KR100772684B1 - 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치 및 이를통한 지반보강공법 - Google Patents

복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치 및 이를통한 지반보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치 및 이를 통한 지반보강공법에 관한 것으로, 강관 내부에 열십자 또는 삼각형 형태로 제작된 일정길이의 보강플레이트를 설치함으로써 강관의 강성을 증대향상시킬 수 있도록 하여 지반의 강도를 향상시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 터널굴착 예정단면이나 사면 및 구조물 기초 지반에 직천공을 통한 강관의 설치 또는 일정 깊이의 천공홀을 형성하여 강관의 설치 후 천공홀과 그 주변의 이완영역 및 균열·절리부에 그라우트 주입장치에 의한 그라우트의 주입이 이루어지도록 함으로써 원지반의 강도를 증대시키는 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치에 있어서, 천공홀의 내부에 삽입 설치되어지되 그 외주면에는 내부로 주입되는 그라우트의 분사가 이루어지는 다수의 분사공이 형성된 강관; 강관의 내경에 대응하는 외부 둘레를 갖는 직경으로 형성되어지되 강관의 내부에 삽입 설치되어 강관의 강성을 보강하는 한편 강관의 내부를 다수의 영역으로 분할하는 보강플레이트; 강관의 선단 내부에 삽입 설치되어 그라우트 주입장치에 의해 주입되는 그라우트를 보강플레이트에 의해 분할된 강관 내부의 분할영역 각각에 분할 주입하는 그라우트 분할 어댑터; 및 강관의 선단부에 나사 결합을 통해 결합되어지되 그라우트 주입호스가 연결되어 그라우트 주입호스를 통해 주입되는 그라우트를 분할하는 그라우트 분할 어댑터를 통해 강관 내부로 주입하는 주입호스 커넥터를 포함한 구성으로 이루어진다.
그라우팅, 그라우트, 터널시공, 사면보강, 강관, 그라우팅 공법, 보강플레이트

Description

복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치 및 이를 통한 지반보강공법{The ground reinforcement apparatus and ground reinforcement method grouting type using steel pipe}
도 1 은 종래 기술에 따른 강관 보강형 그라우팅 공법을 개략적으로 보인 단면 구성도.
도 2a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 제 1 실시 예의 복합 강관을 보인 분리 사시도.
도 2b 는 도 2a 의 정면 구성도.
도 2c 는 도 2b 의 "A-A"선 단면도.
도 3a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 복합 강관의 선단 내부에 설치되어 주입되는 그라우트를 분할 주입되도록 하는 어댑터를 보인 사시도.
도 3b 는 도 3a 의 정면 구성도.
도 3c 는 도 3a 의 "B-B"선 단면도.
도 4a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 복합 강관의 선단에 연결되어 그라우트 주입호스 커넥터를 보인 사시도.
도 4b 는 도 4a 의 "C-C" 단면도.
도 5a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 강관, 어댑터 및 주입호스 커넥터의 연결을 보인 단면 구성도.
도 5b는 도 5a 의 "A"를 확대하여 보인 분리 구성도.
도 6a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 다른 예의 보강플레이트가 적용된 복합 강관을 보인 분리 사시도.
도 6b 는 도 6a 의 "D-D"선 단면도.
도 7a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 다른 예의 간격유지부재가 적용된 복합 강관을 보인 사시도.
도 7b 는 도 7a 의 "E-E"선 단면도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
10. 지반 12. 천공홀
100. 지반보강장치 110. 강관
120, 120a. 보강플레이트 130. 그라우트 분할 어댑터
132. 어댑터 본체 134. 그라우트 주입관
140. 주입호스 커넥터 142a. 나사부
142. 커넥터 본체 144. 호스 연결관
150. 그라우트 주입장치 152. 그라우트 주입호스
160. 분사공 커버 테이프 170, 170a. 간격유지부재
172. 받침부재 174. 쐐기부재
176. 분사공 보호부재
본 발명은 그라우팅 방식의 지반보강장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관 내부에 열십자 또는 삼각형 형태로 제작된 보강플레이트를 설치하여 보강재의 강성을 증대시킴과 동시에 그라우트가 천공구멍의 지반에 주입될 때 주변 지반에 상·하·좌·우 균등하게 주입되도록 칸막이 역할을 할 수 있도록 한 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치 및 이를 통한 지반보강공법에 관한 것이다.
일반적으로 그라우트(grout)라 함은 토목공사에서 누수방지공사(漏水防止工事)나 토질안정(土質安定) 등을 위하여 지반의 갈라진 틈·공동(空洞) 등에 충전재를 주입하는 것을 말하는 것으로, 그라우팅(grouting)이라고도 한다. 또한, 그 주입재도 그라우트 또는 그라우트재라고 한다. 이러한 주입재(注入材)는 그 중력(重力)이나 펌프를 통해 충전(充塡)하여 건축물의 균열(龜裂) 부분 보수, 기초부분·기계대좌(機械臺座)의 지지력을 보강할 목적으로 실시한다.
전술한 바와 같은 그라우트의 종류는 시공목적에 따라 지수 그라우트, 지반개량 그라우트, 충전 그라우트, 보강 그라우트 등이 있고, 주입장소에 따라 공동 그라우트, 균열 그라우트, 공극(孔隙) 그라우트 등이 있으며, 그라우트의 종류는 시멘트계·철분질계(鐵粉質系)·아스팔트계·약액(藥液) 그라우트(케미컬 그라우트) 등으로 분류된다. 초기의 그라우트에는 시멘트·물·점토(粘土) 등을 사용한 시멘트계 그라우트가 사용되었으나, 1919년 케미컬 그라우트가 발명되어 사용범위가 넓어졌다. 최근에는 비닐 중합(重合)과 크롬리그닌의 발견으로 그라우트 기술은 급진전하였다.
