KR101323810B1 - 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 사면 보강이나 옹벽 설치 시에 전단 강도 증대를 위해, 삽입공에 삽입되어 상기 삽입공에 그라우트 되는 충진재에 의해 고정되는 쏘일네일; 지열 전달을 위한 냉매가 내부에 충진되도록 관 형상으로 구비되고, 그 선단에는 U자형의 굴곡부가 형성되며, 상기 굴곡부가 상기 쏘일네일의 선단부에 위치되게 상기 쏘일네일의 길이방향을 따라 배치되는 지중 열교환기; 중심부에 상기 쏘일네일이 삽입되는 네일홈이 형성되고, 그 외주부에는 상기 충진재 주입을 위한 그라우팅관이 삽입되는 그라우팅홈, 공기 배출을 위한 공기배출관이 삽입되는 공기배출홈 및 상기 지중 열교환기가 삽입되는 한 쌍의 설치홈이 형성되어, 상기 지중 열교환기를 상기 쏘일네일에 이격되게 설치 고정하는 하나 이상의 스페이서; 및 상기 쏘일네일의 선단부에 설치되며, 상기 굴곡부가 삽입 설치되는 U자형의 굴곡홈이 형성되어 상기 쏘일네일이 상기 삽입공에 삽입될 때에 상기 굴곡부를 지지하여 상기 지중 열교환기의 처짐을 방지하는 지지체;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 지중 열교환기의 굴곡부를 지지하며 처짐을 방지하는 지지체가 쏘일네일의 선단부에 설치되어 시공시에 지중 열교환기가 삽입공의 내면에 접촉 손상되는 것을 방지할 수 있고, 쏘일네일의 선단에는 시공시에 삽입공 내면의 돌출부에 먼저 접촉되는 보호부재가 구비됨으로써 시공시에 지중 열교환기가 이러한 돌출부에 접촉 파손되는 것을 방지할 수 있으므로, 쏘일네일 시공시에 지중 열교환기를 함께 시공할 수 있으면서도 지중 열교환기가 파손되지 않게 안전하게 시공할 수 있으며, 발포 약액이 주입되는 패커와 제1ㆍ제2패킹부재가 구비되어 압력식 그라우팅을 구현할 수 있고 그라우트된 충진재를 양생할 때에 지중 열교환기에 냉매를 순환시켜 충진재의 열화손상을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 그 내구성 및 안정성을 더욱 제고할 수 있다.

Description

지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체 및 이의 시공방법 {SOIL NAIL STRUCTURE WITH GEOTHERMAL HEAT EXCHANGE PIPE AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}

본 발명은 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그 시공시에 지중 열교환기가 파손되지 않게 안전하게 시공할 수 있고, 시공 후의 내구성과 안정성을 크게 제고할 수 있는 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

최근 중국, 인도 등의 경제성장으로 인해 석유에 대한 수요가 급증하고 석유산유국에서의 불안정한 정치상황으로 인해 그 어느 때보다 화석연료를 대체할 새로운 에너지원에 대한 관심이 증대되고 있다.

이러한 새로운 대체 에너지원으로 태양열, 풍력, 지열 등에 관한 연구가 이루어지고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있으나 에너지의 밀도가 매우 낮은 단점도 있다.

특히, 풍력과 태양열을 이용하여 충분한 에너지를 얻기 위해서는 넓은 설치면적을 확보해야 하고, 일정하지 않은 풍속이나 일조량과 같은 환경적인 변동성으로 인해 에너지 생산이 일정하지 않고 그 유지관리에 적지 않은 비용이 소모되는 한계가 있다.

따라서 항상 일정한 에너지를 얻을 수 있으며 유지관리에 상대적으로 저렴한 비용이 소요되는 지열에너지에 관심이 높다.

일반적으로 지열에너지를 이용하는 지열냉난방장치는, 냉매가 내부에 충진되며 지열을 회수하기 위한 지중 열교환기, 이 지중 열교환기와 연결되어 냉매를 순환시키고 회수한 지열을 필요한 장소로 이송시키는 히트펌프 및 히트펌프를 제어하기 위한 제어부로 구성된다.

