KR100479514B1 - 굴착 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

보조 크레인도 필요없고 굴삭 자리의 지반 상태에도 관계없이 원하는 직경의 구멍을 효율적으로 굴삭하며 굴삭 조작에 필요한 공정을 줄이기 위하여, 굴삭공내로의 지반 붕괴를 방지하도록 철근구조관 추진기(3)에 의해 지반내로 박은 철근구조관(2)내 지반을 굴삭하고, 상기 굴삭공 내부로부터 배토하기 위한 굴착 장치는 이동식 크레인에 의해 매달린 신장가능한 켈리 바(10), 상기 켈리 바(10)의 하층말단에 부착된 굴삭 버킷(14), 상기 켈리 바(10)를 그 수직축에 대하여 회전가능하게 지지하도록 철근구조관상에 재치된 지지 프레임 유닛(11), 상기 켈리 바(10)을 그 수직축 주위로 회전하기 위하여 지지 프레임 유닛(11)상에 제공된 유압 모터(116) 및 상기 지지 프레임 유닛(11)과 철근구조관(2)를 결합함으로써 켈리 바(10)의 회전에 의해 나타난 반응력을 저지하고 켈리 바(10)의 회전을 확고히 하는 클램핑 장치(114),를 포함하여 이루어진다.

Description

굴착 장치 및 방법{APPARATUS FOR AND A METHOD OF BORING THE GROUND}

본 발명은 올-케이싱공법(all-casing method)에 적합한 굴착 장치 및 굴착 방법에 관한 것이다.

통상, 현장타설(cast-in-place) 콘크리트 말뚝 기술은 빌딩 축조 자리에 토대 말뚝을 제작하는데 넓게 사용되어 왔으며, 예를 들어, 각 콘크리트 말뚝은 지반을 천공하고, 천공된 구멍내에 철근 봉으로 제작된 철근골조를 삽입하고, 그 구멍내에 콘크리트를 타설함으로써 제작되었다. 종래의 현장타설 콘크리트 말뚝 기술에는 어스 드릴공법(earth drill method) 및 올 케이싱공법을 포함한 다수의 공법이 알려져 왔다.

상기 어스 드릴공법은 공벽을 보호하도록 수직원통형 회전 버킷을 사용하거나 혹은 토양 안정제를 사용하여 지반을 천공하는 방법이다. 상기 공법은 예를 들어, 진흙을 주로 함유하는 상대적으로 경질 지반을 굴삭하기에 적합하다.

이에 반해, 상기 올 케이싱공법은 지반에 철근구조관을 박고 상기 철근구조관 내부를 파냄으로써 지반을 천공하는 방법이다. 상기 공법은 개간지와 같은 보다 연질 지반을 굴삭가능케끔 한다. 복수개의 철근구조관을 하나를 다른 상부상에 박는 방식으로 박을 수 있기 때문에, 깊은 지지 지층에 도달할 긴 말뚝을 제작할 수 있다. 더욱이, 이 올 케이싱공법은 지반하층에 장애물이 있더라도 굴삭 작업을 수행할 수 있으므로, 근래에 자주 사용되고 있다.

철근구조관을 지반내로 삽입하기 위하여 올-케이싱공법에서 통상 사용되는 기술은 전선회식 굴삭기를 사용하여 그 수직축에 대하여 회전하면서 압력에 의해 철근구조관을 박는 것이다. 올-케이싱 굴삭 조작에서는 철근구조관 내부 지반을 파고 철근구조관의 내부로부터 배토할 필요가 있다. 이 작업을 수행하기 위한 도구로서는 통상적으로 해머 그랩(hammer grab)이 사용되어 왔다.

그러나 이같은 해머 그랩은 흙을 파헤쳐올리기 위하여 상기 철근구조관내 좁은 공간내에서 작동되는 한쌍의 집게(claw) 부재를 사용하기 때문에, 파헤쳐 배토하는 효율이 다수 불량하다는 문제점을 갖는다. 상기 해머 그랩은 또한 굴삭 조작동안 반복하여 내려쳐야하므로 높은 레벨의 소음을 생성한다는 문제점을 갖는다. 나아가, 상기 해버 그랩은 구멍의 하층을 평평하게 할 수 없기 때문에, 말뚝의 코어로서 제공하려는 철근골조가 안정한 위치에 설치될 수 없어 마감된 콘크리트 말뚝의 강도편차가 발생할 수 있다. 더욱이, 슬림(slim)이 구멍 하층에 존재하면, 펌프를 사용하여 제거할 필요가 있으며 이는 공정수를 증가시킨다.

이같은 환경하에, 오늘날 실질적으로 사용되고 있는 새로운 천공법은 흙을 파냄과 동시에 제거하도록 철근구조관내에 해머 그랩대신 굴삭 스크류 헤드를 삽입하는 것이다. 상기 굴삭 스크류 헤드는 베이스 머신(base machine)으로부터 수직 위치에 매달린 가이드로서 제공되는 사다리를 따라 승하강하므로, 굴삭 조작은 천공법내 전선회식 굴삭기에 근접하여 지지된 베이스 머신으로 수행되게 된다. 이같은 새로운 천공법은 전술한 해머 그랩법과 비교하여 배토 및 제거효율을 현저하게 개선시킨다.

그러나 이같은 천공법은 상기 베이스 머신이 전선회식 굴삭 기계가 설치된 굴삭점에 근접하여 위치하여야 하므로, 상기 베이스 머신와 굴삭점사이에 비수평 영역 혹은 장애물이 있으면 천공시 사용하지 못하는 문제가 있다. 더욱이, 베이스 머신과 굴삭점간 거리가 그다지 클 수 없으므로, 전선회식 굴삭 기계의 직경은 결과적으로 대구경 구멍을 굴삭하기엔 불가능한 것으로 여겨진다.

