KR101185808B1

KR101185808B1 - 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액 제조 방법 및 이를 이용한 그라우팅 공법

Info

Publication number: KR101185808B1
Application number: KR1020110147177A
Authority: KR
Inventors: 김연용
Original assignee: 토양건영 주식회사
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-10-02

Abstract

본 발명은 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액의 제조방법 및 이를 이용한 그라우팅 공법에 관한 것이다.
본 발명은 적어도 두개 이상의 자력발생부가 원통형상의 몸통 내주연에 구비되고 몸통 내부에 회전하는 회전부를 포함하는 고속교반기에서 물과 규산소다를 교반희석하여 A액을 제조하는 단계, 상기 고속교반기에서 시멘트, 물, 중조 및 황산마그네슘을 교반희석하거나 시멘트, 물, 실리카 및 소석회를 교반희석하여 B액을 제조하는 단계, 상기 제조된 A액 및 B액 각각을 몸통 내부에 회전부를 포함하는 저속교반기에서 저장하는 단계,지반에 천공홀을 형성하는 단계, 상기 천공홀에 삽입방향을 기준으로 후단이 개구되고 복수의 관통공을 포함하는 원통형의 메인파이프와, 길이방향에 수직한 단면의 형상이 소정 중심각을 갖는 원호형으로 이루어지는 둘 이상의 연장부재를 포함하되 모든 연장부재의 원호형 단면의 중심각의 합이 360도가 되고, 상기 메인 파이프의 개구된 후단에 직렬로 결합되어 상기 메인 파이프와 함께 하나의 관(管)을 형성하는 연장파이프를 포함하여 구성되는 착탈식 연장 강관을 삽입하는 단계, 상기 착탈식 연장 강관 내부에 상기 제조된 약액을 주입하기 위한 주입관을 삽입하는 단계, 상기 주입관을 단계적으로 인발하며 상기 주입관을 통해 상기 제조된 약액을 주입하는 단계, 및 주입된 약액이 경화되면, 상기 연장파이프를 상기 메인파이프에서 분리하여 제거하는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면 고속교반기에 의해 이온화된 약액이 겔화되었을 때 용탈현상이 적어 그라이팅 시공의 내구성이 향상되고, 강관의 후단부가 선택적으로 착탈 가능하게 결합됨으로써 터널 굴착기 사용시 후단부를 제거한 후 굴착 공정을 수행할 수 있어 굴착기의 내구성 보존에 용이하고, 강관의 후단부가 쉽게 분리되도록 함으로써, 강관의 후단부를 재활용하여 자원의 효율적 활용 및 환경 보존이 용이하다는 이점이 있다.

Description

자성 이온화 고결정 실리케이트 약액 제조 방법 및 이를 이용한 그라우팅 공법{ROUTING CONSTRUCTION METHOD USING MAGNETIZED IONIC SILICATE SOLUTION}

본 발명은 약액 제조 방법 및 이를 이용한 그라우팅 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리케이트 약액과 강관구조를 이용하여 일반 지상지반 및 터널 지반을 공사할 때 사용되는 그라우팅 공법에 관한 것이다.

일반적으로 토목공사시 연약지반 및 불량지반을 보강할 경우 유압드릴이나 각종 천공기로 천공작업을 시행하고, 천공홀에 강관을 삽입시킨 후 주입기로 약액(그라우팅액)을 주입하여 지반을 강화하는 그라우팅 공법이 사용된다. 특히 터널 공사와 같이 지반을 수평 방향으로 굴착하는 경우, 굴착기로 지반을 뚫기에 앞서, 도 1에 알파벳 A로 표시한 바와 같이 굴착될 터널의 상부 지반 구간에 그라우팅 공법을 시공한다. 이는 상부 지반을 강화하여 굴착시 상부 지반이 내려앉는 것을 방지하기 위함이다.

