KR100908801B1 - 공압과 수화 속도 조절 시멘트 그라우트재를 이용한 침투그라우팅공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반의 갈라진 틈이나 공동에 그라우트재를 주입하기 위한 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 구체적으로는 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재를 준비하는 단계; 상기 지반에 천공한 후, 케이싱을 설치하는 단계; 상기 케이싱 내부에 그라우팅 장치를 고정 설치하는 단계; 상기 그라우팅 장치를 통해 1~7kgf/cm2의 압축 공기와 함께 상기 그라우트재를 주입하는 단계; 상기 케이싱과 그라우팅 장치를 인양하여 그라우트재를 반복 주입하는 단계; 및 상기 케이싱과 그라우팅 장치를 제거하는 단계;로 이루어짐에 따라, 공기 압력을 이용한 그라우팅 장치와 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재의 공급을 통해 지반 입자 사이의 공극과 지층의 틈새를 확장하면서 원활한 충전이 이루어지는 침투그라우팅공법을 제공하게 된다.

공압, 침투그라우팅, 토질안정

Description

공압과 수화 속도 조절 시멘트 그라우트재를 이용한 침투그라우팅공법{Permeation Grouting Method using the Pneumatic and the Cement Grout which Controls a Thickening Time}

본 발명은 공압을 이용한 그라우팅 장치와 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재의 공급을 통해 지반 입자 사이의 공극과 지층의 틈새를 확장하면서 원활한 충전이 이루어지도록 한 침투그라우팅공법에 관한 것이다.

일반적으로 그라우팅(Grouting)이란 토목 또는 건축 공사에서 누수방지나 토질안정을 위하여 지반의 갈라진 틈에 그라우트재를 주입하는 공법으로서, 방조제나 저수지, 하천제방 등의 누수를 방지하기 위한 목적으로도 널리 사용된다.

이와 같은 종래 그라우팅 공법은 우선 틈이 갈라진 취약 지반에 구멍을 뚫은 상태에서 다수개의 분출구가 관통된 중공관을 삽입한 후에 이를 통해 갈라진 틈으로 그라우트재를 주입하여 응고시키는 것이다.

본 발명은 그라우트재가 지반을 구성하는 흙의 입자 사이와 지반의 갈라진 틈 곳곳으로 일정하게 충전되지 못하고 약한 부분에만 국부적으로 다량 충전되는 문제점을 해결하려는 것이다.

본 발명은 그라우트재를 높은 압력으로 공급할 경우 지반의 파괴나 교란이 발생하거나, 후방으로 그라우트재가 밀려나오는 문제점을 해결하려는 것이다.

본 발명은 지반의 갈라진 틈이나 공동에 그라우트재를 주입하기 위한 그라우팅 공법에 있어서,

수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재를 준비하는 단계; 상기 지반에 천공한 후, 심도 깊이 중공의 케이싱을 설치하는 단계; 상기 케이싱 내부에 고무 패커가 결합된 그라우팅 장치를 결합한 후, 상기 고무 패커를 팽창시켜 케이싱에 고정 설치하는 단계; 상기 그라우팅 장치를 통해 1~7kgf/cm2의 압축 공기와 함께 상기 그라우트재를 주입하는 단계; 상기 케이싱과 그라우팅 장치를 인양하여 천공 내부의 낮은 심도에서 반복 주입하는 단계; 및 상기 케이싱과 그라우팅 장치를 제거하는 단계;로 이루어진다.

상기 천공 내부에서 케이싱과 그라우팅 장치의 인양 및 반복주입은 2번 이상을 반복하여 작업이 이루어지도록 한다.

상기 천공의 입구와 케이싱 사이에 실링 장치를 설치하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 그라우트재와 함께 공급되는 1~7kgf/cm2의 압축 공기가 지반을 구성하는 흙의 입자 사이와 지반의 갈라진 틈을 벌리면서 그라우트재를 충전함으로써, 상기 저압의 압축 공기를 차단하면 벌어졌던 지반이 다시 좁혀지기 때문에 충전 밀도가 더욱 향상된다.