이와 같이 지열에너지를 이용하기 위해서는 지중으로 설치공을 천공하고 그 내부에 지중 열교환기를 삽입 설치해야 하므로, 초기 시공 시간 및 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위해, 최근에는 다른 토목구조물을 시공할 때에 지중 열교환기를 함께 시공하는 방식이 연구되고 있다. 그 일례로 대한민국 공개특허 제2010-0022739호에는 쏘일네일(soil nail) 시공시에 지중 열교환기를 함께 시공하는 방법이 개시되어 있다.

일반적으로 쏘일네일링 공법(soil nailing method)은 터파기, 흙막이, 철도 및 도로에 인접한 자연사면 및 인공사면을 보강하거나, 옹벽을 설치 및 보수할 때에 해당 시공면에 다수의 쏘일네일을 설치하여 전단 강도를 증대시키는 공법으로서, 시공면에 다수의 삽입공을 천공하고 각 삽입공에 쏘일네일을 삽입한 후, 각 삽입공에 콘크리트와 같은 충진재를 그라우팅 및 양생하고, 쇼크리트(shotcrete)를 타설하는 방식으로 이루어진다.

하지만, 이렇게 삽입공에 쏘일네일을 삽입 설치할 때에 쏘일네일의 길이방향으로 지중 열교환기를 배치하여 함께 삽입하면, 지중 열교환기가 처지면서 삽입공의 내면과 접촉되어 빈번하게 손상되는 문제점이 있다.

특히, 삽입공의 내면에 암석 등의 돌출부가 있을 경우에는 지중 열교환기가 이 돌출부에 접촉 파손되는 경우가 잦고, 지중 열교환기가 고가여서 이렇게 지중 열교환기가 손상 및 파손되면 이에 따른 손실이 적지 않다.

또한, 이 같이 지중 열교환기가 손상된 상태로 시공 완료되어 가동되었을 때, 사용기간이 길어짐에 따라 손상되어 약해진 부분이 결국 파손되면서 냉매가 유출되면, 많은 시간과 비용을 들여 이를 보수 및 재시공해야 하는 단점이 있다.

이렇게 재시공시에는 지중 열교환기와 함께 설치된 쏘일네일에 대한 재시공도 함께 진행해야 하므로 시간과 비용 부담이 더욱 가중됨으로써, 이러한 단점은 더욱 부각된다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 시공시에 지중 열교환기가 삽입공의 내면이나 그 내면의 돌출부에 접촉 파손되는 것을 방지할 수 있고, 압력식 그라우팅을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 충진재의 열화손상도 효과적으로 방지할 수 있는 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체는, 사면 보강이나 옹벽 설치 시에 전단 강도 증대를 위해, 삽입공에 삽입되어 상기 삽입공에 그라우트 되는 충진재에 의해 고정되는 쏘일네일; 지열 전달을 위한 냉매가 내부에 충진되도록 관 형상으로 구비되고, 그 선단에는 U자형의 굴곡부가 형성되며, 상기 굴곡부가 상기 쏘일네일의 선단부에 위치되게 상기 쏘일네일의 길이방향을 따라 배치되는 지중 열교환기; 중심부에 상기 쏘일네일이 삽입되는 네일홈이 형성되고, 그 외주부에는 상기 충진재 주입을 위한 그라우팅관이 삽입되는 그라우팅홈, 공기 배출을 위한 공기배출관이 삽입되는 공기배출홈 및 상기 지중 열교환기가 삽입되는 한 쌍의 설치홈이 형성되어, 상기 지중 열교환기를 상기 쏘일네일에 이격되게 설치 고정하는 하나 이상의 스페이서; 및 상기 쏘일네일의 선단부에 설치되며, 상기 굴곡부가 삽입 설치되는 U자형의 굴곡홈이 형성되어 상기 쏘일네일이 상기 삽입공에 삽입될 때에 상기 굴곡부를 지지하여 상기 지중 열교환기의 처짐을 방지하는 지지체;를 포함한다.

상기 쏘일네일 구조체는, 상기 지중 열교환기의 폭보다 큰 너비로 구비되며 상기 쏘일네일의 선단에 설치됨으로써, 상기 쏘일네일이 상기 삽입공에 삽입될 때에 상기 삽입공 내면의 돌출부에 먼저 접촉되어 상기 지중 열교환기가 상기 돌출부에 접촉 파손되는 것을 방지하는 보호부재;를 더 포함할 수 있다.

