KR100989585B1 - Vibration unit and grouting apparatus for using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가진유닛 및 이를 이용한 그라우팅 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 가진유닛은, 하우징, 상기 하우징의 내측에 구비되고, 그 구비위치를 기준으로 하우징을 일측과 타측으로 나누는 진동판부, 상기 하우징의 일측에 구비된 진동발생부, 상기 하우징에 결합되어 주입재를 하우징 타측에 공급하는 유입부, 상기 하우징의 타측에 구비되어, 상기 유입부로부터 주입재를 공급받는 주입액부, 및 상기 주입액부와 유체연통 되도록 형성된 유출부로 이루어진 가진기를 포함한다.
또, 본 발명에 따른 그라우팅 장치는, 주입재를 펌핑하는 펌핑유닛과; 상기 펌핑 유닛과 유체연통 되도록 구비된 가진유닛; 및 상기 가진유닛과 유체연통 되며, 상기 가진유닛에 의하여 가진된 상기 주입재를 보강할 대상체에 공급하는 선단주입유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가진 유닛 및 이를 이용한 그라우팅 장치를 사용함으로써, 현탁액 주입재를 미세한 균열에도 효과적으로 공급할 수 있다. 또, 주입액에 진동을 가함으로써, 주입액의 성분이 대상체 내에서 분리되는 것을 방지할 수 있다
The present invention relates to an excitation unit and a grouting apparatus using the same, the excitation unit according to the present invention includes a housing, an inner side of the housing, and a diaphragm unit for dividing the housing into one side and the other side based on the provided position, the housing Vibration generating portion provided on one side of the inlet portion is coupled to the housing for supplying the injection material to the other side of the housing, provided on the other side of the housing, the injection liquid portion for receiving the injection material from the inlet, and in fluid communication with the injection liquid portion It includes an exciter consisting of an outlet portion formed to be.
In addition, the grouting apparatus according to the present invention, the pumping unit for pumping the injection material; An excitation unit provided in fluid communication with said pumping unit; And a tip injection unit in fluid communication with the excitation unit and supplying the object to be reinforced with the injection material excited by the excitation unit.
By using the excitation unit and the grouting apparatus using the same according to the present invention, the suspension injection material can be effectively supplied to fine cracks. In addition, by applying vibration to the injection liquid, it is possible to prevent the components of the injection liquid from being separated in the object.
Description
본 발명은 가진 유닛 및 이를 이용한 그라우팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연약지반, 암반 또는 구조물 등의 대상체에 발생한 균열을 보강할 때, 미세균열에도 주입이 가능하며 주입액 성분이 대상체 내에서 분리되는 것을 방지할 수 있는 가진 유닛 및 이를 이용한 그라우팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an excitation unit and a grouting apparatus using the same, and more particularly, when reinforcing a crack generated in an object such as a soft ground, a rock, or a structure, injection into a microcrack is possible, and an injection liquid component is separated from the object. The present invention relates to an excitation unit and a grouting apparatus using the same.
일반적으로 그라우팅이란 토목공사에서 지반의 갈라진 틈, 공동(空洞) 등에 충전재를 주입하는 것을 말하는 것으로써, 건물, 터널, 지하공동시설물, 댐의 기초지반 및 인공토사 구조물 등과 같은 대상체에 균열이 형성되어 대상체로 물이 용이하게 침투할 때, 누수방지 공사나 토질안정 등을 위하여 상기 대상체에 그라우팅을 실시하게 된다. 그라우팅을 하기 위하여, 시멘트와 같은 주입재 입자가 액체중에 분산되어 있는 형태의 현탁액 주입재, 주입재가 입자를 포함하지 않고 용액상태로 있는 약액주입재, 또는 현탁액 주입재와 약액주입재를 조합한 반용액형 주입재를 보강하고자 하는 대상체에 주입할 수 있다.In general, grouting refers to injecting fillers into cracks and cavities in civil engineering, and cracks are formed on objects such as buildings, tunnels, underground joint facilities, dam foundations, and artificial earth structures. When water easily penetrates into the object, grouting is performed on the object for leakage prevention construction or soil stability. For grouting, to reinforce a suspension injection material in which an injection particle such as cement is dispersed in a liquid, a chemical injection material in which the injection material does not contain particles, or a semi-solution injection material combining a suspension injection material and a chemical injection material. Can be injected into a subject.
상기 현탁액 주입재는 내구성이 크고, 비용이 저렴하여 경제성이 있는 반면 침투성이 떨어져서, 미세 균열이 일어난 대상체에 주입재로 사용하는데 어려움이 있고, 상기 약액주입재는, 침투성이 우수한 대신, 강도가 약하고, 내구성이 부족하였고, 반용액 주입재의 경우에는, 약액주입재에 비하여 강도가 크지만 대상체에서 요구되는 강도에까지 이르기에는 한계가 있다는 문제점이 발생하였다. 또한, 상기 주입액들은, 대상체에 공급될 때, 주입액을 이루는 구성성분이 서로 분리되어, 대상체의 균열된 틈이나 연약지반을 고결시킬 성분이 소정 구간 이상 이동하지 못하고 윤활성분만 지반을 통과하는 등의 문제점이 발생하였다.The suspension injection material has high durability, low cost, and economical efficiency, but has low permeability, making it difficult to use as an injection material for an object in which microcracks have occurred, and the chemical injection material has excellent strength and low strength and durability. In the case of the semi-solution injection material, the strength is higher than that of the chemical injection material, but there is a problem that there is a limit to the strength required by the subject. In addition, when the injection liquid is supplied to the object, the components constituting the injection liquid are separated from each other, so that the cracks of the object or the components that solidify the soft ground do not move more than a predetermined section, and only the lubricating component passes through the ground. A problem has occurred.
