KR100667183B1 - 철근다단 보강 고압그라우팅공법 및 공법에 사용되는 패커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반의 보강을 위한 그라우팅공법 및 상기 공법 사용되는 패커에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이형밸브(20)를 그라우팅호스(102)에 연결후 선단부 천공경 내 그라우팅을 주입하는 공정(S10)과, 선단부 천공경내 충진완료 후 제3패커(10")의 에어호스홀(113)을 통해 제3패커(10")로 그라우트가 유입되는 공정(S20)과, 소정의 압력을 패킹웨지(14)가 받으면 상기 패킹웨지(14)가 에어호스홀(113)로 부터 이탈되어 중앙 천공경내(b)로 그라우트가 충진되는 공정(S30)과, 상기의 중앙부 천공경(b)내 충진완료 후 제2패커(10')의 에어호스홀(113)을 통해 제2패커(10')의 내부로 그라우트가 유입되는 공정(S40)과, 소정의 압력을 패킹웨지(13)가 받으면 패킹웨지(13)가 제2패커(10')의 에어호스홀(113)로 부터 이탈되어 중앙 천공경내(b)로 그라우트가 충진되는 공정(S50)과, 상기 최종단의 제1패커(10)까지 그라우트가 유입되고, 에어호스(101)로 그라우트가 역류하면, 그라우팅호스(102)의 잠금장치(23)를 잠그고 에어호스(101)를 통해 가압 주입하는 공정(S60)과, 소정의 가압주입 시간 경과 후 그라우팅호스(102) 및 에어호스(101)를 패쇄시키고 양생시키는 공정(S70)을 포함하여 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

패킹웨지, 패커, 패킹부재, 지지윙, 패킹섬유, 와이형밸브

Description

철근다단 보강 고압그라우팅공법 및 공법에 사용되는 패커{Method of high grouting and that of packer}

도 1은 본 발명에 따른 패커의 패킹부재의 구조를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 패커의 패킹부재의 에어호스홀에 패킹웨지가 삽입되는 형상을 도시한 측단면도.

도 3은 본 발명에 따른 패커와 패킹웨지의 구조를 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 패커에 와이형밸브가 장착된 구조를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 패킹웨지가 패킹부재의 에어호스홀에 장착된 구조를 도시한 측단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 제1패커 10' : 제2패커

10" : 제3패커 11 : 패킹부재

12 : 지지윙 13 : 패킹섬유

20 : 와이형밸브 21 : 잠금장치

100 : 쏘일네일 101 : 에어호스

102 : 그라우팅호스 111 : 네일홀

112 : 그라우팅호스홀 113 : 에어호스홀

a : 선단부천공경 b : 중앙천공경

본 발명은 철근다단 보강 고압그라우팅공법 및 공법에 사용되는 패커에 관한 것으로, 특히 재료가 간단하고, 설치가 용이하며, 소정 압력이 지속되므로 그라우트의 침투가 원활하여 지반의 강도정수(C, ψ)가 개선되어 보강재의 간격확장 및 보강재 길이의 감소로 공사비 및 시공속도가 개선되는 것에 관한 것이다.

일반적으로, 산업이 발달함에 따라 단지 조성이나 신도시 건설 등으로 산지와 같은 급경사지를 개발하는 것이 불가피한 실정이며, 따라서 토지의 이용도를 높이고 주거단지의 안정성과 쾌적성을 확보하면서 시공성, 경제성 및 환경 보전성을 충족시킬 수 있는 사면안정 대책공법의 확립이 요구되고 있다.

사면 안정공법으로 가장 널리 이용되고 있는 쏘일네일링(Soil Nailing)은 지반보강공법으로서, 사면보강 및 굴착면에 대한 유연한 지보 등의 목적으로 유럽 및 미국지역에서 널리 활용되고 있다.

이와 같은 쏘일네일링 공법은 네일을 프리스트레싱 없이 비교적 촘촘한 간격으로 원지반에 삽입하여 원지반 자체의 전체적인 전단강도를 증대시키고 공사도중이나 완료후에 예상되는 지반의 변위를 가능한 억제하는 공법이라 할 수 있다.

특히, 굴착지 대체구조물의 경우, 중량 콘크리트 벽체, 엄지말뚝벽체 및 현장타설 슬러리벽체 등 다른 공법들과 비교할때 쏘일네일링 공법은 저렴한 공사비, 경량의 시공장비, 현장여건 및 지반조건의 적응성, 유연성 등 상대적인 장점을 지니고 있으며, 지진 등 동적하중의 경우에도 과다한 변위 없이 저항능력을 충분히 발휘할 수 있다는 특징을 갖는다.

