KR101068683B1 - 진공 배수를 이용한 그라우트재의 주입방향 제어에 의한 블록형 지중 그라우팅 구조물 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중에 몰탈이나 콘크리트 등과 같은 그라우트재를 주입하여 구근을 형성함으로써 차수벽 등과 같은 그라우팅 구조물을 지중에 구축함에 있어서, 지중의 지하수 흐름에 의해 그라우트재가 소실되는 것을 방지하여, 필요한 형태의 그라우팅 구조물이 용이하게 시공될 수 있도록 하는 지중 그라우팅 구조물 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 지중에 주입공(10)과 진공배수공(20)을 서로 간격을 두고 천공하고; 주입공(10)에 주입되는 그라우트재의 지중 주입 방향을 진공배수공(20) 방향으로 유도하기 위하여, 주입공(10)에 그라우트재를 가압 주입함과 동시에 진공배수공(20)을 진공상태로 만들고; 주입공(10)으로부터의 그라우트재가 진공배수공(20) 방향으로 빨려가면서 흐르게 되어 주입공(10)과 진공배수공(20) 사이에 그라우트재에 의한 구근(30)이 형성되면, 상기 진공배수공(20)에도 그라우트재를 가압 주입하여 지중에 그라우트재에 의한 구조물을 형성하되, 각각의 구멍에 주입된 그라우트재가 서로 중첩되어 블록형 그라우팅 보강체가 지중에 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 지중 그라우팅 구조물 시공방법이 제공된다.

Description

진공 배수를 이용한 그라우트재의 주입방향 제어에 의한 블록형 지중 그라우팅 구조물 시공방법{Ground grouting method by control of grout flow direction by using vacuum drainage}

본 발명은 진공 배수에 의한 그라우트재의 주입방향 제어를 이용한 지중 그라우팅 구조물 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 지중에 몰탈이나 콘크리트 등과 같은 그라우트재를 주입하여 구근을 형성함으로써 차수벽 등과 같은 그라우팅 구조물을 지중에 구축함에 있어서, 지중의 지하수 흐름에 의해 그라우트재가 소실되는 것을 방지하여, 필요한 형태의 그라우팅 구조물이 용이하게 시공될 수 있도록 하는 지중 그라우팅 구조물 시공방법에 관한 것이다.

지중 그라우팅 구조물은 지중에 그라우트재를 주입하여 형성되는 구조물로서, 지반이나 절토부를 보강하거나 차수가 필요한 경우에 많이 사용되어 왔다. 터널 시공시 막장의 천단부에 시공되는 차수벽이 이러한 그라우트재 주입 형성 구조물의 일예이다.

이러한 그라우팅 구조물을 구축하기 위한 종래의 시공방법에서는, 지중에 간격을 두고 주입공을 천공하고 상기 주입공으로 몰탈이나 콘크리트, 또는 기타 다양한 종류의 그라우트재를 가압 주입하여, 주입공에 그라우트재가 채워지도록 함과 동시에 주입공의 주변 및 이웃하는 주입공 사이로 그라우트재가 스며들어, 이웃하는 주입공 사이에 일체로 된 그라우트재의 구근이 형성되어 그라우팅 구조물이 축조되도록 하였다.

그런데 이러한 지중 그라우팅 구조물이 구축되는 지반은 일반적으로 강도가 낮은 연약지반이나 지하수압이 높고 지하수의 유수량이 많은 지반에 해당한다. 특히, 차수를 목적으로 지중 그라우팅 구조물을 구축하는 경우, 그라우트재를 주입하는 지반에는 높은 지하수압을 가지는 지하수의 유동이 존재할 때가 빈번하다.

