KR100811289B1 - 지반개량 방법 및 지반개량 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약 지반 개량 방법 및 이에 사용되는 지반 개량 장치에 관한 것이다. 본 발명의 연약 지반 개량 방법은 지반토에 형성된 천공 구멍에 케이싱을 삽입하는 케이싱 삽입단계, 케이싱의 내부로 지반 개량재의 주입에 의해 부피가 팽창되는 주머니부재를 삽입하는 주머니부재 삽입단계, 및 주머니부재 삽입단계 이후에 주머니부재의 내부로 지반개량재를 주입하여 케이싱으로 감싸지지 않은 주머니부재의 일부분을 부풀게 하는 개량재 주입단계를 포함하여 구성된다. 따라서, 기둥형상의 개량체를 보다 간단한 공정을 통해 저렴한 비용으로 시공할 수 있도록 한다.

그라우팅, 지반 개량

Description

지반개량 방법 및 지반개량 장치{METHOD FOR REINFORCING GROUND AND APPARATUS FOR THE SAME}

도 1 및 도 2는 종래의 연약지반 강화방법을 설명하기 위한 도면

도 3 내지 도 10은 본 발명의 일실시예의 지반개량 장치의 구조를 도시한 것으로서,

도 3은 지반 개량 장치의 개략도

도 4는 도 3의 지반 개량 장치의 주머니 부재의 종단면도

도 5는 도 4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ에 따른 단면도

도 6은 도 4의 주머니 부재의 변형 가능한 예를 도시한 사시도

도 7은 도 4의 주머니 부재의 그라우팅 변형 가능한 예를 도시한 사시도

도 8은 도 3의 케이싱의 하단부 분리사시도

도 9는 도 8의 절단선 Ⅸ-Ⅸ에 따른 단면도

도 10은 도 9의 변형 가능한 예를 도시한 단면도

도 11a 내지 도 11e는 도 3의 지반개량 장치를 이용하여 지반개량 방법을 순차적으로 도시한 단면도

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 2 실시예의 지반 개량 방법을 단계적으로 도시한 단면도

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10: 주머니 부재 11: 종방향 주름

12: 횡방향 주름 13: 주머니 보호부재

14: 형상유지부재 20: 케이싱

21: 케이싱 본체 22: 슈

30: 인발장치 40: 개량재 주입장치

41: 이송 파이프 42: 펌프장치

본 발명은 연약지반 강화공법에 사용되는 지반개량 방법 및 지반개량 장치에 관한 것으로서, 최초 천공된 구멍의 직경보다 큰 직경으로 형성되는 기둥형상의 개량체를 보다 간단한 공정을 통해 저렴한 비용으로 시공할 수 있는 지반개량 방법 및 지반개량 장치에 관한 것이다.

종래에 연약지반을 강화하기 위한 다양한 방법이 제안되었는 바, 대표적인 방법은 지반에 직경이 크지 않은 구멍을 뚫고 그 내부에 물과 경화재를 고압으로 주입하거나, 공기, 물 및 경화재를 고압으로 주입하는 방법을 택하고 있다. 다시 말해서, 노즐을 통해 분출되는 고압수에 의해 지반토에 뚫어놓은 구멍 주변의 점토 성분이 제거되도록 한 후, 점토 성분이 제거된 상태의 지반토의 골재성분과 혼합되도록 경화재액을 주입하여 지중에 기둥형상의 고결체를 형성함으로써 연약지반을 강화하는 것이다.

상술한 방법에 의하면, 고압수 등으로 지반토의 점토성분을 굴삭한 다음 이를 지상으로 밀어 올리게 되므로 지상으로 밀려 올라오는 막대한 양의 점토성 흙탕물을 처리하는 것이 곤란할 뿐만 아니라, 점토성분의 배출과 동시에 행해지는 경화재의 주입으로 인하여 지상으로 배출되는 흙탕물에 경화재인 시멘트 액이 다량 혼합되어 있어서 이로 인한 공해문제가 야기된다. 또한, 종래의 방법은 복잡하게 퇴적된 지반이나 얇은 층이 많이 적층된 지반에서는 지반층의 경계를 따라 경화재가 배출되는 경우가 있으므로 목적을 달성하기 어렵다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 모래 및 소정규격 이하의 자갈과 모래성분이 액상의 경화재와 혼합된 경화재를 지반 내로 주입하되 경화재가 포대에 담겨지도록 하여 지반 중에 고결체를 형성하는 연약지반 강화방법(한국등록특허공보 제10-379076호)이 개발되었다.

