KR100399532B1 - 약액주입공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속재 원통형 케이싱으로 천공을 실시한 후에 소정의 직경을 가진 금속제 파이프를 지중에 삽입하고, 금속제 파이프 내부에 그라우트 주입재의 주입용 주입관을 삽입·설치하며, 금속제 파이프 외주면에 장착된 그라우트 토출장치와 주입관 하부의 그라우트 토출공이 서로 연통되도록 레벨조정하여 금속제 파이프의 그라우트 토출장치로만 그라우트재가 토출되도록 구성한 발명이다.

Description

약액주입공법{Chemical Injection Method through the Space Grouting Rod}

본 발명은 토목시공현장에서 연약지반 개량 또는 함수지반에서의 차수등 원지반을 개량하고자 할 때 사용하는 약액주입공법에 관한 것이다.통상적으로 원지반을 개량하는 공법으로는 L.W. 공법, 약액주상주입공법(chemical grouting 공법), 콤팩션 그라우팅(compaction grouting)공법등이 제안되어 있으며, 특히 약액주상주입공법은 본 발명자가 1990년 출원하여 1994년 특허번호 제 71845 호로 특허받은 약액주입공법으로서, 보오링기의 굴삭축 내에 유체통로를 설치하여 종류를 달리하는 그라우트를 지중에 주입되도록 한 약액주입공법에 관한 것이다.이 공법은 상기 굴삭축 끝 부분에 장착하는 약액주입용 첨단장치로부터 확경용 블레이드를 착탈식으로 장착하고 이 확경블레이드를 회전시켜서 지반에 약액을 주입할 때 굴삭토사와 함께 서로 다른 종류의 그라우트를 교반, 혼합하며, 확경블레이드를 사용치 않을 때는 서로 다른 경로를 통해 상기 첨단장치의 혼합실에서 혼합되는 서로 다른 약액의 주입비를 조정하므로써 방사상저압침투가 가능하도록 하여 지반을 개량하도록 한 약액주입공법으로 되어 있다.본 발명상의 공법은 상기 연약지반등의 원지반을 개량하기 위한 종래 여러 약액주입공법중에서도 특히 L.W. 공법을 개량한 공법이라 할 수 있다. 종래 L.W. 공법의 개요는 첨부한 도 1 에 도시한 공정도에서 볼 수 있는 바와 같이 천공홀(H)과 맨젯튜브(주입관 삽입용 폴리비닐 크로라이드 호스)(3) 사이의 공간부에 벤토나이트등의 씰링(sealing)재(S)를 충전시킨다음 소정의 약액을 주입하는 L.W. 주입공법을 개량한 발명이다.L.W. 주입공법에서는 천공홀(H)과 맨젯튜브(3) 사이의 씰링재(S)가 완결용 주입재로서 고결소요시간이 24 시간 정도 소요되므로 차수(遮水)등 긴급성이 요구되는 경우 시공성에 문제가 있으며, 특히 염수나 지하수가 흐르는 지중에서는 팽윤성이 급격히 감소되어 씰링효과가 거의 없는 경우도 때로는 발생되었다. 그러나 상술한 문제점에 대해 시공성과 시공품질의 향상을 도모하기 위한 연구, 노력이 미흡하였으므로 이론상 우수한 주입공법인 L.W. 공법이 일반 공사현장에서는 가장 불량한 공법으로 간주되어 왔다.