KR101081343B1 - 콤팩션 그라우팅 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반이나 침하된 지반상의 기울어진 구축물 또는 건축물을 복원시킴에 있어 유용함은 물론, 구조물의 지진하중 및 동하중에 대한 수평전단력이 매우 우수하여 신설구조물이나 진동하중이 발생하는 주요기기가 설치된 구조물 기초보강에 유용하게 적용될 수 있는 보다 개량된 콤팩션 그라우팅 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 콤팩션 그라우팅 공법은, (a) 비트가 장착된 일정길이의 중공파일을 삽설하기 위하여 천공기로 연약지반의 지면을 항타하여 천공하는 단계; (b) 상기 비트가 지지층에 다다를 경우, 상기 중공파일을 서서히 상승시키면서 중공파일을 통해 그라우트를 주입하여 연약지반을 충전하는 단계; (c) 상기 연약지반의 계획심도까지 그라우트의 충전이 완료되면, 중공파일을 제거하고, 상기 그라우트가 양생되기 전에 일정깊이까지 백관을 삽입하는 단계; (d) 상기 백관의 삽입이 완료되면 계획심도까지 터파기를 하고, 계획심도 위로 드러나는 백관을 절단한 후, 그 상부면을 콘크리트층으로 마무리 시공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그라우팅, 연약지반, 콤팩션, 백관, 철근

Description

콤팩션 그라우팅 공법{Compaction grouting system}

본 발명은 콤팩션 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 몰탈 등의 그라우트재를 이용하여 연약지반을 강화시켜서 지반 위의 건축물이나 구조물의 침하를 예방함은 물론 수평하중에 대한 강성을 더욱 증대시키도록 한 콤팩션 그라우팅 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 연약한 지반을 강화시켜서 붕괴를 예방하거나 또는 건축물이나 구조물의 지반을 강화시키기 위하여 지반에 그라우팅을 많이 실시하고 있다.

즉, 산비탈길 도로변 주변의 경사면 등이 붕괴되는 것을 예방하기 위하여 지반강화를 위한 그라우팅을 많이 실시하고 있으며, 특히 건축물이나 구조물이 장기간에 걸친 시간경과로 주변환경이 변하여 지반이 침하하거나 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 그라우팅을 실시하고 있다.

또한, 연약한 지반 상에 건축물이나 구조물을 축조하여야 할 경우에도, 연약지반을 강화시키기 위하여 그라우팅을 많이 실시하고 있다.

종래에는 다양한 그라우팅 공법이 제공되고 있는데, 특히 본 발명 출원인이 권리를 가지고 있는 특허 제0155195호에서는 시멘트몰탈주입에 의한 콤팩션 그라우팅 공법을 제공하고 있다.

상기 특허 제0155195호에 따른 시멘트몰탈주입에 의한 콤팩션 그라우팅 공법은 비트가 삽탈자재하게 장착된, 내면이 중공으로 된 일정길이의 중공파일을 연속적으로 연결하면서 천공기 또는 착암기를 사용하여 지중으로 이 파일을 삽설함으로써, 이 중공파일이 보강충전재의 이송용 파이프라인이 되게 한 후, 보강충전재를 충전하고 충전이 단계적으로 이루어지게 하는 그라우팅공법에 있어서, 상기 중공파일을 통하여 지중으로 이송된 슬럼프 0에 가까운 고점도의 초고압 시멘트몰탈주입충전으로 지중의 연약지반을 압박하여 지중에 공간을 형성하면서 축차적 하향충전법으로 침하된 건축물, 구축물을 그라우트의 침투 고결 없이 임의의 지점에서 정확히 복원되도록 한 시멘트몰탈주입에 의핸 콤팩션 그라우팅 공법이다.