이와 같이 터널을 굴착하기 위한 그라우팅 공법을 간략히 설명하면, 도 1 우측에 도시된 바와 같이, 먼저 터널의 상부 지반(A)에 터널 굴착 진행방향에 대해 대략 10도 내지 15도의 경사로 천공홀(B)을 형성한 후, 천공홀(B)에 강관(100)을 삽입하여, 삽입된 강관(100) 내부로 다시 삽입되는 이중관파커(도면 미도시)를 통해 약액을 주입하는 과정이 수행된다. 이에 따라 약액은 강관(100) 내부로 주입된 후 강관(100)에 형성된 복수의 관통공을 통해 상부 지반(A)으로 스며들게 된다. 그리고 추후 약액이 강관(100)과 함께 굳어지면 상부 지반(A)이 강화된다. 그에 따라 굴착기로 터널 굴착 시공을 하더라도 강화된 상부 지반(A)이 붕괴하지 않게 된다.

다만 이와 같은 그라우팅 방법에 의하여 터널의 상부 지반을 강화하는 과정에서, 강관(100)이 천공홀(B) 내부로 삽입되어 약액을 주입하고 약액이 굳어지는 과정이 진행된 상태에서, 강관(100)의 삽입방향을 기준으로 강관(100)의 후단은 천공홀(B) 외부로 일부 돌출된다.

이와 같은 상태에서 터널 굴착 시공을 하기 위해서는 굴착기가 강관(100)의 후단을 파손시키면서 진행하여야 한다. 이 경우 스틸 재질의 강관을 파손시키는 과정에서 굴착기가 손상되거나 내구성이 저하될 수 있다는 문제점이 있었다. 또는 강관(100)의 후단에 지반 밖으로 돌출된 부분을 산소용접으로 분리하여 제거하는 공정을 추가적으로 거쳐야 하므로 시간과 노력이 불필요하게 소모된다는 단점이 있었다.

또한 이를 방지하기 위하여 등록특허 10-0814419 에서는 강관이 다수개의 연결조립체로써 구성되도록 하였으나, 이 경우에도 각 연결조립체가 원통형상을 하고 있어 각 연결조립체를 훼손하지 않고 내부에 고착된 약액을 분리하기가 불가능하여 강관을 재활용할 수 없다는 문제점이 있었다.

이에 더하여 주입약액으로서 규산소다를 다량 포함하는 경우 용탈현상이 발생하게 되는데, 이러한 용탈현상은 그라우팅 시공의 내구성을 현저히 떨어뜨리는 단점으로 지적되고 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 규산소다를 적게 포함하면서 고속교반기에 의해 자성으로서 이온화된 약액을 사용하여 용탈현상을 줄일 수 있는 그라우팅 공법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 후단부가 선택적으로 착탈 가능하게 결합되는 착탈식 연장 강관구조 및 이를 이용한 그라우팅 공법을 제공하는 것이다.

나아가 본 발명의 다른 목적은 약액이 경화된 후 강관의 후단부를 용이하게 분리할 수 있는 착탈식 연장 강관구조 및 이를 이용한 그라우팅 공법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 적어도 두개 이상의 자력발생부가 원통형상의 몸통 내주연에 구비되고 몸통 내부에 회전하는 회전부를 포함하는 고속교반기에서 물과 규산소다를 교반희석하여 A액을 제조하는 단계, 상기 고속교반기에서 시멘트, 물, 중조 및 황산마그네슘을 교반희석하거나 시멘트, 물, 실리카 및 소석회를 교반희석하여 B액을 제조하는 단계, 상기 제조된 A액 및 B액 각각을 몸통 내부에 회전부를 포함하는 저속교반기에서 저장하는 단계,지반에 천공홀을 형성하는 단계, 상기 천공홀에 삽입방향을 기준으로 후단이 개구되고 복수의 관통공을 포함하는 원통형의 메인파이프와, 길이방향에 수직한 단면의 형상이 소정 중심각을 갖는 원호형으로 이루어지는 둘 이상의 연장부재를 포함하되 모든 연장부재의 원호형 단면의 중심각의 합이 360도가 되고, 상기 메인 파이프의 개구된 후단에 직렬로 결합되어 상기 메인 파이프와 함께 하나의 관(管)을 형성하는 연장파이프를 포함하여 구성되는 착탈식 연장 강관을 삽입하는 단계, 상기 착탈식 연장 강관 내부에 상기 제조된 약액을 주입하기 위한 주입관을 삽입하는 단계, 상기 주입관을 단계적으로 인발하며 상기 주입관을 통해 상기 제조된 약액을 주입하는 단계, 및 주입된 약액이 경화되면, 상기 연장파이프를 상기 메인파이프에서 분리하여 제거하는 단계를 포함한다.