종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 출원특허 제1976-0001369호에 물과 고결제의 혼합물인 A액과 고결제가 함유된 물유리 수용액인 B액을 혼합주입함에 있어서, A액과 B액을 동시에 혼합주입하다가 A액은 중단하고 B액만을 주입하는 고결방법이 제시되어 있다. 그러나 상기와 같이 주입액의 주입시점이나 주입양을 달리하는 것만으로는 주입액 성분이 서로 분리되는 것을 방지하기 어렵고, 그 주입시점은, 대상체에 따라 다르게 적용되어야만 하기 때문에 적정한 주입시점 조절이 어려워 결국은, 주입액 성분이 서로 분리되는 것을 막기 어렵고, 결국, 지반을 강화시키기 어렵다는 문제점이 여전히 발생하였다.Conventionally, in order to solve such a problem, in mixing and injecting the liquid A solution and the liquid water solution B containing a high binder in the Republic of Korea Patent No. 1976-0001369, the solution A and B At the same time, the mixing method is to stop the solution A and inject only the solution B is proposed. However, it is difficult to prevent the separation of the injection liquid components from each other only by changing the injection time or the amount of injection as described above, and since the injection time should be applied differently according to the object, it is difficult to properly adjust the injection time. Silver has a problem that it is difficult to prevent the injection liquid components from being separated from each other, and eventually, it is difficult to strengthen the ground.
또한, 대한민국 등록특허 제0366156호에는, 소일네일링 공법에 있어서, 해당지반 천공홀 내에 설치되는 파이프 보강재의 외주면에 복수개의 분사공을 형성하고, 그 분사공을 통하여 고압의 시멘트 현탁액을 분사하여 천공홀 내부가 충전될 수 있는 가압 그라우팅을 이용한 쏘일 네일링 공법이 제시되어 있다. 그러나 펌프와 같은 상기 가압장치를 이용하여 주입재를 연약지반 또는 지반의 갈라진 틈으로 주입하는 것만으로는, 상기 주입액들이 대상체의 미세균열 부위까지 도달하는데 어려움이 있다. In addition, the Republic of Korea Patent No. 0366156, in the small nailing method, a plurality of injection holes are formed on the outer circumferential surface of the pipe reinforcing material provided in the ground boring hole, and the high-pressure cement suspension is injected through the injection holes to puncture A saw nailing method using pressurized grouting, in which the inside of a hole can be filled, is presented. However, by simply injecting the injection material into the soft ground or the crack of the ground by using the pressurization device such as a pump, it is difficult for the injection liquids to reach the microcracks of the object.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 주입재가 대상체에 효과적으로 주입할 수 있는 가진유닛을 제공하는 것이다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide an excitation unit that can be injected into the object effectively.
또한, 상기 가진유닛을 적용하여 주입재가 대상체의 미세한 틈에도 공급되면서, 대상체 내에서 높은 강도로 고결될 수 있으며 경제적인 그라우팅 장치를 제공하는 것이다.In addition, while the injection material is supplied to the fine gap of the object by applying the excitation unit, it can be solidified with high strength in the object and to provide an economical grouting device.
본 발명에 따른 가진유닛은, Excitation unit according to the invention,
하우징;housing;
상기 하우징의 내측에 구비되고, 그 구비위치를 기준으로 상기 하우징을 일측과 타측으로 나누는 진동판부;A diaphragm unit provided inside the housing and dividing the housing into one side and the other side based on the provided position;
상기 하우징의 일측에 구비된 진동발생부;A vibration generating unit provided at one side of the housing;
상기 하우징에 결합되어 주입재를 하우징 타측에 공급하는 유입부;An inlet coupled to the housing to supply an injection material to the other side of the housing;
상기 하우징의 타측에 구비되어, 상기 유입부로부터 주입재를 공급받는 주입액부; 및An injection liquid part provided at the other side of the housing and receiving injection material from the inlet part; And
상기 주입액부와 유체연통 되도록 형성된 유출부로 이루어진 가진기를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a conduit consisting of an outlet formed in fluid communication with the injection liquid portion.
본 발명의 일실시예에 따른 가진유닛은, 상기 진동판부가, 진동발생부에서 받은 진동을 주입재에 전달하는 진동판, 상기 진동판의 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이에 결합되는 완충부재로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 진동판은, 상기 주입액부 측으로 볼록하게 일정 곡률로 형성될 수 있다.Excitation unit according to an embodiment of the present invention, the diaphragm portion may be made of a vibration plate for transmitting the vibration received from the vibration generating portion to the injection material, a shock absorbing member coupled between the outer peripheral surface of the vibration plate and the inner peripheral surface of the housing. In this case, the diaphragm may be formed at a predetermined curvature to be convex toward the injection liquid portion.
또, 상기 진동판은, 상기 하우징 내에 노출되어 있는 부분의 방사상 최외측으로부터 방사상 내측의 일정 거리까지 벨로우즈 형상으로 형성될 수 있다. In addition, the diaphragm may be formed in a bellows shape from a radially outermost side of a portion exposed in the housing to a predetermined distance radially inward.
또한, 상기 완충부재는, 상기 진동판과 접하는 단부가 라운딩처리될 수 있다.In addition, the shock absorbing member may be rounded at an end in contact with the diaphragm.