상기 굴삭 스크류 헤드의 수직 위치 정확성은 베이스 머신의 수평 위치 정확성에 영향을 미치므로, 베이스 머신이 매우 정확한 수평 위치를 얻기 위해서는 설치되는 자리를 평평하게 고를 필요가 있다. 부가하여, 상기 베이스 머신은 굴삭 조작에만 사용되므로, 철근골조를 취급하거나 혹은 부가 철근구조관을 삽입할 때와 같은 호이스트(hoist) 조작을 수행할 필요가 있을 때에는 제거하고 보조 크레인을사용하여야 한다.

본 발명은 통상의 현장타설 콘크리트 말뚝 기술의 전술한 문제점들을 감안하여 고안된 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 특정 굴삭기를 필요로 하지 않고 굴삭 자리의 지반상태에 관계없이 원하는 구경으로 효율적으로 굴삭할 수 있으며, 따라서 굴삭 조작에 필요한 공정수를 줄일 수 있는 굴착 장치 및 방법을 제공하려는데 있다.

본 발명의 일견지에 의하면, 굴착 장치는 철근구조관내에 지반을 굴삭하고 굴삭공으로부터 배토를 위하여 채택된다. 상기 철근구조관은 굴삭공내로의 지반 붕괴를 방지하도록 철근구조관 추진기(pusher)에 의해 지반내로 박혀진다.

상기 장치는 이동식 크레인에 의해 매달린 신장가능한 망원경 실린더, 상기 망원경 실린더의 하층 말단에 부착된 굴삭 도구, 그 수직축에 대하여 회전가능하게 상기 망원경 실린더를 지지하기 위하여 철근구조관상에 배치된 지지 프레임 유닛, 그 수직축에 대하여 망원경 실린더를 돌리기 위하여 지지 플레임 유닛상에 제공된 구동기, 및 상기 지지 프레임 유닛과 철근구조관을 잇고 그에 따라 회전 망원경 실린더에 의해 나타난 반응력을 저지하고 망원경 실린더의 회전을 확고히하는 연동 장치, 로 이루어진다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 굴삭공내로의 지반 붕괴를 방지하도록 철근구조관 추진기에 의해 지반내로 철근구조관을 박는 단계; 상기 철근구조관상에 이동식 크레인에 의해 매달린 전술한 굴착 장치를 재치시키는 단계; 상기 철근구조관을 지지 프레임 유닛에 고착시키는 단계; 및 그 수직축 주위로 망원경 실린더를 회전하면서 상기 망원경 실린더를 굴삭공의 깊이에 따라 신장시키는 동안 철근구조관내 지반을 배토하는 단계; 로 이루어진다.

본 발명의 상기 및 기타 다른 목적, 특질, 양태 및 잇점은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 견지/실시예의 후술하는 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.

<실시예>

도 1은 본 발명의 일견지에 의한 굴착 시스템 1의 전체 투시도이다. 상기 굴착 시스템 1은 지반내로 철근구조관 2를 박기 위한 종래 기술의 철근구조관 추진기 3으로 주로 구조되며, 철근구조관 추진기 3내에 탑재된 철근구조관 2의 상부에 굴착기계 4가 제공되게 된다.

상기 철근구조관 추진기 3은 높은 토크로 전선회되는 동안 수직 위치로 지반에 철근구조관 2를 압입함으로써 굴삭공내로의 지반 붕괴를 방지한다. 상기 철근구조관 추진기 3은 수평 위치에 위치하고, 그 상부에 상/하층 프레임 6을 상승하강하기 위한 복수개의 상/하층 실린더 7이 수직으로 탑재되는, 기초 프레임 5로 이루어진다.

복수개의 유압 모터 8은 유성 감속 기어 9를 매개로 그 수직축에 대하여 철근구조관 2를 회전하기 위하여 상/하층 프레임 6상에 제공된다. 굴삭 조작도중 철근구조관 2를 회전시킴으로써 나타나는 반응력을 완전히 저지하기 위하여 기초 프레임 5상에 분동(미도시)이 제공된다.

상기 굴착 기계 4는 반드시 전선회식 타입일 필요는 없으며 스윙-모션 타입일 수도 있다.

상기 굴착 기계 4는 복수개의 중첩된 실린더형 부재를 갖는 망원경 구조 및 철근구조관 2의 상부에 바로 재치되어 그 하층을 지지하는 지지 프레임 유닛 11로된 신장가능한 켈리 바 10으로 이루어진다. 상기 신장가능한 켈리 바 10은 이동식 크레인 12(이하, 단순히 크레인 12라 한다)로부터 풀어진 와이어 로프 13에 의해 상단부로 매달리게 된다.

실린더형 굴삭 버킷(굴삭 도구) 14는 신장가능한 켈리 바 10의 최내곽 실린더형 부재 10c의 하층 단면에 연결된다. 상기 굴삭 버킷 14는 예를 들어, 굴삭 버킷 14의 하층 말단에 끼워넣은 복수개의 굴삭 비트로 하층 베드락(bedlock) 지층을 천공하고 내부 공간에 굴착된 물질을 수용한다. 이 굴삭 버킷 14의 구조는 통상적인 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 굴삭 버킷 14의 하층상에 힌지된 하층 플레이트 14a가 제공되고 그 상부면상에는 작동 로드 14b를 개방하기 위한 개방 로드 14b가 하방으로 신장된다. 도시된 바와 같이 작동 로드의 상부 말단에서 접촉 플레이트 14c가 제공된다. 후술된 외부 실린더형 부품 111a의 하층 말단 111e가 굴삭 버킷 14c에 접촉하고 이를 하방으로 밀때, 작동 로드 14b는 하강하고 상기 작동 로드 14b를 폐쇄 위치로 정상 유지하는 잠금 메카니즘(미도시)를 해제한다. 상기 잠금 메카니즘이 이같은 방식으로 해제될 때, 힌지된 하층 플레이트 14a는 굴삭 버킷 14내에 굴착된 물질의 무게에 의해 개방되어 굴착된 물질을 방출하게 된다.

