KR100958377B1 - 파일 시공설비의 주입관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약 지반의 지중에 파일을 시공할 때 시멘트 밀크 등과 같은 그라우팅액을 주입하는 관에 관한 것이다.

본 발명은 연약 지반의 천공작업시 파일공 형성을 위한 스크류측에 시멘트 밀크 등과 같은 그라우팅액을 주입할 수 있는 수단을 마련하고, 오거 천공시 및 T4 해머 천공시 파일공 천공작업과 더불어 그라우팅액 주입작업을 일괄적인 공정으로 수행할 수 있는 새로운 그라우팅 작업 형태를 구현함으로써, 파일 시공작업 뿐만 아니라 그라우팅 작업의 효율성을 전반적으로 향상시킬 수 있고, 그라우팅 작업을 위한 인력을 배제할 수 있어 작업의 안전성을 확보할 수 있는 파일 시공설비의 주입관을 제공한다.

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Description

파일 시공설비의 주입관{Injection pipe for pile excution machine}

본 발명은 파일 시공설비의 주입관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연약 지반의 지중에 파일을 시공할 때 시멘트 밀크 등과 같은 그라우팅액을 주입하는 관에 관한 것이다.

일반적으로 토목공사나 건설공사에서 지반을 굴착할 때에는 먼저 굴착하고자 하는 지반에 H-빔을 일정간격으로 박아놓은 다음, 지반을 굴착하면서 서로 마주하는 2개의 H-빔 사이에 각목 등으로 된 토류벽을 설치하는 공법으로 기 굴착된 지층이 붕괴되는 것을 방지하고 있다.

이러한 공법은 H-빔을 지반에 타입할 때 소음공해 및 진동공해 등 각종 공해를 유발시키고 있기 때문에 주거지역이나 산업지역 등 특정지역에서는 그 시공공법 자체가 규제대상이 되고 있다.

따라서, 최근에는 대기오염, 수질오염, 소음, 진동, 등 각종 공해를 정의한 공해대책기본법에 따라 소음규제법, 진동규제법이 제정되었으며, 이에 따라 건설공 사의 분야에서도 무공해공법이 필요하게 되어 시트 파일(Sheet pile)을 박아주는 공법이 개발되고 있다.

상기 파일 공법은 크게 기성(旣成) 파일을 이용하는 공법과, 굴착공에 철근과 시멘트를 주입하여 현장에서 파일을 성형하는 현장타설 파일을 이용하는 공법으로 구분되고, 그 중에서 기성 파일을 이용하는 공법으로는 타설시공법과 굴착시공법이 있다.

상기 타설시공법은 리더(Leader)의 상부에 설치된 로프를 이용하여 중량체의 해머를 상승시켰다가 낙하시키거나, 컴프레서 압축공기를 이용하여 중량체의 해머를 상승시켯다가 하강시켜서 파일을 지반에 타설하는 공법이고, 상기 굴착시공법은 오거(Auger) 머신에 장착된 스크류를 작동시켜 지반을 굴착하여 파일공을 형성시킨 다음, 스크류 로드를 역회전시켜 파일공으로부터 스크류를 빼낸 후에 파일공에 파일을 삽입시키는 공법이다.

한편, 구조물이 시공되어질 지반이 연약지반인 경우에는 그라우팅 보강 공법에 적용되고 있다.

이러한 그라우팅 보강 공법은 연약 지반의 지중에 시멘트 밀크, 시멘트 페이스트나 몰탈 등을 주입하여 파일을 포함하는 파일공 주변을 압밀함으로써, 원주형의 고결체를 형성하여 연약지반을 보강하는 공법이다.

예를 들면, 지반에 파일을 근입시키기 위해 파일공을 천공하고, 계속해서 파일공의 내부에 시멘트 밀크 등과 같은 그라우팅액을 충전한 후에 고강도 콘크리트 말뚝으로 이루어진 파일을 근입시킨다.

이때, 파일공의 내부에 채워져 있는 그라우팅액은 파일의 주변에 고르게 분포되면서 파일공과 파일 간의 틈새를 제거하게 되므로, 파일의 안정적인 위치를 확보할 수 있다.