상기 보호부재는, 그 외주부에 구비되며 상기 쏘일네일이 상기 삽입공에 삽입될 때에 그 삽입을 안내할 수 있도록 상기 삽입공 내면과 비스듬히 접촉되게 형성된 경사면을 갖는 안내부;를 더 포함할 수 있다.

상기 쏘일네일 구조체는, 중심부에 상기 쏘일네일이 삽입되는 네일홀이 각각 형성되고, 그 외주부에는 상기 충진재 주입을 위한 그라우팅관이 삽입되는 그라우팅홀, 공기 배출을 위한 공기배출관이 삽입되는 공기배출홀 및 상기 지중 열교환기가 삽입되는 한 쌍의 설치홀이 각각 형성되며, 상기 쏘일네일의 후단부에 소정의 간격으로 설치되는 제1ㆍ제2패킹부재; 및 상기 제1ㆍ제2패킹부재의 외주부를 덮어 내부에 밀폐 공간을 형성하는 패커;를 더 포함하되, 상기 제1패킹부재에는 상기 패커의 내부에 발포 약액을 주입하기 위한 주입관이 삽입되는 주입홀이 더 형성되고, 상기 발포 약액이 주입 발포됨에 따라 상기 패커가 팽창하여 압력식 그라우팅이 가능하게 상기 삽입공의 입구부를 폐쇄하도록 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체의 시공방법은, 전단 강도 증대가 필요한 시공면에 복수의 삽입공을 천공하는 단계; 상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 상기 쏘일네일 구조체를 상기 지중 열교환기가 처지지 않게 상기 굴곡부가 상기 굴곡홈에 설치된 상태로 상기 복수의 삽입공에 각각 삽입하는 단계; 상기 그라우팅관을 통해 상기 복수의 삽입공 내부에 상기 충진재를 각각 그라우트(grout)하는 단계; 및 상기 충진재의 열화손상이 방지되도록 상기 지중 열교환기에 냉매를 순환시켜 상기 충진재의 양생열을 제거하면서 상기 충진재를 양생하는 단계;를 포함한다.

상기 쏘일네일 구조체의 시공방법은, 상기 복수의 삽입공의 입구를 덮는 지압판을 상기 복수의 삽입공에 각각 설치하는 단계; 상기 삽입공에 설치된 상기 지중 열교환기를 이웃한 상기 삽입공에 설치된 상기 지중 열교환기와 각각 서로 연결하는 단계; 및 상기 시공면에 쇼크리트(shotcrete)를 타설하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

이러한 본 발명의 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체 및 이의 시공방법에 의하면, 지중 열교환기의 굴곡부를 지지하며 처짐을 방지하는 지지체가 쏘일네일의 선단부에 설치되어 시공시에 지중 열교환기가 삽입공의 내면에 접촉 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 쏘일네일의 선단에는 시공시에 삽입공 내면의 돌출부에 먼저 접촉되는 보호부재가 구비됨으로써, 시공시에 이 보호부재가 돌출부에 먼저 접촉되면서 해당 돌출부를 제거하거나 돌출부를 비켜가게 안내하여 지중 열교환기가 이러한 돌출부에 접촉 파손되는 것을 방지할 수 있다.

이렇게 쏘일네일 시공시에 지중 열교환기를 함께 시공함으로써 시공 시간과 비용을 절감할 수 있으면서도, 지지체와 보호부재로써 지중 열교환기가 파손되지 않게 안전하게 시공할 수 있다.

