KR101347866B1

KR101347866B1 - 침설촉진식 방사형집수정 시공방법

Info

Publication number: KR101347866B1
Application number: KR1020130057124A
Authority: KR
Inventors: 서상정; 정재훈; 민 김; 이재성
Original assignee: 주식회사 팬아시아워터
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-01-16

Abstract

본 발명은 침설촉진식 방사형집수정 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상부가 개방되고 내부공간이 형성되며, 외경을 따라 일정간격으로 수직방향으로 관통 설치된 복수의 주입관을 내장하고, 철근콘크리트 재질로 이루어진 원통형의 우물통이 마련되는 단계와, 지표로부터 투수성이 작은 경암층에 이르기까지 굴착 되어 집수공이 형성되는 단계와, 집수공 내부로 우물통이 침설 되는 단계와, 집수공 내부에 소정 깊이로 침설되는 우물통의 주입관 상측 유입구로 벤토나이트가 주입되는 단계 및 주입관을 통해 주입되는 벤토나이트가 우물통의 주입관 하측 배출구를 통해 배출되면서 우물통의 외경이 하단에서 상향식으로 그라우팅 처리되는 단계를 포함하는 침설촉진식 방사형집수정 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 우물통의 하단을 통해 상향식으로 벤토나이트를 주입하여 우물통의 외벽을 그라우팅 처리함으로써 우물통 타설시 발생하는 lot 이음부의 누수에 대한 취약성을 보완하고, 지반과 우물통과의 마찰력이 감소 되어 침설을 빠르게 하고, 방사형집수정의 우물통 외부 표면을 보호함으로써 방사형집수정의 내구연한을 연장시킴과 동시에 침설시 교란된 지층과 우물통 접촉면을 안정화시켜 지표 및 지하 오염물질의 유입을 방지하는 효과가 있다.
또한, 시추용 이수제인 벤토나이트를 사용하여 우물통의 침설 시간을 단축하여 작업공정의 효율성이 증대되는 효과가 있다.

Description

침설촉진식 방사형집수정 시공방법{Construction method for accelerating inundated type radial collecting well}

본 발명은 집수정 시공방법에 관한 것으로, 특히 방사형집수정의 우물통 외부 표면을 보호함으로써 방사형집수정의 내구연한을 연장시킴과 동시에 침설시 교란된 지층과 우물통 접촉면을 안정화시켜 지표 및 지하 오염물질의 유입을 방지할 수 있는 침설촉진식 방사형집수정 시공방법에 관한 것이다.
본 발명은 국토교통부가 출연하고 국토교통과학기술진흥원에서 위탁시행한 물관리연구사업(11기술혁신C05)에 의한 '수변지하수 활용고도화' 연구단의 연구비 지원을 받았습니다.

최근 기후 온난화의 영향과 인구 증가에 따라 전 세계적으로 물이 부족하여 충분한 취수원을 안정적으로 확보할 필요성이 매우 높아지고 있다.

종래에는 대수층에 흐르는 지하수에 수직 방향으로 굴착하여 취수하거나, 지표수를 여과하여 취수원으로 사용하였다.

그러나 하천에 소독제나 응집제 등의 화학약품(특히, 화학물질 중금속 성분)이 유입되는 등의 원인에 의해 오염이 심해짐에 따라 직접 취수에 의해서는 식수 등의 취수원으로 활용하는 것이 현실적으로 어려워지고 있고, 이에 따라 대수층으로 흘러들어오는 물을 모아 집수하는 간접 취수 방식이 최근에 사용되기 시작하였다.

지하수(地下水: groundwater)라 함은 지하의 지층이나 암석 사이의 빈틈을 채우고 있거나 흐르는 물을 말하는 것으로, 현대에 이르러 산업화가 진척됨에 따라 환경오염이 심화되고, 토양의 오염이 심각해 짐으로써 자연히 토양층을 투과하여 형성되는 지하수 역시 그 오염률이 날로 증가 되어 가고 있는 추세이다.

지층은 통상적으로 흙과 모래 및 자갈 등으로 구성된 충적층과 지하수의 투수율이 낮은 기반암층으로 구성되어 있다.

기반암층 이하에 형성된 암반대수층 지하수는 지층 상부의 충적층으로부터의 오염된 지하수의 영향을 받지 않고 있어 맑고 깨끗한 수질상태를 유지하고 있게 된다.

