KR101145837B1

KR101145837B1 - 심층혼합처리 장비

Info

Publication number: KR101145837B1
Application number: KR1020110017570A
Authority: KR
Inventors: 박길석
Original assignee: (주)정토지오텍; 박길석
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-05-17

Abstract

본 발명은 연약지반을 개량하거나 또는 지중에 차수벽이나 토류벽 등을 구축할 때 사용하는 심층혼합처리 장비에 관한 것이다.
본 발명은 주 동력장치로 유압 파워 팩 장치와 전기식 장치 두가지 모두 사용이 가능하고, 회전스크류식 오거장치와 회전식 커팅-교반장치를 조합한 새로운 형태의 심층혼합처리용 전용장비를 구현함으로써, 저심도에서 대심도 뿐만 아니라 다양한 연약지반에서도 균일한 품질을 얻을 수 있고, 육상이나 해상 어디서나 안전하고 다양한 품질 및 규격을 갖는 연속적인 고강도의 지중 구조체를 시공할 수 있으며, 시공 효율의 향상은 물론 다양한 시공분야에 폭넓게 적용할 수 있는 심층혼합처리 장비를 제공한다.

Description

심층혼합처리 장비{CUTTER IPROVEMENT SOIL MACHINE}

본 발명은 심층혼합처리 장비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연약지반을 개량하거나 또는 지중에 차수벽이나 토류벽 등을 구축할 때 사용하는 심층혼합처리 장비에 관한 것이다.

일반적으로 항만의 연약지반이나 지하수가 흐르는 연약지반 등을 개량하거나 지중에 차수벽, 토류벽 등을 구축할 때에는 주로 지반 굴착용 전용장비를 이용한다.

이러한 전용장비는 크레인에 의해 지상에서 수직으로 세워지는 리더, 상기 리더에 설치되는 동력원으로서의 오거장치, 오거장치로부터 동력을 전달받아 작동하는 로테이터, 로테이터의 하측에 차례로 연결되는 다수의 로드, 굴착 및 교반을 위한 굴착 비트 및 교반 로드 등을 포함하는 형태로 이루어지는 한편, 로드의 내부를 통해 주입되는 시멘트, 몰탈, 안정액, 골재 등을 굴착공 내에서 혼합 및 경화시켜서 연약지반을 개량하거나 차수벽, 토류벽 등을 구축하는 방식으로 운용된다.

예를 들면, 육상 또는 해상에서 사용하는 전용장비들은 수직방향으로 설치되어 있는 리더와, 상기 리더를 따라 승하강 회전하여 지중으로 관입 및 인발되는 로드류와, 상기 로드류 내부로 시멘트와 안정제 등을 투입할 수 있는 설비류 등으로 구성되는 심층혼합처리 장비로서, 점토, 사질토, 유기질토 등과 같은 연약지반이나, 모래, 자갈층, 풍화토 등과 같이 투수계수가 높은 지반 내에 시멘트와 물을 혼합한 안정처리재를 저압으로 토출한 후, 이를 교반기로 회전시켜 교반 및 혼합하고, 시멘트의 경화 반응을 이용하여 연약지반 개량은 물론, 차수벽이나 토류벽 등을 구축하는데 사용된다.

이와 같은 기존의 전용장비들은 모두 전동 모터를 이용하여 전용장비 리더에 설치한 한 개 또는 여러 개의 수직 로드를 회전시키고, 계속해서 하단부 로드에 부착시킨 교반 날개를 이용하여 흙과 혼화제를 교반하는 방식으로서, 이러한 교반 방식의 전용장비는 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 전기(발전기)를 이용하는 방식이므로 고유가 시대에 연료비가 매우 많이 들어가는 문제가 있다.

둘째, 회전하는 로드에 부착된 몇 개의 교반 날개만으로 교반하기 때문에 토질에 따라서는 일정한 품질 및 강도를 얻기 어렵다.

셋째, 대심도 교반이 어렵다.

넷째, 로드에 여러 개의 교반 날개가 부착되어 지중 관입 속도가 느리고, 특히 연약지반 중간에 협재되어 있는 자갈층에서는 관입이 어렵다.

다섯째, 연약지반 심층 토사를 토출시키지 않고 다량으로 많은 양의 시멘트 혼합재를 투입하는 기존의 장비들은 지상으로 연결된 회전하는 로드를 타고 시멘트 혼합 폐기물이 올라오는 문제가 있고, 이로 인해 폐기물 처리비용은 물론 공사비 증가와 함께 심각한 환경 문제가 되고 있다.

여섯째, 교반 지층에 따라 주입된 시멘트가 로드를 타고 올라와 설계시 요구되는 강도, 균등한 품질을 얻기가 어렵다.

일곱째, 발전기를 이용한 동력장치로 소음이 매우 크다.

