KR101274671B1 - 연약지반 강화 장치 및 이를 이용한 연약지반 강화 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토목 기초 공사로서 연약지반을 강화하는 장치 및 이를 이용한 연약지반 강화 공법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 연약지반 강화 장치는, 외주면에 나선형 블레이드가 형성되고 지중으로 관입되는 로드와, 상기 로드의 내부에 길이방향을 따라 형성되고 일단이 상기 로드의 지중 단부에서 외부로 개구되고 타단이 지상으로 연장된 투입관과, 상기 투입관의 타단에 연결되어 상기 투입관으로 공기를 분사하는 공기압축기와, 상기 투입관으로 고결제를 공급하는 고결제 공급탱크를 포함하여 이루어지며, 본 발명에 따른 연약지반 강화 공법은, 상기 로드를 정회전시켜 지중으로 관입하는 단계와, 상기 로드가 지중에 위치한 상태에서 상기 로드를 하방으로 압박하면서 역회전시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

연약지반 강화 장치 및 이를 이용한 연약지반 강화 공법{APPARATUS FOR IMPROVING WEAK FOUNDATION AND METHOD OF IMPROVING WEAK FOUNDATION USING THE SAME}

본 발명은 토목 기초 공사로서 연약지반을 강화하는 장치 및 이를 이용한 연약지반 강화 공법에 관한 것이다.

건설 및 토목 시공 현장에서, 기초를 튼튼히 하기 위해 연약지반에 대한 개량 또는 강화가 흔하게 요구된다.

연약지반을 강화하는 공법으로는, 진동다짐 공법(Vibro Floating), 모래말뚝다짐 공법(Vibro Composer, Sand Compaction Pile), 약액주입 공법, 전기충격 공법, 고결 공법, 동다짐 공법(Dynamic Compaction Method), 압밀공법 등과 같은 것들이 알려져 있다.

이 중 흔히 사용되는 공법의 일례를 도 1을 참조로 설명하면 다음과 같다.

무한궤도차량(1)에는 연직방향으로 리더(2)가 설치되어 있으며, 이 리더에 의해 케이싱(12)이 안내된다. 케이싱(12)은 속이 빈 관체로서, 상부에는 그 내부로 모래, 쇄석 등을 투입할 수 있는 호퍼(13)가 형성되어 있고 하단에는 개폐 작동되는 슈(11)가 구비되어 있다. 케이싱(12)의 상방에는 바이브레이션 해머(14)가 위치하며, 해머(14)는 케이싱(12)의 상단을 충격하여 케이싱(12)이 지중으로 관입되게 한다.

이와 같은 장비는 해머(14)를 작동시켜 케이싱(12)을 지중으로 관입한 상태에서 호퍼(13)를 통해 모래, 쇄석 등을 투입하고, 다시 케이싱(12)을 인발한 뒤 이와 같은 과정을 반복하여 지중에 모래나 쇄석이 다져져 형성된 하나의 말뚝(pile)을 형성하기 위해 사용되며, 이 말뚝에 의해 지반이 강화되는 것이다.