또, 상기 유입부는 주입액이 공급되는 유입구, 상기 주입액이 주입액부로 이동하도록 유입구와 주입액부 사이에 관(管) 형상으로 형성된 유입파이프로 이루어질 수 있다.In addition, the inlet may be made of an inlet through which the injection liquid is supplied, and an inlet pipe formed in a pipe shape between the inlet port and the injection liquid unit so that the injection liquid moves to the injection liquid unit.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가진유닛은, 상기 진동발생부와 연동되는 구동모터가 더 구비될 수 있다. 이때, 상기 진동발생부는, 상기 구동모터에 연동되어 상기 하우징의 일측과 타측방향으로 왕복운동하는 진동봉으로 이루어질 수 있다.Excitation unit according to another embodiment of the present invention may be further provided with a drive motor that is linked to the vibration generating unit. At this time, the vibration generating unit may be made of a vibration rod reciprocating in one direction and the other direction of the housing in conjunction with the drive motor.
또, 상기 진동발생부는, 앰프로 이루어질 수 있다.In addition, the vibration generating unit may be formed of an amplifier.
또한, 상기 진동발생부는, 압전소자로 이루어질 수 있다.In addition, the vibration generating unit may be made of a piezoelectric element.
본 발명에 따른 그라우팅장치는, The grouting device according to the present invention,
주입재를 펌핑하는 펌핑유닛과;A pumping unit for pumping the injection material;
상기 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 해당하며, 상기 펌핑 유닛과 유체연통 되도록 구비된 가진유닛; 및An excitation unit corresponding to any one of
상기 가진유닛과 유체연통 되며, 상기 가진유닛에 의하여 가진된 상기 주입재를 보강할 대상체에 공급하는 선단주입유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.In fluid communication with the excitation unit, characterized in that it comprises a front end injection unit for supplying the object to be reinforced to the injection material excited by the excitation unit.
또, 상기 펌핑유닛은, 상기 주입재를 교반하는 교반기, 상기 교반기로부터 공급받은 주입재를 상기 가진유닛으로 송출하는 펌프, 및 상기 펌프와 상기 가진유닛 사이에 구비되는 펌핑파이프로 이루어질 수 있다.The pumping unit may include a stirrer for stirring the injection material, a pump for delivering the injection material supplied from the stirrer to the excitation unit, and a pumping pipe provided between the pump and the excitation unit.
또한, 상기 가진유닛은, 상기 가진유닛으로 공급된 주입재가 상기 펌핑유닛으로 역류되는 것을 방지하는 체크밸브가 더 구비될 수 있다.In addition, the excitation unit may be further provided with a check valve for preventing the injection material supplied to the excitation unit flows back to the pumping unit.
또, 상기 선단주입유닛에 장착되어 가진된 주입재의 감쇠된 진동주파수를 측정하는 주파수감지센서, 상기 주파수감지센서 값에 따라 감쇠된 진동주파수가 기준주파수에 이르도록 상기 진동발생부의 진동주파수를 조절하는 제어부가 더 구비될 수 있다. 이때, 상기 기준 주파수는 5Hz 내지 15Hz인 것이 바람직하다.In addition, the frequency detection sensor for measuring the attenuated vibration frequency of the injection material mounted on the tip injection unit, the vibration frequency of the vibration generating unit to adjust the vibration frequency so that the attenuated vibration frequency to the reference frequency according to the value of the frequency detection sensor The control unit may be further provided. At this time, the reference frequency is preferably 5Hz to 15Hz.
또한, 상기 가진유닛은 선단주입유닛 내에 장착될 수 있다.In addition, the excitation unit may be mounted in the tip injection unit.
본 발명에 따른 가진유닛을 사용함으로써, 균열이 진행된 대상체에 주입하는 주입액의 겉보기 점성을 낮출 수 있고, 이로 인하여 주입액의 유동성이 좋아진다.By using the excitation unit according to the present invention, it is possible to lower the apparent viscosity of the injection liquid injected into the cracked object, thereby improving the fluidity of the injection liquid.
또한, 상기 가진유닛을 이용한 그라우팅 장치를 사용함으로써, 겉보기 점성이 낮아진 주입액을 대상체에 주입할 수 있기 때문에, 경제적이면서, 대상체에서 요구하는 높은 강도가 발현되는 주입재를 미세한 균열틈에도 효과적으로 공급할 수 있다. 또, 주입액에 진동을 가함으로써, 주입액의 성분이 대상체 내에서 분리되는 것을 방지할 수 있다.In addition, by using the grouting device using the excitation unit, since the injection liquid having a lower apparent viscosity can be injected into the object, it is economical and can effectively supply the injection material expressing the high strength required by the object to the minute cracks. . In addition, by applying vibration to the injection liquid, it is possible to prevent the components of the injection liquid from being separated in the object.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited thereto. In addition, the terms or words used in the present specification and claims are consistent with the technical spirit of the present invention on the basis of the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to best describe his or her invention. It must be interpreted as meaning and concept.
도 1은 본 발명에 따른 가진기의 여러 가지 실시예를 도시한 단면도로서, 도 1의 a는 하우징의 일측과 타측방향으로 왕복운동하는 진동봉이 진동발생부에 적용된 가진기를 나타낸 것이고, 도 1의 b는 앰프가 진동발생부에 적용된 가진기를 나타낸 것이고, 도 1의 c는 압전소자가 진동발생부에 적용된 가진기를 나타낸 것이다.Figure 1 is a cross-sectional view showing various embodiments of the exciter according to the present invention, Figure 1a shows a vibrator applied to the vibration generating portion vibrating rod reciprocating in one direction and the other side of the housing, b shows an exciter applied to the vibration generating unit, and c of FIG. 1 shows an exciter applied to the vibration generating unit.