여덟째, 로드 축을 이용하는 상하 교반하는 장치이기 때문에 지층에 따라 관입에 제약을 받고, 완벽한 치환, 교반 차수를 기대하기 어렵다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 주 동력장치로 유압 파워 팩 장치와 전기식 장치 두 가지 모두 사용이 가능하고, 회전스크류식 오거장치와 회전식 커팅-교반 장치를 조합한 새로운 형태의 심층혼합처리용 전용장비를 구현함으로써, 저심도에서 대심도 뿐만 아니라 다양한 연약지반에서도 균일한 품질을 얻을 수 있고, 육상이나 해상 어디서나 안전하고 다양한 품질 및 규격을 갖는 연속적인 고강도의 지중 구조체를 시공할 수 있으며, 시공 효율의 향상은 물론 다양한 시공분야에 폭넓게 적용할 수 있는 심층혼합처리 장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 크레인 장비에 지지되어 상하로 길게 고정 설치되는 리더를 따라 상하 이동됨과 더불어 회전구동되는 오거 스크류축을 포함하는 오거장치와; 상기 오거 스크류축과 나란히 배치되면서 오거 스크류축과 일체로 리더를 따라 상하 이동되도록 설치되는 축관 로드와; 상기 축관 로드의 하단부에 설치되어 지반 커팅, 및 축관 로드를 통해 공급되는 시멘트, 골재를 포함한 주입 재료의 교반을 수행하는 커팅-교반장치;를 포함하여 구성되고, 상기 오거장치와 커팅-교반장치의 조합된 구성에 의해 오거 스크류축의 회전구동으로 작업공 내 토사 반출이 이루어짐과 동시에 작업공 내 토사 매몰 없이 오거 스크류축, 축관 로드 및 커팅-교반장치의 상하 이동이 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비를 제공한다.

이에 따라, 본 발명의 심층혼합처리 장비는 종래의 회전식 심층혼합처리 장비와는 근본적으로 다른 교반 방식으로 차수벽, 토류벽, 기초 지반개량 등의 시공에 획기적인 성능을 발휘할 수 있으며, 저심도에서 대심도 뿐만 아니라 다양한 연약지반에서도 균일한 품질을 얻을 수 있고, 시공 효율은 물론 육상, 해상 등의 구분 없이 그동안 장비의 제약으로 인해 적용되지 못한 다양한 시공분야에 널리 적용할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심층혼합처리 장비를 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 심층혼합처리 장비를 나타내는 측면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 심층혼합처리 장비에서 오거장치를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 심층혼합처리 장비에서 커팅-교반장치를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 심층혼합처리 장비에서 버킷 장치를 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 심층혼합처리 장비에서 버킷 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7a ~ 도 7d는 본 발명에 따른 심층혼합처리 장비를 이용한 시공 과정을 나타내는 공정도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 회전스크류식 오거장치와 회전식 커팅-교반 장치를 조합한 새로운 형태의 심층혼합처리용 전용장비를 구현한 것으로서, 주 동력장치로 유압 파워 팩 장치와 전기식 장치 두 가지의 사용이 모두 가능하다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 심층혼합처리 장비를 나타내는 정면도와 측면도이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 심층혼합처리 장비에서 오거장치(120)를 나타내는 도면으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 심층혼합처리 장비의 상단부 구성을 도시한 것이며, 도 3a는 오거장치(120)의 유압 모터(127) 및 오거 스크류축(128), 축관 로드(140)의 연결상태를 보여주는 정면도이고, 도 3b는 그 측면도이며, 도 3c는 평면도이다.

또한 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 심층혼합처리 장비에서 커팅-교반장치(150)를 나타내는 도면으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 심층혼합처리 장비의 하단부 구성을 도시한 것이며, 도 4a는 오거 스크류축(128) 및 축관 로드(140)의 하단부와 커팅-교반장치(150)의 교반 드럼(152)을 나타내는 정면도이고, 도 4b는 그 측면도이며, 도 4c는 도 4b의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이다.

먼저 본 발명에 따른 심층혼합처리 장비에서 오거장치(120) 및 커팅-교반장치(150) 등에 소요되는 구동동력을 제공하는 주 동력장치로는 당 기술분야의 통상적인 육상 또는 해상 전용장비가 사용될 수 있는데, 바람직하게는 힘이 좋고 소음이 적으며 연료비가 적게 드는 유압 파워 팩 장치(110)를 주 동력장치로 구비한 크레인 장비(100)가 사용될 수 있다.

상기 크레인 장비(100)의 유압 파워 팩 장치(110)는 후술하는 오거 스크류축(128) 및 교반 드럼(152)의 회전을 위한 유압 동력을 유압 호스(111,도 4c에서 도면부호 146)를 통해 공급하게 된다.

즉, 오거 스크류축(128) 및 교반 드럼(152)의 회전구동을 위한 액츄에이터로서 유압 모터(127)(교반 드럼의 회전구동을 위한 유압 모터는 미도시)가 사용되고, 유압 모터(127)의 구동을 위한 유압 동력을 유압 파워 팩 장치(110)가 공급하게 되는 것이다.

또는 도면상으로 예시하지는 않았으나 주 동력장치로서 전기식 장치가 사용될 수 있으며, 이 경우 오거 스크류축(128) 및 교반 드럼(152)의 회전구동을 위한 액츄에이터로서 전동 모터가 사용되고, 전동 모터의 구동을 위한 전력을 케이블을 통해 전기식 장치가 공급하게 된다.

유압 파워 팩 장치(110)는 상기한 크레인 장비(100)로서 지상에서 주행하는 통상적인 크롤러 크레인에 설치되어 사용될 수 있고, 또는 주 동력장치로서 유압 파워 팩 장치(110)를 적용하되, 주 동력장치인 유압 파워 팩 장치(110)의 유압 동력과 심층처리 전용장비인 크레인(미도시) 또는 포크레인(미도시)의 유압 동력을 적절히 분배하여 이용할 수 있게 구성될 수도 있다.

