KR100870988B1

KR100870988B1 - 천공장치 및 이를 이용한 지반 보강방법

Info

Publication number: KR100870988B1
Application number: KR1020080005847A
Authority: KR
Inventors: 강익희
Original assignee: 강익희
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2008-12-05

Abstract

본 발명은 천공장치 및 이를 이용한 지반보강방법에 관한 것으로, 케이싱과 로드를 병행하여 지중에 굴착공을 천공함으로써 지반의 이완을 최소화하고 공기를 단축하며 공사비를 절감함을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 천공장치는, 크레인을 포함하는 중장비에 연결되며 지면에 고정되는 박스형 가이드(10)와; 내부가 중공인 관형의 몸체, 상기 몸체의 선단부에 형성되는 비트로 이루어져 상기 가이드에 직선 왕복 이동 및 제자리에서 양방향으로 회전 가능하게 지지되어 지중을 천공하는 케이싱(20)과; 상기 케이싱을 직선 왕복 이동시키는 케이싱 이동수단과; 상기 케이싱을 회전시키는 케이싱 회전수단과; 내부가 중공이며 상기 케이싱보다 길이가 길면서 외경이 상기 케이싱의 내경보다 작은 관형의 몸체(31), 상기 몸체의 둘레부에 스크류 형태로 형성되는 슬라임 배출띠(32), 상기 몸체의 선단부에 차례로 형성되는 모니터(33)와 비트(34), 상기 몸체의 후단부에 연결되어 상기 몸체 내부에 주입재를 공급하는 슈벨로 이루어져 상기 가이드에 직선 왕복 이동 및 제자리에서 상기 케이싱과 반대 방향으로 회전 가능하게 지지되면서 상기 케이싱 내부에 직선 이동 및 회전 가능하게 관통되고 내부에 주입재가 주입되는 로드(30)와; 상기 로드를 직선 왕복 이동시키는 로드 이동수단과; 그리고,상기 로드를 회전시키는 로드 회전수단을 포함하여 구성된다.

굴착공, 천공,케이싱, 로드

Description

천공장치 및 이를 이용한 지반 보강방법{A BORING MACHINE AND METHOD FOR REINFORCING EARTH USING THEREOF}

본 발명은 천공장치 및 이를 지반 보강방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 케이싱과 로드를 병행하여 지중에 구멍을 천공함으로써 지반의 이완을 최소화하며 공기를 단축하고 공사비를 절감할 수 있는 천공장치 및 이를 이용한 천공방법에 관한 것이다.

지반 안정화 및 구축물의 기초 조성 등을 목적으로 지중에 앵커, 파일 등을 설치한다.

이와 같이 지중에 앵커, 파일 등을 설치하기 위하여 지중에 천공장치를 이용하여 구멍을 천공하게 된다.

예컨대, 그라우팅 작업에 대해서 살펴보면, 먼저, 지반에 지반천공장치를 사용하여 천공홀을 뚫는 작업을 시행한 다음, 천공홀에서 천공장치를 제거한 후, 그라우팅장치를 천공홀에 삽입시키고 나서, 모르타르나 지반경화제를 주입하는 그라 우팅 작업이 시행된다.

하지만, 지반의 특성이 다양한 복수지층에 천공홀이 천공된 경우, 지반천공장치의 제거시나 그라우팅 장치의 삽입시에 천공홀이 무너져 다시 천공해야 하는 경우가 종종 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 케이싱과 로드를 병행하여 굴착, 파일과 앵커의 설치 및 그라우팅을 일련의 공정으로 진행할 수 있도록 한 천공장치 및 이를 이용한 지반 보강방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 천공장치는, 지면에 지지되는 가이드와; 선단부에 비트가 형성되고 양단부가 개방된 원통형이며 상기 가이드에 전후진 및 회전 가능하게 지지되는 케이싱과; 선단부에 비트와 배출부가 형성되며 내부가 중공인 관형이고 상기 가이드 내부에 전후진 및 회전 가능하게 지지되는 로드와; 상기 케이싱과 로드를 각각 전후진 및 회전시키는 구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 천공장치 및 이를 이용한 지반보강방법에 의하면, 케이싱과 로드를 함께 이용하여 천공 깊이에 맞춰 굴착공을 천공하고 이 굴착공에 케이싱을 삽입하여 파일 및 앵커의 시공, 그라우팅이 용이하도록 함으로써 지반의 이완을 최소화하며 공기를 단축할 수 있고 공사비를 절감할 수 있다.

그리고, 케이싱과 로드를 교체할 필요없이 케이싱은 정지시키고 로드만 더 천공을 진행하여 케이싱과 간섭되지 않는 부분을 형성함으로써 앵커의 정착부를 정착할 수 있으므로 장비의 공용화가 가능하여 공기를 단축할 수 있고 공사비를 절감할 수 있다.