도 2는 굴착 기계 4의 구조중 외부 일부를 잘라낸 확대도이다. 도 2에서 보듯이, 신장가능한 켈리 바 10의 하층 부품을 지지하는 지지 프레임 유닛 11은 철근구조관 2의 상부 말단 2a에 재치된 고정식 프레임 111과 신장가능한 켈리 바 10의 최외곽 실린더형 부재 10a를 지지하는 이동식 프레임 113으로 이루어지며, 상기 이동식 프레임 113은 고정식 프레임 111상에 수직으로 탑재된 한쌍의 유압 실린더 112를 매개로 고정식 프레임 111에 연결된다. 후술된 내부 실린더형 부품 120은 도시된 바와 같이 이로부터 하방으로 신장되는 이동식 프레임 113에 일체로 부착된다.

상기 고정식 프레임 111은 내부 실린더형 부품 120이 삽입되는 전술한 외부 실린더형 부품 111a를 포함하고, 여기서 상기 외부 실린더형 부품 111a는 각각 외부 실린더형 부품 111a의 상부 및 중앙부로부터 방사상으로 돌출되는 상부 플랜지부 111b와 하층 플랜지부 111c를 갖는다. 4개의 다리 돌출부 111d는 평면도에서 십자형태로 하층 플랜지부 111c로부터 신장된다. 이들 다리 돌출부 111d중에서, 2개의 대향된 다리 돌출부 111d는 철근구조관 2의 회전에 의하여 나타난 반응력에 대항하여 작용하기 위한 수단으로서 제공되는 클램핑 장치 114와 개별적으로 꼭 들어맞는다.

각 클램핑 장치 114는 연관된 다리 돌출부 111d의 하층에 고착된 클램핑 블럭 114a를 포함한다. 상기 철근구조관 2의 상부 말단 2a는 각 클램핑 블럭 114a에 형성된 U자형 갭에 꼭 들어맞는다.

각 클램핑 장치 114는 나아가 도 2에 도시한 클램핑 블럭 114a내에 전술한 U자형 갭으로 이중 화살표 B의 후방이나 전방으로 이동할 수 있는 추진기 114b를 포함한다. 상기 추진기 114b는 각 클램핑 블럭 114a에 꼭 들어맞는 유압 실린더의 로드 114d를 확대수축함으로써 앞뒤로 이동된다.

상기 클램핑 장치 114의 추진기 114b가 전방으로 이동할 때, 상기 클램핑 장치 114는 철근구조관 2의 상부 말단 2a를 악지함으로써, 고정식 프레임 111은 철근구조관 2를 견고하게 고정한다. 이와 반대로, 추진기 114b가 후방으로 이동할 때, 클램핑 장치 114는 철근구조관 2의 상부 말단 2a를 해제하고, 상기 철근구조관 2는 고정식 프레임 111로부터 해제된다.

상기 클램핑 부재 114는 고정식 프레임 111의 하층 플랜지부 111c로부터 방사상으로 신장된 다리 돌출부 111d의 하층상에 형성된 각각의 가이드 레일 111c'를 따라 이중 화살표 B 방향으로 앞뒤로 이동가능하다. 이는 클램핑 장치 114를 철근구조관 2의 구경을 따라 적당하게 위치시킬 수 있다.

도 3은 도 2의 A-A선을 따라 취한 교차단면도이다. 도 3을 참조하면, 한쌍의 켈리 바 가이드 115는 외부 실린더형 부품 111a의 하층 플랜지 부품 111c로부터 2개의 클램핑 장치 114에 연결된 라인까지 대향하는 방향으로 직각 신장되어 형성된다.

유사한 켈리 바 가이드 115는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 실린더형 부품 111a의 상부 플랜지부 111b상에 형성된다. 상기 상부 플랜지부 111b와 하층 플랜지부 111c상의 켈리 바 가이드 115는 상방 및 하방으로 이동함에 따라 내부 실린더형 부품 120을 안내하도록 축 방향에 평행한 내부 실린더형 부품 120상에 형성된 강성 돌출부 120a와 맞물린다.

보다 구체적으로는, 각각의 켈리 바 가이드 115는 양측으로부터 적절한 강성 돌출부 120a를 지지하기 위한 한쌍의 롤러 115a 및 상기 롤러 115a를 회전가능하게 지지하는 금속성 지지부 115b를 포함한다.

상기 철근구조관 2의 상부 말단 2a상에 꼭 들어맞도록 각각 V자 형상의 홈을 갖는 한쌍의 금속성 고정구 111f가 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 다리 돌출부 111d의 하층에 제공된다. 도 2를 재참조하면, 도시된 바와 같이 좌우로 신장된 한쌍의 브라킷 111b'는 상부 플랜지부 111b상에 형성되며, 상술된 유압 실린더 112로부터 하방으로 신장하는 로드 112a는 브라킷 111b'에 연결된다. 유압 실린더 112의 관 112b는 이동식 프레임 113에 개별적으로 고정된다.

