KR100968656B1 - 다수의 리프트를 구비하는 압축된 교대를 형성하기 위한방법 및 장치 - Google Patents

다수의 리프트를 구비하는 압축된 교대를 형성하기 위한방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 명세서에서는 하나 또는 다수의 압축 골재 리프트를 토양 기반 내에 갖는 지지 교대를 형성하는 방법 및 장치가 개시된다. 여기서 상기 장치는 상기 토양 기반 내로 밀어 넣어지는 하단부 부재 또는 구근 선단부를 구비하는 수직의 중공 튜브를 포함한다. 상기 중공 튜브는 상기 튜브가 점진적으로 상승할 때 상기 튜브의 하단부 부재로부터 골재를 방출하기 위한 메커니즘을 포함한다. 동일한 중공 튜브가 방출된 골재를 압축하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 프로세스는 교대를 구성하는 일련의 압축된 리프트를 형성하기 위하여 반복된다.
교대, 골재, 하단부 부재

Description

다수의 리프트를 구비하는 압축된 교대를 형성하기 위한 방법 및 장치 {APPARATUS AND METHOD FOR FORMING COMPACTED PIERS WITH MULTIPLE LIFTS}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2003. 10. 23. 에 출원된 미국 가출원 제60/513,755호 "토양 기반 내에 형성된 연속적인 리프트(lift)로부터 지지 교대를 건축하기 위한 장치 및 방법" 과 2004. 2. 12. 에 출원된 미국 특허 출원 제10/728,405호 "토양 기반 내에 형성된 연속적인 리프트로부터 지지 교대를 건축하기 위한 장치 및 방법" 으로부터 유도되었으며 상기 출원의 내용을 본 명세서에 참조시키고 있으며, 이를 기초로 우선권을 주장한다.

원리적인 측면에 있어서, 본원발명은 골재로 이루어진 하나 이상의 압축된 리프트(compacted lift)로 이루어진 지지 교대를 건설하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 교대에 인접한 토양을 강화시키는 동시에 토양 기반 내에 하나 또는 다수 리프트의 교대를 건축하거나 형성할 수 있게 한다. 따라서, 상기 장치는 중공 튜브를 토양 기반 속으로 밀어 넣음으로써 토양 기반 내에 공동을 형성하고, 이후 튜브 장치를 들어 올리고, 튜브 장치를 통하여 상승된 튜브 장치 하부의 공동부에 골재를 주입하고, 이후 골재를 압축하도록 튜브 장치를 하방으로 구동시킴과 동시에 골재를 토양 기반 내부로 측방향으로 압착한다.

본 명세서에 참조된 미국 특허 제5,249,892호에서는, 짧은 골재 교대를 제위치(in situ)에 건축하기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이러한 프로세스는 토양 기반 내에 공동을 드릴로 뚫는 과정 및, 이후 구조물에 대한 지지를 제공할 수 있는 교대를 형성하기 위하여 골재의 연속적인 층이나 리프트를 공동 내에 유입시켜 압축하는 과정을 포함한다. 이러한 교대는 토양 기반 내에 구멍이나 공동을 드릴로 뚫고, 이후 드릴을 제거하고, 이후 비교적 작은 분리된 골재층을 공동 내에 배치시키고, 이후 기계적 탬퍼(tamper)에 의하여 공동 내의 골재 층을 래밍(ramming)하거나 탬핑(tamping)함으로써 제조된다. 기계적인 탬퍼는 통상적으로 각각의 층이 압축된 후에 제거되며, 이후 추가적인 골재가 다음의 압축된 층이나 리프트를 형성하기 위하여 공동 내에 배치된다. 교대 형성 과정 동안 압축된 골재의 층 또는 리프트는 통상적으로 2 내지 3 피트의 지름과 약 12 인치의 수직 높이를 갖는다.

이와 같은 장치 및 프로세스는 구조체를 지지하기에 유용한 견고하고 효과적인 지주 또는 교대를 생산한다. 그러나 이러한 교재의 건축 방법은, 교대 형성 프로세스가 경제적으로 달성될 수 있는 깊이와 프로세스가 실행될 수 있는 속도와 관련하여 제약이 있다. 또 다른 제약은 어떠한 형태의 토양, 특히 모래 토양에서는 공동 드릴 또는 형성 과정 동안 함몰이 발생할 수 있으며 강철 파이프 케이싱과 같은 임시 케이싱의 사용을 필요로 한다는 것이다. 임시 강철 케이싱의 사용은 교대 생산을 상당히 늦추게 되어 교대 생산 비용을 증가시키게 된다. 따라서, 통상적으로 상기 미국 특허 US 5,249,892호에 개시된 프로세스는 제한된 토양 형태에서 약 25 피트 이하의 깊이로 형성해야 한다는 제약을 받는다.

결과적으로 상기 미국 특허 US 5,249,892호에 개시된 짧은 골재 교대 방법, 장치 및 건축과 관련된 장점 및 특징을 가지면서도 더 큰 깊이로, 더 큰 설치 속도로, 그리고 드릴 가공시 불안정한 모래나 다른 토양에서 임시 케이싱을 필요로 하지 않을 뿐만 아니라 추가적인 장점을 갖는 교대 건축 프로세스 및 관련 기계적 장치에 대한 필요성이 증대되어 왔다.

간략히, 본원발명은, 첨가제 없이 또는 첨가제를 구비하여, 골재의 성형된 리프트나 하나 이상의 층으로 형성된 교대의 설치 방법을 포함하며, 특정한 형상의 하단부 부재 및 독특한 튜브 형상을 갖는 긴 중공 튜브를 토양 기반 내로 밀어 넣거나 누르거나 또는 위치시키는 단계, 하단부 부재를 포함하는 중공 튜브에 골재 재료를 채우는 단계, 토양 기반 내에 형성된 공동에서 소정의 점진적 거리로 중공 튜브가 상승함에 따라 하단부 부재로부터 소정 체적의 골재 재료를 방출하는 단계, 및 이후 중공 튜브의 하단부를 통해 방출된 골재 재료의 상단부로 에너지를 전달하여 골재 재료의 리프트를 압축하고 골재 재료를 공동의 측벽으로 횡축방향 또는 측방향으로 밀어 넣기 위하여 중공 튜브 및 전용 하단부 부재 상에 축방향의 정적 벡터 하중 및 선택적으로 동적 벡터 하중을 가하는 단계를 포함한다. 축방향 또는 수직방향 벡터 하중 및 선택적으로 동적 벡터 하중을 가하여 밀어 넣는 단계가 뒤따르는 전용 하단부 부재를 구비하는 중공 튜브의 상승 단계는 충격시 중공 튜브에 의하여 공동의 측벽으로부터 차폐되지 않는 골재 재료를 밀착시켜, 골재 재료를 압축하거나 치밀하게 할 뿐만 아니라 골재 재료 및 토양 기반 상의 측방향 하중에 의하여 골재 재료를 측방향 바깥쪽으로 밀어내 토양 기반으로 밀어 넣는다. 따라서, 압축된 골재 재료는 "리프트(lift)"를 형성하여 교대 구조가 하나 이상의 리프트에 의해 형성되게 하며, 이러한 리프트는 일반적으로 중공 튜브 및 하단부 부재에 의해 형성된 공동의 측방향 치수나 지름보다 더 큰 측방향 치수나 지름을 갖는다.

골재 재료는 전용 하단부 부재가 상승함에 따라, 바람직하게는 소정의 증가 방식에 따라, 중공 튜브의 전용 하단부 부재로부터 먼저 공동의 하부 위로 그리고 프로세스에 의해 공동 및 인접한 토양 기반 내에 형성된 연속적인 각각의 교대 리프트의 상부 위로 방출된다. 중공 튜브로부터 방출된 골재 재료는, 중공 튜브가 들어 올려져 공동의 일부를 노출시키고 동시에 노출된 부분으로 골재 재료를 방출한 후에 중공 튜브 및 전용 하단부 부재에 의해 전달되는 압축 하중에 의하여 압축된다. 이후 중공 튜브는 골재를 압축시키고 또한 토양 기반 내부로 골재를 측방향으로 밀기 위하여 하방으로 밀어 넣어진다. 이로써 골재 재료는 소정의 연속적인 증가분 또는 리프트로 압축된다. 이러한 프로세스는 공동의 전체 길이나 깊이를 따라 지속적으로 반복되어 개별적으로 압축된 리프트 또는 층의 골재 교대나 지주(column)가 토양 기반 내에 형성되게 된다. 40 피트 이상의 길이를 갖는 교대가 이와 같은 방식에 의하여 비교적 짧은 시간 안에 토양으로부터 중공 튜브를 제거함이 없이 건축될 수 있다. 또한 이에 따른 교대는 일반적으로 중공 튜브의 횡단면 지름보다 큰 횡단면 지름을 갖는다.

채석장으로부터의 또는 재생되거나 분쇄된 콘크리트로부터의 다양한 타입의 분새된 돌을 포함하는 다양한 타입의 골재가 본 프로세스를 실시하는데 사용될 수 있다. 첨가제로는 물, 건식 시멘트(dry cement), 또는 물-시멘트 모래-반죽, 프라이 애시(fly-ash), 소석회(hydrated lime) 또는 생석회(quicklime) 등과 같은 반죽(grout)을 포함하거나, 또는 형성된 교대의 공학적 특성이나 하중 용량을 향상시키는 첨가제라면 어떠한 첨가제라도 사용될 수 있다. 또한, 이러한 물질들의 화합물도 프로세스에서 사용할 수 있다.

전용 하단부 부재를 구비하는 중공 튜브는, 선단부의 전용 하단부 부재를 갖는 중공 튜브에 축방향 또는 수직방향 정적 벡터 하중 및 선택적으로 이에 동반하는 동적 벡터 하중을 가하여 토양 내부로 밀어 넣는 작업 및 수직방향으로 진동시키거나 수직방향으로 래밍(ramming)시키는 작업 중 하나 이상의 작업을 통해 토양 기반 내에 위치할 수 있게 된다. 전용 하단부 부재를 구비하는 중공 튜브를 최초로 밀어 넣는 작업, 누르는 작업, 및 진동시키는 작업 중 하나 이상의 작업에 의해 배출되는 토양은 일반적으로 사전에 존재하는 토양 기반 내부를 향해 측방향으로 이동하여 압축될 뿐만 아니라 아래방향으로도 압축된다. 단단하거나 조밀한 층의 토양이 나타나게 되면, 중공 튜브 및 전용 하단부 부재가 그 안으로 위치되어 구동되는 공동 또는 통로를 형성하도록, 드릴 또는 사전 드릴 작업(pre-drilling)에 의하여 이러한 층을 뚫을 수 있다.

