KR101066587B1 - 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 속채움 구조체를 형성하기 위한 구조체를 설치하고 구조체 내부를 굴착하며 굴착된 구조체 내부로 물을 주입한 다음 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 타설한 후 골재를 투하함으로써 속채움 구조체를 시공하는 방법에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 골재 사이의 공극 발생을 제거하여 내구성 및 강도 안정성이 보장되고 시공 간편으로 공사 기간을 단축시킨다.

Description

액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법{METHOD FOR CONSTRUCTING A FILLED_STRUCTURE USING LIQUID TYPE GROUT WITH SUPER VISCOSITY AND FLUIDITY}

본 발명은 건설 분야에서 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 속채움 구조체를 형성하기 위한 구조체를 설치하고 물을 주입한 상태에서 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 먼저 타설하고 그 후에 골재를 투하하여 속채움 구조체를 형성하여 속채움 구조체 및 속채움 구조체 내부의 강성을 보완하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법에 관한 것이다.

현재 속채움 구조체를 콘크리트로 속채움하는 공법에는 여러 가지가 있다. 일반적인 현장타설말뚝과 기성 말뚝 공법의 경우에는 천공한 후 케이싱 또는 강관을 삽입하고 레미콘 형태로 먼저 콘크리트를 배합하여 펌프카를 통해 상기 삽입된 케이싱 또는 강관 내부에 콘크리트를 타설하여 속채움을 시공하게 되는데, 즉 속채움되는 콘크리트는 사전에 시멘트, 물 및 골재 등을 미리 혼합하여 사용되는 것이다. 따라서 콘크리트 재료들을 충분히 혼합하더라도 좁고 깊은 공간에 속채움 타설시 재료별 분리 현상이 발생되거나 구조체 내부 충진 상태 불량으로 결함부(공간 또는 공극)가 생성될 가능성이 크다.

특히, 구조체로서 길이가 긴 강관이 이용될 경우 속채움 깊이 역시 좁고 매우 깊게 되므로 재료 분리 현상이 더욱 현저히 발생되며, 재료간 공극을 제거하고 밀도를 확보하기 위하여 봉으로 찌르기 등을 추가적으로 수행할 수도 있으나, 골재와 골재 사이의 공극을 제거하는 것이 곤란한 문제점이 있고, 공극으로 인하여 재료들이 서로 분리되어 내구성이 현저히 저하되는 문제점도 있었다.

더구나, 말뚝을 시공할 현장이 수중이나 해수 중일 경우에는 콘크리트의 수중 분리로 인하여 시멘트 유실 및 희석 등이 발생되어 강도 안정성 및 내구성이 현저히 저하되고 유실된 시멘트로 인하여 환경이 오염되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 속채움 구조체를 형성하기 위한 구조체(케이싱, 강관, 차수벽, 차수막, 거푸집, 틀, 파이프 중 어느 하나)를 설치하고 구조체 내부에 물을 주입한 다음 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 타설한 후 골재를 투하함으로써 속채움 구조체를 시공하여 골재 사이의 공극 발생을 제거하여 내구성 및 강도 안정성이 보장되고 시공 간편으로 공사 기간을 단축시키는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법은, 구조체를 설치하고 구조체 내부를 굴착하는 제 1 단계와; 상기 구조체 내부에 물을 주입하는 제2 단계와; 상기 구조체 내부에 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 타설하는 제 3 단계; 및 상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재 내부로 골재를 투하하는 제 4 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법은, 상기 제 2 단계 이후에, 상기 제 3 단계 및 제 4 단계를 수회 반복 수행하여 상기 속채움 구조체를 속채움한다.

상기 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법은, 상기 제 3 단계 및 제 4 단계 반복 수행시마다, 이미 속채움된 그라우트재 내부로 관을 주입하고 상기 관을 통하여 고압을 가압하여 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 추가로 주입하는 제 5 단계를 수행한다.

상기 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법은, 상기 제 2 단계 이전에, 상기 굴착된 구조체 내부의 슬라임을 처리하는 제 6 단계를 더 포함하여 이루어진다.

