KR101317364B1 - 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법 및 장비 - Google Patents

표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법 및 장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교반날개가 하부에 구비된 로드를 지중에 관입하는 공정(1)과, 설계 심도까지 관입한 로드를 역회전시켜 상부방향으로 인발하는 공정(2)과, 상기 로드의 인발과 동시에 고화제(A)를 공급하여 연약지반과 혼합시켜 지중에 파일을 시공하는 공정(3)으로 이루어지는 심층혼합처리공법에 있어서, 인발하는 로드가 취약심도 및 표층에 위치할 경우 고화제(A)를 차단하고 강화 고화제(B)를 공급하여 취약심도 및 표층을 강화시키는 공정(4)을 포함하는 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법 및 육상 또는 해상 전용장비(10)에 수직방향으로 설치되는 리더(11)와, 상기 리더(11)를 따라서 승하강하되 구동수단에 의해서 회전하면서 지중으로 관입 또는 인발하기 위한 로드(12)와, 상기 로드(12)의 하단에 설치되는 교반날개(13)와, 상기 로드(12)의 내부로 고화제(A)를 공급하여 로드(12)의 하부 또는 교반날개(13)의 일측으로 고화제(A)를 분사시키기 위한 고화제 공급플랜트(200)로 이루어지는 심층혼합처리장비에 있어서, 상기 로드(12)의 상부 일측에는 고화제 개폐밸브(100)가 마련되고, 상기 고화제 개폐밸브(100)의 일측에는 상기 고화제 공급플랜트(200)가 연결되며, 상기 고화제 개폐밸브(100)의 타측에는 강화 고화제(B)를 공급하기 위한 강화 고화제 공급플랜트(300)가 연결되도록 이루어지는 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리장비를 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 연약지반의 연경도에 따라서 고화제 또는 강화 고화제를 선택적으로 공급하여 표층 및 취약심도를 강화시켜 연속적인 고강도의 파일을 시공할 수 있으므로 시공품질을 극대화할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 연약지반의 취약심도 및 표층에서 발생하는 슬라임의 분산을 최소화하여 부실시공 및 환경오염의 원인을 방지할 수 있는 효과를 갖는다. 특히 본 발명은 연약지반의 취약심도 및 표층으로 확산되는 슬라임의 처리에 필요한 작업을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다. 아울러 본 발명은 공정 및 구조가 간단하여 활용범위 및 사용효율을 극대화할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법 및 장비{Surface and Vulnerable depth reinforce deep cement mixing method and equipment}
본 발명은 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법 및 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연약지반의 연경도에 따라서 고화제 또는 강화 고화제를 선택적으로 공급하여 연약지반의 취약심도 및 표층을 강화시키고 연속적인 고강도의 파일을 시공할 수 있도록 하는 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법 및 장비(Surface and vulnerable depth reinforce Deep Cement Mixing, "S-DCM"이라 함)에 관한 것이다.
일반적으로 심층혼합처리공법 및 장비는 석회석, 시멘트 등을 주성분으로 하는 고화제(안정제, 경화제)와 연약지반을 혼합하여 화학적으로 고체화시켜 연약지반을 개량하기 위한 것으로, 특히 연약지반과 고화제가 혼합하면서 발생하는 수화반응을 통해서 물리적, 화학적으로 고형화된 파일(지중구조체)을 시공하게 된다.
이러한 심층혼합처리공법은 1976년부터 일본 운수성 항만 기술연구소에 의해서 개발연구가 추진되어 1970년대 이후부터 석회석, 시멘트 등의 고화제를 이용한 공법이 실용화되어 현재 국내에서 연약지반을 개량하기 위한 공법으로 널리 시공되고 있으며, 이와 같은 심층혼합처리공법은 로드를 지중에 관입하는 공정과, 설계 심도까지 관입한 로드를 역회전시켜 상부방향으로 인발하는 공정과, 상기 로드의 인발과 동시에 지반에 고화제를 주입하면서 연약지반과 혼합하는 공정으로 이루어진다.
본 발명의 배경기술은 한국 등록특허공보 제10-0884285호(2009.02.18), 제10-0940802호(2010.02.05), 제10-0870722호(2008.11.27)에 개시되어 있다.