한쌍의 유압 모터 116은 도 4에 도시된 바와 같이 이동식 프레임 113상에 설치된다. 도 4의 C-C선을 따라 취한 단면도를 도시한 도 5를 참조하면, 개별 유압 모터 116의 출력 샤프트 116a에 들어맞는 구동 기어 116b는 신장가능한 켈리 바 10의 최외곽 실린더형 부재 10d에 들어맞는 환상 기어 10d와 맞물리며, 그 결과, 상기 켈리 바 10은 수직축 주위로 회전될 수 있다. 도 5에 있어서, 부호 117은 굴착 시스템 1을 운반할 때 훅이 연결된 핀을 도시한다.

도 2를 재참조하면, 신장가능한 켈리 바 10은 중간 실린더형 부재(미도시) 및 전술한 최내곽 실린더형 부재 10c가 와이어 로프 13이 크레인 12로부터 풀어짐에 따라 최외곽 실린더형 부재 10a의 내부로부터 연속하여 신장되는 삼중 망원경 구조를 갖는다. 상기 굴삭 버킷 14는 상술한 바와 같이 최내곽 실린더형 부재 10c의 하층 말단에 연결된다.

코일 스프링 121, 범용 이음새 122 및 댐퍼 메카니즘 123은 코일 스프링 121의 설비가 통상적인 최내곽 실린더형 부재 10c의 하층 말단과 굴삭 버킷 14의 사이에 제공된다.

상기 코일 스프링 121은 과도한 충격 부하가 유압 모터 116과 같은 동력 공급원에 전달되지 않도록 굴삭 조작도중 철근구조관 2 내부 굴삭 버킷 14상에 나타난 충격을 흡수한다. 상기 범용 이음새 122는 상기 굴삭 버킷 14의 스윙이 스무드한 굴삭 조작을 확고히 하도록 제공된다.

상기 댐퍼 메카니즘 123의 설비는 본 발명 실시예의 독특한 특징이다. 이는 최내곽 실린더형 부재 10c가 시스템 1에 대한 손상을 방지하도록 중앙 실린더형 부재와 최외곽 실린더형 부재 10a내로 수축됨에 따라 신장가능한 켈리 바 10이 완전히 수축될 때 발생할 수 있는 충격을 흡수한다.

신장가능한 켈리 바 10의 최내곽 실린더형 부재 10c가 철근구조관 2내에 상하로 미끄러지므로, 최내곽 실린더형 부재 10c 수축의 정확한 타이밍을 육안으로 관찰하기란 불가능하다. 상기 켈리 바 10의 수축은 최내곽 실린더형 부재 10c가 중앙 실린더형 부재와 최외곽 실린더형 부재 10a내로 완전히 수용될 때 충격을 완료한다.

본 실시예의 특성은 댐퍼 메카니즘 123이 최내곽 실린더형 부재 10c가 중앙 실린더형 부재 및 최외곽 실린더형 부재 10a에 완전히 수용될 때 고정식 프레임 111에 충돌하는 스토퍼(stopper) 플레이트 124에 부착된 압축 코일 스프링 123a를 포함하며, 그 결과 상기 압축 코일 스프링 123a는 최내곽 실린더형 부재 10c의 수축시 그 말단에서 발생하는 충격을 흡수하게 된다는데 있다.

이제, 전술한 구조의 굴착 시스템 1에 의해 수행된 굴삭 조작의 연속 공정을 도 6 내지 13을 참조하여 기술한다.

우선 도 6a를 참조하면, 상기 철근구조관 추진기 3은 굴삭점에 위치하고 와이어 로프 13은 상기 철근구조관 2를 철근구조관 추진기 3내로 강하하도록 크레인 12로부터 풀어진다. 이 지점에서, 상기 보조 와이어 로프 13a에 매달린 굴착 기계 4는 원치(winch)로 인발 와이어 로프 13b를 상부로 끌어당김으로써 크레인 12의 붐(boom) 12a를 따라 폐쇄되며, 그 결과 상기 크레인 12는 통상의 호이스트 조작시 사용될 수 있다.

준비 작업이 상기 철근구조관 추진기 3에 들어맞는 철근구조관 2로 완료될 때, 상기 철근구조관 2는 도 6b에 도시한 바와 같이 지반내로 압입된다. 상기 철근구조관 2가 지반 상태에 따라 결정된 소정 깊이까지 지반 하방으로 박아질 때, 상기 인발 와이어 로프 13b는 보조 와이어 로프 13a를 감아올리면서 느슨하게 되고, 그 결과 상기 굴착 기계 4는 도시한 바와 같이 철근구조관 2의 상부 개방구 D상에 위치된다.

이어서, 상기 굴착 기계 4는 철근구조관 2의 상부 말단에 위치하고 도 7a에 도시한 바와 같이 클램핑 장치 114에 의해 철근구조관 2에 들어맞게 된다. 상기 굴삭 버킷 14는 상기 굴착 기계 4의 유압 모터 116을 가동시킴으로써 움직여 설정된다. 상기 와이어 로프 13은 도 7b에 도시된 바와 같이 하층 굴삭 버킷 14까지 느슨하게 되고, 유압 모터 116은 철근구조관 2내 지반을 배토하도록 굴삭 버킷 14를 박아넣는다.

이어서 상기 굴착 기계 4는 도 8a에 도시한 바와 같이 회전하고, 그 힌지된 하층 플레이트 14a는 굴삭 버킷 14의 내부로부터 굴착된 물질을 배출하도록 개방된다. 상기 인발 와이어 로프 13b는 굴삭 버킷 14가 굴착된 물질을 배출하도록 회전할 때 원심력에 의해 굴착 기계 4가 스윙동작되는 것을 방지한다.