게다가, 발포 약액이 주입되는 패커와 제1ㆍ제2패킹부재가 구비되어 압력식 그라우팅을 구현할 수 있으므로, 시공 완료된 쏘일네일 구조체의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 그라우트된 충진재를 양생할 때에 지중 열교환기에 냉매를 순환시켜 양생열을 제거함으로써 충진재의 열화손상을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 열화손상에 의한 충진재의 내구성 저하를 방지할 수 있어 시공 완료된 쏘일네일 구조체의 내구성 및 안정성을 더욱 제고할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지중 열교환기를 구비한 네일 구조체가 시공면의 삽입공에 삽입 설치된 상태를 평면에서 바라본 설치 상태도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지중 열교환기를 구비한 네일 구조체에 구비되는 스페이서의 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지중 열교환기를 구비한 네일 구조체에 구비되는 지지체의 사시도,
도 4는 도 1에 도시된 A-A의 단면도,
도 5는 도 1에 도시된 B-B의 단면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지중 열교환기를 구비한 네일 구조체의 시공방법을 도시한 순서도,
도 7a 내지 7g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지중 열교환기를 구비한 네일 구조체의 시공방법을 설명하기 위한 도면들이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, '당업자'라 한다)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 그 범위가 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체 및 이의 시공방법은, 시공면의 전단 강도 향상을 위한 쏘일네일을 시공할 때에 지중 열교환기를 함께 안전하면서도 견고하게 시공할 수 있도록 쏘일네일에 지중 열교환기가 구비된 쏘일네일 구조체 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체(이하, 줄여서 '쏘일네일 구조체'라 함)의 구성 및 작용효과를 구체적으로 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쏘일네일 구조체는, 쏘일네일(100), 지중 열교환기(200), 스페이서(300), 지지체(400), 보호부재(500), 제1ㆍ제2패킹부재(600, 700) 및 패커(800)를 포함하여 이루어진다.

상기 쏘일네일(100)은 터파기, 흙막이, 철도 및 도로에 인접한 자연사면 및 인공사면을 보강하거나, 옹벽을 설치 및 보수할 때에 전단 강도를 증대시키기 위해 해당 시공면에 형성된 삽입공에 삽입 설치되고, 삽입공에 그라우트 되는 충진재에 의해 고정되는 것으로서, 본 발명에 있어서는 다양한 형상의 것이 제한 없이 적용될 수 있다.

상기 지중 열교환기(200)는 냉매가 내부에 충진되어 지열을 회수하기 위한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 일단부에는 냉매가 유출ㆍ입되는 한 쌍의 열교환관이 위치되며, 그 타단부는 U자형으로 굽어진 굴곡부(210)가 형성된다.

상기 지중 열교환기(200)는 이 굴곡부(210)가 쏘일네일(100)의 선단부에 위치되게 쏘일네일(100)의 길이방향을 따라 배치되어 스페이서(300)와 지지체(400)에 의해 쏘일네일(100)에 지지 고정된다.

이 같은 지중 열교환기(200)는 삽입공(11) 내부에 충진재가 그라우트된 후 양생될 때에 그 내부에서 냉매가 순환하며 충진재의 양생열을 효과적으로 제거함으로써, 양생열로 인한 급격한 온도변화로 크랙이 생기는 등의 열화손상 발생을 방지하는 역할도 한다.

상기 스페이서(300)는 쏘일네일(100)에 그 길이방향을 따라 나란하게 배치되는 지중 열교환기(200), 충진재 주입을 위한 그라우팅관(20) 및 충진재 주입시 삽입공(11) 내부의 공기 배출을 위한 공기배출관(30)을 서로 접촉 손상되지 않도록 이격되게 쏘일네일(100)에 고정하는 역할을 한다.

이를 위해, 상기 스페이서(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 쏘일네일(100)이 삽입 고정되는 네일홈(310)이 중심부에 형성되고, 그라우팅관(20), 공기배출관(30), 지중 열교환기(200)의 한 쌍의 열교환관이 각각 삽입 고정되는 그라우팅홈(320), 공기배출홈(330) 및 한 쌍의 설치홈(340)이 그 외주부에 형성된다.

그리고 상기 스페이서(300)에는 쏘일네일(100)에 대한 그라우팅관(20), 공기배출관(30) 및 지중 열교환기(200)의 지지력 향상을 위해, 쏘일네일(100)이 삽입 고정되는 네일홀(310)을 중심으로 다수의 보강날개(311)가 구비될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 스페이서(300)는 수지 등의 탄성 재질로 이루어져 쏘일네일(100), 그라우팅관(20), 공기배출관(30), 지중 열교환기(200)가 네일홈(310), 그라우팅홈(320), 공기배출홈(330) 및 설치홈(340)에 각각 억지끼움 방식으로 고정된다. 물론, 그 고정 방식이 반드시 이렇게 억지끼움 방식으로 한정되는 것은 아니다.

이러한 스페이서(300)는 소정의 간격마다 하나씩 다수가 구비될 수 있는데, 삽입공(11)의 입구부 측에 설치되는 스페이서(300)는, 후술되는 제1ㆍ제2패킹부재(600, 700) 및 패커(800)로써 압력식 그라우팅을 구현하기 위해 패커(800) 내부에 발포 약액을 주입하기 위한 주입관(40)을 이격 고정시키기 위해, 주입관(40)이 삽입 고정되는 주입홈이 더 구비될 수 있다.