물론, 이를 위해서는 오거장치(120) 및 커팅-교반장치(150) 등 장비 각 수요처에 연결되어 유압 동력을 제공하는 유압 호스를 유압 파워 팩 장치(110)와, 크레인 또는 포크레인에 분산하여 연결하는 것이 필요하다.

도 1 및 도 2는 유압 파워 팩 장치(110)가 설치된 크롤러 크레인(100)을 사용하는 실시예를 도시한 것으로서, 크롤러 크레인(100)의 지지암(121)에는 상하로 길게, 즉 수직방향으로 길게 고정 설치된 리더(123)의 하단부가 지지되고, 상기 리더(123)의 상단부는 크롤러 크레인(100)의 후단에서 상향으로 경사지게 설치된 스테이(122)에 의해 지지된다.

상기 오거장치(120)는 오거장치 본체(126), 액츄에이터(유압 모터)(127), 오거 스크류축(128), 주 윈치장치(129)를 주된 구성으로 하며, 오거장치 본체(126)는 리더(123)의 상단지지대(125)에서 하향을 향해 수직방향으로 길게 설치된 가이드(124)에 승강 가능하게 설치된다.

상기 오거장치 본체(126)는 리더(123)의 상단지지대(125)를 통해 연결된 와이어 케이블(131)에 의해 매달린 상태로 설치되는 것으로서, 리더(123)의 가이드(124)를 따라 상하 이동하도록 되어 있다.

이를 위해 오거장치 본체(126)의 상부에는 크롤러 크레인(100)에 설치된 주 윈치장치(129)로부터 리더(123)의 상단지지대(125)를 경유하여 연장된 와이어 케이블(131)이 감겨지는 윈치풀리(132)가 설치되며(도 3a ~ 도 3c 참조), 주 윈치장치(129)의 구동 및 와이어 케이블(131)의 작동에 의해 오거장치 본체(126)가 리더(123)의 가이드(124)를 따라 승강 이동하게 된다.

상기 오거장치 본체(126)의 후단부에는 리더(123)의 가이드(124)를 따라 상하 이동될 수 있게 리더(123)의 가이드(124)에 결합되는 이동블럭(133)이 일체로 고정 설치되며, 이동블럭(133)이 리더(123)의 가이드(124)를 따라 이동되면서 오거장치 본체(126)가 승강 이동하게 된다.

또한 오거장치 본체(126)에는 유압 모터(127)가 장착되며, 상기 유압 모터(127)는 유압 파워 팩 장치(110)로부터 연결된 유압 호스(111)를 통해 유압 동력을 전달받아 회전동력을 출력하도록 구비되는 것으로서, 오거장치 본체(126)의 좌우 양측에 각각 1개씩의 유압 모터(127)가 장착된다.

그리고, 본 발명에서 오거장치(120)는 각각의 유압 모터(127)에 의해 회전구동되는 2개의 오거 스크류축(128)을 구비한 2축 구조로 구성되는데, 2개의 유압 모터(127) 및 오거 스크류축(128)은 정/역 회전이 모두 가능하도록 구비된다.

각각의 오거 스크류축(128)은 상하방향, 즉 수직방향으로 길게 배치되어 회전구동되는 것으로서, 수직방향의 로드(128a)와, 상기 로드(128a)의 외주상에 로드 길이방향을 따라 나선방향으로 연속되게 형성된 프로펠러 형태의 오거 날개(128b)를 포함하여 구성된다.

상기 유압 모터(127)는 주 동력장치가 유압 파워 팩 장치(110)가 아닌 전기식 장치인 경우 그로부터 케이블을 통해 전력을 공급받도록 설치된 전동 모터로 대체될 수 있다.

한편, 오거장치 본체(126)는 내부공간을 갖는 박스형 구조를 가지며, 하단부에는 오거 스크류축(128)과 나란히 배치되는 축관 로드(140)가 설치되는데, 이 축관 로드(140)는 좌측과 우측으로 배치되는 두 오거 스크류축(128)의 중간위치에 배치되도록 하여 수직방향으로 길게 설치된다.

상기 오거장치 본체(126)의 내부공간과 축관 로드(140)의 내부통로가 서로 연통되도록 축관 로드(140)가 오거장치 본체(126)의 하단부에 연결 조립되며, 이때 축관 로드(140)는 사각 단면의 관(사각 관) 등 관의 형태로 설치되는 것으로, 다수개의 관을 내부통로가 연통되도록 수직방향으로 길게 연결하여 구성될 수 있다.

또한 축관 로드(140)의 하단부에 설치된 이동블럭(141)이 리더(123)의 가이드(124)에 상하 이동 가능하게 결합되며, 축관 로드(140)의 이동블럭(141)이 리더(123)의 가이드(124)를 따라 상하 이동될 수 있게 결합됨으로써 축관 로드(140) 역시 리더(123)의 가이드(124)를 따라 상하 이동될 수 있게 되어 있다.

이에 따라 오거장치 본체(126), 2축 구조의 오거 스크류축(128), 축관 로드(140)가 작업 중 일체로 상하 이동될 수 있으며, 다만 회전하지 않는 축관 로드(140)와 달리 좌우 양 측방의 두 오거 스크류축(128)은 유압 모터(127)에 의해 회전구동하여 작업을 수행하게 된다.