그러나 충적층은 지표상부로부터 유입하는 각종 오염물질로부터 일부 여과의 기능은 가능하다 하겠으나 투수중 자연정화의 시간이 짧고 토사층이나 풍화암층이 오염되어 있을 경우 이 공간을 흐르는 지하수 역시 함께 오염될 수밖에 없는 상황이 발생 된다.

지하수 개발과정에서는 당연히 충적층을 천공하게 되고 이러한 천공되는 구간은 이어서 기반암층을 관통하여 구성된다.

결과적으로 오염에 취약하거나 오염되어 있는 지하수는 아무런 저항이나 여과수단 없이 자연스럽게 오염되지 않은 암반대수층의 지하수에 혼입되어 지게 되고 암반대수층 지하수오염의 주요 요인이 되어왔다.

따라서, 지하수 개발과정에서 암반대수층의 지하수를 이러한 오염된 상층 지하수로부터 어떻게 보호하며 유입을 차단할 것인가가 지금까지의 지표 하부 보호벽 구성의 주요 목적이며 연구과제라 할 수 있었다.

더구나 근래 들어 소득수준의 향상과 야외 레져 및 여행의 증가들로 인해 청결한 음용수에 대한 관심이 더욱 고조되고 있으며, 그 소요의 절대량이 암반지하수를 통해 공급되고 있다.

반면에, 지하수 오염에 따른 각종 사고로 인해 지하수 오염문제는 중요한 사회 문제화되고 있어 이에 따른 사회적 반향의 심각성과 지하수 오염 비율의 상승 등은 지하수 오염방지기술의 개발에 대한 그 필요성을 더욱 강하게 갖게 되는 요인이 되고 있고 오염되지 않은 지하수를 개발하는 장치와 방법에 대한 연구가 심화되고 있는 실정임은 물론이거니와 지하수 개발과정에서 이러한 지하수 오염방지장치에 대해 당연한 시설 적용을 계획하거나 이를 법제화를 통해 강제하여야만 하는 시점에까지 도래하고 있는 것으로 전망되고 있다.

이에 따라 어느 누구나 손쉽고 간편하게 설치와 시공을 시행할 수 있는 보편적인 기술의 등장 필요성은 필연적이라 할 수 있다 할 것이다.

일반적으로 우물통(open caisson) 공법은 철재와 철근콘크리트로 만든 단면이 원형, 장방형 및 장원 등의 우물통을 소정의 위치까지 침설시켜 구조물의 기초를 만드는 공법이다.

여기서, 상기한 우물통은 소정의 위치에 침설하여 설치 완료 후, 배면에 트레미 콘크리트, 우레탄 및 시멘트 그라우팅 등을 실시하여 우물통의 배면을 차수하여 우물통 내부로의 물의 유입을 억제하여 우물통 내부를 작업자가 안전하게 굴착하게 된다.

현재까지는 우물통 설치 완료 후 배면에 트레미 콘크리트, 우레탄, 시멘트 그라우팅 등을 실시하는 경우 우물통 외측과 굴착면 사이에 그라우팅 주입파이프 또는 그라우팅 호스를 설치하여 이를 통하여 지상에서 우물통 배면에 그라우트재를 주입하였다.

상기한 바와 같은 종래의 우물통 배면 그라우팅 방법은 우물통 외측에는 철근조립 등의 작업이 이루어져야 하므로 공간부족, 작업구간 협소 및 철근과 주입파이프의 혼재 등으로 인하여 사실상 우물통 외부에 주입파이프 또는 그라우팅 호스를 설치하는 데는 많은 어려움이 있다.

따라서, 우물통 외측과 굴착면 사이의 공간에 주입파이프를 설치하는 것은 소정의 위치에 주입파이프를 설치해야 하는 어려움, 주입효과의 감소, 주입공사의 지연, 철근조립 작업 및 콘크리트 타설 작업의 어려움 등의 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

또한, 상기한 배면 그라우팅 작업시 우물통 선단 바닥 내측으로 트레미 콘크리트, 우레탄, 시멘트 그라우팅 슬라임이 유출되어 많은 그라우트재의 유실을 가져올 뿐만 아니라 배면 차수 효과가 축소되거나 차수 공사가 지연되는 상황이 발생 되는 문제점이 있다.