상기 지지체(400)는 쏘일네일(100)의 선단부에 설치되며, 지중 열교환기(200)의 굴곡부(210)를 지지함으로써 지중 열교환기(200)가 삽입공(11) 내부에서 아래로 처져 삽입공(11) 내면에 접촉 손상되는 것을 방지한다.

이를 위해, 상기 지지체(400)는 그 상부에 굴곡부(210)가 삽입 설치되는 U자형의 굴곡홈(420)이 형성되고, 그 중심부에는 쏘일네일(100)이 삽입 고정되는 네일삽입홈(410)이 형성된다.

상기 지지체(400)도 스페이서(300)와 유사하게 탄성 재질로 이루어져 쏘일네일(100)과 지중 열교환기(200)의 굴곡부(210)가 네일삽입홈(410)과 굴곡홈(420)에 각각 억지끼움 방식으로 고정될 수 있으나, 그 고정 방식이 이에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.

이와 같이, 상기 지지체(400)는 쏘일네일(100)의 선단부에서 지중 열교환기(200)의 굴곡부(210)를 상측으로 지지함으로써 지중 열교환기(200)의 처짐을 방지함으로써, 쏘일네일 구조체를 삽입공(11)에 삽입 설치할 때에 지중 열교환기(200)가 처져 삽입공(11)의 내면에 접촉 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쏘일네일 구조체의 지지체(400)에는 구비되지 않았으나, 그라우팅관(20)이 삽입 고정되어 그라우팅관(20)의 끝단부를 지지할 수 있는 홈부가 더 형성될 수도 있다.

상기 보호부재(500)는 용접 등의 방식을 통해 쏘일네일(100)의 선단에 설치되어 쏘일네일 구조체가 삽입공(11)에 삽입 설치될 때에 삽입공(11)의 내면에 존재하는 암석부 등의 돌출부에 우선적으로 접촉되어 이를 제거하거나 비켜 통과할 수 있게 안내함으로써 지중 열교환기(200)가 이와 같은 돌출부에 접촉 파손되는 것을 방지한다.

이를 위해 상기 보호부재(500)는 앞면이 평평하게 이루어지며, 지중 열교환기(200)의 폭보다 큰 너비로 구비되고, 그 외주부에는 상술한 바와 같은 돌출부 제거 및 안내 역할을 효과적으로 수행할 수 있도록, 삽입공의 내면 돌출부와 비스듬히 접촉되게 형성된 경사면을 갖는 안내부(510)가 구비된다.

그리고 상기 보호부재(500)는 쏘일네일 구조체가 삽입공(11)에 완전히 삽입 설치된 경우 삽입공(11)의 최내측면에 먼저 접촉되어 쏘일네일 구조체가 더 삽입되지 않게 넓은 앞면을 이용해 지지함으로써, 과도한 삽입 등으로 인해 지중 열교환기(200)가 삽입공(11)의 최내측면에 접촉되어 파손되는 것도 방지할 수 있다.

여기서 상기 보호부재(500)는 평평한 앞면 및 경사면을 갖는 안내부(510)를 외주부에 구비하는 것이 바람직하나, 그 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.

또 한편, 상기 보호부재(500)는 삽입공(11)의 내부에 충진재가 그라우트 됨으로써 쏘일네일 구조체가 설치 완료되면, 그 넓은 내면이 충진재에 의해 안정적으로 지지 고정될 수 있으므로, 쏘일네일 구조체가 인발되지 않게 하여 높은 내구성과 안정성을 갖도록 보조하는 역할도 수행한다.

상기 제1ㆍ제2패킹부재(600, 700) 및 패커(800)는 삽입공(11)의 내부에 충진재가 그라우트 될 때에 삽입공(11)의 입구부를 밀폐시킴으로써, 충진재를 높은 압력으로 그라우트하여 내구성과 안정성을 향상시킬 수 있는 압력식 그라우팅이 가능하게 함과 동시에, 패커(800)가 삽입공(11)의 내면에 강하게 밀착됨에 따라 그자체로 전단저항력을 향상시켜 쏘일네일 구조체의 내구성을 향상시키는 역할도 한다.