도 1은 일반적인 그라우팅 공법에 의하여 시공되는 터널의 단면을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 고속교반기의 횡단면을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액을 이용한 그라우팅 공법을 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 착탈식 연장 강관의 구성을 도시한 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 착탈식 연장 강관의 종단면을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 착탈식 연장 강관과 이중관 파커를 이용한 그라우팅 공법의 시공 과정을 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 수직 그라우팅 공법의 시공 과정을 도시한 단면도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액을 이용한 그라우팅 공법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

다만 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 고속교반기의 횡단면을 도시한 단면도, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액을 이용한 그라우팅 공법을 도시한 흐름도, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 착탈식 연장 강관의 구성을 도시한 분해 사시도, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 착탈식 연장 강관의 종단면을 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 착탈식 연장 강관과 이중관 파커를 이용한 그라우팅 공법의 시공 과정을 도시한 단면도이다.

본 발명은 종래의 물유리계(규산소다) 그라우팅에서 나타나는 용탈현상을 없애면서도 규산소다를 적게 사용하여 경제적이고, 지하수가 많은 지층 및 해수면에서 주입제의 유실 없이 작업할 수 있는 그라우팅 시공법을 제공한다. 이를 위해, 조절제로서 약액 A를 그라우팅 시공 전에 제조해야 한다.

우선 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액으로서 약액 A는 제조플랜트에서 제조되는데, 이는 물유리 희석 교반기, 고속교반기, 저장교반기로 구성된다. 물유리 희석교반기는 용량 200~1,000리터, 내부에 포함된 회전부의 회전에 의해 내부에서 물이 70~90부피% 및 규산소다를 10~30부피%로 혼합된다. 실제로 가장 바람직하기로는 물이 150~170리터, 규산소다가 30~50리터 혼합될 수 있다. 이는 종래의 그라우팅에서 규산소다가 100리터, 물이 100리터 혼합되던 것에 비해 규산소다의 포함비율이 현저히 낮게 되는 것이다. 이로써 용탈현상이 적은 장점을 가짐과 동시에, 아래와 같이 자성 이온화정도를 극대화함으로써 약액 B와의 이온결합정도를 극대화할 수 있는 장점을 가진다. 이렇게 혼합된 약액은 고속교반기(70)에서 이온화된다. 고속교반기의 구조는 도 2에 도시된 바와 같다. 상기 고속교반기는 원통형상의 몸통을 하고 내부에 고속으로 회전하는 회전부(71)를 포함한다. 특히, 원통형상의 몸통 내주연에는 적어도 두 개 이상의 자력발생부(72)가 포함되는데, 회전부가 100 rpm 이상의 고속으로 회전하면서 내부의 약액(75)이 유리되었을 때 자력을 작용시켜서 산화규소(SiO₂)의 음이온화정도가 극대화될 수 있도록 한다. 이렇게 이온화된 실리케이트 약액은 저장용량 400~1,000리터, 내부에 포함된 회전부가 100 rpm 미만의 저속으로 회전하는 저장교반기(저속교반기)에 옮겨져 저장된다. 이온화 실리케이트 약액이 이온화된 이후 시간이 오래 지날수록 자성 이온화정도가 낮아지게 되므로, 실제 그라우팅이 시공되기 24시간 이내에 제조되는 것이 바람직하다.