상기 두 오거 스크류축(128)의 하단부는 도 4a에 나타낸 바와 같이 축관 로드(140)의 하단부에 고정 설치된 지지브라켓(142)에 회전 가능하게 결합되는데, 도 4c에 나타낸 바와 같이 2개의 지지브라켓(142)이 축관 로드(140)의 양 측방에 배치되며, 축관 로드(140)의 양 측방으로 배치된 두 오거 스크류축(128)이 각각의 지지브라켓(142)을 매개로 축관 로드(140)에 결합된다.

상기 지지브라켓(142)은 축관 로드(140)에서 두 오거 스크류축(128)의 하단부를 회전 가능하게 지지하는 구성부로서, 각각 축관 로드(140)의 외측면에 볼팅 등의 방법으로 고정 설치되고, 지지브라켓(142)의 선단부에 형성된 결합부(142a)에 원형 단면을 갖는 오거 스크류축(128)의 로드(128a) 부분이 삽입되어 회전 가능하게 결합된다(도 4a ~ 도 4c 참조).

이에 축관 로드(140)에서 오거 스크류축(128)이 지지브라켓(142)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있는 것이며, 지지브라켓(142)의 결합부(142a)와 오거 스크류축(128)의 로드(128a) 사이에는 베어링이 개재될 수도 있다.

결국, 지지브라켓(142)에 의해 회전구동되는 오거 스크류축(128)이 축관 로드(140)에서 안정적으로 지지되는 상태에서 두 오거 스크류축(128)과 축관 로드(140)가 일체로 이동블럭(133,141)에 의해 리더(123)의 가이드(124)를 따라 상하 이동될 수 있으며, 더불어 두 오거 스크류축(128)이 축관 로드(140)와는 독립적으로 회전구동될 수 있는 것이다.

즉, 오거장치 본체(126)의 승강 이동시 축관 로드(140) 전체가 일체로 승강(상하) 이동되고, 이와 더불어 축관 로드(140)의 상하 이동시 유압 모터(127)를 매개로 오거장치 본체(126)에 결합된 두 오거 스크류축(128) 역시 일체로 승강 이동되며, 각 오거 스크류축(128)이 유압 모터(127)의 회전동력에 의해 회전하지 않는 축관 로드(140)와는 독립적으로 회전구동될 수 있는 것이다.

한편, 본 발명에서 상기한 축관 로드(140)는 오거 스크류축(128)과 더불어 후술하는 커팅-교반장치(150)를 지지하는 지지 역할을 하는 동시에, 골재, 시멘트, 혼화제, 물, 몰탈 등 교반 대상의 주입 재료와 유압 동력을 커팅-교반장치(150) 위치로 공급하기 위한 통로 역할을 하게 된다.

즉, 축관 로드(140)의 내부통로에는 모래, 자갈, 석분 등의 혼합 골재를 커팅-교반장치(150) 위치로 주입하기 위한 골재 주입파이프(143)가 축관 로드(140)의 길이방향을 따라 수직방향으로 길게 배치되도록 삽입 설치되는데, 상기 골재 주입파이프(143)는 오거장치 본체(126)의 투입구 또는 호퍼(도 6a 및 도 6b에서 도면부호 126a임)를 통해 투입된 혼합 골재를 축관 로드(140)의 내부통로에서 축관 로드 하단부로 공급하는 주입 통로의 역할을 하게 된다.

상기 골재 주입파이프(143)와 더불어 축관 로드(140)의 내부통로에는 상측의 오거장치 본체(126)에서부터 축관 로드(140)의 하단부까지 길게 연장되도록 워터 호스(144)(워터 젯 분사 등을 위한 것임)와 시멘트/혼화제 호스(145), 유압 호스(146)가 설치되며, 워터 호스(144)를 통해서는 고압의 물을, 시멘트/혼화제 호스(145)를 통해서는 시멘트, 혼화제, 안정액, 몰탈 등을 각각 축관 로드(140)의 하단부까지 공급하게 되고, 유압 호스(146)를 통해서는 후술하는 교반 드럼(152)의 회전구동을 위한 액츄에이터인 유압 모터(127)에 유압을 공급하게 된다.

도 4a를 참조하면 축관 로드(140)의 내부통로에 설치되어 축관 로드의 상단부로부터 수직 연장된 골재 주입파이프(143)가 축관 로드의 하단부까지 길게 설치된 상태를 볼 수 있으며, 또한 도 4c를 참조하면 축관 로드(140)의 내부통로 중앙에 골재 주입파이프(143)가, 그 주변으로는 워터 호스(144)와 시멘트/혼화제 호스(145), 유압 호스(146)가 각각 배치된 상태를 볼 수 있다.

상기 유압 호스(146)로는 유압 모터(127)의 구동에 필요한 개수에 맞추어 복수개가 설치될 수 있다.

워터 호스(144)와 시멘트/혼화제 호스(145), 골재 주입파이프(143) 각각의 하단 출구는 시멘트/혼화제, 골재 등이 커팅-교반장치(150) 위치로 주입될 수 있도록 축관 로드(140)의 하단부 끝단에 위치되고, 바람직한 실시예에서 골재 주입파이프(143)의 하단 출구에는 개폐장치(147)가 설치될 수 있다.

상기 개폐장치(147)는 유압 모터 또는 전동 모터를 액츄에이터(도시하지 않음)로 하여 골재 주입파이프(143)의 하단 출구를 선택적으로 개폐하기 위한 장치로서, 골재 주입파이프(143)의 하단 출구에 회전 가능하게 장착된 개폐도어(147a)가 액츄에이터의 구동에 의해 선택된 방향으로 회전됨으로써 골재 주입파이프(143)의 하단 출구를 개폐하도록 구성될 수 있다.

