KR100394413B1 - 날개구조를 갖는 다축식 굴삭장치 및 주열식 연속벽체의구축방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토류공법의 일종으로서 지중에 토사와 굴삭토사와 시멘트밀크, 벤토나이트액, 시멘트계고화재밀크 등의 지반고결재 슬러리를 주입하면서 교반혼합하여 지수목적의 차수벽 또는 응력부재를 삽입해 토류벽을 구축하는 다축오거굴삭기에 의한 주열식말뚝으로 구축되는 각종 지중연속벽구체 형성을 위한 오거굴삭장치 및 벽제구축시공방법에 관한 것이다.

따라서 본 발명은 오거굴삭장치의 굴삭교반효율을 높히기 위하여 스크류굴삭축에 스크류날개선단에 연직방향으로 돌출해 일체 구조화로 부착된 스크류돌출날개를 설치함과 동시에 교반굴삭축에 평판날개투공를 가진 평판경사교반날개로 설비하여 기능을 분리한 날개구조로 구성되어 스크류굴삭축과 교반굴삭축이 상호 정반향(즉, 정방향 및 반방향) 회전하도록 한 신규의 굴삭장치와 본 굴삭장치에 의해 3개의 주열말뚝구체를 1개의 엘레멘트 시공단위로 해서 지중에 주열벽체를 구축하는 방법이다.

Description

날개구조를 갖는 다축식 굴삭장치 및 주열식 연속벽체의 구축방법{In-situ soil mixing pile by multi-auger machine and column wall set up method}

본 발명은 토류공법의 일종으로서 원위치토 교반에 의해 지중에 주열식 벽체을 조성하기 위한 다축오거말뚝 굴삭장치 및 주열벽체를 구축하는 방법에 관한 것이다.

종래, 건축이나 토목에서 투수성이 높은 사질층 지반이나 점성토 또는 실트질의 연약지반 등으로 이루어진 원지반 지층에 지수벽(cut-off wall) 또는 토류벽(slurry wall)을 구축하는 방법으로서 통상 단축(single-shaft) 또는 복수축(multi-shaft)의 오거(auger)를 이용해 지중에 오거굴삭기의 굴삭회전축에의해 지반을 굴삭해서 회전축의 선단에서 시멘트밀크, 벤토나이트액, 시멘트계고화재밀크 등 목적에 대응하는 고화슬러리를 토출시켜 지중의 원위치 굴삭토사와 혼련해서 다수의 주열식말뚝구체(柱列式杭軀體)로 되는 지수벽 또는 토류벽을 구축하는 방법이 적용되고 있다.

즉 도7과 도8은 종래의 굴삭장치를 나타낸 것으로 도7은 3축의 굴삭장치14의 굴삭축8의 외주면에 나선상의 스크류날개7a를 연속적으로 설치한 것이고 도8은 굴삭장치14에 굴삭축8에 단속(斷續)의 스크류날개7a 및 평판상의 교반날개7b를 교차로 설치한 것이다. 그러나 이러한 종래의 굴삭장치는 지반내에서 지반을 굴삭하는 때에 자갈층에서는 굴삭공이 휘어지는 현상인 공곡(孔曲)이 발생하여 도9에 도시한바와 같이 다축오거에 의해 시공되는 주열항의 엘레멘트사이가 연직종방향불량오버랩말뚝11b와 같이 휘어지거나 연직횡방향불량오버랩말뚝11b와 같이 엘레멘트간의 접합불량이 발생하거나 또는 점착성이 있는 토질에서는 점토 등이 스크류날개7a에 달라붙어 교반이 되지 않아 품질저하를 일으킨다. 또 고화재를 토출하면서 인발할 때에는 굴삭공내의 토괴가 무너져 내려 도4의 큰토괴17인 덩어리자체가 부서지지 않고 교반이 되지 않는 현상등이 발생하게 된다.

상기의 종래의 문제점을 해소하기 위한 방법으로는 국내 실용신안공개공보 1998-019632 및 1998-019631 및 일본특개평 9-111749 및 11-131469이 공개되고 있다.