그런데 이와 같이 종래기술에 따른 연약지반 강화 공법은 호퍼(13)를 통해 케이싱(12)과 같이 내부공간이 형성된 관체를 통해 모래, 쇄석 등을 지중으로 투입하는 것이므로, 우선 케이싱(12)이 지중에 관입되기에 충분한 강성을 확보하도록 특별히 설계되어야 하며, 호퍼(13)를 통해 투입되는 모래, 쇄석 등은 따로 다지는 것이 어려우므로 지반 강화 효과에 한계가 있다. 또한 케이싱(12)의 관입 및 다짐 작용을 위해 중량체의 낙하 충격을 이용하므로, 진동과 소음으로 인해 주변환경에 악영향을 주며 건축물의 균열, 주변 지반 침하, 가축 폐사 등과 같은 부작용이 있을 뿐만 아니라, 공법을 완료하기까지 시간이 오래 걸린다는 문제도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 소음 진동의 문제를 최소화하면서도 지반을 보다 효율적으로 강화할 수 있는 연약지반 강화 장치 및 이를 이용한 연약지반 강화 공법에 관한 것이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 연약지반 강화 장치는, 외주면에 나선형 블레이드가 형성되고 지중으로 관입되는 로드와, 상기 로드의 내부에 길이방향을 따라 형성되고 일단이 상기 로드의 지중 단부에서 외부로 개구되고 타단이 지상으로 연장된 투입관과, 상기 투입관의 타단에 연결되어 상기 투입관으로 공기를 분사하는 공기압축기와, 상기 투입관으로 고결제를 공급하는 고결제 공급탱크를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 연약지반 강화 장치에 있어서, 상기 공기압축기의 흡입단 또는 토출단 중 적어도 하나에 설치되어 공기 중 습기를 제거하는 제습기를 더 포함함으로써 고결제가 투입관 내부에서 고결되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 고결제는 시멘트 분말 또는 석회 분말 중 적어도 하나 이상을 포함하는 분말 형태인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 연약지반 강화 공법은, 상기한 연약지반 강화 장치를 이용하는 것으로서, 상기 로드를 정회전시켜 지중으로 관입하는 단계와, 상기 로드가 지중에 위치한 상태에서 상기 로드를 하방으로 압박하면서 역회전시키는 단계를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 로드를 역회전시키는 단계는, 지상에서 상기 로드의 측으로 토사 또는 골재 중 적어도 하나 이상을 투입하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명에 따른 연약지반 강화 장치를 이용한 연약지반 강화 공법은, 상기 로드를 정회전시키는 단계와 상기 로드를 역회전시키는 단계 중 적어도 하나 이상의 단계에서, 상기 공기압축기를 작동시켜 상기 고결제 공급탱크로부터 상기 투입관으로 고결제를 분사하는 것이 바람직하다.

본 발명의 연약지반 강화 장치에 따르면 로드 내부의 투입관을 통해 고결제를 지중으로 주입하므로 손쉽게 지반 강화 효과를 얻을 수 있다. 이때 분말 형태의 고결제를 압축공기에 의해 분사하므로, 간단한 구성으로 효율적인 장치 활용이 가능하다. 본 발명의 연약지반 강화 장치를 이용한 연약지반 강화 공법은, 외주면에 나선형 블레이드가 형성된 로드를 지중에서 역회전시킴으로써 블레이드에 의한 지반 압밀효과를 얻을 수 있다. 따라서 중량물의 낙하 및 충격에 의한 진동 또는 소음의 발생을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한 주변의 토사를 투입하여 지반에 함께 압밀할 수 있으므로 지반 강화 효과가 더욱 향상된다.

도 1은 종래기술에 따른 연약지반 강화 장치의 일례를 도시한 설명도,
도 2는 본 발명에 따른 연약지반 강화 장치의 일실시예를 개략 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 연약지반 강화 장치를 이용한 연약지반 강화 공법의 일실시예에 따라 로드를 지중으로 관입하는 과정을 도시한 설명도,
도 4는 도 3의 실시예에서 로드를 지중에서 역회전시키는 과정을 도시한 설명도,
도 5는 도 4의 단계에서 지상으로부터 로드 주변에 토사를 투입하는 과정을 도시한 설명도이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 연약지반 강화 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 연약지반 강화 장치의 일실시예의 개략 구성을 나타낸 도면이다.

로드(110)는 지면에 대해 대체로 연직한 방향으로 배치되어 지중으로 관입되기 위한 막대형상의 부재이다. 로드(110)는 그 외주면에 나선형의 블레이드(120)가 형성되어 있으며, 이 블레이드(120)의 선회 방향에 따라 일방향으로 회전시키면 지중으로 하강하고, 타방향으로 회전시키면 지상으로 상승하게 된다. 이하에서는 지중으로 하강하도록 회전시키는 것을 정방향 회전, 지상으로 상승하도록 회전시키는 것을 역방향 회전이라고 한다.