본 발명은 속채움 구조체를 형성하기 위한 구조체를 설치하고 내부를 굴착한 후 물을 주입한 다음 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 타설하고 골재를 투하함으로써 속채움 구조체를 시공하므로, 시공 간편으로 인하여 공사 기간을 단축시키고, 재료 분리성이 낮기 때문에 골재 사이의 공극 발생을 제거하여 내구성 및 강도 안정성이 보장되는 효과가 있다.

본 발명은 그라우트재 개질제 조성물과 시멘트 및 물(혼합수)이 혼합되어 이루어진 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재가 유동성 및 침투성이 우수하기 때문에 좁고 깊은 구조체 내부로 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 타설할 경우에도 세밀하게 속채움이 가능한 효과가 있다.

본 발명은 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 먼저 구조체 내부로 투입한 후 골재를 투하하여 시공함으로써 그라우트재와 시멘트 및 골재를 미리 혼합하지 않아도 되므로 골재의 크기가 제한되지 않는 효과가 있다.

본 발명은 구조체 내부로 타설된 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재가 속채움 구조체의 기본 재료로 사용되고 그라우트재 내부에 골재가 매립되는 형태를 가지는데, 상기 그라우트재가 경화 지연이 작아서 강도 발현성이 뛰어나기 때문에 조기 강도 실현이 가능한 효과가 있으며, 재료 유실이 없으므로 환경 오염을 최소화하는 효과가 있다.

본 발명은 속채움 구조체를 시공할 경우에 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재의 투입 단계 및 골재 투하 단계를 수회 반복하여 수행하고, 그라우트재 투입 단계 및 골재 투하 단계의 반복 수행시마다, 이전 속채움된 그라우트재 층과 현재 속채움된 그라우트재 층 사이의 위치에 관을 주입하고 상기 관을 통하여 고압을 가압하여 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 추가로 주입함으로써, 속채움 깊이가 깊은 구조체나 혹은 대형 구조체의 경우에 더욱 강도 안정성이 뛰어나고 견고한 구조체를 시공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 속채움 구조체 이외에 모든 공간 형태 구조물의 속채움에 적용되는 효과가 있다.

도 1은 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재의 고유동성을 확인하기 위한 실험 상태도이고,
도 2a 및 도 2b는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재가 침투성이 우수함을 확인하기 위한 실험 상태도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법을 나타내는 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법에 의한 설치된 구조체 내부에 잔존하는 슬라임 처리 상태를 나타내는 예시도이며,
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법에 의한 구조체 내부에 물을 채운 상태를 나타내는 예시도이고,
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법에 의하여 물이 채워진 구조체 내부에 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 타설하는 상태를 나타내는 예시도이며,
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법에 의하여 구조체에 타설된 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재 내부로 골재를 투하하는 상태를 나타내는 예시도이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법에 의하여 구조체 내부에 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 추가로 타설하는 상태를 나타내는 예시도이며,
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법에 의하여 속채움 구조체가 시공 완료된 상태를 나타내는 예시도이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법에 의하여 그라우트재 타설 단계 및 골재 투하 단계를 수회 반복 수행하는 경우에 이미 타설된 그라우트재 내부로 관을 주입하고 추가로 그라우트재를 고압 가압하여 주입하는 상태를 나타내는 예시도이며,
도 11은 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법이 적용된 기존 교량기초 보호공을 속채움하기 위한 차수벽 또는 차수막 설치 상태를 나타내는 예시도이고,
도 12는 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법이 적용된 기존 교량기초 보호공을 속채움하기 위한 차수벽 또는 차수막 내부 굴착 상태를 나타내는 예시도이며,
도 13은 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법이 적용된 기존 교량기초 보호공의 속채움 용으로 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재가 타설된 상태를 나타내는 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 액상 초고점성 및 유동성 그라우트(Grout)재를 이용하여 속채움 구조체를 시공하는 방법을 제공한다.

상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재는, 그라우트재용 개질제 조성물과 시멘트혼합물 및 물이 혼합된 것이다. 상기 그라우트재용 개질제 조성물은 1~3중량%, 상기 시멘트혼합물 및 물은 99~97중량%로 혼합된다.

상기 시멘트혼합물 및 물의 각 비율에 대해서 설명하면, 시멘트혼합물의 비율은 90~50%이고, 물의 비율은 10~50%가 될 수 있다.

