KR101001947B1 - 강관헤드와 이중관 파커를 이용한 파일 헤드 강관 그라우팅 공법 - Google Patents

강관헤드와 이중관 파커를 이용한 파일 헤드 강관 그라우팅 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파일헤드 강관 그라우팅 공법에 관한 것으로, 천공 케이싱을 이용하여 시추공을 형성하는 단계; 상기 시추공 내부로 외주연에 코킹판이 형성된 강관을 삽입하는 단계; 상기 천공 케이싱을 시추공 외부로 인발하는 단계; 상기 강관의 상부영역에 헤드를 결합시키는 단계; 상기 강관 내부에 외관과 내관 및 에어파커를 갖는 이중관 파커를 삽입하고, 이중관 파커를 인발할 인발기를 설치하는 단계; 상기 파커의 체적을 팽창시켜 상기 외관과 밀착시키는 단계; 상기 인발기를 통해 상기 이중관 파커를 단계적으로 인발하며 상기 이중관 파커의 내부관 및 외부관에 약액을 주입하는 단계; 이웃하는 헤드를 서로 결속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 연약지반에 대한 지지력와 인장강도 및 압축강도를 높일 수 있는 파일헤드 강관 그라우팅 공법을 제공할 수 있다.

Description

강관헤드와 이중관 파커를 이용한 파일 헤드 강관 그라우팅 공법{PILE HEAD STEAL GROUTING CONSTRUCTION METHOD USING STEAL HEAD AND DOUBLE CASKET PACKER}
본 발명은 파일 헤드 강관 그라우팅 공법에 관한 것으로, 구체적으로는 강관헤드와 이중관 파커를 이용하여 지반을 공사할 때 사용되는 파일 헤드 강관 그라우팅 공법에 관한 것이다.
일반적으로 토목공사시 연약지반 및 불량지반을 보강할 경우 유압드릴이나 각종 천공기로 천공작업을 시행하고, 천공홀에 강관을 삽입시킨 후 주입기로 약액(그라우팅액)을 주입하는 그라우팅공법이 사용된다.
그러나, 종래 그라우팅공법은 강관과 약액만을 사용하므로 강관 삽입영역의 압축강도와 전단강도 및 지지력 저하로 인하여 연약지반 처리에 많은 애로사항이 발생되었다.
그리고, 종래 그라우팅 공법에 사용되던 약액은 대부분 물유리계 약액으로, 지반주입 고결 후 시간경과에 따라 지반토양내의 흡착수 및 자유수에 의해 용탈이 진행되어 결국에는 주입재가 모두 용탈되는 현상이 발생되는 문제점이 있었다. 즉, 물유리계 약액의 경우 내구성이 취약하여 연약지반을 제대로 보강하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강관 삽입영역의 압축강도와 전단강도 및 지지력을 증대시켜 연약지반의 보강을 원활하게 수행할 수 있는 파일헤드 강관 그라우팅 공법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 용탈현상이 없고 친환경적인 소재의 약액을 주입하여 연약지반의 보강력을 높일 수 있는 파일헤드 강관 그라우팅 공법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 천공 케이싱을 이용하여 시추공을 형성하는 단계; 상기 시추공 내부로 외주연에 코킹판이 형성된 강관을 삽입하는 단계; 상기 천공 케이싱을 시추공 외부로 인발하는 단계; 상기 강관의 상부영역에 헤드를 결합시키는 단계; 상기 강관 내부에 외관과 내관을 갖는 이중관 파커를 삽입하고, 이중관 파커를 인발할 인발기를 설치하는 단계; 상기 에어파커의 체적을 팽창시켜 상기 외관과 밀착시키는 단계; 상기 인발기를 통해 상기 이중관 파커를 단계적으로 인발하며 상기 이중관 파커의 내부관 및 외부관에 약액을 주입하는 단계; 이웃하는 헤드를 서로 결속시키는 단계;를 포함한다.