한편, 터널굴착시 지반의 상황이나 용수에 의해 시공이 곤란해지거나 지보효과가 저하되는 경우 안전하고 효율적인 터널시공을 위하여 터널의 지보재(숏크리트, 록볼트, 강지보재 등)와 병용하여 보조공법을 사용하게 된다. 이러한 보조공법은 터널굴착과 동시에 터널 내·외부에서 주변지반이나 굴착시 막장자립의 안정을 도모하는 것으로 천단부와 막장안정을 위한 지반강화, 구조적 보강, 차수 및 배수를 위한 공법으로 대별할 수 있다.
그리고, 산지를 통과하는 도로터널은 지하수 여건이 지하철터널에 비해 양호하기 때문에 보조공법 중 용수대책 공법보다는 지반강화 및 구조적 보강목적의 보조공법인 Forepolling, Umbrella 공법, 막장면 지지코아, 가인버트 등이 설계 및 시공에 주로 적용되고 있다. 최근에는 터널갱구부의 자연환경 훼손을 최소화하기 위하여 풍화대(풍화토, 풍화암) 지반에서의 NATM시공이 늘어나고 있으며, 터널천단 안정을 위한 Umbrella 공법 적용이 설계 및 시공에 있어서 필수사항이 되었다. 다음은 일반적인 강관 보강형 그라우팅 공법을 보인 것이다.
도 1 은 종래 기술에 따른 강관 보강형 그라우팅 공법을 개략적으로 보인 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같은 종래의 기술에 따른 강관 보강형 그라우팅 공법은 강관을 단지 지반 보강재로서만 이용하지 않고 그 속에 인위적인 구멍들을 내어 강 관을 통한 그라우팅을 수행함으로써 차수와 보강효과를 1개의 공정으로 얻는 기술로, 터널굴착시 예정단면(10)에 삽입구멍(12)을 천공하여 그 내부에 강관(20)을 설치한 후, 설치된 강관(20) 내부에 그라우트를 압력 주입하여 보강재와 주변지반을 일체화시킴으로써 터널굴착 예정단면이나 사면을 보강하게 된다.
전술한 바와 같이 강관 보강형 그라우팅 공법을 통해 터널굴착 예정단면이나 사면의 보강시 강관(20)을 배설하기 위한 천공방식은 천공 후 강관(20)을 삽입하는 일반적인 방식으로 할 수도 있고, 천공과 동시에 강관(20)을 지반 내에 삽입하는 직천공 방식으로 할 수도 있다.
한편, 강관(20) 내부에 그라우트의 원활한 주입 및 주입효과의 극대화를 위하여 삽입된 강관(20) 내에 일정간격으로 패커(30)를 설치한 후, 그라우트 주입관(40)과 에어 주입관(42)을 강관(20)의 내부에 삽입하여 펌프(50)와 에어콤프레샤(52)를 통해 그라우트와 에어를 강관(20)의 내부에 주입한다.
그러나, 전술한 바와 같이 일정간격으로 패커를 설치하는 구조의 종래 기술에 따른 강관 보강형 그라우팅 공법은 그라우트를 다단으로 주입할 수밖에 없기 때문에 강관을 정착시키는데 많은 시간과 노력을 필요로 하는 문제가 있다. 즉, 시공에 어려움이 따르는 문제가 있다.
또한, 전술한 바와 같이 패커를 설치하는 구조의 종래 기술에 따른 강관 보강형 그라우팅 공법은 강관 내에 주입된 그라우트가 어느 정도 양생되기 전에는 그라우트 주입관과 에어 주입관을 제거하지 못하기 때문에 터널시공의 작업공기에 영향을 미치게 된다. 즉, 모르타르나 밀크 상태의 그라우트가 어느 정도 양생되기 전에 그라우트 주입관과 에어 주입관을 제거하게 되면 강관으로부터 흘러내리기 때문에 주입된 그라우트가 어느 정도 양생되어 그라우트 주입관과 에어 주입관을 제거해도 흘러내리지 않을 때까지 충분한 시간을 필요로 하게 된다.
따라서, 전술한 바와 같이 패커를 설치하는 구조의 종래 기술에 따른 강관 보강형 그라우팅 공법을 통한 터널시공은 하나의 강관을 천공 설치하여 그라우트의 주입을 통해 강관을 정착시키는 작업이 끝난 후에 다른 강관을 순차적으로 천공 설치하여야 하므로 작업공기의 지연과 이로 인하여 시공비의 부담이 가중되는 문제가 있다.