약액 A와 함께 그라우팅에 사용되는 약액 B가 준비된다. 약액 B는 지반조건 및 보강강도에 따라 각기 다른 비율로 물, 시멘트, 중조(탄산수소나트륨) 및 황산마그네슘을 포함하거나, 물, 시멘트, 실리카(규산소다) 및 소석회 등을 포함할 수 있다. 상기 약액 B는 전체 200L에 대하여 시멘트 80~120kg, 물 152~164리터와 함께 급결재가 2~20kg 섞인 B1액으로 구성될 수도 있고, 전체 200L에 대하여 시멘트 120kg, 물 152L와 함께 완결재가 2~20kg 섞인 B2액으로 구성될 수 있다. 상기 급결재는 중조45~95 중량부, 황산마그네슘 5~55 중량부를 혼합하거나 여기에 시트로산을 함께 혼합하여 제조할 수 있다. 그리고, 상기 완결재는 실리카 45~95중량부와 소석회 5~55중량부를 혼합하여 제조할 수 있다. 특히, 약액 B를 제조할 때 일반시멘트를 대신하여 알갱이의 직경이 4마이크로미터에 달하는 마이크로시멘트를 혼합할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 착탈가능한 연장강관 구조를 사용하여, 약액 주입이 완료된 이후 강관을 절단하는 공정이 필요 없을 뿐 아니라, 공정단순화 및 공기단축의 장점이 있고, 연장강관을 용이하게 재활용할 수 있어 경제성 또한 우수한 효과를 제공한다.

본 발명에 의한 착탈식 연장 강관은 도 4 내지 도 6에 도시고, 이는 직렬로 결합되는 메인파이프(10)와 연장파이프(20)를 포함하여 구성된다. 상기 메인파이프(10)는 일정 강도 이상의 재질로 형성되는 관으로서 예를 들어 스틸 재질로 형성될 수 있다. 상기 메인파이프(10)는 지반에 삽입되는 원통형 관으로서, 지반으로의 삽입방향을 기준으로 그 전단에 대략 원추형으로 상기 메인파이프(10)의 전단을 마감하는 파이프헤드(11)를 포함한다. 또한 상기 파이프헤드(11)로부터 후방을 향해 일정 길이로 연장되는 중공 형상의 파이프몸체(13)와,상기 파이프몸체(13) 내부로부터 외부로 약액이 분출되도록 소정 위치에 관통 형성되는 복수의 관통공(14)을 포함한다. 그리고 상기 메인파이프(10)는 그 후단에 개구되어 형성되고, 후술할 연장파이프(20) 또는 커넥터(30)와 결합되기 위한 결합수단(예를 들어, 도 5에 도시된 제1나사산(13a))이 구비되는 파이프테일(15)을 포함한다. 이때 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 복수의 관통공(14) 각각에는 상기 강관(100) 내부에서 외부로 유출된 약액이 다시 강관(100) 내부로 역류하지 않도록 역류방지밸브가 구비될 수 있다. 즉, 상기 관통공(14)은 약액이 내부에서 외부 방향으로만 흐르도록 형성될 수 있다.

한편 상기 연장파이프(20)는 상기 메인파이프(10)의 파이프테일(15) 측에 결합되며, 상기 메인파이프(10)와 같은 스틸 재질 또는 합성 수지로 성형되는 원통형 부재이다. 이때 상기 메인파이프(10)와 상기 연장파이프(20) 내부의 실린더 형 공간에는 후술할 이중관파커(60)가 삽입된다. 여기서 상기 연장파이프(20)는 그 길이방향에 수직한 단면의 형상이 180도 이하의 중심각을 갖는 원호형으로 이루어지는 둘 이상의 연장부재(21, 23)를 포함하여 구성된다. 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이 180도의 중심각을 갖는 반원의 원호형으로 이루어지는 제1연장부재(21)와 제2연장부재(23)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 모든 연장부재의 원호형 단면의 중심각의 합은 360도가 되도록 함으로써, 연장부재를 모두 결합하였을 때 실린더 형상이 된다. 이와 같은 복수의 연장부재(21, 23)는 결합되었을 때 전체로서 그 전단에 상기 메인파이프(10) 또는 후술할 커넥터(30)와 결합하기 위한 하나의 결합수단을 포함하는데, 이는 예를 들어 복수의 연장부재(21, 23)의 전단의 외주에 형성되는 나사산(제2나사산(21a), 제3나사산(23a))이 될 수 있다. 상기 연장파이프(20)가 이와 같이 복수의 연장부재로 형성되도록 하는 것은, 상기 강관(100)에 후술할 이중관파커(60)를 삽입하여 약액을 주입한 후, 약액이 굳어졌을 때, 그 내부에 굳어진 약액을 포함하는 상기 연장파이프(20)를 용이하게 해체하기 위함이다.