그러나, 시멘트 밀크 그라우팅 작업시 기존에는 파일공의 천공이 완료되면, 인력을 사용하여 외부 호스를 파일공에 삽입한 다음, 그라우팅액을 주입하는 방식으로 작업을 해왔기 때문에 작업의 효율성이 떨어지고, 주입시간 동안 장비의 가동을 중단해야 되며, 또한 인력을 사용하는 방식이기 때문에 작업자의 안전성 측면에서도 매우 취약한 문제가 있다.

예를 들면, T4 해머 공법 사용시 T4 해머의 천공이 완료된 후, 인력을 사용하여 외부 호스를 천공홀에 삽입한 다음 시멘트 밀크를 주입하는 방식으로서, 주입시간 동안 항타 장비의 가동이 중단되고, 또한 인력을 사용하는 방식이므로 안전에도 문제가 발생될 수 있으며, T4 해머 장착시 T4 해머 내부로 에어 이외의 다른 이물질이 들어가면 T4 해머 장비의 고장이 발생된다.

즉, T4 해머 내의 중공로드가 있으며, 이 중공로드는 스크류의 내부 중공로드를 통하여 오거와 연결되고, 외부의 에어 호수가 공기압축기와 연결이 된다.

그리고, T4 해머 내부는 정밀 기계장치(실린더)로서 에어와 윤활제 역할을 하는 윤활제만이 주입되게 되며, 고압의 압축공기를 이용하여 T4 해머가 작동이 되게 된다.

이때, T4 해머 내부로 시멘트 밀크,토사, 물이 유입이 되면 기계장치의 실린더의 작동을 방해하게 되어 고장의 원인이 된다.

T4 해머는 최초 지면의 천공시부터 작동이 되며, 지지층의 천공이 완료되어도 저압의 공기를 방출하면서 T4 해머를 인양하게 된다.

기존의 방식은 T4 해머의 인양이 완료되면 외부 호스를 삽입 시멘트 밀크를 주입하는 방식이므로, 시멘트 밀크의 주입시 T4 해머의 가동을 중단해야 하는 등 작업면에서 효율성이 떨어진다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연약 지반의 천공작업시 파일공 형성을 위한 스크류측에 시멘트 밀크 등과 같은 그라우팅액을 주입할 수 있는 수단을 마련하고, 오거 천공시 및 T4 해머 천공시 파일공 천공작업과 더불어 그라우팅액 주입작업을 일괄적인 공정으로 수행할 수 있는 새로운 그라우팅 작업 형태를 구현함으로써, 파일 시공작업 뿐만 아니라 그라우팅 작업의 효율성을 전반적으로 향상시킬 수 있고, 그라우팅 작업을 위한 인력을 배제할 수 있어 작업의 안전성을 확보할 수 있는 파일 시공설비의 주입관을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 파일 시공설비의 주입관은 설비측에 설치되어 있는 스크류 본체의 외측 둘레에 나란히 설치되어 주입할 내용물을 공급받는 상측 외부 주입관, 상기 스크류 본체에 조립되는 스크류의 외측 둘레에 설치된 날개부를 관통하면서 스크류 길이방향을 따라 나란하게 아래로 수직 연장되고 상기 상측 외부 주입관측과 연결되면서 공급받은 내용물을 파일공 내에 주입하는 하측 외부 주입관 등을 포함하는 형태로 이루어져서, 파일공 천공작업 후 연속공정으로 시멘트 밀크 등을 주입하는 그라우팅 작업을 효율적으로 수행할 수 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 상측 외부 주입관과 하측 외부 주입관은 커플러를 이용한 나사체결구조로 착탈가능하게 연결하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 상하측 외부 주입관의 경우 스크류 둘레를 따라 90°간격으로 배치되는 4개를 구비하여, 그라우팅 작업시 보다 신속하게 많은 양의 시멘트 밀크 등을 주입할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 파일 시공설비의 주입관은다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째, 파일공 시공작업과 그라우팅 작업을 일괄적인 공정의 형태로 수행할 수 있으므로, 전반적인 작업의 효율성을 높일 수 있다.

둘째, 파일공 천공 후 곧바로 그라우팅액을 주입할 수 있으므로, 전체적인 시공시간을 줄일 수 있다.