도 1에서 보이는 것처럼, 본 발명에 따른 천공장치는, 크게 베이스 구조물로서 지면에 지지됨과 아울러 중장비에 탈착되는 가이드(10)와; 지반을 굴착 및 파일의 삽입을 유도하는 원통형 케이싱(20)과; 원통형 케이싱(20) 내부에서 회전 및 슬라이딩되어 지반을 굴착하는 로드(30)와; 케이싱(20)과 로드(30)를 구동(직선 왕복 운동/회전운동)시키는 구동수단(이동수단/회전수단)을 포함하여 구성되며, 각 구성요소를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

가이드(10)는 케이싱(20), 로드(30) 및 상기 구동수단이 장착되는 스틸의 장방형 구조물로서, 하단부에는 지면에 박혀 지지됨으로써 구성요소(케이싱(20), 로드(30) 및 상기 구동수단)가 흔들리지 않도록 지지판(11)이 갖추어지고, 중장비에 연결되는 연결부(12)가 구비된다.

케이싱(20)은 내부가 중공인 원형 파이프 형태의 몸체(21), 몸체(21)의 하단부에 형성되는 비트(22)로 이루어져 가이드(10)에 직선 왕복 이동 및 제자리에서 양방향으로 회전 가능하게 지지된다. 케이싱(20)은 초기에 가이드(10)에서 돌출되지 않도록 셋팅되어 있으며 천공시 상기 구동수단에 의한 직선 이동 및 회전에 의해 비트(22)가 지중을 굴착하는 것이며, 가이드(10)의 둘레부에는 케이싱(20)이 직선 이동 및 회전 가능하도록 지지하는 지지부(13)가 하나 이상 형성된다. 케이싱(20)은 상기 구동수단에 의해 가이드(10)에 지지되는 것으로 가이드(10) 및 로드(30)와의 연결관계는 하기 구동수단의 설명을 통해 밝혀진다.

로드(30)는 천공수, 에어, 주입재가 유입되어 후술하는 모니터(33)의 배출부(33a)를 통해 배출될 수 있도록 내부가 중공(단 천공수, 에어, 주입재가 둘레부로 분사되도록 단부의 비트(34)는 막힐 수 있음)인 몸체(31), 몸체(31)의 둘레부에 스크류 형태로 형성되어 슬라임을 외부로 배출하는 슬라임 배출띠(32)로 이루어진다. 천공수와 에어는 하나의 유로를 통해 배출되고 주입재는 또 다른 유로를 통해 배출되도록 로드(30)는 이중 구조일 수 있다. 슬라임 배출띠(32)는 로드(30)가 센터를 유지하도록 잡아주고 슬라임의 배출을 용이하게 함과 아울러 슬라임이 케이싱(20)의 내주면에 부착되지 않도록 한다. 슬라임 배출띠(32)는 필수구성요소는 아니며 필요에 따라 선택적으로 적용되는 것이다.

지반을 굴착하고 천공수와 주입재를 주입하기 위하여 로드(30) 몸체(31)의 일측 단부(지면측 단부)에는 둘레부를 향해 천공수와 주입재를 분사하는 하나 이상의 배출부(33a)가 구비된 모니터(33)와 지반을 굴착하는 비트(34)가 차례로 형성된다.

로드(30)는 케이싱(10) 내부에서 직선 왕복 이동 및 회전 가능하도록 전체적인 외경(슬라임 배출띠(32) 포함)이 케이싱(10)의 내경보다 작게 형성되어야 하며, 지상측 단부에는 로드(30) 내부에 주입재를 공급하는 슈벨(35)이 장착된다.

도 1과 도 3에서 보이는 것처럼, 상기 케이싱 이동수단은 가이드(10)의 길이방향 양측 중 일측 단부에 장착되는 케이싱 피드 모터(40), 가이드(10)에 길이방향을 따라 무한궤도로 배열되며 케이싱 피드 모터(40)에 동력 전달 가능하게 연결되어 무한궤도로 회전하는 제1체인(41), 가이드(10)에 직선 이동 가능하게 지지되며 제1체인(41)에 연결되어 제1체인(41)에 의해 직선 왕복 이동하는 제1캐리어(42), 제1캐리어(42) 상에 돌출 형성되며 관통홀이 형성된 케이싱 헤드(43), 슬라임 배출부(44a)가 구비된 중공 블록으로서 케이싱 헤드(43)의 관통홀에 회전 가능하게 결합되며 케이싱(20)의 후단부가 분해 가능하게 고정되는 어댑터(44)로 구성될 수 있다.

케이싱 피드 모터(40)는 전기, 유압 모터 등이 사용 가능하며, 설치위치는 도면에 도시된 것처럼 가이드(10)의 단부로 한정되지 않는다.

도 4와 같이 케이싱 피드 모터(40)는 가이드(10)의 길이방향에 대해 직교하는 방향으로 장착되어 구동축(40a)이 가이드(10)를 횡단하여 설치되도록 한다. 구동축(40a)에는 하나 이상 바람직하게는 2개 이상의 구동스프로킷(40b)이 결합된다.

제1체인(41)은 가이드(10)에 무한궤도로 배열되어야 할 것이며, 이를 위하여

가이드(10)의 구동스프로킷(40b)과 대향되는 단부에는 종동스프로킷(40c)이 장착된다. 즉, 제1체인(41)은 구동 및 종동스프로킷(40b,40c)에 무한궤도로 감겨 케이싱 피드 모터(40)의 회전력에 의해 무한궤도로 회전하게 되는 것이다.

도 1과 도 5에서와 같이, 제1캐리어(42)는 평평한 판상이며 저부에 제1체인(41)이 고정되어 제1체인(41)이 회전할 때 직선 왕복 이동한다.