또한 상기 강관(100)에서 상기 메인파이프(10)와 상기 연장파이프(20)를 결합함에 있어서, 두 구성요소가 서로 직접 결합될 수 있도록 할 수도 있지만, 도면에 도시된 것처럼 커넥터(30)를 매개로 하여 간접적으로 연결되도록 할 수도 있다. 상기 커넥터(30)는 링 형상의 부재로서 그 외경은 상기 메인파이프(10)의 내경에 대응하고 그 내경은 상기 연장파이프(20)의 외경에 대응하도록 형성될 수 있으며, 외주연에는 상기 메인파이프(10)에 결합되도록 하기 위한 제4나사산(30a)이 형성되고, 내주연에는 상기 연장파이프(20)와 결합되도록 하기 위한 제5나사산(30b)이 형성될 수 있다. 또한 상기 강관(100)의 삽입방향을 기준으로 상기 커넥터(30)의 전단 내주연은 후단을 향해 경사진 제1테이퍼면(30b)이 형성될 수 있다. 상기 테이퍼면(30b)은 후술할 이중관파커(60)를 삽입한 후, 후방으로 이동시키면서 약액을 분사하기 용이하도록 하기 위해 상기 이중관파커(60)의 후방으로의 이동을 안내하기 위한 것이다. 이때 상기 커넥터(30)의 내주연에 형성되는 제1테이퍼면(30b)과 더불어 상기 연장파이프(20)의 전단의 내주연에 제2테이퍼면(21b, 23b)이 형성되어 도 4의 단면도에 도시된 바와 같이 전체적으로 하나의 테이퍼면을 형성할 수도 있다.

또한 본 발명의 실시예에 의한 강관(100)에는 플러그(40)가 더 포함될 수 있다. 상기 플러그(40)는 상기 연장파이프(20)의 외측에 끼워지는 링형상의 부재로서, 두 개의 동일한 형상의 링형 원판과 그 사이에서 링형 원판의 내주를 서로 연결하는 실린더가 일체로 결합된 형상의 플러그링(41)과, 상기 플러그링(41)에 끼워져 에어튜브(43a)를 통해 공기를 주입하면 팽창하는 링형상의 팽창부재(43)를 포함하여 구성된다. 상기 플러그(40)는 상기 연장파이프(20)와 지반에 형성된 천공홀(B) 사이에 배치되어 약액을 분사하였을 때 상기 강관(100)과 상기 천공홀(B) 사이로 흘러내리는 약액이 천공홀(B) 외부로 누출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이 경우 천공홀(B) 내부의 약액이 외부로 누출됨으로써 외부 작업 환경이 나빠지는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라 지반 강화 효과가 감소함을 방지할 수 있다.

한편 본 발명의 실시예에 의한 강관(100)에는 볼밸브(50)가 더 포함될 수도 있다. 상기 볼밸브(50)는 상기 연장파이프(20)의 후단에 결합되어 선택적으로 개방 및 폐쇄될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 의한 강관(100)의 내부에는 도 6에 도시된 바와 같이 이중관파커(60)가 삽입되어 그라우팅 공법을 수행한다. 이때 상기 이중관파커(60)는 강관(100) 내부를 복수의 영역으로 나누어 순차적으로 그라우팅하는데 사용된다. 이를 위하여 상기 이중관파커(60)에는 내관(61)과 외관(63), 그리고 외관(63)과 파이프본체(13)의 내주 사이에 배치되는 에어파커(65)가 포함된다. 이때 상기 이중관파커(60)는 내관(61)의 내부와 내관(61)과 외관(63) 사이에 서로 다른 비율의 약액을 주입하고 에어파커(65)에 공기를 주입하여 체적을 팽창시켜 약액이 상기 에어파커(65)를 기준으로 전방 부분 외로 용출되는 것을 차단할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 강관(100)과 위에서 설명한 바와 같은 이중관파커(60)를 이용한 그라우팅 공법을 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 지반(E)에 천공홀(B)을 천공하는 단계부터 시작된다.(S211) 지반은 연약한 평지의 지반일 수도 있고, 도시된 바와 같이 터널 공사를 행하는 곳의 연약한 지반일 수도 있다. 상기 천공홀(B)의 직경은 상기 강관(100)의 직경보다 크게 형성되고 천공홀(B)의 길이는 상기 메인파이프(10)의 길이보다 길고 상기 강관(100)의 전체 길이보다는 짧게 형성될 수 있다.