종래의 L.W. 공법을 시공순서에 따라 첨부된 도면 도 1 을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.개량할 지표면(1)으로부터 지중으로 소정의 깊이(ℓ)로 소정의 직경(대략 70-100m/mΦ)으로 된 금속제 케이싱(2)을 지중에 삽입하고 이 케이싱(2) 내부의 연약지반의 토사를 굴토한 다음, 통상 P.V.C(폴리비닐크로라이드) 재질의 맨젯튜브(3)를 케이싱(2) 중앙에 위치되게 한다. 이때, 케이싱(2) 최하단의 지표면에 맨젯튜브(3)의 하부선단이 닿으면 맨젯튜브(3)의 대략 중간부위까지 최하부로부터 수직방향으로 맨젯튜브(3)의 둘레부를 따라 일정거리를 둔 위치마다 다수개의 주입재(G)(그라우트) 토출구(4)를 형성한 구조로 상기 맨젯튜브(3)를 구성한다.이 맨젯튜브(3)를 케이싱(2) 중앙에 설치한 상태에서 케이싱(2)과 맨젯튜브(3) 사이의 공간부(5)에 벤토나이트와 시멘트가 물에 혼합된 벤토나이트수 등의 씰링재(sealing 材)(S)를 충전한다.상기 씰링재를 충전한 후, 상기 케이싱(2)을 인발하여 제거한다. 다음, 이 맨젯튜브(3) 내부에 다수개(통상 4개)의 주입재(G) 배출공 또는 분사공(6)을 천공한, 맨젯튜브(3) 직경보다 현저히 작은 직경을 가진 주입재(G) 주입관(7)을 맨젯튜브(3)안으로 삽입설치하고, 이 주입관(7) 하부선단을 맨젯튜브(3) 내부의 최하단 지표면에 위치시켰을 때 주입관(7)에 형성된 배출공(6)과 맨젯튜브(3) 최하단에 형성된 토출구(4)의 높이를 일치시키고, 맨젯튜브(3) 상측선단을 밀폐부재(8)로 밀폐한 상태에서 주입관(7)을 통하여 완결용 주입재(G)(그라우트)를 소정의 압력으로 압밀하고 주입관(7)의 그라우트 배출공(6)을 통하여 그라우트 완결재를 강력한 토출력으로 토출하면 이 완결용 그라우트는 맨젯튜브(3)에 천공된 하측 토출구(4)로 배출되고 이 주입관(7)을 단계별로 순차적으로 상측으로 인발하면서 한단계 한단계 토출작업을 행하면 이 그라우트는 주변의 지반을 압밀하면서 그라우팅되어 연약지반을 개량하게 되는 시스템으로 되어 있다.그러나, 상술과 바와 같이 종래의 L.W. 공법으로 연약지반을 개량할 경우 굴토된 연약지반의 공간부와 맨젯튜브(3) 사이의 공간을 벤토나이트, 시멘트와 물로 된 벤토나이트수 등의 씰링재(S)로 충전하여 봉하도록 되어있고, 더우기 이 씰링재(S)의 물리적인 특성인 고결소요시간이 24시간 정도가 소요되어 주입은 24시간 이후에 시행하여야 하고, 또한 완결용 그라우트재만 사용가능하므로 수맥차단등 특히 긴급성을 요하는 경우 시공성에 큰 문제가 있다. 특히, 염수나 지하수가 함수(含水)되는 지역에서는 팽윤성이 급격히 감소되어 씰링효과가 젼혀 없게 됨에도 이에 대한 별다른 해결책이 제시되지 못하여 현재에 이르기까지 이 L.W. 공법은 사실상 방치되어 왔다.

