KR101162904B1

KR101162904B1 - 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법 및 이를 이용하여 시공되는 기초구조체

Info

Publication number: KR101162904B1
Application number: KR1020120039583A
Authority: KR
Inventors: 김효섭
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2012-07-05

Abstract

본 발명은 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법 및 이를 이용하여 시공되는 기초구조체에 관한 것으로, 해저 연약지반에 시공되는 지중구조물의 상부에 오목한 형태의 사석채움홈이 형성되도록 지중구조물을 시공하고, 상기 사석채움홈에 사석을 채워 넣고 사석과 지중구조물의 상부에 근고공을 설치하여 사석과 해류와의 접촉을 완전히 차단함으로써 사석의 유실이나 세굴현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법 및 이를 이용하여 시공되는 기초구조체를 제공함에 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은, 해저의 연약지반에 다수의 고결된 말뚝으로 이루어진 지중구조물을 시공하되, 지중구조물의 상부에 오목한 형태의 사석 채움홈이 형성되도록 지중구조물을 시공하는 사석채움홈이 형성된 지중구조물 시공단계; 상기 지중구조물의 사석 채움홈에 중량 구조물을 지지하기 위한 사석을 채워 넣어 사석기초를 형성하되, 사석기초의 상단부와 지중구조물의 상단부가 동일한 높이로 형성되도록 사석을 채워 넣는 사석기초 형성단계; 상기 사석기초의 상부에 중량 구조물 설치하는 중량구조물 설치단계; 상기 중량구조물 주변을 따라 사석기초와 지중구조물의 상부면이 덮여지도록 근고공을 설치하여 사석의 유실 및 세굴을 방지하는 근고공 설치단계;를 포함하여 이루어진 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법 및 이를 이용하여 시공되는 기초구조체를 포함하여 구성된 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법 및 이를 이용하여 시공되는 기초구조체{Deep cement mixing method of soft ground of sea bottom and footing structure using the same}

본 발명은 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법 및 이를 이용하여 시공되는 기초구조체에 관한 것으로, 해저 연약지반에 지중구조물을 형성하되, 지중구조물의 중심에 오목한 형태의 사석 채움홈을 형성하고 사석 채움홈에 사석을 채워 넣음으로써 해일이나 태풍 등에 의해 사석이 세굴 되는 것을 방지하는 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법 및 이를 이용하여 시공되는 기초구조체에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반 개량공법의 하나인 심층혼합처리공법(DCM, Deep Cement Mixing)은 석회석, 시멘트 등을 주성분으로 하는 안정제(고화제, 경화제)와 연약지반을 혼합하여 화학적으로 고체화시켜 연약지반을 개량하는 것으로, 특히 연약지반과 안정제가 혼합되면서 발생하는 수화반응을 통해서 물리적, 화학적으로 고형화된 지중구조물을 시공한다.

이러한 심층혼합처리공법은 1976년부터 일본 운수성 항만 기술연구소에 의해서 개발연구가 추진되어 1970년대 이후부터 석회석, 시멘트 등의 안정제를 이용한 공법이 실용화되어 현재 국내에서 연약지반 개량을 위한 공법으로 널리 시공되고 있다.

통상 심층혼합처리공법은 연약지반 내부에 시멘트와 물을 혼합한 안정처리재를 저압으로 토출하면서 교반기를 회전시켜 교반혼합하고 시멘트의 경화반응을 이용하여 연약지반에 원추형 및 직사각형 형태의 말뚝을 다수개 설치하여 도 1 에서와 같이 지중구조물(100)을 형성한다.

상기와 같이 연약지반에 지중구조물(100)을 형성한 후 케이슨이나 방파제 등의 중량구조물(400)을 설치하기 위하여 지중구조물(100)의 상부에 일정 높이로 사석을 포설하여 사석기초(200)를 형성하고 사석기초(200)의 상부에 중량구조물(400)을 설치하였다.