아울러, 종래의 기술에 따른 강관 보강형 그라우팅 공법에서 강관의 강성이 약하기 때문에 지반의 압력에 의한 휨(좌굴) 등이 발생하여 지반강도가 약해짐으로써 지반의 침하나 파괴 현상이 발생하여 지반이 무너지는 경우가 발생한다. 반면, 강관의 강성이 큰 것을 사용하는 경우에는 비용의 부담이 따르는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 창안된 것으로, 강관 내부에 열십자 또는 삼각형 형태로 제작된 일정길이의 보강플레이트를 설치함으로써 강관의 강성을 증대향상시킬 수 있도록 하여 지반의 강도를 향상시킬 수 있도록 한 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치 및 이를 통한 지반보강공법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 강관 내부에 열십자 또는 삼각형 형태로 제작된 일정길이의 보강플레이트를 설치하여 그라우트의 주입시 동시주입이 이루어 질 수 있도록 함으로써 공기를 단축시킬 수 있도록 함은 물론 시공비의 절감이 있도록 함에 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 강관 내부에 열십자 또는 삼각형 형태로 제작된 일정길이의 보강플레이트를 설치한 구조의 복합 강관을 통해 그라우트의 주입시 균질한 그라우트의 주입이 이루어질 수 있도록 함으로써 터널굴착 예정단면, 사면 및 지반의 파괴를 방지할 수 있도록 함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치는 터널굴착 예정단면이나 사면 및 구조물 기초 지반에 직천공을 통한 강관의 설치 또는 일정 깊이의 천공홀을 형성하여 강관의 설치 후 천공홀과 그 주변의 이완영역 및 균열·절리부에 그라우트 주입장치에 의한 그라우트의 주입이 이루어지도록 함으로써 원지반의 강도를 증대시키는 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치에 있어서, 천공홀의 내부에 삽입 설치되어지되 그 외주면에는 내부로 주입되는 그라우트의 분사가 이루어지는 다수의 분사공이 형성된 강관; 강관의 내경에 대응하는 외부 둘레를 갖는 직경으로 형성되어지되 강관의 내부에 삽입 설치되어 강관의 강성을 보강하는 한편 강관의 내부를 다수의 영역으로 분할하는 보강플레이트; 강관의 선단 내부에 삽입 설치되어 그라우트 주입장치에 의해 주입되는 그라우트를 보강플레이트에 의해 분할된 강관 내부의 분할영역 각각에 분할 주입하는 그라우트 분할 어댑터; 및 강관의 선단부에 나사 결합을 통해 결합되어지되 그라우트 주입호스가 연결되어 그라우 트 주입호스를 통해 주입되는 그라우트를 분할하는 그라우트 분할 어댑터를 통해 강관 내부로 주입하는 주입호스 커넥터를 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 강관의 분사공은 보강플레이트에 의해 분할된 강관 내부의 분할영역 각각에 대응하는 위치에 형성되어지되 강관의 선단부로부터 후단부에 일정 간격의 스크류 형태의 배열로 형성될 수 있다.
전술한 보강플레이트는 열십자 또는 삼각형의 형태로 이루어져 강관 내부를 다수의 영역으로 분할하는 구성으로 이루어질 수 있다.
전술한 그라우트 분할 어댑터는 선단이 개방되어 그라우트의 유입이 이루어지는 파이프 형태의 어댑터 본체; 및 어댑터 본체의 후면에 구성되어지되 보강플레이트에 의해 분할된 강관 내부의 분할영역 각각에 그라우트의 분할 주입이 이루어지도록 배열 구성된 다수의 그라우트 주입관으로 이루어질 수 있다.
전술한 주입호스 커넥터는 강관의 선단부 외주면 상에 형성된 나사부에 대응하여 내주면에 나사부가 형성되어 강관의 선단부에 나사 결합되는 커넥터 본체; 및 커넥터 본체의 전면 중심에 일정 길이로 형성되어 그라우트 주입장치의 그라우트 주입호스의 연결이 이루어지는 호스 연결관으로 이루어질 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 강관에 형성된 분사공 각각의 외측인 강관의 외주면 상에 분사공을 커버하여 직천공에 의한 강관의 설치 또는 강관을 천공홀 상에 삽입시 이물질의 유입을 방지하는 한편 그라우트의 주입시 강관의 내부를 충진한 후 가압되는 압력에 의해 터져 강관 내부의 그라우트가 천공홀 내부로 분출되도록 하는 분사공 커버 테이프가 더 구성될 수 있다.
그리고, 전술한 바와 같은 구성에서 강관의 길이 방향 외주면에는 일정 간격으로 다수 설치되어 강관이 천공홀의 중앙부에 위치되도록 강관의 외주면과 천공홀의 내주면 간격을 유지시키는 간격유지부재가 더 구성될 수 있다.
