KR100379076B1 - 연약지반 강화방법 - Google Patents

Abstract

종래의 경화액주입식 연약지반 강화방법에서 야기되고 있는 다량의 점토 및 경화재액이 함유된 흙탕물의 배출로 인한 공해요인을 해소함과 더불어 유효한 지중 고결체를 쉽게 형성하기 위해 발명한 것으로,

지반토(G)에 천공한 구멍(1)에다 포대(4)와 다공관으로 된 외주입관(5) 및 앞끝부분이 다공관부분(6a)으로 되고서 이 다공관부분(6a)의 외주 상하단부에 패커(6b)가 갖춰진 내주입관(5)을 차례로 삽입한 상태에서, 이 내주입관(6)을 통해 소정 직경 이하의 골재성분이 혼합된 경화재(7)를 고압으로 주입하여, 주입된 경화재(7)가 상기 상하단 패커(6b) 사이의 영역에서 내주입관(6)의 관통공(6a)과 외주입관(5)의 관통공(5a)을 통과해서 구멍(1) 내의 포대(4) 속으로 분출되고, 이렇게 포대(4) 속으로 분출되는 고압의 경화재압력에 의해 구멍(1)의 직경이 넓혀지면서 큰 직경의 기둥형상 지하고결체가 만들어질 수 있게 됨으로써 연약지반을 효과적으로 강화할 수 있게 된다.

Description

연약지반 강화방법 {Method for Reinforcing Poor Ground}

본 발명은 연약지반 개량방법에 관한 것으로, 특히 지반에 천공된 구멍 내로 경화재를 지반토와 섞이지 않도록 주입함과 더불어 경화재의 중력 및 주입압력에 의해 늘어날 수 있도록 된 포대를 삽입하여 경화재의 주입량 및 형상을 제어할 수 있도록 된 연약지반 강화방법에 관한 것이다.

종래에도 연약지반을 개량하거나 강화하기 위한 여러가지 방법이 제안되어 있는바, 그들 대부분은 지반에다 직경이 크지 않은 구멍을 뚫고서 거기에다 물과 경화재, 또는 공기와 물 및 경화재를 고압으로 주입하는 방법을 택하고 있다, 즉, 주입되어 노즐을 통해 분출되는 고압수에 의해 지반토에 뚫어놓은 구멍주변의 점토성분이 제거되도록 한 후, 점토성분이 제거된 상태의 지반토의 골재성분에 역시 주입되어 노즐을 통해 분출되는 경화재액이 혼합되도록 함으로써, 지중에 기둥형상 고결체가 형성되어 연약지반을 개량하도록 하고 있다. 요컨대 종래의 연약지반 개량방법은 지반개량재로 대부분 액상물을 사용하면서 고결체의 골재성분으로는 지반토 자체의 모래나 자갈을 이용하도록 되어 있다.

그러나, 상기와 같이 액상의 경화재를 고압으로 주입하는 연약지반 개량방법에서는, 고압수 등으로 지반토의 점토성분을 굴삭한 다음 이를 지상으로 밀어올림과 동시에 고압수의 주입과 동시적으로 주입되는 액상의 경화재를 모래나 자갈과 혼합시켜 기둥형태의 고결체를 지중에 형성하도록 하고 있기 때문에, 지상으로 미려오라오는 막대한 양의 점토성 흙탕물의 처리가 큰 문제로 되고 있을 뿐만 아니라, 특히 점토성분의 배출과 경화재의주입이 동시적으로 행해지기 때문에 필연적으로 상기 지상으로 배출되는 흙탕물에 예컨대 경화재로서의 시멘트액 같은 것이 다량 혼합될 수 밖에 없어 공해방지라는 측면에서도 문제가 없지 않았다.

또한, 종래의 방법은 복잡하게 퇴적된 지반이나 얇은 층이 많이 적층되어 이루어진 지반에서는 지반층의 경계를 따라 경화재가 빠져나가는 경우도 있게 되어 목적을 달성하기가 쉽지 않고, 특히 사질토지반인 경우에는 고결체가 마치 감자뿌리와 같은 형태로 만들어지기도 하여 역시 목적하는 결과를 얻기가 어려웠다.