따라서 주입공에 그라우트재를 가압 주입하더라도 서로 이웃하는 주입공 사이에서의 지하수의 유동에 의해, 주입공에서 주변 지반으로 스며드는 그라우트재가 유실되거나 그라우트재하 한쪽으로 치우치게 되는 맥상 할렬 주입 현상이 빈번하게 발생하게 된다. 도 1에는 이러한 주입공 사이의 그라우트재 유실 현상을 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼, 주입공에 그라우트재가 가압되어 주입되어 주입공의 주변으로 흘러 들어가더라도 화살표 방향으로의 지하수 유동에 의해 그라우트재가 한쪽 방향으로 치우치게 되거나 소실되는 상태가 된다. 이러한 현상이 발생하는 경우, 비록 주입공을 이웃하게 천공하여 차수벽을 형성하려고 하더라도 이웃하는 주입공 사이에서 그라우트재가 서로 연결된 구근을 이루지 못하게 되므로, 완전한 차수성능을 발휘하는 차수용 그라우팅 구조물을 구축할 수가 없게 된다. 또한 지반 보강용 그라우팅 구조물을 구축하는 경우에도 강도가 낮은 그라우팅 구조물이 구축될 수밖에 없어 보강 효과가 저하되는 현상이 발생하게 된다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 차수, 지반 보강 등을 위하여 지중에 간격을 두고 주입공을 천공하고 주입공에 그라우트재를 가압 주입하여 그라우팅 구조물을 구축함에 있어서, 지하수의 유동에 의하여 그라우트재가 소실되는 현상이나 맥상 할렬 주입현상이 발생하는 것을 최소화하여 불연속 상태가 없는 충실한 지중 그라우팅 구조물을 시공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 지중에 주입공과 진공배수공을 서로 간격을 두고 천공하고; 주입공에 주입되는 그라우트재의 지중 주입 방향을 진공배수공 방향으로 유도하기 위하여, 주입공에 그라우트재를 가압 주입함과 동시에 진공배수공을 진공상태로 만들고; 주입공으로부터의 그라우트재가 진공배수공 방향으로 빨려가면서 흐르게 되어 주입공과 진공배수공에 이르기까지 그라우트재에 의한 구근이 형성되면, 상기 진공배수공에도 그라우트재를 주입하여 지중에 그라우트재에 의한 구조물을 형성하는 것을 특징으로 하는 지중 그라우팅 구조물 시공방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 그라우트재의 주입방향을 진공을 이용하여 원하는 방향으로 제어할 수 있게 되고, 지중으로 스며드는 그라우트재가 진공 형성으로 인한 흡입력에 의해 지중에서 측면으로 빨려 들어가게 되므로, 지하수의 유동이 존재하더라도 그로 인한 그라우트재의 소실 및 맥상 할렬 주입현상이 발생하는 것이 최소화되어, 불연속 상태가 없는 충실한 지중 그라우팅 구조물을 시공할 수 있게 된다. 특히, 이러한 본 발명에 의하면 그라우트재의 소실이 최소화되므로 재료비를 절감할 수 있으며, 그라우트재를 주입하기 위한 구멍을 종래보다 더 넓은 간격을 두고 형성할 수 있게 되어 그 만큼 천공수를 줄일 수 있으므로 시공비의 절감 효과가 더욱 커지게 된다.

도 1은 지반에 천공된 주입공 사이에서 그라우트재 유실 현상이 발생하는 것을 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 시공방법을 설명하기 위한 개략도로서 지중에 주입공과 진공배수공이 천공된 상태를 보여주는 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 상태에서 주입공과 진공배수공 사이에 그라우트재가 주입되는 상태를 보여주는 개략도이다.
도 4 및 도 5는 각각 도 3에 도시된 상태에 후속하여 추가적인 구멍이 지중에 더 형성되면서 구멍 사이에 그라우트재가 주입되어 지중 벽체 형태의 지중 그라우팅 구조물이 형성되는 상태를 보여주는 개략도이다.
도 6은 주입공과 진공배수공의 또다른 배열 형태를 보여주는 개략도이다.
도 7 및 도 8은 각각 지중 그라우팅 구조물의 또다른 예로서 지중에 블록형 그라우팅 보강체를 형성하는 것을 보여주는 개략도이다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

우선 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 그라우팅 구조물 시공방법을 설명한다.

도 2에는 본 발명의 시공방법을 설명하기 위한 개략도로서 지중에 주입공(10)과 진공배수공(20)이 천공된 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2에 도시된 상태에서 주입공(10)과 진공배수공(20) 사이에 그라우트재가 주입되는 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에는 각각 도 3에 도시된 상태에 후속하여 추가적인 구멍이 지중에 더 형성되면서 구멍 사이에 그라우트재가 주입되어 지중 벽체 형태의 지중 그라우팅 구조물이 형성되는 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있다.

도 2에서 화살표는 압력 방향을 나타내는데, 본 발명에 따라 지중 그라우팅 구조물을 시공하기 위해서는 지중에 주입공(10)과 진공배수공(20)을 서로 간격을 두고 천공한다. 주입공(10)에는 몰탈이나 콘크리트 등과 같은 그라우트재를 가압하여 주입한다. 주입공(10)에 대한 그라우트재의 가압 주입 작업과 동시에 진공배수공(20)을 진공상태로 만든다. 예를 들어 진공장치를 진공배수공(20)에 연결하여 진공배수공(20) 내부의 공기를 빨아들임으로써 진공배수공(20)을 진공상태로 만드는 것이다.