사면안정공법으로 가장 널리 이용되고 있는 쏘일네일링(Soil Nailing) 공법은 숏크리트(Shotcrete)와 Rock Bolt를 이용하여 터널을 굴착하는 NATM(New Austrian Tunneling Method)에서 유래된 원지반보강공법(In-situ Reinforcement of Soil)이다. 쏘일네일링 공법은 자연사면이나 굴착에 의한 인공사면의 안정성을 향 상 시키는 공법으로서, 인장응력, 전단응력 및 휨모멘트에 저항할 수 있는 보강재(Re-Bar) 즉, 네일을 지반내에 비교적 촘촘한 간격으로 삽입함으로써 원지반의 전체적인 전단 저항력과 활동 저항력을 증가시켜 사면의 안정을 확보함과 동시에 지반의 변위를 억제하는 공법이다.

종래의 대표적인 쏘일네일링 공법으로는 무압식(중력식)과 가압식이 있으며, 도 1은 무압식 쏘일 네일링 공법의 개념도로서, 무압식 쏘일 네일링 공법은 토사에 강봉(강관 및 이형철근) 형태의 네일을 삽입하여, 천공홀과 네일을 고정시켜주는 그라우팅체(Grouting Body : 통상 시멘트 밀크)를 형성시키고 그 전면에 숏크리트(Shotcrete) 처리를 하여 보강된 토체를 일체화하고 보강되지 않는 뒤쪽의 원지반과 구분시킴으로서 재래식의 중력식 옹벽(Retaining Wall)의 형태를 이루게 하는 공법이다.

상기 공법의 통상의 시공순서는 지반 천공, 네일의 삽입설치, 시멘트 밀크에 의한 그라우팅 및 전면 숏크리트 타설 등의 보강공정으로 구성되어지며, 천공홀은 수평과 10~20°의 하향경사로 시공되어진다. 이때 시멘트 밀크는 네일 삽입 후 천공홀내 저부로 수회(2~5)에 걸쳐 흘려 넣어야 한다.

그러나 무압식은 고결시간이 길고, 수축현상을 보완하기 위해 2~5회 정도의 그라우팅작업을 반복실시하기 때문에 시공성이 저하되어 공사기간이 긴 문제점이 있다.

그리고 가압식 쏘일 네일링 공법은 압력 그라우팅에 의한 주변 지반 그라우팅체의 주면 마찰저항력의 향상과 네일체의 파이프 형태의 시공을 통한 휨강성의 개선을 주목적으로 한다. 가압식 쏘일 네일링 공법은 천공홀의 입구부에 가압그라우팅을 시공하기 위한 목적의 우레탄 및 시멘트 밀크 주입에 의한 패킹부재의 내설치와 이후 단계로 천공홀에 소정의 압력(6~15㎏/㎠)에 의한 그라우팅 공정으로 특징 지워진다. 가압식 쏘일네일링 공법은 토질 특성에 따른 주입압의 적용에 유의 하여야 하며, 한계 주입압을 넘는 주입압은 도리어 지반을 교란 시킬 우려가 있다.