그러나 종래에는 지중과 표층의 연경도(무른 상태)에 관계없이 한 종류의 고화제를 공급하여 파일을 시공하고 있으나, 이는 무른 상태인 표층 및 취약심도의 경우에는 시멘트의 함량이 부족하여 로드와 교반날개가 회전하면서 슬라임이 주변으로 쉽게 확산되면서 시공품질이 저하되는 문제점을 갖게 되었다.
특히 표층 및 취약심도의 주변으로 슬라임이 확산되면서 불필요하게 대량의 고화제를 공급해야 하므로 자원낭비는 물론 슬라임의 제거에 장시간이 소요되는 등 작업시간의 지연으로 인한 경제적인 손실이 발생하게 되는 문제점을 갖게 되었다.
또한, 강성의 확보가 반드시 필요한 표층 및 취약심도에 파일을 균일하게 시공할 수 없으므로 부실시공의 원인을 제공하는 문제점을 갖게 되었다.
아울러 슬라임이 표층 및 취약심도의 주변으로 확산되면서 환경오염을 유발시키는 문제점을 갖게 되었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,
본 발명은 연약지반의 연경도에 따라서 고화제 또는 강화 고화제를 선택적으로 공급하여 표층 및 취약심도를 강화시킬 수 있는 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법 및 장비를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 표층 및 취약심도의 주변으로 슬라임 확산을 최소화하여 시공품질을 향상시킬 수 있는 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법 및 장비를 제공함에 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법은,
교반날개가 하부에 구비된 로드를 지중에 관입하는 공정(1)과, 설계 심도까지 관입한 로드를 역회전시켜 상부방향으로 인발하는 공정(2)과, 상기 로드의 인발과 동시에 고화제(A)를 공급하여 연약지반과 혼합시켜 지중에 파일을 시공하는 공정(3)으로 이루어지는 심층혼합처리공법에 있어서,
인발하는 상기 로드가 취약심도 및 표층에 위치할 경우 고화제(A)를 차단하고 강화 고화제(B)를 공급하여 취약심도 및 표층을 강화시키는 공정(4)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 4공정은 시공 전에 측정된 연약지반의 연경도에 따라서 고화제(A) 또는 강화 고화제(B)를 선택적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 강화 고화제(B)는 시멘트, 코크스, 생석회, 플라이애시, 무수석고, 골재, 모래, 고로 슬래그 또는 이들 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리장비는,
육상 또는 해상 전용장비(10)에 수직방향으로 설치되는 리더(11)와, 상기 리더(11)를 따라서 승하강하되 구동수단에 의해서 회전하면서 지중으로 관입 또는 인발하기 위한 로드(12)와, 상기 로드(12)의 하단에 설치되는 교반날개(13)와, 상기 로드(12)의 내부로 고화제(A)를 공급하여 로드(12)의 하부 또는 교반날개(13)의 일측으로 고화제(A)를 분사시키기 위한 고화제 공급플랜트(200)로 이루어지는 심층혼합처리장비에 있어서,
상기 로드(12)의 상부 일측에는 고화제 개폐밸브(100)가 마련되고, 상기 고화제 개폐밸브(100)의 일측에는 상기 고화제 공급플랜트(200)가 연결되며, 상기 고화제 개폐밸브(100)의 타측에는 강화 고화제(B)를 공급하기 위한 강화 고화제 공급플랜트(300)가 연결되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 고화제 개폐밸브(100)는 상기 로드(12)가 설계 심도까지 관입한 후 인발할 경우에는 고화제(A)가 로드(12)의 내부로 공급하도록 개방한 후 강화 고화제(B)를 차단하고, 반대로 인발하는 상기 로드(12)가 일정심도에 위치할 경우 고화제(A)를 차단한 후 강화 고화제(B)가 로드(12)의 내부로 공급하도록 개방하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고화제 공급플랜트(200)는 고화제 저장탱크(210)와, 상기 고화제 저장탱크(210)와 연결되는 교반기(220)와, 상기 교반기(220)와 연결되어 고화제(A)를 상기 고화제 개폐밸브(100)로 공급하기 위한 펌프(230)로 구성하는 것을 특징으로 한다.
