KR100563438B1 - 연약지반개량공법의 해머드릴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반개량공법의 해머드릴에 관한 것으로, 지상에서 자주식으로 이동 및 정지하는 크롤러크레인의 선단에 수직상으로 설치되는 리더와, 이 리더에 승강가능하게 설치되는 오거머신과, 이 오거머신의 하부에 상,하 다단상으로 연결 조립되는 굴착로드와, 이 굴착로드의 최하단측 굴착로드 하단에 해머드릴을 연결하여 지반을 굴착하는 지반굴착장치에 있어서,

상기 해머드릴에는 외부케이스 내부에 설치된 실린더에 상,하 왕복운동이 가능하게 장착된 채 외부케이스의 하측으로 돌출되는 피스톤의 하단에 연약지반과 풍화암층의 굴착작동이 가능하도록 하향으로 길게 돌출 형성된 복수의 중심측 굴착비트와, 상기 외부케이스의 하측으로 돌출된 피스톤의 하부 외주에 형성된 굴착날개의 저부에도 연약지반과 풍화암층의 굴착작동이 가능하도록 하향으로 길게 돌출 형성된 복수의 날개측 굴착비트를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발명이다.

지반굴착장치, 오거머신, 굴착로드, 굴착비트, 굴착날개

Description

연약지반개량공법의 해머드릴{Hammering device for underground Mixing Method}

도 1은 본 발명의 해머드릴에 굴착비트의 설치상태를 나타내기 위한 실시예.

도 2는 본 발명의 해머드릴을 3축 굴착로드에 적용하여 지반을 굴착 및 개량하는 작동상태 예시도.

도 3은 본 발명을 3축 굴착로드에 적용한 해머드릴의 설치상태 확대도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 크롤러크레인 2 : 리더

3 : 오거머신 4,4a : 굴착로드

5 : 해머드릴 6 : 연결부재

7,41 : 굴착날개 7a : 중심측 굴착비트

7b : 날개측 굴착비트 42,43 : 굴착비트

44,55,58 : 배출공 51 : 외부케이스

52 : 실린더 53 : 피스톤

54 : 교반날개 56 : 배출통로

57 : 중심돌부

본 발명은 연약지반을 굴착하는 지층에 압축공기, 시멘트풀 및 약품(고화제, 급결제 등)을 주입시키면서 교반하는 작동으로 연약지반을 개량하는 연약지반개량공법의 해머드릴(Hammering device for Underground Mixing Method)에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 HUM 공법에 사용되는 해머드릴의 하단부에 형성된 비트부착날개에 굴착비트를 길게 돌출 형성하여 갯벌층과 풍화암층으로 된 지반을 효율적으로 굴착 및 교반하여 개량할 수 있도록 하기 위한 것이다.

일반적으로 연약지반개량은 주로 지반을 굴착하는 지반굴착장치가 사용되고 있으며, 지반굴착장치는 지상에 수직상으로 고정 설치되는 리더에 승강가능하게 지지된 오거머신(Auger Machine)과 그 하부에 단축(1축)이나 2축 및 3축의 굴착로드를 다단상으로 연결조립한 다음 최하단측 굴착로드의 끝단에 지반을 회전식으로 굴착하는 오거헤드를 장착하여서 된 것과 또는 지반에 매립되어 있는 암반을 천공하는 해머드릴을 장착하여서 된 것이 있다.

전자의 오거헤드가 장착된 지반굴착장치는 굴착로드의 회전작동에 의해 오거헤드가 회전하면서 지반을 굴착하기 때문에 암반이 없는 갯벌이나 점토질로 된 연약지층을 굴착하여 개량하는 데에는 적합한 반면, 지층에 단단한 암반이 매립되어 있거나 또는 암반보다는 강도가 훨씬 약한 풍화암층으로 되어 있을 경우에는 오거헤드의 회전작동만으로 암반이나 풍화암층을 굴착하지 못하게 되는 단점이 있으며,

후자의 해머드릴이 장착된 지반굴착장치는 굴착로드의 회전작동과 해머드릴 의 타격작동으로 지반을 굴착하게 되는데, 해머드릴의 하단에는 반구형상으로 돌출된 비트가 다수 형성되어 있기 때문에 암반이 매립되어 있는 지층이나 또는 풍화암층으로 된 지층을 굴착하는 데에는 효과적이지만 갯벌이나 점토질과 같은 연약지층을 굴착하는 데에는 비효율적이다. 따라서 해머드릴로 풍화암층으로 된 지층을 굴착 개량하는 데에는 적합한 이점이 있는 반면에, 갯벌이나 점토질로 된 지층은 굴착작동이 제대로 이루어지지 않게 되는 단점이 있다.