중공 튜브는 통상적으로 구근의(bulbous) 하단부 부재를 구비하는 균일한 지름의 튜브로 제조되며, 하단부 부재 내에 또는 근방에 내부 밸브 메커니즘을 포함하거나 하단부 부재의 하부 단부에 밸브 메커니즘을 포함할 수 있다. 중공 튜브는 일반적으로 튜브의 상부 섹션을 따라 일정하고 균일하며 작은 지름을 갖는 원통형이다. 중공 튜브의 구근 또는 큰 외부 지름의 단부(즉, 하단부 부재)는 중공 튜브와 일체로 형성되거나 또는 별도로 형성되어 더 작은 지름의 중공 튜브의 하부 단부에 부착될 수 있다. 즉, 하단부 부재도 역시 일반적으로 원통형이며, 통상적으로 중공 튜브의 나머지 부분보다 더 큰 외부 지름이나 외부 횡단면 프로파일을 가지며, 중공 튜브의 중심 축에 대해서 동심적(concentric)이다. 하단부 부재의 선단부는 토양 기반으로 침투해 들어가는 것을 용이하도록 또한 중공 튜브로부터 배출된 골재 재료 및 주변 토양에 원하는 벡터 하중을 전달하도록 형성되어 있다. 더 적은 외부 지름의 중공 튜브 섹션으로부터 하단부 부재로의 전이부는 절두원추형(frustoconical) 형상을 포함한다. 마찬가지로, 하단부 부재의 하부도 토양 침투 및 압축을 용이하게 하기 위하여 절두원추형 또는 원추형 형상을 갖는다. 하단부 부재의 선단부는 희생 캡(sacrificial cap)을 포함할 수도 있는데, 이러한 희생 캡은 중공 튜브를 토양 내에 처음 배치시킬 때에 토양이 중공 튜브로 유입되는 것을 방지하며 토양 기반으로 침투한다. 이후 희생 캡은 중공 튜브가 처음으로 상승함에 따라 단부 통로를 노출시키기 위하여 중공 튜브의 단부로부터 배출되며, 이로써 골재 재료가 중공 튜브의 상승으로 인한 공동 내부로 유입되게 된다.

대안적으로, 또는 추가적으로, 하단부 부재의 선단부는 중공 튜브 및 하단부 부재가 초기에 토양 기반을 뚫고 들어가는 동안에는 폐쇄되나 상승시에는 골재를 배출시키기 위하여 개방되는 기계적 밸브를 구비하는 배출 통로를 포함할 수 있다. 초기의 토양 기반 침투를 용이하게 하고 ,중공 튜브의 상승시 골재 재료를 방출시키며, 연속적인 리프트를 압축시키도록 선단부 또는 하단부 부재와 공동으로 벡터 하중을 전달하기 위하여, 다른 타입의 선단부 밸브 메커니즘 및 형상이 사용될 수 있다.

또한, 본원발명의 장치는, 하중 테스트(during loading testing)와 같이 형성된 교대 하부의 하중에 대한 움직임을 측정하기 위하여 텔-테일 메커니즘(tell-tale mechanism) 뿐만 아니라 형성된 교대 내에 융기 앵커(uplift anchor) 부재를 위치시키기 위한 수단을 포함할 수 있다. 이와 같은 보조적 형상이나 수단은 교대를 형성하는 동안에 중공 튜브를 통해 도입된다.

따라서, 본원발명의 목적은, 첨가제를 구비하거나 구비하지 않고 더 깊이 연장하는 압축된 골재 교대를 형성하는데 유용한 특별한 구성의 하단부 부재를 구비하는 중공 튜브를 제공하는 것이며, 또한 공지된 짧은 골재 교대 기술에 의해 통상적으로 실행되거나 가능한 깊이보다 더 깊이 연장하는 교대를 형성하는 향상된 방법을 제공하는 것이다.

본원발명의 또 다른 목적은 교대 형성 과정 동안, 특히 모래 토양과 같이 함몰되기 쉬운 토양에 있어서 임시 강철 케이싱의 사용을 필요로 하지 않는, 압축된 골재의 교대를 형성하기 위한 향상된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본원발명의 또 다른 목적은 석재의 혼합, 물의 첨가, 건식 시멘트의 첨가, 시멘트성 반죽의 첨가, 물-시멘트-모래의 첨가, 플라이 애시(fly-ash)의 첨가, 소석회 또는 생석회의 첨가, 및 토양 기반, 골재 재료, 및 형성된 교대의 공학적 특성을 향상시킬 수 있는 다른 타입의 첨가제의 첨가와 같은 다수의 선택적인 첨가제를 포함하는 압축된 골재 재료의 교대를 형성하기 위한 향상된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본원발명의 또 다른 목적은 여러 타입의 토양에 설치될 수 있으며 공지된 골재 교대 구조보다 더 깊이 더 빠른 속도로 형성될 수 있는 골재 재료 교대 구조를 제공하는 것이다.

본원발명의 또 다른 목적은 압축된 멀티-리프트(multi-lift) 교대나 하나의 리프트와 같이 적은 수의 리프트로 이루어진 교대를 빠르고 효과적으로 건축하는데 유용한 교대 형성 장치를 제공하는 것이다.

본원발명의 이러한 목적 및 여타의 목적, 장점, 및 특징은 이하의 상세한 설명에 의해 제공될 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본원발명에서는, 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치로서, 종방향 축, 상부 단부, 개방된 하부 단부, 제1 외부 표면 지름을 가지는 신장된 중공 튜브, 및 상기 개방된 하부 단부에 위치하며 상기 제1 외부 표면 지름보다 큰 제2 외부 표면 지름을 갖으며 상기 중공 튜브를 하강시킬 때 축방향 및 횡축방향 응력 성분의 조합을 제공하도록 구성된 단일의(unitary) 성형된 하단부 부재; 및 하단부 부재 캡; 을 서로 결합하여 포함하고; 상기 상부 단부를 통해 물질이 유입되고 상기 하부 단부를 통해 물질이 배출되며, 상기 하단부 부재는 상기 중공 튜브의 단일한 부착물을 구성하며, 상기 하단부 부재는 선단부 및 후단부를 구비하고, 상기 선단부는 상기 하단부 부재 외부 표면과 상기 선단부의 하부 방출 개구부 사이에 절두원추형(frustoconical)의 형상을 구비하고, 상기 후단부가 절두원추형의 형상을 구비하며, 상기 하단부 부재 캡은 상기 하부 방출 개구부를 덮으며, 상기 중공 튜브 및 상기 캡을 구비하는 상기 하단부 부재는 토양 기반 내에 공동을 형성하기 위하여 상기 캡 및 상기 하단부 부재와 함께 상기 중공 튜브가 토양 기반 내부로 하강할 때 토양을 이동시키기 위하여 토양 기반 내에 삽입되도록 형성되며, 상기 캡은 상기 하부 방출 개구부를 통해서 상기 중공 튜브와 하단부 부재에 의하여 공동화(vacated)된 상기 공동의 일부로 물질을 유동시키기 위하여 상기 중공 튜브가 상기 공동으로부터 후속적으로 상승될 때 상기 하부 방출 개구부로부터 부분적으로 또는 완전히 제거될 수 있으며, 상기 하단부 부재는 상기 중공 튜브가 토양 기반으로 들어가거나 토양 기반으로부터 나올 때 상기 중공 튜브 상의 마찰력을 감소시키기 위하여 상기 중공 튜브의 횡단면 형상 및 크기보다 더 큰 횡단면 형상 및 크기를 갖는, 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치를 제공한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 유체 물질을 중공 튜브로 향하게 하기 위한 유체 공급 수단과, 골재 재료를 상기 중공 튜브의 상부 단부로 공급하기 위한 고체 물질 공급 수단을 더 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 중공 튜브가 원형의 내부 횡단면을 가지며, 상기 중공 튜브로 골재 재료 물품(item)을 공급하기 위하여 상기 상부 단부에 연결되는 골재 공급 수단을 더 포함하며, 상기 중공 튜브의 내부 지름의 최소 크기가 상기 중공 튜브의 골재 재료의 가장 큰 물품(item)의 최대 크기의 약 4.0 배 이상이다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 중공 튜브로 유체 물질을 공급하기 위하여 중공 튜브 단부에 있는 개구부를 통하여 중공 튜브에 연결되는 하나 이상의 보조 공급 튜브를 더 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 중공 튜브로 물질을 공급하기 위한 호퍼 및 상기 중공 튜브로 액체 물질을 공급하기 위하여 상기 호퍼에 연결되는 하나 이상의 보조 공급 튜브를 더 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 중공 튜브 내에 있는 유체 물질을 상기 하단부 부재 위의 중공 튜브로부터 중공 튜브 외부의 토양 기반과 중공 튜브 사이에 형성된 환형 공간으로 유동시키기 위하여, 상기 하단부 부재 위의 중공 튜브 내에 반죽 배출용 개구부를 더 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 중공 튜브의 상부 단부에 연결되는 호퍼 공급 수단을 더 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 호퍼 및 상기 호퍼를 상기 중공 튜브에 연결하는 하나 이상의 분리 댐퍼를 더 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 중공 튜브 상에 아래방향으로 향하는 하중을 제공하기 위하여 상기 중공 튜브에 연결되는 하중 메커니즘을 더 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는,
아래 방향으로 향하는 정적 축방향 하중을 제공하기 위하여 상기 중공 튜브에 연결되는 하중 메커니즘을 더 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 연직 왕복 하중, 연직 진동 동적 축방향 하중, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하중을 상기 중공 튜브 상에 제공하기 위한 하중 메커니즘을 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 캡이 희생 캡을 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 희생 캡이, 형성된 교대 부재의 하부에 유지될 수 있도록 횡축방향 플레이트 부재를 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 캡이 상기 횡축방향 플레이트 부재와 결합하는 하나 이상의 축방향 로드(rod)를 더 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 하단부 부재 및 중공 튜브 각각이 균일한(uniform) 원통형 횡단 프로파일을 갖는다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 하나 이상의 상기 로드가 형성된 교대의 하부로부터 지표면 높이 위로 축방향으로 연장한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 캡이 상기 하부 방출 개구부를 개폐하기 위한 메커니즘을 포함하여, 개방시에는 상기 하부 방출 개구부로부터 물질이 유동하도록 하고 폐쇄시에는 상기 하부 방출 개구부로부터 물질이 유동하는 것을 차단한다.
본원발명에 따른 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치는, 상기 선단부가 상기 공동 내의 골재를 압축하기 위하여 에너지 전달 표면을 제공한다.
또한 본원발명에서는 토양 기반에 교대를 형성하는 방법으로서, a) 개방된 상부 단부를 갖는 중공 튜브 및 상기 중공 튜브를 선택적으로 폐쇄하는 폐쇄 메커니즘을 구비하는 개방된 하단부 부재에 하중을 가함으로써 토양 기반 내에 종방향 축 및 하부를 갖는 신장된 공동을 형성하는 단계로서, 여기서 상기 하단부 부재는 상기 토양 기반 상에 축방향 및 횡축방향 벡터 하중을 제공하도록 형성되고, 상기 폐쇄 메커니즘은 상기 공동을 형성하는 동안에 상기 하단부 부재로부터의 물질 배출이 폐쇄되도록 유지하는, 신장된 공동 형성 단계; b) 상기 중공 튜브를 상기 공동 내에서 상승 높이로 상승시키는 단계; c) 상기 중공 튜브가 상승되는 동안 상기 폐쇄 메커니즘을 개방시키는 단계; d) 상기 중공 튜브의 하단부 부재를 통하여, 상기 중공 튜브를 상기 상승 높이로 상승시킴으로써 노출되는 공동의 일부로 골재를 공급하는 단계; 및 e) 상기 중공 튜브가 하강할 때 상기 성형된 하단부 부재로부터 골재 상에 축방향 및 횡축방향 하중을 가하여 상기 공동 내의 골재를 압축하는 단계를 포함하는, 토양 기반에 교대를 형성하는 방법을 제공한다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 중공 튜브가 초기에 상기 토양 기반 내로 소정의 거리만큼 밀어 넣어진다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 단계 b)의 상승 높이가 미리 정해진 거리이다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 단계 b) 내지 단계 e) 를 반복하는 단계를 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 압축 단계 이전에 상기 폐쇄 메커니즘을 폐쇄하는 단계를 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 골재의 유동을 용이하게 하기 위하여, 골재와 함께 액체 물질을 별도로 공급하는 추가 단계를 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 액체 물질이 물, 시멘트성 반죽, 벤토나이트, 시멘트, 플라이 애시, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 중공 튜브가 균일한 내부 횡단면을 갖는다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 하단부 부재가 상기 중공 튜브의 나머지 부분의 외부 횡단면보다 더 큰 외부 횡단면을 갖는다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 중공 튜브를 구동하고 골재를 압축하도록 하기 위하여 상기 중공 튜브 상에 정적 하중을 제공하는 단계를 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 중공 튜브를 구동하고 골재를 압축하도록 하기 위하여 상기 중공 튜브 상에 동적 축방향 하중을 제공하는 단계를 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 단계 c) 내지 e) 를 반복하는 단계를 포함한다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 상승 높이가 형성될 교대의 높이와 동일하다.
본원발명에 따른 토양 기반에 교대를 형성하는 방법에서는, 상기 상승 높이가 형성될 교대의 높이보다 작다.
또한 본원발명에서는, 토양 기반 내에 토양 강화 교대를 건축하기 위한 장치로서, 종방향 축, 상부 단부, 개방된 하부 단부를 갖는 신장된 중공 튜브; 를 포함하고, 상기 상부 단부를 통해 물질이 유입되고 상기 하부 단부를 통해 물질이 배출되며, 상기 하부 단부의 외부 횡단면은 이에 인접한 중공 튜브의 외부 횡단면보다 더 커서 상기 중공 튜브의 구근 섹션을 형성하고, 상기 구근 섹션의 외부 횡단면 형상 및 크기는 상기 구근 단부에 인접한 중공 튜브의 외부 횡단면 형상 및 크기보다 더 크며, 상기 구근 단부는 물질 상으로 하방 이동시 축방향 및 횡축방향 하중을 가하도록 형성된 표면을 갖는, 토양 기반 내에 토양 강화 교대를 건축하기 위한 장치를 제공한다.
또한 본원발명에서는 토양 기반 내에 토양 강화 교대를 건축하기 위한 장치로서, 종방향 축, 상부 단부, 개방된 하부 단부를 갖는, 원통형의 신장된 중공 튜브; 및 상기 하부 단부에 부착되며, 상기 종방향 축과 동축으로 관통하는 통로를 구비하는 성형된 하단부 부재; 를 서로 결합하여 포함하고, 상기 상부 단부를 통해 물질이 유입되고 상기 하부 단부를 통해 물질이 배출되며, 상기 하단부 부재가 방출 개구부를 구비하고, 상기 방출 개구부가 이로부터 제거될 수 있는 캡을 구비하며, 상기 중공 튜브 및 상기 하단부 부재는 토양 기반 내에 공동을 형성하기 위하여 상기 하단부 부재 및 상기 중공 튜브가 토양 기반 내부로 하강할 때 토양을 이동시키기 위하여 토양 기반 내에 삽입되도록 형성되며, 상기 캡은 상기 중공 튜브가 상기 형성된 공동의 바닥으로부터 후속적으로 상승될 때 상기 하단부 부재의 방출 개구부로부터 제거될 수 있으며, 상기 종방향 축을 가로지르는 상기 하단부 부재의 횡단면적이 상기 종방향 축을 가로지르는 상기 중공 튜브의 횡단면적보다 크며, 상기 하단부 부재의 상기 방출 개구부에 인접하는 부분은, 토양 기반으로 하강될 때, 상기 토양 기반 상에 축방향 및 횡축방향 하중을 동시에 가하도록 구성되는 형상을 가지는, 토양 기반 내에 토양 강화 교대를 건축하기 위한 장치가 제공된다.