상기 시멘트혼합물은, 시멘트에 흙(Soil), 슬래그(Slag), 플라이애쉬(Fly Ash), 점토(Clay), 암반 가루, 폐콘크리트 중 적어도 하나가 추가되어 혼합된 것이다.

상기 그라우트재용 개질제 조성물은, 상기 시멘트혼합물 및 물과 함께 혼합될 경우에 분자간 상호 작용에 의하여 미세한 형태의 마이셀(micelle)이라고 하는 수중에서 특수한 점성구조체를 형성하여 그라우트재의 레올러지 특성을 제어하는 것이다. 이와 같은 마이셀 구조의 특수한 점성구조체는 기존의 고분자 수중불분리제와는 다른 레올러지 특성을 나타내며, 시멘트 입자 등에 흡착되지 않고 물의 점탄성을 제어한다.

상기와 같은 그라우트재용 개질제 조성물은, 그라우트재의 레올러지 특성을 부여 및 제어하는 알킬암모늄토실레이트(Alkyl Ammonium Tosylate), 원액안정성 및 저온안정성을 부여하는 유화보조제, 물, 거품을 제거하는 소포제, 및 pH조절제를 혼합하여 형성될 수 있다.

상기 알킬암모늄토실레이트(Alkyl Ammonium Tosylate)에서 알킬 그룹은 C12~C18 범위 이내 중 적어도 하나의 탄소조성분포를 갖는다.

상기 유화보조제는 솔벤트, 알코올류, 글리콜류, 글리콜에테르류 중 어느 하나가 될 수 있다. 상기 유화보조제는 상기 그라우트재용 개질제 조성물이 특히 저온에서 안정성있는 상태를 유지시켜주는 작용을 한다.

상기 pH조절제는 그라우트재용 개질제 조성물이 물, 즉, 혼합수와 혼합된 수용액의 상태에서의 pH의 농도를 조절해준다. 여기서는 그라우트재용 개질제 조성물이 알킬암모늄토실레이트 1% 수용액의 상태에서 2~4 pH를 갖도록 혼합될 수 있다.

상기와 같이 알킬암모늄토실레이트, 유화보조제, 물, 소포제, 및 pH조절제를 혼합함으로써 형성되는 그라우트재용 개질제 조성물은, 저온에서 안정성을 갖는 상태를 유지하게 되는 것이다.

상기와 같이 그라우트재용 개질제 조성물과 시멘트혼합물 및 물이 혼합되어 형성되는 상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재는, 상기 물의 온도가 10~50℃일 경우에 온도가 높아질수록 점도가 낮아지나 10000 mPa·s 이하의 점도를 유지하며 수중불분리성을 유지하고 유동성을 갖는 특성이 있다.

게다가, 상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재는, 단력에 의한 증점 성능의 열화를 받지 않는 등의 장점도 가지고 있다. 또 보수성과 자기충진(Self-Leveling)성이 뛰어나 시멘트와 몰탈(시멘트와 모래, 물의 혼합물)에 금이 생기는 것을 방지하고 높은 유동성으로 인하여 충전성도 뛰어나게 되는 것이다.

또한 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재는, 초고점성을 가지므로, 정치, 진동, 고압, 수중(물과 시멘트의 높은 혼합 비율) 등의 조건하에서 높은 재료분리저항성을 가지며, 따라서 시공성이 좋으며, 또한 셀룰로스계 수중불분리제 등의 고분자계 수중불분리제와 비교하여 경화 지연이 작아서 조기발현성이 뛰어나다.

상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재는, 미세한 마이셀이 형성한 수중에서 특수한 점성구조체로 인하여 고유동성을 가지므로 침투성이 뛰어나며, 초고점성 특성과 관계없이 펌프 압송 및 펌프 이송이 뛰어나다.

상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재는, 산성부터 알칼리성까지의 폭넓은 pH영역에 포함되는 물, 즉, 담수, 해수, 담수와 해수의 혼합수를 사용해도 증점 효과에 영향이 없다.