그러나 종래의 쏘일네일링 공법은 중력식 그라우팅을 적용하기 때문에 고결시간이 길고, 수축현상을 보완하기 위해 3~6회 정도의 그라우팅 작업을 반복 실시하기 때문에 시공성이 저하되어 공사기간이 길어지며, 주입압을 유지할 수 없어 충진상태 확인 및 품질관리가 용이하지 못한 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 특허출원 제 99-51043호에 '가압 그라우팅을 이용한 쏘일네일링 공법 및 그 장치'가 소개되어 있다. 그러나, 상기 가압 그라우팅을 이용한 쏘일네일링 공법 및 그 장치는 파이프 보강재를 별도로 사용하며, 파이프 보강재의 사용으로 연결용 전환 아답터가 추가로 필요하고, 파이프 보강재의 직경에 맞추어 서 간격재를 별도로 제작해야 하며, 패커가 고정식이기 때문에 굴착깊이와 지형에 따라 대처 능력이 부족하고, 파이프의 선단부외에 측면에도 다수의 주입용 구멍이 있어 시멘트 밀크 주입시 일정한 주입압력 및 기밀성 유지가 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기 기술한 문제점을 해결하기 위하여, 재료가 간단하고, 설치가 용이하며, 소정 압력이 지속되므로 그라우트의 침투가 원활하여 지반의 강도정수(C, ψ)가 개선되어 보강재의 간격확장 및 보강재 길이의 감소로 공사비 및 시공속도가 개선되는 철근다단 보강 고압그라우팅공법 및 공법에 사용되는 패커를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 지반의 보강을 위한 그라우팅공법에 있어서, 와이형밸브를 그라우팅호스에 연결후 선단부 천공경 내 그라우팅을 주입하는 공정과; 선단부 천공경내 충진완료 후 제3패커의 에어호스홀을 통해 제3패커로 그라우트가 유입되는 공정과; 소정의 압력을 패킹웨지가 받으면 상기 패킹웨지가 에어호스홀로 부터 이탈되어 중앙 천공경내로 그라우트가 충진되는 공정과; 상기의 중앙부 천공경내 충진완료 후 제2패커의 에어호스홀을 통해 제2패커의 내부로 그라우트가 유입되는 공정과; 소정의 압력을 패킹웨지가 받으면 패킹웨지가 제2패커의 에어호스홀로 부터 이탈되어 중앙 천공경내로 그라우트가 충진되는 공정과; 상기 최종단의 제1패커까지 그라우트가 유입되고, 에어호스로 그라우트가 역류하면, 그라우팅호스의 잠금장치를 잠그고 에어호스를 통해 가압 주입하는 공정과; 소정의 가압주입 시간 경과 후 그라우팅호스 및 에어호스를 패쇄시키고 양생시키는 공정을 포함하여 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 철근다단 보강고압그라우팅공법과, 몸체의 중심에 쏘일네일이 장착되는 네일홀과 시멘트 밀크가 주입되는 그라우팅호스홀과 에어호스홀이 형성된 패킹부재와, 상기 패킹부재의 외주면으로 부착되며 다수개의 절편들이 원형으로 형성되어 있는 지지윙과, 상기 양쪽의 패킹부재와 지지윙의 사이에 부착되어 시멘트밀크가 투입됨에 따라 팽창과 수축이 가능한 패킹섬유를 포함하여서 구성되는 패커에 있어서, 상기 패커의 에어호스홀에 원기둥형의 패킹웨지가 삽입고정되어 있어 소정의 압력을 받으면 패킹웨지가 에어호스홀로 부터 이탈되어 중앙 천공경내로 그라우트가 충진되는 것을 특징으로 하는 패커를 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선 첨부된 도면을 살펴보면, 도 1은 본 발명에 따른 패커의 패킹부재의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 패커의 패킹부재의 에어호스홀에 패킹웨지가 삽입되는 형상을 도시한 측단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 패커와 패킹웨지의 구조를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 패커에 와이형밸브가 장착된 구조를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 패킹웨지가 패킹부재의 에어호스홀에 장착된 구조를 도시한 측단면도이다.

본 발명의 철근다단 보강 고압그라우팅공법 및 공법에 사용되는 패커는, 특히 재료가 간단하고, 설치가 용이하며, 소정 압력이 지속되므로 그라우트의 침투가 원활하여 지반의 강도정수(C, ψ)가 개선되어 보강재의 간격확장 및 보강재 길이의 감소로 공사비 및 시공속도가 개선되는 것에 관한 것임은 상술한 바와 같다.

즉, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 시공순서를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 지반의 보강을 위한 그라우팅공법에 있어서, 와이형밸브(20)를 그라우팅호스(102)에 연결후 선단부 천공경 내 그라우팅을 주입하는 공정(S10)이 시행되게 된다.

그리고 선단부 천공경내 충진완료 후 제3패커(10")의 에어호스홀(113)을 통해 제3패커(10")로 그라우트가 유입되는 공정(S20)이 진행되게 된다.

이어서 소정의 압력을 패킹웨지(14)가 받으면 상기 패킹웨지(14)가 에어호스홀(113)로 부터 이탈되어 중앙 천공경내(b)로 그라우트가 충진되는 공정(S30)이 진행되게 되며, 이어서 상기의 중앙부 천공경(b)내 충진완료 후 제2패커(10')의 에어호스홀(113)을 통해 제2패커(10')의 내부로 그라우트가 유입되는 공정(S40)이 진행되게 된다.

상기의 공정이 끝나면, 소정의 압력을 패킹웨지(13)가 받으면 패킹웨지(13)가 제2패커(10')의 에어호스홀(113)로 부터 이탈되어 중앙 천공경내(b)로 그라우트가 충진되는 공정(S50)과, 상기 최종단의 제1패커(10)까지 그라우트가 유입되고, 에어호스(101)로 그라우트가 역류하면, 그라우팅호스(102)의 잠금장치(23)를 잠그고 에어호스(101)를 통해 가압 주입하는 공정(S60)이 진행되게 된다.

