KR101481123B1 - 연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법 - Google Patents

연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법 Download PDF

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성낙전
김형오
신희정
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주식회사 대성방재기술
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주식회사 제일엔지니어링종합건축사사무소
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Abstract

본 발명은 연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 관한 것으로, 연약지반 안에 확장형 앵커체를 설치하여 보강하되 선단부에 타구간보다 단면적이 큰 선단확장공을 선시공한 후 이 선단확장공을 갖는 확장형 앵커공에 확장형 앵커체가 설치되도록 함으로써 선단부의 붕괴를 유발하지 않고 확장형 앵커체를 시공하고 이로써 선단부에서 큰 정착력을 확보하여 연약지반을 견고하게 보강함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치는, 전면에 굴착비트가 형성된 굴착헤드(10)와; 상기 정착헤드에 전후진 가능하게 연결되는 한편 상기 정착헤드와 함께 회전하도록 연결되는 피스톤블록(30)과; 상기 피스톤블록에 연결되는 로드(40)와; 중앙부가 힌지 결합된 굴절형이며 상기 굴착헤드와 피스톤블록의 사이에 배치되면서 양측이 상기 굴착헤드와 피스톤블록에 각각 연결되어 상기 피스톤블록의 전진에 의해 오므라들면서 확장되는 굴절형 확장비트(20)를 포함한다.
본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법은, 연약지반 속에 통상의 천공 장치를 이용하여 지면에서부터 선단확장공(3)의 시점까지 일정한 단면의 1차 굴착공(2)을 천공하는 제1단계와; 상기 제1단계 이후 연약지반용 확장 천공 장치를 상기 1차 굴착공에 삽입 및 선단의 굴착헤드를 1차 굴착공의 공저에 밀착시킨 상태에서 상기 연약지반용 확장 천공 장치의 피스톤블록을 전진시켜 굴절형 확장비트가 벌어지도록 한 후 이를 유지하면서 회전과 전진에 의해 선단확장공(3)의 종점까지 상기 1차 굴착공의 단면보다 큰 단면의 선단확장공(3)을 2차 굴착하여 1차 굴착공 및 선단확장공으로 구성된 확장형 앵커공(1)을 천공하는 제2단계와; 상기 제2단계를 통해 천공한 확장형 앵커공에서 상기 연약지반용 확장 천공 장치의 피스톤블록을 상기 굴착헤드의 후방으로 이동시켜 상기 굴절형 확장비트가 상기 굴착헤드와 피스톤블록의 둘레부로 축소 굴절되도록 한 후 지상으로 인출하는 제3단계와; 상기 제3단계 이후 상기 확장형 앵커공 안에 연약지반용 선단확장형 앵커를 삽입 및 그라우팅하여 상기 연약지반용 선단확장형 앵커를 시공하는 제4단계로 이루어진다.

Description

연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법{EXTENSION EXCAVATION MACHINE OF SOFT GROUND AND METHOD FOR REINFORCING SOFT GROUND USING THE SAME}
본 발명은 연약지반 천공 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연약지반 안에 확장형 앵커체를 설치하여 보강하되 선단부에 타구간보다 단면적이 큰 확장공을 형성하여 선단부에서 큰 정착력을 확보함으로써 연약지반을 견고하게 보강할 수 있는 연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 관한 것이다.
일반적으로, 앵커는 절개지 등에서의 절개면의 붕괴방지 및 사면안정, 빌딩 또는 댐 등과 같은 대형 구조물의 지하수에 의한 부상방지, 대형 건물의 지하층 토목 공사시 굴착벽면의 붕괴방지 등에 사용되며, 또한 지진 발생지 등의 건축물이나 대형 철탑 시공시 구축물의 이동이나 왜곡을 방지하기 위해 설치되는 것이다.
굴착공법은 붕괴염려가 있는 지반에 천공기를 이용하여 굴착공을 천공하고, 이 구멍에 그라우트 호스(grout hose)와 복수개의 인장재 및 내하체를 하나의 유닛으로 마련하여 삽입한 다음, 그라우트 호스를 통해 그라우트(grout)를 주입하며, 주입된 그라우트가 내하체와 함께 양생되면 인장재의 다른 한쪽끝단에 고정구를 체결한 후 강연선 내의 인장재를 유압장비 등을 사용하여 인장하여 대상 구조물을 안정시키는 것이다.
이와 같은 앵커는 그라우팅의 지압력 또는 지반과의 마찰력에 의하여 표면으로부터의 인장력을 지지하게 된다.
이러한 굴착공법에서 앵커의 구성요소는 소요응력을 발휘하는 정착부, 이 정착장에서 발휘되는 응력을 전달하는 자유부, 소요응력을 구조체에 작용토록 하는 고정구로 구분된다. 이들 구성요소 중 정착부는 지반과 시멘트 그라우트, 시멘트 그라우트와 인장재의 부착저항에 의해 결정된다. 상기 굴착공법에 사용되는 자유부는 예컨대 주로 다수의 강선이 꼬여 있는 와이어로프가 피복된 인장재로 이루어질 수 있다.
한편, 지반 안에 앵커를 설치하기 위해서는 앵커공을 천공하는 선행 작업을 필요로 하며, 이는 천공 장치에 의해 이루어진다.