아울러, 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재는, 그라우트재 개질제 조성물에 의하여 형성된 수중에서 특수한 점성구조체(마이셀 구조)로 인하여 보수성 및 자기충진성(Self-Leveling) 특성이 뛰어나다.

도 1은 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재의 고유동성을 확인하기 위한 실험 상태도이다. 예를 들어, 그라우트재용 개질제 조성물이 약 1중량%, 시멘트혼합물 및 물이 99중량%로 혼합된 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재의 경우, 즉, 그라우트재용 개질제 조성물이 30g, 시멘트가 2Kg, 물이 1Kg으로 혼합된 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재의 경우에 유동성 및 수중 분리저항성이 상당히 높음을 알 수 있다.

또한, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 그라우트재용 개질제 조성물이 혼합되어 형성된 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재가 침투성이 우수함을 확인하기 위한 실험 상태도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 칸막이로 두 개의 공간으로 구분되며 하나의 공간에는 자갈, 돌, 모래 등을 주입하고 반대쪽 공간에는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 주입한 상태를 나타내고 있다. 그런 다음 즉시 칸막이를 제거하면 두 공간은 하나의 공간이 되며, 도 2b에 도시된 바와 같이, 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재가 반대편 자갈층의 공극 사이로 침투해 있는 상태를 확인할 수 있으며, 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재의 침투성이 매우 우수함을 알 수 있다.

아울러, 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재는, 그라우트재용 개질제 조성물에 의하여 형성된 수중에서 특수한 점성구조체(마이셀 구조)로 인하여 보수성 및 자기충진(Self-Leveling)성이 뛰어나다.

이제, 본 발명에 의하여 상기와 같은 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 속채움 구조체를 형성하기 위한 구조체(1)를 설치하는 제 1 단계(S10)와, 상기 구조체(1) 내부에 물(3)을 주입하는 제 2 단계(S30)와, 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)를 타설하는 제3 단계(S40)와, 상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4) 내부로 골재(6)를 투하하는 제 4 단계(S50)를 포함하여 이루어진다.

상기 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 구조체(1) 내부에 물(3)을 주입하는 제 2 단계(S30) 이전에, 상기 설치된 구조체(1) 내부의 슬라임(2)을 처리하는 단계(S20)를 더 포함하여 이루어진다.

상기 제 3 단계(S40)에서 상기 구조체 내부에 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 투입하는 방법은, 상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 트래미관을 이용하지 않고 상기 구조체 내부로 직접 투입하는 Pouring 방법, 상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 트래미관을 이용하여 저압을 가하여 투입하는 펌핑 방법, 및 트래미관을 이용하여 고압을 가하여 투입하는 고압주입 방법 중 어느 하나의 방법이 선택된다.

상기 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법은, 상기 제 4 단계(S50) 이후에, 상기 구조체(1)의 상단부에 추가로 상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)를 타설하여 상기 구조체 상단부 속채움을 마감처리하는 단계(S60)를 더 포함하여 이루어진다.

도 3에는 도시되지 않았지만, 상기 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법은, 상기 제 3 단계(S40) 및 상기 제 4 단계(S50)를 수회 반복 수행하여 속채움 구조체를 형성할 수 있다.

즉, 상기 제 2 단계(S30) 이후에, 상기 제 3 단계 및 제 4 단계를 수회 반복 수행하여 상기 속채움 구조체(1)의 속채움이 이루어질 수도 있다. 상기 제 3 단계(S40) 및 제 4 단계(S50) 반복 수행시마다, 이미 속채움된 그라우트재(4) 내부로 관(5)을 주입하고 상기 관(5)을 통하여 고압을 가압하여 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)를 추가로 주입하는 제 5 단계를 수행한다. 상기 주입되는 관(5)의 높이는 상기 제 5 단계의 반복 수행시마다 이미 타설된 그라우트재(4)의 높이가 달라짐에 따라 달라진다.

상기 물(3)은 담수, 해수 중 어느 하나이다.

상기 구조체(1)는 케이싱, 강관, 차수벽, 차수막, 거푸집, 틀, 파이프 중 어느 하나이다.

상기 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법은, 속채움 구조체 이외에 모든 공간 형태 구조물의 속채움에 적용될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법을 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 속채움 구조체를 형성하기 위하여 지반 등을 천공하여 구조체(1)를 설치 및 굴착한다(S10).

