KR100528682B1

KR100528682B1 - 토양굴삭공구, 스위블, 접속장치 및 지반개량공법

Info

Publication number: KR100528682B1
Application number: KR10-2003-7007041A
Authority: KR
Inventors: 야마시타신이치; 야마시타사요코; 이나바쓰토무
Original assignee: 야마신 고교 가부시키가이샤; 니시마쯔 켄세쯔 가부시키가이샤
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2005-11-15
Also published as: CN1531622A; WO2003006785A1; KR20040007416A; JP3391781B2; CN1287064C; JP2003090189A

Abstract

선도관과 축체와 축체의 주위에 부착된 나선형날개부를 가지며, 축체에서 나선형날개부가 부착되는 부분은 축방향을 따라 중앙부가 크고 양 단부가 좁도록 구성되며, 나선형날개부의 상면 및 하면에 발톱을 마련한 토양굴삭공구를 회전시켜, 또 선도관으로부터 압축공기를 분출하면서 토양을 굴삭하고, 소정의 깊이에 도달한 후에 토양굴삭공구를 역회전시켜 토양을 교반하면서 나선형날개부로부터 시멘트밀크를 주입하여 토양과 시멘트밀크를 혼합시켜, 토양중에 개량체를 조성하는 것에 의해, 지상에 시멘트밀크를 함유한 슬러지를 발생하지 않아, 환경문제를 일으키는 일 없이 연약지반의 개량공사를 실현한다.

Description

토양굴삭공구, 스위블, 접속장치 및 지반개량공법{Soil excavating tool, swivel, connecting device, and ground improving method}

본 발명에 따른 토양굴삭공구, 스위블, 접속장치 및 지반개량공법은, 연약한 지반의 개량이나 오염된 토양의 정화에 관한 것이다.

종래 연약지반을 개량하는 방법으로서, 초고압으로 주입재를 분사교반하는 방법과 대형의 기계를 이용하여 기계적으로 분사교반하는 공법이 있다.

종래의 지반개량공법으로는, 초고압분사에 의한 분사교반공법과 대형 기계에 의한 오거(auger)교반공법이 주체가 되지만, 초고압분사공법은, 교반말뚝(攪拌杭)을 시공하는 경우에 시멘트밀크에 20㎫ 내지 40㎫의 고압을 걸어, 노즐의 앞단에서 분사하여 압력으로 말뚝을 만드는 공법이므로, 슬러지가 많이 나오는 결함이 있고, 또 대형 기계에 의한 기계식 교반공법은 기계가 비정상적으로 크기 때문에 시공장소가 제약되는 등의 문제가 있었다.

초고압분사교반공법에서는 비교적 콤팩트한 기계에 의한 공사가 가능하지만, 다량의 슬러지가 발생하여, 환경상 좋지 않고, 또, 이 슬러지를 처리하려고 하면 고액의 비용이 든다고 하는 문제가 있다.

한편, 대형기계에 의한 기계식교반공법에서는, 시공기계가 대형이 되며, 시공할 수 있는 장소가 한정된다는 문제와, 시공을 위해 대형 플랜트의 운반, 설치를 필요로 하기 때문에, 넓은 장소를 준비해야 하여, 그 비용도 고액이 된다는 문제가 있다.

더욱이, 산업활동의 결과로서, 유해물질이 땅 속으로 새어, 토양이 오염된다는 것이 근년에 문제가 되고 있다. 유해물질의 배출을 억제하는 것은 중요하지만, 일단 배출되어 버린 이상 유효한 해결수단은 없었다. 유해물질을 분해ㆍ중화하려고 하는 약제를 산포(散布)하여도 그 효과는 표면의 토양에 한정되며, 땅속 깊이까지 처리하는 것은 곤란하여, 기계적으로 파서 새롭게 하면 비용이 커진다는 점에서, 땅 속의 유해물질을 지상으로 끌어낼 수도 있다.

연약지반을 강화하기 위해서는 초고압분사교반공법이 유력하지만, 발생하는 슬러지에 의해 환경문제 또는 처리를 위한 비용의 문제가 발생한다는 것은 이미 설명하였다. 이것을 해결하는 유력한 기술로서, 일본공개특허공보 제2001-159130호에 「기계교반에어-시멘트밀크혼합압송공법 및 장치」로서, 압축장치로써 공기를 압송하여 절삭비트선단부에서 공기를 분출하면서 절삭비트로써 지반을 파 들어가, 구멍파기의 완료 후 그라우트(grout)펌프로써 시멘트밀크를 압송하여 절삭비트로써 굴삭된 토양과 시멘트밀크를 교반하여 땅속말뚝을 조성하는 기술이 기재되어 있다. 이 기술에 의하면, 절삭한 토양과 시멘트밀크를 완전히 교반하여 땅속말뚝을 형성시키는 것에 의해 슬러지를 지상으로 배출하지 않고, 환경문제를 유발하지 않고, 게다가 저가로 간편히 토양강화공사를 시공하는 것이 가능하다. 본 발명은 일본공개특허공보 제2001-159130호에 기재된 발명에 관련한 것으로, 당해 발명을 보다 발전시키기 위한 토양굴삭공구, 스위블, 접속장치 및 지반개량공법을 제공하여, 종래의 공법에 따른 슬러지의 발생에 의한 환경문제 및 대규모 설비에 의한 큰 비용의 발생이라는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 토양굴삭공구의 사시도이다.