종래 기술에 의한 앵커체는 그라우트의 지압력에 의해 인발에 대한 버팀 강성을 부여하는 것인데, 지반의 상태에 따라 앵커가 삽입된 앵커공의 주변에는 공극이 존재한다. 따라서, 그라우트는 주입압력에 의해 충진되는 것이기 때문에 상기 앵커공에 주입될 때 공극을 통해 상기 앵커공에서 누출되어 상기 앵커공 내부의 충진율이 낮아짐으로써 지반을 실질적으로 보강하지 못하고 있다. 이때, 상기 공극이 일부분에만 형성된다 하여도 상기 앵커공 내부의 전영역이 하나의 공간이기 때문에 앵커공의 전영역에 충진된 그라우트 내부에 공극이 발생되어 보강이 이루어지지 않게 된다. 여기서, 앵커공 내부의 강도를 측정할 방법이 없기 때문에 공극이 존재하는 상태를 인지하지 못하고 공사를 진행하게 되고, 결국 지반 붕괴로 인한 대형 사고가 발생될 수 있다.
그리고, 앵커의 외주면이 대개 평평한 면이기 때문에 그라우트와 앵커 사이에 이탈현상이 발생되므로 인장재의 인장시 앵커가 앵커공에서 인발되고, 결과적으로 지반이 붕괴되는 단점도 있다.
또한, 선단 정착부에서 집중적인 하중을 받게 되어 구조적으로 안정하지 못한 문제점이 있어 정착부의 길이를 길게 하였다. 하지만 정착부가 길어지면 단가 및 시공상의 어려움 등의 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 앵커가 인발될수록 지중에 대한 버팀력이 커지도록 하며, 쐐기와 지반과의 마찰력 증대를 통해 지반을 더욱 견고하게 보강할 수 있도록 한 지압식 영구 앵커가 제안된 바 있다.
종래 기술에 의한 앵커는, 예컨대, 지반 내의 앵커공 안쪽에 삽입되는 정착 헤드와; 선단부가 상기 정착 헤드에 고정되며 후단부가 앵커공 외부의 지압수단에 연결되는 하나 이상의 인장재와; 상기 인장재의 도중에 설치되어 앵커공을 밀폐하는 패커와; 상기 인장재의 인장시 벌어지면서 앵커공에 박히는 쐐기로 구성된다.
종래 기술에 의한 쐐기식 앵커는 앵커공에 삽입될 때에는 패커와 쐐기가 앵커공에 간섭되지 않도록 패커는 수축된 상태이고 쐐기는 인장재측으로 밴딩된 상태이다. 이 상태에서 패커를 먼저 팽창시켜 패커와 굴착면의 마찰력에 의해 앵커를 앵커공에 지지한 후 인장재를 인장하여 쐐기가 벌어지도록 함으로써 시공되는 것이다.
그러나 이와 같은 쐐기식 앵커는 쐐기가 지중을 스파이크식으로 정착되기는 하지만, 연약지반의 경우 지반이 약하기 때문에 쐐기의 정착력에 의해 지반이 붕괴되는 문제점을 유발한다.
전술한 것처럼, 버팀력의 증대를 위하여 쐐기식 앵커가 개발되기도 하였지만, 앵커공은 모든 구간에서 동일한 단면으로 구성되고 앵커의 쐐기는 이러한 동일한 단면의 앵커공에서 자신만의 힘을 통해 확장되어 지중에 박히는 정도에 불과하기 때문에 확장이 이루어지지 못하거나 확장된다 하여도 확장폭이 적어 큰 정착력을 기대할 수 없는 문제점이 있고, 쐐기식 또는 확장형 앵커를 위하여 확장공의 형성이 가능한 확장 천공 장치가 요구되고 있다.
등록특허 제10-0899086호 공개특허 제10-2013-0073855호 등록특허 제10-0948244호 등록특허 제10-488118호 등록특허 제10-871467호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연약지반 안에 확장형 앵커체를 설치하여 보강하되 선단부에 타구간보다 단면적이 큰 선단확장공을 선시공한 후 이 선단확장공을 갖는 확장형 앵커공에 확장형 앵커체가 설치되도록 함으로써 선단부의 붕괴를 유발하지 않고 확장형 앵커체를 시공할 수 있는 연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치는, 전면에 굴착비트가 형성된 굴착헤드와; 상기 정착헤드에 전후진 가능하게 연결되는 한편 상기 정착헤드와 함께 회전하도록 연결되는 피스톤블록과; 상기 피스톤블록에 연결되는 로드와; 중앙부가 힌지 결합된 굴절형이며 상기 굴착헤드와 피스톤블록의 사이에 배치되면서 양측이 상기 굴착헤드와 피스톤블록에 각각 연결되어 상기 피스톤블록의 전진에 의해 오므라들면서 확장되는 굴절형 확장비트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법은, 연약지반용 확장 천공 장치를 이용하여 연약지반 속에 앵커공을 천공하되, 상기 연약지반용 확장 천공 장치의 굴절형 확장비트를 상기 굴착헤드와 피스톤블록에 붙인 상태에서 회전과 전진에 의해 선단확장구간의 시점까지 일정한 단면의 1차 굴착공을 천공하는 제1단계와; 상기 제1단계 이후 상기 1차 굴착공의 공저에 상기 연약지반용 확장 천공 장치의 굴착 헤드를 밀착시킨 상태에서 상기 연약지반용 확장 천공 장치의 피스톤블록을 전진시켜 굴절형 확장비트가 벌어지도록 한 후 이를 유지하면서 회전과 전진에 의해 선단확장구간의 종점까지 상기 1차 굴착공의 단면보다 큰 단면의 선단확장공을 2차 천공하여 