따라서, 본 발명은 상기 L.W. 공법의 장점을 살리고 그 미비점을 보완하므로써 시공성 및 시공 후 품질이 우수한 약액주입공법을 제공하고자 하는데 목적이 있다.

도 1 은 종래 L.W. 공법에 따른 시공순서를 도시한 공정도

도 2 는 본 발명에 따른 시공순서를 도시한 공정도도 3 은 도 2 의 본 발명 주입관 외주에 금속제 파이프를 설치한 때의 시공순서를 도시한 공정도

(도면의 주요 부분에 대한 부호설명)

H. 천공홀 S. 씰링재 G. 주입재

ℓ. 깊이 1,13. 지표면 2. 케이싱

3. 맨젯튜브 4. 토출구 5,16. 공간부

6,14. 배출공 7,11. 주입관 8. 밀폐부재

10. 금속제 파이프 12. 그라우트 토출장치 15. 노즐부

본 발명은 연약지반등의 토양을 개량할 위치에 철제파이프로 된 소정 직경의 케이싱(2)을 지중에 삽입하고, 이 케이싱(2) 내부의 토사를 굴토하고, 이 케이싱(2)의 직경보다 현저히 작은 직경을 가진 금속제 파이프(10)를 케이싱(2)내에 설치하고, 그 내부에는 금속제 파이프 직경보다 작은 직경의 주입관(11)을 삽입설치하고, 또한 주입관 하부 선단부에 그라우트 주입재 배출공(14)이 다수 형성된 토출장치(12)를 설치하며, 이 주입관(11)을 통하여 그라우트 주입재를 주입하도록 한 약액주입공법에 있어서,상기 케이싱(2)과 금속제 파이프(10)의 사이의 공간을 벤토나이트수 등의 씰링재로 씰링한 다음, 상기의 케이싱(2)을 제거한 후, 급결용 또는 완결용 그라우트재가 직접 충전 및 침투주입되도록 토출하고, 또한 주변 연약지반을 압밀하면서 일정한 공간에 맥상으로 주입재(G)가 그라우팅되게 하며, 이 주입관(11)과 일정한 높이로 인발하면서, 상기 금속제 파이프(10)의 직경부와 선단 토출장치(12)의 하부에 형성되는 공간(16)을 이용하여 자유로운 유도주입으로 급결용 및 완결용 주입재를 지반에 침투시키는 작업을 순차적으로 반복하여 유도주입(Space Grouting)이 가능하도록 한 약액주입공법에 관한 것이다.도 2 및 도 3 은 각각 본 발명상의 시공 공정도를 나타낸 것이다.도 2 는 종래의 L.W. 공법에서와 같이 연약지반등의 토양을 개량할 위치에 철제파이프로 된 소정 직경의 케이싱(2)을 지중에 삽입하고 케이싱(2) 내부의 토사를 굴토하며, 종래의 맨젯튜브 대신 금속관 삽입설치 직경보다 현저히 작은 외경을 가진 2 중관으로 된 주입관(11)을 상기 굴토된 지중에 삽입 설치하고, 주위공간을 벤토나이트수(S)로 충전시켜 봉한 후, 케이싱(2)을 제거한다. 본 발명상의 벤토나이트수 등의 충전재는 주입재의 토출·주입시 지상으로의 분출, 주입재의 역류 또는 오버플로우(overflow)를 방지하기 위함에 있다. 본 발명은 이 상태에서 이 주입관(11) 하부에 부착된 본 발명자의 실용신안등록 제 167151 호의 토출장치(12)의 배출공(14)을 통해 급결 또는 완결용 주입재(G)를 지중에 토출하면서 주입관을 축차적으로 상향인발해 가면서 연약지반을 개량하도록 한 것이다. 즉, 종래 L.W. 공법에서 할 수 없었던 급결용 주입재를 사용가능하게 한 것이다.도 3 또한 본 발명상의 공정도로서 도 2 의 본 발명 공법에 금속제 파이프(10)를 상기 주입관(11)의 주위에 설치한 개념의 공법을 나타낸다. 이 주입관(11)과 이 금속제 파이프(10)의 상호관계를 조화·일치시켜 급결용 주입재와 완결용 주입재(G)를 같이 토출하여 지반개량을 할 수 있도록 하고, 아울러 금속제 파이프(10)를 이용한 주입재의 토출로 주변 연약지반을 효과적으로 압밀할 수 있도록 한 것이다.또한, 종래 PVC 재질의 맨젯튜브(3)를 본 발명에서 금속제 파이프, 특히 강관(10)으로 대체한 것은 강도보강 및 동시 다단계 주입에 의한 압밀효과등 효과적인 약액토출에 그 목적이 있다.본 발명에서 동시 다단계 주입이 가능한 이유는 금속제 파이프(10)의 외주면에 장착된 다수개의 토출구(4)의 주입제 역류기능에 의한 것이다.즉, 본 발명자의 상기 토출장치는 토출된 주입재가 역류되어 강관등 금속제 파이프(10) 안으로 들어오는 것을 방지하는 역할을 하며, 다수의 배출공과 토출구를 이용하여 동시 다단주입도 실시가능하게 해 준다.이를 도면에 의해 이하에 상세히 설명한다.