상기 공보1998-019632 및 1998-019631은 스크류롯드의 회전을 이중구조로 하여 정역회전을 시도한 것이며 일본특개평 9-111749는 스크류날개에 수평투공을 설치하여 한 것이고 특개평 11-131469는 대심도 시공을 위해 굴삭회전축헤드 하방에서 상방으로 스크류날개규격을 축소시키면서 수평공기구멍을 내어 롯드회전인발시에 고화재 주입교반시에 굴삭축내의 지중굴삭토사가 상방으로 밀려 올라오는 것을 방지한 기술들이 있다.

그러나 이러한 개량기술들도 종래의 문제점을 완전히 해결하고 있지는 못하다.

따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 도1과 같이 오거굴삭장치14의 굴삭교반효율을 높히기 위하여 스크류굴삭축8에 스크류날개선단에 연직방향으로 돌출해 일체 구조화로 부착된 스크류돌출날개7d를 설치함과 동시에 교반굴삭축13에 평판날개투공7f를 가진 평판경사교반날개7e로 설비하여 기능을 분리한 날개구조로 구성되어 스크류굴삭축8과 교반굴삭축13이 상호 정반향(즉, 정방향 및 반방향) 회전하도록 한 신규의 굴삭장치와 본 굴삭장치14에 의해 3개의 주열말뚝구체를 1개의 엘레멘트 시공단위로 해서 지중에 주열벽체를 구축하는 방법을 제시한다.

도1은 본 발명의 다축식 주열벽체 굴삭장치부분의 실시정면도,

도2는 도1의 A-A' 단면도,

도3은 도1의 A-A' 단면도의 B-B' 단면도 및 스크류식 굴삭날개의 실시도,

도4는 도3의 교반날개구조 및 투공에 의한 토괴파쇄 설명도,

도5는 3점 클로라 크레인에 장작된 베이스머신 측면도,

도6은 도5의 베이스머신에 의한 지중주열말뚝조성 작업단면도,

도7은 종래의 굴삭장치 일실시예,

도8은 종래의 굴삭장치 일실시예,

도9는 주열말뚝 오버랩 불량시공 설명을 위한 사시도,

도10은 본 발명의 벽체구축작업방법실시도이다.

(부호설명)

1. 베이스머신 2. 톱시프 3. 구동감속기

4. 수평연결장치 5. 굴삭헤드 6. 리다마스트

7. 굴삭날개 7a. 스크류날개 7b. 교반날개

7c. 스크류굴삭날개 7d. 스크류돌출날개 7e. 평판경사교반날개

7f. 평판날개투공 7g. 교반날개빗트 8. 굴삭축

9. 만곡브라켓트 10. 빗트 11. 지중주열말뚝

11a. 표준시공말뚝 11b. 연직종방향불량오버랩시공말뚝

11c. 연직횡방향불량오버랩시공말뚝

12. 연결조인트 13. 교반굴삭축 14. 굴삭장치

15. 고화재주입공 16. 부서진토괴 17. 큰토괴

18. 합성엘레멘트주열말뚝 18a. 제1엘레멘트 18b. 제2엘레멘트

18c. 제3엘레멘트 19. 완성주열벽

이하 도면에 의해서 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다. 도면부호는 종래예와 본 발명의 실시와의 동일구성요소에서는 동일참조부호를 적용한다.