삭제
일 실시예에 따르면, 상기 헤드는 평면형상이 다각형 또는 원형의 형상을 갖도록 구비되며, 복수개가 서로 이웃하게 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 헤드를 결속시키는 단계는 이웃하는 헤드를 상호 볼트결합시켜 위치를 고정시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 헤드를 결속시키는 단계는 이웃하는 헤드를 상호 용접결합시켜 위치를 고정시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상호 결속된 헤드 상에 상기 헤드와 동일한 형상의 캡을 씌우고 위치를 고정시킬 수 있다.
위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 강관헤드와 이중관 파커를 이용한 파일헤드 그라우팅 공법은 강관의 상부에 헤드를 결합시키고, 복수개의 헤드를 상호 결속시켜 강관이 말뚝과 같은 강한 지지력을 나타내도록 할 수 있다. 특히, 헤드가 지면과 접촉하면서 이웃하는 헤드들과 결합되므로 전단강도 및 압축강도를 증가시켜 약액이 주입된 강관과 함께 연약지반의 보강에 탁월한 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 강관헤드와 이중관 파커를 이용한 파일헤드 그라우팅 공법은 이중관 내부에 물, 시멘트, 활성실리카, 마그네슘썰페이트, 소듐카보네이트, 벤토나이트, SiO2분말을 혼합한 약액을 서로 다른 비율로 주입하여 용탈현상이 없으면서 내구성을 높일 수 있다. 또한, 지반에 스며들었을 때 강관과 함께 고강도를 발현하여 강관의 지지력을 높일 수 있으며 차수역할도 높일 수 있다.
도 1과 도2는 본 발명의 강관헤드 조립체의 강관과 헤드가 결합된 상태를 도시한 결합사시도와 단면도이고,
도 3은 본 발명의 강관헤드 조립체의 강관과 헤드의 조립과정을 도시한 분해사시도이고,
도 4와 도5는 본 발명의 강관헤드 조립체의 이중관 파커를 강관 내부로 삽입하는 과정을 도시한 사시도와 단면도이고,
도 6과 도7은 본 발명의 강관헤드 조립체의 헤드의 다른 실시예를 도시한 예시도들이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 파일헤드 강관 그라우팅 공법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도1은 본 발명에 따른 강관헤드 조립체(100)의 강관(110)과 헤드(120)가 결합된 결합구조를 도시한 결합사시도이고, 도2는 강관(110)과 헤드(120)가 결합된 상태의 단면도이고, 도3은 강관(110)과 헤드(120)의 결합과정을 도시한 분해사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 강관헤드 조립체(100)는 역약지반 내에 삽입되는 강관(110)과, 강관(110)의 상부영역에 구비되는 헤드(120)와, 강관(110) 내부에 삽입되는 이중관파커부(130)를 포함한다.
강관(110)은 지반 내에 삽입되는 강관본체(111)와, 강관본체(111)의 외측에 돌출결합된 코킹판(115)을 포함한다. 강관본체(111)는 하부영역이 원추형상으로 이루어져 지반 내에 삽입이 용이하도록 구비된다. 강관본체(111)는 일정 길이를 갖는 중공 형상으로 구비된다. 강관본체(111)의 내부로 후술할 이중관파커부(130)가 삽입된다.
강관본체(111)의 판면에는 약액이 지반 내부로 스며들도록 형성된 복수개의 분사공(113)이 형성된다. 분사공(113)은 다이아몬드꼴로 4개가 한 세트형태로 강관본체(111)의 길이방향을 따라 일정간격으로 구비된다.그러나 토류판 또는 CIP대신 대구경 주열식으로 이용시 분사공(113)은 배면을 뺀 3개 부분만 홀을 구비한다 분사공(113)에는 도면에는 도시되지 않았으나 분사된 약액이 역류하는 것을 방지하는 일방향밸브(미도시)가 구비된다.