도 2는 도 1의 정면도이다.

도 3은 도 1의 저면도이다.

도 4는 토양굴삭공구의 발톱의 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 스위블의 단면도이다.

도 6은 스위블 중에서의 주입재와 공기의 흐름을 보여주는 단면도이다.

도 7은 스위블 중에서의 주입재와 공기의 흐름을 보여주는 단면도이다.

도 8은 접속장치의 상세를 보여주는 단면도이다.

도 9는 본 발명의 건설기계를 보여주는 정면도이다.

도 10은 나선모양날개부 상에서의 발톱의 배치예를 보여주는 전개도이다.

도 11은 나선모양날개부 상에서의 발톱의 배치예를 보여주는 전개도이다.

본 발명의 토양굴삭공구는, 선도관과 축체와 축체의 주위에 부착된 나사모양날개부를 갖는 토앙굴삭공구로서, 상기 축체에 나선모양날개부가 부착되는 부분은 축방을 따라 중앙부가 두껍고(크고) 양 단부가 좁게 되도록 구성된 것이다. 상기 나선형날개부의 상면 및 하면에 발톱을 마련하여, 토양의 교반을 더욱 효과적으로 행하는 것이 가능하다. 또, 상기 발톱을 판모양으로 하여, 축체를 중심으로 하는 원주에 접하는 방향으로 마련하여, 교반을 원활하게 행하는 것이 가능하고, 또, 상기 발톱을 장방향판모양으로 하여 나선형날개부의 상면의 발톱은 나선형날개부가 아래쪽으로 진행하는 경우의 회전시의 진행방향측의 모서리가 모따기되어 있고, 나선형날개부의 하면의 발톱은 나선형날개부가 위쪽으로 진행하는 경우의 회전시의 진행방향측의 모서리가 모따기되어 있도록 구성하여, 발톱에 의한 토양의 교반과 나선형날개부의 진퇴를 더욱 원활하게 하는 것이 가능하다.

본 발명의 스위블은, 토양굴삭공구를 회전가능하게 지지하는 것으로, 비회전부에는 공기도입구와 주입재도입구가 마련되며, 비회전부에 대해 회전가능하게회전축이 마련되며, 상기 회전축은 내관과 외관으로 이루어진 2중관으로, 내관내부의 중공부가 공기도입구 또는 주입재도입구 중의 어느 한 쪽과, 내관과 외관의 사이의 공간이 다른 한 쪽과 유체가 통과가능하게 연결되어 있는 것이다.

상술의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 접속장치는, 건설기계의 회전축의 접속장치로서, 이중관이 되는 상기 회전축의 내관끼리 및 내관과 외관 사이의 공간끼리가 유체가 통과가능하게 접속되는 통로를 가지며, 또 회전축 사이의 상대적인 회전을 방지하는 회전방지기구를 마련하고 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 건설기계는, 상술의 토양굴삭공구를 상술의 스위블 및 접속장치와 함께 작업대차량에 부착하고, 접속장치를 통하여 토양굴삭공구를 회전시키는 것이다.

또, 본 발명의 지반개량공법은, 선도관과 축체와 축체의 주위에 부착된 나서형날개부를 가지며, 상기 축체에서 나선형날개부가 부착되는 부분은 축방향을 따라 중앙부가 크고 양 단부가 좁게 되도록 구성되며, 상기 나선형날개부의 상면 및 하면에 발톱을 마련한 토양굴삭공구를 회전시켜, 또 선도관으로부터 압축공기를 분출하면서 토양을 굴삭하여, 소정의 깊이에 도달한 후에 토양굴삭공구를 역회전시켜 토양을 교반하면서 나선형날개부로부터 시멘트밀크를 주입하여 토양과 시멘트밀크를 혼합하여, 토양중에 개량체를 조성하는 것이다. 주입재로서 시멘트밀크 대신 토양 중의 오염물질을 정화하는 약제를 사용하는 것에 의해, 토양정화공법을 실현할 수 있다.