도5 및 도6의 오거굴삭장치는 베이스머신1에 구동감속기3 및 굴삭축8과 이를 연결하는 수평연결장치4 그리고 오거헤드5로 구성된 굴삭부와 그 굴삭부를 연직으로 지지하는 직립의 리다마스터6으로 구성되어 있는 다축오거굴삭기에 대하여 도1과 같이 굴삭축8이 정방향 회전하는 좌우의 복수로 된 스크류굴삭축8과 반대방향으로 회전하는 단수의 교반굴삭축13으로 구성되어 굴삭축8의 스크류날개끝에 연직방향으로 돌출해 일체구조화로 부착된 스크류돌출날개7d가 설치되고 교반굴삭축13에는 평판날개투공7f를 가진 평판경사교반날개7e가 설치되어 기능을 분리한 날개구조를 가진 굴삭장치와 본 오거굴삭장치14에 의해 3개의 다축주열말뚝구체를 1개의 엘레멘트시공단위로 해서 도10과 같이 반복교차시공해서 지중에 주열연속의 벽체를 구축하는 방법을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 굴삭기는 굴삭토사와 시멘트밀크, 벤토나이트액, 시멘트계고화재밀크 등을 도2 및 도3에 도시한 스크류굴삭축8과 교반굴삭축13의 중공통로인 교화재주입공15를 경유해 도시하지 않은 오거헤드5의 선단토출공으로 토출교반해서 도10의 주열말뚝군인 제1엘레멘트, 제2엘레멘트, 제3엘레멘트를 교차반복시공하여 지중에 주열연속벽체19를 구축하기 위하여 도1 및 도2에 나타난 바와 같은 종래의 베이스머신1에 장착된 오거굴삭장치14를 기본으로 채택하고 있다.

즉 구동감속기3은 스크류굴삭축8 및 교반굴삭축13을 연결한 상태에서 3점크롤라등의 베이스머신1에 직립한 리다마스타6의 톱시프2에 매달려 지지되면서 구동감속기3는 배면에 설치된 만곡브라켓트9가 리다마스타6에 연속되어 설치되며 리다마스타6의 하단에 도1의 스크류굴삭축8 및 교반굴삭축13 등이 3축 일체로 동시에 상하 관통할 때에 수직축방향을 고정, 유도하기 위한 수평연결장치4가 설치되어 구동감속기3에 의해 스크류굴삭축8 및 교반굴삭축13을 동시에 회전구동해서 오거헤드5에서 나선추상으로 굴삭을 행하면서 굴삭시에 오거헤드5에서 시멘트밀크, 벤토나이트액, 시멘트계고화재밀크 등의 고결액을 토출시켜 지중에서 원위치토와 혼합해서 도10에 나타난바와 같이 주열연속벽19를 조성한다. 이 주열연속벽19을 구축하여 토류벽으로 사용시에 도시하지 않은 응력부담재로 H형강을 건입할 수 있다. 또 스크류굴삭회전축8에 설비된 스크류돌출날개는 교반 및 굴삭의 기능을 함께 가지고 있다.

본 발명에서의 기능을 분리한 도1의 스크류굴삭축8은 3개의 다축굴삭장치14에 설비된 중앙의 교반굴삭축13을 제외한 좌우 2개로 구성되며 굴삭시에 정방향으로 회전하고 나머지 중앙 1개의 교반굴삭축13은 반대방향으로 3개가 동시에 회전압입한다.

도1의 좌우 스크류굴삭축8의 스크류돌출날개7d는 중앙의 교반굴삭축13의 평판날개투공7f를 가진 평판경사교반날개7e와는 축상하에서 상호 단속적으로 교차하는 구조로 설치되어 있다. 즉 스크류돌출날개7d는 도5 및 도6,7의 기존의 스크류날개7 끝에 단속적으로 연직축방향으로 하향해서 삼각형으로 돌출한 돌출부가 스크류날개와 일체가 되는 구조로 설치하고 있다. 이것은 스크류돌출날개7d는 회전압입할 적에는 자갈이나 또는 덩어리진 경질의 딱딱한 지중의 토괴를 밀어내거나 파쇄할 수 있고 교반하면서 인발시할 적에는 공벽의 허물어짐을 방지하면서 지중의 토사와 교반되어 압밀다짐을 할 수 있는 효과를 가진다. 하향돌출한 날개의 부착크기는 굴삭축8의 직경보다 적게 해 중앙의 평판경사교반날개7e와는 상호 간섭받지 않은 범위내에서 3-4개정도로 스크류날개7d의 선단길이를 배분해서 단속적으로 소정의 간격을 두고 설치한다.