코킹판(115)은 강관본체(111)의 반경방향 외측으로 결합되어 강관본체(111)의 분사공(113)을 통해 분사된 약액이 강관본체(111)를 삽입하기 위해 형성해놓은 천공구멍을 통해 지면 위쪽으로 용출하는 것을 방지한다. 코킹판(115)은 강관본체(111)의 측면으로부터 일정 길이 연장되도록 구비되어 약액이 지면 위쪽으로 용출되는 경로를 차폐한다. 코킹판(115)의 직경은 강관본체(111)의 직경과 연약지반의 상태 등을 고려하여 적절하게 구비될 수 있다.
강관본체(111)의 상부영역의 외측면에는 헤드(120)와 나사결합되는 제1나사산(117)이 형성된다. 제1나사산(117)은 헤드(120) 내부의 제2나사산(123)과 상호 나사결합되어 강관(110)과 헤드(120)의 결합상태가 안정적으로 유지되도록 한다.
헤드(120)는 강관(110)의 상부영역에 결합되어 지반과의 결속력을 높인다. 헤드(120)는 강관본체(111)의 외주연에 접촉 결합되는 헤드본체(121)와, 헤드본체(121)의 반경방향 외측으로 연장형성되어 지반에 지지되는 지반결합판(125)을 포함한다. 헤드본체(121)는 내측면에 형성된 제2나사산(123)을 통해 강관본체(111)와 결합된다.
지반결합판(125)은 일정 면적을 갖도록 형성되어 지반의 상측에 지지된다. 지반결합판(125)은 이웃하는 헤드(120)의 지반결합판(125)과 결합되어 강관(110)의 결속상태가 견고히 유지되도록 한다.
연약지반 내에 삽입된 강관(110)은 지반 자체의 특성에 의해 고정상태가 불안정할 수 있다. 이 때, 강관(110)의 상부영역에 결합된 복수개의 헤드(120)가 상호 고정되면 강관(110)이 말뚝과 같이 결속상태가 견고히 될 수 있다.
즉, 헤드(120)가 지면상에 부착되고, 헤드(120)와 헤드(120)가 상호 결속되어 평판 재하시험시에 큰 지지력과 전단강도 및 압축강도의 증대효과를 나타낸다. 또한, 코킹판(115)에 의해서도 약액의 외부 용출을 1차적으로 차단하고, 헤드(120)의 지반결합판(125)이 2차적으로 차단하므로 100%에 가깝게 약액의 외부 용출을 방지할 수 있다.
여기서, 이웃하는 헤드(120)는 서로 볼트 결합되거나 용접결합될 수 있다. 볼트 결합을 위해서는 도2와 도3에 도시된 바와 같이 지반결합판(125)의 판면에 볼트결합공(127)이 형성된다. 이웃하는 볼트결합공(127)은 서로 중첩적으로 배치되고 볼트(129)에 의해 체결될 수 있다.
또는, 헤드(120)의 테두리영역이 서로 접촉하도록 배치되고 볼트결합공(127)에 “ㄷ”자 형태의 고정지그가 삽입되어 고정될 수 있다.
또한, 헤드(120)의 테두리영역이 서로 접촉하도록 배치되고 접촉영역을 상호 용접하여 위치를 고정할 수 있다.
이중관파커부(130)는 강관(110) 내부에 삽입되어 강관(110)이 삽입된 전체영역을 그라우팅 하지 않을 때 사용된다. 이중관파커부(130)는 외부관(131)과, 내부관(133) 및 그 외부관(131)과 강관본체(111) 사이에 배치되는 에어파커(135)를 포함한다.
이중관파커부(130)는 외부관(131)과 내부관(133) 사이에 서로 다른 비율의 약액을 주입하고 에어파커(135)에 공기를 주입하여 체적을 팽창시켜 약액이 외부로 용출되는 것을 차단한다.
여기서, 약액은 지반조건 및 보강강도에 따라 물, 활성실리카를 적정비율로 포함하여 외부관(131)에 주입되는 A액(f1), 물, 시멘트, 마그네슘썰페이트, 소듐카보네이트, 벤토나이트, SiO2분말 등을 적정비율로 포함하여 내부관(133)에 주입되는 B액(f2)을 포함한다. 이 배합은 지층의 분포 강도나 겔타임 및 부배합, 빈배합에 따라 조절될 수 있다.