관입시 골재 주입파이프(143)의 개폐장치(147)는 닫혀 있다가 관입이 끝나면 후술하는 커팅-교반장치(150)의 좌우 양측 교반 드럼(152)의 중앙으로 혼합 골재가 주입될 수 있도록 열리게 되며, 이후 회전되는 교반 드럼(152)에 의해 주입된 골재가 시멘트와 함께 교반되게 된다.

이때, 관입이 원활하지 않으면 축관 로드(140) 하단부 끝단에 위치되는 워터 호스(144)의 하단 출구(노즐 형태임)를 통해 고압으로 물을 분사하면서 관입할 수도 있다.

또한 축관 로드(140)의 내부에 골재 주입파이프(143)의 주변으로 배치되도록 진동 모터 장치(148)가 설치될 수 있는데, 이 진동 모터 장치(148) 역시 유압 모터 또는 전동 모터로 구성될 수 있다.

상기 진동 모터 장치(148)는 축관 로드(140)의 내부 및 골재 주입파이프(143)의 외부에 진동을 가해줌으로써 골재 주입파이프(143)를 통해 공급되는 혼합 골재가 원활히 하단 출구를 통해 배출될 수 있도록 하기 위한 구성부로서, 혼합 골재가 공급되는 골재 주입파이프(143)에 가해지는 진동은 골재 주입파이프(143)의 하단 출구를 통해 혼합 골재가 원활히 배출되도록 함과 동시에, 골재 주입파이프(143) 내에서 혼합 골재가 하단 출구를 향해 원활히 이동되도록 해주게 된다.

한편, 축관 로드(140)의 하단부에는 유압 모터(127)에 의해 회전구동되는 교반 드럼(152)을 설치하여 구성되는 커팅-교반장치(150)가 장착되는데, 교반 드럼(152)은 시멘트/혼화제 호스(145)에 의해 주입된 시멘트 및 혼화제 등과, 골재 주입파이프(143)에 의해 주입되는 혼합 골재를 서로 교반하기 위한 장치로서, 축관 로드(140)를 중심으로 그 좌측과 우측에 각각 배치되는 교반 드럼(152)과, 상기 교반 드럼(152)을 회전구동시키기 위한 액츄에이터인 유압 모터(도시하지 않음)를 포함하여 구성된다.

바람직한 실시예에서 좌측과 우측에 각각 한 쌍씩으로 교반 드럼(152)이 배치되고, 상기 각 쌍의 교반 드럼(152)을 회전구동시키기 위한 유압 모터가 설치되어 구성될 수 있다.

즉, 총 4개의 교반 드럼(152)이 설치되는 것이다.

여기서, 유압 모터는 주 동력장치가 유압 파워 팩 장치(110)가 아닌 전기식 장치인 경우 전기식 장치로부터 케이블을 통해 전력을 공급받아 구동되는 전동 모터로 대체될 수 있으나, 충분한 힘의 토크를 낼 수 있는 유압 모터의 사용이 바람직하다.

교반 드럼(152)은 시멘트, 혼화제, 골재, 토사, 물 등의 교반과 더불어 지반 커팅을 수행하는 구성부이며, 도 4a에 나타낸 바와 같이 축관 로드(140)의 하단부에 일체로 고정 설치된 드럼지지대(151)에 회전 가능하게 장착되고, 중앙에 배치된 축관 로드(140)를 중심으로 좌측과 우측에 각각 한 쌍씩의 교반 드럼(152)이 설치된다.

도 4b는 한 쌍의 교반 드럼(152)을 측면에서 도시한 것으로, 측면에서 볼 때 한 쌍을 이루는 두 교반 드럼(152)이 좌측과 우측으로 이웃 배치되어 설치된다(도 4a의 정면도에서는 좌측과 우측에서 각각 전후로 배치되는 두 교반 드럼이 한 쌍을 이루게 됨).

이때, 각 쌍의 교반 드럼(152)이 하나의 유압 모터로부터 회전동력을 전달받아 회전되는데, 즉 도 4a에서 좌측의 교반 드럼(152) 한 쌍이 하나의 유압 모터로부터, 그리고 우측의 교반 드럼 한 쌍이 또 다른 하나의 유압 모터로부터 회전동력을 전달받아 회전되는 것이다.

상기 각 유압 모터는 도면상에 미도시되었으나 축관 로드의 하단부 또는 드럼지지대에 장착될 수 있으며, 각 유압 모터로부터 출력되는 회전동력에 의해 각 교반 드럼이 회전구동될 수 있도록 하기 위해 각 유압 모터의 회전동력이 출력되는 구동축과 각 쌍 교반 드럼의 회전중심축 간에는 회전동력의 전달을 위한 축과 기어의 조합으로 이루어진 기어박스 등의 동력전달기구가 개재될 수 있다.

축관 로드나 드럼지지대 등의 고정 위치에 설치된 유압 모터의 회전동력이 축과 기어를 통해 교반 드럼의 회전중심축에 전달되도록 함으로써 교반 드럼이 회전될 수 있게 구성되는 것이다.

각 교반 드럼(152)의 구성을 살펴보면, 유압 모터(127)의 회전동력을 전달받아 회전되는 원형의 드럼(153)과, 드럼(153)의 원주면을 따라 일정 간격으로 배치되도록 형성된 다수개의 프로펠러식 교반 날개(154)와, 각 교반 날개(154)의 끝단에 설치되어 지반을 깎아내는 역할을 수행하는 커터(155)를 포함하여 구성된다.

