발명의 요약
본 발명에 따른 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치는 종래의 크레인에 장착되는 장치로서, 연약지반의 속으로 회전하면서 관입되고 그 내부에는 케이싱이 위치하는 오가(11), 상기 오가의 내부에 위치하며 모래나 쇄석이 하강하고 상하운동을 하면서 자체 하중에 의하여 모래나 쇄석을 압착하여 다지는 케이싱(12), 스킵(skip)으로부터 모래나 쇄석을 공급받아 상기 케이싱에 보내며 상기 케이싱에 일체로 형성된 호퍼(13), 상기 호퍼를 포함한 상기 케이싱을 상하로 이동시키기 위한 실린더 장치(14), 및 상기 그래뉼러 파일 시공장치를 크레인의 상부를 통하여 크레인의 본체에 지지하기 위한 로우프(21)로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구체예를 첨부된 도면을 참고로 하기에서 상세히 설명한다.
제1도는 연약지반을 강화하기 위하여 샌드파일을 시공하는 종래의 항타기의 개략적인 정면도이다. 제1도에 도시된 종래의 항타기는 크레인(1)의 앞쪽에 케이싱(2)이 위치하며, 그 케이싱의 상부에서 진동해머(3)가 작동하여 케이싱을 진동시키면서 지표 속으로 관입시킨다. 진동해머를 사용하기 때문에 진동이 발생하고 또한 심한 소음이 발생하여 심각한 환경공해 문제를 야기하고 있다. 케이싱(2)이 연약지반의 지표아래로 충분히 관입된 후에는 케이싱을 일정 높이만큼 상부쪽으로 인발한 후, 진동해머를 사용하여 케이싱 내부로 유입된 모래를 압착한다. 이러한 방법을 반복함으로써 하나의 샌드파일이 형성된다. 종래의 항타기를 이용하여 연약지반에 샌드파일을 형성하는 공법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있다. 또한 종래의 항타기에 의하여 샌드파일을 형성하는 공법이 진동과 소음으로 인하여 심각한 환경공해분제를 야기하고 있다는 것도 주지의 사실이라 하겠다. 본 발명의 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치는 종래의 항타기의 진동과 소음문제를 완전히 해결한 새로운 시공장치이다.
제2도는 본 발명에 따른 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치의 개략적인 정면도이다. 제2도에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치는 종래의 크레인(1)의 앞쪽에 장착된 것으로, 하부에는 연약지반 속으로 관입되는 오가(11)가 설치되고, 중앙에는 본 발명의 그래뉼라 파일 시공장치의 본체가 한쌍의 상하 가이드(91, 92)에 의하여 상하로 이동할 수 있도록 설치되며, 상부에는 로우프(21)에 의하여 크레인에 연결된다.
오가(11)는 그래뉼러 파일을 형성하고자 하는 위치에 회전하면서 관입된다. 오가(11)의 내부에는 샌드나 쇄석이 하강하고 하강된 샌드나 쇄석을 압착하기 위한 케이싱(12)이 위치한다. 오가가 회전하면서 연약지반 속으로 관입되기 때문에 진동과 소음이 발생하지 않는다.
제3도는 오가(11)의 하단부를 개략적으로 도시한 사시도이고, 제4도는 제3도의 오가의 하단부가 연약지반 속으로 관입될 때의 개폐도어(113)가 닫혀진 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
오가의 상단부는 약 500 mm의 직경을 가지며, 그 내부에는 직경이 약 400 mm인 케이싱(12)이 위치한다. 물론 이들 직경은 필요하다면 공사현장의 상황에 따라 변경될 수도 있다. 오가의 상단부가 약 500 mm의 직경을 갖는 경우에, 오가의 하단부(111)는 약 600 mm의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 오가의 하단부의 길이는 약1∼1.5 m 정도의 범위가 바람직하다. 오가의 하단부(11)의 외부에는 나선돌출부 (112)가 형성된다. 나선돌출부는 오가가 연약지반 속으로 회전하면서 관입될 때 보다 용이하게 관입하기 위한 역할을 한다.