전술한 바와 같은 간격유지부재는 강관의 외주면에 대응하는 곡선면으로 면첩촉되어 용접을 통해 강관의 외주면에 결합되는 받침부재; 받침부재의 상부면 상에 일정 간격으로 이격 돌출되어지되 천공홀의 내측 방향으로 하향 경사로 형성되어 강관이 천공홀의 중앙부에 위치되도록 강관의 외주면과 천공홀의 내주면 사이의 간격을 유지시키는 한편 강관을 천공홀에 삽입시에는 걸림없이 삽입되고 역방향에 대해서는 걸림이 이루어질 수 있도록 하는 쐐기부재; 및 쐐기부재의 상부측 대향면 내측에 상호 대향되게 돌출 형성되는 분사공 보호부재로 이루어질 수 있다. 이때, 간격유지부재는 강관의 외주면에 일정 간격으로 설치되어지되 분사공 보호부재가 강관의 외주면 상에 형성된 분사공의 상부측에 위치되도록 설치될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같은 간격유지부재는 길이 방향 양단이 강관에 대응하는 곡면 형태로 형성되어 용접을 통해 강관의 외주면 상에 고정되는 고정부; 및 양단의 고정부 사이에 외측으로 볼록하게 형성되어 고정부와 일체로 이루어지되 강관이 천공홀의 중앙부에 위치되도록 강관의 외주면과 천공홀의 내주면 사이의 간격을 유지시키는 간격유지부로 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법은 터널굴착 예정단면이나 사면 및 구조물 기초 지반에 직천공을 통한 강관의 설치 또는 일정 깊이의 천공홀을 형성하여 천공홀에 강관을 설치한 후, 강관을 통해 천공홀과 그 주변의 이완영역 및 균열·절리부에 그라우트를 주입하여 원지반의 강도를 증대시키는 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에 있어서, 강관의 내부에 일정 길이의 열십자 또는 삼각형 형태의 보강플레이트를 삽입 설치하여 강관의 강성을 보강하되 강관 선단부 내부에 삽입 설치되어 그라우트 주입장치에 의해 주입되는 그라우트를 보강플레이트에 의해 분할된 강관 내부의 분할영역 각각에 분할 주입하는 그라우트 분할 어댑터와 강관의 선단부에 나사 결합을 통해 결합되어지되 그라우트 주입호스가 연결되어 그라우트 주입호스를 통해 주입되는 그라우트를 그라우트 분할 어댑터를 통해 강관 내부로 주입하는 주입호스 커넥터의 구성을 통해 보강플레이트에 의해 분할된 강관 내부의 분할공간으로 그라우트의 동시주입이 가능하도록 한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 구성에서 강관에 형성된 분사공 각각의 외측인 강관의 외주면 상에 분사공을 커버하는 분사공 커버 테이프가 더 구성되어 직천공에 의한 강관의 설치 또는 강관을 천공홀 상에 삽입시 이물질의 유입을 방지하는 한편 그라우트의 주입시 강관의 내부를 충진한 후 가압되는 압력에 의해 터져 강관 내부의 그라우트가 천공홀 내부로 분출되도록 한 구성으로 이루어질 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 구성에서 강관의 길이 방향 외주면에는 일정 간격으로 간격유지부재가 다수 설치되어 강관이 천공홀의 중앙부에 위치되도록 강관의 외주면과 천공홀의 내주면 간격을 유지시키는 구성으로 이루어질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치 및 이를 통한 지반보강공법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 제 1 실시 예의 복합 강관을 보인 분리 사시도, 도 2b 는 도 2a 의 정면 구성도, 도 2c 는 도 2b 의 "A-A"선 단면도, 도 3a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 복합 강관의 선단 내부에 설치되어 주입되는 그라우트를 분할 주입되도록 하는 어댑터를 보인 사시도, 도 3b 는 도 3a 의 정면 구성도, 도 3c 는 도 3a 의 "B-B"선 단면도, 도 4a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 복합 강관의 선단에 연결되어 그라우트 주입호스 커넥터를 보인 사시도, 도 4b 는 도 4a 의 "C-C" 단면도, 도 5a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 강관, 어댑터 및 주입호스 커넥터의 연결을 보인 단면 구성도, 도 5b는 도 5a 의 "A"를 확대하여 보인 분리 구성도이다.
도 2 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치(100)는 터널굴착 예정단면이나 사면 및 구조물 기초 지반(10)에 형성된 천공홀(12)의 내부에 삽입 설치되어지되 그라우트의 분사가 이루어지는 다수의 분사공(112)이 형성된 강관(110), 강관(110)의 내부에 삽입 설치되어 강관(110)의 강성을 보강하는 한편 강관(110)의 내부를 다수의 영역으로 분할하는 보강플레이트(120), 강관(110)의 선단 내부에 삽입 설치되어 그라우트 주입장치(150)에 의해 주입되는 그라우트를 보강플레이트(120)에 의해 분할된 강관(110) 내부의 분할영역 각각에 분할 주입하는 그라우트 분할 어댑터(130) 및 강관(110)의 선단부에 나사 결합을 통해 결합되어지되 그라우트 주입호스(152)가 연결되어 그라우트 주입호스(152)를 통해 주입되는 그라우트 분할 어댑터(130)를 통해 강관(110) 내부로 주입하는 주입호스 커넥터(140)를 포함하여 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치(100)는 도 2a 및 도 2c 에 도시된 바와 같이 강관(110)의 내경에 대응하는 외부 둘레를 갖는 직경으로 형성된 열십자 또는 도 6a 및 도 6b 에 도시된 바와 같이 강관(110)의 내경에 대응하는 외부 둘레를 갖는 직경으로 형성된 삼각형 형태의 보강플레이트(120)를 천공홀(12) 상에 삽입 설치된 강관(110)의 내부에 설치하여 그라우트 분할 어댑터(130)와 주입호스 커넥터(140)를 통해 주입되는 그라우트를 천공홀(12)과 그 주변의 이완영역 및 균열·절리부에 주입함으로써 원지반의 강도를 증대시키게 된다.