그리고 천공이 완료되면 천공홀(B)에 본 발명의 실시예에 의한 강관(100), 즉 착탈식 연장이 가능한 구조의 강관을 삽입한다.(S221) 강관(100)의 삽입이 완료되면 상기 강관(100)의 상기 연장파이프(20) 후단 일부는 천공홀(B) 외부로 일부 노출된다. 이때 강관(100) 내에는 이미 이중관파커(60)가 삽입된 상태일 수 있다.

그 후 상기 강관(100)이 천공홀(B) 내부에 고정된 상태에서 상기 플러그(40)를 천공홀(B) 입구 측에 위치하도록 하고, 상기 팽창부재(43)로 공기를 주입함으로써 상기 팽창부재(43)의 체적이 커져 상기 천공홀(B) 입구에 상기 팽창부재(43)가 꽉 끼워지도록 한다. 다만 상기 플러그(40)의 팽창부재(43)에 공기를 주입하는 과정은 상기 이중관파커(60)를 통해 약액을 주입하기 이전에는 어느 단계에서 수행되더라도 무방하다.

천공홀(B)에 강관(100)을 삽입할 때 상기 이중관파커(60)가 강관(100) 내부에 삽입된 상태가 아니었다면, 상기 연장파이프(20)의 후단으로부터 이중관파커(60)를 상기 강관(100)의 내부로 삽입한다.(S231)

그리고 상기 이중관파커(60)가 적절한 삽입 위치에 도달하면 상기 에어파커(65)에 공기를 주입하여 상기 이중관파커(60)를 고정한다.

상기 에어파커(65)에 충분한 공기가 주입되면 상기 이중관파커(60)의 내관(61)과, 내관(61)과 외관(63) 사이를 통해 상기 강관(100) 내에 약액을 주입한다.(S241) 그에 따라 약액이 상기 이중관파커(60)의 전단으로부터 상기 강관(100)의 내부와 관통홀(14)을 거쳐 지반(E)으로 스며든다.

약액을 주입한 후, 다시 상기 이중관파커(60)의 상기 에어파커(65)에서 공기를 빼고 상기 이중관파커(60)를 후방으로 이동시킨 후 상기 에어파커(65)에 다시 공기를 채워 약액을 주입하는 과정을 수회 반복할 수 있다. 즉 상기 이중관파커(60)를 단계적으로 후방으로 이동시키며 약액을 주입한다.

즉, 처음에는 외관(63)에는 A액을 넣고, 내관(61)에는 B1액을 주입하다가, 이중관파커(60)를 일정 높이 인발하고 다시 외관(63)에는 A액을 넣고, 내관(61)에는 B2액을 주입하는 방식을 수회 반복하며 공정을 진행한다. 특히, 내관에 원통형의 공기관을 더 포함할 수 있는데, 이 경우 약액을 주입함과 동시에 공기를 함께 주입하여 공기층이 공기압으로써 지층에 침투유로를 형성하여 주고 산소가 A액 및 B액과 함께 섞여 겔타임을 단축할 수 있다. 주입된 A액 내에서 이온화되어 있는 분자는 B액에 포함된 칼슘분자(Ca² ⁺)와 강하게 결합하며 겔화된다. 이로써 짧은 겔타임과 높은 강도 두가지 효과가 동시에 얻어지므로 몰타르나 콘크리를 사용할 필요 없이도 물이 많은 지층, 해수면에서도 충분한 강도를 가진 차수벽을 형성시킬 수 있는 장점이 있다.