본 발명은 저압의 압축 공기와 함께 그라우트재를 공급하기 때문에 그라우트재의 유동성이 향상되어 지반의 파괴나 교란 없이 더욱 원활한 충전이 이루어진다.

본 발명은 저압의 압축 공기와 함께 공급되는 그라우트재가 후방으로 밀려나오는 것을 방지하여 안정성이 크게 향상된다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 구체적으로 살펴본다.

본 발명의 침투그라우팅공법은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 크게, 그라우트재를 준비하는 단계, 상기 지반에 천공을 뚫은 후, 케이싱(100)을 설치하는 단계, 상기 케이싱 내부에 그라우팅 장치(200)를 고정 설치하는 단계, 상기 그라우팅 장치를 통해 1~7kgf/cm2의 압축 공기와 함께 상기 그라우트재를 주입하는 단계, 상기 케이싱과 그라우팅 장치를 인양하여 그라우트재를 반복주입하는 단계 및 상기 케이싱과 그라우팅 장치를 제거하는 단계로 이루어진다.

상기 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재의 준비 단계에서는 분말도 2,500~10,000cm2/g이 되도록 분쇄한 포틀랜드 시멘트 제조용 클링커 미분말 100 중량부에 대하여 분말도 2,500~10,000cm2/g의 이수석고, 반수석고 및 무수석고로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 황산칼슘 화합물 0.1~10 중량부, 알칼리금속의 탄산염 및 중탄산염 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로 이루어지는 응결 조절제 0.1~10 중량부, 리그린술폰산염, 나프탈렌술폰산염, 폴리카르복실산염 및 카르복실산기를 포함하는 유기산 및 유기산의 알칼리금속염 또는 알칼리토금속염으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로 이루어지는 분산제 0.01~0.5 중량부로 구성된 그라우트재를 준비하는 것이다. 상기 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재는 기존의 시멘트계 그라우트재 또는 물유리계 약액 그라우트재와는 달리 주입에 필요한 작업시간과 주입재가 넓은 범위에 걸쳐 골고루 주입되도록 수화속도를 30분 내지 3시간 정도로 조절 가능하고, 주입작업이 종료된 이후에 신속하게 응결 경화가 이루어지게 된다.

상기 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재의 준비 단계에서는 주입하고자 하는 대상 지반의 상태에 따라 단독으로 사용하거나, 점토, 실트, 모래, 자갈 중 어느 하나 이상의 골재를 혼합하는 단계를 포함한다. 즉, 상기 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재와 점토, 실트, 모래, 자갈 등의 골재를 1:5~5:1 사이의 중량비로 혼합하는 단계가 이루어지는데, 이때 물과 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재 또는 물과 골재가 포함된 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재의 혼합비율은 0.3:1~5:1의 중량비가 되도록 혼합함으로써, 그라우팅 효과가 극대화되도록 한다.

상기 지반에 천공한 후, 심도 깊이 중공의 케이싱(100)을 설치하는 단계에서 상기 케이싱(100)은 천공 내부에 긴밀하게 끼워지도록 하면서 전방으로 상기 그라우트재를 주입하여 지반의 흙 입자 사이와 갈라진 틈으로 충전 되도록 한다.

이때, 상기 천공의 입구와 케이싱(100) 사이에 실링 장치(300)를 설치하는 단계가 이루어질 수 있다. 상기 실링 장치(300)는 케이싱(100)이 긴밀하게 결합되는 원통형 몸체(310)와 상기 몸체 외면에 축 결합된 날개(320) 및 상기 축에 결합되어 상기 날개가 펼쳐지도록 하는 토션 스프링(330)으로 구성되어 상기 압축 공기와 함께 그라우트재를 공급시 그라우트재가 후방으로 밀려나와 주입 압력이나 그라우트재의 손실이 발생하는 것을 방지한다.