이러한 구조에서 교반 드럼(152)이 회전될 때 교반 날개(154)가 주입 재료를 혼합, 분산하여 교반시키며, 최초 관입시에는 교반 드럼(152)의 커터(155)가 지반을 깎아내게 된다.

이러한 구성에서 좌측으로 배치되는 한 쌍의 교반 드럼(152)과 우측으로 배치되는 한 쌍의 교반 드럼(152)은 서로 반대 방향으로 회전될 수 있는데, 실제 작업 중에는 축관 로드(140)의 하단 출구를 통해 중앙으로 주입된 재료들이 중앙에서 바깥쪽으로 분산되면서 고르게 교반될 수 있도록 각 교반 드럼(152)이 도 7a ~ 도 7d의 화살표 방향(중앙에서 바깥 방향)으로 회전되게 된다.

이렇게 좌우 양측의 교반 드럼(152)이 교반시 서로 반대로 회전되면서, 특히 도 7a ~ 도 7d의 화살표 방향과 같이 중앙에서 바깥 방향으로 회전될 경우 중앙으로 주입된 시멘트, 혼화제, 골재, 물(몰탈 재료) 등을 완벽하게 교반할 수 있게 된다.

그리고, 좌측과 우측이 서로 역방향으로 회전되면서 상부측으로 시멘트 폐기물이 올라가지 않아 작업 중 폐기물이 발생하지 않으며, 프로펠러식 교반 날개(154)가 흙과 시멘트의 교반은 물론 골재를 포함한 재료의 완벽한 교반을 수행하므로 강력한 파일을 시공할 수 있도록 한다.

더불어 점토에서도 역방향으로 회전시켜 짧은 시간 내에 교반이 가능하며, 유압 모터의 회전속도를 조절하여 어떠한 연약지반에서도 균질한 교반으로 일정한 강도를 만들 수 있다.

또한 강력한 유압 모터의 힘은 풍화암을 통과하여 구근을 정착시킬 수 있어 차수성과 파일 기초로도 완벽한 시공이 가능하다.

상기와 같은 교반 드럼(152)은 도시한 예의 형태로 한정하지 않고 설계자의 목적물에 따라 다양한 모양과 크기로 제작되어 사용될 수 있으며, 짧은 시간에 교체가 가능하여 작업 효율이 높은 이점을 가진다.

또한 본 발명에서 교반 드럼(152)은 도 4a에 나타낸 바와 같이 오거 스크류축(128) 하측으로 배치되는데, 이를 위해 축관 로드(140)가 오거 스크류축(128) 하단부보다 하측으로 좀더 길게 연장되어 돌출된 구조로 되어 있고, 이러한 구조에서 축관 로드(140) 하단부에 교반 드럼(152)이 설치되어, 교반 드럼(152)이 오거 스크류축(128) 하단부에서 소정 높이 아래로 배치되도록 한다.

교반 드럼(152)에서 소정 높이 상측으로 오거 스크류축(128) 하단부가 위치되게 하는 것이다.

이와 같이 본 발명에서는 회전스크류식 오거장치(120)와 회전식 커팅-교반장치(150)를 조합하여 새로운 형태의 심층혼합처리 장비를 구성하며, 오거 스크류축(128)과 교반 드럼(152)이 조합된 새로운 구성에 의해 우수한 교반 시공이 가능해진다.

회전스크류식 오거장치(120)의 2축(2개의 오거 스크류축)은 회전식 커팅-교반장치(150)의 관입 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 동시에, 토질에 따라 회전속도를 조절할 경우 외부 반출되는 토사량 및 작업공 내 교반되는 토사량 조절이 가능해지는바, 오거 스크류축(128)의 오거 날개(128b)를 통해 정해진 양의 토사를 외부로 반출하여 교반 강도를 조절하는 것이 가능해진다.

특히, 대심도 교반시 오거 스크류축(128)이 계속적으로 회전하여 오거 날개(128b)를 통해 작업공 내의 토사를 외부로 반출 및 토출하므로 작업공 내에 위치된 커팅-교반 장치(교반 드럼 등)가 토사에 의해 매몰되는 것을 확실히 방지할 수 있고, 교반 속도를 빠르게 할 수 있다.

다음으로, 혼합 골재 등을 축관 로드(140)의 내부통로(골재 주입파이프)로 투입하기 위한 장치로서 버킷 장치(160)가 설치될 수 있는데, 주입 재료가 담긴 버킷(161)을 리더(123) 상부로 상승시킨 뒤 버킷(161)에서 오거장치 본체(126)에 마련된 투입구 또는 호퍼(126a)를 통해 주입 재료를 투입할 수 있도록 구성된다.

일례로서 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이 버킷(161)을 리더(123) 주변에 수직방향으로 길게 설치된 지지대(162)를 따라 와이어 케이블(미도시) 및 윈치장치(미도시)를 이용해 리더(123)를 따라 상승시키는 구성, 또는 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이 버킷(161)을 지지대(162) 설치 없이 윈치장치(미도시)에 연결된 와이어 케이블(163)로 현수하여 리더(123)를 따라 상승시키는 구성이 모두 실시 가능하다.