주입공(10)으로 가압 주입된 그라우트재는 도 2의 화살표로 나타낸 것처럼 주입공(10) 주변의 지반으로 흘러들어 가게 되는데, 본 발명에서와 같이 서로 이웃하게 형성된 지중 천공 구멍에 대해 하나의 구멍(주입공)에는 그라우트재를 가압 주입함과 동시에 다른 구멍(진공배수공)은 진공상태로 만들게 되면, 진공배수공(20)의 진공상태로 인하여 이웃하는 주입공(10)으로부터의 그라우트재는 진공배수공(20) 방향으로 빨려가면서 흐르게 된다. 즉, 진공배수공(20)의 진공 형성으로 인하여 그라우트재의 주입방향이 도 2의 화살표 A로 표시된 것처럼 주입공(10)으로부터 진공배수공(20)을 향하도록 유도되는 것이다. 따라서 주입공(10)과 진공배수공(20) 사이에서 지하수의 유동이 존재하더라도 그라우트재의 소실이 최소화되고, 주입공(10)으로부터의 그라우트재가 이웃하는 진공배수공(20)까지 흘러들어가게 되어 도 3에 도시된 것처럼, 주입공(10)에서부터 이웃하는 진공배수공(20)에 이르기까지 그라우트재에 의한 구근(30)이 형성된다. 구근(30)이 형성되면 진공배수공(20)에도 그라우트재를 채워 넣게 된다. 물론 위와 진공배수공(20)에 진공을 형성할 때, 진공배수공(20)을 통해 지하수가 배수될 수도 있으며, 그에 따라 지하수가 많은 연약지반 등에 대해서는 지하수 배수를 통한 지반 개량효과도 기대할 수 있다.

도 4 및 도 5에는 각각 도 3에 도시된 상태에 후속하여 추가적인 구멍이 지중에 더 형성되면서 구멍 사이에 그라우트재가 주입되어 지중 벽체 형태의 지중 그라우팅 구조물이 형성되는 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에서는 복수개의 진공배수공에 대해 각각 20a, 20b, 20c의 부재번호를 새로 부여하였다.

예를 들어 지중 차수벽과 같이 폭이 넓은 지중 그라우팅 구조물을 시공하는 경우에는, 도 4에 도시된 것처럼 진공배수공(20a, 20b, 20c)이 차수벽 형성 방향으로 복수개로 천공되며, 진공배수공으로서 기능하였던 구멍은 이제 제2주입공으로서 기능하게 되고 이웃하는 다른 구멍이 또다른 진공배수공으로서 기능하게 되는 것이다. 즉, 앞서 도 3에 도시된 것처럼, 주입공(10)에 그라우트재를 주입하여 이웃하는 제1진공배수공(20a)의 사이에 그라우트재에 의한 구근을 형성하게 되면 제1진공배수공(20a)에 그라우트재를 가압 주입함과 동시에 이웃하는 제2진공배수공(20b)에 진공을 형성함으로써, 주제1진공배수공(20a)로 주입된 그라우트재가 제2진공배수공(20b) 방향으로 빨려가면서 흐르도록 하여 제1진공배수공(20a)과 제2진공배수공(20b) 사이에도 그라우트재에 의한 구근을 형성하게 되는 것이다. 물론 제1진공배수공(20a)에 가압 주입된 그라우트재는 제2진공배수공(20b) 방향뿐만 아니라 구멍의 주변으로 흘러들어가게 되고 특히, 처음의 주입공(20) 방향으로도 흘러들어 가게 되므로, 도 2에 도시된 상태에서 주입공(20)으로부터의 그라우트재가 제1진공배수공(20a)까지 완전하게 이르지 못하여 제1진공배수공(20a) 부근에 그라우트재가 스며들지 아니한 그라우트재 미충진 부분이 생기더라도 추후 제1진공배수공(20a)으로 가압 주입된 그라우트재가 상기 그라우트재 미충진 부분을 채우게 되어 주입공(20)과 제1진공배수공(20a) 사이에는 완전한 그라우트재 구근이 형성된다.

위와 같은 구멍의 전환 즉, 제1진공배수공(20a)이 그라우트재를 가압 주입하기 위한 제2주입공으로서 기능하게 되도록 전환되고, 제2진공배수공(20b) 역시 진공이 형성되는 진공배수공으로서의 기능을 마친 후에는 도 5에 도시된 것처럼 다시 제3주입공으로서 기능하게 되는 구멍의 전환을 필요한 회수만큼 반복하여 원하는 넓이의 차수벽을 지중 그라우팅 구조물로서 지중에 형성할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 그라우트재의 주입방향을 진공을 이용하여 제어하게 되면, 앞서 설명한 것처럼 지중으로 스며드는 그라우트재가 진공 형성으로 인한 흡입력에 의해 지중에서 측면으로 빨려 들어가게 되므로, 지하수의 유동이 존재하더라도 그로 인한 그라우트재의 소실 및 맥상 할렬 주입현상이 발생하는 것이 최소화되어, 불연속 상태가 없는 충실한 지중 그라우팅 구조물을 시공할 수 있게 된다. 특히, 이러한 본 발명에 의하면 그라우트재의 소실이 최소화되므로 재료비를 절감할 수 있으며, 그라우트재를 주입하기 위한 구멍을 종래보다 더 넓은 간격을 두고 형성할 수 있게 되어 그 만큼 천공수를 줄일 수 있으므로 시공비의 절감 효과가 더욱 커지게 된다.