구체적으로 설명하면, 상기 패커(800)는 내부에 발포 약액이 주입되어 발포 팽창하여 발포체를 형성함에 따라 외부로 팽창하여 삽입공(11)의 입구부를 밀폐시키는데, 이때 제1ㆍ제2패킹부재(600, 700)는 패커(800)가 쏘일네일 구조체의 반경방향으로 팽창하여 삽입공(11)의 내면에 밀착될 수 있도록 길이방향으로의 팽창을 제한하는 막이 역할을 하게 된다.

이와 동시에 상기 제1ㆍ제2패킹부재(600, 700)는 전술된 스페이서(300)와 유사하게 지중 열교환기(200), 그라우팅관(20), 공기배출관(30) 및 발포 약액 주입을 위한 주입관(40)을 서로 접촉 손상되지 않도록 이격되게 쏘일네일(100)에 고정하는 역할도 수행한다.

이를 위해, 상기 제1ㆍ제2패킹부재(600, 700)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 삽입공(11)의 입구부에 위치되는 쏘일네일(100)의 후단부에 소정의 간격으로 설치되고, 그 중심부에는 쏘일네일(100)이 삽입되는 네일홀(610, 710)이 각각 형성되며, 그 외주부에는 그라우팅관(20)이 삽입되는 그라우팅홀(620, 720), 공기배출관(30)이 삽입되는 공기배출홀(630, 730) 및 지중 열교환기(200)가 삽입되는 한 쌍의 설치홀(640, 740)이 각각 형성된다.

여기서, 상기 제1ㆍ제2패킹부재(600, 700) 중에서 삽입공(11)의 더 입구 측에 위치되는 제1패킹부재(600)에는 패커(800) 내부에 발포 약액을 주입하기 위한 주입관(40)이 삽입되는 주입홀(650)이 더 형성된다.

상기 패커(800)는 부직포, 수지막 등으로 이루어져 제1패킹부재(600)의 외주면에서 제2패킹부재(700)의 외주면에 이르도록 덮게 고정됨으로써 내부에 발포 약액이 주입되는 밀폐 공간을 형성한다.

이와 같은 패커(800)에 주입되는 발포 약액은 발포우레탄 등과 같이 발포로 인한 부피 증가가 큰 물질이라면 제한 없이 적용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 쏘일네일 구조체는 하나의 쏘일네일(100)에 하나의 지중 열교환기(200)가 구비된 형태로 구현되었으나, 지중 열교환기(200)의 구비 개수가 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 지중 열교환기(200)가 하나의 쏘일네일(100)에 구비된 형태로 구현될 수도 있다.

이하, 도 6 내지 도 7g를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쏘일네일 구조체의 시공방법을 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 전단 강도 증대의 보강이 필요한 소정의 시공면(10)에 쏘일네일 구조체의 설치를 위한 복수의 삽입공(11)을 천공한다(s100).

다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, 쏘일네일 구조체를 복수의 삽입공(11)에 각각 삽입 설치한다(s200). 이때, 쏘일네일 구조체를 삽입공(11)의 입구부터 안쪽으로 밀어 넣게 되는데, 지중 열교환기(200)는 다수의 스페이서(300)와 제1ㆍ제2패킹부재(600, 700)에 의해 쏘일네일(100)로부터 일정하게 이격된 상태로 지지되는데, 특히 그 굴곡부(210)는 쏘일네일(100)의 선단부에 구비된 지지체(400)에 의해 처지지 않게 지지됨으로써, 이 같이 쏘일네일 구조체를 삽입공(11)에 밀어 넣을 때에 지중 열교환기(200)가 삽입공(11)의 내면과 접촉되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이렇게 쏘일네일 구조체를 삽입공(11)에 삽입 설치할 때에 쏘일네일(100)의 선단에 설치된 보호부재(500)는 삽입공(11)의 내면에 돌출된 돌출부에 지중 열교환기(200)보다 먼저 접촉되어 이를 제거하거나 이를 비켜 통과하게 안내함으로써 지중 열교환기(200)가 이러한 돌출부에 접촉 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

이후, 도 7c에 도시된 바와 같이, 주입관(40)을 통해 발포 약액을 패커(800)의 내부에 주입함으로써, 발포 약액이 발포하여 패커(800) 내부가 발포체(41)로 충진되면서 패커(800)가 팽창하여 삽입공(11)의 입구부를 폐쇄하게 한다(s300).