오가의 하단부(11) 끝에는 3각형 형상의 개폐도어(113)가 3개 부착된다. 개폐도어(113)는 지표상에서는 제3도와 같이 열려진 상태이고, 지표속으로 관입될 때에는 제4도와 같이 오므려진 상태이다. 오가가 지표 속으로 관입될 때 수작업에 의하여 제4도와 같이 오므려진 상태로 유지하게 하고, 그 상태로 계속 관입된다.
오가가 충분히 관입되면 케이싱(12)내부로 모래나 쇄석이 주입되고, 주입된모래나 쇄석은 케이싱(12) 하부개구(124, 125)를 통하여 오가의 하단부(111) 내부공간을 충진한다. 케이싱은 상하운동을 하면서 오가의 하단부 내부 공간에 충진된 모래를 압착하여 다지는 동안 오가를 역회전시켜 상부쪽으로 일정한 속도로 이동시킨다. 다시 오가의 하단부 내부공간에 모래나 쇄석이 충진되고, 충진된 모래는 케이싱의 상하운동에 의하여 압착되어 다져진다. 이러한 작업을 반복함으로써 샌드파일 또는 쇄석 파일이 형성된다.
제5도는 본 발명에 따른 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치의 구조 및 원리를 이해할 수 있도록 도시한 개략적인 단면도이다. 본 발명에 따른 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치로써 샌드파일을 형성하는 시공방법 및 본 발명의 시공장치의 구조 및 원리를 제5도를 중심으로 설명한다. 우선 샌드파일을 형성하고자 하는 연약지반에 오가(11)를 관입시킨다. 오가의 하단부 끝에 부착된 개폐도어(113)를 수작업으로 오므려서 오가를 회전시키면서 서서히 지표 속으로 관입시킨다. 오가는 한 쌍의 모터(15)에 의하여 회전한다. 한 쌍의 모터(15)는 외부의 발전기(도시되지 않음)에 의하여 구동된다.
형성하고자 하는 샌드파일의 길이만큼 오가가 관입되면, 호퍼(13)속으로 모래가 공급된다. 모래는 크레인이 측부에 부착되어 모래를 운반하는 스킵(skip; 도시되지 않음)에 의하여 운반된다. 모래를 운반하는 스킵은 종래의 항타기에서도 이용되어 온 장치로서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.
스킵에 의하여 운반된 모래가 호퍼(13)로 공급되면, 모래는 케이싱(12) 내부를 따라 밑으로 하강한다. 케이싱 하단부의 모래는 개구(124, 125)를 통하여 오가의 하단부(111)의 내부 공간을 충진시킨다.
제6도는 케이싱(12) 하단부의 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고, 제7도는 그 하단부의 저면도이다. 케이싱(12)의 하단부에는 모래를 다지기 위한 슈(shoe; 121)가 형성되고 , 슈는 한 쌍의 지지대(122, 123)에 의하여 케이싱(12)과 일체로 형성되며, 지지대 사이에는 양쪽으로 모래가 배출될 수 있도록 한 쌍의 개구(124, 125)가 형성된다.
오가의 하단부(111)의 내부 공간에 모래가 충진되면 오가(11)를 상부쪽으로 상승시킨다. 이때 외부케이싱 끝단에 연결된 개폐도어(113)는 벌려져서 오가와 같이 원통형이 된다. 외부케이싱의 상승과 동시에 모래가 채워진 내부케이싱이 상승과 하강을 반복하게 된다. 이때 내부케이싱이 상승할 때 케이싱 속의 모래가 오가의 하단부로 배출되게 되며 내부케이싱이 하부로 하강할 때에는 케이싱 내부의 끝단 슈(121)가 배출된 모래를 다진다. 즉 오가의 하단부(111)의 내부 공간에 충진된 모래를 케이싱(12)의 슈(121)가 압착하게 된다. 이러한 동작을 반복함으로써 모래가 다져지고, 다져진 모래는 샌드파일을 형성한다.