이하의 상세한 설명에서는 다음과 같은 도면을 참조한다.

도 1은 수직의 정적 벡터 하중 및 선택적인 동적 하중에 의해 토양 내부로 밀어 넣어지거나 구동되는 하단부 부재를 구비하는 중공 튜브의 개략도이다.

도 2는 골재 재료가 호퍼에 배치되어 중공 튜브로 공급되는, 도 1의 후속 단계의 개략도이다.

도 3은 이중 분리 댐퍼를 갖으며 중공 튜브와 공동으로 사용될 수 있는 호퍼의 횡단면도이다.

도 3A는 도 3의 호퍼 및 중공 튜브의 절단 사시도이다.

도 3B는 도 3의 호퍼 및 중공 튜브의 사시도이다.

도 4는 내부 핀치(pinch) 또는 체크 밸브를 구비하는 중공 튜브의 개략적인 횡단면도이다.

도 5는 물 또는 반죽 저장부에 재순환부가 구비된, 중공 튜브로 물, 시멘트성 반죽 또는 기타 첨가 물질을 선택적으로 유입시키는 단계를 묘사하는 개략도이다.

도 6은 도 2의 단계에 후속하는 단계를 묘사하는 개략도로서, 골재가 노출된 중공 공동을 빠르게 채우도록, 하단부 부재를 구비하는 중공 튜브가 토양 기반 내에 중공 공동을 일시적으로 노출시키기 위하여 소정 거리로 들어 올려지는 것을 도시하고 있다.

도 7은 도 6에 후속하는 단계의 계략도로서, 중공 튜브의 하부에 있는 하부 밸브가 차폐되지 않은 또는 중공의 공동 섹션으로 골재를 방출하며 개방된다.

도 8A 및 8B는 도 7에 도시된 장치 및 단계에 대한 대안의 개략적인 횡단면도로서, 중공 튜브의 하단부 부재가 도 8B에서 형성된 공동의 하부로 배출되는 희생 캡을 포함하고 있다.

도 8C는 도 8B의 라인 8C-8C 를 따라 절단한 도 8B의 희생 캡의 단면도이다.

도 9는 중공 튜브 및 이에 연결된 전용 하단부 부재가 수직의 정적 벡터 하중 및 선택적인 동적 하둥을 제공하여 중공 튜브 및 하단부 부재를 아래방향으로 이동시켜 중공 튜브로부터 배출된 골재 재료를 압축 및 충격을 주며 골재 재료를 측방향으로 밀어 토양 기반 내부로 밀어 넣는 개략도이다.

도 10은 제2 리프트를 형성하기 위하여 소정 거리로 들어 올려지는 중공 튜브 및 하단부 부재의 개략도이다.

도 11은 중공 튜브 및 하단부 부재를 아래방향으로 소정 거리만큼 이동시켜 제2 압축 리프트를 제1 압축 리프트의 상부에 형성하기 위한 수직 벡터 하중을 제공하도록 작용하는 중공 튜브 및 하단부 부재의 개략도이다.

도 12는 교대 내부에 설치하기 위한 플레이트에 부착되는 텔-테일 부재 또는 선택적 강화 강철 로드부재를 구비하는 중공 튜브의 개략도이다.

도 13은 선택적인 물 또는 물-시멘트-모래 반죽이 골재와 함께 중공 튜브 내에 배합되는 중공 튜브의 개략도이다.

도 14는 트랩 도어(trap door) 형태의 하부 밸브를 구비하는 전용 하단부 부재의 연직 횡단면도이다.

도 15는 라인 15-15를 따라 절개된, 도 14의 하단부 부재의 횡단면도이다.

도 15A는 도 14에 도시된 형태의 대안적 하단부 부재의 일부의 횡단면도이다.

도 16은 도 8A와 유사한 하단부에 희생 캡을 포함하는 전용 하단부 부재의 횡단면도이다.

도 17은 선택적인 융기 앵커 부재 또는 플레이트에 부착된 텔-테일을 구비하는 전용 하단부 부재의 횡단면도이다.

도 18은 중공 튜브 및 전용 하단부 부재와 본원발명의 방법에 의해 형성된, 부분적으로 형성된 다중 리프트 교대의 횡단면도이다.

도 19는 중공 튜브 및 전용 하단부 부재와 본원발명의 방법에 의해 형성된, 완전히 형성된 다중 리프트 교대의 횡단면도이다.

도 20은 형성된 교대가 융기 앵커 교대를 포함하거나 후속적인 하중 테스트를 위한 텔-테일 부재를 포함하도록 하는 부착된 플래이트를 갖는 선택적 강화 철 로드를 구비하는 형성된 다중 리프트 교대의 횡단면도이다.

도 21은 완성된 교대 상에서 실행되는 인디케이터 모듈러스 하중 테스트(indicator modulus load test)를 갖거나 사전 하중이 가해지는 형성된 교대의 횡단면도이다.

도 22는 동일한 토양 기반에서 드릴 방식의 콘크리트 교대와 비교한, 본원발명의 하중 테스트를 나타내는 그래프이다.

도 23은 단일 리프트 교대 또는 장치에 의해 초기에 토양 기반 내에 형성된 공동의 하부로부터 연장된 길이로 장치를 들어올린 후에 하나 이상의 리프트가 형성되는 교대를 형성하도록 본원발명의 장치를 사용하는 방법의 개략적 횡단면도이다.

도 24는 도 23에 도시된 방법에 연속하는 개략적 횡단면도이다.