본 발명에 따른 가진유닛(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(211);
상기 하우징(211)의 내측에 구비되고, 그 구비된 위치를 기준으로 하우징(211)이 일측과 타측으로 나뉘는 진동판부(215);A
상기 하우징(211)의 일측에 구비된 진동발생부(212);A
상기 하우징(211)에 결합되어 주입재를 하우징(211) 타측에 공급하는 유입부(213);An
상기 하우징(211)의 타측에 구비되어, 상기 유입부(213)로부터 주입재를 공급받는 주입액부(214); 및An
상기 주입액부(214)와 유체연통 되도록 형성된 유출부(216)로 이루어진 가진기(210)를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a
여기서, 진동판부(215)는, 상기 하우징(211)을 일측과 타측으로 나누는 기준이 되고, 진동발생부(212)에서 받은 진동을 주입재에 전달하는 진동판(215x), 상기 진동판(215x)의 방사상 외주면과 상기 하우징(211) 사이에 결합되는 완충부재(215y)로 이루어질 수 있다. 상기 완충부재(215y)는, 진동판(215x)의 진동이 주입액부(214)에 위치한 주입액에는 영향을 미치되, 유입파이프(213y)에 위치한 주입액에 미치는 영향을 최소화할 수 있도록 구비한 것이다.Here, the
균열이 생성된 대상체는, 대상체의 균열에 주입재를 공급함으로써, 그 틈새를 메울 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 가진유닛은, 상기 대상체에 공급되는 주입재에 진동을 가하는 것으로서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 가진유닛에 구비된 구동모터(250)에 그 일측이 결합되어 하우징(211)의 일측과 타측방향으로 왕복 운동하는 진동봉(212a)이 진동판(215x)을 가격하여 주입재에 진동이 전달될 수 있도록 한다. 즉, 유입구(213x)와 유입파이프(213y)를 거쳐 주입액부(214)로 이송된 주입액은, 상기 진동판(215x)에 의해 진동이 전달되어 유출부(216) 측으로 이동하게 되는 것이다. 이때 유입구(213x)와 동일한 높이에 위치한 환형 유입파이프(213z)는, 환형으로 형성되고, 상기 환형 유입파이프(213z)의 원주방향을 따라 일정 간격으로, 하우징(211)의 일측 및 타측방향으로 형성된 유입파이프(213y)들이 유체연통 되도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에따른 가진유닛은, 도 1a에 도시된 상기 유입부(213)의 사시도에 도시된 바와 같이, 상기 환형유입파이프(213z)에 4개의 유 입파이프(213y)가 90˚간격으로 유체 연통되게 형성될 수 있다. 사시도에 도시된 상기 유입부(213)는, 환형 유입파이프(213y)에 유입파이프(213y)가 유체연통되게 형성된 모습을 쉽게 이해할 수 있도록 상기 환형 유입파이프(213z)의 일부분을 절개하여 도시하였다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 유입부(213)는 유입구(213x) 및, 환형 유입파이프(213z)가 상기 하우징의 일측에 구비되고, 상기 유입파이프(213y)는 하우징의 일측방향으로부터 타측방향에 거쳐 형성된 것으로 도시되어 있다. 그러나 이러한 배치는 일 실시예에 불과하며, 상기 유입파이프(213y)의 개수는 변경이 가능하다. 즉, 유입부(213)의 형상은, 상기 하우징 타측에 위치한 주입액부(214)에 주입액을 효과적으로 공급할 수 있는 형상이라면, 상기 환형 유입파이프(213z)나 유입구(213x)의 위치 또는 형상이 변경 가능하다.The cracked object can fill the gap by supplying an injection material to the crack of the object. At this time, the excitation unit according to the present invention, as applying vibration to the injection material supplied to the object, as shown in Figure 1a, one side of the
상기 진동발생부(212)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 앰프(212b)로 이루어지거나, 도 1c에 도시된 바와 같이, 압전소자(212c)를 적용하여, 상기 주입액부(214)에 위치한 주입액에 진동을 가할 수도 있다. As shown in FIG. 1B, the
상기 진동발생부(212)가 앰프(212b)로 이루어진 경우는, 스피커의 구조와 유사하게 진동발생부(212)를 구비한 뒤 스피커의 진동판 역할을 본 발명에 따른 진동판(215x)이 수행하도록 할 수 있다. 앰프 제어부로부터 받은 전기 신호를 통하여 코일에 전류가 가해지면, 코일의 자속밀도와 전류가 이루는 평면의 직각방향 즉, 하우징(211)의 일측과 타측방향으로 힘이 형성되어 진동판(215x)이 하우징(211)의 일측과 타측방향으로 이동하게 되는 것이다. 여기서 앰프(212b)는, 전기 신호로 전 달되는 아날로그 신호를 증폭하는 것으로 그 신호가 소리 신호에만 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기 진동발생부(212)가 앰프(212b)로 이루어져 있어도, 그 구조가 스피커 형상에 한정되는 것은 아니다.When the
또한, 상기 진동발생부(212)가 압전소자로 이루어질 수 있다. 도 1c에는 압전소자(212c)가 진동판(215x)의 외주면에 위치하여 압전소자 제어부에 의해 진동판(215x)에 진동을 전달하는 형상으로 도시되어있다. 이때, 상기 압전소자의 위치는, 진동판(215x)과 결합될 수 있는 곳이라면 어느 곳에나 구비할 수 있다. 뿐만 아니라, 압전소자(212c)를 진동판(215x)으로 대체하여 압전소자가 주입재에 직접 진동을 가하도록 할 수도 있다. 여기서 압전소자란, 압전기(壓電氣)형상을 나타내는 소자를 가리키는 것으로서, 압전기란 어떤 종류의 결정판에 일정한 방향으로 압력을 가하면 판의 양력이 외력에 비례하는 양, 음의 전하가 나타나는 현상으로 상기 결정판에는 고유의 진동이 있고 탄성 진동과 전기 진동이 일치하면 압전기와 결합되어 더욱 강한 진동이 일어나도록 하는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 진동발생부(212)는, 상기 압전소자(212c)를 사용함으로써, 주입액부(214)에 위치한 주입액에 진동을 가할 수도 있다.In addition, the
도 2는 본 발명에 따른 진동판의 여러 가지 실시예를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing various embodiments of the diaphragm according to the present invention.