지지대(162)를 사용하는 경우, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이 버킷(161)이 지지대(162)를 따라 상하로 이동 가능하게 결합되며, 일례로서 지지대(162)에 수직방향으로 길게 설치된 레일(미도시)을 따라 버킷(161)의 레일결합부(미도시)가 결합된 상태로 버킷(161)의 상하 이동이 가능하도록 구성될 수 있다.

이때, 크롤러 크레인(100)에 별도 구비된 윈치장치(미도시)로부터 리더(123)의 상단지지대(125)를 경유하여 버킷(161)의 상부로 와이어 케이블(미도시)이 연결되며, 윈치장치의 구동에 의해 버킷(161)에 연결된 와이어 케이블이 상하 작동됨(윈치장치로부터 당겨지거나 풀림)에 따라 버킷(161)이 지지대(162)에서 상하 이동되게 된다.

또한 지지대(162) 없이 단순 현수 승강 방식의 경우, 크롤러 크레인(100)에 별도 구비된 윈치장치(미도시)로부터 리더(123)의 상단지지대(125)를 경유하여 버킷(161)의 상부로 와이어 케이블(163)이 연결되며, 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이 버킷(161)이 와이어 케이블(163)에 의해 현수된 상태에서 와이어 케이블(163)이 상하 작동(윈치장치로부터 당겨지거나 풀림)됨에 따라 버킷(161)이 상하 이동되게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 심층혼합처리 장비는 회전스크류식 오거장치(120)와 회전식 커팅-교반 장치(150)를 조합한 새로운 형태의 장비로서, 종래의 회전식 심층혼합처리 장비와는 근본적으로 다른 교반 방식으로 차수벽, 토류벽, 기초 지반개량 등의 시공에 획기적인 성능을 발휘할 수 있으며, 저심도에서 대심도 뿐만 아니라 다양한 연약지반에서도 균일한 품질을 얻을 수 있고, 시공 효율은 물론 그동안 장비로 인한 제한으로 적용되지 못한 다양한 시공분야에 널리 적용할 수 있는 이점이 있다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 심층혼합처리 장비를 이용한 시공 과정을 나타내는 공정도로서, 도 7a는 지반(G)을 대상으로 하여 오거장치의 오거 스크류축(128)과 커팅-교반장치(150)의 교반 드럼(152)을 회전구동시켜 가면서 관입이 이루어지는 상태를 나타낸다.

도 7b는 축관 로드(140) 내에 설치된 워터 호스를 통해 고압의 물을 좌우 양측 교반 드럼(152)의 중앙에 분사(워터 젯 분사)하면서 관입이 이루어지는 상태를 나타낸다.

소정 깊이까지 관입이 이루어지고 나면, 시멘트/혼화제 호스 및 골재 주입파이프를 통해 시멘트, 혼화제, 혼합 골재 등의 주입이 개시되고, 이어 도 7c 및 도 7d에 나타낸 바와 같이 오거 스크류축(128) 및 교반 드럼(152)의 회전과 동시에 인발, 주입ㆍ교반이 동시에 이루어지게 된다.

이때, 오거장치 본체가 와이어 케이블에 의해 당겨져 상승하는 동안 오거 스크류축(128)과 축관 로드(140), 교반 드럼(152) 전체가 상승하면서 인발이 이루어진다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

100 : 크레인 장비 110 : 유압 파워 팩 장치
111 : 유압 호스 120 : 오거장치
121 : 지지암 122 : 스테이
123 : 리더 124 : 가이드
125 : 상단지지대 126 : 오거장치 본체
126a : 호퍼 127 : 유압 모터
128 : 오거 스크류축 128a : 로드
128b : 오거 날개 129 : 주 윈치장치
131 : 와이어 케이블 132 : 윈치풀리
133 : 이동블럭 140 : 축관 로드
141 : 이동블럭 142 : 지지브라켓
142a : 결합부 143 : 골재 주입파이프
144 : 워터 호스 145 : 시멘트/혼화제 호스
146 : 유압 호스 147 : 개폐장치
147a : 개폐도어 148 : 전동 모터 장치
150 : 커팅-교반장치 151 : 드럼지지대
152 : 교반 드럼 153 : 드럼
154 : 교반 날개 155 : 커터
160 : 버킷 장치 161 : 버킷
162 : 지지대 163 : 와이어 케이블
G : 지반