여기서 설치되는 사석기초(200)는 케이슨이나 방파제 등의 중량구조물(400)을 지지하기 위하여 설치되는 기초 토사로, 선굴방지, 하중분산, 침하방지 면에서 효과가 있으나, 사석 자체의 중량이 가벼워 태풍이나 해일 등의 영향으로 인해 유실되거나 세굴되는 문제점이 있어, 사석기초(200)의 상부에 근고공(300)을 설치하여 태풍이나 해일 등에 의한 저항력을 증가시켜 세굴을 최소화 하였다.

그러나 상기와 같이 시공되는 사석기초(200)는 지중구조물(100)의 상부에 사석을 포설하여 형성됨으로써 지중구조물(100)의 상부에 소정의 높이로 돌출되도록 시공된다.

이렇게 사석기초(200)가 지중구조물(100)의 상부에 돌출됨으로서 근고공(300)을 통해 사석기초(200)를 밀폐하는 것이 어렵고, 특히 사석기초(200)가 돌출됨으로써 가장자리에 형성되는 경사면에는 더욱 근고공(300)의 설치 및 근고공(300)을 통한 사석기초(200)의 완벽한 밀폐가 불가능해져 결국 사석이 유실되거나 세굴 및 침식되는 현상이 발생하게 된다.

또한 이렇게 사석의 유실이나 세굴 및 침식현상이 발생되면 케이슨이나 방파제 하부에 부분 침식이 발생되어 기초가 구조적으로 약해지는 문제점이 있다.

공개특허 10-2011-0112937 등록특허 10-1029508

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 해저 연약지반에 시공되는 지중구조물의 상부에 오목한 형태의 사석 채움홈이 형성되도록 지중구조물을 시공하고, 상기 사석 채움홈에 사석을 채워 넣고 사석과 지중구조물의 상부에 근고공을 설치하여 사석과 해류와의 접촉을 완전히 차단함으로써 사석의 유실 및 세굴현상을 방지할 수 있는 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법 및 이를 이용하여 시공되는 기초구조체를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은, 해저의 연약지반에 다수의 고결된 말뚝으로 이루어진 지중구조물을 시공하되, 지중구조물의 상부에 오목한 형태의 사석 채움홈이 형성되도록 지중구조물을 시공하는 사석채움홈이 형성된 지중구조물 시공단계; 상기 지중구조물의 사석 채움홈에 중량 구조물을 지지하기 위한 사석을 채워 넣어 사석기초를 형성하되, 사석기초의 상단부와 지중구조물의 상단부가 동일한 높이로 형성되도록 사석을 채워 넣는 사석기초 형성단계; 상기 사석기초의 상부에 중량 구조물 설치하는 중량구조물 설치단계; 상기 중량구조물 주변을 따라 사석기초와 지중구조물의 상부면이 덮여지도록 근고공을 설치하여 사석의 유실 및 세굴을 방지하는 근고공 설치단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 지중구조물 시공단계는, 상기 다수의 고결된 말뚝들 중 가장자리에 위치한 말뚝들의 높이를 내측에 위치한 말뚝들의 높이 보다 높게 형성하여 지중구조물의 상부면에 오목한 형태의 사석 채움홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 근고공 설치단계는, 사석기초 및 지중구조물의 상부에 다수의 콘크리트 블록을 설치하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명은 해저의 연약지반에 다수의 고결된 말뚝을 설치함으로서 형성되는 지중구조물; 상기 지중구조물의 상부에 오목하게 형성되어 사석이 채워지도록 하는 사석채움홈; 상기 지중구조물의 사석 채움홈에 사석을 채워 넣음으로써 형성되고, 상부면이 지중구조물의 상부면과 동일한 높이로 형성되어 중량구조물을 받쳐주는 사석기초; 상기 사석기초의 상부에 안착되는 중량구조물 주위의 사석기초 및 지중구조물이 덮여지도록 설치되어 해류에 대한 저항성을 높여주는 근고공;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 사석채움홈은 다수의 고결된 말뚝들 중 가장자리에 위치한 말뚝들의 높이를 내측에 위치한 말뚝들의 높이보다 높게 형성함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 지중구조물의 상부에 사석채움홈을 형성하고 이 사석채움홈에 사석을 채워 넣어 사석기초를 형성함으로써 사석기초가 지중구조물과 동일한 높이로 형성되고, 상부에 근고공을 설치함으로써 사석기초가 해류가 접촉되는 부분을 완전히 차단해주게 되어 부분 세굴이나 유실이 발생되지 않게 되고, 이로 인해 케이슨이나 방파제와 같은 중량구조물 하부의 침식을 방지할 수 있게 되는 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 종래의 심층혼합처리공법의 시공과정을 나타낸 예시도,
도 2 는 본 발명에 의한 세굴방지용 심층혼합처리공법으로 시공된 기초구조체를 나타낸 예시도,
도 3 은 본 발명에 의한 사석 설치홈 형성상태를 나타낸 사시도,
도 4 는 본 발명에 의한 사석 설치홈에 사석을 채워 넣어 사석기초를 형성한 나타낸 예시도,
도 5 는 본 발명에 의한 사석기초에 중량구조물을 안착시킨 상태를 나타낸 예시도,
도 6 은 본 발명에 의한 사석기초의 및 지중구조체의 상부에 근고공을 설치한 상태를 나타낸 예시도,
도 7 은 본 발명에 의한 시공 과정을 나타낸 순서도.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2 는 본 발명에 의한 세굴방지용 심층혼합처리공법으로 시공된 기초구조체를 나타낸 예시도, 도 3 은 본 발명에 의한 사석 설치홈 형성상태를 나타낸 사시도, 도 4 는 본 발명에 의한 사석 설치홈에 사석을 채워 넣어 사석기초를 형성한 나타낸 예시도, 도 5 는 본 발명에 의한 사석기초에 중량구조물을 안착시킨 상태를 나타낸 예시도, 도 6 은 본 발명에 의한 사석기초의 및 지중구조체의 상부에 근고공을 설치한 상태를 나타낸 예시도, 도 7 은 본 발명에 의한 시공 과정을 나타낸 순서도로서,

