KR100733829B1 - 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비 - Google Patents

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KR100733829B1
KR100733829B1 KR1020060122325A KR20060122325A KR100733829B1 KR 100733829 B1 KR100733829 B1 KR 100733829B1 KR 1020060122325 A KR1020060122325 A KR 1020060122325A KR 20060122325 A KR20060122325 A KR 20060122325A KR 100733829 B1 KR100733829 B1 KR 100733829B1
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최효재
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(주)효광건설
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Abstract

본 발명은 육상 또는 해상전용장비에 수직방향으로 설치된 리더(10)를 따라서 관입 및 인발 하면서 지중의 연약지반과 안정제를 혼합시켜 지중구조체를 시공하기 위한 다축의 교반 로드와 상기 교반 로드를 회전시키기 위한 구동모터로 구성되는 심층혼합처리장비에 있어서, 상기 리더(10)를 따라서 상부와 하부방향으로 이동할 수 있도록 설치된 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 상부에 형성된 구동모터(120)와, 상기 구동모터(120)의 선단에 연결되어 상기 몸체(110)의 내부를 통과하도록 하부방향으로 설치하되 상부에는 상부구동기어(131)를 형성하고 하부에는 하부구동기어(132)를 구비한 구동축(130)과, 상기 몸체(110)의 내부를 통과하도록 수직방향으로 설치하되 절반의 회전축(140)에는 상기 상부구동기어(131)와 맞물려 정회전을 하도록 정회전기어(141)를 형성하고 나머지 절반의 회전축(140)에는 상기 하부구동기어(132)와 맞물려 회전방향을 전환하기 위한 전환기어(150) 및 상기전환기어(150)와 맞물려 역회전을 할 수 있도록 역회전기어(142)를 구비한 다수개의 회전축(140)과, 상기 회전축(140)과 연결되어 회전하되 선단에는 교반 비트가 설치되어 지중으로 관입 및 인발 하기 위한 다축의 교반 로드(160)로 구성되는 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비를 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 연약지반과 안정제의 교반 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 교반 로드의 비틀림현상을 최소화하여 장비의 내구성을 확보 함은 물론 장비의 수명을 연장할 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 평면상태로 볼 때 원형을 갖는 균일한 지중구조체를 시공할 수 있으므로 시공품질을 극대화할 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 점성이 강한 지중의 연약지반이 교반 로드에 달라붙는 현상을 최소화하여 시공능률 및 작업성을 증대시킬 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명은 하나의 구동모터를 사용하여 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 기존에 불필요하게 낭비되던 구동모터의 구입비용을 절약하여 경제적인 이익을 창출할 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 시공속도를 증대시켜 시공기간을 획기적으로 단축할 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명은 구조가 간단하고 유지보수가 용이하여 활용범위 및 사용효율을 증대시킬 수 있는 매우 유용한 발명이다.
연약지반, 심층, 혼합, 처리, 장비, 안정제, 시공품질, 교반 로드, 교반, 효율, 정회전, 역회전

Description

교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비{Deep cement mixing equipment for superior agitation efficiency}
도 1 - 본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비의 구조를 나타내기 위한 분리 사시도.
도 2 - 본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비의 구조를 나타내기 위한 결합 사시도.
도 3 - 도 2의 A-A선 단면도.
도 4 - 도 2의 B-B선 단면도.
도 5 - 도 2의 C-C선 단면도.
도 6 - 본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비의 실시 예를 나타내기 위한 사용상태 평면도.
도 7 - 본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비의 다른 실시 예를 나타내기 위한 사용상태 평면도.
도 8 - 본 발명에 있어서 구동모터의 다른 실시 예를 나타내기 위한 결합 사시도.
도 9 - 본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비를 육상에 적용하기 위 한 사용상태 참고도.
도 10 또는 도 11 - 본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비를 해상에 적용하기 위한 사용상태 참고도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 리더(Leader)
100: 본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비
110: 몸체 111: 리더가이드
120: 구동모터
130: 구동축 131: 상부구동기어
132: 하부구동기어
140: 회전축 140a: 안정제 주입노즐
141: 정회전기어 142: 역회전기어
150: 전환기어
160: 교반 로드
본 발명은 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비에 관한 것으로, 더욱 상세 하게는 지중으로 관입 또는 인발 되는 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시켜 교반 효율을 극대화함으로써 균일하고 연속적인 고강도의 지중구조체(파일)를 형성하여 시공품질을 증대시킴은 물론 공사기간을 단축시켜 시공능률을 향상시킬 수 있는 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비(NEW Deep Cement Mixing, 이하 "NEW DCM"이라 함)에 관한 것이다.