그 다음, 도 7d에 도시된 바와 같이, 그라우팅관(20)을 통해 충진재(21)를 삽입공(11)의 내부에 그라우트 한다(s400). 이때, 삽입공(11) 내부의 공기는 공기배출관(30)을 통해 삽입공(11)의 외부로 배출된다.

이때, 패커(800)에 의해 삽입공(11)의 입구부가 폐쇄됨으로써, 삽입공(11) 내부는 밀폐된 공간을 형성하므로, 충진재(21)를 고압으로 그라우트 하면 도 7e에 도시된 바와 같이, 충진재(21)가 삽입공(11) 내면의 틈으로 침부함으로써 쏘일네일 구조체를 더욱 견고하게 시공할 수 있다.

이렇게 충진재(21)의 그라우트가 완료되면, 일정 시간동안 충진재(21)를 양생시켜 굳히는데, 이때 지중 열교환기(200)의 내부에 물 등과 같은 냉매를 순환시킴으로써 충진재(21)의 양생시에 발생하는 양생열을 제거하면서 충진재(21)를 양생시킨다(s500).

이에 따라, 충진재(21)가 양생열로 인해 급격히 온도가 변화하는 것을 차단할 수 있으므로, 이러한 급격한 온도 변화로 크랙이 발생하는 등의 열화손상을 방지할 수 있다.

다음, 충진재(21)의 양생이 완료되면, 도 7f에 도시된 바와 같이, 지압판(50)을 복수의 삽입공(11)의 입구부에 각각 설치하고(s600), 복수의 삽입공(11)에 설치된 지중 열교환기(200)를 서로 미리 연결한다(s700).

그 후, 도 7g에 도시된 바와 같이, 지중 열교환기(200)의 노출된 부분을 모두 덮도록 시공면(10)에 쇼크리트(60)를 타설함으로써, 시공을 완료한다(s800).

이처럼, 이웃한 삽입공(11)에 설치된 지중 열교환기(200)를 미리 연결한 후에 쇼크리트(60)를 타설하면, 지중 열교환기(200)의 손상이나 오염을 염려하며 조심스럽게 쇼크리트(60) 타설 작업을 진행하지 않아도 되므로, 훨씬 간편하고 신속하게 시공이 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체 및 이의 시공방법에 의하면, 지중 열교환기(200)의 굴곡부(210)를 지지하며 처짐을 방지하는 지지체(400)가 쏘일네일(100)의 선단부에 설치되어 시공시에 지중 열교환기(200)가 삽입공(11)의 내면에 접촉 손상되는 것을 방지할 수 있고, 쏘일네일(100)의 선단에는 시공시에 삽입공(11) 내면의 돌출부에 먼저 접촉되는 보호부재(500)가 구비됨으로써 시공시에 지중 열교환기(200)가 이러한 돌출부에 접촉 파손되는 것을 방지할 수 있으므로, 쏘일네일(100) 시공시에 지중 열교환기(200)를 함께 시공할 수 있으면서도 지중 열교환기(200)가 파손되지 않게 안전하게 시공할 수 있으며, 발포 약액(41)이 주입되는 패커(800)와 제1ㆍ제2패킹부재(600, 700)가 구비되어 압력식 그라우팅을 구현할 수 있고 그라우트된 충진재(21)를 양생할 때에 지중 열교환기(200)에 냉매를 순환시켜 충진재(21)의 열화손상을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 그 내구성 및 안정성을 더욱 제고할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부되어 있는 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 쏘일네일 200 : 지중 열교환기
210 : 굴곡부 300 : 스페이서
310 : 네일홈 311 : 보강날개
320 : 그라우팅홈 330 : 공기배출홈
340 : 설치홈 400 : 지지체
410 : 네일삽입홈 420 : 굴곡홈
500 : 보호부재 510 : 안내부
600 : 제1패킹부재 610, 710 : 네일홀
620, 720 : 그라우팅홀 630, 730 : 공기배출홀
640, 740 : 설치홀 650 : 주입홀
700 : 제2패킹부재 800 : 패커
10 : 시공면 11 : 삽입공
20 : 그라우팅관 21 : 충진재
30 : 공기배출관 40 : 주입관
41 : 발포체 50 : 지압판
60 : 쇼크리트