확장형 앵커공을 천공하는 제2단계와; 상기 제2단계를 통해 천공한 확장형 앵커공에서 상기 연약지반용 확장 천공 장치의 피스톤블록을 상기 굴착헤드의 후방으로 이동시켜 상기 굴절형 확장비트가 상기 굴착헤드와 피스톤블록의 둘레부로 오므라들도록 한 후 지상으로 인출하는 제3단계와; 상기 제3단계 이후 상기 확장형 앵커공 안에 연약지반용 선단확장형 앵커를 삽입 및 그라우팅하여 상기 연약지반용 선단확장형 앵커를 시공하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 의하면, 확공 천공 장치를 이용하여 지상에서 지중으로 가면서 1차 굴착공과 선단확장공이 연속된 확장형 앵커공을 천공하여 선단부에 선단확장공을 마련하고, 이 확장형 앵커공에 확장형 앵커를 삽입 설치 및 굴절형 정착부의 확장 굴절을 통해 선단확장공에서 선단정착이 이루어짐으로써 선단부에서 큰 정착력을 확보하여 연약지반을 견고하게 보강할 수 있다. 즉, 확장형 앵커의 굴절형 정착부의 굴절을 통해 굴절형 정착부가 지중에 삽입 정착되는 방식이 아니라 이미 만들어진 선단확장공 안에 굴절형 정착부를 정착함으로써 선단정착부의 붕괴를 막을 수 있고 선단확장공 전체에서 선단정착력을 확보함으로써 선단정착력을 극대화한다.
도 1은 본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치의 외관 사시도.
도 2a와 도 2b는 각각 본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치의 단면도로서,
도 2a는 확장 비트가 모아진 상태이며,
도 2b는 확장 비트가 확장된 상태이다.
도 3은 본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치에 적용된 코일스프링의 다른 설치 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법의 공정도.
도 5는 본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법에 적용되는 연약지반용 선단확장형 앵커의 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법에 적용되는 연약지반용 선단확장형 앵커의 시공 공정도.
도 1 내지 도 2b에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 연약지반용 확장 천공 장치(100)는, 회전과 전진에 의해 지반을 굴착하는 굴착헤드(10), 굴착헤드(10)의 뒤쪽에 굴절 가능하게 장착되어 굴착헤드(10)의 외경보다 크게 굴절됨으로써 지반을 확장하는 굴절형 확장비트(20), 굴절형 확장비트(20)를 강제로 굴절 확장시키는 피스톤블록(30), 피스톤블록(30)과 연결되어 이들 조립체(10,20,30)를 회전 및 전후진시키는 로드(40)로 구성된다.
굴착헤드(10)는 3차원의 입체형(원통형 등)이고 구동수단에 의한 회전력과 전방을 향하는 가압력에 의해 회전 및 전진하면서 지반을 굴착하며, 전면에는 다수의 굴착비트(10a)가 구성된다.
굴착헤드(10)는 피스톤블록(30)이 전후진 가능하도록 연결되며 피스톤블록(30)이 정해진 경로로만 전후진할 수 있도록 안내하는 연결관(11)이 갖추어진다. 이 연결관(11)은 굴착헤드(10)의 배면에 굴착헤드(10)보다 작은 외경으로 형성된다. 또한, 피스톤블록(30)의 회전에 의해 비틀림없이 회전하도록 연결관(11)의 둘레부에는 키돌기(12)가 길이방향을 따라 형성된다. 키돌기(12)는 피스톤블록(30)의 연결관(31)에 형성되는 키홈(32)과 대응하여 굴착헤드(10)와 피스톤블록(30)을 스플라인식으로 조립되도록 한다.
굴절형 확장비트(20)는 예를 들어 중앙부에서 굴절이 일어나도록 2개의 비트브래킷(21,22)이 힌지(23) 결합되는 구성이며, 굴착헤드(10)와 피스톤블록(30)의 사이에 배치되면서 길이방향의 양측이 굴착헤드(10)와 피스톤블록(30)에 각각 회동 가능하게 연결되어 설치된다. 굴절형 확장비트(20)는 원주방향을 따라 상호 간에 일정 간격을 두고 2개 이상이 설치되어 신속한 굴착이 가능하도록 한다. 굴절형 확장비트(20)는 회전시 비틀림을 일으키지 않는 강도로 이루어지며 굴착헤드(10) 및 피스톤블록(30)과 견고하게 연결되어야 한다.
굴절형 확장비트(20)는 확장 굴절이 가능하도록 스페이서를 통해 일정 각도로 접힌 상태를 초기 상태로 유지할 수 있다. 상기 스페이서는 연결관(31)의 둘레부에 경사지게 형성될 수 있다.
피스톤블록(30)은 3차원의 입체형으로 구성되며, 정착헤드(10)의 후방에 정착헤드(10)를 고정 상태로 하면서 자신만 전후진 가능하고 정착헤드(10)와 함께 전후진도 가능하며 정착헤드(10)와 함께 회전 가능하도록 연결되고, 이를 위하여 연결관(31)이 구성된다.
