KR100508460B1 - 연약지반 개량장치 및 개량방법 - Google Patents

연약지반 개량장치 및 개량방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상 연약지반을 개량 하기위한 연약지반 개량장치를 사용하여 해상 연약지반 내에 1회 항타 근입시켜 계획 연장선까지 수직벽체를 일자형이나 격자형으로 형성하는 것이다.
해상 연약지반 개량장치를 이용한 시공방법은;
개량장치를 해상 연약지반 내에 항타하여 근입시키는 단계와; 해상 작업선과 연결된 유압파이프를 통하여 각각의 실린더의 내부에 유압으로 피스톤을 피스톤 지지기둥과 함께 전면으로 전진시켜 피스톤 지지기둥이 전면으로 전진한 만큼 공간부를 형성시키는 단계와; 이 공간부에 해수면 상에 모래를 적재한 작업선에 연결된 케이싱을 통하여 개량장치의 하부판부터 모래에 공기압을 가압하여 개량장치의 공간부의 상부까지 모래를 압밀 치환 하는 단계와; 압밀 치환된 모래가 공간부를 채우면 해상 작업선과 연결된 유압파이프를 통하여 실린더의 내부에 압력을 증가 시켜 공간부를 채운 모래를 피스톤 지지기둥이 밀게 되어 개량장치의 전면기둥이 해상 연약지반을 개량장치의 양측으로 압밀시키며 개량장치의 전면 방향으로 전진하는 단계; 로 이루어지며,
위의 단계를 반복, 연속적으로 수행하여 해상 연약지반 내에 모래 벽체기둥을 형성하는 해상 연약지반 개량방법과 개량장치에 관한 것 이다.

Description

연약지반 개량장치 및 개량방법{Soft Ground Improvement System and improvement method}
국토가 좁고 삼면이 바다인 우리나라의 자연조건에서 해안을 개발하여야 하는 필요성은 차츰 증대되어 해안을 개발하여 공업단지나 각종 항만시설 등을 건설하고 있다. 따라서 해안매립을 통한 개발과정에서 연약지반에 대한 안장적인 처리가 요구되고 있는 실정으로 그 대표적 공법으로 일본에서 1950년대에 개발된 모래다짐말뚝이며 그 공법 사용이 빈번해 지고 있다.
이 모래다짐말뚝공법은 사질토 또는 첨성토의 해상 연약지반에 모래 혹은 유사 재료를 압입하여 큰 직경의 다져진 모래말뚝을 조성하는 해상 연약지반 개량공법으로 진동식 해머로 케이싱 파이프를 지중에 관입하여 이것을 통하여 모래를 공급 연약지반 내에 모래 기둥을 형성함으로써 지지력의 증가, 압축침하의 저감, 액상화 방지, 수평저하의 증가 등을 목적으로 사용되어지고 있으며, 양질의 모래를 해저 연약지반 층에 전용타입 작업선을 사용하여 압입시킴으로써 구조물의 경제적인 설계와 강제 치환공법 등 여타 공법 시공 시 발생하는 해양오염이나. 사토처리 등을 최소화할 수 있도록 한 것이다.
이러한 모래다짐말뚝 공법의 시공 방법은 먼저 장비를 시공위치에 정착하여 시공위치 및 작동상태를 확인하는 단계와; 바이브로 햄머를 작동하여 케이싱을 설계심도 또는 지지층까지 삽입하고 케이싱 내에 모래를 투입하는 단계와; 케이싱 내에 압축공기를 주입 바이브로 햄머를 작동하고 소정의 길이만큼 인발하면서 케이싱 단면적과 같은 모래 기둥을 형성하는 단계와; 압축공기 밸브를 닫고 바이브로 햄머를 작동시켜 모래 기둥을 소정의 길이만큼 압축하는 단계와; 압입이 완료되면 다시 케이싱 내에 압축공기를 주입 바이브로 햄머를 작동하고 소정의 길이만큼 인발하면서 케이싱 단면적과 같은 모래 기둥을 형성하는 것을 반복하는 단계와; 다시 압축공기 밸브를 닫고 바이브로 햄머를 작동시켜 모래 기둥을 소정의 길이만큼 압축하는 단계를 반복적으로 실시하면서 해저 연약지반 내에 모래 기둥을 형성한다.