토양을 개량할 위치에 철재파이프로 된 케이싱(2)을 지중에 삽입하여 케이싱(2) 내부의 토사를 굴토하고, 금속제 파이프(10)를 대략 중앙부로 수직설치하고, 이 금속제 파이프(10) 내부에 금속제 파이프(10) 직경보다 작은 직경의 주입관(11)을 수직으로 삽입하고 주입관(11) 하부선단에 그라우트 토출장치(12)를 장착한다.케이싱(2)이 제거된 지중의 측벽과 금속제 파이프(10) 사이공간에 벤토나이트수와 같은 씰링재(S)가 충전한 상태에서, 주입관(11)을 통하여 주입된 액상 그라우트재(G)를 주입관(11) 및 금속제 파이프(10) 외주에 장착된 그라우트 토출장치(12)를 통해 강력한 토출력으로 급결용 및 완결용 그라우트재를 토출하므로 이 그라우트재가 직접 지중에 충전되고 침투주입되며, 또한 주변 연약지반을 압밀하면서 일정한 공간에 액상주입재(G)가 그라우팅되게 한다. 다음, 이 주입관(11)을 일정한 높이로 인발하여 다시 주입재(G)를 토출시키는 작업을 순차적으로 반복하면서 소정의 높이로 주입재(G)를 토출·고결시키므로써 연약지반을 견고한 지반으로 개량될 수 있게 한다.특히, 금속제 파이프(10) 외주면에 장착된 상기 그라우트 토출장치(12)로 주입관(11)을 소정높이로 상향인발하면 그라우팅된 주입재(G)에는 금속제 파이프(10)의 직경부와 그 하부에서 노즐부(15)가 차지하였던 위치에 일정한 형태를 가진 빈 공간(16)이 형성되므로써 이 빈 공간(16)을 중심으로 상기 노즐부(15)가 상향이격된 상태에서 소정 크기의 토출력으로 급결용 및 완결용 그라우트 주입재를 순차적으로 토출시킬 수 있어 순조로이 지반을 개량할 수 있게 된다.특히, 금속제 파이프(10) 외주부에 장착된 본 발명자의 실용신안등록 제 2002-063859 호의 그라우트 토출장치(12)는 토출된 그라우트재가 금속제 파이프(10)내로 역류되는 것을 방지하기 위한 것이고, 노즐부(15)의 배출공(14)을 통하여 그라우트 주입재(G)가 일차 토출이 종료되고 주입관(11)을 일정한 높이로 상부로 인발하면 그라우팅된 주입재(G)에는 금속제 파이프(10)의 직경부와 선단 토출장치(12)의 하부의 노즐부(15)가 차지하였던 위치에 일정한 형태의 공간(16)이 형성된다. 다음, 이 공간부(16) 상측으로 2차 토출을 위해 금속제 파이프(10)를 상향인발하면 다음 토출시의 노즐부(15)가 위치되고, 주입재(G)와 노즐부(15) 사이에 일정한 공간부(16)가 형성되므로 이 공간부(16)와 노즐부(15)가 이격된 상태에서 그라우트 주입재가 유도공간에 충전되면서 일정한 크기의 토출력으로 그라우트 주입재(G)를 지반으로 토출시키는 작업을 순차적으로 행할 수 있어 연약지반을 개량하게 되는 것이다.실시예본 발명을 첨부도면 도 2 에 의해 일 실시예를 들어 상술하기로 한다. 본 발명상의 공법으로 시공시 고결제(A)와 이 고결제(A)를 경화시키는 경화제(B)를 액상주입재로 사용하고, 이 경우 다음의 2 가지 용액을 조합하여 사용하였다. 즉, 주입재로서 고결제인 규산나트륨 수용액(A)과 중탄산나트륨, 황산마그네슘, 염화마그네슘, 염화칼륨, 황산나트륨을 주성분으로 하는 경화제로서의 수용액(B)을 용적비로 (A) : (B) = 1 : 1 ∼ 1 : 2 의 범위내에서 화합된 것을 사용하였다. 고결시간은 급결재인 경우 5초∼30초, 완결재인 경우 30초∼120초 범위에서 행하였다.또한, 현탁액형 차수 및 지반보강공법에 적용되는 주입재는 고결제인 규산나트륨 수용액(A)과 수산화칼슘, 탄산칼슘, 고로슬라그, 프라이애쉬, 시멘트등을 주성분으로 하는 현탁액(B)을 용적비로 (A) : (B) = 1 : 1 ∼ 1 : 2 범위내에서 혼합한 것을 사용하였다. 이 경우, 고결시간은 5초∼180초 범위로 하였다. 특히, 침하방지 및 복구등 구조물 기초보강공법으로 본 발명 공법을 적용할 때에는 강관내에 시멘트 몰탈압밀 그라우팅(소위 PCG공법)을 실시하였으며, 이 때 몰탈 주입재의 슬럼프는 0∼30cm 정도의 것을 사용하였다. 이 때 사용되는 주입펌프는 연속가압주입이 되는 플렌저 펌프, 스크류 펌프, 모노펌프 등이다. 재령 28일 강도는 최소한 150Kg/㎤ 이상이었으며, 1㎥ 당 표준배합은 중량비로 시멘트 360kg, 세골재 0.84㎥, 물 360kg, 유동화제 5kg-15kg, 탈수방지제 1-2kg 이었다.본 실시예에서 사용한 본 발명상의 주입재(G)의 표준배합은 다음과 같았다.현탁액형 차수 및 지반보강공법에 적용되는 주입재는 규산나트륨 수용액(A)과 수산화칼슘, 탄산칼슘, 고로슬라그, 플라이애쉬, 시멘트등을 주성분으로 하는 현탁액(B)을 용적비로 (A) : (B) = 1 : 1 ∼ 1 : 2 범위내에서 주입하여 지반을 고결시키는 것으로서, 고결시간은 급결재 5초, 완결재 150초였다. 주입재(G)의 표준배합은(현탁액형) <표 2> 와 같았다.