이에 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 발명한 것으로, 모래 및 소정규격 이하의 자갈과 모래성분이 액상의 경화재와 혼합된 경화재를 지반내로 주입함에 있어 지반중에서 경화재가 포대에 담겨지는 상태가 되도록 해서, 공해성 배출수의 다량배출로 인한 공해문제가 일어나지 않음과 더불어, 지반토 내에 목적으로 하는 고결체가 형성되도록 하는 연약지반 강화방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 준비단계 작업인 천공작업과정을 개략적으로 나타낸 도면,

도 2는 제1단계에서 천공된 구멍 내에 경화재제어용 포대와 외주입관이 삽입된 상태를 나타낸 단면도,

도 3은 도2에서의 외주입관 내에 내주입관이 삽입된 상태를 나타낸 단면도.

도 4는 내부관을 통해 1단계 경화재가 주입되는 상태를 나타낸 설명도,

도 5는 3단계 경화재주입이 끝나고 3단계 경화재가 주입되는 상태를 나타낸 설명도,

도 6은 경화재주입이 끝나 내주입관이 완전히 제거된 상태를 나타낸 설명도이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 작업할 장소의 지반에다 천공기로 소정 직경의 구멍을 천공한 다음, 이 구멍 내에 외부쪽에서부터 차례로 경화재가 담겨질 포대와 외주입관 및 내주입관을 삽입ㆍ설치한 상태에서, 상기 내주입관을 통해 경화재를 소정의 압력으로 주입하면서 내주입관을 단계적으로 상승시켜, 이 내주입관을 통해 주입되는 경화재가 내주입관의 하단부분 측벽에 형성된 관통공을 통해 분출되어 포대 속으로 강한 압력으로 투입되도록 함으로써, 지반경화재가 포대의 내부에 수용된 상태에서 강한 압력으로 지반토를 옆으로 밀어 지반토에 구멍 보다 훨씬 확경된 직경의 고결체가 형성되도록 하여 연약지반을 효과적으로 강화할 수 있도록 되어 있다.

이하 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명을 실시하기 위한 준비작업으로서 지반토에다 구멍(1)을 천공하는 과정을 나타낸 것으로, 다량의 점토성분이 함유된 연약한 지반을 가진 장소에다 천공기(2)로 소정의 직경과 깊이를 가진 구멍(1)을 천공한다. 이 경우, 본 발명에서는 구멍(1)을 천공함에 있어 천공되는 구멍(1)의 깊이가 깊지 않고 직경도 비교적 크기 때문에 주로 도 1에 도시된 것과 같은 천공로드(2a)에 스크류날(3)이 회전하면서 천공하는 스크류식 천공기(2)를 사용하지만, 그 외에 회전수세식 천공기 등을 사용하여 천공하여도 됨은 물론이다.

이렇게 해서 천공해놓은 지반토의 구멍(1)에는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 경화재제어용 포대(4)와 이 포대(4)의 내부에 외주입관(5)을 함께 삽입하는바, 이때 상기 외주입관(5)은 상기 구멍(1)의 깊이에 맞춰 그 상단부가 지상으로 조금 돌출된 상태가 되도록 삽입한다. 또, 상기 포대(4)를 삽입하는 방법으로는 포대(4) 내에 외주입관(5)이 끼위진 상태가 되도록 해서 구멍(1) 내로 삽입하여 포대(4)가 외주입관(5)의 앞끝에 걸려진 상태에서 함께 구멍(1) 내로 진입하여 삽입되도록 한다. 여기서, 상기 포대(4)의 재질로는 고압으로 주입되는 경화재(7)의 압력을 충분히 감내할 수 있는 한편 그 자체가 어느 정도의 신축성도 갖도록 하여야 하므로, 경화재의 주입압력에 따른 고결체의 확경형성에 대응할 수 있는 합성수지제 포대를 사용하게 된다.