도 25는 도 24에 도시된 단계에 연속하는 개략적 횡단면도이다.

도 26은 도 22 내지 24의 방법에 연속하는 개략적 횡단면도이다.

일반적인 구조

도 1,2,5,6,7,9,10,11,12,13,18,19,20, 및 23~25 는 장치나 메커니즘 등등을 형성하는 교대(pier)의 일반적인 전체적 구성 및 교대 구조를 제조하는 본원발명의 방법을 실시하는 대안적인 순차적 공정을 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 보다 단단하거나 견고해지도록 토양을 강화할 필요가 있는 토양 기반(soil matrix)에 교대를 배치하는 공정에 적용가능하다. 특히 모래나 점토질과 같은 다양한 종류의 토양에 본원발명을 적용할 필요가 있다. 본원발명에 의하여, 콘크리트 골재 및 선택적으로 물-시멘트-모래 반죽과 같은 첨가 재료를 구비한 콘크리트 골재를 활용하여, 하나 이상의 리프트(lift)로 이루어진 교대를 만드는 것이 가능하며, 이러한 교대는 종래의 여러 콘크리트 골재 교대보다 더 단단하고 견고하며, 종래의 여러 콘크리트 골재 교대보다 경제적으로 더 깊이 연장되어 건설될 수 있으며, 종래의 여러 교대와 달리 임시 강철 케이싱(casing)을 사용하지 않고 형성될 수 있으며, 종래의 여러 교대보다 더 빨리 건설될 수 있다.

첫 단계로서, 골재를 위한 상단부 호퍼(hopper; 34) 및 전용 하단부 부재(32)를 포함하거나 구비하는, 종방향 축(35)을 갖는 중공 튜브(30)는, 토양 기반 내부로, 도 3의 정적인 축방향 벡터 하중 구동장치(axial vector force driving apparatus; 37)에 의하여 밀어 넣어지거나, 선택에 따라 동적인 벡터 하중에 의해 수직방향(축방향으로) 진동되거나 래밍(ramming)되거나 또는 진동 및 래밍될 수 있다. 전용 하단부 부재(32)를 포함하는 중공 튜브(30)의 일부 길이를 밀어 넣음으로써 배출되는 토양 기반(36)의 일부는 주로 측방향으로 밀려나서 인접한 토양 기반을 압축시킨다. 도 1에서 알 수 있듯이, 중공 튜브(30)는 종방향 축(35) 및, 예를 들어 4 내지 6 인치의 외부 지름을 갖는 강철로 제조되는 원통형의 중공 튜브(30)를 포함한다. 중공 튜브(30) 및 전용 하단부 부재(32)를 토양 기반(36) 안으로 밀어 넣는 것이 단단하거나 조밀한 토양에 의하여 방해를 받는 경우에, 이와 같은 단단하거나 조밀한 토양에 드릴작업 또는 사전 드릴 작업이 이루어지게 되며, 이후 구동 장치(37)에 의하여 밀어 넣는 작업이 계속 이루어지게 된다.

비록 다른 형상이 사용될 수도 있으나, 통상적으로 중공 튜브(30)는 균일한 원통형의 외부 형상을 가진다. 중공 튜브(30)의 외부 지름이 통상적으로 6 내지 14 인치 정도이긴 하지만, 본원발명을 실시하는데 있어서는 다른 지름을 사용할 수도 있다. 또한, 통상적으로, 중공 튜브(30)는 교대의 최종 깊이까지, 예를 들어 40 피트 이상까지 토양 기반 내로 밀어 넣어지거나 연장된다. 통상적으로 중공 튜브(30)는 상부 구동 확장부(42)에 고정되는데, 이러한 상단 구동 확장부는 중공 튜브(30)를 토양 기반(36) 안으로 밀어 넣거나 선택적으로 진동시키거나 래밍시키기 위하여 구동 장치(37)에 의하여 파지된다. 골재를 위한 저장부(43)를 포함하는 호퍼(34)는 통상적으로 분리 댐퍼(46,48)에 의하여 상부 구동 확장부(42)로부터 분리된다. 상부 구동 확장부(42)에 고정되는 구동 장치(37)는 케이블 또는 굴착기 아암이나 크레인에 의하여 지지된다. 호퍼(34), (선택적으로 추가 무게를 갖는) 구동 장치(37), 및 중공 튜브(30)의 무게는 별도의 정적 하중 구동 메커니즘을 필요로 함이 없이도 정적 하중 벡터를 제공하기에 충분하다. 이러한 정적 하중 벡터는 수직방향으로 진동되거나 래밍되거나 또는 진동 및 래밍되는 동적 하중 메커니즘에 의하여 선택적으로 증가될 수 있다.

도 3, 3A, 및 3B 는 호퍼(34)에 바람직한 특별한 형상을 도시한다. 호퍼(34)에 형성되는 진동을 감소시키고 호퍼 조립체에 구조적 완전성을 제공하기 위하여, 두 개의 분리 댐퍼(46,48)가 호퍼(34)의 상부와 하부측에 부착된다. 상부 구동 확장부(42)는, 중공 튜브(30) 상에 정적 및 동적 하중을 가하기 위하여, 중공 튜브(30)에 부착된다. 상부 구동 확장부(42)는 호퍼(34)로부터 분리되어 있으며, 따라서 댐퍼(46,48)에 대하여 슬라이딩될 수 있다.

도 4는 중공 튜브(30)의 선택적인 형상을 도시한다. 흐름제한장치(restrictor), 핀치 밸브(pinch valve), 체크 밸브 또는 다른 타입의 밸브(38)가 상기 중공 튜브(30) 내에, 또는 중공 튜브(30)의 하단부 또는 전용 하단부 부재(32) 내에 설치되어 중공 튜브(30)의 내부 통로를 부분적 또는 전체적으로 폐쇄시키고 골재(44) 및 선택적 첨가물질의 유동이나 이동을 정지시키거나 제어할 수 있다. 이러한 밸브(38)는 중공 튜브(30)를 통한 골재(44)의 이동을 제거하기 위하여 기계식 또는 유압식으로 개방되거나 부분적으로 개방되거나 또는 폐쇄될 수 있다. 또한 이러한 밸브는 골재 위로 하강될 때 폐쇄되고 상승될 때 개방되는 체크 밸브 방식으로 중력에 의하여 작동할 수 있다.

도 14는 전용 하단부 부재(32)의 구성을 도시한다. 전용 하단부 부재(32)는, 비록 다른 형상을 사용할 수도 있으나, 원통형이다. 통상적으로, 전용 하단부 부재(32)의 외부 지름은, 비록 본원발명을 실시하는데 있어서 다른 지름 및 다른 횡단부 프로파일 중 하나 이상이 사용될 수도 있으나, 중공 튜브(30)의 상부 섹션(33)의 공칭 외부 지름보다 큰 10 내지 18 인치이다. 즉, 비록 일반적으로 바람직하지는 않지만, 하단부 부재(32)는 중공 튜브(30) 이하의 횡단면 치수를 가질 수 있다.

도 14, 15, 및 15A는 하단부 부재(32)에 구성된 밸브 메커니즘을 구비하는 본원발명의 실시예를 도시하고 있다. 하단부 부재(32)는 밸브 플레이트(54)가 방출 개구부(52)를 덮거나 노출시킴에 따라 개방되거나 폐쇄되는 골재(44) 방출 개구부(52)를 구비하는 절두원추형의 선단부(50)를 갖는다. 밸브 플레이트(54)는 로드(rod; 56) 상에 장착되어 있으며, 상기 로드는 중공 튜브(30)의 하단부 부재(32)의 내부 통로벽에 부착된 반경방향 버팀부재(58)에 의해 제 위치에 고정되는 허브(59) 내에서 슬라이딩된다. 밸브 플레이트(54)는 중공 튜브(30)가 토양 기반(36)을 향해 아래로 힘을 받을 때 밀폐 위치로 슬라이딩되고, 중공 튜브(30)가 들어올려질 때 개방 위치로 슬라이딩되어 골재(44)가 유동하도록 한다. 밸브 플레이트(54)의 개방은 로드(56)에 의하여 제어되거나 제한되며, 이러한 로드는 로드(56)의 슬라이딩 이동을 제한하는 헤드(56a)를 구비한다. 따라서 중공 튜브(30)는 방출 개구부(52)가 밸브 플레이트(54)에 의해 폐쇄된 채 목표 깊이(81, 도 6 참조)까지 가동될 수 있다. 이후 중공 튜브(30)가 (예를 들어, 도 10의 상승 높이(91)까지) 들어 올려짐에 따라, 밸브 플레이트(54)는 중력에 의하여 아래방향으로 연장되고 이로써 골재(44)가 방출 개구부(52)를 통해 중공 튜브(30)의 상승으로 인해 형성된 공동 내부로 유동하게 된다. 이후, 중공 튜브(30)는 아래 방향으로 타격을 받거나 구동되어 밸브 플레이트(54)를 밀폐시키고 방출된 물질을 압축시켜 압축된 리프트(72)를 형성시킨다. 도 14, 15, 15A의 실시예에서, 밸브 플레이트(54)는 중력에 따라 이동한다. 그러나, 대안적으로 로드(56)가 유체 구동장치, 기계적 또는 전기적 메커니즘에 의한 이동에 의하여 대체되거나 보조를 받을 수 있다. 대안적으로, 이하에서 기술되는 바와 같이, 밸브 플레이트(54)는 희생 캡(64)으로 대체되거나, 텔-테일 메커니즘(tell-tale mechanism) 또는 융기 앵커(uplift anchor)의 하부 플레이트로 대체될 수 있다. 또한, 도 4의 밸브(38)가 도 14, 15, 15A에 도시된 밸브 메커니즘을 대체하여 사용될 수 있다.

통상적으로, 비록 하단부 부재(32)의 외부 지름이 보통 중공 튜브(30)의 외부 지름보다 더 크지만, 하단부 부재(32) 및 중공 튜브(30)의 내부 지름은 균일하거나 동일하다. 대안적으로, 밸브 플레이트(54)가 활용되면, 하단부 부재(32)의 내부 지름이 중공 튜브(30)의 내부 지름보다 더 클 수 있다. 하단부 부재(32)는 중공 튜브(30)와 일체로 형성되거나, 또는 별도로 형성되어 중공 튜브(30) 상에 볼트에 의해 체결되거나 용접될 수 있다. 통상적으로, 중공 튜브(30)의 내부 지름은 6 내지 10 인치이며, 하단부 부재(32)의 외부 지름은 10 내지 18 인치이다. 하단부 부재(32)의 최 하단부 또는 말단부에 위치하는 도 14의 개구부(53)는 하단부 부재(32)의 내부지름보다 같거나 작다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 하단부 부재(32)는 12 인치의 내부 지름을, 개구부(53)는 6 내지 10 인치의 지름을 갖는 반면, 이하에서 기술되는 희생 캡 실시예를 구비하는 도 16에서는 하단부 부재(32)의 방출 개구부가 하단부 부재(32) 및 중공 튜브(30)의 내부지름과 동일한 지름을 갖는다.