상기 실링 장치(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 천공 입구에 날개(320)가 접힌 상태로 설치되었다가 토션 스프링(330)이 날개(320)를 펼치려는 작용이 이루어짐으로써, 압력이 작용시 상기 날개(320)가 천공 주변의 지반에 박혀 걸림 고정된다. 따라서 상기 천공 내면과 케이싱(100) 사이로 공기 압력이나 그라우트재가 손실되는 것을 방지하고 케이싱(100)의 안전한 지지가 이루어질 수 있는 것이다.

상기 케이싱(100) 내부에 고무 패커(230)가 결합된 그라우팅 장치(200)를 결합한 후, 상기 고무 패커(230)를 팽창시켜 케이싱(100)에 고정 설치하는 단계에서는 상기 그라우팅 장치(200)를 케이싱(100)의 끝까지 밀어 넣는다.

상기 그라우팅 장치(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 그라우트재를 공급하기 위한 그라우트재 주입관(210), 상기 그라우트재 주입관(210)의 중심에 설치되어 압 축 공기를 공급하기 위한 압축 공기 주입관(220), 상기 그라우트재 주입관(210)의 전방부 외면을 커버한 상태로 압축에 의해 팽창하여 케이싱(100)의 내면에 밀착되는 고무 패커(230), 상기 그라우트재 주입관(210)의 후방부 외면을 커버한 상태로 전진하여 상기 고무 패커(230)를 압축하기 위한 유압 실린더(240), 상기 유압 실린더(240) 내부로 유압을 공급하여 유압 실린더(240)가 전진하도록 하는 유압 주입관(250) 및 상기 그라우트재 주입관(210), 압축 공기 주입관(220), 유압 주압관(250)과 연결되어 그라우트재와 압축 공기 및 유압을 각각 공급하기 위한 슈벨(260)로 구성된다. 이와 같은 구성에 의해 케이싱(100) 내부에 그라우팅 장치(200)를 설치한 상태에서 슈벨(260)을 통해 공급되는 유압이 유압 실린더(250)를 전진시켜 고무 패커(230)를 압축하면 상기 고무 패커(230)가 팽창하여 긴밀한 고정 설치가 이루어진다.

상기 그라우팅 장치(200)를 통해 저압의 압축 공기와 함께 상기 그라우트재를 주입하는 단계에서는 앞서 설명한 바와 같은 구성의 그라우팅 장치(200)를 이용하여 슈벨(260)을 통해 압축 공기와 그라우트재를 동시에 공급할 수 있도록 한다.

상기 케이싱(100)과 그라우팅 장치(200)를 인양하여 천공 내부의 낮은 심도에서 상기 그라우트재를 반복주입하는 단계는 앞서 설명된 천공의 깊은 심도에서 최초 그라우트 주입 후에 이루어지는 과정으로서, 최초 공급된 그라우트재가 충분히 충전된 후에 케이싱(100)과 그라우팅 장치(200)의 인양이 이루어지도록 한다. 이때, 상기 최초 그라우트재를 충전할 때 공기 압력에 의해 벌어졌던 지반의 갈라진 틈이나 공극의 간격이 좁아지면서 긴밀한 충전이 이루어짐과 아울러, 상기 그라 우트재의 신속한 응결이 이루어진다.

상기 천공 내부에서 케이싱(100)과 그라우팅 장치(200)의 인양 심도는 2단 이상을 반복하여 작업이 이루어지도록 할 수 있다. 즉, 천공의 깊이나 지반의 상태 또는 그라우트재의 특성에 따라 인양 거리를 좁게 하여 여러 번의 충전 작업을 반복할 수 있으며, 이로 인해 충전 밀도는 더욱 높아지게 된다.