이와 같이 포대(4) 및 외주입관(5)을 지반토에 천공된 구멍(1)에 삽입한 다음 외주입관(5) 내에 내주입관(6)을 삽입하면 경화재(7)를 주입할 수 있는 상태가 된다. 이때 상기 외주입관(5) 내에 삽입되는 내주입관(6)은, 도 3에서 볼 수 있듯이 앞끝부분 일정 길이만큼이 관통공(6a)이 뚫린 다공벽을 이루면서 이 다공벽부분의 상단 및 하단부에 내주입관(6)의 외주면에서 바깥쪽으로 환형으로 돌출되어 외주입관(5)의 내주면과 접촉하게 되는 플렌지형상의 패커(Packer; 6b)가 일체로 형성된 구조로 되어 있다. 이들 패커(6b)는 도 4에 도시된 것과 같이, 상단부의 것은 내주입관(6)을 통해 경화재(7)가 주입될 때 주입되는 경화재(7)가 내주입관(6)과 외주입관(5) 사이의 공간을 통해 위쪽으로 역류하는 것을 방지하고, 하단부의 것은 경화재(7)가 아래쪽으로 분출되는 것을 막아, 결국 이들 상하단부의 패커(6b)에 의해 주입되는 경화재(7)가 내주입관(6) 앞끝부분에서 관통공(6a)을 통해 수평방향으로 방사상으로 대체로 같은 압력으로 분출되도록 하는 약할과 외주입관(5)과 내주입관 (6)사이의 간격을 일정하게 유지시키는 역할을 하게 된다.

이상과 같이 내주입관(6)이 삽입된 후에, 도 4에 도시된 것과 같이 예컨대 콘크리트펌프와 같은 경화재주입장치(도시되지 않음)로 내주입관(6)을 통해 경화재 (7)를 주입한다. 이 경우, 주입되는 경화재(7)로는 가능하면 일반적인 콘크리트와 같은 조성이 되도록 하는 것이 좋으나, 본 발명에서는 외주입관(5)이 무수한 관통공(5a)을 갖는 다공관(多孔管)으로 되어 있는 한편 내주입관(6)의 앞끝부분 역시 관통공(6a)을 갖는 다공관을 이루고 있어서, 주입되는 경화재(7)가 이들 관통공 (5a, 6a)을 모두 통과해야만 하므로 필연적으로 경화재조성을 이루는 골재성분의 최대직경에는 제한이 따르게 된다.

상기와 같이 경화재(7)가 내주입관(6)을 통해 지반의 구멍(1) 내로 주입되면, 주입되는 경화재(7)는 도 4에서 볼 수 있듯이 내주입관(6)의 앞끝부분을 이루는 다공관부분(6c)의 관통공(6a)을 통해 이 내주입관(6)의 외주에서 방사방향으로 분출되게 된다. 이때, 분출되는 경화재(7)는 이 내주입관(6)의 다공관부분(6c) 상하단부 외주면에 각기 형성된 패커(6b)에 의해 외주입관(5)과의 사이의 간격 공간이 구획되도록 되어 있기 때문에, 내주입관(6)의 관통공(6a)를 통과한 경화재(7)는 상기 패커(6b)에 의해 안내되어 외주입관(5)의 관통공(5a)을 통과해서 외주입관(5) 외부에 씌워진 상태로 되어 있는 포대(4) 속으로 들어가게 된다.

이와 같이 하여 포대(4) 속으로 들어간 경화재(7)는 그 주입부가 상기 내주입관(6)에 갖춰진 패커(6b) 등에 의해 밀폐된 상태에서 고압으로 주입되기 때문에, 유동성을 갖는 경화재(7)의 유체압이 경화재(7)가 분출되는 영역의 지반토구멍 (1)의 측벽에 작용해서 도 4에 도시된 것과 같이 해당 영역의 구멍(1)이 넓혀지게 된다. 이때 외주입관(5)의 외부에 씌위져 있는 포대(4)가 분출되는 경화재(7)에 의해 늘어나 외주입관을 중심으로 확장되어 대략 대구경 원기둥형상을 이루게 된다. 또, 이때 사용되는 포대(7)는 그 자체로서도 어느 정도의 신축성을 가진 합성수지로 된 것을 쓰게 되지만, 경우에 따라 포대(4)가 많이 넓혀져야 하는 경우에는 포대(4)의 표면에 주름을 형성시켜 약한 실로 재봉한 것을 사용함으로써 경화재(7)가 분출됨에 따라 재봉부가 펼쳐지도록 된 것을 사용하게 된다.