본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해, 첨부의 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 토양굴삭공구의 일 예를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 정면도 도 3은 도 1의 저면도이다. 본 발명에 따른 토양굴삭공구(1)는 축체의 둘레에 나선형날개부를 갖는 것이다. 선단에 선도관(2)을 갖고, 절삭팁(3)이 마련되어 있다. 절삭팁(3)에 의해 지반을 절삭하면서, 선도관(2)이 땅속에 들어간다. 선도관(2)에 연결되게 축체(4)가 마련되고, 그 주위에 나선형날개부(5)가 마련되어 있다. 축체(4)는 중공으로 되어 있지만, 도 2에 보인바와 같이 나선형날개부(5)가 마련되어 있는 부분은, 축방향을 따라 중앙부가 크고(두껍고) 양단부가 가늘도록 구성되어 있다. 여기서는, 도 2에 보인바와 같이 원통의 양측에 원추를 접속하도록 한 형상으로 되어 있고, 양단부로부터 중앙부로 향하여 지름이 크게 되어 있다. 그리고, 나선형날개부(5)를 포함한 전체의 형상을 보아도, 양단부로부터 중앙부로 향하여 전체로서 지름이 크게 되어 있다. 나선형날개부(5)의 최대지름은, 슬러지를 발생시키지 않기 위해서는 400㎜ 이상인 것이 바람직하고, 설비의 규모를 지나치게 크게 하지 않기 위해서는 2000㎜ 이하인 것이 바람직하다. 본 예에서 나선형날개부(5)의 최대지름은 1000㎜이다. 또, 축체(4)의 길이는 약 800㎜로, 중앙부분의 약 1600㎜는 일정한 크기로 되어 있고, 상하의 약 320㎜의 범위에서 축지름은 약 140㎜에서 약 400㎜까지의 일정한 비율로 변화하고, 그 테이퍼각은 22° 정도이다. 후술하는 바와 같이 축체(4)의 테이퍼각은 나선형날개부(5)가 땅속을 진행하는 경우에 원활하게 토사를 후방으로 보내기 위한 유용한 기능을 가지지만, 이러한 기능을 충분히 발휘하기 위해서는 22°정도로 하는 것이 바람직하다. 나선형날개부(5)는 축방향으로 160㎜ 진행할 때마다 1주하도록(1바퀴 돌도록) 한 피치로 되어 있고, 축체(4)의 길이를 따라 5바퀴 돌고 있다. 축체(4)가 테이퍼모양으로 되어 있는 범위에서는 나선형날개부(5)의 바깥지름은 중앙부로 향할수록 일정한 비율로 커지게 된다. 한편, 축체(4)의 크기가 일정한 범위에서는 나선형날개부(5)는 바깥지름이 최대의 상태로 완전히 1주하고 있고, 저면도에서 보면 외형은 완전한 원형을 형성하고 있으므로, 파 들어갈 때에 축은 흔들리는 일 없이 직진하여 진행한다.

축체(4)는 중공으로 되어 있지만, 내부에는 내관(內管)이 마련되어 있고, 내관은 주입재분사노즐(7; 주입재배출구)에 연결되어 있다. 주입재분사노즐(7)은 축체(4)의 최대지름이 큰 위치에서 바깥을 향해 마련되어 있다. 본 예에서 주입재분사노즐(7)은 2개 마련되어 있지만, 3개 이상 마련하여도 좋다. 또, 축체(4)에 대하여 완전히 수직으로 마련되는 이외에도, 어느 정도 경사져도 좋다. 축체와 내관 사이의 간극은 압축공기의 통로가 되며, 선도관(2)의 선단에서 압축공기가 분출될 수 있게 되어 있다.