철근구조관 2는 도 8b 및 9에 도시된 바와 같이 파는 조작과 흙을 제거하는 조작을 반복함으로써 지반으로부터 연속적으로 더 깊게 압입된다. 상기 굴착 시스템 1은 지반내로 철근구조관 2를 교대로 박아넣고 상술한 바와 같이 철근구조관 2내부 지반을 파냄으로써 지반을 굴삭한다. 상술한 바와 같이 철근구조관 박음 및 파냄 조작을 수행하는데 각기 다른 동력 공급원이 사용되기 때문에, 작업 하중이 철근구조관 추진기 3 혹은 굴착 기계 4상에만 집중되지 않는다.

따라서, 상기 철근구조관 추진기 3 혹은 굴착 기계 4는 모두 과부하 조작 상태로 수행되지 않고, 상기 클램핑 장치 114의 클램핑 부품이 미끄러지지 않는다. 더욱이, 상기 철근구조관 추진기 3 및 굴착 기계 4는 부품 파단 혹은 기타 굴삭 조작에서 일어날 수 있는 다른 문제점을 일으키지 않을 것이다. 따라서 통상의 올-케이싱 공법과 비교하여 훨씬 안정한 유형으로 굴삭 조작을 연속적으로 수행할 수 있다. 더욱이, 그 버킷-회전 토크를 증가시킴으로써 굴착 기계 4의 물리적 크기를 크게 늘릴 필요가 없으므로, 그 결과 본 발명은 또한 모든 통상의 전선회식 굴착기에 적용가능한 것이다.

도 10은 굴삭점상의 흙 특성으로 인해 해머 그랩 20이 실시예의 굴착 시스템 1에 사용된 실시예를 도시한 도면이다. 본 실시예는 특정 굴착 기계보다는 오히려 통상의 크레인 12를 사용하기 때문에, 상기 해머 그랩 20은 굴삭점으로부터 굴착 기계 4로 진흙층을 굴삭할 때, 천공하고 굴착된 물질을 제거하는데 사용될 수 있다. 따라서 상기 굴착 시스템 1은 해머 그랩 20 혹은 베드락-파단 끌(chisel)를 사용하게 한다.

상술된 공정에 의해 형성된 구멍이 특정 깊이에 도달할 때, 철근 봉으로된 철근골조 21은 도 11에 도시한 바와 같이 구멍내에 삽입된다.

이어서, 트레미관 22는 도 12에 도시된 바와 같이 셋팅되고, 콘크리트는 콘크리트 믹서트럭 23으로부터 굴삭공내로 타설된다. 도 12에 있어서, 부호 24는 하층 지탱 지층을 나타낸다.

최종적으로, 상기 철근구조관 2 및 트레미관 22는 도 13에 도시된 바와 같이 제거되며, 그 결과 콘크리트 말뚝이 완료된다.

상기 굴삭 버킷 14가 본 발명의 상술한 실시예내에서 굴삭 도구로 사용되었으나, 지반을 천공하거나 혹은 하층 구조를 관통하는데 상업적으로 이용가능한 다른 타입의 굴삭 도구를 사용할 수도 있다. 보다 구체적으로는, 실린더형 몸체의 수직 말단부에 삽입된 굴삭 비트를 갖는 코어 배럴 혹은 천공 버킷과 같은 굴삭 도구, 드릴의 말단부에 셋팅된 절단 매체를 갖는 절단기 비트 혹은 바운드 비트와 같은 굴삭 도구, 혹은 종형상으로된 형태내로 굴삭공의 하층 구경을 늘리기 위한 벌림 비트를 갖는 굴삭 도구를 사용할 수 있다.

상기 굴삭 도구중 어느 일종으로서 제공된 굴착 기계 4에 있어서, 상기 굴삭 도구는 상기 굴삭 도구가 수직 위치에 유지되도록 철근구조관 2의 상부 말단 2a에 고정된 굴착 기계 4를 갖는 크레인 12의 와이어 로프 13을 감고 풀어 제거될 수 있다. 따라서 철근구조관 2내에 굴삭 도구를 고속으로 승하강시킬 수 있다. 이 특성은 사다리형 굴착 기계에 비해 굴삭 작업의 효율성을 증가시키게 된다. 본 실시예 굴착 기계 4의 또다른 잇점 특성으로는 설치 용이성을 들 수 있다. 상기 굴착 기계 4는 전술한 굴삭 도구와 함께 조작되고 올-케이싱 공법과 결합되므로, 굴삭 조작을 수행시 높은 효율성을 얻는다.

유압 모터(구동기)를 조작하기 위한 유압 전력이 전술한 실시예내 크레인 12의 상부 회전 부품으로부터 공급되는 동안, 이는 본 발명에 따른 철근구조관 추진기 3으로부터 취해질 수 있다. 대체하여, 유압 모터를 구동하기 위한 별개의 유압 전력 공급원이 제공될 수 있다.

철근구조관 2의 회전에 의해 나타나는 반응력을 저지하기 위한 수단이 전술한 실시예내 클램핑 장치 114로 구조된다고 하여도, 본 발명을 이 구조에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 14에 도시한 바와 같은 연동 메카니즘이 저지 수단으로서 사용될 수 있다. 도 14의 반응력 저지 메카니즘은 켈리 바 10이 삽입되고 복수개의 아암-잠금 부품 31이 아암 30에 상응하는 위치에 철근구조관 2의 상부 말단에 들어맞는 고정식 프레임 111의 외부 실린더형 부품 111a로부터 방사상으로 돌출하는 복수개의 아암 30을 포함하며, 그 결과 상기 아암-잠금 부품 31과 맞물린 아암 30은 굴삭 버킷 14에 의해 나타난 반응력에 대항하여 작동한다.