(0001) 대한민국 등록특허공보 제10-0643612호(2006년 11월 10일 공고) (0002) 대한민국 등록특허공보 제10-0741469호(2007년 07월 23일 공고) (0003) 대한민국 등록특허공보 제10-0845973호(2008년 07월 11일 공고) (0004) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0038405호(2009년 04월 20일 공개)

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 우물통의 하단을 통해 상향식으로 벤토나이트를 주입하여 우물통의 외벽을 벤토나이트 그라우팅 처리할 수 있는 침설촉진식 방사형집수정 시공방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 부수적인 과제는, 시추용 이수제인 벤토나이트를 사용하여 우물통의 침설 시간을 단축할 수 있는 침설촉진식 방사형집수정 시공방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 부수적인 과제는, 우물통 하부에서 상향식 그라우팅을 시행함으로써 우물통 타설시 발생하는 lot 이음부의 누수에 대한 취약성을 보완하고, 지반과 우물통과의 마찰력을 감소할 수 있는 침설촉진식 방사형집수정 시공방법을 제공하는 데 있다.

상부가 개방되고 내부공간이 형성되며, 외경을 따라 일정간격으로 수직방향으로 관통 설치된 복수의 주입관을 내장하고, 철근콘크리트 재질로 이루어진 원통형의 우물통이 마련되는 단계, 지표로부터 투수성이 작은 경암층에 이르기까지 굴착 되어 집수공이 형성되는 단계, 상기 집수공 내부로 상기 우물통이 침설 되는 단계, 상기 집수공 내부에 소정 깊이로 침설되는 상기 우물통의 주입관 상측 유입구로 벤토나이트가 주입되는 단계 및 상기 주입관을 통해 주입되는 상기 벤토나이트가 상기 우물통의 주입관 하측 배출구를 통해 배출되면서 상기 우물통의 외경이 하단에서 상향식으로 그라우팅 처리되는 단계를 포함한다.

상기 우물통이 상기 집수공 내부로 침설되는 동시에 상기 벤토나이트가 상기 주입관의 상측 유입구를 통해 주입되면서 상기 주입관의 하측 배출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

상기 우물통의 하단은 외경을 따라 외측 방향으로 돌출된 돌출부가 더 형성되고, 상기 주입관의 하측 배출구가 상기 돌출부의 외측 에지 부분으로 관통 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 우물통은 내경이 약 3 내지 6m 이고, 상기 집수공에 약 10 내지 50m 의 깊이로 침설 되는 것을 특징으로 한다.

상기 각각의 주입관의 상측 유입구로 주입되는 상기 벤토나이트가 일정 압력으로 상기 각각의 주입관의 상측 유입구로 분기 되는 것을 가능하게 하는 분기장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 분기장치는 상기 각각의 주입관의 상측 유입구에 일측이 연결되는 분기관, 상기 분기관의 타측에 연결되는 압력조절장치 및 상기 압력조절장치에 연결된 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 우물통의 하단을 통해 상향식으로 벤토나이트를 주입하여 우물통의 외벽을 그라우팅 처리함으로써 우물통 타설시 발생하는 lot 이음부의 누수에 대한 취약성을 보완하고, 지반과 우물통과의 마찰력이 감소 되어 침설을 빠르게 하고, 방사형집수정의 우물통 외부 표면을 보호함으로써 방사형집수정의 내구연한을 연장시킴과 동시에 침설시 교란된 지층과 우물통 접촉면을 안정화시켜 지표 및 지하 오염물질의 유입을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 시추용 이수제인 벤토나이트를 사용하여 우물통의 침설 시간을 단축하여 작업공정의 효율성이 증대되는 효과가 있다.

도 1은 침설촉진식 방사형집수정 시공방법을 나타낸 순서도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 침설촉진식 방사형집수정 시공방법을 나타낸 개략적인 예시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 침설촉진식 방사형집수정 시공방법에서 우물통을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 침설촉진식 방사형집수정 시공방법에서 우물통을 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 침설촉진식 방사형집수정 시공방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 침설촉진식 방사형집수정 시공방법을 나타낸 순서도 이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 침설촉진식 방사형집수정 시공방법을 나타낸 개략적인 예시도 이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 침설촉진식 방사형집수정 시공방법에서 우물통을 나타낸 사시도 이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 침설촉진식 방사형집수정 시공방법에서 우물통을 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 침설촉진식 방사형집수정 시공방법은 먼저, 상부가 개방되고 내부공간이 형성되며, 외경을 따라 일정간격으로 수직방향으로 관통 설치된 복수의 주입관(110)을 내장하고, 철근콘크리트 재질로 이루어진 원통형의 우물통(100)이 마련(단계S100)된다.