나선형날개부(5)의 상하면에는 각각 장방형 판모양의 발톱(6)이 복수개 달려있다. 발톱(6)은 축체(4)를 중심으로 하는 원주에 접하는 방향으로, 즉, 발톱(6)의 판두께의 방향이 반지름방향이 되도록 마련되어 있다. 이 방향으로 달려있는 것에 의해 슬러지의 발생이 더욱 일어나기 어렵게 된다. 발톱(6)의 장방형 형상 중, 하나의 모서리가 모따기 되어 있다. 이 모따기는, 모서리를 직선으로 잘라낸 것도 좋지만, 둥그스럼하게 한 것도 좋다. 이 모따기된 모서리는 나선형날개부(5)의 회전방향에 일치하게 향하고 있다. 본 예에서는, 파 들어갈 때는 도 3에서 반시계방향으로 회전하지만, 나선형날개부(5)의 상면에 마련된 발톱(6b)은 이 회전방향을 향한 쪽으로 모따기된 모서리를 향하게 부착된다. 역으로, 토양굴삭공구(1)를 끌어올릴 때에는, 시계회전방향으로 회전하지만, 나선형날개부(5)의 하면에 마련된 발톱(6a)은 이 시계회전방향으로 향한 쪽에 모따기된 모서리를 향하게 부착된다. 이와 같이 향하는 것에 의해, 파 들어갈 때는 나선형날개부(5)의 하면에 마련된 발톱(6a)이 날카롭게 토양에 파고들면서 토양을 효과적으로 교반하며, 한편, 상면에 마련된 발톱(6b)은 절삭ㆍ교반된 토양을 원활하게 후방으로 보내어, 주먹 정도의 크기의 돌이 섞여 있어도 좀처럼 물리지 않게 된다. 역으로, 끌어올릴 때는 나선형날개부(5)의 상면에 마련된 발톱(6b)이 효과적으로 토양을 절삭ㆍ교반하여, 하면에 마련된 발톱(6a)이 토양을 원활히 후방으로 보낸다.

도 10에 나선형날개부(5) 상에서의 발톱(6)의 배치예가 보여진다. 본 예에서 나선형날개부(5)의 최대지름은 1000㎜이고, 발톱(6)은 길이 60㎜, 높이 50㎜, 두께 9㎜로, 모따기는 C10이다. 발톱은 도 10에 보인바와 같이 축을 중심으로 한 회전각을 따라 일정한 순서로 마련되어 있다. 나선형날개부(5)의 외주부근에 발톱이 6분의 1바퀴, 즉 60^o 마다 달려있고, 또, 동일 각도에 해당하는 위치에서 축체 가까이에도 1개의 발톱이 부착되어 있다. 그리고, 외주부근에 발톱이 어떤 각도부터 12분의 1바퀴, 즉 30^o 어긋난 각도에도 1개의 발톱이 부착되지만, 이 발톱의 반경방향의 위치는 앞서의 2개의 발톱들의 중간부근이 된다. 즉, 30^o 마다 1개의 발톱과 2개의 발톱이 번갈아 물떼새 형상으로 배치된다. 또, 나선형날개부(5)의 상단 및 하단 근처의 폭이 좁은 부분에서는 1개의 발톱이 연결되어 배치된 것도 좋지만, 그 경우에도, 반경방향의 위치는 번갈아 바뀌는 것이 바람직하다. 나선형날개부(5)의 상면ㆍ하면에도 마찬가지로 배치된다. 따라서, 나선형날개부(5)의 하단 근처에는 외주부근에 배치된 발톱(6)과 선도관부에 마련된 절삭팁(3)에 의해 거의 원추형의 형상이 형성되고, 드릴과 같이 효과적으로 토양을 절삭하며, 게다가 물떼새모양으로 배치된 발톱에 의해 효과적으로 토양을 교반한다. 도 11에는 최대지름 1500㎜의 나선형날개부(5) 상에서의 발톱(6)의 배치예가 보여진다. 이 경우도 1000㎜ 지름의 경우와 거의 동일한 순서로 배치되지만, 나선형날개부(5)의 외주부근과 축체의 가까이에 발톱이 부착되어 있는 각도에 있어서, 이 2개의 발톱들 간에도 1개의 발톱을 배치하고 있다. 그리고 30° 어긋난 각도에서는 당해 3개의 발톱들 간에 2개의 발톱들을 역시 물떼새모양으로 배치한다.

다음으로, 본 발명에 따른 스위블의 일 예가 도 5에 보여진다. 스위블(9)의 상부는 비회전부(10)이고, 회전하지 않는다. 비회전부(10)에는 주입재도입구(11)와 공기도입구(12)가 측면에 마련되어 있다. 비회전부(10)에 대하여 회전가능하게 회전축(14)이 베어링들(13)을 통해 부착되어 있다. 회전축(14)은 내관(15)과 외관(16)으로 구성되는 이중관구조로 되어 있다. 내관(15)은 중공으로 되어 있고, 이 중공부가 주입재통로(17)를 구성한다. 주입재통로(17)는 주입재도입구(11)로부터 도입된 주입재가 통과할 수 있도록 연결되어 있다. 내관(15)과 외관(16) 사이에도 간극(틈)이 마련되어 있고, 이 간극이 공기통로(18)를 구성한다. 공기통로(18)는 공기도입구(12)로부터 도입된 공기가 통과할 수 있도록 연결되어 있다.