일반적으로 심층혼합처리(Deep Cement Mixing, DCM)공법은 석회, 시멘트 등을 주성분으로 하는 안정제(고화제, 경화제)와 지중의 연약지반을 혼합하여 화학적으로 고체화시켜 연약지반을 개량하기 위한 것으로, 특히 연약지반과 안정제가 혼합하면서 발생하는 수화반응 또는 포졸란(Pozzolan) 반응을 통해서 에트린자이트의 생성을 활성화하여 물리적, 화학적으로 고형화된 지중구조체를 형성함으로써 연약지반을 강화시키게 된다.
이러한 심층혼합처리공법은 1976년부터 일본 운수성 항만 기술연구소에 의해서 개발연구가 추진되었으며, 1970년대에는 석회석, 시멘트 등의 안정제를 이용한 공법이 실용화되어 현재 국내에서 연약지반을 개량하기 위한 방안으로 널리 시공되고 있다.
전술한 바와 같이 심층혼합처리공법은 연약지반과 안정제의 혼합을 통한 견고한 지중구조체를 형성해야 하므로, 이를 위해서 종래에는 육상 또는 해상 전용장비에 수직방향으로 설치된 리더를 따라서 지중으로 관입 및 인발 함은 물론 지중으로 안정제를 주입하기 위한 주입통로를 구비한 다축의 교반 로드로 구성된 심층혼합처리장비를 사용하였다.
그러나 종래 심층혼합처리장비는 지중으로 관입 및 인발 하는 다축의 교반 로드가 일률적으로 정회전을 하거나 또는 역회전만 할 수 있는 구조를 갖는 것으로, 이는 연약지반과 안정제의 교반 효율에 따라서 시공품질이 우수한 지중구조체를 시공할 수 있음을 감안할 경우 연약지반과 안정제의 교반 효율이 제한되는 단점을 갖게 되었다.
더구나 안정제를 주입하면서 회전하는 다축의 교반 로드가 한쪽 방향으로만 회전하게 되므로 교반 로드의 비틀림현상이 발생하여 내구성이 저하될 뿐만 아니라 시공되는 지중구조체를 평면상태로 볼 때 원형이 아닌 연약지반과 안정제가 한쪽 방향으로 몰리는 타원형으로 시공되므로, 결과적으로 부실공사의 발생빈도를 증가시킬 뿐만 아니라 시공품질을 저하하는 원인을 제공하게 되었다.
특히 다축의 교반 로드가 한쪽 방향으로만 회전할 경우에는 점성이 강한 지중의 연약지반이 교반 로드에 달라붙게 되어 교반 효율의 한계가 발생하는 문제점을 갖게 되었다.
따라서 교반 로드의 회전 방향은 물론 연약지반과 안정제의 교반 효율이 그 어느 때보다도 절실하게 요구되기 때문에 심층혼합처리장비를 개량하고자 하는 여러 형태의 노력이 진행되어 왔으며 최근에는 이러한 노력의 결과물로써,
리더를 따라 상·하 이동가능하게 설치되는 오가 굴착기와, 오가 굴착기에 서로 이웃하게 장착된 두 대의 양측 모터로부터 회전력을 전달받아 지반을 굴착하는 4축의 굴착 로드를 구비하고 있는 오가 굴착장치에 있어서, 상기 4축의 굴착 로드들 중 2축의 굴착 로드를 연결하기 위한 로드 연결축이 각기 한 쌍씩 장착되어 있는 두 대의 로테이터 기어박스를 상기 오가 굴착기에 장착되어 있는 양측 모터 각각의 하단에 각기 독립적으로 직접 부착시킨 구조로 구성된 대한민국 실용신안등록 제0380747호 "로테이터 기어박스 일체형 다축 오가 굴착기" 및
내부에 모터가 내장된 오가와 그 하부에 연결커플링에 의하여 동력전달되는 기어박스와 기어박스에 연결되어 회전되는 교반 로드로 구성되는 오가 장치에 있어서, 기어박스의 하부에 3개의 교반 로드를 고정하고, 기어박스는 연결커플링으로 오가와 고정되며, 오가는 2개를 횡으로 연결하여 교반 로드가 3열 2축의 배열을 갖는 대한민국 실용신안등록 제0390774호 "3열 동시 굴착용 오가 장치"가 안출된 바가 있다.