특히, 도 2a 및 도 2c 에 도시된 바와 같이 강관(110)의 내경에 대응하는 외부 둘레를 갖는 직경으로 형성된 열십자 또는 도 6a 및 도 6b 에 도시된 바와 같이 강관(110)의 내경에 대응하는 외부 둘레를 갖는 직경으로 형성된 삼각형 형태의 보강플레이트(120)를 천공홀(12) 상에 삽입 설치된 강관(110)의 내부에 설치함으로써 강관(110)의 강성이 증대되어 지반의 압력에 의한 강관(110)의 휨을 방지할 수 있음은 물론, 터널굴착 예정단면, 사면 및 지반의 파괴를 방지할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치(100)는 강관(110) 내부에 도 2a 및 도 2c 또는 도 6a 및 도 6b 에 도시된 바와 같이 열십자 또는 삼각형 형태로 제작된 일정길이의 보강플레이트(120)를 설치하여 그라우트의 주입시 동시주입이 이루어질 수 있도록 함으로써 공기를 단축시킬 수 있어 시공비를 절감시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치(100)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 강관(110)은 터널굴착 예정단면이나 사면 및 구조물 기초 지반(10)에 일정깊이로 형성된 천공홀(12) 상에 삽입되어 지반(10)의 강도를 증대시키기 위한 것으로, 이 강관(110)은 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 바와 같이 그라우트 주입장치(150)를 통해 내부로 주입되는 그라우트의 분사가 이루어지는 다수의 분사공(112)이 일정간격으로 형성되는 한편, 선단부 외주면 상에는 나사부(114)가 형성된다.
전술한 바와 같은 강관(110)의 구성에서 분사공(112)은 도 2c 에 도시된 바와 같이 보강플레이트(120)에 의해 분할된 강관(110) 내부의 4개 분할영역(116) 각각에 대응하는 위치에 형성되는데, 이때 다수의 분사공(112)은 강관(110)의 선단부로부터 후단부에 일정 간격의 스크류 형태의 배열로 형성된다. 즉, 분사공(112)은 강관(110) 외주면의 상부면, 우측면, 하부면 및 좌측면에 일정거리로 이격 형성되어 스크류 형태의 배열을 갖는다.
한편, 전술한 바와 같이 구성된 강관(110)에 형성된 분사공(112) 각각의 외측면인 강관(110)의 외주면 상에는 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 바와 같이 분사공(112)을 커버하는 분사공 커버 테이프(160)가 감겨진다. 이처럼 각각의 분사공(112)에 감겨진 분사공 커버 테이프(160)는 직천공에 의한 강관(110)의 설치 또는 천공장비에 의해 천공된 천공홀(12) 상에 강관(110)을 삽입시 각각의 분사 공(112)을 통해 강관(110)의 내부로 이물질의 유입을 방지하는 한편 그라우트의 주입시 강관(110)의 내부를 충진한 후 가압되는 압력에 의해 터져 강관(110) 내부의 그라우트가 천공홀(12) 내부로 분출되도록 한다.
또한, 전술한 바와 같이 구성된 강관(110)에는 강관(110)이 천공홀(12)의 중앙부에 위치되도록 강관(110)의 외주면과 천공홀(12)의 내주면 사이의 간격을 유지시키는 간격유지부재(170)가 다수 설치되는데, 이러한 간격유지부재(170)는 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 바와 같이 강관(110)을 사이에 두고 상하 및 좌우에 두 개가 한 조를 이루어 일정간격으로 설치된다.
전술한 바와 같이 구성된 간격유지부재(170)의 구성을 살펴보면 강관(110)의 외주면에 대응하는 곡선면으로 면첩촉되어 용접을 통해 강관(110)의 외주면에 결합되는 받침부재(172), 받침부재(172)의 상부면 상에 일정 간격으로 이격 돌출되어 천공홀(12)의 내측 방향으로 하향 경사로 형성되는 쐐기부재(174) 및 쐐기부재(174)의 상부측 대향면 내측에 상호 대향되게 돌출 형성되어 분사공(112)을 보호하는 분사공 보호부재(176)로 이루어진다. 이때, 간격유지부재(170)는 강관(110)의 외주면에 일정 간격으로 설치되어지되 분사공 보호부재(176)가 강관(110)의 외주면 상에 형성된 분사공(112)의 상부측에 위치되도록 설치된다.
전술한 바와 같은 간격유지부재(170)의 구성에서 쐐기부재(174)는 강관(110)이 천공홀(12)의 중앙부에 위치되도록 강관(110)의 외주면과 천공홀(12)의 내주면 사이의 간격을 유지시키는 한편, 천공홀(12)의 내측 방향으로 하향 경사로 형성되어 강관(110)을 천공홀(12)에 삽입시에는 걸림없이 삽입되고 역방향에 대해서는 걸 림이 이루어질 수 있도록 한다.
보강플레이트(120)는 강관(110)의 내부에 삽입 설치를 통해 강관(110)의 강성을 증대시키기 위한 것으로, 이 보강플레이트(120)는 도 2a 내지 도 2c, 도 5a 및 도 5b 에 도시된 바와 같이 열십자 형태의 일정길이로 형성되어 강관(110) 내부에 삽입 설치된다. 이때, 보강플레이트(120)는 강관(110)의 내경에 대응하는 외부 둘레를 갖는 직경으로 형성된다.
전술한 바와 같이 열십자의 형태로 이루어지는 보강플레이트(120)는 도 2c 에 도시된 바와 같이 바(bar) 형태의 금속 플레이트 양측면에 "ㄴ"의 형태로 이루어진 금속 플레이트를 용접을 통해 고정시켜 열십자의 형태가 되도록 한다. 이때, "ㄴ"의 형태로 이루어진 금속 플레이트를 바(bar) 형태의 금속 플레이트 양측면 용접시 전체를 용접할 필요는 없고 일정간격을 두고 점용접을 하여 "ㄴ"의 형태로 이루어진 금속 플레이트가 바(bar) 형태의 금속 플레이트 양측면에 고정되도록 한다.