도 7 및 도 8에 본 발명에 따른 접속장치의 일 예가 보여진다. 접속장치는 수커플링(19)과 암커플링(20)의 조합에 의해 구성된다. 또, 중간봉(22)은 전술의 스위블(9)과 토양굴삭공구(1)를 연결한 것이지만 이 중간봉의 한 끝에 수커플링(19)이, 다른 끝에 암커플링(20)이 용접되어 있다. 따라서, 수커플링(19)과 암커플링(20)을 조합하는 것에 의해, 2개의 중간봉이 접속되는 것이 된다. 여기서, 수커플링(19)의 내벽의 일부 및 암커플링(20)의 외벽의 일부는 단면이 사각형상으로 되어 있고, 이 사각면들이 맞닿는 면(접면)들이 되어 서로 접한다. 즉, 이 맞닿는 면들은 수커플링(19)과 암커플링(20)을 서로 회전하지 않도록 결합시키는 회전방지기구로서 기능한다. 또, 수커플링(19)과 암커플링(20)은 4개의 홀더에 의해 축방향의 어긋남을 일으키지 않도록 고정되어 있다.

암커플링(20) 및 중간봉(22)은, 스위블의 회전축(14)과 마찬가지로 내관과 외관으로 이루어진 2중관구조로 되어 있다. 스위블(9) 및 토양굴삭공구(1)의 끝부에도 마찬가지 구조의 수커플링 또는 암커플링이 마련되며, 중간봉(22)에 접속될 수 있도록 되어 있다. 또, 본 실시예에서, 스위블(9)의 하부에 마련되는 수커플링(19a)은 중간봉(22)에 마련되어 있는 수커플링(19b)과 약간 형상이 다르지만, 걸어맞춤되는 부분은 공통이고, 중간봉(22)의 암커플링이 그대로 접속될 수 있게 되어 있다. 중간봉(22)의 바깥지름은 슬러지의 발생을 더욱 억제하기 위해 60~250㎜ 범위 내에 있는 것이 좋고, 본 실시예에서는 약 140㎜로 되어 있다. 중간봉(22)의 길이는, 작업의 효율이나 시공 시의 설비의 높이를 고려하여 결정되지만, 6m, 4m, 2m와 복수의 길이의 것을 구비하여 두면, 각종 시공조건에 대응할 수 있는 범용성이 높은 시스템이 된다.

도 9에 본 발명에 따른 건설기계의 일 예가 보여진다. 작업대(作業臺)차량(23)은 무한궤도(24)를 구비하여 스스로 갈 수 있고, 공사현장에서 장치 전체를 용이하게 이동시키는 것이 기능한 것이다. 작업대차량(23)에는 상하로 움직일 수 있는 아암(25)을 통해 리더(leader; 26)가 부착되어 있다. 리더(26)는 척(chuck; 27)을 상하로 이동가능하게 부착하는 슬라이드식의 부착장치이다. 시공장소에 작업대차량(23)을 이동시키게 되면, 아암(25)의 각도를 조정하여 리더(26)를 수직으로 세운다. 척(27)에 최상단의 중간로드를 통과시켜, 척(27)으로 중간로드를 붙잡는다. 최상단의 중간로드 위에 스위블(9)이 연결되어, 최하단의 중간로드 아래에 토양굴삭공구(1)가 접속된다. 척(27)은 유압구동에 의해 중간로드(22)를 굴삭방향 및 역방향의 양방향으로 회전시킬 수 있다. 즉, 중간로드(22)는 척(27)의 회전을 선단의 토양굴삭공구(1)에 전달하는 구동축의 역할을 한다. 스위블(9)에 주입재호스(28)와 공기호스(29)가 접속되며, 각각의 호스는 도시되지 않은 플랜트의 그라우트(grout)펌프와 컴프레서에 연결된다. 스위블(9), 중간로드(22) 및 토양굴삭공구(1)는, 각각 이중관구조이지만, 상술의 접속기구에 의해, 공기 및 주입재의 통로가 연결되도록 접속된다.