예를 들면, 일반 오거 스크류는 주입관이 내부 1개로 구성되어 있어 1개의 주입만 허용되나, 본 발명의 주입관은 내부 1개와 외부 4개로 구성되어 있어 동시에 주입이 가능하므로 주입시간은 절반으로 감소할 수 있으며, 결국 일반 오거 천공시 시멘트 밀크 주입의 시간을 절반으로 줄일 수 있다.

그리고, T4 해머 천공시 천공 완료 후 스크류를 인양하면서 동시에 시멘트 밀크 주입이 가능하므로 시공시간을 대폭절감할 수 있다.

셋째, 그라우팅 작업시 별도의 인력없이 파일공 천공 후 곧바로 시멘트 밀크의 주입이 이루어지므로 작업자의 수고를 덜 수 있을 뿐만 아니라 안전사고의 우려 를 말끔히 해소할 수 있다.

넷째, T4 해머 천공시 분진의 발생을 억제할 수 있다.

즉, 스크류 최하단에 분사용 노즐을 장착하여 물을 분사하면, 최종 타격부위에서 발생하는 분진을 물분사로 억제할 수 있고, 따라서 지상까지 분진이 올라오지 않게 할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 시공설비 주입관을 나타내는 사시도와 단면도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 주입관은 파일 시공을 위한 파일공 천공작업과 연계하여 그라우팅 작업을 연속 수행할 수 있는 장치로서, 이 장치를 이용하면 종전과 같이 파일공 천공 후 별도의 외부 호스를 이용하여 인력으로 그라우팅 작업을 수행했던 비효율적인 부분을 해소할 수 있다.

예를 들면, 오거 스크류를 이용한 파일공 천공 후, 또는 T4 해머를 이용한 파일공 천공 후에 곧바로 스크류측에 마련되어 있는 주입관을 통해 파일공에 시멘트 밀크 등의 그라우팅액을 주입함으로써, 작업의 연속성을 확보할 수 있고 별도의 인력없이도 그라우팅 작업을 수행할 수 있는 등 전체적인 시공작업의 효율성을 높일 수 있다.

이를 위하여, 상기 주입관은 상측 외부 주입관(11)과 하측 외부 주입관(13) 으로 구성되고, 이때의 상하측 외부 주입관(11)은 커플러(14)를 이용하여 서로 착탈가능한 형태로 연결되며, 이에 따라 외부로부터 공급되는 내용물, 예를 들면 그라우팅 작업을 위한 시멘트 밀크, 분진발생 억제를 위한 용수, 기타 에어 등과 같은 내용물이 상측 외부 주입관(11)을 거쳐 하측 외부 주입관(13)으로 보내져 주입될 수 있다.

상기 상측 외부 주입관(11)은 오거 머신 등의 설비측에 설치되어 있는 스크류 본체(10)의 둘레에서 이와 나란하게 수직 설치되고, 그 상단부는 내용물 공급을 위해 스크류 본체(10)가 관통되면서 오거 머신 본체측에 설치되어 있는 내용물 저장통(19)에 연결된다.

이에 따라, 후술하는 주입 호스(130)를 통해 공급되는 내용물은 내용물 저장통(19) 내에 일정량 채워진 후에 상측 외부 주입관(11)으로 보내질 수 있고, 계속해서 하측 외부 주입관(13)으로 보내질 수 있다.

또한, 상기 상측 외부 주입관(11)은 하측 외부 주입관(13)과의 연결을 위한 수단으로 하단부에 마련되는 나사부(18a)를 포함한다.

이러한 상측 외부 주입관(11)은 스크류 본체(10)의 외주면에 용접 등의 방법에 의해 고정 지지될 수 있다.

상기 하측 외부 주입관(13)은 시멘트 밀크 등의 내용물을 파일공 내에 직접 주입하는 부분으로서, 스크류(12)의 하단부까지 나란히 길게 연장되는 일정길이의 파이프 형태로 이루어져 있다.

이러한 하측 외부 주입관(13)은 스크류(12)가 갖는 날개부(15)를 관통하는 형태로 설치되며, 이때의 날개부 관통부위가 용접되므로서 스크류(12)측에 일체 고정되는 동시에 스크류(12)의 회전시 함께 회전될 수 있게 된다.