때문에 종래 기술에서는 개량하고자 하는 연약지반이 해안가로서 지표면은 갯벌층으로 형성되어 있고 갯벌층 밑에는 풍화암층으로 되어 있을 경우에는 먼저 갯벌층을 굴착하는 데 적합한 오거헤드를 굴착로드의 하단에 장착하여 갯벌층을 굴착하며, 갯벌층 밑에 있는 풍화암층은 오거헤드로 굴착작동이 잘 않되기 때문에 이때에는 갯벌층을 굴착했던 굴착로드와 오거헤드를 지상으로 인출한 다음 굴착로드에서 오거헤드를 분리하고 해머드릴을 교체 장착하는 방법으로 풍화암층을 굴착하게 되는데, 이 경우 굴착로드를 지상으로 인출한 후 오거헤드를 분리하고 해머드릴로 교체 장착하는데 많은 시간과 인력이 소요되기 때문에 지반개량작업이 더디어지는 단점이 있으며, 또한 앞서 오거헤드에 의해 굴착되었던 갯벌층은 쉽게 붕괴되는 성질을 가지고 있기 때문에 오거헤드를 해머드릴로 교체하기 위해 굴착로드를 지상으로 인출하는 과정에서 굴착되었던 갯벌층이 붕괴되는 현상이 나타나게 되어 교체된 해머드릴로 붕괴된 갯벌층을 다시 굴착하여야 하는데 해머드릴 자체로는 붕괴된 갯벌층을 굴착하기가 곤란하다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같이 종래 기술에서 나타나는 제반 사항을 감안하여 지반의 지표면은 갯벌이나 점토질로 된 연약지층으로 되어 있고 그 연약지층 밑에는 풍화암층 등으로 된 연약지반의 개량을 보다 효율적으로 진행할 수 있도록 하기 위하여 연약지층을 굴착할 수 있을 뿐 아니라 풍화암층도 굴착할 수 있는 해머드릴을 제공하여 해안가 및 침출수가 발생되는 쓰레기 매립장과 같이 지표면은 갯벌층이나 쓰레기 매립층으로 형성되어 있고 그 밑에는 풍화암층으로 된 연약지반을 효율적으로 개량할 수 있도록 하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수단은,

지상에서 자주식으로 이동 및 정지하는 크롤러크레인의 선단에 수직상으로 설치되는 리더와, 이 리더에 승강가능하게 설치되는 오거머신과, 이 오거머신의 하부에 상,하 다단상으로 연결 조립되는 굴착로드와, 이 굴착로드의 최하단측 굴착로드 하단에 해머드릴을 연결하여 지반을 굴착하는 지반굴착장치에 있어서,

상기 해머드릴에는 외부케이스 내부에 설치된 실린더에 상,하 왕복운동이 가능하게 장착된 채 외부케이스의 하측으로 돌출되는 피스톤의 하단에 연약지반과 풍화암층의 굴착작동이 가능하도록 하향으로 길게 돌출 형성된 복수의 중심측 굴착비트와, 상기 외부케이스의 하측으로 돌출된 피스톤의 하부 외주에 형성된 굴착날개의 저부에도 연약지반과 풍화암층의 굴착작동이 가능하도록 하향으로 길게 돌출 형성된 복수의 날개측 굴착비트를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상기 해머드릴의 피스톤 하부 양측에 돌출 형성되는 복수의 굴착날개는 외부케이스보다 훨씬 큰 반경을 가진 채 상호 대칭상으로 형성되어 있되, 피 스톤의 회전작동시 지반을 굴착 및 교반할 수 있도록 하기 위하여 나선상으로 형성된 것임을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 해머드릴에 굴착비트의 설치상태를 나타내기 위한 실시예이며, 도 2는 본 발명의 해머드릴을 3축 굴착로드에 적용하여 지반을 굴착 및 개량하는 작동상태 예시도이고, 도 3은 본 발명을 3축 굴착로드에 적용한 해머드릴의 설치상태 확대도를 도시한 것이다.