본 발명에 있어서 위와 같은 주입공 및 진공배수공을 형성함에 있어서는 다양한 방법을 이용할 수도 있는데 에를 들어 단순히 지반을 천공하는 것만으로 주입공 및 진공배수공을 형성할 수도 있지만, 강재 또는 기타 다양한 재질로 이루어진 관부재를 지중에 설치함으로써 주입공 및 진공배수공을 형성할 수도 있다. 이 경우 관부재로 주입된 그라우트재가 지중으로 흘러들어갈 수 있도록 관부재의 측면에는 그라우트재 유출공이 형성된다.

또한 위의 실시예에서는 주입공-제1진공배수공(제2주입공으로 전환됨) - 제2진공배수공(제3주입공으로 전환됨)의 순서로 구멍이 형성되어 있는 것으로 본 발명을 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 하나의 진공배수공을 사이에 두고 양측으로 주입공을 각각 형성하여 지중 그라우팅 구조물을 형성할 수도 있다.

도 6에는 주입공과 진공배수공의 또다른 배열 형태를 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 6에 도시된 것처럼 주입공 - 진공배수공 - 주입공 - 진공배수공 - 주입공의 순서로 구멍을 배치할 수 있다. 이 경우에도 앞서 설명한 것과 마찬가지로 주입공(10)에 그라우트재를 가압 주입함과 동시에, 주입공 사이에 위치한 진공배수공(20)에 진공을 형성함으로써 진공배수공(20) 양측의 주입공(10)으로부터 그라우트재가 진공배수공(20) 방향으로 유도될 수 있도록 한다. 주입공(10)에 대한 그라우트재의 가압 주입이 완료되면 진공배수공(20)에도 그라우트재를 가압 주입하여 마감하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 시공방법은 위에 예시한 차수벽과 같은 벽체 형상의 지중 그라우팅 구조물의 시공에만 한정되는 것은 아니다. 도 7 및 도 8에는 각각 지중 그라우팅 구조물의 또다른 예로서 지중에 블록형 그라우팅 보강체를 형성하는 것을 보여주는 개략도가 도시되어 있다.

즉, 주입공(10)의 주변으로 복수개의 진공배수공(20)을 형성해두고, 주입공(10)에 그라우트재를 가압 주입함과 동시에 진공배수공(20)에 진공을 형성하여 그라우트재가 진공배수공(20) 방향으로 흐르도록 유도하면서도, 주입공(10)의 다른 주변으로도 고르게 흘러서 스며들도록 하고, 후속하여 도 8에 도시된 것처럼 진공배수공(20)을 제2주입공으로 전환하여 진공배수공(20)에 그라우트재를 가압 주입하여 각각의 구멍에 주입된 그라우트재가 서로 중첩되어 블록형 그라우팅 보강체가 지중에 형성되도록 할 수 있는 것이다. 이러한 블록형 그라우팅 보강체의 형성에 있어서도, 위와 같이 진공배수공을 주입공으로 전환하는 과정을 반복하여 원하는 면적에 블록형 그라우팅 보강체를 형성하게 된다.

10 : 주입공 20 : 진공배수공

Claims (1)

1. 지중에 주입공(10)과 진공배수공(20)을 서로 간격을 두고 천공하고;
   주입공(10)에 주입되는 그라우트재의 지중 주입 방향을 진공배수공(20) 방향으로 유도하기 위하여, 주입공(10)에 그라우트재를 가압 주입함과 동시에 진공배수공(20)을 진공상태로 만들고;
   주입공(10)으로부터의 그라우트재가 진공배수공(20) 방향으로 빨려가면서 흐르게 되어 주입공(10)과 진공배수공(20) 사이에 그라우트재에 의한 구근(30)이 형성되면, 상기 진공배수공(20)에도 그라우트재를 가압 주입하여 지중에 그라우트재에 의한 구조물을 형성하되;
   주입공(10)은 복수개로 형성되고,
   상기 진공배수공(20)은 주입공(10)의 주변으로 간격을 두고 복수개로 배치되어 형성되며;
   상기 주입공(10)에 그라우트재를 가압 주입함과 동시에 진공배수공(20)에 진공을 형성하게 되면 그라우트재가 진공배수공(20) 방향으로 유도되어 흐르면서 주입공(10)의 다른 주변으로도 고르게 흘러서 스며들게 되고,
   진공배수공(20)을 제2주입공으로 전환하여 진공배수공(20)에 그라우트재를 가압 주입하여,
   각각의 구멍에 주입된 그라우트재가 서로 중첩되어 블록형 그라우팅 보강체가 지중에 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 지중 그라우팅 구조물 시공방법.
   

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