도 1과 도 5에서 보이는 것처럼, 케이싱 헤드(43)는 제1캐리어(42) 위에 고정되어 제1캐리어(42)와 함께 전후진하면서 케이싱(20)을 전후진시킨다.

어댑터(44)는 원통형으로서 케이싱 헤드(43)에 회전 가능하게 지지되고 내부에는 유압 등에 의해 작동하여 케이싱(20)을 고정 또는 해제하는 척이 구비될 수 있다. 이와 같은 어댑터(44)는 기존에 이미 사용되는 것이 그대로 사용될 수 있다.

도 1과 도 5에서처럼, 케이싱 회전수단은 케이싱 헤드(43)에 설치되며 동력전달수단(기어, 체인 등)을 통해 어댑터(44)에 회전력을 전달하는 케이싱 회전 모터(50)로 이루어진다.

도 1, 도 3, 도 4에서 보이는 것처럼, 상기 케이싱 이동수단은 가이드(10)의 길이방향 양측 중 일측 단부(예컨대 케이싱 피드 모터(40)의 후방)에 장착되는 로드 피드 모터(60), 가이드(10)에 길이방향을 따라 무한궤도로 배열되며 로드 피드 모터(60)에 동력 전달 가능하게 연결되어 무한궤도로 회전하는 제2체인(61)(제1체인(41)과 간섭되지 않는 위치), 가이드(10)에 직선 이동 가능하게 지지되며 제2체인(61)에 연결되어 제2체인(61)에 의해 직선 왕복 이동하는 제2캐리어(62), 제2캐 리어(62) 상에 돌출 형성되며 관통홀이 형성된 로드 헤드(63), 로드 헤드(63)의 관통홀에 회전 가능하게 결합되며 로드(20)가 분해 가능하게 관통 고정되는 어댑터(64)로 구성될 수 있다.

로드 피드 모터(60)는 전기, 유압 모터 등이 사용 가능하며, 설치위치는 도면에 도시된 것처럼 가이드(10)의 단부로 한정되지 않는다.

도 4와 같이 로드 피드 모터(60)는 가이드(10)의 길이방향에 대해 직교하는 방향으로 장착되어 구동축(60a)이 가이드(10)를 횡단하여 설치되도록 한다. 구동축(60a)에는 하나 이상 바람직하게는 2개 이상의 구동스프로킷(60b)이 결합된다.

제2체인(61)은 가이드(10)에 무한궤도로 배열되어야 할 것이며, 이를 위하여

가이드(10)의 구동스프로킷(60b)과 대향되는 단부에는 종동스프로킷(60c)이 장착된다. 즉, 제2체인(61)은 구동 및 종동스프로킷(60b,60c)에 무한궤도로 감겨 로드 피드 모터(60)의 회전력에 의해 무한궤도로 회전하게 되는 것이다.

도 1과 도 6에서와 같이, 제2캐리어(62)는 평평한 판상이며 저부에 제2체인(61)이 고정되어 제2체인(61)이 회전할 때 직선 왕복 이동한다.

도 1과 도 6에서 보이는 것처럼, 로드 헤드(63)는 제2캐리어(62) 위에 고정되어 제2캐리어(62)와 함께 전후진하면서 로드(30)을 전후진시킨다.

어댑터(64)는 원통형으로서 로드 헤드(63)에 회전 가능하게 지지되고 내부에는 유압 등에 의해 작동하여 로드(30)를 고정 또는 해제하는 척이 구비될 수 있다. 이와 같은 어댑터(64)는 기존에 이미 사용되는 것이 그대로 사용될 수 있다.

도 1과 도 6에서처럼, 로드 회전수단은 로드 헤드(63)에 설치되며 동력전달 수단(기어, 체인 등)을 통해 어댑터(64)에 회전력을 전달하는 로드 회전 모터(70)로 이루어진다.

이하 본 발명에 의한 천공장치를 이용한 지반 보강방법의 바람직한 실시예들을 설명한다.

<실시예 1>

도 7을 참고하여 본 실시예에 따른 천공장치를 이용한 지반 보강방법을 설명한다. 본 실시예는 파일링에 의한 지반 보강방법에 관한 것이다.

(S10) 장비 셋팅.

천공 심도에 맞춰 케이싱(20)과 로드(30)를 선택하여 가이드(10)에 장착한다. 케이싱(20)을 지지부(13)에 끼워 후단부를 어댑터(44)에 고정함으로써 장착하고, 로드(30)를 케이싱(20) 내부에 관통시켜 후단부를 어댑터(64)에 연결함으로써 장착하며, 슈벨(35)에 천공수 주입호스(또는 에어 주입호스)(미도시)를 연결한다. 케이싱(20)과 로드(30)가 장착된 가이드(10)를 천공위치에 맞춰 세우고 지지판(11)을 지중에 박아 설치한다. 이때, 로드(30)의 비트(34)가 케이싱(20) 보다 돌출되도록 한다. 로드(30)는 케이싱(20) 보다 길이가 긴 것이 사용되며, 예컨대 로드는 3 내지 6m, 케이싱(20)은 3 내지 6m씩 연결하여 천공 심도에 맞춰 사용한다.

(S20) 굴착공 천공.