로드(110)의 내부에는 로드(110)의 길이방향을 따라 투입관(150)이 형성되어 있다. 투입관(150)은 그 일단이 로드(110)의 끝단, 즉 로드(110)가 지중으로 관입된 상태에서 지중에 위치하는 단부에서 로드(110)의 외부로 개구되어 있는데, 이하에서는 이를 지중 개구(150a)라 한다. 투입관(150)의 지중 개구(150a)의 위치는 엄밀히 한정될 필요는 없으며, 로드(110)의 지중 단부에 교반 로드(mixing rod)가 형성되어 있는 경우 이 교반 로드에 인접한 지점에 위치하고, 로드(110)의 지중 단부가 천공비트(drilling bit)인 경우에는 천공비트의 파쇄면에 위치하도록 하는 등과 같이 위치를 적절히 조정하여 결정할 수 있다. 나아가서 필요하다면 지중 개구(150a)는 하나가 아닌 복수 개로 형성할 수도 있다. 즉, 투입관(150)이 지중 단부에서 복수의 관으로 분기되어 분기된 투입관 각각이 하나씩의 지중 개구를 갖도록 하는 구성도 가능하다.

투입관(150)의 타단은 로드(110)의 길이방향을 따라 연장되어 지상에 위치하는 지점에서 외부로 개구되는데, 이하에서는 이를 지상 개구(150b)라 한다. 투입관(150)의 지상 개구(150b)에는 공기압축기(200)가 연결되어 압축된 공기가 투입관(150)으로 분사되도록 한다. 아울러 투입관(150) 내부로 고결제를 공급하기 위한 고결제 공급탱크(210)가 공기압축기(200)의 토출단에 인접한 위치에서 투입관(150)에 연결되어 있다.

이 상태에서 공기압축기(200)를 작동시키고 고결제 공급탱크(210)에 고결제를 충진하면, 분사되는 공기에 의해 고결제가 투입관(150)을 따라 이동하며, 투입관(150)의 지중 개구(150a)에서 지중으로 분사되게 된다. 지중에서 토사와 혼합된 고결제는 토사를 응고시키므로 지반을 강화시킬 수 있다. 이때 고결제로는 시멘트 분말, 석회 분말 등 분말 형태로서 토사와 혼합되어 고결시킬 수 있는 것이면 어떤 재료이든 포함할 수 있다. 이와 같이 특히 분말 형태의 고결제를 활용함으로써 공기압축기(200) 및 투입관(150)과 같은 간단한 구성으로도 고결제를 지중으로 효율적으로 분사할 수 있다.

고결제는 습도에 따라 공기 중 습기를 흡수하기도 하는데, 경우에 따라서는 투입관(150) 내부에서 응고되어 투입관(150)을 폐색시킬 수도 있다. 따라서 투입관(150)에 공급되는 공기는 제습될 필요가 있으며, 이를 위한 제습기(220)는 도 2에 예시된 바와 같이 공기압축기(200)로부터 공기가 토출되는 토출단에 배치될 수도 있지만, 공기를 흡입하는 흡입단에 배치될 수도 있다. 충분한 제습을 위해 필요하다면 제습기(220)를 공기압축기(200)의 흡입단 및 토출단에 복수로 배치하는 것도 가능하다.

이하에서는 상기한 연약지반 강화 장치를 이용한 연약지반 강화 공법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 연약지반 강화 장치를 이용한 연약지반 강화 공법의 일실시예에 따라 로드를 지중으로 관입하는 과정을 도시한 설명도이다.

로드(110)의 외주면에는 블레이드(120)가 나선형으로 형성되어 있으므로, 도 3에 예시한 바와 같이 A방향(시계방향)으로 로드(110)를 회전시키면, 블레이드(120)가 지중에서 마찰을 일으키면서 로드(110)를 A'방향(도면기준 아래방향)으로 이동시킨다. 즉, 로드(110)를 A방향으로 회전시키는 것에 의해 로드(110)를 지중으로 관입시킬 수 있으며, A방향 회전이 앞서 설명한 정방향 회전이 된다.

로드(110)의 최하단에는 비트(130)를 설치하여 비트(130)에 의해 지반을 굴착함으로써 로드(110)가 지중으로 더욱 용이하게 진입할 수 있도록 한다.