본 발명에 따른 진동판은, 여러 가지 형상으로 변경할 수 있다. 특히, 진동봉의 반복 가격(加擊)에 대한 내구성을 높이기 위하여, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 진동판(215x)을 상기 주입액부(214) 측으로 볼록하게 일정 곡률로 형성될 수 있다. 상기와 같이 진동판(215x)을 일정 곡률로 형성하게 되면, 진동판(215x)과 진동봉이 접하는 면적이 넓어서 적은 힘으로 가격하더라도 진동이 효과적으로 주입재로 전달될 수 있다. 또한, 가격되는 힘이 골고루 퍼지는 이러한 특징 때문에, 진동봉(212a)과 접하는 진동판(215x) 부분에 소성응력(塑性應力, plastic stress)이 거의 발생하지 않게 되고 이로인하여, 진동판(215x)의 내구성이 증가하게 된다. The diaphragm which concerns on this invention can be changed into various shapes. In particular, in order to increase the durability against the repetitive price of the vibration rod, as shown in FIG. 2A, the
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 하우징 내에 노출되어 있는 진동판(215x') 부분의 방사상 최외측으로부터 방사상 내측의 일정 거리(l)까지 벨로우즈 형상으로 형성함으로써, 진동봉이 가격하게 되더라도 벨로우즈 부분의 탄성(彈性)에 의하여 상기 진동판(215x')의 내구성이 증가할 수 있다.In addition, as shown in Fig. 2B, by forming a bellows shape from a radially outermost side of a portion of the
이때, 상기 진동판(215x, 215x')과 접하는 상기 완충부재(215y)의 단부(e)를 라운딩 처리함으로써, 진동판(215x, 215x')과 완충부재(215y) 단부(e) 간의 마찰로 인해 진동판(215x, 215x')이 파열되지 않도록 할 수 있다.At this time, by virtue of the friction between the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 그라우팅 장치의 블록도이다.3 is a block diagram of a grouting apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 상기 가진유닛(200)을 적용한 그라우팅 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 주입재를 펌핑하는 펌핑유닛(100)과;The grouting apparatus applying the
상기 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 해당하며, 상기 펌핑유닛(100)과 유체연통 되도록 구비된 가진유닛(200); 및
상기 가진유닛(200)과 유체연통 되며, 상기 가진유닛(200)에 의하여 가진된 상기 주입재를 보강할 대상체(1)에 공급하는 선단주입유닛(300)을 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it comprises a front
이때, 상기 펌핑유닛(100)은, 상기 주입재를 교반하는 교반기(미도시), 상기 교반기로부터 공급받은 주입재를 상기 가진유닛(200)으로 송출하는 펌프(130), 및 상기 펌프(130)와 상기 가진유닛(200) 사이에 구비되는 펌핑파이프(120)로 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, the
본 발명에 따른 그라우팅 장치는 주입재를 공급할 때, 펌핑유닛(100) 내의 저장통(110)에 저장되는 주입재가 펌프(130)에 의해 상기 가진유닛(200)으로 이송되고, 가진유닛(200)에서 진동을 전달받은 주입재는 선단주입유닛(300)을 통하여 대상체(1)의 균열(C) 부위로 주입재를 전달하는 방식으로 진행된다. 이때, 상기 제어유닛(400)은 가진유닛(200) 내에 구비된 가진기(210)의 성능을 조절하게 된다. In the grouting apparatus according to the present invention, when supplying the injection material, the injection material stored in the
도 3에는 제어유닛(400)이 구동모터(250)를 제어하는 것으로 도시되어 있는데, 본 발명에 따른 그라우팅 장치가 도 1b나 도 1c에 도시된 바와 같은 진동발생부를 채택할 때에는, 가진유닛(200)에 구동모터(250)가 구비되지 않기 때문에, 상기 제어유닛(400)이, 진동발생부(212)를 직접 제어하도록 가진기(210)와 연동될 수 있다. 상기 펌핑파이프(120)에는, 주입재의 양이나 압력을 제어하기 위하여 압력계(140)와 유량계(150) 및 리턴밸브(160)가 구비될 수 있는데, 당업자라면 충분히 이해할 것인바 추가적으로 설명하지는 않는다.3 shows that the