굴착된 구조체(1) 내부 저면에는 슬라임(slime)(2)이 잔존하게 된다. 슬라임(2)은, 지반이 굴착되면서 발생되는 토사와 돌조각이 물과 뒤섞여 천공구의 바닥면에 쌓이게 되는 퇴적물을 나타낸다. 슬라임(2)을 제거하지 않고 속채움 구조체를 시공할 경우에 현장타설말뚝의 지지력이 약화될 수 있기 때문에 구조체(1) 내부에 존재하는 슬라임(2)을 처리하여 제거한다(S20). 구조체(1) 내부에 슬라임(2)과 함께 오탁수가 존재해 있을 경우에 오탁수도 함께 처리하며, 구조체(1) 내부에 오탁수가 아닌 양호한 상태의 물, 즉, 청수가 있을 경우에는 그 청수를 제거하지 않고 이후 단계에서 이용할 수 있다.

상기 슬라임(2)을 처리하는 단계(S20)는 반드시 수행되어야 하는 단계는 아니며, 선택적으로 수행될 수 있다.

이후, 도 5에 도시된 바와 같이, 구조체(1) 내부로 물(3), 즉, 청수를 소정 높이까지 주입한다(S30). 상기 물(3)은 담수일 수도 있고, 해수도 이용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)는 초고점성 특성을 갖기 때문에 물(3) 없이 구조체(1) 내부로 타설하는 경우에는 구조체(1) 내부 저면의 세밀한 공간까지 타설되는 것이 어렵다. 그러나 구조체(1) 내부에 미리 물(3)을 주입한 후 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)를 타설하는 경우에는 물(3)이 윤활유 역할을 하기 때문에 그라우트재(4)가 구조체(1) 내부 저면의 세밀한 공간까지 용이하게 타설될 수 있다.

이와 같이 물(3)이 구조체(1)의 소정 높이까지 충분히 채워진 상태에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 트래미관(5)을 구조체(1)의 저면까지 주입하고 주입된 트래미관(5)을 통하여 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)를 타설한다. 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)는 트래미관(5) 없이 구조체(1) 내부로 직접 투입될 수도 있다(S40).

액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)의 투입 방법은, 트래미관(5)과 같은 관을 이용하지 않고 구조체(1) 내부로 직접 투입되는 Pouring 방법, 트래미관(5)과 같은 관을 이용하여 20Kg/cm² 압력 이하의 저압을 가하여 투입되는 펌핑(Pumping) 방법, 및 트래미관(5)과 같은 관을 이용하여 고압을 가하여 투입되는 가압주입(Pressure grouting) 방법 등 다양한 방법이 있다. 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)의 투입 방법은 전술된 방법 이외에 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 특정 방법에 한정되지는 않는다.

액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)는 수중 불분리성을 갖기 때문에 물(3)과 섞이지 않고 분리되며 그라우트재(4)의 비중이 물(3)의 비중보다 크므로, 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)가 주입됨에 따라 구조체(1) 내부의 저면에는 그라우트재(4)가 적층되고 적층되는 그라우트재(4)의 상면에는 물(3)이 위치하게 되며, 그라우트재(4)의 양이 많아짐에 따라 물(3)의 높이도 올라가게 된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 구조체(1)의 상부에서 상기 타설된 그라우트재(4)의 내부로 골재(6)를 투하한다(S50). 투하 방법은, 공사 대상 규모와 목적에 따라 선택된다. 상기 골재(6)는, 돌(Stone), 모래(Sand), 또는 돌과 모래의 혼합물이며, 상기 돌은 사석, 잡석, 쇄석, 자갈, 폐콘크리트 중 적어도 하나이고, 상기 모래는 석분, 현장 굴착토 중 적어도 하나이다. 상기 골재(6)는 돌과 모래를 미리 혼합한 후 투하할 수도 있으나, 미리 혼합하지 않고 투하 단계 조절에 의하여 골재(6) 재료 각각을 별도로 투하할 수도 있다. 비중이 작은 골재 재료를 먼저 투하한 후 상대적으로 비중이 큰 골재 재료를 투하할 수 있다. 그라우트재(4)가 액상의 초고점성 및 유동성 특성을 갖기 때문에 그라우트재(4) 내부로 투하된 골재(6) 재료 각각이 분리되는 것이 최소화된다.