연결관(31)은 피스톤블록(30)의 전면에 피스톤블록(30)의 외경보다 작으면서 굴착헤드(10)의 연결관(11)의 외경보다 큰 내경[또는 굴착헤드(10)의 연결관(11)의 내경보다 작은 외경]으로 돌출 형성(일체형과 조립형 모두 가능)되어 신축 가능하게 연결된다.
피스톤블록(30)은 로드(40)에 의해 전진할 때 비틀림을 일으키지 않도록 굴착헤드(10)의 키돌기(12)가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 키홈(32)이 내주면에 형성된다. 물론, 키돌기(12)와 키홈(32)은 그 위치가 바뀌어도 무방하다.
굴착헤드(10)와 피스톤블록(30)은 직접적으로 고정되지는 않았지만 굴절형 확장비트(20)를 매개로 하여 서로 연결되어 있으므로 서로 분리되는 현상을 일으키지 않는다.
피스톤블록(30)은 로드(40)가 결합되는 구성을 포함하며, 예를 들어 로드(40)가 나사 체결되는 너트부(33)가 구성될 수 있다. 물론, 피스톤블록(30)은 너트부(33)로 한정되지 아니하고 로드(40)가 연결되는 모든 구성이 가능하다.
로드(40)는 상기 구동수단의 구동력을 피스톤블록(30)에 전달하여 피스톤블록(30)을 단독 또는 조립체(10,20,30) 전체를 전진시키고 아울러 이 조립체(10,20,30)를 회전시키는 것이며, 피스톤블록(30)의 너트부(33)에 나사 체결로 결합될 수 있고, 이때, 체결력을 증대하기 위하여 피스톤블록(30)의 안쪽(전방쪽)에서부터 바깥쪽(후방쪽)으로 끼워지면서 나사 체결되며, 아울러 너트부(33)와 볼트부(41)는 단부로 가면서 단면적이 점진적으로 커지는 형태로 구성되어 체결력을 더욱 증대하도록 한다.
로드(40)는 확장형 앵커공(1)의 심도에 맞도록 다수개의 로드봉이 조립되어 구성될 것이다.
피스톤블록(30)은 굴착헤드(10)가 정지된 상태에서 굴착헤드(10)쪽으로 전진하여 굴절형 확장비트(20)를 확장시키며, 로드(40)의 전진력이 없어질 때 더 빠르게 후진하도록 탄성부재로서 코일스프링(50)이 적용되는 것이 바람직하다.
코일스프링(50)은 굴착헤드(10)의 연결관(11)과 피스톤블록(30)의 연결관(31)의 사이에 장착되어 양측이 연결관(11,31)에 지지되어 굴착헤드(10)와 피스톤블록(30)을 탄력 지지한다. 굴착헤드(10)의 연결관(11)은 피스톤블록(30)의 연결관(31) 안에 이동 가능하게 삽입되어 있으므로 코일스프링(50)은 피스톤블록(30)의 연결관(31) 안에 삽입 장착된다.
코일스프링(50)은 굴절형 확장비트(20)를 굴절시킬 수 있는 모든 위치에 설치 가능한 것이며 전술한 위치로 한정되지 아니하며, 다른 예로서 도 3에서 보이는 바와 같이, 코일스프링(50)은 굴착헤드(10)의 연결관(11)의 둘레부에 끼워지면서 양측이 굴착헤드(10)와 굴절형 확장비트(20)에 연결되어 압축력에 의해 굴절형 확장비트(20)를 확장 방향으로 탄력지지하고, 물론, 이러한 경우 굴절형 확장비트(20)는 굴착헤드(10)의 연결관(11)을 따라 슬라이딩되는 원통형의 슬라이더(베어링 등)를 매개로 하여 설치된다.
도 4에서 보이는 것처럼, 이와 같이 구성된 본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법은 다음과 같다.
본 발명에 의한 연약지반용 확장 천공 장치(100)에 의해 시공되는 확장형 앵커공(1)은 1차 굴착공(2) 및 1차 굴착공(2)보다 큰 단면적의 선단확장공(3)이 지면에서부터 지중으로 연속되는 구조이다.
(S10) 1차 굴착공 천공.
지반 천공분야에서 통상적으로 사용되는 천공 장치(300)를 이용하여 지면에서부터 일정 깊이의 1차 굴착공(2)을 천공한다. 1차 굴착공(2)의 천공이 완료되면 천공 장치(300)를 지상으로 인출한다.
(S20) 굴절형 확장비트 굴절 확장.
연약지반용 확장 천공 장치(100)의 굴절형 확장비트(20)를 모은 상태에서 연약지반용 확장 천공 장치(100)를 1차 굴착공(2) 안에 삽입하여 굴착 헤드(10)가 1차 굴착공(2)의 공저에 지지되도록 하고, 로드(40)를 통해 피스톤블록(30)을 전진시키면 피스톤블록(30)은 코일스프링(50)을 압축하여 굴절형 확장비트(20)를 전방으로 밀게 되고 이때는 연약지반용 확장 천공 장치(100)가 회전하지 않는 상태이면서 굴착 헤드(10)가 1차 굴착공(2)의 공저에 지지된 정지 상태이기 때문에 굴절형 확장비트(20)가 굴절에 의해 확장되어 1차 굴착공(2) 둘레부의 지중에 삽입된다.
(S30) 선단확장공 천공.