전술한 바와 같이 열십자의 형태로 이루어지는 보강플레이트(120)는 강관(110)의 내부에 삽입시 도 2c 에 도시된 바와 같이 강관(110)의 내부를 4개의 분할영역으로 분할하여 각각의 외측단이 강관(110)의 내주면과 접촉이 이루어지기 때문에 강관(110)의 강성을 증대시켜 지반(10)의 압력에 의한 강관(110)의 휨을 방지하여 지반(10)의 강도를 보다 향상시키게 된다.
한편, 보강플레이트(120)는 도 6a 및 도 6b 에 도시된 바와 같이 삼각형의 형태로 형성될 수도 있다. 이러한 삼각형 형태의 보강플레이트(120)는 후술하기로 한다.
그라우트 분할 어댑터(130)는 그라우트 주입장치(150)를 통해 주입되는 그라우트가 보강플레이트(120)에 의해 4개의 분할영역 각각으로 분할 주입이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 이 그라우트 분할 어댑터(130)는 도 3a 내지 도 3c 에 도시된 바와 같이 선단이 개방되어 그라우트의 유입이 이루어지는 파이프 형태의 어댑터 본체(132) 및 어댑터 본체(132)의 후면에 구성되어지되 보강플레이트(120)에 의해 분할된 강관(110) 내부의 분할영역 각각에 그라우트의 분할 주입이 이루어지도록 배열 구성된 다수의 그라우트 주입관(134)으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 그라우트 분할 어댑터(130)는 강관(110)의 선단부 내측에 설치되어 후면에 돌출 형성된 그라우트 주입관(134) 각각이 보강플레이트(120)에 의해 형성된 강관(110) 내부의 각 분할영역에 하나씩 위치된다. 이처럼 설치된 그라우트 분할 어댑터(130)는 어댑터 본체(132)의 내측으로 유입된 그라우트를 그라우트 주입관(134) 각각을 통해 강관(110) 내부의 분할영역 각각의 내부로 그라우트를 주입하게 된다. 즉, 강관(110) 내부의 분할영역 각각의 내부로 그라우트의 동시 주입이 이루어지도록 한다.
주입호스 커넥터(140)는 그라우트 주입장치(150)의 그라우트 주입호스(152)를 연결하여 강관(110) 내부로 그라우트의 주입이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 이 주입호스 커넥터(140)는 도 4a 내지 도 4c 에 도시된 바와 같이 강관(110)의 선단부 외주면 상에 형성된 나사부(114)에 대응하여 내주면에 나사부(142a)가 형성되어 강관(110)의 선단부에 나사 결합되는 커넥터 본체(142) 및 커넥터 본체(142)의 전면 중심에 일정 길이로 형성되어 그라우트 주입장치(150)의 그 라우트 주입호스(152)의 연결이 이루어지는 호스 연결관(144)으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 주입호스 커넥터(140)는 커넥터 본체(142)의 나사부(142a)를 통해 강관(110)의 선단부 외주면 상에 형성된 나사부(114)에 나사 결합을 통해 강관(110)의 선단부에 결합 고정된다. 이러한 상태에서 그라우트 주입장치(150)의 그라우트 주입호스(152)를 주입호스 커넥터(140)의 전면에 구성된 호스 연결관(144)에 연결하면 그라우트를 주입할 수 있는 상태가 된다.
한편, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 기술은 강관(110)의 내부에 열십자 형태의 보강플레이트(120)를 삽입 설치하는 구조의 기술을 제공하기 때문에 종래의 기술과 같이 강관(110)의 내부에 패커를 설치할 수는 없다. 따라서, 본 발명의 기술에서는 그라우트를 강관(110)의 내부에 동시 주입할 수 있는 기술을 제공하여 지반보강공사의 공기를 단축시켜 공사비용을 절감시킬 수가 있다.
도 6a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 다른 예의 보강플레이트가 적용된 복합 강관을 보인 분리 사시도, 도 6b 는 도 6a 의 "D-D"선 단면도이다.
도 6a 및 도 6b 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치(100)에서 다른 예의 보강플레이트(120a)를 보인 것으로, 도 6a 및 도 6b 에 도시된 바와 같이 다른 예의 보강플레이트(120a)는 강관(110)의 내경에 대응하는 외부 둘레를 갖는 직경으로 형성되어지되 삼각형의 형태로 이루어진다.
전술한 바와 같이 삼각형의 형태로 이루어진 다른 예의 보강플레이트(120a)는 강관(110)의 내부에 삽입 설치되어 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 바와 같은 열십 자 형태의 보강플레이트(120)와 마찬가지로 4개의 분할영역으로 분할하지만, 그 단면 분할영역의 형태는 달리 구성된다. 따라서, 도 6a 및 도 6b 에 도시된 바와 같은 다른 예의 보강플레이트(120a)를 강관(110)에 적용하는 경우 그라우트 분할 어댑터(도시하지 않음)의 그라우트 주입관(134a : 가상으로 배열함)의 배열이 도 6b 에서와 같이 배열 구성되어야 한다.
도 7a 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에서 다른 예의 간격유지부재가 적용된 복합 강관을 보인 사시도, 도 7b 는 도 7a 의 "E-E"선 단면도이다.