이때의 하측 외부 주입관(13)의 경우에도 위와 마찬가지로 스크류(12)의 외주면에 용접 등의 방법에 의해 고정 지지될 수 있다.

이때의 하측 외부 주입관(13)은 다수 개가 구비되는데, 바람직하게는 스크류 둘레를 따라 90°간격으로 배치되는 4개가 구비되고, 4개의 파이프를 통해 내용물이 동시에 주입되므로서, 내용물 주입시간을 대폭 줄일 수 있고, 파일공 전체 공간에 걸쳐 골고루 내용물을 주입할 수 있다.

물론, 상기 하측 외부 주입관(13)과 연결되는 상측 외부 주입관(11)의 경우에도 4개를 구비하여 서로 일대일로 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 상하측 외부 주입관(11),(13)의 연결을 위하여 하측 외부 주입관(13)에는 나사부(18b)를 갖는 커플러(14)가 구비된다.

이때의 커플러(14)는 하측 외부 주입관(13)의 상단부분에 동심원상으로 끼워지는 형태로 조립되고, 주입관 상단부분에 있는 위아래의 플랜지(17) 사이에 끼움 위치되어 주입관으로부터 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

이에 따라, 스크류 본체(10)측에 스크류(12)를 조립할 때, 하측 외부 주입관(13)에 있는 커플러(14)의 나사부(18b)를 상측 외부 주입관(11)의 나사부(18a)에 체결하면 상하측 외부 주입관(11),(13)이 서로 연결될 수 있고, 또 필요에 따라 커플러(14)를 풀고 상하측 외부 주입관(11),(13)을 분리시킬 수도 있다.

이때의 커플러 연결부위에는 패킹 등의 실링부재를 개재하여 기밀을 확보하 는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 하측 외부 주입관(13)의 날개부 관통부위 둘레에는 대략 "V"자 형태로 이루어져 스크류(12)의 외주면 및 날개부(15)에 용접 등으로 고정되는 주입관 보호대(16)가 구비된다.

이렇게 하측 외부 주입관(13)이 주입관 보호대(16)에 의해 둘러싸이게 되므로서, 오거 스크류를 이용한 천공작업시 흙이나 돌 등의 이물질들은 스크류(12)의 날개부(15)를 타고 외부로 배출될 때, 이물질들로부터 주입관을 보호할 수 있고, 또 이물질들이 그 배출 흐름에 간섭을 받지 않고 원활히 배출될 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 시공설비 주입관의 설치상태를 나타내는 개략도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 파일공 시공설비(100)의 상부 오거(110)에 스크류 본체(10)가 조립되고, 실질적으로 파일공을 굴착하는 스크류(12)는 스크류 본체(10)의 하단부에 조립된다.

그리고, 상하측 외부 주입관(11),(13)으로 구성되는 주입관(120)은 스크류 본체(10) 및 스크류(12)를 따라 나란하게 하단부까지 연장 위치된다.

또한, 상기 주입관(120)의 상단부, 즉 상측 외부 주입관(11)의 상단부에는 시멘트 밀크, 용수, 에어 등의 내용물 공급을 위한 주입 호스(130)가 연결된다.

여기서, 상기 주입관으로 내용물을 공급하는 수단으로서, 위에서 일 예로 들은 주입 호스 이외에 외부에서 제공되는 일정량의 내용물을 담아놓을 수 있는 케이스 형태의 주입장치를 별도로 구비하고, 이때의 주입장치에 주입관을 연결하여 사 용하는 형태도 가능하다.

이에 따라, 오거 스크류를 이용하여 파일공을 천공하거나, 또는 T4 해머를 이용한 항타방식으로 파일공을 천공하는 경우, 주입관(120)은 천공작업을 수행하는 스크류(12)와 함께 파일공 내로 진입하고, 소정의 작업이 완료된 후에 시멘트 밀크 등의 내용물을 주입하게 되는 것이다.

따라서, 이와 같이 구성되는 주입관의 사용상태에 대한 일 예를 살펴보면 다음과 같다.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 시공설비 주입관의 사용상태를 나타내는 개략도이다.

도 5a 내지 도 5e에 도시한 바와 같이, 여기서는 오거 머신에 구비되어 있는 스크류로 지반을 굴착하여 파일공을 형성시킨 후, 스크류를 파일공으로부터 빼낸 다음, 연약지반에 대한 그라우팅 작업과 파일공에 파일을 삽입하는 굴착시공법을 보여준다.