케이싱(20)과 로드(30)의 회전 및 전진을 위하여 각각의 이동수단과 회전수단을 가동한다. 굴착공의 천공은 케이싱(20)과 로드(30)의 회전 및 전진에 의해 이루어지는 것이며, 각각의 회전수단인 회전 모터(50,70)를 통해 케이싱(20)과 로드(30)를 회전시키며(단 케이싱(20)과 로드(30)의 회전방향을 반대로 함), 이동수단을 통해 케이싱(20)과 로드(30)를 전진시킨다. 케이싱(20)과 로드(30)의 전진속도는 동일하거나 다를 수 있다. 케이싱(20)과 로드(30)의 회전 및 전진시 각각의 비트(22,34)에 의해 굴착이 이루어지고, 천공수(또는 에어)를 5~10kg/㎠의 압력으로 로드(30) 하단의 비트(34)까지 송출하여 로드(30)와 비트(22) 사이의 공간으로 슬라임이 배출되도록 한다. 굴착된 슬라임은 로드(30)의 슬라임 배출띠(32)를 타고 상승하여 어댑터(44)의 슬라임 배출부(44a)를 통해 지상으로 배출된다.

이로써, 본 발명에 의한 천공장치를 이용하여 굴착공을 천공하며 이하는 파일링의 방법이다.

(S30) 제트(JET) 주입 준비.

굴착공의 굴착이 완료되면 굴착공 내에 주입재를 주입하며 이를 위하여 케이싱 이동 수단을 통해 케이싱(20)을 상승시킨다. 케이싱(20)의 상승은 로드(30)의 모니터(33)의 배출부(33a)를 통해 주입재를 분사하기 위한 것으로 로드(30)의 배출부(33a)가 외부로 노출되는 위치까지(예컨대 0.5~1.0m)만 이루어진다. 이어서, 로드(30)를 로드 헤드(63)에서 분리하고 로드(30) 내부에 막음구(예컨대 베어링)를 투입하여 로드(30)의 천공수 송출구를 막은 후 다시 로드 헤드(63)에 연결한다. 그리고, 슈벨(35)에 주입호스를 연결하여 주입을 준비한다.

(S40) 제트(JET) 주입.

로드(30)의 배출부(33a)를 통해 주입재(고압(50~400kg/㎠)의 시멘트 밀크와 에어(7~24kg/㎠))가 횡방향으로 분사되도록 하고, 주입재가 골고루 채워지도록 로드(30)를 회전시킨다. 이때, 슬라임은 로드(30)의 슬라임 배출띠(32)를 타고 상승하여 어댑터(44)의 슬라임 배출부(44a)를 통해 지상으로 배출된다. 이처럼 주입재를 주입하면서 케이싱(20)과 로드(30)를 역방향으로 회전시키면서 지상측으로 인발하여 굴착공의 전영역에 주입재를 횡방향으로 주입하며 따라서 지중에는 밀크층(M)(S40-1)이 형성된다. 이와 같이 주입재가 횡방향으로 주입되므로 이 주입압력에 의해 지반이 밀려 굴착공이 확공될 수 있다.

(S50) 케이싱 삽입.

케이싱 이동 수단을 통해 케이싱(20)을 밀크층(M)에 삽입한다. 케이싱(20)은 후공정인 파일 삽입을 위하여 삽입되는 것이며, 케이싱(20)과 로드(30)를 함께 밀크층(M)에 삽입한 후 로드(30)만 인발하여 로드 헤드(63)에서 제거하여 케이싱(20)을 삽입하거나 케이싱(20)만을 밀크층(M)에 삽입하고 지상에 남은 로드(30)를 파일체의 삽입과 간섭되지 않도록 상승시키거나 로드(30)를 로드 헤드(63)에서 제거하여 케이싱(20)을 삽입할 수 있다. 케이싱(20)이 밀크층(M)에 삽입되면 케이싱(20)을 어댑터(44)에서 분리한다. 여기서 로드(30)가 상승되거나 제거되는 것은 파일체, 앵커체를 삽입할 수 있는 공간을 확보하기 위함이다.

(S60) 파일 삽입.

도 8a에서처럼 파일체(100)는 다수의 배출구(111)(필요시 선택적으로 구비됨)가 구비된 주입관(110)(강관, 유연성 있는 호스 등이 사용 가능), 주입관(110)의 외주부에 설치되는 팽창성 패커(120), 파일체(100)의 삽입이 용이하도록 패커(120)를 관통하여 선단부가 주입관(110)의 하단에 배치되는 주입호스(130)(주입 호스(130)의 선단부에는 주입된 시멘트 밀크가 역류하지 않도록 체크밸브가 갖추어진다), 패커(120) 내의 에어를 빼기 위한 배기호스(140)로 구성되거나 도 8b와 같이 지반의 보강이 필요한 경우 강봉의 앵커(150)를 추가로 적용할 수도 있다. 앵커(150)가 적용된 경우 주입관(110)은 유연성 있는 합성수지로 이루어져 앵커(150)에 매듭되어 사용될 수 있으며, 그 이외의 구성은 전술한 파일체(100)와 동일하게 구성된다.

파일체(100)를 중장비에 연결하여 케이싱(20) 내부에 삽입하고 주입호스(130)를 통해 시멘트 밀크를 5~10kg/㎠압력으로 분사하면서 파일체(100)를 삽입한다. 이와 같이 파일체(100)를 케이싱(20) 내부에 삽입할 때 시멘트 밀크를 주입하기 때문에 파일체(100)가 자연스럽게 삽입될 수 있다.