즉, 상기 우물통(100)은 대수층에 수평으로 매설되는 정호가 우물통(100)을 중심으로 방사형태로 하단부에 연결되는 집수정이다.

본 발명은 상기 정호가 방사형으로 연결되는 우물통(100)의 하단이 아닌 상단의 외경을 그라우팅 공법으로 시공하는 것이다.

상기 우물통(100)은 지표면을 중심으로 지하로 수직으로 매설되는데, 상부가 개방되고 내부에 공간이 마련된 원통형으로 재질은 철근 또는 철근콘크리트로 이루어진다.

이때, 상기 우물통(100)은 내경이 약 3 내지 6m 로 이루어진다.

그리고, 상기 우물통(100)은 복수의 주입관(110)을 구비하는데, 상기 주입관(110)은 상기 우물통(100)의 외경을 따라 일정간격으로 수직방향으로 관통 설치된다.

이때, 상기 주입관(110)은 유입구(111)와 배출구(112)가 각각 형성되는데, 상기 유입구(111)는 상기 우물통(100)의 상부측에 위치하고, 상기 배출구(112)는 우물통(100)의 하부측에 위치한다.

그 다음, 지표로부터 투수성이 작은 경암층에 이르기까지 굴착 되어 집수공(200)이 형성(단계S200)된다.

그 다음, 상기 집수공(200) 내부로 상기 우물통(100)이 소정 깊이로 침설(단계S300)된다.

이때, 상기 우물통(100)은 상기 집수공(200)에 약 10 내지 50m의 깊이로 침설 되는 것이 바람직하다.

그 다음, 상기 집수공(200) 내부에 소정 깊이로 침설 되는 상기 우물통(100)의 주입관(110)의 상측 유입구(111)로 벤토나이트가 주입(단계S400)된다.

즉, 펌프를 사용하여 상기 주입관(110)의 상측 유입구(111)로 벤토나이트를 소정의 압력으로 압입하여 주입하는 것이다.

상기 벤토나이트(bentonite)는 화산회(火山灰)에서 유래된 응회암과 미세한 유리질 유문암(流紋岩) 입자들의 변질로 생긴 점토광물이며 주로 층상 규산염광물인 몬모릴로나이트(montmorillonite)로 구성되어 있고 그 밖에 스멕타이트(smectite)군(群)에 속하는 결정질 점토광물이 포함되어 있다. 벤토나이트는 물리적 특성에 의해 많은 양의 물을 흡수해 원래 부피의 여러 배로 팽윤(swell)되며 점도가 높아 젤(gel)과 같은 상태가 된다.

즉, 벤토나이트는 시추용 이수제 역할을 하여 기존의 시간이 많이 소용되는 자연 침설이 아닌 인공 침설 방식인 압력시공으로 삽입이 가능하여 침설 시간을 단축할 수 있다.

또한, 상기 벤토나이트는 대수층의 매질 조건 및 지하수의 유출 특성에 맞게 농도를 약 20 내지 100% 까지 현장에서 적절하게 조절하여 적용할 수 있다.

그 다음, 상기 주입관(110)을 통해 압입 주입되는 상기 벤토나이트가 상기 우물통(100)의 주입관(110) 하측 배출구(112)를 통해 배출되면서 상기 우물통(100)의 외경이 하단에서 상향식으로 그라우팅 처리(단계S500)된다.

다시 말해 상기 우물통(100)이 상기 집수공(200) 내부로 침설되는 동시에 상기 벤토나이트가 상기 주입관(110)의 상측 유입구(111)를 통해 주입되면서 상기 주입관(110)의 하측 배출구(112)를 통해 배출되는 것이다.

여기서, 상기 우물통(100)의 하단은 외경을 따라 외측 방향으로 돌출된 돌출부(120)가 더 형성된다. 그리고, 상기 주입관(110)의 하측 배출구(112)가 상기 돌출부(120)의 외측 에지 부분으로 관통 설치된다.