상기 아암-잠금 부품 31은 일반적으로 볼트 32에 의해 철근구조관 2의 상부 말단에 고착된 링의 외면에 들어맞는 뒤집힌-L자형 훅 금속 부품이다.

상기 철근구조관 2는 외부 실린더형 부품 111a를 하강시키고 도 14에 도시한 바와 같이 화살표 D의 방향으로 약간 회전시킴으로써 굴착 기계 4에 들어맞을 수 있다. 굴삭 버킷 14에 의해 나타난 반응력에 대항하여 작동하기 위한 반응력 저지 메카니즘이 극히 단순한 구조로 제조된다는 점은 상술한 바로부터 이해될 수 있다. 부가하여, 클램핑 장치 114와는 달리, 이 구조는 어떠한 동력 공급원이나 유압 실린더를 필요로 하지 않으므로 비용을 저감시키게 된다.

본 실시예의 굴착 기계 4가 상술한 올-케이싱 공법에 바람직하게 사용된다고 하여도, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 예를 들어, 어스 드릴공법 혹은 역회전 드릴공법에도 적용가능하다.

상기 역회전 드릴공법은 현장타설 콘크리트 말뚝을 제조하는 방법으로, 여기서 회전 비트는 굴삭공내로 부어진 물의 정전압력으로 굴삭된 공벽을 보호하면서 지반을 굴삭하는데 사용되며, 굴착된 물질은 물 회전시 역흐름으로 배출하게 된다. 이 공법에 있어서, 지반내로 박아진 표준 관의 상부 말단에 들어맞는 굴착 기계 4로 삭공할 수 있다.

이와 반대로, 본 발명이 어스 드릴공법에 적용될 때는 표면에 철근골조가 세워진 하층지반의 상부 말단에 들어맞는 굴착 기계 4로 지반을 굴삭할 수 있다.

바람직하게는, 캡핑 부재(capping member)는 클램핑 장치 114가 조여질 때 잠재적으로 야기된 변형을 방지하도록 철근구조관 2의 상부 말단에 들어맞는 것이 좋다. 다수의 철근구조관을 결합할 때 캡핑 부재를 제거할 필요가 있더라도, 높은 곳에서 작업할 필요없이 쉽게 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이, 굴삭공내로의 지반 붕괴를 방지하도록 철근구조관 추진기에 의해 지반내로 박아지고, 철근구조관내에 지반을 굴삭하기 위한, 그리고 굴삭공 내부로부터 배토하기 위한 본 발명의 굴착 장치는 이동식 크레인에 의해 매달린 신장가능한 망원경 실린더, 상기 망원경 실린더의 하층 말단에 부착된 굴삭 도구, 그 수직축에 대하여 회전가능하게 망원경 실린더를 지지하기 위하여 철근구조관상에 재치되는 지지 프레임 유닛, 그 수직축에 대하여 망원경 실린더를 회전하기 위하여 지지 프레임 유닛상에 제공된 구동기, 및 상기 지지 프레임 유닛과 철근구조관을 연결함에 따라 망원경 실린더를 회전시킴으로써 나타나는 반응력을 저지하고 망원경 실린더의 회전을 확고히하는 연동 장치,로 이루어진다.

상기 굴착 장치는 굴착 장치를 이동식 크레인에 매달음으로써 철근구조관상에 재치될 수 있다. 상기 망원경 실린더의 하층 말단에 부착된 굴삭 도구는 지지 프레임 유닛상에 제공된 구동기에 의해 그 수직축 주위로 회전하며, 상기 철근구조관은 굴삭 조작동안 연동 장치를 매개로 망원경 실린더의 회전에 의해 나타난 반응력에 대항하여 작동하도록 사용된다. 이 구조는 특정 굴착 기계를 사용하지 않고도 굴삭 조작을 수행할 수 있다. 부가하여, 본 발명의 굴착 장치는 굴삭 자리의 지반 상태와 관계없이 원하는 구경으로 효율적으로 굴삭할 수 있다.

부가하여, 상기 이동식 크레인에 의해 매달린 굴착 장치는 예를 들면, 인발 와이어 로프를 감아올림으로서 붐(boom) 발판을 향하여 당겨질 수 있으며 이 상태에서 상기 이동식 크레인은 철근구조관 추진기내로 철근구조관을 재치하거나 혹은 상기 굴삭공내로 강철 철근골조를 삽입하여 호이스트 조작을 수행하는데 사용될 수 있다. 이는 크레인의 조작속도를 개선시키게 된다.

상기 굴착 장치의 굴삭 도구로는 굴삭 버킷을 포함할 수 있다. 이 구조는 철근구조관의 내부로부터 배토시 효율적일 수 있다.

상기 지지 프레임 유닛은 철근구조관의 상부 말단에 재치된 고정식 프레임, 망원경 실린더의 최외곽 실린더형 부재를 지지하기 위한 이동식 프레임, 및 상기 이동식 프레임과 고정식 프레임을 연결하도록 고정식 프레임으로부터 수직으로 신장하는 유압 실린더,를 포함할 수 있다.

이 구조에 있어서, 상기 이동식 프레임에 의해 지지된 망원경 실린더는 유압 실린더의 로드를 신장수축시킴으로써 상하강될 수 있다. 따라서, 상기 망원경 실린더를 끌어올리고 이를 크레인을 사용하여 철근골조관 상부 지점으로 이동시키도록 굴착 장치를 셋팅할 때, 예를 들어, 상기 철근구조관 상부에 이미 지지된 굴착 장치를 와이어 로프를 풀 필요없이 유압 실린더의 로드를 신장시킴으로써 철근구조관상에 하방으로 재치시킬 수 있다.