(S70) 케이싱 인발.

케이싱(20)을 어댑터(44)에 연결한 후 케이싱 이동 수단을 통해 지중에서 인발한다. 이렇게 되면 파일체(100)만 지중에 남게 된다.

(S80) 패커 팽창.

패커(120)의 팽창을 위하여 파일(100) 내부에 주입 호스(미도시)를 연결(또는 주입 호스를 주입관(110)의 둘레부에 고정)하여 주입관(110) 내부에 시멘트 밀크(또는 시멘트 몰탈)를 주입하면 시멘트 밀크가 배출구(111)를 통해 패커(120) 내부에 채워지게 되어 패커(120)가 서서히 팽창하며, 패커(120)의 팽창에 의해 굴착공에 주입된 시멘트 밀크가 가압되면서 지반 내부의 틈에 재침투하여 지반의 보강 범위가 확장된다. 패커(120)가 팽창하다가 배기호스(140)를 막고 시멘트 밀크에 대해 계속 압력 주입(10~20kg/㎠)을 가하여 주입한다.

주입이 완료되면 주입관(110)을 막아 공정을 마무리한다.

<실시예 2>

도 9a에서 보이는 것처럼, 본 실시예는 다단계 패커방식인 것으로, 본 실시예에 의한 파일체(100)는 서로 다른 길이의 제1,2주입관(110-1)(110-2), 제1,2주입관(110-1)(110-2)에 의해 각각 팽창되는 제1,2패커(120-1,120-2)로 이루어진다.

제1,2주입관(110-1,110-2)은 서로 다른 길이(예컨대, 제1주입관(110-1)이 제2주입관(110-2)보다 짧게 구성)로 이루어져 밴드 등으로 고정되며, 제1패커(120-1)는 제1주입관(110-1)의 둘레부에 결합되고 제2패커(120-2)는 제2주입관(110-2)에 의해 주입되도록 제1패커(110-1)의 하부에 장착된다.

본 실시예도 마찬가지로 삽입을 위한 주입호스(130) 및 배기호스(140)는 전술한 실시예와 동일하게 적용된다.

그리고, 지반의 보강을 위하여 도 9b와 같이 실시예 1처럼 강봉 등의 앵커(150)가 적용될 수 있다. 앵커(150)의 구성 및 이에 따른 다른 구성요소는 실시예 1과 동일하다.

파일체(100)가 지중에 삽입될 때 제1,2패커(120-1)(120-2)는 간섭되지 않도록 팽창되지 않은 상태이다.

이 상태에서 제1주입관(110-1)을 통해 시멘트 밀크를 1차 주입하면 제1패커(120-1)만 팽창되고, 이어서, 제2주입관(110-2)을 통해 시멘트 밀크를 주입하면 제2패커(120-2)만 팽창한다. 이처럼 제1,2패커(120-1)(120-2)가 팽창할 때 지중에 이미 주입된 시멘트 밀크가 패커(120-1)(120-2)의 확장으로 인해 주변 지반으로 침투하여 주변 지반의 강도와 마찰력을 증대할 수 있다.

<실시예 3>

도 10a에서 보이는 것처럼, 본 실시예는 하부만을 보강할 수 있는 것으로 전술한 실시예 2의 파일체(100)에서 패커(120)가 주입관(110)의 하부에만 설치된다.

패커(120)의 주입 공정은 전술한 실시예 1과 동일하며, 패커(120)가 팽창하면 이미 주입된 밀크층(M)의 시멘트 밀크가 상부로 밀려 지반을 강도를 보강할 수 있다.

그리고, 도 10b와 같이, 지반의 보강이 필요한 경우 강봉 등의 앵커(150)(도 10b참고)가 적용된다.

<실시예 4>

도 11을 참고하여 본 실시예에 따른 천공장치를 이용한 지반 보강방법을 설명한다. 본 실시예는 어스앵커 방법에 관한 것이다.

(S100) 장비 셋팅.

천공 심도에 맞춰 케이싱(20)과 로드(30)를 선택하여 가이드(10)에 장착한다. 케이싱(20)을 지지부(13)에 끼워 후단부를 어댑터(44)에 고정함으로써 장착하고, 로드(30)를 케이싱(20) 내부에 관통시켜 후단부를 어댑터(64)에 연결함으로써 장착하며, 슈벨(35)에 천공수 주입호스(미도시)를 연결한다. 케이싱(20)과 로드(30)가 장착된 가이드(10)를 천공위치에 맞춰 세우고 지지판(11)을 지중에 박아 설치한다. 이때, 로드(30)의 비트(34)가 케이싱(20) 보다 돌출되도록 한다.

(S110) 1차 천공.

케이싱(20)과 로드(30)의 회전 및 전진을 위하여 각각의 이동수단과 회전수단을 가동한다. 굴착공의 천공은 케이싱(20)과 로드(30)의 회전 및 전진에 의해 이루어지는 것이며, 각각의 회전수단인 회전 모터(50,70)를 통해 케이싱(20)과 로드(30)를 회전시키며(단 케이싱(20)과 로드(30)의 회전방향을 반대로 함), 이동수단을 통해 케이싱(20)과 로드(30)를 전진시킨다. 케이싱(20)과 로드(30)의 전진속도는 동일하다. 케이싱(20)과 로드(30)의 회전 및 전진시 각각의 비트(22,34)에 의해 굴착이 이루어지고, 천공수를 로드(30)에 공급하여 마찰에 의한 장비의 마모를 방지한다. 굴착된 슬라임은 로드(30)의 슬라임 배출띠(32)를 타고 상승하여 어댑터(44)의 슬라임 배출부(44a)를 통해 지상으로 배출된다.