이처럼 종래의 "로테이터 기어박스 일체형 다축 오가 굴착기"와 "3열 동시 굴착용 오가 장치"는 다축의 교반 로드의 회전방향을 각각 달리하여 연약지반과 안정제의 교반 효율을 증대시키고 있으나, 이는 구조상 몇 가지의 문제점을 갖는 것으로 이에 대한 구체적인 내용은 아래와 같이 서술하기로 한다.
-아래 -
1. 종래의 "로테이터 기어박스 일체형 다축 오가 굴착기"와 "3열 동시 굴착용 오가 장치"는 다축의 교반 로드를 회전시키기 위한 각각의 구동모터를 형성해야하므로, 전체적으로 구성이 복잡하여 유지보수가 어려울 뿐만 아니라 불필요하게 각각의 구동모터를 설치해야 하므로 경제적인 비용이 가중되는 단점을 갖게 되었다.
2. 종래의 "로테이터 기어박스 일체형 다축 오가 굴착기"와 "3열 동시 굴착 용 오가 장치"는 각각의 구동모터와 다수개의 구동기어를 형성해야 하므로 부피와 하중이 증가하게 되어 내구성 및 장비의 이동성이 저하되는 폐단을 갖게 되었다.
3. 종래의 "로테이터 기어박스 일체형 다축 오가 굴착기"와 "3열 동시 굴착용 오가 장치"는 각각의 구동모터를 제어해야 하므로 조작이 번거롭고 불편하여 시공 효율 및 작업성이 극히 제한되는 문제점을 갖게 되었다.
따라서 구조가 간단하면서 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시켜 교반 효율을 향상시킴은 물론, 특히 부피와 중량을 최소화하여 시공능률을 향상시킬 수 있는 시공장비가 그 어느 때보다 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이처럼 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은 구동모터의 구동력을 전달받아 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있는 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있는 기어 구조를 갖게 되므로 작동의 신뢰성 및 시공효율을 증대시킬 수 있는 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다축의 교반 로드의 교반 효율을 향상시켜 균일하고 연속적인 고강도의 지중구조체를 시공할 수 있는 교반 효율이 우수한 심층혼합 처리장비를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비의 목적을 달성하기 위한 기술적 구성을 첨부한 도면에 의해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비의 구조를 나타내기 위한 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비의 구조를 나타내기 위한 결합 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B선 단면도이며, 도 5는 도 2의 C-C선 단면도를 도시한 것이다.
본 발명 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비(100)는 육상 또는 해상전용장비에 수직방향으로 설치된 리더(10)를 따라서 관입 및 인발 하면서 지중의 연약지반과 안정제를 혼합시켜 지중구조체를 시공하기 위한 다축의 교반 로드와 상기 교반 로드를 회전시키기 위한 구동모터로 구성되는 심층혼합처리장비에 있어서,
상기 리더(10)를 따라서 상부와 하부방향으로 이동할 수 있도록 설치된 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 상부에 형성된 구동모터(120)와, 상기 구동모터(120)의 선단에 연결되어 상기 몸체(110)의 내부를 통과하도록 하부방향으로 설치하되 상부에는 상부구동기어(131)를 형성하고 하부에는 하부구동기어(132)를 구비한 구동축(130)과, 상기 몸체(110)의 내부를 통과하도록 수직방향으로 설치하되 절반의 회전축(140)에는 상기 상부구동기어(131)와 맞물려 정회전을 하도록 정회전기 어(141)를 형성하고 나머지 절반의 회전축(140)에는 상기 하부구동기어(132)와 맞물려 회전방향을 전환하기 위한 전환기어(150) 및 상기전환기어(150)와 맞물려 역회전을 할 수 있도록 역회전기어(142)를 구비한 다수개의 회전축(140)과, 상기 회전축(140)과 연결되어 회전하되 선단에는 교반 비트가 설치되어 지중으로 관입 및 인발 하기 위한 다축의 교반 로드(160)로 구성된다.
상기 몸체(110)의 일측에는 상기 리더(10)를 따라서 상부와 하부방향으로 원활하게 이동할 수 있도록 리더 가이드(111)가 설치된다.