도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 연약지반 강화방법을 자세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 작업할 장소의 지반(G)에다 천공기로 소정 직경의 구멍(1)을 천공한 후, 이 구멍(1) 내에 외부 쪽에서부터 차례로 경화재가 담겨질 포대(4)와 외주입관(5) 및 내주입관(6)을 삽입한다. 다음으로, 내주입관(6)을 통해 경화재(7)를 소정의 압력으로 주입하면서 내주입관(6)을 단계적으로 상승시켜, 이 내주입관(6)을 통해 주입되는 경화재(7)가 내주입관(6)의 하단부분 측벽에 형성된 관통공(6a) 및 외주입관(5)에 형성된 관통공(5a)을 통해 분출되어 포대(4)에 강한 압력으로 투입되도록 한다. 그리하여, 경화재(7)가 포대(4)의 내부에 수용된 상태에서 강한 압력으로 지반토를 옆으로 밀어 지반토에 최초 천공한 구멍보다 훨씬 확장된 직경의 고결체가 형성되도록 하여 연약지반을 강화하도록 설계된다.

상술한 연약지반 강화방법에서는, 내주입관(6)을 통해 분출되는 경화재(7)가 내주입관(6) 및 외주입관(5) 사이의 공간을 통해 위쪽으로 역류하는 것을 방지하기 위하여, 관통공(6a)이 형성된 영역의 상단 및 하단에 각각 패커(6b)를 설치하게 된다. 상술한 연약지반 강화방법에서는 경화재(7)를 주입함과 동시에 내주입관(6)을 수직방향으로 이동시켜야 하므로, 내주입관(6)을 수직 이동시킬 때 내주입관(6) 자체의 무게 및 시공상의 부주의로 인하여 외주입관(5) 및 내주입관(6) 사이에 배치된 패커(6b)가 쉽게 분리될 수 있다.

나아가, 패커(6b)는 경화재(7)가 외주입관(5) 및 내주입관(6)의 사이의 공간을 통해 위쪽 및 아래쪽으로 유출되는 것을 방지하기 위한 것이므로, 만약 패커(6b)가 외주입관(5) 및 내주입관(6) 사이에서 완전히 밀착되어 있지 않고 헐거워지게 되면 경화재(7)의 유출을 효과적으로 방지할 수 없게 된다.

한편, 경화재(7)는 내주입관(6) 및 외주입관(5)에 형성된 복수개의 관통공(5a 및 6a)을 통과해야만 하므로 필연적으로 경화재(7)의 조성을 이루는 골재성분의 직경이 관통공(5a 및 6a)의 크기보다 작아야 하는 제한이 따른다. 아울러, 경화재(7)를 주입하면서 내주입관(6)을 단계적으로 수직 이동시켜야 하므로 공정이 복잡해지고 시공비가 증가하며, 외주입관(5) 및 내주입관(6)에 복수개의 관통공(5a 및 6a)을 형성해야 하므로 제조비용이 증가하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 기둥형상의 개량체를 보다 간단한 공정을 통해 저렴한 비용으로 시공할 수 있는 지반개량 방법 및 지반개량 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 지반토에 형성된 천공 구멍에 케이싱을 삽입하는 케이싱 삽입단계; 상기 케이싱의 내부로 지반 개량재의 주입에 의해 부피가 팽창되는 주머니부재를 삽입하는 주머니부재 삽입단계; 및 상기 주머니부재 삽입단계 이후에 상기 주머니부재의 내부로 지반개량재를 주입하여 상기 케이싱으로 감싸지지 않은 상기 주머니부재의 일부분을 부풀게 하는 개량재 주입단계;를 포함하는 지반개량 방법을 제공한다.

따라서, 기둥형상의 개량체를 보다 간단한 공정을 통해 저렴한 비용으로 시공할 수 있다.