특히 상기 강화 고화제 공급플랜트(300)는 강화 고화제 저장탱크(310)와, 상기 강화 고화제 저장탱크(310)와 연결되는 교반기(320)와, 상기 교반기(320)와 연결되어 강화 고화제(B)를 상기 고화제 개폐밸브(100)로 공급하기 위한 펌프(330)로 구성하는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 강화 고화제(B)는 시멘트, 코크스, 생석회, 플라이애시, 무수석고, 골재, 모래, 고로 슬래그 또는 이들 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러 상기 교반날개(13)는 평면상태에서 보았을 때 상기 로드(12)를 중심으로 적어도 두 개 이상이 방사상으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 교반날개(13)는 평면상태에서 보았을 때 일측은 길고 타측은 일측보다 더 짧게 제작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 연약지반의 연경도에 따라서 고화제 또는 강화 고화제를 선택적으로 공급하여 표층 및 취약심도를 강화시켜 연속적인 고강도의 파일을 시공할 수 있으므로 시공품질을 극대화할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 연약지반의 취약심도 및 표층에서 발생하는 슬라임의 분산을 최소화하여 부실시공 및 환경오염의 원인을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
특히 본 발명은 연약지반의 취약심도 및 표층으로 확산되는 슬라임의 처리에 필요한 작업을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
아울러 본 발명은 공정 및 구조가 간단하여 활용범위 및 사용효율을 극대화할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1 및 도 2는 본 발명 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법을 공정별로 나타내기 위한 순서도.
도 3 및 도 4는 본 발명 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리장비의 구성을 나타내기 위한 구성도.
도 5 및 도 6은 본 발명에서 로드와 교반날개의 실시예를 나타내기 위한 개념도.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 공법을 첨부한 도면에 의해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 본 발명 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리공법을 공정별로 나타내기 위한 순서도를 도시한 것이다.
본 발명은 교반날개가 하부에 구비된 로드를 지중에 관입하는 공정(1)과, 설계 심도까지 관입한 로드를 역회전시켜 상부방향으로 인발하는 공정(2)과, 상기 로드의 인발과 동시에 고화제(A)를 공급하여 연약지반과 혼합시켜 지중에 파일을 시공하는 공정(3)으로 이루어지는 심층혼합처리공법에 있어서,
인발하는 로드가 취약심도 및 표층에 위치할 경우 고화제(A)를 차단하고 강화 고화제(B)를 공급하여 취약심도 및 표층을 강화시키는 공정(4)을 포함한다.
여기서 상기 4공정은 시공 전에 측정된 연약지반의 연경도에 따라서 고화제(A) 또는 강화 고화제(B)를 선택적으로 공급할 수 있다.
이때 연약지반의 연경도를 측정하는 방법 및 장치는 다양한 형태와 구성을 갖는 것이므로 본 발명에서 상세한 서술은 생략한다.
이처럼 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 연약지반의 연경도에 따라서 인발하는 로드가 단단한 상태인 심도에 위치할 경우에는 고화제(A)를 공급하여 지중에 파일을 시공하고, 반대로 무른 상태인 취약심도 및 표층에 위치할 경우에는 강화 고화제(B)를 공급하여 취약심도 및 표층을 강화시키고 슬라임이 쉽게 확산되는 현상을 방지하여 연속적인 고강도의 파일을 시공할 수 있게 된다.
즉, 지반상태가 단단한 상태에는 지금까지 사용해온 고화제(A)를 공급할 경우 시공상에 문제가 발생하지 않으나, 이와 달리 지반상태가 무른 경우에는 슬라임이 주변으로 쉽게 확산되므로 이를 해소하기 위한 방안으로 고화제(A)에 비해서 상대적으로 고화시간도 짧고 강도를 증진 및 강화하기 위한 강화 고화제(B)가 필요하게 되는 것이다.
이를 위해 상기 강화 고화제(B)는 시멘트, 코크스, 생석회, 플라이애시, 무수석고, 골재, 모래, 고로 슬래그 또는 이들 중 어느 하나 이상을 포함한다.
이때 상기 강화 고화제(B)는 가공 및 운반의 용이성은 물론 강도의 증진을 위해서 일정입도를 갖도록 가공한 후 사용함이 바람직하다.