도 7a 및 도 7b 는 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치(100)에서 다른 예의 간격유지부재(170a)를 보인 것으로, 도 7a 및 도 7b 에 도시된 바와 같이 다른 예의 간격유지부재(170a)는 길이 방향 양단이 강관(110)에 대응하는 곡면 형태로 형성되어 용접을 통해 강관(110)의 외주면 상에 고정되는 고정부(172a) 및 양단의 고정부(172a) 사이에 외측으로 볼록하게 형성되어 고정부(172a)와 일체로 이루어지되 강관(110)이 천공홀(12)의 중앙부에 위치되도록 강관(110)의 외주면과 천공홀(12)의 내주면 사이의 간격을 유지시키는 간격유지부(174a)로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 다른 예의 간격유지부재(170a)는 강관(110)을 사이에 두고 상하 및 좌우에 두 개가 한 조를 이루어 일정간격으로 설치됨으로써 천공홀(12) 상에 다른 예의 간격유지부재(170a)가 적용된 강관(110)을 삽입 설치시 상하 및 좌우에 두 개가 한 조를 이루어 설치된 간격유지부재(170a)의 상호 작용에 의해 강관(110)이 천공홀(12)의 중앙부에 위치되도록 한다.
본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법의 과정을 기술하면 다음과 같다. 먼저, 터널굴착 예정단면이나 사면 및 구조물 기초 지반(10)에 천공기를 통해 직천공을 하거나 일정 깊이의 천공홀(12)을 다수 형성한다.
전술한 바와 같이 천공홀(12)을 형성한 후에는 강관(110)에 열십자 또는 삼각형 구조의 보강플레이트(120)와 분사공 커버 테이프(160) 및 간격유지부재(170, 170a)가 설치된 복합 강관을 각각의 천공홀(120)에 삽입한다.
한편, 전술한 바와 복합 강관을 천공홀(12) 상에 삽입 설치한 후에는 천공홀(12)의 입구를 코킹하여 천공홀(12)을 밀폐시킨다.
전술한 바와 같이 천공홀(12)의 입구를 코킹한 후에는 각각의 강관(110) 선단부에 그라우트 분할 어댑터(130)와 주입호스 커넥터(140)를 설치하고, 주입호스 커넥터(140)에 그라우트 주입장치(150)의 주입호스(152)를 연결한다.
전술한 바와 같이 각각의 강관(110)에 설치된 주입호스 커넥터(140)에 주입호스(152)를 연결한 후에는 그라우트 주입장치(150)를 구동시켜 그라우트의 동시주입이 이루어지도록 한다.
전술한 바와 같이 각각의 강관(110)에 그라우트를 동시에 주입하게 되면 주입되는 그라우트는 강관(110)의 내부를 충진한다. 이처럼 강관(110) 내부를 충진한 후에는 계속되는 주입압력에 의해 분사공 커버 테이프를 뚫고 분사공(112)을 통해 분출되어 천공홀(12) 내부를 충진하게 된다. 또한, 천공홀(12) 내부를 충진시 키는 그라우트는 천공홀(12) 주변의 이완영역 및 균열·절리부에 압력에 의해 주입되어 고화됨으로써 강관(110)과 천공홀(12) 주변의 지반(10)이 일체화된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치(100)는 강관(110)의 내부에 열십자 또는 삼각형 형태의 보강플레이트(120)를 삽입 설치함으로써 강관(110)의 강성을 보다 향상시켜 지반(10)의 강도를 증대시킬 수가 있다.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 강관 내부에 열십자 또는 삼각형 형태로 제작된 일정길이의 보강플레이트를 설치함으로써 강관의 강성을 증대향상시킬 수 있도록 하여 지반의 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 발현된다.
본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 강관 내부에 열십자 또는 삼각형 형태로 제작된 일정길이의 보강플레이트를 설치하여 그라우트의 주입시 동시주입이 이루어질 수 있도록 함으로써 공기를 단축시킬 수 있음은 물론 공기의 단축으로 인한 시공비를 절감시킬 수가 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 강관 내부에 열십자 또는 삼각형 형태로 제작된 일정길이의 보강플레이트를 설치한 구조의 복합 강관을 통해 그라우트의 주입시 균질한 그라우트의 주입이 이루어질 수 있도록 함으로써 터널굴착 예정단면, 사면 및 지반의 파괴를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 터널굴착 예정단면이나 사면 및 구조물 기초 지반에 직천공을 통한 강관의 설치 또는 일정 깊이의 천공홀을 형성하여 상기 강관의 설치 후 상기 천공홀과 그 주변의 이완영역 및 균열·절리부에 그라우트 주입장치에 의한 그라우트의 주입을 통해 원지반의 강도를 증대시키는 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치에 있어서,
    상기 천공홀의 내부에 삽입 설치되어지되 그 외주면에는 내부로 주입되는 그라우트의 분사가 이루어지는 다수의 분사공이 형성된 강관;
    상기 강관의 내경에 대응하는 외부 둘레를 갖는 직경으로 형성되어지되 강관의 내부에 삽입 설치되어 강관의 강성을 보강하는 한편 열십자 또는 삼각형의 형태로 이루어져 강관의 내부를 다수의 영역으로 분할하는 보강플레이트;
    상기 강관의 선단 내부에 삽입 설치되어지되 선단이 개방되어 상기 그라우트 주입장치에 의해 주입되는 그라우트의 유입이 이루어지는 파이프 형태의 어댑터 본체와 상기 어댑터 본체의 후면에 구성되어지되 상기 보강플레이트에 의해 분할된 강관 내부의 분할영역 각각에 그라우트의 분할 주입이 이루어지도록 배열 구성된 다수의 그라우트 주입관으로 이루어진 그라우트 분할 어댑터; 및
    상기 강관의 선단부에 나사 결합을 통해 결합되어지되 그라우트 주입호스가 연결되어 상기 그라우트 주입호스를 통해 주입되는 그라우트를 상기 그라우트 분할 어댑터를 통해 강관 내부로 주입하는 주입호스 커넥터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 강관의 분사공은 상기 보강플레이트에 의해 분할된 상기 강관 내부의 분할영역 각각에 대응하는 위치에 형성되어지되 상기 강관의 선단부로부터 후단부에 일정 간격의 스크류 형태의 배열로 형성된 것을 특징으로 하는 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 주입호스 커넥터는 상기 강관의 선단부 외주면 상에 형성된 나사부에 대응하여 내주면에 나사부가 형성되어 상기 강관의 선단부에 나사 결합되는 커넥터 본체; 및
    상기 커넥터 본체의 전면 중심에 일정 길이로 형성되어 상기 그라우트 주입장치의 그라우트 주입호스의 연결이 이루어지는 호스 연결관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치.