이와 같이 본 발명 연약지반 개량방법에서 쓰여지는 포대(4)는, 주입되는 경화재(7)의 압력에 의해 확장되면서 내부로 분출되는 경화재(7)가 연약한 지반토(G) 내로 침투되어 들어가는 것을 제한하여, 대체로 설정된 직경의 기둥형상 고결체(P)가 형성되도록 제어하는 기능을 하게 된다.

이러한 과정을 거쳐 내주입관(6)의 다공관부분(6c)에 해당하는 구간에 경화재(7)가 소요의 양으로 분출되어 충만되고 나면, 도 5에 도시된 것과 같이 외주입관(5)은 그데로 둔체 내주입관(6)만 한 단계, 즉 내주입관(6)의 다공관부분(6c)만큼 상승시켜 다음 단계의 경화재주입으로 옮겨지게 되고, 이러한 과정이 되풀이되어 도 6에 도시된 것과 같이 여러 단계로 주입되어 형성된 다단형태(P1, P2, P3)의 고결체(P)가 지반토(G) 내에 형성되게 된다.

한편, 지금까지 설명한 것은 구멍(1)을 필요한 깊이까지 천공해놓고서 밑에서부터 위쪽으로 단계적으로 고결체(P)를 형성하는 방법에 대해 설명하였으나, 시공할 지역의 토질조건에 따라서는 필요한 깊이까지의 구멍을 유지시키기 어려운 경우도 있어, 이러한 경우에는 위에서부터 단계적으로 주입하는 하향식 주입방법을 택할 수도 있음은 물론이다.

또, 본 발명에 따른 연약지반 강화방법은, 지반토의 지질에 따라 1단계의 높이를 내주입관(6)의 다공관부분(6c)의 길이를 적절히 조절함을써 쉽게 조절할 수 있어서, 경우에 따라서는 1단계의 작업만으로도 필요한 고결체를 형성할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연약지반을 개량 내지 강화함에 있어 골재가 함께 혼합된 경화재를 쓰게 됨으로써, 종래와 같이 지반토의 골재성분을 이용하도록 된 연약지반 개량방법과는 달리 점토와 경화재성분이 다량 함유된막대한 양의 배출수로 인한 공해문재 등이 일어나지 않게 되고, 또 팽창되는 포대가 이용되어 고결체의 직경을 쉽게 설정할 수가 있게 된다.

또한, 주입되는 경화재가 포대에 의해 갇혀진 상태를 유지하게 됨으로써 형성되는 고결체가 거의 원기둥형상을 이루게 되고, 더불어 고결체를 형성함에 있어 경화재의 낭비가 배제될 수 있는 등의 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 지반토 내에 지반경화재를 주입하여 지반토에 기둥형상 고결체가 형성되도록 함으로써 연약지반을 강화하는 방법에 있어서,

   지반토(G)에 천공한 지반토 구멍(1) 내에 포대(4)와 다공관으로 된 외주입관 (5) 및 앞끝부분 일정거리만큼이 다공관으로 된 내주입관(6)을 삽입한 상태에서, 이 내주입관(6)을 통해 고압으로 일정 규격 이하의 골재성분이 혼합된 경화재(7)를 주입하여, 이 경화재(7)가 상기 내주입관(6) 및 외주입관(5)의 각 관통공(5a, 6a)을 통해 외주입관(5)의 주위로 방사상으로 분출되어 외주입관(5)을 에워싸도록 배치된 포대(4) 내에 갇혀진 상태에서 확장되도록 함으로써, 지반토 구멍(1)이 넓혀진 상태가 되면서 큰 직경의 원기둥형상 고결체(P)가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 연약지반 강화방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 지하 고결체(P)를, 밑에서부터 1단계의 경화재주입을 끝마친 다음 그 위에 다음 단계의 경화재주입을 하는 등 차례로 단계별 고결체(P1, P2,‥ )을 적층시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 연약지반 강화방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 지하 고결체(P)를, 위에서부터 1단계의 경화재주입을끝마쳐 굳어지도록 한 다음 그 하부에 다음 단계의 경화재주입을 시행하여 단계별 고결체(P3, P2, ‥ )가 적층되도록 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 연약지반 강화방법.