또한, 상기 개량재 주입단계 이후에 상기 케이싱을 일정량 인발하는 케이싱 인발단계; 및 상기 개량재 주입단계 내지 상기 케이싱 인발단계를 반복하여 천공 구멍 내에 기둥형상의 개량체를 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 개량재 주입단계 이후에, 상기 케이싱을 길이 방향으로 왕복 운동시켜 부풀어진 상기 주머니부재의 상단을 다지는 단계;를 더 포함하는 것이 효과적이다.

한편, 본 발명의 다른 분야로서, 본 발명은 내부에 중공이 형성된 케이싱 본체; 및 상기 본체의 길이 방향 하단에 상기 케이싱 본체의 두께보다 두텁게 형성된 슈;를 포함하는 지반개량용 케이싱을 제공한다.

여기서, 상기 케이싱 본체와, 상기 슈는 나사 결합된 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 지반토에 형성된 천공 구멍에 삽입되며, 지반개량재의 주입에 의해 부피가 팽창되는 주머니부재; 상기 주머니 부재의 외부를 둘러싸도록 배치되어 상기 주머니 부재의 부피 팽창을 방지하는 케이싱; 상기 케이싱을 인발하는 인발장치; 및 상기 주머니부재에 지반개량재를 주입하는 개량재 주입장치;를 포함하는 지반개량 장치를 제공한다.

여기서, 상기 개량재 주입장치는 상기 주머니부재의 상단에 연결되며, 그 길이가 상기 케이싱의 길이보다 길도록 형성된 개량재 이송 파이프; 및 상기 이송 파이프에 개량재를 펌핑하는 펌프장치;를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다. 또한, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3 내지 도 10은 본 발명의 일실시예의 지반개량 장치의 구조를 도시한 것으로서, 도 3은 지반 개량 장치의 개략도, 도 4는 도 3의 지반 개량 장치의 주머니 부재의 종단면도, 도 5는 도 4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ에 따른 단면도, 도 6은 도 4의 주머니 부재의 변형 가능한 예를 도시한 사시도, 도 7은 도 4의 주머니 부재의 왕복 운동시켜 변형 가능한 예를 도시한 사시도, 도 8은 도 3의 케이싱의 분리사시도, 도 9는 도 8의 절단선 Ⅸ-Ⅸ에 따른 단면도, 도 10은 도 9의 변형 가능한 예를 도시한 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 지반개량 장치는 지반토(2)에 형성된 천공 구멍(1)에 삽입되는 주머니부재(10)와, 주머니부재(10)를 감싸도록 배치되는 케이싱(20)과, 케이싱(20)을 인발하는 인발장치(30)와, 주머니부재(10)에 지반개량재를 주입하는 개량재 주입장치(40)로 구성된다.

주머니부재(10)에는 종방향으로 자바라 형태로 주름진 종방향 주름(11)과, 횡단면의 반경방향으로 팽창할 수 있도록 주름진 횡방향 주름(12)이 형성된다. 따라서, 주머니부재(10)가 길이방향으로 쉽게 팽창할 수 있을 뿐만 아니라, 횡단면의 반경방향으로도 쉽게 팽창할 수 있다.

또한, 주머니부재(10)의 외측에는 쉽게 찢어지는 주머니 보호부재(13)가 설치된다. 주머니 보호부재(13)는 개량재가 주머니부재(10)에 삽입되기 전까지 주머니부재(10)가 횡방향으로 쉽게 펼쳐지는 것을 방지하여 케이싱(20)의 내부로 주머니 부재(10)를 용이하게 삽입할 수 있도록 하기 위함이다. 주머니 보호부재(13)는 비닐 재질이 사용되거나, 고무밴드 등을 사용하여 제작할 수 있으며, 개량재가 주머니부재(10)에 삽입되었을 때, 찢어질 수 있는 강도로 형성되어야 한다.