상기 케이싱(100)과 그라우팅 장치(200)를 제거하는 단계에서는 천공 내부로부터 여러 단계에 걸쳐 인양된 케이싱(100)과 그라우팅 장치(200)를 완전히 제거하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 침투그라우팅공법에 의하면 그라우트재와 함께 공급되는 저압의 압축 공기가 지반을 구성하는 흙의 입자 사이와 지반의 갈라진 틈을 벌리면서 그라우트재를 충전함으로써, 저압의 압축 공기를 차단하면 벌어졌던 지반이 다시 좁혀지기 때문에 충전 밀도가 향상될 뿐만 아니라, 저압의 압축 공기와 함께 그라우트재를 공급하기 때문에 그라우트재의 유동성이 향상되어 지반의 파괴나 교란 없이 더욱 원활한 충전이 이루어지게 된다. 또한, 저압의 압축 공기와 함께 공급되는 그라우트재가 후방으로 밀려나오는 것을 방지하여 안정성이 크게 향상될 수 있다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상 에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명이 적용된 침투그라우팅공법을 도시한 플로우 차트.

도 2는 도 1의 설명을 위한 순서도.

도 3은 본 발명이 적용된 그라우팅 장치의 작용을 도시한 단면도.

도 4는 본 발명이 적용된 실링 장치의 작용을 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

100: 케이싱

200: 그라우팅 장치 210: 그라우트재 주입관

220: 공기 주입관 230: 고무 패커

240: 유압 실린더 250: 유압 주입관

260: 슈벨

300: 실링 장치 310: 몸체

320: 날개 330: 토션 스프링

Claims (8)

1. 지반의 갈라진 틈이나 공동에 그라우트재를 주입하기 위한 그라우팅 공법에 있어서,

   분말도 2,500~10,000cm2/g이 되도록 분쇄한 포틀랜드 시멘트 제조용 클링커 미분말 100 중량부에 대하여 분말도 2,500~10,000cm2/g의 이수석고, 반수석고 및 무수석고로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 황산칼슘 화합물 0.1~10 중량부, 알칼리금속의 탄산염 및 중탄산염 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로 이루어지는 응결 조절제 0.1~10 중량부, 리그린술폰산염, 나프탈렌술폰산염, 폴리카르복실산염 및 카르복실산기를 포함하는 유기산 및 유기산의 알칼리금속염 또는 알칼리토금속염으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로 이루어지는 분산제 0.01~0.5 중량부로 구성된 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재를 준비하는 단계; 상기 지반을 천공한 후, 심도 깊이 중공의 케이싱을 설치하는 단계; 상기 케이싱 내부에 고무 패커가 결합된 그라우팅 장치를 결합한 후, 상기 고무 패커를 팽창시켜 케이싱에 고정 설치하는 단계; 상기 그라우팅 장치를 통해 1~7kgf/cm2 압축 공기와 함께 상기 그라우트재를 주입하는 단계; 상기 케이싱과 그라우팅 장치를 인양하여 천공 내부의 낮은 심도에서 반복 주입하는 단계; 및

   상기 케이싱과 그라우팅 장치를 제거하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 침투그라우팅공법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 수화 속도를 조절한 그라우트재는 점토, 실트, 모래, 자갈 중 어느 하나 이상의 골재를 1:5~5:1의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 침투그라우팅공법.
6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 수화 속도를 조절한 시멘트 그라우트재와 물 또는 골재가 포함된 수화 속도를 조절한 시멘트와 물을 1:0.3~1:5의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 침투그라우팅공법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 그라우팅 장치는 그라우트재 주입관; 상기 그라우트재 주입관의 중심에 설치된 압축 공기 주입관; 상기 그라우트재 주입관의 전방부 외면을 커버한 상태로 압축에 의해 팽창하는 고무 패커; 상기 그라우트재 주입관의 후방부 외면을 커버한 상태로 상기 고무 패커를 압축하기 위한 유압 실린더; 상기 유압 실린더 내부로 유압을 공급하기 위한 유압 주입관; 및 상기 그라우트재 주입관, 압축 공기 주입관, 유압 주입관과 연결된 슈벨;로 구성된 것을 특징으로 하는 침투 그라우트 공법.
8. 삭제

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