그러나, 종래의 콤팩션 그라우팅 공법은, 연약지반이나 침하된 지반상의 기울어진 구축물 또는 건축물을 복원시킴에 있어, 어떠한 그라우팅 공법으로도 불가능한 일을 가능하게 해주는 대단히 유용한 공법이기는 하지만, 구조물의 지진하중 및 동하중에 대한 수평전단력이 다소 취약하여 신설구조물이나 진동하중이 발생하는 주요기기가 설치된 구조물 기초보강에는 적용이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 연약지반이나 침하된 지반상의 기울어진 구축물 또는 건축물을 복원시킴에 있어 유용함은 물론, 구조물의 지진하중 및 동하중에 대한 수평전단력이 매우 우수하여 신설구조물이나 진동하중이 발생하는 주요기기가 설치된 구조물 기초보강에 유용하게 적용될 수 있는 보다 개량된 콤팩션 그라우팅 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 콤팩션 그라우팅 공법은, (a) 비트가 장착된 일정길이의 중공파일을 삽설하기 위하여 천공기로 연약지반의 지면을 항타하여 천공하는 단계; (b) 상기 비트가 지지층에 다다를 경우, 상기 중공파일을 서서히 상승시키면서 중공파일을 통해 그라우트를 주입하여 연약지반을 충전하는 단계; (c) 상기 연약지반의 계획심도까지 그라우트의 충전이 완료되면, 중공파일을 제거하고, 상기 그라우트가 양생되기 전에 일정깊이까지 백관을 삽입하는 단계; (d) 상기 백관의 삽입이 완료되면 계획심도까지 터파기를 하고, 계획심도 위로 드러나는 백관을 절단한 후, 그 상부면을 콘크리트층으로 마무리 시공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 비트는, 중공파일의 단부에 삽탈자재하여 상기 (b) 단계에서와 같이 비트가 지지층에 다다를 경우, 지지층에 삽입되어 중공파일의 상승시에는 분 리되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 (d) 단계에서, 콘크리트층으로 마무리 시공 전과, 그라우트의 양생 전에, 백관 내부에 철근을 삽입하여 일체화시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 철근은 수평부와 수직부로 이루어진 'ㄱ'형인 것을 적용하되, 상기 수직부는 백관 내부에 종방향으로 삽입되도록 하고, 상기 수평부는 상기 마무리 공사에 따른 콘크리트층에 매설되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 콤팩션 그라우팅 공법에 의하면, 연약지반 상에 충전되는 그라우트재에 강성이 우수한 백관이 수직방향으로 삽입되어 상기 그라우트재와 일체화를 이루게 됨으로써, 그 종방향 강성이 더욱 우수해지게 되는 바, 구조물의 지진하중 및 동하중에 대한 수평전단력이 매우 우수하게 되어 신설구조물이나 진동하중이 발생하는 주요기기가 설치된 구조물 기초보강에 유용하게 적용될 수 있는 유용한 효과가 있다.

또한, 상기 백관의 내부에 ㄱ자형의 철근을 더 삽입하게 되면, 연약지반에 충전되는 그라우트재와 그 상부에 마무리 시공되는 콘크리트층 또한 일체화가 됨으로써, 그 강성이 더욱 증대되어 상기와 같은 효과를 더욱 확실히 거둘 수 있게 되는 잇점도 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 콤팩션 그라우팅 공법의 그라우팅 과정을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 지중의 다양한 구조에 대하여 단부에 착탈이 자유로운 공지의 비트(12)가 장착된 일정길이의 중공파일(10)을 삽설하기 위하여 천공기로 지면(2)을 항타하여 천공하되, 상기 중공파일(10)은 소정의 지중위치에 위치될때까지 계속 연결하면서 지중을 항타한다.

여기서, 원하는 지중위치는 구조물의 기초, 구조 또는 지질이나 토질시험을 하여 보강부위 및 위치를 미리 산정하여야 함은 물론이다.

그라우트재를 충전할 위치까지 내려간 비트(12)가 견고한 지지층(4)에 도달한 뒤 중공파일(10)을 약간 상승시키면 중공파일(10)의 미단에 삽탈자재하게 장착된 비트(12)는 지지층(4)에 삽입된 상태가 되어 중공파일(10) 미단과 분리됨으로써, 중공파일(10)은 그라우트재의 주입이송을 위한 파이프라인의 역할을 담당하게 된다.

이 상태에서, 도 1b 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 콘크리트와 물, 모래 등을 연약지반의 환경을 고려하여 적당량 혼합하여 생성된 그라우트재에, 플라이앳쉬(Fly ash), 또는 벤토나이트(Bentonite), 혹은 에폭시(Epoxy)와 같은 급결제를 보강할 환경에 따라 선택적으로 첨가하여 혼합하고 그 점도가 슬럼프(Slump) 0에 가까운 물리적 비유동성상태로 교반하여 상기 그라우트재를 조성한 후, 상기 중공파일(10)을 이송로로 하여 연약지반에 펌프로 토출시킨다.

여기서, 연약지반으로 토출되는 그라우트재(20)는 물리적으로 점도가 높아서 통상 슬럼프 3이하, 0에 가까우므로 연약지반 사이로 액상고결되거나 침투고결되지 않고 연약지반을 강하게 압박하면서 주위로 밀어내므로 연약지반 내에 공간을 형성하면서 그라우트재(20)가 충전된다.

이와 같이, 중공파일(10)을 서서히 상승시키면서 도 1d에 도시된 바와 같이, 계획심도(30)까지 그라우트재(20)가 충전되도록 한 상태에서, 중공파일을 분리시킨 후, 상기 그라우트재(20)가 양생되기 전에 도 2에 도시된 바와 같이, 그라우트재(20) 내에 일정깊이만큼 백관(White pipe)(50)을 별도의 장비(40)를 이용하여 삽입한다.