토양굴삭공구(1)에 의해 파 들어갈 때, 컴프레서로 공기를 보내 토양굴삭공구(1)의 선단에서부터 분출함과 동시에, 토양굴삭공구(1)의 나선형날개부가 아래쪽으로 진행하도록 회전시킨다. 어느 정도 파 들어가면, 중간로드(22)를 보충하여, 더 깊이 파 들어간다. 나선형날개부 상면의 발톱(6a)은 진행방향쪽이 잘려져 있으므로, 돌이 섞여있는 토양에서도 토사를 원활히 후방으로 보낸다. 또, 절삭된 토사를 원활히 후방으로 보내기 위해, 나선형날개부는 선단에서부터 중앙부로 향하여 지름이 넓어지며, 또 상부로 향하여 기울기가 작게 되는 형상으로 되어 있다. 여기서, 나선형날개부는 큰 쪽이 토사를 누르는 힘이 강해 유리하지만, 나선형날개부에는 땅속에서 저항이 걸리고, 특히 중앙부의 나선형의 지름이 큰 부분에서의 저항은 크게 된다. 축체가 일정한 굵기로 되면 중앙부에서 날개부는 크게 돌출한 형상이 되어, 큰 힘이 걸림과 동시에, 날개부는 파손되기 쉽다. 또, 축체에 걸리는 힘도 크게 되어 파손되기 쉽다. 본 발명의 토양굴삭공구(1)에서는, 상기 축체(4)에서 나선형날개부(5)가 부착된 부분은 축방향을 따라 중앙부가 굵고 양단부가 가늘게 된다. 이 때문에, 중앙부에서도 나선형날개부 및 축체는 강고하게 되며, 또 파 들어가면서 원활히 토사를 후방으로 보내므로, 시공 중에 토양굴삭공구(1)가 땅속에서 파손되기 어렵게 되어, 비교적 단단한 지반이나 점토질의 장소에서도 시공이 가능하다.

최종 깊이까지 파 들어가면, 척(27)의 회전방향을 역으로 하여, 나선형날개부가 위쪽으로 진행하도록 회전시키면서, 토양굴삭공구(1)를 끌어올린다. 이 때, 주입재호스(28)에서 주입재를 도입하여, 토양굴삭공구(1)의 주입재배출구에서 주입재를 땅속에 주입한다. 끌어올릴 때에는 나선형날개부의 상면의 발톱이 토사를 교반한다. 나선형날개부의 하면의 발톱은 역회전 시에서의 진행방향 쪽이 모따기되어 있으므로, 마찬가지로 토사를 원활히 후방으로 보낸다. 그리고, 본 발명에 따른 건설기계 및 공법에서는, 토사의 기계적 교반과 주입재의 분출에 의한 토사의 교반이 동시에 행해져, 절삭된 토사와 주입재는 효율적으로 혼합되는 한, 절삭된 토사가 슬러지로서 지상으로 배출되는 일은 없다. 끌어올릴 때는, 파 들어갈 때와는 역으로, 중간로드를 순차 떼어내면서 작업을 진행한다. 소정의 높이까지 끌어올리면 주입재의 주입을 정지하여, 토양굴삭공구(1)를 끌어올린다. 이와 같이 하여 하나의 구멍의 시공이 완료되면, 작업대차량(23)을 다음의 위치로 이동시켜, 마찬가지의 시공을 반복한다.

시공에서는, 파 들어갈 때는 중간로드(22)를 보충하고, 끌어올릴 때에는 중간로드(22)를 떼어내므로, 지상에 나와 있는 부분은 통상 낮게 억제되어 있어, 쓰러짐방지를 위한 지지체를 넓게 할 필요도 없으므로, 시공이 용이함과 동시에, 좁은 장소나 지반이 약하더라도 시공할 수 있다. 상술의 접속장치에 의해 중간로드의 착탈은 용이하게 되며, 공기나 주입재의 공급도 원활히 행해진다. 또, 본 발명에서는, 파 들어갈 때에도, 끌어올릴 때에도 토사를 적극적으로 기계 교반하므로, 정역 어느 쪽의 방향으로 회전하는 경우에도 중간로드(22)가 느슨해지지 않도록 하는 접속이 필요하지만, 접속장치에는 회전방지기구가 마련되어 있으므로 접속개소가 느슨해져 빠지지는 않는다.

