록 하여 균일한 형성체로 절삭을 이루고 조밀한 절삭이 가능하도록 함으로써 교반범위를 세밀하게 하여 고강도 실현을 이루며, 지반의 토질상태에도 불구하고 균일한 조성체 형성이 가능하도록 하는 지반개량공법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 연약지반을 개량하기 위하여 적어도 하나 이상의 약액을 장입한 다중분리경로를 갖는 주입로드의 노즐을 통하여 토출되는 충진재에 의하여 그라우팅되도록 하는 공법에 있어서, 상기 다중분리경로를 갖는 주입로드의 노즐에서 빗각분사되는 고압수가 교차점에서 절삭에너지를 상실한 상태로 지반절삭을 이루게 하고, 절삭되어 교란되는 토사를 상기 주입로드를 기초로 상향 분출되는 에어에 의하여 상부로 밀어올리며 절삭되어진 토사 내에 시멘트페이스트를 충진하여 시멘트기둥체가 성형되도록 구성된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 다중관으로 이루어지는 주입로드를 회전 및 승강작동하여 시멘트기둥체를 성형하는 지반 개량장치에 있어서, 적어도 하나이상의 분리경로를 가지며 회전 및 지반에서 승강작동하는 주입로드와, 상기 주입로드의 소정지점에 부착되며 고압수를 빗각으로 분사하는 제2 및 제3 노즐과, 상기 주입로드의 하단에 설치되는 비트의 상단에서 소정의 시멘트페이스트를 분사하는 제1노즐과, 상기 제2노즐과 제3노즐 사이에 배치되어 상부로 에어를 분사하는 제4노즐을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 제4노즐은 주입로드에 결합되는 플랜지와 상기 상부로 향하여형성된 노즐공과 주입로드에 구비되어 있는 에어이송관을 연결하여서 이루어진다.

도 1 은 종래 공법에 의한 그라우트 침투 상태를 나타내는 예시도이고,

도 2 는 종래 공법에 의한 분사상태의 요부 설명도이고,

도 3 은 본 발명에 따른 시공상황의 전체 설명 구성도이고

도 4 는 본 발명에 의한 시멘트기둥체의 성형상태 요부 구성도이고,

도 5 는 본 발명에 의한 제1,2,3,4노즐의 분사상태의 설명도이고,

도 6은 본 발명에 의한 주입로드의 요부 분해사시도이고

도 7은 본 발명에 의한 제2 및 제3노즐의 분사시 교차점에서 절삭에너지가 소멸되는 상태와 노즐위치에 따라 교차점이 변화되는 상태의 설명도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

10; 주입로드 12; 제2노즐

14; 제3노즐 16; 제4노즐

18; 제1노즐 20; 플랜지

22; 노즐공 24; 에어이송관

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3 은 본 발명에 따른 시공상황의 전체 설명 구성도이고, 도 4 는 본 발명에 의한 시멘트기둥체의 성형상태 요부 구성도이고, 도 5 는 본 발명에 의한 제1,2,3,4노즐의 분사상태의 설명도이다.

이들 도면을 참고하면 본 발명의 지반개량 공법은 다중분리경로를 갖는 주입로드(10)가 마련되고, 상기 주입로드(10)의 소정지점 양측에는 제2 및 제3노즐(12)(14)이 소정거리를 이격된 상태로 설치되어 있으며, 상기 제2 및 제3노즐(12)(14)에서 양측 방향으로 고압수가 빗각 분사되어 교차점에서 절삭에너지를 상실한 상태로 지반절삭을 이루게 된다. 또한 절삭되어 교란되는 토사는 상기 주입로드(10)에 설치되어 있는 제4노즐(16)를 통해 상향 분출되는 에어에 의하여 상부로 밀려 올라간다. 이때 절삭되어진 지사의 토사 내에는 주입로드(10)의 하단 양측에 설치되어 있는 제1노즐(18)을 통하여 시멘트페이스트를 충진하여서 도 4에서와 같이 충진재 침투범위가 일률적인 시멘트기둥체(44)를 성형한다.

본 발명의 지반개량 장치는 지반에 삽입되어 회전 및 승강작동하는 주입로드(10)가 마련되고, 상기 주입로드(10)의 소정지점 양측에 고압수를 빗각으로 분사하는 제2 및 제3 노즐(12)(14)이 마련되어 있으며, 상기 주입로드(10)의 하단에 설치되는 비트(30)의 상단 양측에 설치되는 제1노즐(18)를 통하여 소정의 시멘트페이스트를 분사하도록 되어 있다.

상기 제2노즐(12)과 제3노즐(14) 사이에는 상부로 에어를 분사하는 제4노즐(16)이 배치되어 교란된 토입자가 시멘트와 섞이지 않고 상부로 배출되는 형태로 이루어진다.

또한 상기 제4노즐(16)은 주입로드(10)에 결합되는 플랜지(20)와 상기 상부로 향하여 형성된 노즐공(22)과 주입로드(10)에 마련된 에어이송관(24)를 연결하여 이루어진다.

상기 주입로드(10)는 내부로부터 순차적으로 시멘트페이스트이송관(40)과, 고압수이송관(42)과, 에어이송관(24)이 마련되어 있다.