로드(110)가 지중으로 미리 목표한 깊이까지 관입되면, 그 자리에서 로드(110)를 역회전시킨다. 이때의 상태를 도 4에 예시하고 있다. 즉, 로드(110)를 B방향(반시계방향)으로 회전시키면, 블레이드(120)에 의해 로드(110)는 B'방향(도면기준 윗방향)으로 이동하려는 힘을 받는다. 즉, B방향 회전은 앞서 설명한 역방향 회전이다. 이때, 외부로부터 로드(110)를 C방향(도면기준 아래방향)으로 압박하면, 로드(110)는 제자리에서 회전만 하게 되는데, 이때 블레이드(120)는 주변의 지반을 C방향으로 더욱 더 압밀하게 된다. 따라서 로드(110) 및 블레이드(120) 주변의 지반은 압밀 다짐 작용을 받아 강화된다.

로드(110)를 상승시키면서 이와 같은 상태를 간헐적으로 반복 실시하면, 로드(110)가 관입된 전체 깊이에 걸쳐 지반을 다질 수 있다. 이때 로드(110)의 상승은 로드를 B방향으로 회전시키면서 로드(110)에 대한 C방향으로의 압박을 해제하는 것으로 간단히 이루어질 수 있다.

또한 도 5에 예시한 바와 같이, 로드(110)를 역회전시키는 동시에 하방으로 압박하면서, 지상(50)에서는 토사나 골재를 로드(110) 측으로 D방향을 따라 투입하는 것이 더욱 바람직하다. 로드(110)를 역회전시킴에 따라 블레이드(120)에 의해 다짐작용이 일어나면, 지상(50)에서 보기에 로드(110) 주변의 지반은 함몰되며, 이 공간에 토사나 골재를 투입하면 블레이드(120)에 의해 휘말려 들어가면서 하방으로 압박되어 지중으로 이동하고, 결과적으로 로드(110) 주변의 지반을 더욱 압밀함과 동시에 함몰되었던 지반도 복구하게 된다. 여기서 토사 또는 골재는 처음 로드(110)를 지중으로 관입하는 과정에서 얻어진 것일 수도 있으며, 외부에도 별도로 조달한 것일 수도 있다.

한편, 로드(110)가 정방향 회전 중인지 역방향 회전 중인지와는 무관하게, 로드가 작동하는 동안에 고결제를 고결제 공급탱크(210)에 충진한 상태에서 공기압축기(200)를 작동시키면, 투입관(150)을 따라 진행하는 압축 공기에 의해 고결제가 함께 이동하게 된다. 고결제는 결국 투입관(150)의 지중 개구(150a)를 통해 지중으로 분사되며, 토사와 혼합되면서 토사를 고결시킨다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 외주면에 나선형 블레이드가 형성되고 지중으로 관입되는 로드와, 상기 로드의 내부에 길이방향을 따라 형성되고 일단이 상기 로드의 지중 단부에서 외부로 개구되고 타단이 지상으로 연장된 투입관과, 상기 투입관의 타단에 연결되어 상기 투입관으로 공기를 분사하는 공기압축기와, 상기 투입관으로 고결제를 공급하는 고결제 공급탱크를 포함하여 이루어진 연약지반 강화 장치에 있어서,
   상기 로드를 정회전시켜 지중으로 관입하는 단계와,
   상기 로드가 지중에 위치한 상태에서 외부로부터 힘을 가해 상기 로드를 하방으로 압박하면서 역회전시키는 단계를 포함하여 이루어진 연약지반 강화 공법.
5. 제4항에 있어서, 상기 로드를 역회전시키는 단계는,
   지상에서 상기 로드의 측으로 토사 또는 골재 중 적어도 하나 이상을 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반 강화 공법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 로드를 정회전시키는 단계와 상기 로드를 역회전시키는 단계 중 적어도 하나 이상의 단계에서,
   상기 공기압축기를 작동시켜 상기 고결제 공급탱크로부터 상기 투입관으로 고결제를 분사하는 것을 특징으로 하는 연약지반 강화 공법.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공기압축기의 흡입단 또는 토출단 중 적어도 하나에 설치되어 공기 중 습기를 제거하는 제습기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반 강화 공법.
8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고결제는 시멘트 분말 또는 석회 분말 중 적어도 하나 이상을 포함하는 분말 형태인 것을 특징으로 하는 연약지반 강화 공법.

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