(S120) 2차 천공.

상기 (S110) 1차 천공 공정은 케이싱(20)과 로드(30)를 함께 이용하여 천공하는 공정이며, 2차 천공 공정은 케이싱(20)을 그대로 두고 로드(30)로만 천공하는 공정이다. 즉, 케이싱 이동 수단과 로드 이동 수단은 개별 동작이 가능하므로 로드 이동 수단만 작동하여 로드(30)만 전진 및 회전시켜 로드(30)에 의해 2차 천공을 실시한다.

(S130) 로드 인발 및 케이싱 삽입.

케이싱(20) 내부에 앵커(200)를 삽입할 수 있도록 로드(30)를 인발하고, 케이싱(20)을 어댑터(44)에서 분리한다. 즉, 케이싱(20)은 일측 단부가 가이드(10)의 지지부(13)에 지지된 상태에서 지중에 삽입된 상태를 유지한다.

이로써 본 발명에 의한 천공장치를 이용한 굴착공의 천공이 완료되며, 이하는 앵커 시공에 관한 것이다.

(S140) 앵커 삽입.

정착부(210)와 인장부(220)로 이루어진 앵커(200)를 케이싱(20) 내부에 삽입한다. 정착부(210)는 로드(30)에 의해 2차 굴착된 굴착공 안쪽에 삽입되어야 한다.

(S150) 정착.

케이싱(20) 내부에 시멘트 밀크 등을 주입하면 시멘트 밀크가 굴착공의 안쪽에 주입 양생되어 앵커(200)의 정착부(210)가 정착된다.

(S160) 케이싱 인발.

케이싱(20)을 어댑터(44)에 연결하여 지중에서 인발한다. 케이싱(20)을 인발할 때 앵커(200)의 정착부(210)가 정착됨에 따라 앵커(200)는 인발되지 않고 케이싱(20)만 인발될 수 있다.

(S170) 그라우팅.

케이싱(20)이 인발된 굴착공 내부에 그라우트재를 주입하여 굴착공을 밀봉한다.

(S180) 인장.

그라우팅(G)이 완료되면 지반의 보강을 위하여 앵커(200)의 인장부(220)를 인장한다. 인장부(220)의 인장은 기존 인장기를 사용하는 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 의한 천공장치의 전체 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 천공장치에 적용된 케이싱과 로드의 확대도.

도 3은 본 발명에 의한 천공장치에 적용된 케이싱과 로드의 구동수단을 도시한 확대도.

도 4는 본 발명에 의한 천공장치에 적용된 구동수단의 제1,2체인을 보인 구성도.

도 5는 본 발명에 의한 천공장치에 적용된 케이싱용 제1캐리어의 결합 상태도.

도 6은 본 발명에 의한 천공장치에 적용된 로드용 제2캐리어의 결합 상태도.

도 7은 본 발명의 천공장치를 이용한 보강방법의 실시예 1에 따른 공정도.

도 8a와 도 8b는 본 발명의 천공장치를 이용한 보강방법의 실시예 1에 적용된 파일체의 구성도.

도 9a와 도 9b는 본 발명의 천공장치를 이용한 보강방법의 실시예 2의 공정 중 요부 발췌 단면도.

도 10a와 도 10b는 본 발명의 천공장치를 이용한 보강방법의 실시예 3의 공정 중 요부 발췌 단면도.

도 11은 본 발명의 천공장치를 이용한 보강방법의 실시예 4의 공정도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 가이드, 20 : 케이싱

30 : 로드, 40,60 : 케이싱 피드 모터

41,61 : 체인, 42,62 : 캐리어

43,63 : 헤드, 44,64 : 어댑터

50,70 : 회전 모터, 100 : 파일

Claims

크레인을 포함하는 중장비에 연결되며 지면에 고정되는 박스형 가이드(10)와;

내부가 중공인 관형의 몸체, 상기 몸체의 선단부에 형성되는 비트(22)로 이루어져 상기 가이드에 직선 왕복 이동 및 제자리에서 양방향으로 회전 가능하게 지지되어 지중을 천공하는 케이싱(20)과;

상기 케이싱을 직선 왕복 이동시키는 케이싱 이동수단과;

상기 케이싱을 회전시키는 케이싱 회전수단과;

내부가 중공이며 상기 케이싱보다 길이가 길면서 외경이 상기 케이싱의 내경보다 작은 관형의 몸체(31), 상기 몸체의 둘레부에 스크류 형태로 형성되는 슬라임 배출띠(32), 상기 몸체의 선단부에 차례로 형성되는 모니터(33)와 비트(34), 상기 몸체의 후단부에 연결되어 상기 몸체 내부에 주입재를 공급하는 슈벨로 이루어져 상기 가이드에 직선 왕복 이동 및 제자리에서 상기 케이싱과 반대 방향으로 회전 가능하게 지지되면서 상기 케이싱 내부에 직선 이동 및 회전 가능하게 관통되고 내부에 주입재가 주입되는 로드(30)와;