즉, 상기 주입관(110)의 하측 배출구(112)가 'U'자 형태로 휘어지면서 상기 돌출부(120)의 외측 에지 부분으로 관통되어 상기 우물통(100)의 외경을 하단에서 상향식으로 그라우팅을 시행할 수 있기 때문에 우물통(100)의 구경이 커서 그라우팅 범위가 넓을 경우 응결시간이 짧아 공극을 완전히 채우지 못하는 문제를 해소할 수 있는 것이다.

또한, 우물통(100) 하부에서 상향식 그라우팅을 시행함으로써 우물통(100) 타설시 발생하는 lot 이음부의 누수에 대한 취약성을 보완할 수 있으며, 아울러 본 발명의 공법을 우물통(100) 침설시 활용하면, 지반과 우물통(100)과의 마찰력을 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 각각의 주입관(110)의 상측 유입구(111)로 주입되는 상기 벤토나이트가 일정 압력으로 상기 각각의 주입관(110)의 상측 유입구(111)로 분기 되는 것을 가능하게 하는 분기장치(300)를 더 포함할 수 있다.

상기 분기장치(300)는 상기 각각의 주입관(110)의 상측 유입구(111)에 일측이 연결되는 분기관(310)과, 상기 분기관(310)의 타측에 연결되는 압력제어부(320) 및 상기 압력제어부(320)에 연결된 펌프(330)를 포함한다.

즉, 각각의 유입구(111)로 주입되는 벤토나이트가 동일하게 일정한 양으로 상기 유입구(111)로 주입되게 하는 것이다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

100: 우물통 110: 주입관
111: 유입구 112: 배출구
120: 돌출부 200: 집수공
300: 분기장치 310: 분기관
320: 압력제어부 330: 펌프

Claims

a) 상부가 개방되고 내부공간이 형성되며, 외경을 따라 일정간격으로 수직방향으로 관통 설치된 복수의 주입관(110)을 내장하고, 철근콘크리트 재질로 이루어진 원통형의 우물통(100)이 마련되는 제1단계;
b) 지표로부터 투수성이 작은 경암층에 이르기까지 굴착 되어 집수공(200)이 형성되는 제2단계;
c) 상기 집수공(200) 내부로 상기 우물통(100)이 침설 되는 제3단계;
d) 상기 집수공(200) 내부에 소정 깊이로 침설되는 상기 우물통(100)의 주입관(110) 상측 유입구(111)로 벤토나이트가 주입되는 제4단계; 및
e) 상기 주입관(110)을 통해 주입되는 상기 벤토나이트가 상기 우물통(100)의 주입관(110) 하측 배출구(112)를 통해 배출되면서 상기 우물통(100)의 외경이 하단에서 상향식으로 그라우팅 처리되는 제5단계를 포함하며,
상기 우물통(100)이 상기 집수공(200) 내부로 침설되는 동시에 상기 벤토나이트가 상기 주입관(110)의 상측 유입구(111)를 통해 주입되면서 상기 주입관(110)의 하측 배출구(112)를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 침설촉진식 방사형집수정 시공방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 우물통(100)의 하단은 외경을 따라 외측 방향으로 돌출된 돌출부(120)가 더 형성되고, 상기 주입관(110)의 하측 배출구(112)가 상기 돌출부(120)의 외측 에지 부분으로 관통 설치된 것을 특징으로 하는 침설촉진식 방사형집수정 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 우물통(100)은 내경이 3 내지 6m 이고, 상기 집수공(200)에 10 내지 50m 의 깊이로 침설 되는 것을 특징으로 하는 침설촉진식 방사형집수정 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 각각의 주입관(110)의 상측 유입구(111)로 주입되는 상기 벤토나이트가 일정 압력으로 상기 각각의 주입관(110)의 상측 유입구(111)로 분기 되는 것을 가능하게 하는 분기장치(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침설촉진식 방사형집수정 시공방법.
제5항에 있어서,
상기 분기장치(300)는 상기 각각의 주입관(110)의 상측 유입구(111)에 일측이 연결되는 분기관(310);
상기 분기관(310)의 타측에 연결되는 압력제어부(320); 및
상기 압력제어부(320)에 연결된 펌프(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 침설촉진식 방사형집수정 시공방법.