전 공정을 통해 굴절형 확장비트(20)를 확장시킨 상태에서 연약지반용 확장 천공 장치(100)를 회전 및 전진시키며, 따라서, 연약지반용 확장 천공 장치(100)가 1차 굴착공(2)과 연속되면서 1차 굴착공(2)보다 큰 직경의 선단확장공(3)을 천공한다.
선단확장공(3)의 천공시 그라우트 주입호스(4)를 선단확장공(3)안에 삽입하여 그라우트재를 주입하며, 그라우트재는 본 발명의 확장 천공 장치(100)의 굴착에 의해 발생되는 원지반토와 혼합되고 그라우팅 혼합물(그라우트재와 원지반토가 혼합된 것을 말함)은 선단확장공(3) 안에 채워짐과 아울러 지반에 침투할 수 있다. 여기서 주입되는 그라우팅 혼합물은 선단확장공(3) 전체를 채우지 않고 후속 공정에서 사용되는 앵커(200)와 선단확장공(3) 사이를 채워 지반을 보강하는 것이며 따라서 그라우트재의 사용량은 현장에 따라 달라진다. 그라우트재는 선단확장공(3)의 천공시부터 시작하여 일정 시점까지 주입될 수 있고 또는 선단확장공(3)의 천공을 완료한 후 주입될 수도 있으며 전자의 경우 굴절형 확장비트(20)의 회전에 의해 그라우트재와 원지반토가 혼합되어 균일도를 높일 수 있다.
그라우트 주입호스(4)는 본 발명의 연약 지반 확공 장치(100)에 연결되어 함께 설치 및 외부로 인출될 수 있고 별도로 삽입 및 인출될 수도 있다.
(S40) 굴절형 확장비트 축소.
선단확장공(3)의 천공이 완료되면 연약지반용 확장 천공 장치(100)를 지상으로 인출하여야 하며, 이를 위하여 피스톤블록(30)에 가해지는 힘을 없애거나 피스톤블록(30)을 후방으로 이동시키면 코일스프링(50)의 도움을 받아 피스톤블록(30)이 후방으로 이동하고 이에 의하여 굴절형 확장비트(20)가 펼쳐지면서 축소된다.
(S50) 연약지반용 확장 천공 장치(100) 인출.
전 공정 이후 연약지반용 확장 천공 장치(100)를 지상으로 인출하여 확장형 앵커공(1)을 빈 공간으로 한다.
(S60) 연약지반용 선단확장형 앵커(200) 시공.
확장형 앵커공(1) 안에 연약지반용 선단확장형 앵커(200)를 삽입 및 그라우팅하여 시공한다. 물론, 전술한 공정에서 주입된 그라우팅 혼합물은 이 공정 이전에 경화되지 않아야 한다.
도 5에서 보이는 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 연약지반용 선단확장형 앵커(200)는, 정착헤드(210)와; 정착헤드(210)의 후방에 연결되는 중공의 케이싱(220)과; 케이싱(220) 내부에 배선되면서 선단부가 정착헤드(210)에 고정되며 후단부가 지상에 설치되는 인장기(미도시)와 연결되는 인장재(230)와; 케이싱(220)의 둘레부에 절첩 가능하게 장착되는 하나 이상의 굴절형 정착날개(240)와; 굴절형 정착날개(240)를 케이싱(220)의 둘레부측으로 지지하는 고정밴드(250)와; 굴절형 정착날개(240)의 길이방향 양측에 각각 설치되며 고정밴드(250)의 절단시 굴절형 정착날개(240)를 확장 방향으로 탄력 지지하는 탄성부재(260)와; 케이싱(220)과 굴절형 정착날개(240)의 둘레부를 감싸며 내부에 몰탈이 채워져 굴절형 정착날개(240)를 지중에 정착하는 패커(270)로 구성된다.
정착헤드(210)는 인장재(230)의 단부를 고정하기 위한 고정 구조물로서 예를 들어 고정 금구 및 캡으로 구성된다.
케이싱(220)은 인장재(230)에 의한 인장이 가능하도록 즉 인장재(230)가 몰탈의 간섭을 받지 않도록 인장재(230)를 감싸는 관이며 일측은 정착헤드(210)에 고정된다. 케이싱(220)은 인장재(230)가 확장형 앵커공(1) 내부에서 간섭을 받지 않는 길이로 구성된다.
인장재(230)는 정착부[정착헤드(210)에서부터 패커(270)의 단부까지]를 설계 하중으로 인장하기 위한 것으로 예를 들어 하나 이상의 강연성이 사용되며, 선단부가 정착헤드(210)에 고정되며 후단부는 지상의 인장기에 연결된다. 물론, 인장재(230)는 정착헤드(210)에 고정되는 것으로 한정되지 아니하고 연약지반용 선단확장형 앵커에 맞도록 정착헤드(210)에 제거 가능하게 연결되고, 이는 제거식 앵커에서 널리 사용되는 방식이므로 구체적인 설명과 도면을 생략한다.
굴절형 정착날개(240)는 마주하는 단부가 절첩이 가능하도록 힌지(243) 연결되는 한 쌍의 스파이크(241,242)로 구성된다. 스파이크(241,242)는 철편, 박스 단면의 철물, 앵글 등 다양한 자재의 사용이 가능하다.