도면에서와 같이 본 발명의 기초구조체는, 해저의 연약지반에 다수의 고결된 말뚝(110)을 설치함으로써 형성되는 지중구조물(100)과, 상기 지중구조물(100)의 상부에 오목하게 형성되어 사석이 채워지도록 하는 사석채움홈(120)과, 상기 사석채움홈(120)에 사석을 채워 넣음으로써 형성되고 상부면이 지중구조물(100)의 상부면과 동일한 높이로 형성되는 사석기초(200)와, 상기 사석기초(200)의 상부에 안착되는 중량구조물(400) 주위의 사석기초(200) 및 지중구조물(100)의 상부가 덮여지도록 설치되어 해류에 대한 저항성을 높여주는 근고공(300)을 포함하여 구성된다.

상기 지중구조물(100)은 개량하고자 하는 연약지반의 범위 내에 원주형이나 직사각형 형태의 말뚝(110) 다수개를 고결 시공함으로서 형성된다.

상기 말뚝(100)을 고결 시공하는 과정은 통상의 심층혼합처리공법을 통해 시공되는 것으로, 로드를 해저 연약지반에 관입하고, 설계 심도까지 로드가 관입되면 관입된 로드를 역회전 시켜 상부방향으로 인발하며, 로드의 인발과 동시 안정제를 주입하면서 연약지반과 혼합형성함으로서 시공된다.

상기 말뚝(100)은 지반의 형태에 따라 안정성 경제성 시공성을 고려하여 1개의 로드를 해저 연약지반에 설치하여 1개의 축이 형성되도록 구성하거나, 인접하는 다수개의 로드를 연약지반에 동시에 삽입하여 2개 이상의 축이 형성되도록 시공할 수 있다.