연약지반을 개량하는 지반굴착장치는 도 2의 도시와 같이 지상에서 자주식으로 주행하는 크롤러크레인(1), 이 크롤러크레인의 선단 암지지구(11)에 수직상으로 지지된 채 스테이(12)에 의하여 고정 설치되는 리더(2), 상기 크롤러크레인에서 인출되어 리더(2)의 상단에서 하향으로 늘어지는 와이어케이블(13)에 현가된 채 리더(2)의 안내봉(21)을 따라 승강가능하게 설치되는 오거머신(3), 이 오거머신의 하부에 상,하 다단상으로 연결 조립설치되는 굴착로드(4), 그리고 최하단측의 굴착로드(3)에 연결 조립되는 해머드릴(5)로 이루어져 있다.

상기 오거머신(3)의 하부에 연결조립되는 굴착로드(4)는 단축이나 2축 또는 3축으로 구성될 수 있는데, 본 발명에서는 3축 굴착로드(3)로 구성된 지반굴착장치에 적용한 것을 실시예로 도시하고 있으며, 이 실시예의 경우 3축 굴착로드(4) 중 좌,우 양측에 설치된 최하단측 굴착로드(4)의 하단에는 해머드릴(5)을 장착하는 한편, 가운데의 최하단측 굴착로드(4) 하단에는 기존과 같이 회전작동으로 굴착작동 을 수행하는 굴착로드(4a)가 장착되어 있다.

상기 해머드릴(5)은 종래와 마찬가지로 최하단측 굴착로드(4)의 하단에 삽입되어 결합핀으로 고정 연결되는 연결부재(6)에 용접된 외부케이스(51)와, 이 외부케이스 내부에 설치되는 실린더(52)와, 이 실린더 내부에 상,하 왕복운동이 가능하게 장착되는 피스톤(53)으로 이루어져 있다.

상기한 외부케이스(51)의 외주에는 복수개의 교반날개(54)가 다단상으로 부착되어 있으며, 또한 하단측 양측에는 시멘트풀 및 약품(고화제, 급결제 등)을 굴착되는 지층으로 배출시키기 위한 배출공(55)이 형성되어 있다.

상기한 피스톤(53)은 외부케이스(51) 내부에 고정 설치된 실린더(52)에 상,하 왕복운동이 가능하게 장착된 상태에서 외부케이스(51)의 하단으로 돌출되어 있으며, 상기 외부케이스의 하단으로 돌출된 피스톤(53)의 중심부에는 압축공기나 시멘트풀 및 약품 중에서 선택된 어느 하나의 유체를 배출시키기 위한 배출통로(56)가 형성되어 있고, 또 상기 피스톤(53)의 하단 중심에 돌출된 중심돌부(57)에는 상기한 배출통로(56)와 연통하여 유체를 굴착되는 지층에 배출시키는 배출공(58)이 형성되어 있다.

또한 상기 피스톤(53)의 하단에는 중심돌부(57)보다 하향으로 조금더 길게 돌출된 복수의 중심측 굴착비트(7a)가 형성되어 있는데, 상기한 복수의 중심측 굴착비트(7a)는 중심돌부(57)의 주위에 대칭상으로 돌출 형성되어 있다.

또한 상기 피스톤(53)의 하부 양측에는 외부케이스(51)에 부착된 교반날개(54)의 돌출 길이보다 조금더 큰 반경을 가지는 복수개의 굴착날개(7)가 대칭상으로 돌출되어 있는데, 이들 복수의 굴착날개(7)들은 피스톤(53)의 회전할 때 지층을 굴착할 수 있도록 그 회전방향에 대하여 나선상으로 상향 경사지는 상태로 상호 대칭을 이루도록 돌출되도록 구성되어 있으며, 상기한 복수의 굴착날개(7)들 각각의 저부에는 연약지층을 굴착하는 작용과 풍화암층을 깨뜨리는 작용을 동시에 수행할 수 있도록 하향으로 길게 돌출된 수개씩의 굴착비트(7b)가 형성되어 있다.