종래의 L.W. 공법에서는 씰링이 양호하게 안 되고 단관으로 주입하게 되므로 주입재로서 완결재만을 사용하도록 되어 있었으나, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 급결재 및 완결재 주입재를 동시에 주입할 수 있도록 2 중관 롯드로 된 주입관, 주입선단장치, 맨젯튜브(PVC 제품)대용 금속제 파이프, 특히 강관을 사용한 데에 그 특징이 있다.즉, 본 발명은 한정주입이 되도록 주입관 또는 금속제 파이프와 케이싱이 만들어 준 지중공간을 벤토나이트수 등의 씰링재로 충전시키고, 먼저 급결용 주입재로 주입관 외주면과 천공홀 공간을 씰링하였고, 주입관 및 금속제 파이프를 동시에 축차적으로 상향인발하므로써 선단토출장치 하부에 형성되는 공간(16)등으로 주입재를 유도주입케하여 급결용 및 완결용 주입재를 지반에 침투주입시켜 지반을 개량케 한 것이 특징이다.또한, 종래의 PVC 재질의 맨젯튜브를 본 발명에서 금속제 파이프로 대체한 것은 주입재가 주입관으로부터 노즐을 통하여 재질상 탄력성을 가진 맨젯튜브와 달리 주입재가 단단한 강관벽에 부딪쳐 반사되는 힘이 강하게 되므로써 효율적인 주입재의 약액토출이 이루어질 수 있고, 또한 강관의 지중매입시 특히 강도보강등에 큰 역할을 하기 때문이다.더우기, 종래 맨젯튜브(3)로부터 배출되는 그라우트 주입재(G)는 외부로 배출될 때 맨젯튜브(3) 외주면의 씰링재(S)가 고결된 상태에서 이 씰링재(S)를 파괴시키면서 주입재(G)가 배출되어야 함에 따라 강력한 토출력이 필요하고, 이로 인해 지반파괴 현상이 발생되지만, 본 발명상으로 실시되는 그라우트 토출장치(12)일 경우 씰링재(S)와 주입재(G)가 토출되는 토출 노즐부(15) 사이에는 유도공간(16)이 있으므로 종래의 토출력보다 월등히 작은 토출력으로도 씰링재(S) 및 주변 연약지반으로 침투주입되여 보다 견고한 지반으로 개량할 수 있는 효과가 부여된다.

Claims (1)

1. 연약지반등의 토양을 개량할 위치에 철재파이프로 된 소정 직경의 케이싱(2)을 지중에 삽입하고, 이 케이싱(2) 내부의 토사를 굴토하고, 이 케이싱(2)의 직경보다 현저히 작은 직경을 가진 금속제 파이프(10)를 굴토된 지중에 설치하고, 그 내부에는 금속제 파이프 직경보다 작은 직경의 주입관(11)을 삽입설치하고, 또한 주입관 하부 선단부에 그라우트 주입재 배출공(14)이 다수 형성된 토출장치(12)를 설치하며, 이 주입관(11)을 통하여 그라우트 주입재를 주입하도록 한 약액주입공법에 있어서,

   상기 케이싱(2)과 케이싱(2)내로 삽입된 금속제 파이프(10)의 사이의 공간을 벤토나이트수 등의 씰링재로 씰링하고, 케이싱(2)을 인발한 후, 급결용 또는 완결용 그라우트재를 지중에 토출하고, 또한 주변 연약지반을 압밀하면서 일정한 공간에 침투 및 맥상으로 주입재(G)가 그라우팅되게 하며, 이 주입관(11)과 금속제 파이프(10)를 동시에 소정의 높이로 인발하면서, 상기 금속제 파이프(10)의 직경부와 선단 토출장치(12)의 하부에 형성되는 유도공간(16)을 이용하여 자유로운 유도주입으로 급결용 및 완결용 주입재를 지반에 다시 토출시키는 작업을 순차적으로 반복하여 주변 지반을 개량하도록 한 것을 특징으로 하는 약액주입공법(藥液注入工法)