한 쌍의 스파이크(241,242)의 자유단부는 케이싱(220)에 슬라이딩 가능하게 연결되며, 예를 들어, 굴절형 정착날개(240)는 케이싱(220)의 둘레부에 원주방향을 따라 상호 간에 일정 간격을 두고 설치되는 2개 이상으로 이루어지며, 케이싱(220)의 둘레부에 슬라이딩 가능하게 장착되는 하나의 슬라이더(221)에 연결되어 함께 절첩된다. 스파이크(241,242)의 자유단부는 각각 슬라이더(221)에 힌지 결합된다.
굴절형 정착날개(240)의 한 쌍의 스파이크(241,242)가 비틀림없이 접힐 수 있도록 케이싱(220)과 슬라이더(221) 간에는 가이드부가 구성될 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 케이싱(220)의 외주면에는 길이방향을 따라 가이드돌부가 형성되고, 슬라이더(221)에는 가이드돌부가 슬라이딩 가능하게 수용되는 가이드홈이 구비된다. 상기 가이드돌부는 케이싱(220)의 외주면에 용접 등으로 고정되거나 일체로 형성될 수 있다.
이와 같은 구성의 굴절형 정착날개 조립체[케이싱(220)의 둘레부에 슬라이더(221)를 통해 설치되는 2개 이상의 굴절형 정착날개(240)]는 케이싱(220)에 1개 이상이 설치되며, 본 발명에서는 2개의 굴절형 정착날개 조립체(240-1,240-2)가 설치되는 것을 예로 들어 설명한다.
이와 같은 굴절형 정착날개(240)는 앵커공(1) 둘레의 지반에 정착되도록 접혀야 하며, 따라서, 한 쌍의 스파이크(241,242)는 일직선상으로 배열되면 탄성부재(260)의 탄성력에 의해 접힐 수 없다. 한 쌍의 스파이크(241,242)가 접힐 수 있도록 하기 위해서는 도면에서처럼 한 쌍의 스파이크(241,242)가 힌지(243)를 꼭지점으로 하는 삼각형의 형태로 설치되어야 하며, 이를 위하여 스페이서(222)가 적용될 수 있다.
스페이서(222)는 한 쌍의 스파이크(241,242)를 연결하는 힌지(243) 부분을 케이싱(220)의 외주면에서 이격시켜 한 쌍의 스파이크(241,242)의 자유단부보다 멀어지도록 함으로써 한 쌍의 스파이크(241,242)를 경사지게 배치하는 것이며, 예를 들어 반원형 편의 구조로 이루어져 케이싱(220)과 한 쌍의 스파이크(241,242)의 사이에 끼워질 수 있다. 물론, 스페이서(222)는 영구적으로 케이싱(220)에 고정될 수도 있는 것이다.
고정밴드(250)는 굴절형 정착날개(240)가 벌어지지 않도록 고정하되 외력에 의해 절단[본 발명에서 절단은 고정밴드(250)를 굴절형 정착날개(240)로부터 제거하는 것으로 정의한다]되어 굴절형 정착날개(240)가 탄성부재(260)의 탄성력에 의해 접히도록 한다. 고정밴드(250)는 하나 이상이 적용되면서 지상에서 절단 작업이 가능하도록 구성되어야 하며, 예를 들어 지상에서 당김줄에 의해 작동하는 칼에 의해 절단되거나 매듭이 풀리도록 구성될 수 있다.
탄성부재(260)는 고정밴드(250)의 고정력이 없어지는 순간 탄성력에 의해 굴절형 정착날개(240)가 접히도록 하는 것으로 코일스프링, 판스프링 등이 바람직하고, 굴절형 정착날개(240)가 접히도록 압축된 상태로 설치된다.
본 발명에서는 2개의 굴절형 정착날개 조립체(240-1,240-2)가 구성되었으므로 탄성부재(260)는 정착헤드(210)와 제1굴절형 정착날개 조립체(240-1)의 사이, 제1,2굴절형 정착날개 조립체(240-1,240-2)의 사이, 제2굴절형 정착날개 조립체(240-2)와 탄성부재 지지구(261)의 사이의 3개소에 설치된다. 탄성부재 지지구(261)는 탄성부재(260)가 밀리지 않도록 지지하는 것으로, 예를 들어 링 형태이며 케이싱(220)에 고정된다.
패커(270)는 몰탈 등의 충진재를 통해 정착부의 정착력을 증대하여 연약지반에서도 큰 정착력으로 보강이 가능하도록 하는 것이며, 내부에 몰탈 등의 충진재가 충진되도록 구성된다. 패커(270)는 충진재가 충진될 수 있는 여유있는 크기이거나 충진재의 충진압력에 의해 팽창하는 재질로서 길이방향의 양측이 개방된 형태이며 선단부는 정착헤드(210)에 고정되고 후단부는 탄성부재 고정구(261) 또는 케이싱(220)의 둘레부에 고정된다.
패커(270)는 내부에 충진재(그라우트재 등)를 주입하기 위하여 지상측에서부터 주입호스(271)가 연결된다.
도 6에서 보이는 바와 같이, 이와 같이 구성된 연약지반용 선단확장형 앵커(200)의 시공 방법은 다음과 같다.
(S61) 앵커 삽입.
앵커(200)의 굴절형 정착날개(240)는 고정밴드(250)에 의해 밴딩되어 확장형 앵커공(1)의 간섭을 받지 않으므로 앵커(200)를 확장형 앵커공(1) 안에 삽입할 수 있다. 이때, 고정밴드(250)를 절단하기 위한 당김줄, 충진재를 주입하기 위한 주입호스(271)의 단부는 지상에 배치되도록 한다. 이때, 앵커(200)의 정착날개(240)는 확장형 앵커공(1)의 선단확장공(3)에 대응하는 위치이다.