약액의 주입이 모두 완료되면 상기 이중관파커(60)를 상기 강관(100) 내에서 제거하고, 상기 연장파이프(20)를 상기 메인파이프(10) 또는 상기 커넥터(30)로부터 제거한다.(S251) 이때 상기 연장파이프(20)의 분리가 용이하지 않으면 상기 플러그(40)를 제거한 후 각각의 연장부재(21, 23)가 서로 해체되도록 할 수 있다.

이와 같이 상기 연장파이프(20)가 제거되면 굴착기의 이동 통로가 가려지지 않아 굴착 시공을 수행하기 용이하고, 제거된 연장파이프(20)는 재활용할 수 있다.

다만 본 발명의 실시예에 의한 강관(100)을 이용한 그라우팅 공법에서 약액 주입을 위한 수단은 상술한 이중관파커(60) 이외의 다른 수단으로 대체될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 수직 그라우팅 공법의 시공 과정을 도시한 단면도이다.

평지의 지반(E)에 천공홀(B)을 천공하는 단계부터 시작된다. 상기 천공홀(B)의 직경은 상기 강관의 직경보다 크게 형성되고 천공홀(B)의 길이는 상기 강관의 길이보다 길게 형성될 수 있다.

그리고 천공이 완료되면 천공홀(B)에 본 발명의 실시예에 의한 강관을 삽입한다. 강관의 삽입이 완료되면 상기 강관의 후단 일부는 천공홀(B) 외부로 일부 노출된다. 이때 강관 내에는 이미 주입관이 삽입된 상태일 수 있다.

상기 주입관의 내관(61)과, 내관(61)과 외관(63) 사이를 통해 상기 강관 내에 약액을 주입한다. 그에 따라 약액이 상기 주입관의 전단으로부터 상기 강관의 내부와 관통홀을 거쳐 지반(E)으로 스며든다.

약액을 주입한 후, 주입관을 후방으로 이동시킨 후 다시 약액을 주입하는 과정을 수회 반복할 수 있다. 즉 상기 주입관을 단계적으로 후방으로 이동시키며 약액을 주입한다.

즉, 처음에는 외관(63)에는 A액을 넣고, 내관(61)에는 B1액을 주입하다가, 주입관을 일정 높이 인발하고 다시 외관(63)에는 A액을 넣고, 내관(61)에는 B2액을 주입하는 방식을 수회 반복하며 공정을 진행한다. 특히, 내관에 원통형의 공기관(66)을 더 포함할 수 있는데, 이 경우 약액을 주입함과 동시에 공기를 함께 주입하여 공기층이 공기압으로써 지층에 침투유로를 형성하여 주고 산소가 A액 및 B액과 함께 섞여 겔타임을 단축할 수 있다. 특히, 공기관의 하부에는 원뿔형태의 공기유도구가 구비될 수 있는데, 이로써 주입된 공기가 상기 강관의 내벽을 향해 주사되고, 이로써 상기 주입된 A액과 B액을 서로 혼합하고, 서로 혼합된 A액과 B액이 지반 내로 스며들 수 있도록 압력을 제공하기도 한다. 또한 주입된 공기는 주입된 A액 내에서 이온화되어 있는 분자는 B액에 포함된 칼슘분자(Ca² ⁺)와 강하게 결합하며 겔화된다. 이로써 짧은 겔타임과 높은 강도 두가지 효과가 동시에 얻어지므로 몰타르나 콘크리를 사용할 필요 없이도 물이 많은 지층, 해수면에서도 충분한 강도를 가진 차수벽을 형성시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 강관 10: 메인파이프
11: 파이프헤드 13: 파이프몸체
14: 관통공 15: 파이프테일
20: 연장파이프 21: 제1연장부재
23: 제2연장부재 30: 커넥터
40: 플러그 41: 플러그링
43: 팽창부재 50: 볼밸브
60: 이중관파커 61: 내관
63: 외관 65: 에어파커
66: 공기관 70: 고속교반기
71: 회전부 72: 자력발생부
75: 약액