부가하여, 일단 굴착 장치가 철근구조관상에 재치되고 제자리에 고정되면, 굴삭 도구는 와이어 로프를 감아올림으로써 굴삭 도구를 들어올리는 것보다 유압 실린더의 로드를 수축함으로써 신뢰성있고 보다 안전한 유형으로 지반으로 부터 분리될 수 있다.

상기 연동 장치는 그 상부 말단을 클램핑함으로써 철근구조관을 잠그기 위한 유압 클램프를 포함할 수 있으며, 상기 유압 클램프는 철근구조관의 방사상 방향으로 이동가능하다.

상기 연동 장치의 유압 클램프가 철근구조관의 상부 말단을 견고하게 지지하고 상기 철근구조관은 이 구조내에서 굴삭 도구의 회전에 의해 나타나는 반응력에 대항하여 작동하도록 사용되기 때문에, 굴삭 도구 및 철근구조관의 토크 혹은 회전력은 굴착 장치에 용이하게 고정되고 릴리이스될 수 있다. 더욱이, 유압 클램프가 철근구조관의 방사상 방향으로 이동될 수 있으므로, 본 발명의 굴착 장치는 다른 구경을 갖는 철근구조관에도 적용가능하다.

상기 망원경 실린더는 망원경 실린더가 완전히 수축될 때 발생하는 댐핑 충격에 대한 충격 흡수장치를 제공할 수 있다.

상기 망원경 실린더의 최내곽 실린더 부재는 망원경 실린더가 수축될 때 철근구조관내부에 수용되기 때문에, 최내곽 실린더형 부재의 수축의 정확한 타이밍을 육안으로 관찰하기란 불가능하다. 따라서, 상기 망원경 실린더의 수축은 최내곽 실린더형 부재가 최외곽 실린더형 부재내로 완전히 수용될 때의 충격으로 완료된다. 상기 망원경 실린더가 완전히 수축될 때 발생하는 충격을 경감하기 위한 충격 흡수장치의 설비로 인해, 상기 망원경은 손상없이 수축될 수 있다.

지반을 굴삭하는 본 발명의 방법은 굴삭공내로의 지반 붕괴를 방지하도록 철근구조관 추진기에 의해 지반내로 철근구조관을 박는 단계; 상기 철근구조관상에 이동식 크레인에 의해 매달린 전술한 굴착 장치를 재치하는 단계; 상기 철근구조관을 지지 프레임 유닛으로 고착하는 단계; 및 그 수직축에 대하여 망원경 실린더를 회전하고 굴삭공의 깊이에 따라 망원경 실린더를 확대하면서 철근구조관내 지반을 배토하는 단계; 로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 상기 철근구조관은 굴삭공내로의 지반 붕괴를 방지하도록 철근구조관 추진기에 의해 철근구조관을 지반에 박고 상기 철근구조관상에 굴착 장치를 재치한 다음 상기 굴착 장치의 지지 프레임 유닛이 상기 철근구조관의 상부 말단에 들어맞을 때 굴삭 도구의 회전에 의해 나타나는 반응력을 저지하도록 사용될 수 있다. 따라서, 구동기에 의해 그 수직축에 대하여 회전하는 동안 망원경 실린더를 확대할 때, 철근구조관내 지반을 파낼 수 있다.

본 발명에 사용되는 이동식 프레임은 바람직하게는 그 상부에 기울임가능한 붐(boom)이 신장가능한 붐을 갖는 크레인 혹은 타워 크레인에 탑재되거나 선회된 자기-추진된 섀시 및 회전가능한 상부 몸체를 갖는 무한궤도 크레인이지만, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 이동식 프레임은 철로상을 달리는 기관차 크레인일 수 있다.

본 발명이 그 본질적 특징의 사상으로부터 벗어남없이 여러 형태로 구현될 수 있으므로, 따라서 본 실시예는 예시적인 것이며 제한적이 아니며, 본 발명의 사상은 상술된 상세한 설명보다 첨부된 청구범위로 한정되므로, 따라서 청구범위의 경계 및 사상내에 들어맞는 모든 변화 혹은 이같은 경계 및 사상의 등가물은 따라서 청구범위에 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일견지에 의한 굴착 시스템의 전체 투시도;

도 2는 도 1에 도시된 굴착 기계의 외부 일부를 잘라낸 확대도;

도 3은 도 2의 A-A선을 따라 취한 교차단면도;

도 4는 도 2에 도시된 굴착 기계의 좌측면도;

도 5는 도 4의 C-C선을 따라 취한 교차단면도;

도 6a 및 6b는 본 발명의 견지에 의해 굴착 조작의 준비 공정을 도시한 도면으로서, 여기서 도 6a는 철근구조관 추진기를 재치시키는 방법을 도시한 도면이고, 도 6b는 철근구조관을 지반내로 압입하는 방법을 도시한 도면;

도 7a 및 7b는 굴착 조작의 후속 공정을 도시한 도면으로서, 여기서 도 7a는 굴착 기계가 셋팅되는 방법을 도시한 도면이고, 도 7b는 버킷이 철근구조관내 지반을 배토하는 방법을 도시한 도면;

도 8a 및 8b는 굴착 조작의 후속 공정을 도시한 도면으로서, 도 8a는 굴착된 물질이 배출되는 방법을 도시한 도면이고, 도 8b는 철근구조관이 지반내로 보다 깊게 압입하는 방법을 도시한 도면;

도 9는 철근구조관내에서 배토하는 방법을 도시한 도면;

도 10은 해머 그랩이 상기 견지의 굴착 시스템에 사용되는 실시예를 도시한 도면;

도 11은 철근골조가 굴삭공내로 삽입되는 방법을 도시한 도면;

도 12는 콘크리트가 굴삭공내로 타설되는 방법을 도시한 도면;

도 13은 철근구조관과 트레미관(tremie pipe)이 제거되는 방법을 도시한 도면; 그리고

도 14는 본 실시예를 변형한 반응력 저지수단을 도시한 투시도;이다.