(S62) 굴절형 정착날개 정착.
지상에서 당김줄을 잡아당겨 고정밴드(250)를 절단하면, 굴절형 정착날개(240)는 탄성부재(260)만을 지지기반으로 하고 있으며, 탄성부재(260)는 굴절형 정착날개(240)를 접는 방향의 탄성력을 갖고 있기 때문에 고정밴드(250)가 절단되는 순간 압축된 상태에서 원상태로 팽창되려고 하며, 따라서, 굴절형 정착날개(240)의 한 쌍의 스파이크(241,242)가 힌지(243)를 통해 접히면서 확장되어 확장형 앵커공(1)의 선단확장공(3)에 삽입된다. 굴절형 정착날개(240)가 확장되더라도 패커(270)는 찢어짐 등의 변형이 일어나지 않는다.
(S63) 그라우팅.
패커(270) 내부에 그라우트재를 주입(중력 또는 가압)하여 패커(270) 내부를 그라우트재로 채운다. 따라서, 정착헤드(210), 굴절형 정착날개(240), 탄성부재(260) 및 패커(270)는 그라우트재를 통해 일체로 합성되며 그라우트재의 경화로 인해 탄성부재(260)가 더 이상 탄성 변형되지 않기 때문에 굴절형 정착날개(240)는 정착된 상태를 유지한다. 즉, 굴절형 정착날개(240)가 지반 속에 정착됨과 함께 그라우트재의 경화로 만들어진 말뚝이 지반을 지탱하기 때문에 확장형 앵커공(1) 주변의 지반의 붕괴를 막고 지반을 견고하게 보강한다.
패커(270)의 외부 즉 패커(270)와 확장형 앵커공(1) 사이에 이미 그라우팅 혼합물이 주입되어 경화되고 있으므로 확장형 앵커공(1)의 전구간에서 그라우팅이 이루어지므로 지반을 더욱 견고하게 보강한다.
한편, 선단확장공의 확공시 그라우트재를 주입하지 않고 확장형 앵커(200)를 시공한 후 후속 공정으로 확장형 앵커(200)와 확장형 앵커공(1) 사이를 그라우팅할 수도 있다.
(S64) 인장.
상기 공정을 통해 정착부가 정착되면 인장재(230)를 설계 하중으로 인장하여 연약지반을 압축함으로써 보강한다. 인장이 완료된 후 확장형 앵커공(1) 내부에 암석이나 이물질의 침투가 일어나지 않도록 확장형 앵커공(1)의 입구를 그라우트로 채워 밀봉할 수 있다.
1 : 확장형 앵커공, 2 : 1차 굴착공
3 : 선단확장공,
100 : 연약지반용 확장 천공 장치,
10 : 굴착헤드, 20 : 굴절형 확장비트
30 : 피스톤블록, 40 : 로드
50 : 코일스프링,
200 : 연약지반용 확장형 앵커,

Claims (10)

  1. 전면에 굴착비트가 형성된 굴착헤드(10)와;
    상기 굴착헤드에 전후진 가능하게 연결되는 한편 상기 굴착헤드와 함께 회전하도록 연결되는 피스톤블록(30)과;
    상기 피스톤블록에 연결되는 로드(40)와;
    중앙부가 힌지 결합된 굴절형이며 상기 굴착헤드와 피스톤블록의 사이에 배치되면서 양측이 상기 굴착헤드와 피스톤블록에 각각 연결되어 상기 피스톤블록의 전진에 의해 오므라들면서 확장되는 굴절형 확장비트(20)와;
    상기 굴착헤드와 피스톤블록의 사이에 장착되며 상기 굴절형 확장비트를 펼쳐지는 방향으로 탄력 지지하는 하나 이상의 탄성부재를 포함하되,
    상기 굴착헤드와 피스톤블록은 서로 다른 직경으로 이루어져 서로 신축 가능하게 연결되는 연결관(11,31)을 포함하며,
    상기 탄성부재는 상기 굴착헤드(10)의 연결관(11)과 피스톤블록(30)의 연결관(31)의 사이에 장착되어 양측이 상기 연결관(11,31)에 지지되면서 상기 굴착헤드(10)와 피스톤블록(30)을 탄력 지지하는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확장 천공 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 연결관들은 비틀림 방지를 위하여 스플라인 결합되는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확장 천공 장치.
  5. 전면에 굴착비트가 형성된 굴착헤드(10)와;
    상기 굴착헤드에 전후진 가능하게 연결되는 한편 상기 굴착헤드와 함께 회전하도록 연결되는 피스톤블록(30)과;
    상기 피스톤블록에 연결되는 로드(40)와;
    중앙부가 힌지 결합된 굴절형이며 상기 굴착헤드와 피스톤블록의 사이에 배치되면서 양측이 상기 굴착헤드와 피스톤블록에 각각 연결되어 상기 피스톤블록의 전진에 의해 오므라들면서 확장되는 굴절형 확장비트(20)와;
    상기 굴착헤드와 피스톤블록의 사이에 장착되며 상기 굴절형 확장비트를 펼쳐지는 방향으로 탄력 지지하는 하나 이상의 탄성부재를 포함하되,
    상기 굴착헤드와 피스톤블록은 서로 다른 직경으로 이루어져 서로 신축 가능하게 연결되는 연결관(11,31)을 포함하며,
    상기 굴절형 확장비트는 상기 굴착헤드의 연결관(11)의 둘레부에 슬라이딩 가능하게 설치되는 슬라이더에 연결되고, 상기 탄성부재는 상기 굴착헤드의 연결관(11)의 둘레부에 장착되면서 양측이 상기 굴착헤드와 상기 굴절형 확장비트의 슬라이더에 지지되어 압축력에 의해 상기 굴절형 확장비트를 확장 방향으로 탄력 지지하는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확장 천공 장치.