상기에서의 해머드릴(5)은 지반굴착장치의 굴착로드(4)를 단축 및 2축으로 구성할 경우에는 단축 및 2축 굴착로드(4) 각각의 최하단측 굴착로드에 연결조립하는 것이며, 본 발명의 실시에와 같이 3축 굴착로드(4)로 지반굴착장치를 구성하게 될 경우에는 좌,우 양측의 굴착로드에만 해머드릴(5)을 연결 조립하며, 가운데의 굴착로드에는 해머드릴을 장착하지 않고 기존의 굴착로드(4a)를 연결조립하는데, 이때의 굴착로드(4a)의 하단과 굴착날개(41)에도 해머드릴(5)에 형성되는 굴착비트(7a)(7b)와 같이 하향으로 길게 돌출되는 굴착비트(42)(43)를 형성하는 것이며, 또 상기한 굴착로드(4a)의 하단 양측에는 시멘트풀이나 약품 및 압축공기를 배출시키기 위한 배출공(44)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명으로 연약지반을 개량작업하는데 따른 작용을 설명한다.

도 2의 도시는 지반의 지표면은 갯벌이나 점토질로 된 연약지층(g)으로 되어 있고 연약지층의 밑에는 풍화암층(G)으로 되어 있는 연약지반을 3축 굴착로드가 설치된 지반굴착장치로 개량공사를 하는 것을 나타낸 도면으로서, 3축 굴착로드(4)들 중 좌,우 양측의 최하단측 굴착로드(4) 하단에는 해머드릴(5)을 연결조립하고 가운데에는 기존의 굴착로드(4a)를 연결조립하여 지반개량작업을 하게 된다.

상기한 3축 굴착로드(4)들은 오거머신(3)의 구동에 의하여 모두 동일한 회전비로 회전하게 되는데, 도 2 및 도 3의 도시를 기준하여 볼 때 해머드릴(5)이 연결된 2축의 굴착로드(4)는 도면상 우측에서 좌측을 향해 회전(시계방향)하게 되며, 가운데 1축의 굴착로드는 좌측에서 우측을 향해 회전(반시계방향)하게 되는 것이며, 그리고 양측 해머드릴(5)들은 굴착로드(4)와 함께 회전작동을 함과 동시에 상,하 왕복운동을 하면서 굴착작동을 하게되는데, 상기 해머드릴(5)은 연약지층(g)을 굴착할 때에는 굴착로드(4)와 함께 회전작동만 하면서 굴착하도록 하고, 풍화암층(G)을 굴착할 때에는 굴착로드(4)와 함께 회전작동을 함과 동시에 피스톤(53)이 상,하 왕복운동을 하면서 지반을 굴착하게 된다.

먼저 갯벌이나 점토질로 된 연약지층(g)을 굴착할 때에는 해머드릴(5)을 굴착로드(4)와 함께 회전하면서 굴착작동을 진행하는데, 양측 해머드릴(5)들 각각의 피스톤(53) 하단에는 하향으로 길게 돌출된 중심측 굴착비트(7a)가 연약지층(g)을 휘젓는 상태로 굴착하게 되므로서 연약지층(g)의 굴착작동이 잘이루어지게 되며, 또한 상기한 피스톤(53) 각각의 외주 양측의 돌출된 굴착날개(7)의 저부에 하향으로 길게 돌출된 굴착비트(7b)들도 연약지층(g)을 휘젓는 상태로 굴착함과 동시 양측 굴착날개(7)들이 회전방향에 대하여 나선상으로 상향 경사져 있어 굴착비트(7a)(7b)에 의해 굴착되는 연약지층을 파고들어가는 상태로 연약지층(g)을 굴착하게 된다. 따라서 양측 굴착로드(4)에 장착된 해머드릴(5)들은 오거머신(3)의 하강작동에 따라 갯벌이나 점토질 등으로 된 연약지층(g)을 굴착하게 되는 것이며, 또한 가운데 1축의 굴착로드(4a)도 양측의 해머드릴(5)과 같이 연약지층(g)을 굴착하게 된다.

상기와 같이 양측 해머드릴(5)과 가운데의 굴착로드(4a)가 갯벌이나 점토질로 된 연약지층(g)을 굴착하여 풍화암층(G)에 이르게 되면 양측 해머드릴(5)은 회전작동과 함께 상,하 왕복작동으로 풍화암층(G)을 타격하는 작동을 동시에 수행하게 되는데, 이때에는 피스톤(53) 하단에 돌출 형성된 복수의 굴착비트(7a)가 먼저 풍화암층(G)을 타격함과 동시 회전작동으로 부서뜨리면서 굴착작동을 수행하게 되고, 양측 굴착날개(7)에 돌출 형성된 굴착비트(7b)가 풍화암층(G)을 타격함과 동시에 회전작동으로 깨뜨리게 되며, 이어서 나선상으로 형성된 양측 굴착날개(7)들이 상기한 굴착비트(&a)(7b)에 의해 깨어진 풍화암층을 파고들어가는 상태로 굴착하게 되므로서 풍화암층(G)의 굴착작동이 원활하게 이루어지게 되는 것이다.