한편 상기 사석채움홈(120)은 상기 지중구조물(100)을 시공하는 과정에서 개량하고자 하는 연약지반의 가장자리에 시공되는 말뚝(110)의 높이를 내측에 위치한 말뚝(110)의 높이보다 더 높게 타설함으로써 형성된다.

상기 사석기초(200)는 상기 사석채움홈(120)에 사석을 채워 넣음으로써 형성되는 것으로, 지중구조물(100)의 상부면과 동일한 높이로 형성됨으로써 해류와의 접촉 면적이 줄어들고 이로 인해 사석이 해류에 의한 영향을 최소한으로 받아 유실 및 세굴을 방지해 주게 된다.

한편 상기 근고공(300)은 사석기초(200)를 형성하는 사석들이 해류에 의해 유실되거나 세굴되는 것을 방지할 수 있도록 중량구조물(400)의 주변을 따라 사석기초(200)와 지중구조물(100)의 상부면에 다수의 콘크리트 블록(310)을 설치함으로써 시공되는 것이다.

이러한 근고공(300)은 이렇게 중량구조물(400)의 주변을 따라 사석기초(200)의 상부를 덮어 줌으로서 태풍이나 해일이 발생하더라도 해류와의 접촉을 차단하여 사석이 유실되거나 세굴되지 않게 되는 것이다.

또한 사석기초(200)가 지중구조물(100)의 상부에 돌출되도록 형성되지 않고 지중구조물(100)과의 높이가 동일하게 형성됨으로서 사석기초(200)와 지중구조물(100)의 경계면이 평탄해져 근고공(300) 시공시 사석기초(200)를 완전히 덮어줄 수 있게 되고 틈이 발생되지 않아 보다 안정적으로 사석기초(200)의 유실을 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편 상기와 같이 구성되는 본 발명의 기초구조체의 시공과정을 설명하면, 먼저 개량하고자 하는 해저 연약지반에 다수의 고결된 말뚝(110)을 시공하여 지중구조물(100)을 형성하되, 지중구조물(100)의 상부에 오목한 형태의 사석채움홈(120)이 형성되도록 지중구조물(100)을 시공하는 사석채움홈(120)이 형성된 지중구조물 시공단계와, 상기 지중구조물(100)의 상부에 형성되는 사석채움홈(120)에 케이슨이나 방파제 등과 같은 중량구조물(400)을 지지하기 위한 사석을 채워 넣어 사석기초(200)를 형성하는 단계와, 상기 사석기초(200)의 상부에 중량구조물(400)을 설치하는 중량구조물 설치단계와, 상기 중량구조물(400)의 주변을 따라 사석기초(200)와 지중구조물(100)의 상부면이 덮여지도록 근고공(300)을 설치하여 사석의 유실 및 세굴을 방지하는 근고공 설치단계를 포함하여 구성된다.

상기 지중구조물 시공단계는, 전용장비를 이용하여 해저 연약지반 내부에 시멘트와 물을 혼합한 안정처리재를 저압으로 토출하면서 교반기를 회전시켜 교반혼합하고 시멘트의 경화반응을 이용하여 연약지반에 원추형 및 직사각형 형태의 다수의 말뚝(110)을 시공하되, 가장자리에 위치한 말뚝(110)은 내측에 위치한 말뚝(110)보다 높게 형성되도록 시공하여 지중구조물(100)의 상부면에 오목한 형태의 사석채움홈(120)이 형성되도록 하는 것이다.

상기 사석기초 형성단계에서 형성되는 사석기초(200)는, 사석채움홈(120)의 내부에 사석을 채워 넣음으로써 형성되는 것으로, 상단부가 지중구조물(100)의 상단부와 동일한 높이로 형성되도록 사석을 채워 넣는다.

이와 같이 사석채움홈(120)에 사석을 채워 넣어 사석기초(200)가 형성됨으로써, 사석기초(200)는 지중구조물(100)의 높이와 동일하게 형성되고, 이로 인해 해류와의 접촉 면적이 줄어들어 유실을 방지할 수 있게 된다.