다음에, 도 3에 도시된 바와 같이, 지면(2)으로부터 계획심도(30)까지 터파기를 함과 동시에, 계획심도(30) 위에 위치하게 되는 백관(50)의 일부는 절단하여 주변정리를 마친 후, 그 상면에는 콘크리트층(60)이 생성되게 마무리 시공을 하면 된다.

여기서, 상기 백관(50)은 중공형으로 이루어진 것으로서, 그라우트재(20)가 양생되기 전에 삽입이 이루어지면, 백관(50) 내부에도 그라우트재(20)가 충전되게 됨으로써, 그라우트재(20)가 충전된 부위에 강성이 뛰어난 백관(50)이 삽입된 상태에서 일체화되어 그 종방향 강성은 더욱 향상된다.

따라서, 구조물의 지진하중 및 동하중에 대한 수평전단력이 매우 우수하게 되어 신설구조물이나 진동하중이 발생하는 주요기기가 설치된 구조물 기초보강에 유용하게 적용될 수 있게 된다.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 콤팩션 그라우팅 공법 후, 시공을 마친 상태를 나타낸 도면으로서, 백관의 삽입 후, 이 백관 내부에 다시 철근이 삽입되어 더욱 강성을 증대시킨 것을 나타낸 것이다.

참고로, 본 실시 예를 설명함에 있어서 앞선 실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하여 설명하고, 그 반복되는 설명은 생략하여 설명하기로 한다.

상기 백관(50) 내부에는 다시 계획심도(30)로부터 일단이 절곡된 대략 'ㄱ'형상의 철근(100)이 삽입된다.

상기 백관(50)은 중공형으로 이루어진 것으로서, 그라우트재(20)가 양생되기 전에 삽입이 이루어지면, 백관(50) 내부에도 그라우트재(20)가 충전되게 되며, 이 백관(50) 내부의 그라우트재(20)가 완전히 양생되기 전에 대략 'ㄱ'자의 철근(100) 즉, 수평부(104)와 수직부(102)로 이루어진 철근(100)을 여러 방향에서 백관(50) 내부의 그라우트재(20)에 삽입시킨 후, 양생이 이루어지도록 한다.

여기서, 상기 철근(100)의 수직부(102)가 백관(50) 내부의 그라우트재(20)에 삽입되도록 하는 것은 물론이다.

그러면, 철근(100)의 수직부(102)는 백관(50) 내부의 그라우트재(20)에 삽입 된 상태가 되고, 수평부(104)는 그라우트재(20)의 상부에 덧되어 마무리 시공되는 콘크리트층(60)에 매설된 상태를 이루게 됨으로써, 연약지지기반이 더욱 강성해지게 된다.

즉, 연약지반에 그라우트재(20)가 충전되어 양생됨에 있어서, 종방향으로 백관(50)이 삽입되고, 이 백관(50) 내부에는 다시 철근(100)의 수직부(102)가 삽입되되, 상기 철근(100)의 수평부(104)는 그라우트재(20)의 상부에 마무리 시공되는 콘크리트층(60)에 매설된 상태로 삽입되는 바, 전체적으로 종방향 강성이 더욱 향상됨으로써, 구조물의 지진하중 및 동하중에 대한 수평전단력이 매우 향상되게 되는 것이다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 콤팩션 그라우팅 공법의 그라우팅 과정을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 콤팩션 그라우팅 공법에서, 그라우팅 후 백관을 삽입하는 과정을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 콤팩션 그라우팅 공법에서, 백관 삽입 후 마무리 시공을 마친 상태를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 콤팩션 그라우팅 공법 후, 시공을 마친 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

2: 지면 4 : 지지층

10 : 중공파일 20 : 그라우트재

30 : 계획심도 50 : 백관

60 : 콘크리트층 100 : 철근

102 : 수직부 104 : 수평부

Claims (4)

1. (a) 삽탈자재한 비트가 장착된 일정길이의 중공파일을 삽설하기 위하여 천공기로 연약지반의 지면을 항타하여 천공하는 단계;

   (b) 상기 비트가 지지층에 다다를 경우, 상기 비트는 분리된 상태로 상기 중공파일을 서서히 상승시키면서 중공파일을 통해 그라우트를 주입하여 연약지반을 충전하는 단계;

   (c) 상기 연약지반의 계획심도까지 그라우트의 충전이 완료되면, 중공파일을 제거하고, 상기 그라우트가 양생되기 전에 일정깊이까지 백관을 삽입하는 단계;

   (d) 상기 백관의 삽입이 완료되면 계획심도까지 터파기를 하고, 계획심도 위로 드러나는 백관을 절단한 후, 상기 그라우트가 양생되기 전에 상기 백관의 내부에 수평부와 수직부로 이루어진 'ㄱ'형의 철근을 삽입하되, 상기 수직부가 백관 내부에 종방향으로 삽입되도록 하고, 상기 수평부는 마무리 공사에 따른 콘크리트층에 매설되도록 시공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콤팩션 그라우팅 공법.
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