상기 골재(6)가 그라우트재(4) 내부로 투하됨에 따라 골재(6)가 매립된 그라우트재(4)의 부피가 커지게 되고 그에 따라 물(3)의 높이도 점점 높아지며, 마침내는 물(3)이 구조체(1)의 상단부를 지나 구조체(1)의 외면을 타고 흘러내리게 된다.

상기 단계 S40에서, 구조체(1) 내부에 채워진 물(3)의 양과 그라우트재(4)의 양의 비율은 대략 물(3)은 30~70%, 그라우트재(4)는 70~30%가 되도록 그라우트재(4)를 타설할 수 있다.

그라우트재(4) 타설 및 골재(6) 투하가 완료되면, 도 7에 도시된 바와 같이, 골재(6)가 매립된 그라우트재(4)는 구조체(1)의 상단부까지 채워지지 않은 상태이므로 속채움 구조체의 상단부를 마감처리하기 위하여, 그라우트재(4)가 완전히 경화되기 전에, 도 8에 도시된 바와 같이, 구조체(1)의 상단부까지 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)를 추가로 타설한다(S60).

속채움 구조체의 상단부를 마감처리한 후 경화시켜서, 도 9에 도시된 바와 같이, 속채움 구조체의 시공을 완료한다(S70).

속채움 구조체를 시공할 경우에 본 발명에서, 상기 단계 S40 및 단계 S50을 한번씩만 수행하여 시공할 수도 있으며, 상기 단계 S30 수행 이후에, 상기 단계 S40 및 단계 S50을 2~3회 반복 수행하여 시공할 수도 있다. 예를 들어 깊이가 깊은 속채움 구조체를 시공할 경우나 혹은 더욱 강도성이 안정된 대형 속채움 구조체를 시공할 경우 등에는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 단계 S40 및 단계 S50을 수회 반복하여 시공하게 된다. 이 때 이미 속채움 타설된 그라우트재 층과 현재 속채움 타설된 그라우트재 층 사이가 타설 시간 간격차로 인하여 혹시 발생될 수 있는 강도 약화를 방지하기 위하여, 이미 속채움 타설된 그라우트재 층과 현재 속채움 타설된 그라우트재 층 사이 정도의 위치에 트래미관(5)을 주입하여 추가로 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)를 고압 가압하여 주입한다. 상기 주입되는 트래미관(5)의 높이는, 이미 속채움 타설된 그라우트재(4) 층과 현재 속채움 타설된 그라우트재(4) 층의 높이가 높아짐에 따라 높아진다.

따라서 그라우트재 타설 단계(S40) 및 골재 투하 단계(S50)를 수회 반복하는 경우에도 이미 타설된 그라우트재 층과 현재 타설된 그라우트재 층 사이가 더욱 견고하게 타설될 수 있다.

이와 같이 상기 단계 S40 및 단계 S50을 수회 반복 수행하여 시공함으로써 내구성 및 강도 안정성이 더욱 크고 견고한 속채움 구조체를 형성할 수 있는 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재(4)를 타설한 후 골재(6)를 그라우트재(4) 내부로 투하하기 때문에, 골재 간 공극이 발생되지 않고, 골재(4)와 그라우트재(4)를 미리 혼합해야 하는 번거로운 과정을 수행하지 않아도 되며, 골재(4)의 크기도 제한되지 않으며, 시공이 간편해진다.

도 11 내지 도 13은 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법이 적용되는 예시도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 기존 교량기초(10)의 강성을 보완하기 위하여 기존 교량기초(10) 주변을 천공하여 구조체(1), 즉, 차수벽 또는 차수막을 설치한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 설치된 차수벽 내부를 굴착하여 슬라임을 제거한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 차수벽 내부에 물을 채운 후 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 타설하여 차수벽의 속채움을 수행한다. 차수벽의 속채움을 위하여, 즉, 차수벽의 충진재를 형성하기 위하여, 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재의 타설 후 골재를 추가로 투하할 수도 있다. 기존 교량기초(10)의 차수벽의 속채움이 완료되면, 차수벽을 분리해낸다.