그리고 본 발명의 목적을 달성하기 위한 장비를 첨부한 도면에 의해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 및 도 4는 본 발명 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리장비의 구성을 나타내기 위한 구성도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에서 로드와 교반날개의 실시예를 나타내기 위한 개념도를 도시한 것이다.
본 발명은 육상 또는 해상 전용장비(10)에 수직방향으로 설치되는 리더(11)와, 상기 리더(11)를 따라서 승하강하되 구동수단에 의해서 회전하면서 지중으로 관입 또는 인발하기 위한 로드(12)와, 상기 로드(12)의 하단에 설치되는 교반날개(13)와, 상기 로드(12)의 내부로 고화제(A)를 공급하여 로드(12)의 하부 또는 교반날개(13)의 일측으로 고화제(A)를 분사시키기 위한 고화제 공급플랜트(200)로 이루어지는 심층혼합처리장비에 있어서,
상기 로드(12)의 상부 일측에는 고화제 개폐밸브(100)가 마련되고, 상기 고화제 개폐밸브(100)의 일측에는 상기 고화제 공급플랜트(200)가 연결되며, 상기 고화제 개폐밸브(100)의 타측에는 강화 고화제(B)를 공급하기 위한 강화 고화제 공급플랜트(300)가 연결되도록 이루어진다.
본 발명에서 육상 또는 해상 전용장비(10)는 당업계에서 보편적으로 사용되는 장비이므로 작동원리 및 구조에 대한 상세한 서술은 생략하기로 한다.
특히 상기 고화제 개폐밸브(100)는 연약지반의 연경도를 기준으로 상기 로드(12)의 인발위치에 따라서 고화제(A) 또는 강화 고화제(B)의 공급시기를 결정하여 지중에 연속적인 파일을 시공할 수 있다.
여기서 상기 고화제 개폐밸브(100)는 작업자가 수동으로 조작하여 개폐하거나 또는 상기 로드(12)의 인발위치에 따라서 자동으로 개폐될 수 있음은 당연하다.
이때 상기 고화제 개폐밸브(100)는 고화제(A) 또는 강화 고화제(B)를 공급 또는 차단할 수 있는 다양한 구성과 형태를 갖는 밸브가 사용될 수 있음은 당연하다.
또한, 상기 고화제 공급플랜트(200)는 고화제 저장탱크(210)와, 상기 고화제 저장탱크(210)와 연결되는 교반기(220)와, 상기 교반기(220)와 연결되어 고화제(A)를 상기 고화제 개폐밸브(100)로 공급하기 위한 펌프(230)로 구성되고,
상기 강화 고화제 공급플랜트(300)는 강화 고화제 저장탱크(310)와, 상기 강화 고화제 저장탱크(310)와 연결되는 교반기(320)와, 상기 교반기(320)와 연결되어 강화 고화제(B)를 상기 고화제 개폐밸브(100)로 공급하기 위한 펌프(330)로 구성된다.
여기서 상기 고화제 저장탱크(210)의 내부에는 고화제(A)가 저장된 상태로 상기 교반기(220)의 내부로 공급되어 물과 함께 혼합된 상태로 상기 펌프(230)의 작동으로 상기 고화제 개폐밸브(100)의 일측으로 고화제(A)를 공급할 수 있다.
또한, 상기 강화 고화제 저장탱크(310)의 내부에는 강화 고화제(B)가 저장된 상태로 상기 교반기(320)의 내부로 공급되어 물과 함께 혼합된 상태로 상기 펌프(330)의 작동으로 상기 고화제 개폐밸브(100)의 타측으로 강화 고화제(B)를 공급할 수 있다.
이때 상기 펌프(330)는 모래 등이 포함된 강화 고화제(B)를 강한 압력으로 상기 고화제 개폐밸브(100)의 타측에 연결되어 공급할 수 있는 진공펌프 등을 적용하였다.
특히 상기 펌프(330)에서 고화제 개폐밸브(100)의 타측에 연결되는 공급관은 강화 고화제(B)가 이동하면서 발생하는 마찰을 방지할 수 있도록 내마모재가 내경에 코팅되거나 또는 내마모성 금속으로 제작될 수 있다.