케이싱(12)은 실린더 장치(14)에 의하여 작동한다. 실린더 장치(14)는 유압에 의하여 작동되며, 기본적으로 실린더(141)와 피스톤(142)으로 구성된다. 상기 실린더 장치(14)는 케이싱을 위로 상승시키고, 상기 케이싱(12)은 자유낙하를 통하여 하강된 모래 또는 쇄석을 다진다. 이때, 상기 케이싱(12)이 실린더 장치(14)에 의하여 상승하면, 실린더장치(14)와 일체를 이루고 있는 호퍼(13)도 함께 상하로 이동한다. 호퍼를 포함한 케이싱은 그 무게가 약 10 ton 이상에 달하기 때문에, 이들이 자유 낙하할 때, 그 하중이 상기 슈(121)에 전달되고, 결국 오가의 하단부(111)의 내부 공간에 충진된 모래를 압착하게 된다.
케이싱이 상하로 이동하는 최대거리는 피스톤(142)의 길이에 해당한다. 피스톤(142)의 길이는 약 100∼120 cm의 길이로 설계된다. 물론 피스톤의 길이가 120 cm인 경우라 하더라도 케이싱의 상하 이동거리를 그 보다 더 작은, 예를 들어 20 cm, 60 cm 또는 90 cm 등으로 조절할 수 있다. 시공하고자 하는 장소의 환경에 따라 케이싱 상하 이동거리, 즉 낙하거리를 조절할 수 있다. 이와 같이, 본원발명에 따른 파일 시공장치는 대략 10톤 이상의 하중을 자유낙하를 통하여 하강된 모래에 가하는 방식으로 다지기 때문에, 기존의 파일 시공장치에 비하여 그 다짐성이 매우 뛰어나다. 즉, 케이싱 및 호퍼의 하중이 10톤으로 가정하고, 그 이동거리(즉, 자유낙하 거리)가 120 cm라고 할 때, 충진된 모래에 전달되는 에너지는 10,000 kg×1.2 m = 12,000 J로서, 종래의 파일 시공장치와는 비교할 수 없을 정도로 그 다짐성이 우월하다. 또한, 상기 케이싱 내부에 모래 또는 쇄석이 포함된 경우에는 그 하중 또한 하강된 모래 또는 쇄석에 전달되므로, 상기 케이싱의 낙하에 의한 다짐성은 더욱 커지며, 이에 따라 연약지반 내에 형성된 파일은 확경, 즉 그 지름이 확대되는 효과가 생긴다.
바람직하게는 상기 케이싱이 하강할 때, 일정 거리 이상으로 하강되는 것을 방지시키기 위한 하부 스토퍼(31)가 오가(11)의 본체 상부에 설치되고, 케이싱 본체에는 상부 스토퍼(33)가 형성됨으로써, 상기 상부 스토퍼(33)가 하부 스토퍼(31)에 걸려 케이싱이 정지된다. 더욱 바람직하게는 케이싱이 정지될 때 충격을 완화시키기 위하여 하부 스토퍼(31) 상부표면에 완충재를 부착시키며, 상기 완충재는 충격을 흡수할 수 있는 재질로 만들어지는데 우레탄 재질이 권장된다.
케이싱이 상하운동을 반복하여 모래가 충분히 다져진 다음에는, 오가를 상부로 적정길이 만큼 상승시킨다. 오가를 상부로 상승시킬 때에는 모터(15)를 역회전시킨다. 일정길이 만큼 오가를 상승시킨 후, 자동 모래높이 측정장치에 나타난 케이싱 내부의 모래잔량이 기준치 이하(최소 1.5미터) 이면 호퍼를 통하여 모래를 주입시키고, 다시 케이싱을 상하로 이동시켜 모래를 다지게 된다. 이러한 동작을 반복하면서 샌드파일을 형성한다.