이때 상기 몸체(110)는 상기 구동축(130), 상부구동기어(131), 하부구동기어(132), 회전축(140), 정회전기어(141), 역회전기어(142), 전환기어(150)가 내부에 삽입될 수 있도록 내부가 빈 함체 형상을 갖도록 형성됨이 바람직하다.
한편, 상기 구동모터(120)는 상기 구동축(130)을 회전시키기 위한 수단을 제공하기 위한 것으로, 이때 설치위치 및 작업환경에 따라서 다양한 방식의 모터를 사용할 수 있음은 당연할 것이다.
특히 상기 구동모터(120)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 구동축(130)을 원활하게 회전시키기 위해서 한 쌍(2개)의 모터를 사용할 수도 있는데, 이는 전체적으로 회전력을 균일하게 유지함과 동시에 강한 구동력을 전달받기 위함이다.
상기 구동축(130)은 상기 구동모터(120)의 구동력을 전달받아 상기 상부구동기어(131)와, 하부구동기어(132)를 회전시키기 위한 구성으로, 이때 상기 몸체(110)와 구동축(130)의 연결부분에는 원활한 회전력을 확보하기 위한 공지의 베어링이 형성된다.
이때 상기 베어링은 본 발명의 시공현장 및 설치위치가 습기가 많은 환경임을 감안할 경우 회전력을 확보함은 물론 부식을 방지하기 위한 내구성 및 수밀성이 양호한 베어링을 사용함이 바람직하다.
한편, 상기 상부구동기어(131)는 상기 구동모터(120)의 구동력을 전달받아 회전하게 되는데, 이때 상기 상부구동기어(131)는 정회전기어(141)와 맞물려 있는 상태이므로 결과적으로 상기 정회전기어(141)가 연결된 상기회전축(140)을 정방향으로 회전시킴과 동시에 하부에 연결된 상기 교반 로드(160)를 정방향으로 회전시킬 수 있게 된다.
이를 개략적으로 설명하면, 상부구동기어(131)-> 정회전기어(141)-> 회전축(140), 교반 로드(160)에 순차적으로 회전력을 전달함으로써 정방향으로 회전할 수 있게 된다.
또한, 상기 하부구동기어(132)는 상기 구동모터(120)의 구동력을 전달받아 회전하게 되는데, 이때 상기 하부구동기어(132)는 전환기어(150)와 맞물려 있는 상태로 회전력을 전달하게 되고 이를 다시 상기 전환기어(150)와 맞물려 있는 역회전기어(142)에 전달하게 되므로 결과적으로 상기 역회전기어(142)가 역방향으로 회전시킴과 동시에 하부에 연결된 상기 교반 로드(160)를 역방향으로 회전시킬 수 있게 된다.
이를 개략적으로 설명하면, 하부구동기어(132)-> 전환기어(150)-> 역회전기어(142)-> 회전축(140), 교반 로드(160)에 순차적으로 회전력을 전달함으로써 역방향으로 회전할 수 있게 된다.
특히 상기 전환기어(150)는 상기 하부구동기어(132)에서 전달받은 회전방향을 반대방향으로 전환하여 상기 역회전기어(142)를 역방향으로 회전시키는 역할을 수행하게 된다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 구동축(130)의 회전력이 상기 상부구동기어(131)와, 하부구동기어(132)를 통해서 각각의 기어와 맞물려 전달되어 회전방향을 제어하게 되므로 결과적으로 다축의 교반 로드(160)가 서로 반대방향으로 회전시켜 연약지반과 안정제의 교반 효율을 극대화할 수 있게 된다.
이때 상기 정회전기어(141)와, 역회전기어(142)는 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이 평면상태로 볼 때 상기 회전축(140)에 서로 대칭되는 위치에 설치할 수 있음은 물론 또는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 회전축(140)에 서로 나란하게 설치할 수도 있다.
한편, 상기 회전축(140)은 상기 정회전기어(141)와, 역회전기어(142)와 결합한 상태로 상기 교반 로드(160)에 회전력을 전달하기 위한 구성이다.
이때 상기 회전축(140)의 상부에는 안정제 또는 물을 공급할 수 있도록 안정제 주입노즐(140a)이 설치됨과 아울러 내부에는 공급되는 안정제 및 물을 상기 교반 로드(160)에 공급할 수 있도록 주입통로(미 도시됨)가 형성된다.