중앙의 교반굴삭축13의 평판경사교반날개7e는 도2 및 도3에 도시한 바와 같이 평판상으로 굴삭교반축13에 수직면에 경사져서 축방향 단면에서 보아 십자상으로 좌우2개가 수직상하로 복수연결 근접설치되고 있으며 평판경사교반날개7e의 중앙에는 사각형의 평판날개투공7f이 형성되어 있으며 이 평판경사날개7e의 수직방향 끝에는 교반날개빗트7g가 일체가 되는 구조로 설치된다. 이렇게 설치한 것은 교반굴삭축13이 압입이나 인발시에 회전하면서 걸리는 큰토괴17가 그대로 교반되어 굳거나 또는 부착성이 강한 점성질의 지중토사의 날개부착에 의한 공회전을 방지하는 역할을 수행한다. 즉 굴삭교반축13을 인발 할 때에는 상방으로 이동시에 구멍내에 부압(負壓)이 발생해서 공벽이 부서지게 되는데 이 투공에 의해 부압발생이 감소되면서 교반효과가 증대하고 지상으로의 토사배출을 최소화 할 수 있음은 물론 굴삭교반축13의 인발 자립회전력 부하을 경감할 수 있기 때문이다.

그리고 스크류교반축8과 교반굴삭축13은 각각 정반향 회전하도록 되고 있다, 즉 좌우의 스크류교반축8은 압입회전하강 및 인발시에 교반굴삭축13과 반대방향으로 회전하고 스크류돌출날개7d에 의해 중앙의 교반굴삭축13의 평판경사교반날개7e와는 상호 중첩되어 회전하기 때문에 스크류돌출날개7d에 의해 공외로 밀려 교반굴삭축13쪽 공내에 함께 교반되므로서 연속일체된다.

본 장치를 이용한 주열벽19의 구축방법은 도시하지 않은 시공하고자 하는 지반에 강재 또는 콘크리트 등으로 가이드월(guide wall)을 설치하여 다축오거로 도10과 같이 소정심도까지 3개 일체의 제1엘레멘트18a를 굴삭한 후에 인발시에 공내 원위치토사와 시멘트밀크, 벤토나이트액, 시멘트계고화재밀크 등의 고결재를 토출교반하면서 지상으로 끌어올려 완성후, 연속하여 오거장비를 이동하여 제2엘레멘트18b를 제1엘레멘트18a와 같이 반복시행한다. 마지막으로 제3엘레멘트18c의 시공을 위해 장비를 이동하여 제1엘레멘트18a 및 제2엘레멘트18b 작업과 동일하게 반복시행하여 합성엘레멘트18을 구축하고, 계속하여 동일한 반복작업에 의하여 지중의 연속일체의 주열지중벽구체19를 구축조성한다. 이러한 작업과정중에 매 엘레멘트시공시에 토류벽의 조성에 필요한 응력부담재로 H형강을 삽입할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 베이스머신에 부착된 오거굴삭장치를 기능을 분리하한 날개구조로 구성함으로써 점성토 등의 부착이 아주 적으면서 부압(負壓)에 의한 공벽의 붕괴가 없고 압밀기능을 가지고 있기 때문에 또 발생잔토가 감소되며 주열말뚝벽체 중첩부분의 휘어짐이 적어서 양질의 시공에 의해 품질이 좋은 지중벽체의 구축이 가능하다. 또 굴삭인발시에 굴삭축의 자립회전력이 좋아 기계회전력 부하가 감소되어 기계의 무리가 없다.

Claims (2)

1. 베이스머신에 구동감속기, 굴삭축과 이를 연결하는 수평연결장치, 오거헤드로구성된 굴삭부와 그 굴삭부를 연직으로 지지하는 직립의 리다마스터으로 구성되어 있는 다축오거굴삭장치에 있어서,

   굴삭축이 정방향 회전하는 좌우의 복수로 된 스크류굴삭축과 반대방향으로 회전하는 단수의 교반굴삭축으로 구성되고,

   그 스크류굴삭축의 스크류날개 끝에 연직방향으로 돌출해 일체의 구조로 부착된 스크류돌출날개가 설치되고, 교반굴삭축에는 평판날개투공를 가진 평판경사교반날개를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 날개구조를 갖는 다축오거굴삭장치.
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