또한 사석기초(200)의 상부에 근고공(300)을 시공하여 사석기초(200)를 덮어줌으로써 해류와의 접촉을 차단하여 사석의 유실이나 세굴이 발생되는 것을 방지해주게 된다.

상기 근고공(300)은 다수의 콘크리트 블록(310)을 사석기초(200)와 지중구조물(100)의 상부를 덮어주도록 설치하고, 체인(도시없음)이나 고리(도시없음)를 통해 서로 연결하여 보다 안정적으로 시공될 수 있도록 한다.

이와 같이 시공되는 본 발명은 지중구조물(100)의 상부에 사석채움홈(120)을 형성하고 이 사석채움홈(120)에 사석을 채워 넣어 사석기초(200)를 형성함으로써 사석기초(200)가 지중구조물(100)과 동일한 높이로 형성되고, 이렇게 형성된 사석기초(200)와 지중구조물(100)의 상부에 근고공(300)을 설치함으로써 사석기초(200)가 해류가 접촉되는 부분을 완전히 차단해주게 되어 부분 세굴이나 유실이 발생되지 않게 되고, 이로 인해 케이슨이나 방파제와 같은 중량구조물(400) 하부의 침식을 방지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(100) : 지중구조물
(110) : 말뚝
(120) : 사석채움홈
(200) : 사석기초
(300) : 근고공
(310) : 콘크리트 블록
(400) : 중량구조물

Claims

해저의 연약지반에 다수의 고결된 말뚝으로 이루어진 지중구조물을 시공하되, 지중구조물의 상부에 오목한 형태의 사석 채움홈이 형성되도록 지중구조물을 시공하는 사석채움홈이 형성된 지중구조물 시공단계;
상기 지중구조물의 사석 채움홈에 중량 구조물을 지지하기 위한 사석을 채워 넣어 사석기초를 형성하되, 사석기초의 상단부와 지중구조물의 상단부가 동일한 높이로 형성되도록 사석을 채워 넣는 사석기초 형성단계;
상기 사석기초의 상부에 중량 구조물 설치하는 중량구조물 설치단계;
상기 중량구조물 주변을 따라 사석기초와 지중구조물의 상부면이 덮여지도록 근고공을 설치하여 사석의 유실 및 세굴을 방지하는 근고공 설치단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법.
제 1 항에 있어서,
상기 지중구조물 시공단계는,
상기 다수의 고결된 말뚝들 중 가장자리에 위치한 말뚝들의 높이를 내측에 위치한 말뚝들의 높이 보다 높게 형성하여 지중구조물의 상부면에 오목한 형태의 사석 채움홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법.
제 1 항에 있어서,
상기 근고공 설치단계는, 사석기초 및 지중구조물의 상부에 다수의 콘크리트 블록을 설치하여 형성되는 것을 특징으로 하는 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법.
해저의 연약지반에 다수의 고결된 말뚝을 설치함으로서 형성되는 지중구조물;
상기 지중구조물의 상부에 오목하게 형성되어 사석이 채워지도록 하는 사석채움홈;
상기 지중구조물의 사석채움홈에 사석을 채워 넣음으로써 형성되고, 상부면이 지중구조물의 상부면과 동일한 높이로 형성되는 사석기초;
상기 사석기초의 상부에 안착되는 중량구조물 주위의 사석기초 및 지중구조물이 덮여지도록 설치되어 해류에 대한 저항성을 높여주는 근고공;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법을 이용하여 시공되는 기초구조체.
제 4 항에 있어서,
상기 사석채움홈은 다수의 고결된 말뚝들 중 가장자리에 위치한 말뚝들의 높이를 내측에 위치한 말뚝들의 높이보다 높게 형성함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 해저 연약지반의 세굴방지용 심층혼합처리공법을 이용하여 시공되는 기초구조체.