또한, 밸브 플레이트(54)는 중공 튜브(30)를 토양 기반(36) 내부를 향해 또는 형성된 공동 내에 있는 골재(44)에 대하여 아래 방향으로 밀어 넣을 때 밀폐가 용이하게 되도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 밸브 플레이트(54)의 지름이 개구부의 지름보다 크게 형성되거나 또는 밸브 플레이트의 가장자리(55)가 도 15A에 도시된 바와 같이 비스듬하게 형성되어 개구부(53)의 경사진 가장자리(69)와 맞물릴 수 있다. 이렇게 하여, 정적 또는 기타의 하향 하중이 중공 튜브(30)에 가해질 때 밸브 플레이트(54)는 개구부(53)의 밀폐 위치에 유지된다.

중공 튜브(30)의 구근(bulbous) 하단부 부재 (32)는 통상적으로 그 지름 또는 최대 측면 길이의 1 내지 3 배의 길이를 갖는다. 하단부 부재(32)는, 중공 튜브(30)가 토양 내부로 뚫고 들어가거나 하중을 받을 때 토양 기반(36) 상에 강화된 측방향 압축력을 제공하여, 중공 튜브(30)의 상부 섹션(33)의 후속적인 통과를 용이하게 한다. 하단부 부재(32)의 절두원추형 또는 경사진 선단부 및 후단부(50,63)는 이들의 프로파일 구성으로 인하여 토양 기반(36)의 측방향 압축 및 하향이동 또는 침투 구동을 용이하게 한다. 또한, 하단부 부재(32)의 형상이나 경사진 구성도 이를 가능하게 한다. 통상적으로 선단부 및 후단부(50,63)는 중공 튜브(30)의 종방향 축(35)과 45°± 15°의 각을 형성한다.

도 5는 중공 튜브(30)의 다른 형상을 도시한다. 유입구 포트(60) 및 배출구 포트(62)가 호퍼(34)의 하부 또는 중공 튜브(30)의 상단부에 제공되어, 특정한 교대 구조를 위하여 골재에 대한 첨가제로서 물이나 물-시멘트-모래 반죽과 같은 반죽의 첨가가 이루어지게 한다. 배출구 포트(62)의 목적은 첨가제나 물의 수위를 유지하여, 혼합을 촉진시키고 물의 수두나 반죽의 수두(압력)를 비교적 일정하게 유지시키도록 저장부로부터의 반죽을 다시 저장부로 재순환시키고 골재의 유동을 촉진시킬 수 있도록 하는 것이다. 유입구 포트(60) 및 배출구 포트(62)는 호퍼(34) 또는 중공 튜브(30)로 직접 연결되거나(도 13 참조), 또는 별도의 채널이나 도관을 통해 하단부 부재(32)에 연결될 수 있다. 반죽 배출용 개구부(31)가 도 2에 도시된 바와 같이 하단부 부재(32)의 상부에서 중공 튜브(30)를 통해 제공되어, 중공 튜브(30) 주변의 환형 공간 내부로의 반죽의 방출을 보충시키고 토양 기반(36)으로부터의 토양에 의하여 공동이 채워지는 것을 방지시킨다는 것을 주목하자.

도 8A, 8B, 8C, 및 16은 하단부 부재(32)의 또 다른 대안적 형상을 도시한다. 하단부 부재(32)가 토양 기반(36)을 통하여 아래방향으로 밀어 넣어질 때, 하단부 부재(32)가 막히는 것을 방지하기 위하여, 밸브 플레이트(54) 대신에 희생 캡(64)이 사용될 수도 있다. 희생 캡(64)은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 평평하거나 뾰족하거나 또는 경사질 수 있다. 아치형일 수도 있다. 경사진 형태일 때에는, 수평 축(35)에 대하여 45°± 25°의 각을 형상한다. 희생 캡(64)은, 형성된 교대 부재의 하부에 유지될 수 있도록 횡축방향 플레이트 부재(88)를 포함하며, 또한 하단부 부재(32)의 중심 개구부(89) 내에 맞춰져서 중공 튜브(30)가 처음으로 들어 올려져 골재(44)가 방출 개구부(52)로부터 노출된 공동부로 유동될 때까지 제 위치에 캡(64)을 유지시키기 위하여, 바깥쪽으로 바이어스된 다수의 레그(87)을 포함한다.

도 17은 전용 하단부 부재(32)의 또 다른 대안적 형상을 도시한다. 밸브 플레이트(54) 및 이를 지지하기 위한 로드(56)는 하부 플레이트(70)에 부착된 강화부재 또는 로드(68)를 배치시킬 수 있게 하는 통로 또는 축방향 튜브(57)을 포함한다. 로드(68) 및 하부 플레이트(70)는 형성된 공동의 하부에서 방출되어 하중 테스트 동안 교대의 하부 이동을 측정하기 위한 텔-테일 또는 융기 앵커를 제공하기 위하여 사용된다. 하부 플레이트(70)에 부착된 슬라이딩 로드(68)는 토양 기반(36)으로 밀어 넣는 동안 전용 하단부 부재(32)의 개구부를 밀폐하는 희생 캡(64)을 대신하며, 설치될 텔-테일 또는 융기 앵커에 대한 단(platform)으로서 작용한다. 따라서 하부 밸브 플레이트(54)는 융기 앵커 또는 텔-테일 부재가 사용되는 동안 제 위치에 유지되거나 또는 생략될 수 있다. 도 20은 밸브 플레이트(54)가 생략된 본원발명에 의해서 교대를 형성할 때 제 위치에 있는 텔-테일이나 융기 앵커를 도시한다.

작동 방법:

도 1은 상술된 장치 또는 설비의 작동에 있어서의 통상적인 1단계를 도시한다. 전용 하단부 부재(32)를 구비하고 상부 구동 확장부(42)에 부착되며 호퍼(34)에 연결되는 중공 튜브(30)는, 구동 장치(37)나 구성 부품의 무게에 의하여 토양 기반(36) 내부로, 통상적으로 동적 벡터 하중에 의해 증가된, 수직 또는 축방향 정적 벡터 하중을 가지고 밀어 넣어 진다. 실제로, 상술된 바와 같은 치수와 형상을 갖는 전용 하단부 부재(32)를 구비하는 중공 튜브(30)를 사용하면 보통 전체적으로 5 내지 20 톤의 벡터 하중이 가해지게 된다. 도 2는 중공 튜브(30) 및 연결장치들이 토양 기반(36) 안으로 교대의 목적 깊이(81)까지 도달했을 때, 호퍼(34)의 내부로 골재(44)를 배치시키는 것을 도시하고 있다. 도 6은 토양 기반(36) 내에 있는 하단부 부재(32)의 하부 밑에 공동(102)의 일부를 노출시키기 위하여, 보통 24 내지 48 인치인 소정 상승 높이(91)만큼 중공 튜브(30)를 후속적으로 상승 이동시키는 것을 도시하고 있다.

도 7은 중공 튜브(30) 및 연결장치들이 상승하는 동안, 골재(44) 및 선택적인 첨가제가 전용 하단부 부재(32)의 하부에 있는 공동(102)의 공간 또는 부분(85)을 채우게 하는 밸브 플레이트(54)의 개방을 도시하고 있다. 밸브 플레이트(54)는 중공 튜브(30)가 상승할 때 밸브 플레이트(54)의 상부측에 있는 골재(44)의 무게로 인하여 개방된다. 대안적으로, 밸브 플레이트(54)가 예를 들어 유압 메커니즘에 의하여 작동되거나 중공 튜브(30)가 들어 올려지고 이후 골재가 밸브 플레이트(54)의 작동에 의해 밸브 개구부(53)을 통해 유동하도록 첨가될 수 있다. 대안적으로, 밸브(38)가 상승과정 동안 또는 상승과정 이후에 개방될 수 있다. 대안적으로, 만약 밸브 플레이트(54)가 없다면, 전용 하단부 부재(32)가 형성된 교대 공동(102)의 하부(81)로부터 들어 올려질 때, 중공 튜브(30)를 통하여 향하는 골재(44)의 중량에 의해 가해지는 힘에 의하여 희생 캡(64)이 하단부 부재(32)의 단부로부터 해제된다.

도 9는 공동 부분(85)에 있는 골재(44)를 압축시키기 위하여 하부 밸브 플레이트(54)를 밀폐시키고 중공 튜브(30) 및 연결장치들을 후속적으로 아래방향으로 누름으로써 골재(44) 및 선택적인 첨가제가 토양 기반(36) 내로 측방향 및 연직 하방으로 힘을 받도록 하는 것이 도시되어 있다. 하방 압착의 소정 이동 거리는, 중공 튜브(30)의 소정 상승 높이(91)에 이어서 1피트 두께의 완전한 리프트(72)가 형성되도록 하기 위하여, 통상적으로 상승 높이(91)에서 1피트를 뺀 높이와 동일하다. 리프트(72)의 예정 두께는 구체적으로 형성된 교대의 요구조건과 토양 기반(36) 및 골재(44)의 공학적 특성에 따라 1피트 이외의 값을 가질 수 있다. 골재(44)를 수평적으로 측방향으로 이동시킬 뿐만 아니라 수직방향으로 압축시키기 위하여, 도 7에 도시된, 빈 공동 부분(85) 내부로 배출된 골재(44)를 압축시키는 것은 본원발명의 실시에 있어서 중요하다.

도 10은, (밸브 플레이트(54)를 사용하는 실시예를 활용하는 경우에) 하부 밸브 플레이트(54)를 개방시키고 중공 튜브(30)의 상승에 의해 노출되거나 개방된 공동(85A) 내부로 골재(44) 및 선택적인 첨가제를 이동 또는 통과시키도록 중공 튜브(30) 및 연결장치들을 또 다른 소정 상승 높이(91A)만큼, 통상적으로 24 내지 48 인치 만큼 들어 올림으로써 실행되는 다음 또는 제2리프트 형성과정을 도시한다.

중공 튜브를 2 내지 4 피트를 상승시킨 이후에는 통상적으로 교대 리프트(72)를 형성하도록 (이하에 설명되는 바와 같이) 하강시키는 공정이 뒷 따르며, 본 명세서에 기술된 바와 같이 1 피트의 수직 치수를 갖는 것은 교대 형성 재료에 있어서 통상적이다. 따라서 리프트(72)의 축방향 치수는 중공 튜브(30)의 상승 높이(91)의 1/5 내지 3/4 사이의 값이다. 그러나, 도 23 내지 26에 도시된 실시예는 대안적인 압축 프로토콜(compaction protocol)로 이루어져 있다.