본 발명의 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치는 그 측부에 한쌍의 가이드(91, 92)에 의하여 크레인 본체에 이동할 수 있도록 고정되고, 그 상부에서 로우푸(21)에 의하여 지지된다. 로우프(21)는 크레인 상부를 거쳐 크레인 본체에 연결된다. 케이싱은 그 상부에서 로우프(21)에 직접 연결될 수도 있지만, 케이싱이 상하운동할 때 충격을 완화하기 위하여 완충장치(20)를 더 연결하는 것이 바람직하다. 완충장치(20)는 케이싱 상부의 실린더장치(14)와 로우프(21)의 사이에 설치되며, 고탄성 스프링으로 구성된다.
제8(A)도는 본 발명에 따른 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치에서 피스톤이 실린더속으로 들어가 케이싱이 위쪽으로 이동한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 실린더(141)와 피스톤(142)을 작동시키기 위한 압축유압장치(도시되지 않음)는 외부의 파워팩(power pack; 도시되지 않음)에 연결되어 실린더와 피스톤을 작동시키며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. 실린더(141)에 압축유압이 충진되면 피스톤(142)이 상승한다. 피스톤이 상승하면 케이싱(12)이 상승하고, 케이싱(12)의 하단부로 모래가 배출된다. 제8(B)도와 같이, 실린더(141)내의 압축유압이 배출되면 피스톤이 실린더(141) 밖으로 빠져나오고 피스톤(142)이 하강하면 케이싱(12)이 하강하여 케이싱의 하단부에 일체로 형성된 슈(121)가 모래를 압착한다.
제9도는 본 발명의 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치에 의하여 샌드파일(60)이 시공되는 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다. 제9(A)도는 오가(11)가 최초로 관입된 상태에서 케이싱(12)내부로 모래가 충진된 상태를 도시한 것이다. 모터(15)의 역회전에 의하여 오가(11)가 일정길이 만큼 상승하면, 제9(B)도와 같이, 개폐도어(113)가 벌어져서 오가(11)와 거의 비슷한 원통형을 이룬다. 오가(11)가 상승하는동안 케이싱(12)은 상하운동을 하고, 슈(121)는 샌드파일(60)을 반복하여 압착한다. 다시 제9(C)도와 같이, 오가(11)의 상승과 케이싱(12)의 상하운동에 의하여 샌드파일(60)이 형성된다.
케이싱(12)의 내부에는 추(50)가 로우프(51)에 의하여 매달려 있고, 이 추(50)는 모래의 높이를 측정한다. 추에 의하여 측정된 모래의 높이는 운전자가 알 수 있도록 계기판에 표시된다. 운전자는 추에 의하여 측정된 모래 높이에 따라 호퍼(13)에 모래를 투입하는 것을 조절한다.
제10도는 본 발명의 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치의 호퍼에 게이트(70)가 설치되고, 케이싱(12)의 내부 측벽에 에어분사 파이프(80)가 설치된 시공장치의 개략적인 단면도이다. 에어 분사 파이프(80)는 케이싱(12) 내부에서 모래나 쇄석이 원활하게 하강하지 못하는 경우, 이들의 원활한 하강을 돕기 위한 것이다. 케이싱(12) 내부에서 모래나 쇄석이 하강하지 못하고 막혀있는 경우는 에어분사 파이프(80)를 통하여 외부로부터 고압의 에어를 분사시키면 막혀있던 모래나 쇄석이 원활하게 하강할 수 있다. 에어분사 파이프(80)는 케이싱(12)의 내벽을 따라 2개 또는 3개 정도 설치되는 것이 바람직하다.
에어분사 파이프(80)를 통하여 고압의 에어가 주입될 때 모래나 쇄석의 역류현상을 방지하기 위하여 호퍼(13)의 하부에 케이트(70)가 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 연약지반을 개량하기 위한 저진동 저소음 그래뉼러 파일 시공장치는 연약지반을 강화하기 위하여 모래 또는 쇄석을 이용하여 그래뉼러 파일을 형성할 수 있으며, 진동해머를 사용하지 않고 유압에 의한 실린더와 피스톤을 사용하기 때문에 진동과 소음으로 인한 환경공해문제를 해결할 수 있다.