상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재는 기존의 시멘트보다 경화 지연이 작아서 조기 강도 발현성이 뛰어나다.

이와 같이 본 발명은 기존 교량기초의 강성을 보완하기 위하여 기존 교량기초의 보호공의 충진재 형성에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법은, 원자력 발전소, 복합화력 발전소 등의 주요 구조물 기초의 강성을 보완하기 위하여 주요 구조물 기초의 강관의 충진재를 형성하는데 적용될 수 있다.

아울러, 본 발명은 해상에 설치된 풍력발전기 등 해상 대구경 강관 내부의 강성을 보완하기 위하여 강관 내부 구조체의 충진재 형성에도 적용될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 기술적 사상이나 분야에서 벗어나지 않는 범위내에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니라 본 발명을 설명하기 위한 것이다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 구조체 2: 슬라임
3: 물 4: 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재
5: 트래미관 6: 골재
10: 기존 교량기초

Claims (14)

1. 구조체를 설치하고 구조체 내부를 굴착하는 제 1 단계와;
   상기 구조체 내부에 물을 주입하는 제2 단계와;
   상기 구조체 내부에 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 타설하는 제 3 단계; 및
   상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재 내부로 골재를 투하하는 제 4 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 2 단계 이후에, 상기 제 3 단계 및 제 4 단계를 수회 반복 수행하여 상기 속채움 구조체를 속채움하는 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제 3 단계 및 제 4 단계 반복 수행시마다, 이미 속채움 타설된 그라우트재 내부로 관을 주입하고 상기 관을 통하여 고압을 가압하여 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 추가로 주입하는 제 5 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 주입되는 관의 높이는 상기 제 5 단계의 반복 수행시마다 이미 타설된 그라우트재의 높이가 달라짐에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 1 단계 이전에, 상기 굴착된 구조체 내부의 슬라임을 처리하는 제 6 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제 3 단계에서 상기 구조체 내부에 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 투입하는 방법은,
   상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 트래미관을 이용하지 않고 상기 구조체 내부로 직접 투입하는 Pouring 방법, 상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 트래미관을 이용하여 저압을 가하여 투입하는 펌핑 방법, 및 트래미관을 이용하여 고압을 가하여 투입하는 고압주입 방법 중 어느 하나의 방법이 선택적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제 4 단계 이후에, 상기 구조체의 상단부에 추가로 상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 타설하여 상기 구조체 상단부의 마감처리를 수행하는 제 7 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 구조체는,
   케이싱, 강관, 차수벽, 차수막, 거푸집, 틀, 파이프 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재는,
   그라우트재의 레올러지 특성을 부여 및 제어하는 그라우트재용 개질제 조성물과 시멘트혼합물 및 물이 혼합되어 이루어지며,
   상기 그라우트재용 개질제 조성물은 1~3중량%, 상기 시멘트혼합물 및 물은 99~97중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 그라우트재용 개질제 조성물은,
    그라우트재의 레올러지 특성을 부여 및 제어하는 알킬암모늄토실레이트(Alkyl Ammonium Tosylate), 원액안정성 및 저온안정성을 부여하는 유화보조제, 물, 거품을 제거하는 소포제, 및 pH조절제를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 99~97중량%을 갖는 시멘트혼합물 및 물의 각 비율은, 시멘트혼합물의 비율은 90~50%이고, 물의 비율은 10~50%인 것은 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 시멘트 혼합물은, 시멘트에 흙(Soil), 슬래그(Slag), 플라이애쉬(Fly Ash), 점토(Clay), 암반 가루, 폐콘크리트 중 적어도 하나가 추가되어 혼합된 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 물은 담수, 해수 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.
14. 청구항 1에 있어서, 상기 골재는,
    돌(Stone) 또는 모래(Sand)이며, 상기 돌은 사석, 잡석, 쇄석, 자갈, 폐콘크리트 중 적어도 하나이고, 상기 모래는 석분, 현장 굴착토 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 이용한 속채움 구조체 시공 방법.

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