그리고, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 주머니부재(10)에 감겨져 주머니부재(10)의 횡방향 팽창 정도를 제한하는 주머니 형상유지부재(14)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 주머니 형상유지부재(14)는 철사 등과 같은 와이어로 형성되며, 주머니의 내부, 바람직하게는 외부를 감싸도록 형성된다. 도 6에 도시된 주머니 형 상유지부재(14)는 링형상으로 형성되어, 주머니부재(10)의 길이방향으로 여러 개 배치되며, 도 7에 도시된 주머니 형상유지부재(14)는 나선형 형상으로 주머니 부재(10)의 길이방향으로 감겨져 있는 것이다. 위와 같은 형상유지부재(14)는 주머니가 비정형정으로 팽창하는 것을 방지하여 준다.

케이싱(20)은 케이싱 본체(21)와, 케이싱 본체(21)의 하단에 결합되는 슈(22)와, 케이싱(20)의 상단에 고정되는 상단마개(24)로 구성된다.

케이싱 본체(21)는 파이프 형상으로 형성되며, 하단에 슈와 결합하기 위한 나사산(21b)이 형성된다.

슈(22)는 전체적으로 환형 링 형상을 하고 있으며, 하단에는 공이부(22c)가 두텁게 형성되며, 내측면에는 나사산(22a)이 형성된다. 슈(22)는 슈(22)의 하부에서 팽창된 주머니부재(10)의 상면을 다져주는 역할을 한다.

케이싱 본체(21)와 슈(22)는 도 8과 같이 본체(21)의 외측면 및 슈(22)의 내측면에 나사산이 형성되어 결합할 수 있으며, 도 10과 같이, 본체(21)의 내측면 및 슈(22)의 외측면에 나사산이 형성되어 결합할 수도 있다.

또한, 케이싱 본체(21)와 슈(22)는 나사 결합이외에도 다양한 방법으로 결합할 수 있다. 예를 들면, 케이싱 본체(21)의 하단과 슈(22)의 상단을 용접하여 결합할 수 있다.

상단 마개(24)에는 주머니에서 유출된 개량재가 케이싱의 상단으로 넘치는 것을 방지하도록 중앙에 이송 파이프(41) 혹은 주머니부재(10)가 삽입될 수 있는 중공(24b)이 형성된 마개부(24a)를 구비한다.

인발장치(30)는 크레인 등 케이싱(20)을 길이방향으로 이동시킬 수 있는 장치이다.

개량재 주입장치(40)는 주머니부재(10)의 상단에 연결된 이송 파이프(41)와, 이송 파이프(41)에 개량재를 압송하는 펌프장치(42)로 구성된다. 이송 파이프(41)는 주머니부재(10)와 결합되며, 지면위로 노출된 길이가 케이싱(20)의 길이보다 길도록 형성된다. 이는 케이싱(20)을 상향으로 점차적으로 인발하면서, 개량재를 충진할 수 있도록 하기 위해서이다.

본 발명에 사용되는 지반 개량재는 토사, 그라우팅재, 콘크리트, 몰탈, 시멘트 혼합물 등이 사용될 수 있다.

도 11a 내지 도 11e는 도 3의 지반개량 장치를 이용하여 지반개량 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.

지반개량 방법은 지반토에 형성된 천공 구멍에 케이싱(20)을 삽입하는 케이싱 삽입단계와, 상기 케이싱(20)의 내부로 주머니 부재를 삽입하는 단계(11a)와, 주머니 부재를 삽입하는 단계(11a) 이후에 주머니 부재의 내부로 지반 개량재를 주입하는 개량재 주입단계(도 11b), 개량재 주입단계(도 11b) 이후에 상기 케이싱을 길이 방향으로 왕복 운동시켜 부풀어진 주머니부재(10)의 상단을 다지는 단계, 케이싱을 일정량 인발하는 케이싱 인발단계(도 11c), 개량재 주입단계 내지 케이싱 인발단계를 반복하여 기둥형상의 개량체를 형성하는 단계로 구성된다.

케이싱 삽입단계에서는 케이싱을 형성하고자 하는 개량체의 밑단까지 삽입을 할 수도 있으며, 고결층만 관통하도록 삽입할 수도 있다.

주머니 부재를 삽입하는 단계(11a)에서는 주머니 부재의 내부에 개량재를 일부 주입한 후 케이싱(20)의 내부를 통해서 낙하시키게 된다.