  6. 연약지반 속에 지면에서부터 선단확장공(3)의 시점까지 일정한 단면의 1차 굴착공(2)을 천공하는 제1단계와;
    상기 제1단계 이후 청구항 1 또는 청구항 5에 의한 연약지반용 확장 천공 장치를 삽입하고 상기 연약지반용 확장 천공 장치의 굴착 헤드를 상기 1차 굴착공의 공저에 밀착시킨 상태에서 상기 연약지반용 확장 천공 장치의 피스톤블록을 전진시켜 굴절형 확장비트가 벌어지도록 한 후 이를 유지하면서 회전과 전진에 의해 선단확장공(3)의 종점까지 상기 1차 굴착공의 단면보다 큰 단면의 선단확장공(3)을 2차 굴착하여 1차 굴착공 및 선단확장공으로 구성된 확장형 앵커공(1)을 천공하는 제2단계와;
    상기 제2단계를 통해 천공한 확장형 앵커공에서 상기 연약지반용 확장 천공 장치의 피스톤블록을 상기 굴착헤드의 후방으로 이동시켜 상기 굴절형 확장비트가 상기 굴착헤드와 피스톤블록의 둘레부로 축소 굴절되도록 한 후 지상으로 인출하는 제3단계와;
    상기 제3단계 이후 상기 확장형 앵커공 안에 연약지반용 선단확장형 앵커를 삽입 및 그라우팅하여 상기 연약지반용 선단확장형 앵커를 시공하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제2단계는 상기 연약지반용 확장 천공 장치에 의한 선단확장공의 천공시 그라우트재를 주입하여 상기 그라우트재와 상기 연약지반용 확장 천공 장치의 굴착에 의해 발생되는 원지반토를 혼합하여 상기 선단확장공을 채우는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 연약지반용 선단확장형 앵커는,
    정착헤드(210)와; 상기 정착헤드의 후방에 연결되는 중공의 케이싱(220)과; 상기 케이싱 내부에 배선되면서 선단부가 상기 정착헤드에 고정되며 후단부가 인장기와 연결되는 인장재(230)와; 상기 케이싱의 둘레부에 절첩 가능하게 장착되며 확장에 의해 선단확장공 안에 정착되는 하나 이상의 굴절형 정착날개(240)와; 상기 굴절형 정착날개를 상기 케이싱의 둘레부측으로 지지하되, 외력에 의해 절단되는 고정밴드(250)와; 상기 굴절형 정착날개의 길이방향 양측에 각각 설치되며, 상기 고정밴드의 절단시 상기 굴절형 정착날개를 상기 선단확장공을 향하는 확장 방향으로 탄력 지지하는 탄성부재(260)와; 상기 케이싱과 상기 굴절형 정착날개의 둘레부를 감싸며 내부에 몰탈이 채워져 상기 굴절형 정착날개를 상기 선단확장공 안에 정착하는 패커(270)를 포함하고, 상기 굴절형 정착날개는 마주하는 단부가 절첩이 가능하도록 힌지(243) 연결되며 타측의 자유단부는 상기 케이싱의 둘레부에 슬라이딩 가능하게 연결되는 한 쌍의 스파이크(241,242)로 이루어지되, 상기 케이싱의 둘레부에 원주방향을 따라 상호 간에 일정 간격을 두고 2개 이상으로 설치되며 상기 케이싱의 둘레부에 슬라이딩 가능하게 장착되는 하나의 슬라이더에 연결되어 함께 절첩되는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제4단계는 상기 확장형 앵커공에 상기 연약지반용 선단확장형 앵커를 삽입 설치하되, 상기 연약지반 선단확장형 앵커의 굴절형 정착날개를 오므린 상태로 삽입하여 상기 굴절형 정착날개가 상기 선단확장공에 배치되도록 하는 제4-1단계, 상기 연약지반용 선단확장형 앵커의 굴절형 정착날개를 고정하는 고정밴드를 절단하여 상기 정착 날개가 상기 확장형 앵커공의 선단확장공 안으로 확장되도록 하는 제4-2단계, 상기 제4-2단계를 통해 상기 굴절형 정착날개를 상기 선단확장공 안으로 확장시킨 상태에서 상기 연약지반용 선단확장형 앵커의 패커 내부를 그라우팅하여 상기 굴절형 정착날개의 그라우트재를 통해 정착하는 제4-3단계, 상기 제4-3단계 이후 인장재를 설계 하중으로 인장하는 제4-4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제4-4단계는 상기 인장재를 인장한 후 상기 패커의 둘레부와 확장형 앵커공의 내부에 그라우트재를 충진하여 그라우팅하는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확장 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법.
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