본 발명을 지반개량공사에 적용한 예를 설명한다. 주입재로서는 고농도의 시멘트밀크를 이용한다. 본 공법에 사용되는 시멘트밀크는 개량체의 강도를 충분한 것으로 하기 위해 종래의 공법의 경우(예컨대 반죽의 주입재 1㎥에 대하여 시멘트량 760㎏ 정도)보다 시멘트의 비율을 많게 하는 것이 바람직하다. 여기서, 시멘트량을 많게 하면 주입재의 비중이 크게 되어 펌프에서의 압송성이 나빠지기 쉬우므로, 방향족술폰과 특수변성리구닌을 주성분으로 하는 감수(減水)제를 배합하는 것이 바람직하다. 이 감수제의 배합에 의해 시멘트밀크가 흐르기 쉽게 되어 펌프에 의해 보내기 쉽게 됨과 동시에, 개량체의 강도가 증가한다. 본 실시예에서는 감수제로서 방향족술폰과 특수변성리구닌을 주성분으로 하는 상품명 산프로SW-2000S(일본제지주식회로)를 사용하여, 반죽완성물의 주입재의 1㎥에 대하여 시멘트 1000㎏과 산프로SW-2000S를 5㎏ 배합하여, 개량체의 압축강도 1㎫(설계기준강도)를 얻었다. 플랜트로 공기와 혼합된 시멘트밀크를 0.6~2.5㎫의 저압으로 분출하는 방법과, 18.0~29.0㎫의 초고압으로 시멘트밀크를 분출하는 방법이 있다. 후자의 초고압분출교반의 경우, 공기와 시멘트밀크는 혼합시키지 않고 별도로 운반되며, 공기는 파 들어갈 때에 먼저 도관 선단보다 아랫방향으로, 시멘트밀크는 끌어올릴 때에 나선형날개부의 가로의 주입재배출구(7)에서 가로방향으로 분출한다. 어느 쪽의 방법에서도, 절삭된 토사는 시멘트밀크와 혼합되어, 개량체로서 땅속말뚝을 구성하므로, 지상에 슬러지로서 배출되지 않는다. 끌어올릴 때는 도 3에서 시계방향으로 나선형날개부가 회전하여, 위에서부터 토사를 끌어들임과 동시에 교반ㆍ혼합된 토사와 시멘트를 날개부에 의해 아래로 강하게 누르므로, 가공한 땅속말뚝을 형성할 수 있고, 또, 슬러지의 발생을 강력히 억제한다. 이 때문에, 슬러지에 의한 환경문제를 일으키는 일이 없고, 또, 슬러지의 처리를 위한 많은 비용도 발생하지 않으므로, 지구환경에 탁월하고, 시공성, 경제성, 안정성에 도움이 되는 공법이 된다.

또, 초고압분출교반의 경우, 시멘트밀크를 가로방향으로 고압분사하므로, 나선형날개부의 지름보다도 넓은 범위의 개량체의 조성이 가능하며, 공사기간(工期)의 단축 및 경제성의 향상이 실현될 수 있는 동시에, 밀착시공이나 개량체 상호의 시공이 가능하게 되어 공사의 전체적인 일체화가 도모된다. 예를 들어 직경 1m의 나선형날개부를 사용하여 초고압분출교반을 행한 경우에는 직경 1.6~1.8m의 범위로 조성할 수 있고, 이러한 범위에서라면 개량체의 강도도 높다. 직경 1.5m의 나선형날개부를 사용한 경우에는 직경 2.6m 정도의 범위에서 조성할 수 있다. 본 실시예에서는, 직경 1m의 나선형날개부를 사용하여, 나선형날개부의 회전속도를 매 초 0.467회전, 주입재토출압력을 18~22㎫, 공기토출량을 1.5~3.0㎥/min, 공기토출압력을 0.6~0.7㎫로 하였다. 단위시간당 주입량에는 주의가 필요하여, 과도의 주입을 행하면 슬러지를 발생시키지 않는 본 발명의 효과가 발휘될 수 없는 경우가 있다. 슬러지를 발생시키지 않는 한계에서의 단위시간당 주입량을 미리 파악하여 두고, 그 한계주입량의 70% 정도로 주입하는 것이 슬러지방지를 더욱 확실히 하게 되어 바람직하다. 본 실시예에서는 70리터/min으로 하였다. 끌어올리는 속도(이하, 1m 끌어올리는데 필요한 시간으로 표시)는, C<0.01N/㎟(=㎫)에서의 점성토에서는 3.0min/m, 0.01N/㎟≤C≤0.03N/㎟(5≤N≤10)의 토질에서는 5.0min/m, 10≤N≤15의 사질토에서는 6.0min/m였다. 또한, 그라우트펌프로서는 70~150리터/min의 능력의 것을 사용하여, 주로 140리터/min 정도의 주입량으로 사용하는 직경 1.5m의 나선형날개부에도 대응할 수 있도록 하였다.

한편, 저압분출의 경우, 주입재분사노즐(7)의 내경은 8~12㎜로 하여, 나선형날개부의 회전속도를 매초 0.467회전, 주입재토출압력을 0.6~2.5㎫, 주입속도는 50리터/min으로 하였다.