Claims

(A) 복수의 자력발생부가 원통형상의 몸통 내주연에 구비되고 몸통 내부에 회전하는 회전부를 포함하는 고속교반기에서 물과 규산소다를 교반하여 A액을 제조하는 단계;
(B) 교반기에서 시멘트, 물, 중조 및 황산마그네슘을 교반희석하거나 시멘트, 물, 실리카 및 소석회를 교반희석하여 B액을 제조하는 단계;
(C) 상기 제조된 A액 및 B액 각각을 몸통 내부에 회전부를 포함하는 저속교반기에서 저장하는 단계;
(D) 지반에 형성된 천공홀에, 상기 천공홀로의 삽입방향을 기준으로 후단이 개구되고 복수의 관통공을 포함하는 원통형의 강관을 삽입하는 단계;
(E) 상기 강관 내부에 상기 저속교반기에 저장된 A액과 B액을 주입하기 위한 주입관을 삽입하는 단계; 그리고
(F) 상기 주입관을 단계적으로 인발하며 상기 주입관을 통해 상기 A액과 B액을 각각 주입하는 단계를 포함하는, 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액을 이용한 그라우팅 공법.
제1항에 있어서,
상기 (A)단계는,
(A1) 물에 규산소다를 희석하여 물과 규산소다의 혼합액을 제조하는 단계;
(A2) 상기 혼합액을 상기 회전부를 이용하여 최고속도가 미리 설정된 속도 이상이 되도록 회전시켜 유리시키는 단계; 그리고
(A3) 상기 혼합액이 유리되는 상태에서, 상기 자력발생부를 이용하여 상기 혼합액을 이온화하여 상기 A액을 제조하는 단계를 포함하는, 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액을 이용한 그라우팅 공법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 (D)단계에서 상기 천공홀로 삽입되는 상기 강관은,
상기 천공홀에 삽입방향을 기준으로 후단이 개구되고 복수의 관통공을 포함하는 원통형의 메인파이프와; 길이방향에 수직한 단면의 형상이 원호형으로 이루어지는 복수의 연장부재를 포함하되 모든 연장부재의 원호형 단면의 중심각의 합이 360도가 되고, 상기 메인 파이프의 개구된 후단에 직렬로 결합되어 상기 메인 파이프와 함께 하나의 관(管)을 형성하는 연장파이프를 포함하여 구성되는, 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액을 이용한 그라우팅 공법.
제3항에 있어서,
(G) 상기 (F) 단계에서 주입된 약액이 경화되면, 상기 연장파이프를 상기 메인파이프에서 분리하여 제거하는 단계를 포함하는, 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액을 이용한 그라우팅 공법.
제2항에 있어서,
상기 (A1)단계에서 상기 혼합액은,
물 70 내지 90 부피% 에, 규산소다 10 내지 30 부피%를 희석하여 제조되는, 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 회전부는 100rpm 이상의 최고속도를 갖도록 회전하는, 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 주입관은 원통형의 내관과, 상기 내관보다 큰 직경을 갖고 그 내부에 상기 내관이 설치되는 원통형의 외관, 그리고 상기 외관과 상기 메인파이프의 내주 사이에 배치되어 공기의 주입 또는 배출에 따라 팽창 또는 수축하는 에어파커를 포함하는 이중관파커를 포함하고,
상기 (F) 단계는, 상기 이중관파커를 천공홀로의 삽입방향을 기준으로 후방을 향해 이동시키고 상기 에어파커로 상기 주입관을 상기 메인파이프 내주에 고정시킨 후, 상기 주입관의 내관에 상기 B액을 주입하고, 상기 주입관의 외관에 상기 A액을 주입하는 과정을 수회 반복하는 단계를 포함하는, 자성 이온화 고결정 실리케이트 약액을 이용한 그라우팅 공법.