한편, 양측 해머드릴(5)의 사이에 있는 굴착로드(4a)는 해머드릴(5)과 같이 타격작동은 하지 않고 회전작동만으로 풍화암층(G)을 굴착하게 되는데, 상기한 굴착로드(4a)는 양측 해머드릴(5)에 의해 부서지지 않은 좁은 면적의 풍화암층(G)을 하향으로 길게 돌출된 굴착비트(42)가 해머드릴과는 반대방향으로 회전하면서 부서뜨리게 되므로서 굴착작동이 원활하게 이루어지게 되는 것이며, 또한 굴착날개(41)와 그 저부에 길게 돌출된 굴착비트(43)들은 양측 해머드릴(5)의 굴착날개(7)의 상방에서 부서진 풍화암층을 재차 부서뜨리면서 굴착작동을 진행하게 된다.

그리고 상기와 같이 연약지층(g)과 풍화암층(G)을 굴착하는 과정에서 양측 해머드릴(5)의 피스톤(53) 하단 중심에 형성된 배출공(58)으로 배출되는 압축공기는 굴착되는 연약지층(g) 및 풍화암층(G)으로 압축공기가 스며들게 되며, 또한 외부케이스(51)의 하단 양측에 형성된 배출공(55)을 통해서 배출되는 시멘트풀과 약품이 스며들면서 교반되므로서 지반개량이 잘 이루어지게 되는 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 지표면은 갯벌이나 점토질 등과 같은 연약지층으로 되어 있고, 연약지층의 밑에는 강도가 약한 풍화암층으로 형성된 연약지반을 개량할 때 최하단측 굴착로드에 해머드릴을 장착하고 굴착작동을 수행하게 되더라도 해머드릴은 갯벌층이나 쓰레기 매립층으로 된 연약지층은 물론이고 갯벌층 또는 쓰레기 매립층 밑에 있는 풍화암층까지도 굴착할 수 있는 효과가 있으며, 또한 지반굴착작동을 진행하면서 굴착되는 지층에 압축공기와 시멘트풀 및 약품을 동시에 주입시키면서 굴착작동을 진행하게 되므로서 연약지반의 강도 높게 개량할 수 있는 효과가 있으며, 또한 종래와 같이 연약지반을 굴착하는 오거헤드와 풍화암층를 파쇄하는 해머드릴을 교대로 장착하지 않고 본 발명의 해머드릴만으로 지반개량공사를 진행하게 되므로서 지반개량공사의 공기를 단축시킬 수 있게 하는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 지상에서 자주식으로 이동 및 정지하는 크롤러크레인의 선단에 수직상으로 설치되는 리더와, 이 리더에 승강가능하게 설치되는 오거머신과, 이 오거머신의 하부에 상,하 다단상으로 연결 조립되는 굴착로드와, 이 굴착로드의 최하단측 굴착로드 하단에 해머드릴을 연결하여 지반을 굴착하는 지반굴착장치에 있어서,

   상기 해머드릴에는 외부케이스 내부에 설치된 실린더에 상,하 왕복운동이 가능하게 장착된 채 외부케이스의 하측으로 돌출되는 피스톤의 하단에 연약지반과 풍화암층의 굴착작동이 가능하도록 하향으로 길게 돌출 형성된 복수의 중심측 굴착비트와, 상기 외부케이스의 하측으로 돌출된 피스톤의 하부 외주에 형성된 굴착날개의 저부에도 연약지반과 풍화암층의 굴착작동이 가능하도록 하향으로 길게 돌출 형성된 복수의 날개측 굴착비트를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연약지반개량공법의 해머드릴.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 해머드릴의 피스톤 하부 양측에 돌출 형성되는 복수의 굴착날개는 외부케이스보다 훨씬 큰 반경을 가진 채 상호 대칭상으로 형성되어 있되, 피스톤의 회전작동시 지반을 굴착 및 교반할 수 있도록 하기 위하여 나선상으로 형성된 것임을 특징으로 하는 연약지반개량공법의 해머드릴.

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