먼저, 오거 머신의 스크류(12)를 작동시켜 지반에 파일공(140)을 형성한다(도 5a,5b).

다음, 파일공(140)이 형성되면 스크류(12)를 파일공(140)으로부터 빼내고, 이렇게 스크류(12)를 빼내는 과정에서 시멘트 밀크(160)가 파일공(140) 내에 주입된다(도 5c).

즉, 주입관(120)에 연결되어 있는 주입 호스(130)를 통해 외부로부터 제공되는 시멘트 밀크(160)가 주입관(120)을 통해 파일공(140) 내에 주입된다.

다음, 파일공(140)으로부터 스크류(12)가 완전히 빠져나온 상태에서 파일공(140)의 내부는 시멘트 밀크(160)로 완전히 채워지게 된다(도 5d).

다음, 시멘트 밀크(160)가 채워져 있는 파일공(140)에 선(先) 제작된 파일(150)을 삽입하면(도 5e), 이때의 시멘트 밀크(160)는 파일(150)의 주변에 고르게 분포되고, 계속해서 파일(150)과 파일공(140) 간의 틈새를 제거하면서 파일(150)이 안정적인 위치를 갖도록 유도하게 되며, 이로써 파일 시공을 위한 공정이 완료될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 오거 스크류에 주입관을 마련하여 그라우팅 작업을 위한 시멘트 밀크 주입 작업을 연속공정으로 수행함으로써, 종전과 같이 별도의 호스를 통해 인력으로 주입하던 비효율적인 부분을 크게 개선할 수 있으며, 따라서 시멘트 밀크 그라우팅 작업의 전반적인 작업 공정을 효과적으로 수행할 수 있다.

그리고, 4개의 외부 주입관을 이용하여 시멘트 밀트 주입이 동시에 이루어지므로, 그라우팅 작업을 신속하게 마칠 수 있는 등 전반적인 공기를 대폭 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 시공설비 주입관을 나타내는 사시도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 시공설비 주입관을 나타내는 단면도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 시공설비 주입관에서 하측 외부 주입관을 나타내는 평면도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 시공설비 주입장치의 설치상태를 나타내는 개략도

도 5a,5b,5c,5d,5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 시공설비 주입장치의 사용상태를 나타내는 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스크류 본체 11 : 상측 외부 주입관

12 : 스크류 13 : 하측 외부 주입관

14 : 커플러 15 : 날개부

16 : 주입관 보호대 17 : 플랜지

18a,18b : 나사부 19 : 내용물 저장통

Claims (6)

1. 설비측에 설치되어 있는 스크류 본체(10)의 둘레에 나란히 설치되어 주입할 내용물을 공급받는 상측 외부 주입관(11)과, 상기 스크류 본체(10)에 조립되는 스크류(12)의 날개부(15)를 관통하면서 스크류(12) 길이방향을 따라 나란하게 아래로 수직 연장되고 상기 상측 외부 주입관(11)측과 연결되면서 공급받은 내용물을 파일공 내에 주입하는 하측 외부 주입관(13)을 포함하며, 파일공 천공작업 후 연속공정으로 내용물을 주입하는 그라우팅 작업을 수행할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 파일 시공설비의 주입관.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 하측 외부 주입관(11)은 상단부에 장착되어 있는 커플러(14)를 이용하여 상측 외부 주입관(11)과 나사체결구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 파일 시공설비의 주입관.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 하측 외부 주입관(13)의 날개부 관통부위 둘레에는 주입관 보호대(16)가 구비되는 것을 특징으로 하는 파일 시공설비의 주입관.
5. 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 4중 어느 한 항에 있어서, 상기 상하측 외부 주입관(11),(13)은 스크류 둘레를 따라 90°간격으로 배치되는 4개로 이루어진 것을 특징으로 하는 파일 시공설비의 주입관.
6. 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 4중 어느 한 항에 있어서, 상기 상하측 외부 주입관(11),(13)을 통해 주입되는 내용물은 시멘트 밀크, 용수, 에어 중의 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 파일 시공설비의 주입관.

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