물이 차 있는 차수용 공정에서는 상기 A액이 전체 100중량부에 대하여 활성실리카 35~45중량부, 및 물 55~65중량부를 혼합하여 구성되고, 상기 B액은 전체200L에 대하여 시멘트 60kg, 물 171L와 함께 마그네슘썰페이트, 소듐카보네이트, 벤토나이트 혼합물이 20kg 섞인 B1액으로 구성될 수도 있고, 전체 200L에 대하여 시멘트 60kg, 물 170L와 함께 마그네슘썰페이트, 소듐카보네이트, SiO2 분말 혼합물이 20kg 섞인 B2액으로 구성될 수 있다. 이 때 B1액은 순결성으로 겔타임이 빠르고, B2액은 완결성으로 겔타임이 느리다는 특징이 있다. 즉, 처음에는 외부관(131)에는 A액을 넣고, 내부관(133)에는 B1액을 주입하다가, 이중관파커부(135)를 일정 높이 인발하고 다시 외부관(131)에는 A액을 넣고, 내부관(133)에는 B2액을 주입하는 방식으로 공정을 진행한다.
삭제
물이 적은 차수보강용 공정에서는 상기 약액이 보강주입재로서 1m3 당 배합비로서 시멘트 780kg, 물 731L, 무기배합제77kg를 혼합하여 외부관(131) 및 내부관(133)에 같이 주입할 수 있다. 이 때, 상기 무기배합제는 벤토나이트 10~90중량부와 SiO2분말 10~90중량부로 혼합된다.
이 배합에 따른 약액은 종래 물유리계 사용시 발생하던 용탈현상이 없고 친환경적인 공법으로 콜로이달의 고강도 발현으로 내구성의 증대효과가 크고 강관(110)이 말뚝 역할을 하여 전단력과 부착력을 높일 수 있다. 또한, 지지력의 증가는 물론 겔타임이 순결을 낼 수 있어 지반보강과 차수 역할도 탁월해진다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 강관헤드 조립체(100)를 이용한 파일헤드 강관 그라우팅 공법의 시공순서를 도4와 도5를 참조하여 설명한다.
먼저, 시추기를 사용하여 강관(110)의 직경보다 일정길이 큰 삽입공을 천공한다. 이 때, 삽입공은 강관(110)의 직경에 코킹판(115)의 직경을 더한 길이보다 일정 길이 크게 구비되는 것이 바람직하다.
천공용 케이싱을 통해 삽입관의 천공이 완료되면, 코킹판(115)이 설치된 강관(110)을 삽입한다. 강관(110)의 삽입 후 천공용 케이싱은 외부로 인발한다.
천공용 케이싱 인발 후 강관(110)의 제1나사산(117)에 헤드(120)의 제2나사산(123)을 결합시켜 강관(110)에 헤드(120)를 고정시키고 지반결합판(125)을 지반 상에 지지시킨다.
그리고, 강관(110)의 내부로 이중관파커부(130)를 삽입한다. 이중관파커부(130)의 삽입 후에 이중관파커부(130)를 인발할 인발기(미도시)를 설치한다.
에어파커(135)에 공기를 주입하여 에어파커(135)가 외부관(131)과 강관(110) 사이에 밀착되도록 한다. 에어파커(135)가 밀착되면 약액을 주입한다.
약액주입 후 인발기(미도시)를 통해 이중관파커부(135)를 일정 높이 인발하고, 에어파커(135)의 공기주입과 약액주입과정을 반복한다.
약액주입이 완료되면 헤드(120)의 상측면을 정리하고, 이웃하는 헤드(120)를 볼트 또는 용접에 의해 상호 연결한다. 그리고, 헤드(120)의 상면에 헤드(120)의 형상과 대응하는 캡(미도시)을 씌워 공정을 완료한다.