상기 로드를 직선 왕복 이동시키는 로드 이동수단과;

상기 로드를 회전시키는 로드 회전수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 천공장치.
제 1 항에 있어서, 상기 케이싱 이동수단은 상기 가이드의 길이방향 양측 중 일측 단부에 장착되는 케이싱 피드 모터(40), 상기 가이드에 길이방향을 따라 무한궤도로 배열되며 상기 케이싱 피드 모터에 동력 전달 가능하게 연결되어 무한궤도로 회전하는 제1체인(41), 상기 가이드에 직선 이동 가능하게 지지되며 상기 제1체인에 연결되어 상기 제1체인에 의해 직선 왕복 이동하는 제1캐리어(42), 상기 제1캐리어에 형성되는 케이싱 헤드(43), 슬라임 배출부가 구비된 중공 블록으로서 상기 케이싱 헤드에 공회전 가능하게 결합되며 상기 케이싱의 후단부가 분리 가능하게 고정되는 어댑터(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 천공장치.
제 2 항에 있어서, 상기 로드 이동수단은,

상기 가이드의 길이방향 양측 중 일측 단부에 장착되는 로드 피드 모터, 상기 가이드에 길이방향을 따라 무한궤도로 배열되며 상기 로드 피드 모터에 동력 전달 가능하게 연결되어 무한궤도로 회전하는 제2체인, 상기 가이드에 직선 이동 가능하게 지지되며 상기 제2체인의 상기 제1캐리어보다 후방쪽에 연결되어 상기 제2체인에 의해 직선 왕복 이동하는 제2캐리어, 상기 제2캐리어에 형성되 로드 헤드, 상기 로드 헤드에 공회전 가능하게 장착되며 상기 로드 헤드가 분리 가능하게 고정되는 어댑터(64)를 포함하는 것을 특징으로 하는 천공장치.
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제 3 항에 의한 천공장치의 가이드를 지상에 세워 지지하고 로드의 비트(34)가 케이싱의 비트(22)보다 돌출되도록 셋팅하는 단계와;

상기 로드 내부를 통해 천공수를 분사하면서 케이싱과 로드를 서로 역방향으로 회전 및 지중으로 삽입시켜 지중을 천공하며 상기 로드의 슬라임 배출띠를 타고 상승하는 슬라임을 배출함으로써 지중에 굴착공을 천공하는 1차 굴착 단계와;

상기 케이싱과 로드가 일정 심도로 삽입된 상태에서 상기 케이싱을 정지시키고 상기 로드만 전진시켜 2차 굴착하는 단계와;

상기 로드를 상기 굴착공에서 인발 및 상기 케이싱을 어댑터로부터 분리하여 상기 케이싱을 지중에 삽입하는 단계와;

정착부 및 인장부로 이루어진 앵커를 상기 케이싱 내부에 삽입하는 단계와;

상기 케이싱 내부에 주입재를 주입하여 상기 앵커의 정착부를 정착하는 단계와

상기 케이싱을 상기 굴착공으로부터 인발하는 단계와;

상기 굴착공을 그라우팅하여 밀봉하는 단계와; 그리고,

상기 앵커의 인장부를 인장하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 천공장치를 이용한 지반 보강방법.
지중에 굴착공을 천공하는 단계와;

상기 굴착공의 하부에서부터 상승하면서 시멘트 밀크를 횡방향으로 주입하여 이 압력에 의해 상기 굴착공을 확공하면서 지중에 밀크층을 형성하고 채우는 단계와;

관형의 케이싱을 시멘트 밀크에 의해 지중에 형성된 밀크층 내부에 삽입하는 단계와;

주입관, 상기 주입관의 외주부에 설치되며 내부에 주입되는 시멘트 밀크에 의해 팽창하는 패커로 이루어진 파일체를 상기 케이싱 내부에 삽입하는 단계와;

상기 케이싱을 상기 굴착공에서 인발하는 단계와;

상기 파일체에 장착된 패커에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시킴으로써 이 압력에 의해 상기 굴착공에 주입된 시멘트 밀크를 가압하여 지반에 재침투시키는 단계를 포함하고,

상기 파일체 삽입단계에서는 상기 주입관의 선단부를 통해 유체를 주입하여 상기 케이싱 내부에 채워진 시멘트 밀크를 전방으로 제거하면서 상기 파일체를 삽입하는 것을 특징으로 하는 천공장치를 이용한 지반 보강방법.
지중에 굴착공을 천공하는 단계와;

상기 굴착공의 하부에서부터 상승하면서 시멘트 밀크를 횡방향으로 주입하여 이 압력에 의해 상기 굴착공을 확공하면서 지중에 밀크층을 형성하고 채우는 단계와;

관형의 케이싱을 시멘트 밀크에 의해 지중에 형성된 밀크층 내부에 삽입하는 단계와;

서로 다른 길이의 제1,2주입관, 상기 제1,2주입관에 의해 각각 팽창되는 제1,2패커로 이루어진 파일체를 상기 케이싱 내부에 삽입하는 단계와;

상기 케이싱을 상기 굴착공에서 인발하는 단계와;

상기 파일체에 장착된 제1,2패커 중 지상측의 제1패커에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시킴으로써 상기 굴착공에 주입된 시멘트 밀크를 가압하여 지반에 재침투시키는 단계와;