아울러 상기 교반 로드(160)는 시방 및 시공범위에 따라서 평면상태로 볼 때 2축 이상의 배열(2축, 4축, 6축)을 갖도록 형성함이 바람직하다.
특히 상기 교반 로드(160)는 선단에 교반 비트가 설치되어 지중으로 관입 및 인발 과정에서 연약지반과 안정제의 혼합 및 굴착효율을 향상시키게 되는데, 이에 대한 상세한 내부구조(도면) 및 작동원리는 당 업계에서 보편적으로 사용하는 기술이므로 본 발명에서 상세한 서술은 생략하기로 한다.
본 발명에 있어서 안정제라 함은 연약지반을 개량하기 위한 시멘트, 코크스, 생석회, 플라이애시, 무수석고, 골재, 모래, 고로슬래그, 또는 이들의 혼합물을 통칭한다.
아울러 본 발명은 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 시공환경 및 연약지반의 특성에 따라서 육상 또는 해상장비에 용이하게 적용할 수 있다.
이처럼 상기와 같이 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 구성까지 본 발명의 권리범위에 포함됨은 당연할 것이다.
본 발명은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 연약지반과 안정제의 교반 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 교반 로드의 비틀림현상을 최소화하여 장비의 내구성을 확보함은 물론 장비의 수명을 연장할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 평면상태로 볼 때 원형을 갖는 균일한 지중구조체를 시공할 수 있으므로 시공품질을 극대화할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 점성이 강한 지중의 연약지반이 교반 로드에 달라붙는 현상을 최소화하여 시공능률 및 작업성을 증대시킬 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 하나의 구동모터를 사용하여 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 기존에 불필요하게 낭비되던 구동모터의 구입비용을 절약하여 경제적인 이익을 창출할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 다축의 교반 로드를 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 시공 속도를 증대시켜 시공기간을 획기적으로 단축할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 구조가 간단하고 유지보수가 용이하여 활용범위 및 사용효율을 증대시킬 수 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims (4)

  1. 육상 또는 해상전용장비에 수직방향으로 설치된 리더(10)를 따라서 관입 및 인발 하면서 지중의 연약지반과 안정제를 혼합시켜 지중구조체를 시공하기 위한 다축의 교반 로드와 상기 교반 로드를 회전시키기 위한 구동모터로 구성되는 심층혼합처리장비에 있어서,
    상기 리더(10)를 따라서 상부와 하부방향으로 원활하게 이동할 수 있도록 리더 가이드(111)를 일측에 설치하되 내부에는 구동축(130), 상부구동기어(131), 하부구동기어(132), 회전축(140), 정회전기어(141), 역회전기어(142), 전환기어(150)가 위치하도록 중공형태의 함체 형상을 갖는 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 상부에 형성된 구동모터(120)와, 상기 구동모터(120)의 선단에 연결되어 상기 몸체(110)의 내부를 통과하도록 하부방향으로 설치하되 상부에는 상부구동기어(131)를 형성하고 하부에는 하부구동기어(132)를 구비한 구동축(130)과, 상기 몸체(110)의 내부를 통과하도록 수직방향으로 설치하되 2개의 회전축(140)에는 상기 상부구동기어(131)와 맞물려 정회전을 하도록 정회전기어(141)를 형성하고 나머지 2개의 회전축(140)에는 상기 하부구동기어(132)와 맞물려 회전방향을 전환하기 위한 전환기어(150) 및 상기 전환기어(150)와 맞물려 역회전을 할 수 있도록 역회전기어(142)를 구비하되 상부에는 시멘트, 코크스, 생석회, 플라이애시, 무수석고, 골재, 모래, 고로슬래그 또는 이들 중 어느 하나 이상을 포함하는 안정제 또는 물을 공급할 수 있도록 안정제 주입노즐(140a)을 설치하고 중앙에는 상기 안정제 및 물을 상기 교반 로드(160)에 공급하기 위한 주입통로가 길이방향으로 형성되는 4개의 회전축(140)과, 상기 회전축(140)과 연결되어 회전하되 선단에는 교반 비트가 설치되어 지중으로 관입 및 인발 하기 위한 4개의 교반 로드(160)로 구성되어짐을 특징으로 하는 교반 효율이 우수한 심층혼합처리장비.
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