여기서, 헤드(120)는 평면형상이 도1에 도시된 바와 같이 원형으로 구비되거나 도6에 도시된 바와 같이 육각형형태로 구비될 수 있다. 헤드(120)가 육각형 형태로 구비될 경우 도6의 아래에 도시된 바와 같이 복수개의 헤드(120)는 벌집 형태로 상호 인접하게 배치되어 결합상태가 유지된다.
또한, 헤드(120a)는 평면형상이 도7에 도시된 바와 같이 사각형 형태로 구비될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 강관헤드와 이중관 파커를 이용한 파일헤드 그라우팅 공법은 강관의 상부에 헤드를 결합시키고, 복수개의 헤드를 상호 결속시켜 강관이 말뚝과 같은 강한 지지력을 나타내도록 할 수 있다. 특히, 헤드가 지면과 접촉하면서 이웃하는 헤드들과 결합되므로 전단강도 및 압축강도를 증가시켜 약액이 주입된 강관과 함께 연약지반의 보강에 탁월한 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 강관헤드와 이중관 파커를 이용한 파일헤드 그라우팅 공법은 이중관 내부에 물, 시멘트, 활성실리카, 마그네슘썰페이트, 소듐카보네이트, 벤토나이트, SiO2분말을 혼합한 약액을 서로 다른 비율로 주입하여 용탈현상이 없으면서 내구성을 높일 수 있다. 또한, 지반에 스며들었을 때 강관과 함께 고강도를 발현하여 강관의 지지력을 높일 수 있으며 차수역할도 높일 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 강관헤드 조립체 110 : 강관
111 : 강관본체 113 : 분사공
115 : 코킹판 117 : 제1나사산
120 : 헤드 121 : 헤드본체
123 : 제2나사산 125 : 지반결합판
127 : 볼트결합공 130 : 이중관파커부
131 : 외부관 133 : 내부관
135 : 에어파커

Claims (6)

  1. 천공 케이싱을 이용하여 시추공을 형성하는 단계;
    상기 시추공 내부로 외주연에 코킹판이 돌출형성된 강관을 삽입하는 단계;
    상기 천공 케이싱을 시추공 외부로 인발하는 단계;
    상기 강관의 상부영역에, 상기 강관에 결합되는 헤드본체와 상기 헤드본체의 외측으로 연장형성되는 지반결합판을 포함하는 헤드를 결합시키는 단계;
    상기 강관 내부에, 외부관, 상기 외부관의 내부에 길이방향으로 배치되는 내부관 및 상기 외부관과 상기 강관의 사이에 배치되는 에어파커를 포함하는 이중관 파커를 삽입하고, 이중관 파커를 인발할 인발기를 설치하는 단계;
    상기 에어파커의 체적을 팽창시켜 상기 에어파커를 상기 외부관과 상기 강관 사이에 밀착시키고, 상기 이중관 파커의 내부관 및 외부관에 약액을 주입하는 단계;
    상기 인발기를 통해 상기 이중관 파커를 단계적으로 인발하며 상기 에어파커의 팽창과 약액 주입을 반복하는 단계를 포함하는, 파일헤드 강관 그라우팅 공법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 헤드의 지반결합판을 이웃하는 헤드의 지반결합판과 서로 결속시키는 단계를 더 포함하되,
    상기 헤드의 지반결합판은 평면형상이 사각형 및 육각형으로 이루어진 군에서 선택되는 다각형의 형상을 가지고, 상기 지반결합판의 테두리는 상기 이웃하는 지반결합판의 테두리와 서로 접하도록 배치되는, 파일 헤드 강관 그라우팅 공법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 헤드를 결속시키는 단계는 이웃하는 헤드를 상호 볼트결합시켜 위치를 고정시키는, 파일 헤드 강관 그라우팅 공법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 헤드를 결속시키는 단계는 이웃하는 헤드를 상호 용접결합시켜 위치를 고정시키는, 파일 헤드 강관 그라우팅 공법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상호 결속된 헤드 상에 상기 헤드와 동일한 형상의 캡을 씌우고 위치를 고정시키는 단계:를 더 포함하는, 파일 헤드 강관 그라우팅 공법.
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