상기 파일체에 장착된 제1패커 하부의 제2패커에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시킴으로써 이 압력에 의해 상기 굴착공에 주입된 시멘트 밀크를 가압하여 지반에 재침투시키는 단계를 포함하고,

상기 파일체 삽입단계에서는 상기 주입관의 선단부를 통해 유체를 주입하여 상기 케이싱 내부에 채워진 시멘트 밀크를 전방으로 제거하면서 상기 파일체를 삽입하는 것을 특징으로 하는 천공장치를 이용한 지반 보강방법.
지중에 굴착공을 천공하는 단계와;

상기 굴착공의 하부에서부터 상승하면서 시멘트 밀크를 주입하여 상기 굴착공을 확공하면서 지중에 밀크층을 형성하고 채우는 단계와;

관형의 케이싱을 시멘트 밀크에 의해 지중에 형성된 밀크층 내부에 삽입하는 단계와;

주입관, 상기 주입관의 길이보다 짧게 형성되어 상기 주입관의 하단부에서부터 설치되는 패커로 이루어진 파일체를 상기 케이싱 내부에 삽입하는 단계와;

상기 케이싱을 상기 굴착공에서 인발하는 단계와;

상기 파일체에 장착된 패커에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시킴으로써 상기굴착공에 주입된 시멘트 밀크를 가압하는 단계를 포함하고,

상기 파일체 삽입단계에서는 상기 주입관의 선단부를 통해 유체를 주입하여 상기 케이싱 내부에 채워진 시멘트 밀크를 전방으로 제거하면서 상기 파일체를 삽입하는 것을 특징으로 하는 천공장치를 이용한 지반 보강방법.
지중에 굴착공을 천공하는 단계와;

상기 굴착공의 하부에서부터 상승하면서 시멘트 밀크를 횡방향으로 주입하여 이 압력에 의해 상기 굴착공을 확공하면서 지중에 밀크층을 형성하고 채우는 단계와;

관형의 케이싱을 시멘트 밀크에 의해 지중에 형성된 밀크층 내부에 삽입하는 단계와;

주입관, 상기 주입관의 외주부에 설치되며 내부에 주입되는 시멘트 밀크에 의해 팽창하는 패커로 이루어진 파일체를 상기 케이싱 내부에 삽입하는 단계와;

상기 케이싱을 상기 굴착공에서 인발하는 단계와;

상기 파일체에 장착된 패커에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시킴으로써 이 압력에 의해 상기 굴착공에 주입된 시멘트 밀크를 가압하여 지반에 재침투시키는 단계를 포함하고,

상기 파일체 삽입단계에서는 상기 주입관이 지지되며 지중에 삽입되어 지반을 보강하는 강봉의 앵커가 함께 삽입하는 것을 특징으로 하는 천공장치를 이용한 지반 보강방법.
지중에 굴착공을 천공하는 단계와;

상기 굴착공의 하부에서부터 상승하면서 시멘트 밀크를 횡방향으로 주입하여 이 압력에 의해 상기 굴착공을 확공하면서 지중에 밀크층을 형성하고 채우는 단계와;

관형의 케이싱을 시멘트 밀크에 의해 지중에 형성된 밀크층 내부에 삽입하는 단계와;

서로 다른 길이의 제1,2주입관, 상기 제1,2주입관에 의해 각각 팽창되는 제1,2패커로 이루어진 파일체를 상기 케이싱 내부에 삽입하는 단계와;

상기 케이싱을 상기 굴착공에서 인발하는 단계와;

상기 파일체에 장착된 제1,2패커 중 지상측의 제1패커에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시킴으로써 상기 굴착공에 주입된 시멘트 밀크를 가압하여 지반에 재침투시키는 단계와;

상기 파일체에 장착된 제1패커 하부의 제2패커에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시킴으로써 이 압력에 의해 상기 굴착공에 주입된 시멘트 밀크를 가압하여 지반에 재침투시키는 단계를 포함하고,

상기 파일체 삽입단계에서는 상기 주입관이 지지되며 지중에 삽입되어 지반을 보강하는 강봉의 앵커가 함께 삽입하는 것을 특징으로 하는 천공장치를 이용한 지반 보강방법.
지중에 굴착공을 천공하는 단계와;

상기 굴착공의 하부에서부터 상승하면서 시멘트 밀크를 주입하여 상기 굴착공을 확공하면서 지중에 밀크층을 형성하고 채우는 단계와;

관형의 케이싱을 시멘트 밀크에 의해 지중에 형성된 밀크층 내부에 삽입하는 단계와;

주입관, 상기 주입관의 길이보다 짧게 형성되어 상기 주입관의 하단부에서부터 설치되는 패커로 이루어진 파일체를 상기 케이싱 내부에 삽입하는 단계와;

상기 케이싱을 상기 굴착공에서 인발하는 단계와;

상기 파일체에 장착된 패커에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시킴으로써 상기굴착공에 주입된 시멘트 밀크를 가압하는 단계를 포함하고,

상기 파일체 삽입단계에서는 상기 주입관이 지지되며 지중에 삽입되어 지반을 보강하는 강봉의 앵커가 함께 삽입하는 것을 특징으로 하는 천공장치를 이용한 지반 보강방법.