펌핑파이프(120)에 의해 펌핑된 주입재를 전달받는 가진유닛(200)은, 가진기(210)를 이용하여 주입재에 진동을 가한다. 가진기(210)에 주입재가 유입되기 직전에 체크밸브(260)와 유량계(270)가 설치될 수 있다. 상기 체크밸브(260)는 가진 기(210)에서 발생한 진동이나, 가진기(210) 내의 주입재가 펌핑유닛(100)으로 역류하는 것을 방지한다. 또한, 상기 유량계(270)는 가진기(210) 내에 유입되는 주입재의 유량을 확인할 수 있게 한다. 상기와 같이 가진기(210)를 통과한 주입재는 선단주입유닛(300)의 주입파이프(310)를 통해 대상체(1)에 주입된다. 상기 가진된 주입재의 미립자들은 진동에너지를 받아 들뜬 상태 또는 여기 상태(excited statd)가 되며, 진동을 가하기 전의 상태보다 주입재의 겉보기 점도가 낮아지게 된다. 겉보기 점도는 면찰 응력을 면찰 속도로 나눈 것으로서, 그 비가 면찰 속도에 의존하기 때문에, 겉보기 점도가 낮아질수록 면찰 속도는 증가하게 된다. 즉, 겉보기 점도의 저하에 의해 유동성이 좋아지게 되는데, 이러한 변화로 인해 시멘트류의 현탁액 주입재도 미세균열(C)에 효과적으로 주입될 수 있게 된다. The
상기 주입재를 대상체(1)에 공급하기 위하여, 대상체(1)에는 주입공(510)이 형성되고, 상기 주입공(510)에는 주입케이싱(520)이 삽입될 수 있다. 주입케이싱(520) 내에 주입파이프(310)가 삽입되어 주입이 이루어질 때, 상기 주입파이프(310)에 장착되며 고무소재 등으로 형성되는 팩커(320)가 팽창되어 주입 파이프의 선단부(330)에 분사되는 주입재가 역류하지 않도록 주입케이싱(520)을 밀폐한다. In order to supply the injection material to the
본 발명에 따른 그라우팅 장치는, 대상체(1)의 균열(C) 부분으로 공급되는 주입재의 주입효과를 가장 높일 수 있는 진동 주파수 범위를 제어하기 위하여, 제어유닛(400) 및 주파수 감지센서(450)를 더 구비할 수 있다. 상기 주파수감지센 서(450)는 주입파이프(310)를 통해 균열(C)로 주입되는 주입재의 주파수를 감지하게 된다. 상기 주입재가 주입파이프(310)를 통과하는 동안 진동이 감쇠되기 때문에 실제로 대상체(1) 균열(C)에 주입되기 적합한 주입재의 진동 주파수를 측정하도록 주파수감지센서(450)가 사용된다. 즉, 주파수감지센서(450)에서 입력된 주입재의 진동주파수를 제어유닛(400)의 주파수 검출기(410)에 의해 검출되면, 그 값이 제어기(430)를 통해 대비회로(420)로 전달된다. 상기 대비회로(420)는 주입액의 최적의 진동 주파수값과 입력값을 비교하여 차이가 생기면, 상기 제어기(430)에서 구동모터의 속도를 조절하거나, 앰프제어부 또는 압전소자제어부 등에 신호를 보내어 진동 주파수를 조절할 수 있다.The grouting apparatus according to the present invention, the
또, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그라우팅 장치의 블록도이다. 4 is a block diagram of a grouting apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 실시예에 따른 그라우팅 장치는, 도 4에 도시된 바와같이, 상기 선단주입유닛(300) 내에 가진유닛(200)을 구비함으로써, 주입파이프(310)로 이송되는 중간에 진동이 감쇠하는 것을 최소화할 수 있다. 이로 인하여, 가진유닛(200)에서 주입액의 주파수 범위가 선단주입유닛(300)에서 공급하는 주입액의 주파수 범위와 동일하도록 할 수 있다.The grouting apparatus according to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 4, by having the
도 5 내지 도 9는, 본 발명에 따른 그라우팅 장치의 성능을 시험하는 장치 및 그 결과가 도시된 것으로서, 도 5a는 인공크랙 시험체의 사시도이며, 도 5b는 도 5a의 A-A'의 단면도이고, 도 6은 일반시멘트와 물의 배합비가 1:2인 주입재의 인공크랙 시험체 통과 속도를 도시한 그래프이며, 도 7은 마이크로 시멘트와 물의 배합비가 1:2인 주입재의 인공크랙 시험체 통과 속도를 도시한 그래프이다. 도 8a는 인공토사 시험체의 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 A-A'의 단면도이며, 도 9는 진동주파수 당 인공토사 시험체를 통과하는 주입재의 속도를 도시한 그래프이다.5 to 9, the apparatus for testing the performance of the grouting apparatus according to the present invention and the results are shown, Figure 5a is a perspective view of the artificial crack test body, Figure 5b is a cross-sectional view of AA 'of Figure 5a. 6 is a graph showing the passing rate of the artificial crack test body of the injection material having a ratio of general cement and water 1: 2, Figure 7 shows the passing rate of the artificial crack test body of the injection material having a 1: 2 compounding ratio of micro cement and water. It is a graph. FIG. 8A is a perspective view of an artificial soil test body, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 8A, and FIG. 9 is a graph showing the speed of the injection material passing through the artificial soil test body per vibration frequency.