모래다짐말뚝공법은 상기와 같은 공정을 반복적으로 되풀이 하면서 해상 연약지반 상에 일정한 간격과 형태로 모래 기둥을 형성해 가는데, 상기와 같이 1기의 모래 기둥을 형성하기 위해서는 케이싱의 항타와 인발을 반복적으로 수행하기 때문에 공사기간 장기화될 뿐만 아니라, 정밀한 규격 시공이 어렵다. 또한 안벽과 같은 항만의 주요 시설물 등에는 안벽의 후방 매립토에 의한 압력으로 원호활동에 의한 수평응력에 효율적으로 대처할 수 없는 문제점이 발생하였다.
위와 같은 문제점을 효율적으로 극복하기 위해서 창안된 것으로 해상 연약지반 내에 연속적으로 모래 벽체기둥을 형성하기 위한 방법으로 도면에 의거하여 상세하게 연약지반 개량 장치 및 개량 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 1은 본 발명의 연약지반 개량장치의 일부분 절개 사시도로 개량장치(100)는 그 재질이 단단한 철강재로 이루어지고. 구성을 살펴보면 개량장치(100)는 전면을 향해 일정한 각도로 돌출된 전면기둥(110)이 수직으로 이루어진다. 이 전면기둥(110)의 후방에는 전면기둥(110)과 일체로 실린더 지지기둥(120)이 역시 수직으로 형성되는데 실린더 지지기둥(120)의 배면에 일정한 간격을 두고 상하로 실린더(121)가 일렬로 배열된다. 이때 실린더(121)는 해상 연약지반(200)의 내부에서 개량장치(100)가 균일한 힘에 의해서 일정하게 전진하기 위해서 배열 간격을 역학적인 조정을 통하여 설치한다. 실린더 지지기둥(120)과 실린더(121)는 물론 일체로 이루어져 실린더 지지기둥(120)에는 실린더(121)의 내부에 유압을 작동시키기 위한 유압파이프(122)가 각각의 실린더(121)와 연결되어 있다.
이 실린더(121)에는 피스톤(141)이 각각 연결되고 피스톤(141)과 일체로 피스톤 지지기둥(140)이 역시 일정한 벽체 형식으로 수직으로 형성된다.
피스톤 지지기둥(140)의 양 측면에는 양 측면 벽체기둥(130)이 전면기둥(110)과 실린더 지지기둥(120)에 일체로 연결 수직으로 형성되어 피스톤 지지기둥(140)의 양 끝단과 접해서 피스톤 지지기둥(140)이 실린더(121)의 유압에 의해 피스톤(141)이 피스톤 지지기둥(140)과 함께 전후 운동을 반복하기 위한 측면 지지역할을 하게 된다.
개량장치(100)의 하부는 전면기둥(120)의 하부와 양 측면 벽체기둥(130)의 하부를 연결하는 하부판(150)이 형성 되는데, 이 하부판(150)의 전후 길이는 전면기둥(110)부터, 실린더(121)에서 유압으로 피스톤(141)을 최대로 밀었을 때 피스톤 지지기둥 배면(142)까지 형성되어 해상 연약지반(200) 내에 개량장치(100)가 항타 근입 되어도 실린더(121)나 피스톤(141)에 연약지반(200)의 이토가 흘러드는 것을 방지하는 역할을 한다.
이러한 개량장치(100)를 이용하여 해상 연약지반(200)의 개량방법을 도 4의 본 발명의 연약지반 개량장치를 이용한 연약지반 개량방법을 나타내는 시공 순서 도에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
개량할 해상 연약지반(200)의 위치를 선정하고 해상 연약지반(200) 내로 해상 기중기선을 이용하여 개량장치(100)를 단단한 경지반(300)까지 항타하여 근입 시킨다.
여기서 도면에는 도시하지 않았지만 개량장치(100)의 유압파이프(122)는 해상의 해수면에 선박의 유압장치와 연결되어 있으며, 개량장치(100)가 해상 연약지반(200) 내에서 전진하는 것을 용이하게 하기위해서 개량장치(100)를 흔들어주는 유압 바이브로 장치가 개량장치(100)에 장착되어 있음을 언급해둔다.