Claims

크레인 장비(100)에 지지되어 상하로 길게 고정 설치되는 리더(123)를 따라 상하 이동됨과 더불어 회전구동되는 오거 스크류축(128)을 포함하는 오거장치(120)와;
상기 오거 스크류축(128)과 나란히 배치되면서 오거 스크류축(128)과 일체로 리더(123)를 따라 상하 이동되도록 설치되는 축관 로드(140)와;
상기 축관 로드(140)의 하단부에 설치되어 지반 커팅, 및 축관 로드(140)를 통해 공급되는 시멘트, 골재를 포함한 주입 재료의 교반을 수행하는 커팅-교반장치(150);
를 포함하여 구성되고, 상기 오거장치(120)와 커팅-교반장치(150)의 조합된 구성에 의해 오거 스크류축(128)의 회전구동으로 작업공 내 토사 반출이 이루어짐과 동시에 작업공 내 토사 매몰 없이 오거 스크류축(128), 축관 로드(140) 및 커팅-교반장치(150)의 상하 이동이 이루어지도록 되어 있으며,
상기 커팅-교반장치(150)는 축관 로드(140)의 하단부에 설치된 드럼지지대(151)에 축관 로드(140)를 중심으로 좌우 양측으로 회전 가능하게 배치된 교반 드럼(152)과, 상기 교반 드럼(152)을 회전구동시키기 위한 액츄에이터를 포함하여 구성되고, 상기 축관 로드(140)의 내부통로를 통해 공급되는 골재와 시멘트 및 혼화제를 포함한 주입 재료들이 상기 좌우 양측 교반 드럼(152)의 중앙에 주입되도록 된 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1에 있어서,
상기 오거장치(120)는 상하로 길게 배치된 2개의 오거 스크류축(128)을 가지는 2축 구조로 구성되고, 상기 축관 로드(140)는 좌측과 우측으로 배치되는 두 오거 스크류축(128)의 중간위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 2에 있어서,
상기 오거장치(120)는,
상기 리더(123)의 가이드(124)에 상하 이동 가능하게 결합된 오거장치 본체(126)와;
상기 오거장치 본체(126)의 좌우 양 측방에 설치되어 회전동력을 출력하는 액츄에이터(127)와;
상하로 길게 배치되어 상기 각 액츄에이터(127)에 의해 회전구동되는 2개의 오거 스크류축(128)과;
상기 오거장치 본체(126)로 연결된 와이어 케이블(131)을 통해 오거장치 전체를 상하 이동시키기 위한 주 윈치장치(129);
를 포함하여 구성되고, 상기 오거장치 본체(126)의 내부공간과 축관 로드(140)의 내부통로가 서로 연통되도록 축관 로드(140)가 오거장치 본체(126)의 하단부에 연결 조립되는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오거 스크류축(128)은 상하로 길게 배치되는 로드(128a)의 외주상에 로드 길이방향을 따라 나선방향으로 연속되게 프로펠러 형태의 오거 날개(128b)가 형성된 구조로 구성되고, 회전속도의 조절에 따라 외부로 반출되는 토사량 및 작업공 내 교반되는 토사량 조절이 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오거 스크류축(128)의 하단부는 축관 로드(140)의 하단부에 고정 설치된 지지브라켓(142)에 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축관 로드(140)의 하단부에 설치된 이동블럭(141)이 리더(123)의 가이드(124)에 상하 이동 가능하게 결합되어, 축관 로드(140)가 이동블럭(141)을 매개로 리더(123)의 가이드(124)에서 상하 이동되는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1에 있어서,
상기 오거장치(120) 및 커팅-교반장치(150)를 포함한 장비에 소요되는 구동동력을 제공하는 주 동력장치로서 유압 호스를 통해 유압 동력을 제공하는 유압 파워 팩 장치(110)가 사용되는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1에 있어서,
상기 오거장치(120) 및 커팅-교반장치(150)를 포함한 장비에 소요되는 구동동력을 제공하기 위한 것으로서 유압 파워 팩 장치(110)와, 심층처리 전용장비인 크레인 또는 포크레인으로부터 유압 호스를 통해 분배 공급되는 유압 동력이 이용되는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1에 있어서,
상기 축관 로드(140)의 내부통로에는 모래, 자갈, 석분을 포함하는 혼합 골재를 커팅-교반장치(150) 위치로 주입하기 위한 골재 주입파이프(143)와, 시멘트 및 혼화제를 커팅-교반장치(150) 위치로 주입하기 위한 시멘트/혼화제 호스(145)가 축관 로드(140)의 길이방향을 따라 길게 배치되도록 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 9에 있어서,
상기 골재 주입파이프(143)의 하단 출구에는 개폐장치(147)가 설치되는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 9에 있어서,
상기 축관 로드(140)에는 혼합 골재의 원활한 이동 및 배출을 위해 골재 주입파이프(143)에 진동을 가해주는 진동 모터 장치(148)가 설치되는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1에 있어서,
상기 축관 로드(140)의 내부통로에는 고압의 물을 공급하기 위한 워터 호스(144)가 축관 로드(140)의 길이방향을 따라 길게 배치되도록 삽입 설치되어, 축관 로드(140) 하단부에 에 위치되는 워터 호스(144)의 하단 출구를 통해 물을 분사할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1에 있어서,
상기 커팅-교반장치(150)가 오거 스크류축(128) 하단부의 하측으로 위치되어 상측에서 오거 스크류축(128)에 의한 토사 반출이 이루어지면서 하측에서 상기 커팅-교반장치(150)에 의한 지반 커팅 및 주입 재료의 교반이 수행되도록 된 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 액츄에이터는 축관 로드(140)의 내부통로를 따라 삽입 설치된 유압 호스(146)를 통해 유압 동력을 제공받아 구동되는 유압 모터인 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1에 있어서,
상기 교반 드럼(152)은 액츄에이터의 회전동력을 전달받아 회전되는 원형의 드럼(153)과, 상기 드럼(153)의 원주면을 따라 일정 간격으로 배치되도록 형성된 다수개의 프로펠러식 교반 날개(154)와, 상기 각 교반 날개(154)의 끝단에 설치되어 지반을 깎아내는 역할을 수행하는 커터(155)를 포함하는 구성인 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.
청구항 1에 있어서,
버킷(161)을 윈치장치 및 와이어 케이블(163)을 이용해 리더(123)를 따라 승강시키도록 구성되어 버킷(161)에 담긴 주입 재료를 리더(123) 상부로 상승시켜 투입하기 위한 버킷 장치(160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리 장비.