이때 상기 강화 고화제(B)는 시멘트, 코크스, 생석회, 플라이애시, 무수석고, 골재, 모래, 고로 슬래그 또는 이들 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러 상기 교반날개(13)는 도 5에 도시된 바와 같이 평면상태에서 보았을 때 상기 로드(12)를 중심으로 적어도 두 개 이상이 방사상으로 형성될 수 있는데, 이는 교반날개(13)의 개수에 따라서 연약지반과 고화제(A) 또는 강화 고화제(B)의 혼합효율이 결정되기 때문이다.
이때 상기 교반날개(13)는 도 6에 도시된 바와 같이 연약지반과 고화제(A) 또는 강화 고화제(B)의 혼합효율을 증대를 위해서 평면상태에서 보았을 때 일측은 길고 타측은 일측보다 더 짧게 제작될 수 있다.
따라서 본 발명 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리장비는 연약지반의 연경도에 따라서 고화제 또는 강화 고화제를 선택적으로 공급하여 취약심도 및 표층을 강화시키고 연속적인 고강도의 파일을 시공하여 시공품질을 증대시킬 수 있음은 물론 부실시공의 원인을 사전에 방지할 수 있다.
이처럼 상기와 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 포함되는 것은 당연하다.
10: 육상 또는 해상 심층혼합처리장비
11: 리더 12: 로드
13: 교반날개
100: 고화제 개폐밸브
200: 고화제 공급플랜트
210: 고화제 저장탱크 220: 교반기
230: 펌프
300: 강화 고화제 공급플랜트
310: 강화 고화제 저장탱크 320: 교반기
330: 펌프
A: 고화제 B: 강화 고화제

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 육상 또는 해상 전용장비(10)에 수직방향으로 설치되는 리더(11)와, 상기 리더(11)를 따라서 승하강하되 구동수단에 의해서 회전하면서 지중으로 관입 또는 인발하기 위한 로드(12)와, 상기 로드(12)의 하단에 설치되는 교반날개(13)와, 상기 로드(12)의 내부로 고화제(A)를 공급하여 로드(12)의 하부 또는 교반날개(13)의 일측으로 고화제(A)를 분사시키기 위한 고화제 공급플랜트(200)로 이루어지는 심층혼합처리장비에 있어서,
    상기 로드(12)의 상부 일측에는 고화제 개폐밸브(100)가 마련되고, 상기 고화제 개폐밸브(100)의 일측에는 상기 고화제 공급플랜트(200)가 연결되며, 상기 고화제 개폐밸브(100)의 타측에는 강화 고화제(B)를 공급하기 위한 강화 고화제 공급플랜트(300)가 연결되도록 이루어지되,
    상기 고화제 개폐밸브(100)는 상기 로드(12)가 설계 심도까지 관입한 후 인발할 경우에는 고화제(A)가 로드(12)의 내부로 공급하도록 개방한 후 강화 고화제(B)를 차단하고, 반대로 인발하는 상기 로드(12)가 일정심도에 위치할 경우 고화제(A)를 차단한 후 강화 고화제(B)가 로드(12)의 내부로 공급하도록 개방하며,
    상기 고화제 공급플랜트(200)는 고화제 저장탱크(210)와, 상기 고화제 저장탱크(210)와 연결되는 교반기(220)와, 상기 교반기(220)와 연결되어 고화제(A)를 상기 고화제 개폐밸브(100)로 공급하기 위한 펌프(230)로 구성하고,
    상기 강화 고화제 공급플랜트(300)는 강화 고화제 저장탱크(310)와, 상기 강화 고화제 저장탱크(310)와 연결되는 교반기(320)와, 상기 교반기(320)와 연결되어 강화 고화제(B)를 상기 고화제 개폐밸브(100)로 공급하기 위한 펌프(330)로 구성하며,
    상기 강화 고화제(B)는 시멘트, 코크스, 생석회, 플라이애시, 무수석고, 골재, 모래, 고로 슬래그 또는 이들 중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 교반날개(13)는 평면상태에서 보았을 때 상기 로드(12)를 중심으로 적어도 두 개 이상이 방사상으로 형성하되, 상기 교반날개(13)는 평면상태에서 보았을 때 일측은 길고 타측은 일측보다 더 짧게 제작하는 것을 특징으로 하는 표층 및 취약심도 강화 심층혼합처리장비.
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