Claims (6)

1. 사면 보강이나 옹벽 설치 시에 전단 강도 증대를 위해, 삽입공에 삽입되어 상기 삽입공에 그라우트 되는 충진재에 의해 고정되는 쏘일네일;
   지열 전달을 위한 냉매가 내부에 충진되도록 관 형상으로 구비되고, 그 선단에는 U자형의 굴곡부가 형성되며, 상기 굴곡부가 상기 쏘일네일의 선단부에 위치되게 상기 쏘일네일의 길이방향을 따라 배치되는 지중 열교환기;
   중심부에 상기 쏘일네일이 삽입되는 네일홈이 형성되고, 그 외주부에는 상기 충진재 주입을 위한 그라우팅관이 삽입되는 그라우팅홈, 공기 배출을 위한 공기배출관이 삽입되는 공기배출홈 및 상기 지중 열교환기가 삽입되는 한 쌍의 설치홈이 형성되어, 상기 지중 열교환기를 상기 쏘일네일에 이격되게 설치 고정하는 하나 이상의 스페이서;
   상기 쏘일네일의 선단부에 설치되며, 상기 굴곡부가 삽입 설치되는 U자형의 굴곡홈이 형성되어 상기 쏘일네일이 상기 삽입공에 삽입될 때에 상기 굴곡부를 지지하여 상기 지중 열교환기의 처짐을 방지하는 지지체; 및
   상기 지중 열교환기의 폭보다 큰 너비로 구비되며 상기 쏘일네일의 선단에 설치됨으로써, 상기 쏘일네일이 상기 삽입공에 삽입될 때에 상기 삽입공 내면의 돌출부에 먼저 접촉되어 상기 지중 열교환기가 상기 돌출부에 접촉 파손되는 것을 방지하는 보호부재;
   를 포함하는 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 보호부재는,
   그 외주부에 구비되며 상기 쏘일네일이 상기 삽입공에 삽입될 때에 그 삽입을 안내할 수 있도록 상기 삽입공 내면과 비스듬히 접촉되게 형성된 경사면을 갖는 안내부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체.
4. 제1항에 있어서,
   중심부에 상기 쏘일네일이 삽입되는 네일홀이 각각 형성되고, 그 외주부에는 상기 충진재 주입을 위한 그라우팅관이 삽입되는 그라우팅홀, 공기 배출을 위한 공기배출관이 삽입되는 공기배출홀 및 상기 지중 열교환기가 삽입되는 한 쌍의 설치홀이 각각 형성되며, 상기 쏘일네일의 후단부에 소정의 간격으로 설치되는 제1ㆍ제2패킹부재; 및 상기 제1ㆍ제2패킹부재의 외주부를 덮어 내부에 밀폐 공간을 형성하는 패커;를 더 포함하되,
   상기 제1패킹부재에는 상기 패커의 내부에 발포 약액을 주입하기 위한 주입관이 삽입되는 주입홀이 더 형성되고, 상기 발포 약액이 주입 발포됨에 따라 상기 패커가 팽창하여 압력식 그라우팅이 가능하게 상기 삽입공의 입구부를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체.
5. 전단 강도 증대가 필요한 시공면에 복수의 삽입공을 천공하는 단계;
   상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 상기 쏘일네일 구조체를 상기 지중 열교환기가 처지지 않게 상기 굴곡부가 상기 굴곡홈에 설치된 상태로 상기 복수의 삽입공에 각각 삽입하는 단계;
   상기 그라우팅관을 통해 상기 복수의 삽입공 내부에 상기 충진재를 각각 그라우트(grout)하는 단계; 및
   상기 충진재의 열화손상이 방지되도록 상기 지중 열교환기에 냉매를 순환시켜 상기 충진재의 양생열을 제거하면서 상기 충진재를 양생하는 단계;
   를 포함하는 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체의 시공방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 쏘일네일 구조체의 시공방법은,
   상기 복수의 삽입공의 입구를 덮는 지압판을 상기 복수의 삽입공에 각각 설치하는 단계;
   상기 삽입공에 설치된 상기 지중 열교환기를 이웃한 상기 삽입공에 설치된 상기 지중 열교환기와 각각 서로 연결하는 단계; 및
   상기 시공면에 쇼크리트(shotcrete)를 타설하는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 구비한 쏘일네일 구조체의 시공방법.

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