상기 제1노즐(16)은 시멘트페이스트를 액체비중이 약 2.5~3.0정도로 분사하고 있으며, 제2노즐(12)과의 거리는 약 1.0m 이상 떨어져 있다. 또한 페이스트의 비중이 높고 교반분사노즐과의 거리가 멀어서 분사된 시멘트페이스트는 가라앉게 된다.

상기 제2노즐(12)은 하단에서 상단으로 분사하는 구조로써 에어를 병행하므로써 교란된 토사를 상부로 밀어올리게 분사하게 되고, 물과 에어의 힘으로 절삭력을 높이고 제3노즐(14)과 교차하면서 교반범위를 세밀하게 하여 토사의 덩어리(특히 점토)를 파쇄하여 조밀한 시멘트페이스트를 충진할 수 있어 고강도 실현을 이루게 된다. 또한 제4노즐(16)이 부착되고 있어서 교란된 토립자가 시멘트와 섞이지 않고 상부로 배출되는 에어리프팅(슬러리) 노즐 역할을 이루게 된다. 제4노즐(16)의 영향으로 산업폐기물인 스라임(Slime)의 발생량을 종전 80%에서 10%정도로 극소화 시켰다.

따라서, 제2노즐(12)과 제3노즐(14)이 교차하면서 조밀하게 파쇄되는 토립자는 제4노즐(16)을 통하여 강제적으로 지표 밖으로 배출되는 치환형태의 동공을 형성하며 하단에 형성되어 있는 제1노즐(18)에서 분사되는 시멘트페이스트는 잔여토사와 다소 혼입되면서 균일한 시멘트 기둥체를 형성하게 된다.

도 7은 본 발명에 의한 제2 및 제3노즐의 분사시 교차점에서 절삭에너지가 소멸되는 상태와 노즐위치에 따라 교차점이 변화되는 상태의 설명도이다.

도 7을 보면 제2노즐(12)이 하단에서 상단으로 분사되고, 제3노즐(14)은 수평 또는 상단에서 하단으로 분사되면서 교차점에서 절삭에너지가 소멸되고 교차점을 지난 지점부터 절삭할 수 없므로 균일한 형성체로 토사절삭이 가능하여지며, 2개소의 제2 및 제3노즐(12)(14)에서로 분사되는 고압수로 지반을 절삭함으로 조밀한 단위의 토사까지도 절삭할 수 있게 되고, 특히 점토질 지반에서는 그 효과가 종래의 공법과는 비교할 수 없을 정도로 양호하게 절삭할 수 있다.

또한 주입로드에 배치되는 제2 및 제3노즐(12)(14)의 거리와 각도에 따라 교차점를 변화할 수 있으므로 공사현장의 여건에 따라 필요한 거리와 각도로 노즐을장착하여 양호한 절삭조건을 갖도록 한다.

이상과 같은 본 발명은 2개의 노즐에서 분사되는 각도를 조절하여 교차점에서 절삭에너지를 소멸시켜 지반의 토질상태에 불구하고 균일한 조성체형성이 가능하면서 점토층에서 조밀한 파쇄가 가능하고, 파일의 강도를 40%증가 할 수 있으며, 폐기물을 현저하게 감소케 하고, 시멘트가 적게 들면서 불필요한 절삭을 생략하여 공사기간을 단축할 수 있는 등의 작업면이나 경제면에서 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 연약지반을 개량하기 위하여 적어도 하나 이상의 약액을 장입한 다중분리경로를 갖는 주입로드의 노즐을 통하여 토출되는 그라우트에 의하여 그라우팅되도록 하는 공법에 있어서,

   상기 다중분리경로를 갖는 주입로드의 노즐에서 빗각분사되는 고압수가 교차점에서 절삭에너지를 상실한 상태로 지반절삭을 이루게 하고, 절삭되어 교란되는 토사를 상기 주입로드를 기초로 상향 분출되는 에어에 의하여 상부로 밀어올리며 절삭되어진 토사 내에 시멘트페이스트를 충진하여 시멘트기둥체가 성형되도록 하는 것을 특징으로 하는 지반개량공법.
2. 다중관으로 이루어지는 주입로드를 회전 및 승강작동하여 시멘트기둥체를 성형하는 지반 개량장치에 있어서,

   적어도 하나이상의 분리경로를 가지며 회전 및 지반에서 승강작동하는 주입로드와,

   상기 주입로드의 소정지점에 각각 부착되며 고압수를 빗각으로 분사하는 제2 및 제3 노즐과,

   상기 주입로드의 하단에 설치되는 비트의 상단에서 소정의 시멘트페이스트를 분사하는 제1 노즐과,

   상기 제2노즐과 제3노즐 사이에 배치되어 상부로 에어를 분사하는 제4노즐을포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 지반개량장치.
3. 청구항 2에 있어서;

   상기 제4노즐은 주입로드에 결합되는 플랜지와 상기 상부로 향하여 형성된 노즐공과 주입로드에 구비된 에어이송관을 연결하여서 이루어짐을 특징으로 하는 지반개량장치.