실험에는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 구동모터에 의해 진동봉(212a)이 진동판(215x)을 가격하는 가진기(210)를 이용한 그라우팅 장치가 사용된다. 또한 이때의 진동판(215x)은, 도 2a에 도시된 진동판(215x)이 사용된다.In the experiment, as shown in FIG. 1A, a grouting apparatus using the
먼저, 대상체에 형성된 균열의 보강 능력 실험에는, 도 5에 도시된 바와 같은, 인공크랙 시험체가 사용되었다. 도 5는, 인공크랙 시험체 주입부(I) 및 배출부(O)의 형상을 보기 위하여 저면을 평면 위치로 두고 도시되었지만, 실제로 시험체의 주입부(I) 및 배출부(O)는 저면에 위치한다. 상기 인공크랙 시험체는, 길이 3000mm, 너비400mm, 두께 50mm의 강철 블록(P1, P2) 2개와, 상기 강철블록 사이에 두께 0.1mm의 동박(M)을 주입부(I)과 배출부(O) 위치에 맞춰 유로의 길이 2800mm, 유로폭 40mm가 되도록 가운데를 오려서 삽입한다. 상기 주입부(I)를 통해 일정 비율의 주입액을 주입한 뒤 배출부(O)까지 도달하는데 걸리는 속도를 측정한 뒤, 진동을 주지 않을 때(0Hz)와 진동을 줄 때의 인공크랙 시험체 내에서의 속도변화를 비교하였다. 이때, 주입재의 압력은 10kg/cm2이고, 주입재 속도의 단위는 cm/s 이다. First, an artificial crack test specimen, as shown in FIG. 5, was used in the reinforcement test of cracks formed on an object. Fig. 5 shows the bottom face in a planar position in order to see the shapes of the artificial crack test body injection unit I and the discharge unit O, but the injection unit I and the discharge unit O of the test body are actually located at the bottom surface. do. The artificial crack test body, two steel blocks (P 1 , P 2 ) of length 3000mm, width 400mm, thickness 50mm, and the copper foil (M) of 0.1mm thickness between the steel block inlet (I) and discharge ( O) Cut in the center and insert it so that the length of the channel is 2800mm and the channel width is 40mm according to the position. After injecting a certain ratio of the injection liquid through the injection unit (I) and measuring the speed it takes to reach the discharge unit (O), the artificial crack test body when the vibration is not applied (0 Hz) and when the vibration is applied The change of speed at is compared. At this time, the pressure of the injection material is 10kg / cm 2 , the unit of the injection material speed is cm / s.
먼저 상기의 조건의 인공크랙 시험체에 일반시멘트와 물의 배합비 1:2 인 주 입재를 통과시킨 실험이다.First of all, it is an experiment in which a mixture containing general cement and water in a ratio of 1: 2 is passed through an artificial crack test body under the above conditions.
용량\frequency
표 1과 그 결과를 그래프화한 도 6을 참조하면, 주입재를 100ml 주입했을 때, 시험체 내를 통과한 속도를 살펴보면, 주입재가 7.5Hz의 주파수로 가진될 때, 8.75cm/s로 통과되는 것을 볼 수 있다. 이는, 주입재에 진동이 주어지지 않았을 때의 속도가 2.98cm/s인 것과 비교해 볼 때 약 3배의 속도로 통과되는 것을 볼 수 있다. 또한, 특이사항에 기재된 바와 같이 주입재에 진동을 가하지 않으면 시멘트는 통과하지 못하고 물만 인공크랙 시험체 내부를 통과하는 것에 반해, 가진된 주입재는 그 구성 성분이 분리되지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 그라우팅 장치를 사용하여야만, 주입재가 분리되지 않고 인공크랙 시험체를 통과할 수 있을 뿐만 아니라, 무가진 주입재에서 분리된 물보다도 가진된 주입재의 속도가 훨씬 더 빠르다는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1 and FIG. 6 graphing the results, when 100 ml of the injection material is injected, the speed of passage through the test body shows that the injection material passes at 8.75 cm / s when the injection material is excited at a frequency of 7.5 Hz. can see. This can be seen that the speed is about three times as compared to the rate of 2.98 cm / s when the vibration is not given to the injection material. In addition, as described in the specification, if the injection material is not vibrated, the cement cannot pass but only water passes through the artificial crack test body, whereas the excited injection material does not separate its components. Therefore, the use of the grouting apparatus according to the present invention, it can be seen that not only the injection material can pass through the artificial crack test specimen without separation, but also the speed of the excited injection material is much faster than the water separated from the free injection material.
다음은 동일한 조건의 시험체에 초미립자 시멘트와 물의 배합비가 1:2인 주입재에 의한 실험이다.The following is an experiment with an injection material with a 1: 2 compounding ratio of ultrafine cement and water in a test body under the same conditions.
용량\frequency
표 2와 그 결과를 그래프화 한 도 7을 참조하면, 주입재 용량이 100ml이고, 주입재 주파수가 7.5Hz일 때 침투속도는 5cm/s이고 주입재에 진동이 가해지지 않을 때의 속도는 3.78cm/s임을 알 수 있다. 미립자 시멘트를 사용한 경우, 시멘트 입자가 작기 때문에, 주입부에서 배출부로 주입액을 통과시킬 때 무가진의 주입액이 통과하게 되더라도, 시멘트입자가 물로부터 쉽게 분리되진 않지만, 여전히 가진한 주입재가 인공크랙 시험체를 통과하는 속도가 더 빠른 것을 볼 수 있다.Referring to Table 2 and FIG. 7 graphing the results, when the injection material capacity is 100 ml, when the injection material frequency is 7.5 Hz, the penetration speed is 5 cm / s and the speed when no vibration is applied to the injection material is 3.78 cm / s. It can be seen that. When particulate cement is used, since the cement particles are small, the cement particles are not easily separated from the water, even though the powder-free injection liquid passes when the injection liquid is passed from the injection portion to the discharge portion, but the injected material still has artificial cracks. It can be seen that the speed through the specimen is faster.