또한, 연약지반의 경우, 주머니부재(10)의 내부에 일부 주입된 개량재의 자중에 의해서 원하는 깊이까지 주머니부재(10)의 끝단이 굴진해 들어갈 수 있다.

개량재 주입단계(도 11b)에서 개량재를 주입하면, 주머니부재(10)는 횡방향 주름에 의해 횡방향으로 팽창하게 된다.

주머니부재의 상단을 다지는 단계는 케이싱을 길이방향으로 왕복 운동시킴으로써, 슈의 공이부(22c)가 주머니부재(10)의 부풀어진 부분의 상단을 다지게 된다.

그 다음 케이싱 인발단계 및 개량재 주입단계를 반복하여 진행함으로써, 기둥형상의 개량체를 형성할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명은 종래보다 훨씬 간단해진 구조와 방법을 가지고, 기둥형상의 개량체를 형성할 수 있다. 따라서, 시공기간과 비용을 현저히 줄일 수 있다.

또한, 공이부(22c)를 구비한 슈(22)를 이용하여 주머니부재의 부풀어진 부분을 다지므로, 개량체를 훨씬 단단히 다질 수 있으며, 다지는 동작에서 주머니의 찢어짐을 방지할 수 있다.

그리고, 형상유지부재를 더 구비함으로써, 개량체가 일정한 형상으로 형성될 수 있도록 한다.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 2 실시예의 지반 개량 방법을 단계적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 제 2 실시예의 지반 개량 방법은 하부층(3)이 주입관(41)에 가해지는 축방향의 추입력만으로도 굴착이 되는 강도로 형성된 경우에 적용될 수 있는 것으로서, 고결층(2)에 케이싱(20)을 설치하는 단계와, 설치된 케이싱(20)의 중공을 통해서 주머니부재(10)가 감싸진 주입관(41)을 원하는 심도까지 추입하는 단계(도 12a)와, 주입관(41)을 통해서 개량재를 주입하여 주머니부재(10)를 부풀리는 단계(12b)로 이루어진다.

추입하는 단계(도 12a)에서 주머니부재(10)가 손상되는 것을 방지하기 위해 주입관(41)의 하단에 위치한 선단캡(23)과, 주머니부재(10)를 감싸도록 형성된 보호부재(13)가 구비된다.

선단캡(23)은 고깔 형상으로 형성되어 쉽게 하부로 진행할 수 있도록 한다.

보호부재(13)는 비닐이나, 고무 밴드등의 재질로 형성될 수 있으며, 개량재의 팽창압력에 의해 쉽게 찢어지도록 형성된다.

본 발명의 제 2 실시예의 지반 개량 방법 또한, 간단한 방법을 사용하여 기둥형상의 개량체를 형성할 수 있으므로, 시공기간 및 비용을 현저히 줄일 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

먼저, 본 발명은 종래보다 훨씬 간단해진 구조와 방법을 가지고, 기둥형상의 개량체를 형성할 수 있다. 따라서, 시공기간과 비용을 현저히 줄일 수 있다.

또한, 공이부를 구비한 슈를 이용하여 주머니부재의 부풀어진 부분을 다지므로, 개량체를 훨씬 단단히 다질 수 있으며, 다지는 동작에서 주머니의 찢어짐을 방지할 수 있다.

그리고, 형상유지부재를 더 구비함으로써, 개량체가 일정한 형상으로 형성될 수 있도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

Claims (2)

1. 지반토에 형성된 천공 구멍에 삽입되며, 지반개량재의 주입에 의해 부피가 팽창되는 주머니부재;

   상기 주머니 부재의 길이방향 중 일부를 둘러싸도록 배치되어 상기 주머니 부재의 부피 팽창을 방지하는 케이싱;

   상기 주머니부재에 지반개량재를 주입하는 개량재 주입장치;

   상기 개량재 주입장치의 연결되며, 상기 주머니부재의 내부에 배치된 주입관; 및

   상기 주입관의 하단측의 상기 주머니부재의 외면에 배치된 선단캡;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 지반개량 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 케이싱은,

   내부에 중공이 형성된 케이싱 본체; 및

   상기 케이싱 본체의 길이 방향 하단에 상기 케이싱 본체의 두께보다 두텁게 형성된 슈;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반개량 장치.

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