  6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강관에 형성된 분사공 각각의 외측인 강관의 외주면 상에 상기 분사공을 커버하여 직천공에 의한 강관의 설치 또는 상기 강관을 천공홀 상에 삽입시 이물질의 유입을 방지하는 한편 상기 그라우트의 주입시 상기 강관의 내부를 충진한 후 가압되는 압력에 의해 터져 상기 강관 내부의 그라우트가 천공홀 내부로 분출되도록 하는 분사공 커버 테이프가 더 구성된 것을 특징으로 하는 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 강관의 길이 방향 외주면에는 일정 간격으로 다수 설치되어 상기 강관이 상기 천공홀의 중앙부에 위치되도록 상기 강관의 외주면과 천공홀의 내주면 간격을 유지시키는 간격유지부재가 더 구성된 것을 특징으로 하는 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 간격유지부재는 상기 강관의 외주면에 대응하는 곡선면으로 면첩촉되어 용접을 통해 상기 강관의 외주면에 결합되는 받침부재;
    상기 받침부재의 상부면 상에 일정 간격으로 이격 돌출되어지되 상기 천공홀의 내측 방향으로 하향 경사로 형성되어 상기 강관이 상기 천공홀의 중앙부에 위치되도록 상기 강관의 외주면과 천공홀의 내주면 사이의 간격을 유지시키는 한편 상 기 강관을 상기 천공홀에 삽입시에는 걸림없이 삽입되고 역방향에 대해서는 걸림이 이루어질 수 있도록 하는 쐐기부재; 및
    상기 쐐기부재의 상부측 대향면 내측에 상호 대향되게 돌출 형성되는 분사공 보호부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 간격유지부재는 상기 강관의 외주면에 일정 간격으로 설치되어지되 상기 분사공 보호부재가 상기 강관의 외주면 상에 형성된 상기 분사공의 상부측에 위치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 간격유지부재는 길이 방향 양단이 상기 강관에 대응하는 곡면 형태로 형성되어 용접을 통해 상기 강관의 외주면 상에 고정되는 고정부; 및
    상기 양단의 고정부 사이에 외측으로 볼록하게 형성되어 상기 고정부와 일체로 이루어지되 상기 강관이 상기 천공홀의 중앙부에 위치되도록 상기 강관의 외주면과 천공홀의 내주면 사이의 간격을 유지시키는 간격유지부로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강장치.
  11. 터널굴착 예정단면이나 사면 및 구조물 기초 지반에 직천공을 통한 강관의 설치 또는 일정 깊이의 천공홀을 형성하여 상기 천공홀에 강관을 설치한 후 상기 강관을 통해 상기 천공홀과 그 주변의 이완영역 및 균열·절리부에 그라우트를 주입하여 원지반의 강도를 증대시키는 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강공법에 있어서,
    상기 강관의 내부에 일정 길이의 열십자 또는 삼각형 형태의 보강플레이트를 삽입 설치하여 상기 강관의 강성을 보강하되 상기 강관 선단부 내부에 삽입 설치되어 상기 그라우트 주입장치에 의해 주입되는 그라우트를 상기 보강플레이트에 의해 분할된 상기 강관 내부의 분할영역 각각에 분할 주입하는 그라우트 분할 어댑터와 상기 강관의 선단부에 나사 결합을 통해 결합되어지되 그라우트 주입호스가 연결되어 상기 그라우트 주입호스를 통해 주입되는 그라우트를 상기 그라우트 분할 어댑터를 통해 상기 강관 내부로 주입하는 주입호스 커넥터의 구성을 통해 상기 보강플레이트에 의해 분할된 상기 강관 내부의 분할공간으로 상기 그라우트의 동시주입이 가능하도록 하는 한편,
    상기 강관에 형성된 분사공 각각의 외측인 강관의 외주면 상에 상기 분사공을 커버하는 분사공 커버 테이프가 더 구성되어 직천공에 의한 강관의 설치 또는 상기 강관을 천공홀 상에 삽입시 이물질의 유입을 방지하는 한편 상기 그라우트의 주입시 상기 강관의 내부를 충진한 후 가압되는 압력에 의해 터져 상기 강관 내부의 그라우트가 천공홀 내부로 분출되도록 한 것을 특징으로 하는 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강방법.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 강관의 길이 방향 외주면에는 일정 간격으로 간격유지부재가 다수 설치되어 상기 강관이 상기 천공홀의 중앙부에 위치되도록 상기 강관의 외주면과 천공홀의 내주면 간격을 유지시키는 것을 특징으로 하는 복합 강관을 이용한 그라우팅 방식의 지반보강방법.
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