또한, 본 발명에 따른 그라우팅 장치의 연약지반 고결 성능을 시험하기 위하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 그 내부에 모래(S)를 채워 넣고 아래쪽에 위치한 주입부(740)로부터 주입액을 공급하여 상부에 위치한 배출부(750)로 배출되는 주입액의 속도를 측정하였다. 상기 실험에 사용되는 인공 토사 시험체는, 직경 21cm, 높이 160cm인 시험체 하우징(710)에 그 내부를 투시할 수 있는 창(722)과 눈금자(724)가 구비되어 있어서, 그 내부를 이동하는 주입재의 위치를 확인할 수 있다. 상기 인공토사 시험체에 주입되는 주입액은, 일반시멘트와 물의 배합비가 1: 5인 것을 사용하고, 5kg/cm2의 압력으로 주입한다.In addition, in order to test the soft ground freezing performance of the grouting device according to the present invention, as shown in Figure 8, by filling the sand (S) therein and supplying the injection liquid from the
시간(s)\frequency
Time (s)
표 3과 그 결과를 그래프화한 도 9를 참조하면, 무가진 주입액의 경우, 주입액의 시멘트 성분이 일정 높이 이상 이동하기 어려워서 물과 시멘트가 분리될 뿐만 아니라, 물이 분리된 이후에도 배출부까지 도달하는데 많은 시간이 걸린다. 반면에, 주입액의 진동 주파수가 10Hz일 때는 60초면 주입액이 인공토사 시험체를 통과할 뿐만 아니라, 주입액 성분이 분리되지 않는다.Referring to Table 3 and FIG. 9 graphing the results, in the case of the injection-free injection liquid, it is difficult for the cement component of the injection liquid to move more than a certain height so that not only water and cement are separated, but also the discharge part after the water is separated. It takes a long time to reach. On the other hand, when the oscillation frequency of the injection liquid is 10 Hz, the injection liquid passes through the artificial soil test body at 60 seconds, and the injection liquid components are not separated.
상기한 실험을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 가진장치와 이를 이용한 그라우팅 장치를 사용함으로써, 진동이 가해진 주입재를 대상체에 주입하면, 주입재의 성분이 분리되지 않고, 약액주입재나 미세시멘트로 이루어진 주입재에 비해 저렴한 일반시멘트로 이루어진 현탁액 주입재를 사용하더라도, 약액주입재나, 미세시멘트로 이루어진 현탁액 주입재처럼 구성성분이 분리되지 않고, 원활하게 대상체 내를 이동할 수 있기때문에, 미세균열에도 효과적으로 주입될 뿐만 아니라 주입재가 고결된 이후 높은 강도로 대상체를 보강할 수 있다. As can be seen through the above experiment, by using the excitation device and the grouting device using the same according to the present invention, when the injection material subjected to the vibration is injected into the object, the components of the injection material are not separated, the injection material consisting of a chemical liquid injection material or a fine cement Even if a suspension injection material composed of ordinary cement is inexpensive, the components are not separated like a chemical injection material or a suspension injection material composed of fine cement, and can be moved smoothly within the object. After stiffening, the subject can be reinforced with high strength.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary and will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations can be made therefrom. However, such modifications should be considered to be within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 가진기의 여러 가지 실시예를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing various embodiments of the exciter according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 진동판의 여러 가지 실시예를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing various embodiments of the diaphragm according to the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 그라우팅 장치의 블록도이다.3 is a block diagram of a grouting apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그라우팅 장치의 블록도이다.4 is a block diagram of a grouting apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 5는 인공크랙 시험체의 사시도이다.5 is a perspective view of an artificial crack test specimen.
도 6은 일반시멘트와 물의 배합비가 1:2인 주입재의 인공크랙 시험체 통과 속도를 도시한 그래프이다.6 is a graph showing the passing rate of the artificial crack test specimen of the injection material having a ratio of general cement and water of 1: 2.
도 7은 마이크로 시멘트와 물의 배합비가 1:2인 주입재의 인공크랙 시험체 통과 속도를 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the passing rate of the artificial crack test specimen of the injection material with a 1: 2 mixing ratio of micro cement and water.
도 8은 인공토사 시험체의 사시도이다.8 is a perspective view of an artificial soil test body.
도 9는 진동주파수 당 인공토사 시험체를 통과하는 주입재의 속도를 도시한 그래프이다.9 is a graph showing the speed of the injection material passing through the artificial soil test body per vibration frequency.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 대상체 100: 펌핑 유닛1: object 100: pumping unit
110: 저장통 120: 펌핑파이프110: reservoir 120: pumping pipe
130: 펌프 140: 압력계130: pump 140: pressure gauge
150: 유량계 160: 리턴밸브150: flow meter 160: return valve
200: 가진유닛 210: 가진기200: exciting unit 210: exciting unit
211: 하우징 212: 진동발생부211: housing 212: vibration generating portion
212a: 진동봉 212b: 앰프212a:
212c: 압전소자 213: 유입부212c: piezoelectric element 213: inlet
213x: 유입구 213y: 유입파이프213x:
214: 주입액부 215: 진동판부214: injection liquid portion 215: diaphragm portion
215x: 진동판 215y: 완충부재215x:
216: 유출부 260: 체크밸브216: outlet 260: check valve
270: 유량계 300: 선단주입유닛270: flow meter 300: tip injection unit
310: 주입파이프 320: 팩커310: injection pipe 320: packer
330: 선단부 400: 제어유닛330: tip 400: control unit
410: 주파수 검출기 420: 대비회로410: frequency detector 420: contrast circuit
430: 제어기 450: 주파수 감지센서430: controller 450: frequency sensor
510: 주입공 520: 주입케이싱510: injection hole 520: injection casing
C: 균열C: crack
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