도 11은 중공 튜브(30) 및 연결장치들을 내리 누르는 것과, 도 10의 새롭게 노출된 공동 부분(85A)에 있는 골재(44)를 압축시키기 위하여 하부 밸브 플레이트(54)를 밀폐시키는 것과, 골재(44) 및 선택적 첨가제를 토양 기반(36) 내부로 측방향으로 힘을 가하는 것이 도시되어 있다. 누르는 길이는 상승 높이에서 리프트의 목표 두께를 뺀 길이이다. 희생 캡(64) 방법이 사용되면, 방출 개구부(52)는 골재(44)를 압축하는 동안 개방된 상태로 남아 있게 된다.

도 18은 상술된 프로세스에 의하여 부분적으로 형성된 교대를 도시하고 있으며, 여기서는 다수의 리프트(72)가 압축에 의하여 순차적으로 형성되어 있으며 중공 튜브(30)는 골재(44)가 공동 부분(85X)을 채우는 동안 들어 올려진다. 도 19는 상술된 프로세스에 의하여 완전히 형성된 교대(76)를 도시한다. 도 20은 텔-테일이나 융기 앵커가 설치된 교대(76)를 도시한다. 도 21은 예를 들어 중량체(75)를 형성된 교대 상에 배치시키는 형성된 교대(76) 상의 선택적인 사전 하중 단계 및 다수의 압축된 리프트(72)로 이루어진 형성된 교대(76) 상에서 실시되는 선택적인 인디케이터 모듈러스 테스트(indicator modulus test)를 도시한다.

도 23 내지 26은 상술된 장치를 사용하는 교대의 형성에 대한 대안적인 프로토콜을 도시한다. 중공 튜브(30)는 초기에 목표 깊이(100)까지 토양 기반(36) 내부로 하중을 받거나 구동된다. 하단부 부재(32)의 최 하단부는 밸브 플레이트(54)나 희생 캡(64) 등등을 포함한다. 중공 튜브(30)를 토양 내에서 연직 하방으로 밀어 넣음으로써 공동(102)이 형성된다(도 23). 전용 하단부 부재(32)가 대체로 원통형이라고 한다면, 공동(102)은 대체로 원통형이며 전용 하단부 부재(32)의 형상 및 지름과 관련된 전체 지름 형상을 유지하거나 유지하지 않을 수 있다.

토양 기반(36) 내의 목표 침투 깊이에 도달하면(도 23), 중공 튜브(30)는 형성된 공동의 상부까지 들어 올려진다(도 24). 이와 같이 상승할 때, 골재(44) 및 선택적인 첨가 물질이 전용 하단부 부재(32)의 하부 단부 밑으로 방출된다.

선택적으로, 중공 튜브(30)의 상부 섹션(33)과 형성된 공동(102)의 내부 벽 사이에 형성되는 환형 공간(104) 내부로 첨가 물질이 방출될 수도 있다. 첨가 물질은 중공 튜브(30)에 있는 보조 측면 통로(108)나 추가 도관(110)을 통하여 유동할 수도 있음을 주목하자. 중공 튜브(30)가 들어 올려짐에 따라, 공동(102)이 채 워지게 된다. 또한 환형 공간(104) 내의 첨가 물질도 하단부 부재(32)가 들어 올려짐에 따라 전용 하단부 부재(32)의 구성에 의하여 토양 기반(36) 내부를 향하여 바깥쪽으로 힘을 받게 된다.

따라서 중공 튜브(30)는 통상적으로 초기에 형성된 공동(102)의 실질적인 전체 길이만큼 들어 올려진 후, 도 25에 도시된 바와 같이, 공동(102) 내의 물질이 압축되어 측방향에서 토양 기반(36) 내로 힘을 받도록 다시 아랫방향으로 하중을 받는다(도 25). 중공 튜브(30)의 아래 방향 이동량은 공동(102)의 크기 및 형상, 골재 및 첨가제의 구성 및 혼합, 중공 튜브(30)에 가해지는 하중, 및 토양 기반(36)의 특성을 포함하는 다양한 요인에 의존하게 된다. 통상적으로 하향 이동은 전용 하단부 부재(32)의 하부 단부가 이전에 형성된 공동(102)의 하부(81)에 위치하거나 근접할 때까지 계속된다.

두 번째 하향 이동이 완료된 후에, 중공 튜브(30)는 통상적으로 공동(102)의 전체 길이만큼 들어 올려져서, 상승 과정 동안에 골재 및 선택적으로 첨가물질을 다시 방출하여 새롭게 형성된 공동(102A)을 다시 채우게 된다(도 26). 골재(44) 및 선택적인 첨가물질을 토양 기반(36) 내부로 측방향으로 하중을 가하기 위하여, 전체적인 하강 및 전체적인 상승이동의 사이클이 적어도 2회 이상, 선택적으로 3회 이상 실행된다. 더욱이, 이러한 순환과정은 전체적인 상승 및 하강 이후에 전체적인 상승 및 부분적인 하강이 이루어지거나 또는 부분적이 상승 및 완전한 전체적인 하강이 이루어지거나 이들을 조합하는 것과 같이 다양한 방식으로 조정될 수 있다.

요약 고찰 (Summary Consideration)

물 또는 반죽 또는 기타 액체가 중공 튜브(30)를 통한 골재의 공급 및 유동을 촉진시키기 위하여 사용될 수 있다. 물은 중공 튜브(30) 내부로 직접 공급되거나 호퍼(34)를 통하여 공급될 수 있다. 호퍼(34)를 저장부로 사용함으로써 수두가 제공되거나 또는 압력을 받게 된다. 따라서 물, 반죽, 또는 기타 액체는 특히 작은 직경의 중공 튜브(30), 즉 5 내지 10 인치의 중공 튜브(30) 직경에서 골재가 효과적으로 유동할 수 있게 한다. 통상적으로 중공 튜브(30) 내부 통로 및 방출 개구부 중 하나 이상의 크기는 상술된 모든 실시예에 대한 최대 골재 크기의 4.0 배 이상이란 점을 주목하자. 각각의 리프트(72)의 수직 높이가 약 12 인치이며 중공 튜브(30)의 내부 직경이 약 6 내지 10 인치일 때, 윤활유로서 물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.

토양 기반(36) 내에 형성된 공동(102)의 직경이 다수의 대안적인 교대 형성 기술에서보다 비교적 작다는 점을 주목해야 한다. 그러나 비교적 작은 직경의 공동(102)이나 토양 기반(36)으로의 작은 직경 개구부를 사용하는 방법은 상당한 깊이까지 중공 튜브(30)를 밀어 넣거나 가동시켜 수평 치수가 중공 튜브(30)의 외부 직경보다 충분히 큰 교대를 후속적으로 형성할 수 있게 한다. 따라서, 압축 및 수평 이동에 의하여 하나 이상의 리프트를 형성하기 위하여, 유체 물질을 포함하는 첨가제 없이 또는 첨가제와 함께 골재(44)를 활용하는 것은 상술된 바와 같은 전용 하단부 부재(32) 및 중공 튜브(30)에 의하여 가능하게 된다. 리프트(72)의 연직방향 압축 및 골재(44)에 대한 횡축방향 하중으로 인해서 매우 통일성있는 교대 구조를 얻을 수 있게 된다.

테스트 결과

도 22는 본원발명에 다른 교대를 드릴 방식 콘크리트 교대와 비교하여 테스트한 결과를 도시하고 있다. 이 그래프는, 최대 하중까지 하중이 증가한 후 0의 하중까지 하중이 감소하도록 교대에 하중이 가해질 때, 종래 기술의 드릴 방식 콘크리트 교대(곡선 D)와 함께 본원발명에 따라 건축된 3개 교대(곡선 A, B, C)의 움직임을 도시한다. 이러한 테스트는 이하의 테스트 조건을 사용하였으며, 강철 보강된 드릴 방식 콘크리트 교대를 대조 표준(control) 시험 교대로서 사용하여 실행되었다.

드릴 방식 콘크리트 교대를 형성하기 위해, 직경이 약 8 인치 정도인 구멍 내지 공동이 20 피트 깊이까지 드릴로 뚫어 콘크리트를 채웠다(시험 D). 구조적 완전성을 제공하기 위하여 드릴 방식 콘크리트 교대의 중심부에 강철 보강 바(bar)가 배치된다. 지름 12 인치의 원통형 판지(cardboard)가 후속되는 압축 하중 시험을 용이하게 하기 위하여 교대의 상부에 배치된다. 모든 시험에 대한 토양 기반은 3 내지 17 블로우(blow)/피트의 STP's(standard Penetration Blow Counts)를 갖는 중간 밀도의 중간 모래(medium sand) 내지 미세한 모래(fine sand)이다. 지하수는 지표면 아래 약 10 피트 깊이에 위치한다.

시험 A, B, C 에 나타난 바와 같은 본원발명의 골재 교대는 외부 지름이 10 인치인 전용 하단부 부재(32)를 구비하는 외부 지름 6 인치의 중공 튜브(30)를 사용하여 형성되었다. 시험 A 와 B 는 오직 골재만을 사용하였다. 시험 C는 골재 및 시멘트성 반죽(cementatious grout)을 사용하였다. 시험 A는 다수의 1 피트 리프트를 형성하는, 2 피트의 소정 상승 이동 및 1 피트의 소정 하방 압축 이동을 사용하였다. 시험 B도 역시 1 피트 리프트를 형성하는, 3 피트의 소정 상승 이동 및 2 피트의 소정 하방 압축 이동을 사용하였다. 시험 C는 2 피트의 소정 상승 이동 및 1 피트의 소정 하방 압축 이동을 사용하였으며 시멘트성 반죽의 첨가를 포함하여 이루어졌다.