*도면의 주요한 부위에 대한 간단한 설명*

2... 철근구조관 3... 철근구조관 추진기

10... 켈리 바(kelly bar) 11... 지지 프레임 유닛

116... 유압 모터 114... 클램핑 장치

Claims (12)

1. 굴삭공내로의 지반 붕괴를 방지하도록 철근구조관 추진기에 의해 지반내로 박은 철근구조관내 지반을 굴삭하고, 굴삭공 내부를 배토하는 굴착 장치에 있어서,

   상기 굴착 장치는

   이동식 크레인에 의해 매달려지는 신장가능한 망원경 실린더;

   상기 망원경 실린더의 하층 말단에 부착된 굴삭 도구;

   그 수직축에 대하여 회전가능하게 상기 망원경 실린더를 지지하기 위하여 철근구조관상에 배치된 지지 프레임 유닛;

   그 수직축에 대하여 망원경 실린더를 회전하기 위하여 지지 플레임 유닛상에 제공된 구동기; 및

   상기 지지 프레임 유닛과 철근구조관을 결합하고 그에 따라 회전 망원경 실린더에 의해 나타난 반응력을 저지하고 망원경 실린더의 회전을 확고히하는 연동 장치;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 굴착 장치
2. 제1항에 있어서, 상기 굴삭 도구는 굴삭 버킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 굴착 장치
3. 제2항에 있어서, 상기 연동 장치는 그 상부 말단을 클램핑함으로써 철근구조관를 잠그기 위한 유압 클램프를 포함하며, 상기 유압 클램프는 철근구조관의 방사상 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 굴착 장치
4. 제2항에 있어서, 상기 망원경 실린더는 망원경 실린더가 완전히 수축될 때 발생하는 댐핑 충격에 대한 충격 흡수장치를 제공되는 것을 특징으로 하는 굴착 장치
5. 제2항에 있어서, 상기 지지 프레임 유닛은 철근구조관의 상부 말단상에 재치된 고정식 프레임, 상기 망원경 실린더의 최외곽 실린더형 부재를 지지하기 위한 이동식 프레임, 및 상기 이동식 프레임과 고정식 프레임을 연결하도록 고정식 프레임으로부터 수직으로 신장하는 유압 실린더,를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴착 장치
6. 제5항에 있어서, 상기 망원경 실린더는 망원경 실린더가 완전히 수축할 때 발생하는 댐핑 충격에 대한 충격 흡수장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 굴착 장치
7. 제5항에 있어서, 상기 연동 장치는 그 상부 말단을 클램핑함으로써 철근구조관을 잠그기 위한 유압 클램프를 포함하며, 상기 유압 클램프는 철근구조관의 방사상 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 굴착 장치
8. 제7항에 있어서, 상기 망원경 실린더는 망원경 실린더가 완전히 수축할 때 발생하는 댐핑 충격에 대한 충격 흡수장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 굴착 장치
9. 제1항에 있어서, 상기 지지 프레임 유닛은 철근구조관의 상부 말단상에 재치된 고정식 프레임, 상기 망원경 실린더의 최외곽 실린더형 부재를 지지하기 위한 이동식 프레임, 및 상기 이동식 프레임과 고정식 프레임을 연결하도록 고정식 프레임으로부터 수직으로 신장하는 유압 실린더,를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴착 장치
10. 제1항에 있어서, 상기 연동 장치는 그 상부 말단을 클램핑함으로써 철근구조관을 잠그기 위한 유압 클램프를 포함하며, 상기 유압 클램프는 철근구조관의 방사상 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 굴착 장치
11. 제1항에 있어서, 상기 망원경 실린더는 망원경 실린더가 완전히 수축할 때 발생하는 댐핑 충격에 대한 충격 흡수장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 굴착 장치
12. 굴삭공내로의 지반 붕괴를 방지하도록 철근구조관 추진기에 의해 지반내로 철근구조관을 박는 단계;

    상기 철근구조관상에 이동식 크레인에 의해 매달린 굴착 장치를 재치시키는 단계;

    상기 철근구조관을 지지 프레임 유닛에 고착시키는 단계; 및

    그 수직축 주위로 망원경 실린더를 회전하고 상기 망원경 실린더를 굴삭공의 깊이에 따라 신장하는 동안 철근구조관내 지반을 배토하는 단계;를 포함하되,

    상기 굴착 장치는,

    이동식 크레인에 의해 매달려지는 신장가능한 망원경 실린더;

    상기 망원경 실린더의 하층 말단에 부착된 굴삭 도구;

    그 수직축에 대하여 회전가능하게 상기 망원경 실린더를 지지하기 위하여 철근구조관상에 배치된 지지 프레임 유닛;

    그 수직축에 대하여 망원경 실린더를 회전하기 위하여 지지 플레임 유닛상에 제공된 구동기; 및

    상기 지지 프레임 유닛과 철근구조관을 연결하고 그에 따라 회전 망원경 실린더에 의해 나타난 반응력을 저지하고 망원경 실린더의 회전을 확고히하는 연동 장치;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 굴착 방법