다음에, 본 발명을 토양정화공사에 적용한 예에 관하여 설명한다. 본 실시예에서는, 주입재로서 토양 중의 요염물질을 분해ㆍ중화하는 등의 약제를 사용한다. 오염제거에 필요한 깊이까지 파 들어간 후, 토양굴삭공구(1)를 역회전하여 끌어올리면서 약제를 토양 중에 주입한다. 나선형날개부(6)로 토사를 기계적으로 교반하면서 약제를 주입하므로 효과적이다. 오염이 깊은 곳까지 진행하는 경우에도, 토양굴삭공구(1)가 도달하는 범위에 있으면 오염제거가 행해진다. 게다가, 본 실시예에서도 슬러지를 발생시키지 않으므로, 오염된 토사가 지표에 나타나게 되는 일도 없어, 안전하게 시공하는 것이 가능하다. 실시예1과 마찬가지로 초고압분출교반을 행하면, 적은 작업으로 넓은 범위를 빠짐없이 시공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 슬러지를 나오게 하는 일 없이 토사를 굴삭 및 교반하는 것이 가능하여, 시공현장주변의 환경을 보호하는 것이 가능하다. 땅속에서 토사를 원활하게 또 효과적으로 교반하며, 더구나 땅속에서 파손되기 어렵다. 지반개량에서도 오염토양의 정화에서도, 대형의 설비를 요하지 않아, 짧은 공사기간과 적은 비용으로 효과적인 시공이 가능하다.

Claims

선단으로부터 압축공기를 분출하는 선도관과 축체와 당해 축체의 주위에 마련된 나선형날개부를 가진 토양굴삭공구에 있어서, 상기 축체에서 나선형날개부가 부착되는 부분은 축방향을 따라 중앙부가 크고 양 단부가 좁게 되도록 구성되며, 상기 나선형날개부의 루프는 선단부로부터 중앙부로 향할수록 지름이 크게 되고 상부로 향할수록 지름이 작게되는 형상인 토양굴삭공구.
제1항에 있어서, 상기 나선형날개부의 상면 및 하면에 토양을 교반하기 위한 복수의 발톱들을 마련한 토양굴삭공구.
제2항에 있어서, 상기 발톱들은 판모양이고, 축체를 중심으로 하는 원주에 접하는 방향으로 마련된 토양굴삭공구.
제3항에 있어서, 상기 발톱들은 장방형판모양이고, 나선형날개부의 상면의 발톱은 나선형날개부가 아래쪽으로 진행하는 경우의 회전시의 진행방향측의 모서리가 모따기되어 있고, 나선형날개부의 하면의 발톱은 나선형날개부가 위쪽으로 진행하는 경우의 회전시의 진행방향측의 모서리가 모따기되어 있는 토양굴삭공구.
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a) 작업대차량과, b) 공기도입구와 주입제도입구가 마련된 비회전부와, 비회전부에 대해 회전가능하게 회전축이 마련되며, 상기 회전축은 내관과 외관으로 이루어진 2중관으로, 내관내부의 중공부가 공기도입구 또는 주입제도입구 중 어느 한 쪽과, 내관과 외관의 사이의 공간이 다른 한 쪽과 유체가 통과가능하게 연결되어 있는 스위블과, c) 선도관과 축체와 축체의 주위에 부착된 나선형날개부를 가지는 토양굴삭공구로서, 상기 축체에서 나선형날개부가 부착되는 부분은 축방향을 따라 중앙부가 크고 양 단부가 좁도록 구성되며, 상기 나선형날개부의 루프는 선단으로부터 중앙부로 향할수록 지름이 넓게 되고 상부로 향할수록 지름이 작게되는 형상이고, 상기 나선형날개부의 상면 및 하면에 토양을 교반하기 위한 복수의 발톱들이 마련되며, 선도관에는 공기배출구를 가지며, 나선형날개부에는 주입제배출구를 가지는 토양굴삭공구와, d) 상기 스위블과 토양굴삭공구를 접속하는 내관과 외관으로 이루어진 2중관인 중간축과, e) 2중관이 되는 회전축의 내관끼리 및 내관과 외관의 사이의 공간끼리가, 유체가 통과가능하게 접속되는 통로를 가지며, 회전축 사이의 상대적인 회전을 방지하는 회전방지기구가 마련되어 있는 접속장치를 포함하는 토양굴삭을 위한 토목기계.
선도관과 축체와 축체의 주위에 부착된 나선형날개부를 가지며, 상기 축체에서 나선형날개부가 부착되는 부분은 축방향을 따라 중앙부가 크며 양 단부가 좁게 되도록 구성되며, 상기 나선형날개부의 루프는 선단부로부터 중앙부로 향할수록 지름이 크며, 상부로 향할수록 지름이 작게 되는 형상이며, 상기 나선형날개부의 상면 및 하면에 토양을 교반하기 위한 복수의 발톱들을 마련한 토양굴삭공구를 회전시키고 선도관으로부터 압축공기를 분출하면서 토양을 굴삭하고, 소정의 깊이에 도달한 후에 토양굴삭공구를 역회전시켜 토양을 교반하면서 나선형날개부로부터 시멘트밀크를 주입하여 토양과 시멘트밀크를 혼합시켜, 토양 중에 개량체를 조성하는 지반개량공법.