개량장치(100)가 해상 연약지반(200) 내에 근입되면. 먼저 도 4의 a와 같이 각각의 실린더(121)의 내부에 유압의 힘으로 각각의 피스톤(141)을 화살표 방향으로 전진시키면 도 4의 b처럼 피스톤 지지기둥(140)이 화살표 방향으로 전진한 만큼 피스톤 지지기둥 배면(142)에 공간부(210)가 형성된다. 이 공간부(210)에 해수면 상에 모래(220)를 적재한 작업선에 설치된 케이싱을 개량장치(100)의 하부판(150)부터 모래(220)에 공기압을 가압하여 개량장치(100) 공간부(210)의 상부까지 모래(220)를 압밀하여 치환부(230)를 형성한다. 도 4의 c와 같이 압밀된 모래(220)가 공간부(210)를 치환하면 도 4의 d처럼 해상 작업선과 연결된 유압파이프(122)를 통하여 각각의 실린더(121) 내부에 압력을 증가 시키면 공간부(210)를 채운 치환부(230)를 피스톤 지지기둥(140)이 밀게 되고 개량장치(100)의 전면기둥(110)이 해상 연약지반(200)을 개량장치(100)의 양측으로 압밀시키며 개량장치(100)의 전면 즉 화살표 방향으로 전진하게 된다. 이 때 공간부(210) 내부의 압밀된 모래(220)는 재 압축되면서 모래(220)의 일부가 개량장치(100)가 전진하려는 압력에 의해서 개량장치(100)의 양 측면 벽체기둥(130) 끝단의 연약지반(200)을 밀어내어 개량장치(100)의 폭 보다도 치환부(230)의 폭이 넓게 형성된다.
도 4의 e와 같이 다시 각각의 실린더(121) 내부의 압력을 줄이면 각각의 피스톤(141)이 화살표 방향으로 전진하고 각각의 피스톤(141)에 연결된 피스톤 지지기둥(140)도 같이 전진하게 된다. 이때 도 4의 f와 같이 다시 공간부(210)가 피스톤 지지기둥 배면(142)에 형성되고, 도 4의 g와 같이 모래(220)를 공간부(210)에 압밀 치환하는 반복된 공정을 연속적으로 수행하여 해상 연약지반(200) 내에 모래(220) 벽체기둥을 형성한다.
도 5는 본 발명의 연약지반 개량장치를 이용한 연약지반 개량방법을 나타내는 평면도와 같이 해상 연약지반(200)에 형성되는 모래(220) 벽체기둥은 전술 했듯이 도 5처럼 개량장치(100)의 폭 보다 더 크게 형성되는데, 개량장치(100)가 해상 연약지반(200)상에서 전진하게 위한 압력으로 모래가 개량장치(100)의 양 측면 벽체기둥(130)의 외부로 밀려나기 때문이다.
그리고 도 5는 일정한 한 방향, 일정한 간격으로 시공한 도면이나 본 시공 방법은 필요에 따라서 격자형으로 시공할 수 있다. 또한 치환재료로서 모래(220) 외에도 쇄석, 석분, 마사토, 패각 등을 다양하게 사용할 수 있으며, 특히 콘크리트를 치환재료로 사용하여 격자형 벽체 기둥을 형성하고 콘크리트를 연약지반 내에서 양생시킨 후 격자형으로 형성된 콘크리트 벽체 기둥의 내부 연약지반을 준설하여 양질의 치환재료로 치환하면, 경제적이면서 우수한 구조의 해상 연약지반 개량 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 개량장치(100)를 이용한 해상 연약지반(200)의 개량 방법을 이용하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 1회 항타 인발로 개량 연장선까지 한번에 시공이 가능하여 공기를 감축할 수 있다.
둘째, 시공 장비의 조합이 단순하고 공정이 단순하다.
셋째, 일자형 혹은 격자형 벽체기둥을 형성함으로써 상재하중과 원호활동에 의한 횡압에 더욱 안전하다.