데이터의 분석은 건축된 교대의 강성이나 모듈러스와 관련될 수 있다. 0.5 인치의 변형에 대해서, 시험 A는 27톤의 하중에 상응하며, 시험 B는 35 톤의 하중에 상응하며, 시험 C는 47톤의 하중에 상응하며, 시험 D는 16 톤의 하중에 상응하였다. 따라서 이러한 변형량(0.5 인치) 하에서 시험 B를 표준 시험 및 비교의 기준으로 사용할 때, 시험 B에 대한 상대 강성의 비는 1.0 이며, 시험 A는 0.77, 시험 C는 1.34, 그리고 시험 D는 0.46 이다. 표준인 시험 B는 대조 표준 시험 교대인 시험 D 의 2.19배의 강성을 갖는다. 표준인 시험 B는 시험 A 의 1.30배의 강성을 갖는 반면 반죽 첨가물을 구비하는 시험 C는 종래 기술의 콘크리트 교대(시험 D)의 2.94 배의 강성을 갖는다. 이는 본원발명에 의하여 형성된 교대의 모듈러스가 드릴 방식의 강철 강화 콘크리트 교대(시험 D)보다 월등히 우수하다는 것을 설명한다. 또한 이러한 시험은 2피트의 하방 압축 이동을 갖는 3피트 상승 이동 프로세스가 1피트의 하방 압축 이동을 갖는 2피트 상승 이동 프로세스보다 우수하다는 것을 설명한다. 또한 이러한 시험은 시멘트성 반죽 첨가물의 사용함으로써 완성된 교대가 약 0.75 인치 이하의 변형을 갖도록 강성을 상당히 향상시키나, 완성 된 교대가 약 0.9 인치 이상의 변형을 갖는 시험 B와 비교해서는 교대의 강성을 크게 향상시키지는 않는다.

바람직한 실시예에서, 중공 튜브(30) 또는 중공 튜브의 하단부 부재(32)가 더 큰 단면적을 갖으므로, 다양한 이점을 얻을 수 있다. 먼저, 장치의 구성은, 하부 밸브 플레이트(54)를 사용한 경우에, 토양 기반(36) 내에서 공동(102)을 형성하는 동안 및 토양 기반(36) 내에 공동을 형성하거나 노출시키기 위하여 토양기반(36)으로부터 중공 튜브(30)를 부분적으로 빼냈을 때 골재가 장치 내부를 막히게 할 가능성을 감소시킨다. 더욱이, 이러한 구성은 정적 하중 벡터 및 동적 하중 벡터로부터의 추가적인 에너지가 장치의 하단부 부재(32) 전체에 부과되고 공동(102) 내에 있는 골재(44)에 영향을 미치도록 한다. 또 다른 이점은, 중공 튜브(30)의 유효 지름이 하단부 부재(32)의 유효 지름보다 작음으로 인해서, 토양에 있는 형성된 공동(102)의 측면 상에서의 중공 튜브(30)의 마찰이 감소된다는 점이다. 즉, 중공 튜브(30)의 나머지 부분의 단면적이 감소된다. 이는 토양 내부로 보다 빨리 밀어 넣어질 수 있게 하며, 보다 굳고 단단한 구조를 통해 밀어 넣어질 수 있게 한다. 또한 보다 큰 단면적의 하단부 부재(32)는 공동(102)이 중공 튜브(30)의 나머지와 관련된 것보다 더 큰 체적을 갖는 골재(44)를 수용하는 크기를 갖도록 하여, 리프트(72)를 형성할 때 추가적인 물질이 종방향(또는 축방향) 및 횡방향(또는 횡축방향) 힘을 받을 수 있도록 한다. 토양(36)의 형성된 공동(102)의 측면에 대한 중공 튜브(30)의 마찰 감소는 또한 교대 형성과정 동안 중공 튜브(30)를 보다 용이하게 들어 올릴 수 있는 이점을 제공한다.

본원발명의 프로세스에서, 최하단 리프트(72)는 보다 큰 유효 지름을 가지며 그 안에 다른 양의 골재가 제공될 수 있다. 따라서 교대(76) 내의 하부 리프트(72) 또는 최하부 리프트는, 교대(76)에 대한 기부를 형성할 때, 보다 큰 횡단면적 및 보다 큰 깊이를 갖도록 구성될 수 있다. 즉, 예를 들어, 최하단부 또는 최하단 리프트(72)가 중공 튜브(30)를 3 피트 상승시킨 후 리프트(72)의 높이를 1피트로 감소시킴으로써 형성되는 반면, 후속되는 리프트(72)는 중공 튜브(30)를 2 피트 상승시킨 후 리프트(72)의 높이를 1피트로 감소시킴으로써 형성할 수 있다.

완성된 교대(76)는, 상술한 바와 같이, 형성된 후에 설정된 시간 간격 동안 교대(76)의 상부에 정적 하중 또는 동적 하중(75)을 가함으로써 사전 하중이 가해질 수 있다. 따라서, 30초 내지 15분 또는 그 이상의 시간 간격 동안 교대(76)의 상부에 하중(75)이 가해질 수 있다. 교대(76)의 상부에 가해진 정적 하중(75)은 정적 하중(75) 하에서 발생되는 변형의 측정을 수반할 수 있으므로, 이와 같이 하중을 가함으로써 "모듈러스 인디케이터 테스트(modulus indicator test)"도 제공하게 된다. 모듈러스 인디케이터 테스트는, 하나의 작업에 의하여 두 개의 목적; 즉, (1) 사전 하중의 적용; 및 (2) 모듈러스 인디케이터 테스트의 실행을 달성하도록 각각의 교대의 사전하중에 통합될 수 있다.

교대(76)를 제조하는데 사용되는 골재(44)는 변할 수 있다. 즉, 순수한 돌 골재가 공동(85) 내에 배치될 수 있다. 이와 같은 돌은 40mm 이하의 공칭 크기를 갖으며, 5% 미만이 2mm 이하의 공칭 지름을 갖는다. 계속하여, 상기한 바와 같이, 형성된 물질 내부로 반죽이 유입된다. 반죽은 골재(44)의 유입과 동시에, 또는 앞서, 또는 그 후에 유입될 수 있다.

동적 하중을 가하기 위하여 진동 주파수가 사용되는 경우에, 중공 샤프트나 중공 튜브(30)에 가해지는 하중의 진동 주파수는 300 내지 3000 사이클/분 내에 있는 것이 바람직하다. 하단부 부재(32)에 대한 중공 샤프트 또는 중공 튜브(30)의 다양한 지름의 비율은 통상적으로 0.50 내지 0.92 내에 있다. 상기한 바와 같이, 하부 경사부의 각도는 종방향 축(35)에 대하여 30°내지 60° 범위에 있다.

본원발명의 또 다른 특징으로서, 전용 하단부 부재(32)를 구비하는 중공 튜브(30)를 목표 교대의 전체 깊이(81)까지 삽입함으로써 교대을 형성하기 위한 방법이 실행될 수 있다. 후속적으로, 중공 튜브(30) 및 전용 하단부 부재(32)는 중공 튜브(30) 및 전용 하단부 부재(32)가 상승될 때 골재와 반죽이나 기타 액체 중 하나 이상이 공동 내부로 주입되는 동안 연속 동작으로서 목표 교대의 전체 길이 만큼 들어 올려지게 된다. 계속해서, 목표 교대의 상부에 도달하면, 중공 튜브(30) 및 전용 하단부 부재(32)는 다시 정적 하중을 받으면서 또한 선택적으로 수직방향의 진동하거나 래밍하거나 또는 진동하면서 래밍하는 동적 하중 메커니즘에 의해 보강되어 형성 중인 교대의 하부까지 또는 하부를 향해 아래방향으로 밀어 넣어지게 된다. 이전에 배출된 것과 같이 공동을 채우는 골재(44)와 반죽이나 기타 물질 중 하나 이상은 중공 튜브(30) 및 전용 하단부 부재(32)의 하향 이동에 의하여 이동함에 따라 토양 기반 내부로 횡축방향으로 이동하게 된다. 이후 중공 튜브(30) 및 전용 하단부 부재(32)가 남은 길이 또는 목표 교대의 깊이 또는 짧은 길이로 상승되어 프로세스가 반복되며, 각각의 경우에 중공 튜브(30)가 상승됨에 따라 골재 및 액체 물질 중 하나 이상의 물질이 새로 형성된 공동 내에 채워지게 된다. 이와 같은 방식으로, 교대를 형성하는 물질은, 여분의 골재 물질 및 토양 기반 내부를 향하여 중공 공동의 측면으로 측방향으로 전달되는 선택적인 반죽 및 기타 첨가물질 중 하나 이상의 물질과 여분의 골재 물질을 구비하는 하나의 리프트나 일련의 리프트를 포함한다.

상기한 절차 및 방법을 실행하기 위한 메커니즘은 가속된 방식으로 작동할 수 있다는 점을 주목하자. 중공 튜브(30) 및 전용 하단부 부재(32)의 하향 구동은, 예를 들어 2분 또는 그 이하로 빠르게 실행될 수 있다. 형성된 공동 내의 부분 또는 전체 길이로 중공 튜브(30) 및 전용 하단부 부재(32)를 점진적으로 상승시키는 것은 상승 이동의 거리 또는 상승 속도에 따라 더 적은 시간이 걸릴 수도 있다. 따라서, 교대는 몇 분 안에 토양 기반(36)으로부터 형성될 수 있다. 따라서, 본원발명의 장치 및 방법과 관련된 생산 속도는 상당히 빠르다.

본원발명의 범위 내에서 장치 및 방법에 대한 다양한 수정 및 변경이 가능하다. 따라서, 본원발명의 사상 및 범위 내에서 본원발명의 구조 및 작동 방법을 변경시키는 것이 가능하다. 대안적인 중공 튜브 형상, 크기, 단면 프로파일, 및 튜브의 길이가 사용될 수 있다. 전용 하단부 부재(32)는 그 형상 및 사용에 있어서 변경될 수 있다. 하부 밸브 플레이트(54)는 그 형상 및 사용에 있어서 변경될 수 있으며, 희생 캡으로 대체될 수 있다. 하단부 부재(32)의 선단부는 어떠한 적당한 형태도 취할 수 있다. 예를 들어 하단부 부재의 선단부는 뾰족하거나, 원뿔 형태이거나, 무딘 형태이거나, 각진 형태이거나, 나사 형태이거나, 골재 물질의 압축 및 토양 기반을 뚫는 것을 용이하게 하는 형태라면 기타 어떠한 형태도 가능하다. 확대되거나 구근의 하단부 부재(32)는 다양한 형태나 형상을 갖는 중공 튜브(30)의 하나 이상의 증가된 외부 지름부와 조합되어 사용될 수 있다. 그러므로, 본원발명은 이하의 청구항 및 그 균등물에 의해서만 오직 제한된다.

본원발명에 따른 골재의 하나 이상의 압축된 리프트로 이루어진 지지 교대 건설하기 위한 방법 및 장치는 구조체를 지지하기에 유용한 견고하고 효과적이어서, 구조체를 지지하기 위한 지주 또는 교대로서 사용할 수 있다.