그리고 끝으로 소정의 가압주입 시간 경과 후 그라우팅호스(102) 및 에어호 스(101)를 패쇄시키고 양생시키는 공정(S70)이 진행되게 되는 것이 특징이다.

한편, 상기의 공법에 적용되어 사용되며, 몸체의 중심에 쏘일네일(100)이 장착되는 네일홀(111)과 시멘트 밀크가 주입되는 그라우팅호스홀(112)과 에어호스홀(113)이 형성된 패킹부재(11)와, 상기 패킹부재(11)의 외주면으로 부착되며 다수개의 절편(121)들이 원형으로 형성되어 있는 지지윙(12)과, 상기 양쪽의 패킹부재(11)와 지지윙(12)의 사이에 부착되어 시멘트밀크가 투입됨에 따라 팽창과 수축이 가능한 패킹섬유(13)를 포함하여서 구성되는 패커에 있어서, 상기 패커의 에어호스홀(113)에 원기둥형의 패킹웨지(14)가 삽입고정되어 있어 소정의 압력을 받으면 패킹웨지(14)가 에어호스홀(113)로 부터 이탈되어 중앙 천공경내로 그라우트가 충진되는 것을 특징으로 하는 패커를 제공하게 된다.

그리고 본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

본 발명은 상기에서 상술한 바와 같이, 다단의 패커를 설치하므로 장대 네일에서도 그라우트체에 소정의 압력을 지속적으로 줄 수 있으며, 또한 재료가 간단하고, 설치가 용이하고, 소정 압력이 지속되므로 그라우트의 침투가 원활하여 지반의 강도정수(C, ψ)가 개선되므로 보강재의 간격 확장 및 보강재 길이의 감소로 공사비 및 시공속도가 개선될뿐만 아니라, 별도의 우레탄장비를 사용하지 않으므로 공 정이 단순하고 우레탄을 사용하지 않으므로 친환경적이다.

또한, Pack의 위치 및 길이 조정과 다단(2단 이상)의 설치가 가능하며, 가압그라우팅의 실시로 그라우팅 정착부의 유효직경이 증가하므로 전단저항력이 향상되어 사면보강 및 흙막이 구조물의 안전율을 증가시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 지반의 보강을 위한 그라우팅공법에 있어서, 와이형밸브(20)를 그라우팅호스(102)에 연결후 선단부 천공경 내 그라우팅을 주입하는 공정(S10)과;

   선단부 천공경내 충진완료 후 제3패커(10")의 에어호스홀(113)을 통해 제3패커(10")로 그라우트가 유입되는 공정(S20)과;

   소정의 압력을 패킹웨지(14)가 받으면 상기 패킹웨지(14)가 에어호스홀(113)로 부터 이탈되어 중앙 천공경내(b)로 그라우트가 충진되는 공정(S30)과;

   상기의 중앙부 천공경(b)내 충진완료 후 제2패커(10')의 에어호스홀(113)을 통해 제2패커(10')의 내부로 그라우트가 유입되는 공정(S40)과;

   소정의 압력을 패킹웨지(13)가 받으면 패킹웨지(13)가 제2패커(10')의 에어호스홀(113)로 부터 이탈되어 중앙 천공경내(b)로 그라우트가 충진되는 공정(S50)과;

   상기 최종단의 제1패커(10)까지 그라우트가 유입되고, 에어호스(101)로 그라우트가 역류하면, 그라우팅호스(102)의 잠금장치(23)를 잠그고 에어호스(101)를 통해 가압 주입하는 공정(S60)과;

   소정의 가압주입 시간 경과 후 그라우팅호스(102) 및 에어호스(101)를 패쇄시키고 양생시키는 공정(S70)을 포함하여 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 철근다단 보강고압그라우팅공법.
2. 몸체의 중심에 쏘일네일(100)이 장착되는 네일홀(111)과 시멘트 밀크가 주입되는 그라우팅호스홀(112)과 에어호스홀(113)이 형성된 패킹부재(11)와, 상기 패킹부재(11)의 외주면으로 부착되며 다수개의 절편(121)들이 원형으로 형성되어 있는 지지윙(12)과, 상기 양쪽의 패킹부재(11)와 지지윙(12)의 사이에 부착되어 시멘트밀크가 투입됨에 따라 팽창과 수축이 가능한 패킹섬유(13)를 포함하여서 구성되는 패커에 있어서, 상기 패커의 에어호스홀(113)에 원기둥형의 패킹웨지(14)가 삽입고정되어 있어 소정의 압력을 받으면 패킹웨지(14)가 에어호스홀(113)로 부터 이탈되어 중앙 천공경내로 그라우트가 충진되는 것을 특징으로 하는 패커.

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