넷째, 다양한 치환재료를 사용할 수 있으며, 치환재료를 콘크리트로 사용하여 콘크리트 격자형 벽체기둥의 생성 후 벽체 기둥 사이의 연약지반을 준설하여 양질의 치환재료로 치환하면 우수한 안전율을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 연약지반 개량장치의 일부분 절개 사시도
도 2는 본 발명의 연약지반 개량장치의 평면도
도 3은 본 발명의 연약지반 개량장치의 단면도
도 4는 본 발명의 연약지반 개량장치를 이용한 연약지반 개량방법을 나타내는 시공 순서도
도 5는 본 발명의 연약지반 개량장치를 이용한 연약지반 개량방법을 나타내는 평면도
< 도면 각 주요 부분에 대한 명칭>
100. 개량장치 110. 전면기둥
120. 실린더 지지기둥 121. 실린더
122. 유압 파이프 130. 양 측면 벽체기둥
140. 피스톤 지지기둥 141. 피스톤
142. 피스톤 지지기둥 배면 150. 하부판
200. 연약지반 210. 공간부
220. 모래 230. 치환부
300. 경지반

Claims (2)

  1. 해상 연약지반(200) 개량장치(100)를 구성함에 있어서, 그 재질이 단단한 철강재로 이루어지며. 그 구조는 개량장치(100)의 전면을 향해 일정한 각도로 돌출된 전면기둥(110)이 수직으로 이루어지고, 이 전면기둥(110)의 후방에는 전면기둥(110)과 일체로 실린더 지지기둥(120)이 수직으로 형성되는데, 실린더 지지기둥(120)의 배면에 일정한 간격을 두고 상하로 실린더(121)가 일렬로 배열되고, 실린더 지지기둥(120)과 실린더(121) 역시 일체로 이루어져 실린더 지지기둥(120)에 실린더(121)의 유압을 작동시키기 위한 유압파이프(122)가 각각의 실린더(121)와 연결되어 있으며, 이 실린더(121)에는 피스톤(141)이 각각 연결되고 피스톤(141)과 일체로 피스톤 지지기둥(140)이 역시 일정한 벽체 형식으로 수직으로 형성되어 있고, 피스톤 지지기둥(140)의 양 측면에는 양 측면 벽체기둥(130)이 전면기둥(110)과 실린더 지지기둥(120)에 연결되어 수직으로 형성되어 실린더(121)와 피스톤(141), 피스톤 지지기둥(140)을 감싸고 있으며, 개량장치(100)의 하부는 전면기둥(120)의 하부와 양 측면 벽체기둥(130)의 하부를 연결하여 실린더(121)에서 유압으로 피스톤(141)을 최대로 밀었을 때 피스톤 지지기둥 배면(142)까지 형성된 하부판(150)의 구조를 갖는 해상 연약지반(200) 개량장치(100)
  2. 개량장치(100)를 해상 연약지반(200) 내에 항타하여 근입 시키는 단계와; 해상 작업선과 연결된 유압파이프(122)를 통하여 각각의 실린더(121)의 내부에 유압으로 피스톤(141)을 피스톤 지지기둥(140)과 함께 전면으로 전진시키면 피스톤 지지기둥(140) 전면으로 전진한 만큼 공간부(210)를 형성시키는 단계와; 이 공간부(210)에 해수면 상에 모래(220)를 적재한 작업선에 설치된 케이싱을 통하여 개량장치(100)의 하부판(150)부터 모래(220)에 공기압을 가압하여 개량장치(100)의 공간부(210)의 상부까지 모래(220)를 압밀하여 치환부(230)를 형성하는 단계와; 압밀 치환된 모래(220)가 공간부(210)를 채우면 해상 작업선과 연결된 유압파이프(122)를 통하여 실린더(121)의 내부에 압력을 증가 시켜 공간부(210)를 채운 치환부(230)를 피스톤 지지기둥(140)이 밀게 되어 개량장치(100)의 전면기둥(110)이 해상 연약지반(200)을 개량장치(100)의 양측으로 압밀시키며 개량장치(100)의 전면 방향으로 전진하는 단계의; 공정을 연속적이고 반복적으로 수행하여 개량장치(100)를 해상 연약지반(200) 내에 1회 항타 근입하여 계획 연장선까지 해상 연약지반(200) 내에 모래(220) 벽체기둥을 일자형 또는 격자형으로 형성하는 해상 연약지반(200) 개량방법
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