Claims (59)

  1. 토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치로서,
    종방향 축, 상부 단부, 개방된 하부 단부, 외부 표면 지름을 가지는 신장된 중공 튜브와, 상기 개방된 하부 단부에 위치하며 상기 중공 튜브의 외부 표면 지름보다 큰 외부 표면 지름을 갖으며 상기 중공 튜브를 하강시킬 때 축방향 및 횡축방향 응력 성분의 조합을 제공하도록 구성된 단일의 성형된 하단부 부재; 및
    하단부 부재 캡; 을 서로 결합하여 포함하고,
    상기 상부 단부를 통해 물질이 유입되고 상기 하부 단부를 통해 물질이 배출되며, 상기 하단부 부재는 상기 중공 튜브의 단일한 부착물을 구성하며, 상기 하단부 부재는 선단부 및 후단부를 구비하고, 상기 선단부는 상기 하단부 부재 외부 표면과 상기 선단부의 하부 방출 개구부 사이에 절두원추형의 형상을 구비하고, 상기 후단부가 절두원추형의 형상을 구비하며,
    상기 하단부 부재 캡은 상기 하부 방출 개구부를 덮으며,
    상기 중공 튜브 및 상기 캡을 구비하는 상기 하단부 부재는 토양 기반 내에 공동을 형성하기 위하여 상기 캡 및 상기 하단부 부재와 함께 상기 중공 튜브가 토양 기반 내부로 하강할 때 토양을 이동시키기 위하여 토양 기반 내에 삽입되도록 형성되며, 상기 캡은 상기 하부 방출 개구부를 통해서 상기 중공 튜브와 하단부 부재에 의하여 공동화된 상기 공동의 일부로 물질을 유동시키기 위하여 상기 중공 튜브가 상기 공동으로부터 후속적으로 상승될 때 상기 하부 방출 개구부로부터 부분적으로 또는 완전히 제거될 수 있으며, 상기 하단부 부재는 상기 중공 튜브가 토양 기반으로 들어가거나 토양 기반으로부터 나올 때 상기 중공 튜브 상의 마찰력을 감소시키기 위하여 상기 중공 튜브의 횡단면 형상 및 크기보다 더 큰 횡단면 형상 및 크기를 갖는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    유체 물질을 중공 튜브로 향하게 하기 위한 유체 공급 수단과, 골재 재료를 상기 중공 튜브의 상부 단부로 공급하기 위한 고체 물질 공급 수단을 더 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중공 튜브가 원형의 내부 횡단면을 가지며, 상기 중공 튜브로 골재 재료 물품(item)을 공급하기 위하여 상기 상부 단부에 연결되는 골재 공급 수단을 더 포함하며,
    상기 중공 튜브의 내부 지름의 최소 크기가 상기 중공 튜브의 골재 재료의 가장 큰 물품(item)의 최대 크기의 4.0 배 이상인,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중공 튜브로 유체 물질을 공급하기 위하여 중공 튜브 단부에 있는 개구부를 통하여 중공 튜브에 연결되는 하나 이상의 보조 공급 튜브를 더 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중공 튜브로 물질을 공급하기 위한 호퍼 및 상기 중공 튜브로 액체 물질을 공급하기 위하여 상기 호퍼에 연결되는 하나 이상의 유입구 포트를 더 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중공 튜브 내에 있는 유체 물질을 상기 하단부 부재 위의 중공 튜브로부터 중공 튜브 외부의 토양 기반과 중공 튜브 사이에 형성된 환형 공간으로 유동시키기 위하여, 상기 하단부 부재 위의 중공 튜브 내에 반죽 배출용 개구부를 더 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중공 튜브의 상부 단부에 연결되는 호퍼 공급 수단을 더 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    호퍼 및 상기 호퍼를 상기 중공 튜브에 연결하는 하나 이상의 분리 댐퍼를 더 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 중공 튜브 상에 아래방향으로 향하는 하중을 제공하기 위하여 상기 중공 튜브에 연결되는 하중 메커니즘을 더 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    아래 방향으로 향하는 정적 축방향 하중을 제공하기 위하여 상기 중공 튜브에 연결되는 하중 메커니즘을 더 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    연직 왕복 하중, 연직 진동 동적 축방향 하중, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하중을 상기 중공 튜브 상에 제공하기 위한 하중 메커니즘을 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 캡이 희생 캡을 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 희생 캡이, 형성된 교대 부재의 하부에 유지될 수 있도록 횡축방향 플레이트 부재를 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 희생 캡이 상기 횡축방향 플레이트 부재와 결합하는 하나 이상의 축방향 로드(rod)를 더 포함하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하단부 부재 및 중공 튜브 각각이 균일한(uniform) 원통형 횡단 프로파일을 갖는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    하나 이상의 상기 로드가 형성된 교대의 하부로부터 지표면 높이 위로 축방향으로 연장하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 캡이 상기 하부 방출 개구부를 개폐하기 위한 메커니즘을 포함하여, 개방시에는 상기 하부 방출 개구부로부터 물질이 유동하도록 하고 폐쇄시에는 상기 하부 방출 개구부로부터 물질이 유동하는 것을 차단하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 선단부가 상기 공동 내의 골재를 압축하기 위하여 에너지 전달 표면을 제공하는,
    토양 기반 내에 다중 리프트의 압축된 교대를 건축하기 위한 장치.
  19. 토양 기반에 교대를 형성하는 방법으로서,
    a) 개방된 상부 단부를 갖는 중공 튜브 및 상기 중공 튜브를 선택적으로 폐쇄하는 폐쇄 메커니즘을 구비하는 개방된 하단부 부재에 하중을 가함으로써 토양 기반 내에 종방향 축 및 하부를 갖는 신장된 공동을 형성하는 단계로서, 여기서 상기 하단부 부재는 상기 토양 기반 상에 축방향 및 횡축방향 벡터 하중을 제공하도록 형성되고, 상기 폐쇄 메커니즘은 상기 공동을 형성하는 동안에 상기 하단부 부재로부터의 물질 배출이 폐쇄되도록 유지하는, 신장된 공동 형성 단계;
    b) 상기 중공 튜브를 상기 공동 내에서 상승 높이로 상승시키는 단계;
    c) 상기 중공 튜브가 상승되는 동안 상기 폐쇄 메커니즘을 개방시키는 단계;
    d) 상기 중공 튜브의 하단부 부재를 통하여, 상기 중공 튜브를 상기 상승 높이로 상승시킴으로써 노출되는 공동의 일부로 골재를 공급하는 단계; 및
    e) 상기 중공 튜브가 하강할 때 상기 성형된 하단부 부재로부터 골재 상에 축방향 및 횡축방향 하중을 가하여 상기 공동 내의 골재를 압축하는 단계를 포함하는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 중공 튜브가 초기에 상기 토양 기반 내로 소정의 거리만큼 밀어 넣어지는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 단계 b)의 상승 높이가 미리 정해진 거리인,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 단계 b) 내지 단계 e) 를 반복하는 단계를 포함하는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 압축 단계 이전에 상기 폐쇄 메커니즘을 폐쇄하는 단계를 포함하는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  24. 제19항에 있어서,
    골재의 유동을 용이하게 하기 위하여, 골재와 함께 액체 물질을 별도로 공급하는 추가 단계를 포함하는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 액체 물질이 물, 시멘트성 반죽, 벤토나이트, 시멘트, 플라이 애시, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  26. 제19항에 있어서,
    상기 중공 튜브가 균일한 내부 횡단면을 갖는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 하단부 부재가 상기 중공 튜브의 나머지 부분의 외부 횡단면보다 더 큰 외부 횡단면을 갖는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  28. 제20항에 있어서,
    상기 중공 튜브를 구동하고 골재를 압축하도록 하기 위하여 상기 중공 튜브 상에 정적 하중을 제공하는 단계를 포함하는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  29. 제20항에 있어서,
    상기 중공 튜브를 구동하고 골재를 압축하도록 하기 위하여 상기 중공 튜브 상에 동적 축방향 하중을 제공하는 단계를 포함하는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  30. 제19항에 있어서,
    상기 단계 c) 내지 e) 를 반복하는 단계를 포함하는,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  31. 제19항에 있어서,
    상기 상승 높이가 형성될 교대의 높이와 동일한,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  32. 제19항에 있어서,
    상기 상승 높이가 형성될 교대의 높이보다 작은,
    토양 기반에 교대를 형성하는 방법.
  33. 토양 기반 내에 토양 강화 교대를 건축하기 위한 장치로서,
    종방향 축, 상부 단부, 개방된 하부 단부를 갖는 신장된 중공 튜브; 를 포함하고,
    상기 상부 단부를 통해 물질이 유입되고 상기 하부 단부를 통해 물질이 배출되며, 상기 하부 단부의 외부 횡단면은 이에 인접한 중공 튜브의 외부 횡단면보다 더 커서 상기 중공 튜브의 구근 섹션을 형성하고, 상기 구근 섹션의 외부 횡단면 형상 및 크기는 상기 구근 섹션에 인접한 중공 튜브의 외부 횡단면 형상 및 크기보다 더 크며,
    상기 구근 섹션의 단부는 물질 상으로 하방 이동시 축방향 및 횡축방향 하중을 가하도록 형성된 표면을 갖는,
    토양 기반 내에 토양 강화 교대를 건축하기 위한 장치.
  34. 토양 기반 내에 토양 강화 교대를 건축하기 위한 장치로서,
    종방향 축, 상부 단부, 개방된 하부 단부를 갖는, 원통형의 신장된 중공 튜브; 및
    상기 하부 단부에 부착되며, 상기 종방향 축과 동축으로 관통하는 통로를 구비하는 성형된 하단부 부재; 를 서로 결합하여 포함하고,
    상기 상부 단부를 통해 물질이 유입되고 상기 하부 단부를 통해 물질이 배출되며,
    상기 하단부 부재가 방출 개구부를 구비하고, 상기 방출 개구부가 이로부터 제거될 수 있는 캡을 구비하며,
    상기 중공 튜브 및 상기 하단부 부재는 토양 기반 내에 공동을 형성하기 위하여 상기 하단부 부재 및 상기 중공 튜브가 토양 기반 내부로 하강할 때 토양을 이동시키기 위하여 토양 기반 내에 삽입되도록 형성되며,
    상기 캡은 상기 중공 튜브가 상기 형성된 공동의 바닥으로부터 후속적으로 상승될 때 상기 하단부 부재의 방출 개구부로부터 제거될 수 있으며,
    상기 종방향 축을 가로지르는 상기 하단부 부재의 횡단면적이 상기 종방향 축을 가로지르는 상기 중공 튜브의 횡단면적보다 크며,
    상기 하단부 부재의 상기 방출 개구부에 인접하는 부분은, 토양 기반으로 하강될 때, 상기 토양 기반 상에 축방향 및 횡축방향 하중을 동시에 가하도록 구성되는 형상을 가지는,
    토양 기반 내에 토양 강화 교대를 건축하기 위한 장치.
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