KR101545254B1 - 중압혼합분사 주입장치 및 이를 이용한 주상형 구조체 시공방법 - Google Patents

중압혼합분사 주입장치 및 이를 이용한 주상형 구조체 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 침투공법으로 차수공사시 맥상 할렬 주입되어 차수성이 부족하여 이것을 보완하기 위하여 중압혼합분사공법을 적용하되, 상기 중압혼합분사공법은 굴착비트를 사용하여 천공수와 압축공기를 송수하면서 천공하고, 모니터에 12개의 분사노즐을 전후좌우 네방향으로 나선형상으로 높낮이를 달리하면서 균등하게 배치하고, 시멘트밀크와 용탈이 적은 급결제 및 압축공기를 혼합하여 고압력의 주입장비로 지반과 용도에 따라 분사노즐의 수량을 증가 및 감량시키면서 중압력으로 이중관로드 및 모니터를 회전 분사시켜 사용하여, 지반을 절삭과 이완으로 미세입자의 슬라임을 배출할 수 있고, 목적물인 구조체에 맞게 분사노즐이 설치된 모니터의 분사노즐의 배치길이를 20㎝를 2회 분할하여 10㎝마다 용도에 맞춰 4∼10초 간격으로 인발함으로써, 지중에 잔류하는 토립자와 시멘트밀크를 중압혼합분사하여 직경 Φ200∼1,200㎜의 균일, 균질의 구조체를 조성하며, 표준구경 D 500㎜, 400㎜는 주열식 차수벽체로 사용하고, D 1,000㎜는 지반보강 기초용으로 사용할 수 있도록 한 중압혼합분사 주입장치 및 이를 이용한 주상형 구조체 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치는 일측에 급결제가 주입되는 유입관이 구비되고, 타측에 압축공기가 주입되는 유입관이 구비되며, 상기 혼합된 압축공기와 급결제가 혼합된 배출되는 배출관으로 구성된 Y자관과; 상기 Y자관의 배출관에 연결되면서, 상기 혼합된 압축공기와 급결제가 이송되는 이송호스와; 상기 이송호스에 연결되며, 시멘트밀크를 주입하는 시멘트밀크 주입구와 혼합된 압축공기와 급결제를 주입하는 압축공기와 급결제 주입구가 형성된 스위벨과; 상기 스위벨의 하부에 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구와 압축공기와 급결제 주입구가 각각 연통되도록 형성된 이중관로드와; 상기 이중관로드의 하부에 일체로 연결되며, 시멘트밀크 및 혼합된 압축공기와 급결제를 분사시키는 분사노즐로 구성된 모니터와; 상기 모니터의 하부에 연결되며, 내측에 체크밸브가 구비된 굴착비트로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치를 이용한 주상형 구조체 시공방법은 지반을 일정한 직경 및 깊이로 굴착하여, 천공홀을 형성하면서 중압혼합분사 주입장치를 삽입하는 단계(S Ⅰ); 상기 중압혼합분사 주입장치에 시멘트밀크와 Y자관을 사용하여 시멘트밀크 및 혼합된 급결제와 압축공기를 이중관로드 및 모니터를 경유하여 상기 시멘트밀크 및 혼합된 급결제와 압축공기를 이송시킨 후, 상기 모니터의 분사노즐을 통해 지중에 시멘트밀크 및 혼합된 급결제와 압축공기를 분사시켜, 지반내의 토립자와 시멘트밀크와 혼합된 급결제와 압축공기를 혼합 교반시켜 지중에 소정의 크기의 구조체를 형성하는 단계(S Ⅱ)로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

중압혼합분사 주입장치 및 이를 이용한 주상형 구조체 시공방법{Medium Pressure Grouting device and it's using a columnar structure construction method}
본 발명은 중압혼합분사 주입장치 및 이를 이용한 주상형 구조체 시공방법(일명 "중압혼합분사공법"이라 칭함)에 관한 것으로, 특히 이중관 로드를 이용하여 2.5shot 방식으로 중압(3.0∼10.0MPa)으로 시멘트밀크와 급결제 및 압축공기를 다수(12개)의 노즐을 경유하여 분사함으로써, 지반의 토립자와 시멘트밀크와 급결제 및 압축공기가 혼합 교반하여 Φ500mm의 구조체를 형성하여 차수벽체, 기초말뚝으로 사용하는 중압혼합분사 주입장치 및 이를 이용한 주상형 구조체 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 연약지반을 개량하기 위한 시멘트밀크 주입공법은 대상지반을 천공후 천공부위에 주입관을 설치하여 다수의 분사노즐 방식으로 시멘트밀크를 주입하는 공법으로, 누수지층 차수 및 지반보강에 효과적이며, 세사, 실트, 사력층을 제외한 전 지반에 걸쳐 적용하고 있으며, 장비가 간편하며, 약액주입공법(LW, SGR)에 비해 지반개량 강도가 큰 이점이 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 시멘트밀크 주입공법은 약액주입공법(LW, SGR)에 비해 차수효과가 떨어지고, 시멘트 소요량이 많으며, 겔타임 조절이 안되는 문제점이 있다.
한편, 심층혼합공법은 주입로드를 지반 내에서 회전 인발시키면서, 그 선단의 분사노즐로부터 상기 주입로드의 직각방향으로 지반 개량재를 물 또는 압축공기와 혼합하여 고압 분사하여, 지반 개량재와 주변 지반토를 교란 혼합하여 원주상의 개량체를 형성하는 공법이다.
상기한 바와 같은 종래의 심층혼합공법은 토질에 따라 영향을 받기 쉽고, 1회의 시공으로 넓은 범위의 지반을 개량할 수 있으며, 개량체 상호의 밀착성이 뛰어난 곳으로부터 토류벽이나 차수벽의 조성에 많이 사용되는 장점이 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 심층혼합공법은 지반토와 시멘트가 혼합되어 지중에 개량체를 형성하는 것으로, 연약지반에서 시행할 경우에는 점토입자와 시멘트가 혼합되어 개량체가 형성됨으로 인하여 강도가 극히 떨어지는 문제점이 있다.
이에, 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 등록특허 10-0463104호 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체 형성장치 및 시공방법이 제안되었다.
도 1은 종래의 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체 형성장치를 도시한 단면도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체 형성장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 최상단에 위치되며, 시멘트밀크 주입구(12)와 약액 주입구(14)가 형성된 스위벨(10)과; 상기 스위벨(10)의 하부와 일체로 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(12)와 약액 주입구(14)와 각각 연통되도록 다수개의 시멘트밀크 분사노즐(22)과 약액 분사노즐(24)이 형성된 이중관 로드(20)와; 상기 이중관 로드(20)의 최하단 내측면에 설치된 체크밸브(26)로 구성된다.
도 2a 내지 2e는 종래의 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체를 시공하는 순서를 도시한 공정도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체 시공방법은 대상 연약지반(G)을 회전충격식 천공기(B)로 천공하여 천공부위(H)를 형성하는 단계; 상기 천공부위(H)에 청구항1의 주상형 고결체 형성장치(A)를 삽입하는 단계; 상기 주상형 고결체 형성장치(A)의 시멘트밀크 주입구(12)와 약액 주입구(14)에 각각의 시멘트밀크와 내구성약액으로 이루어진 순결재 및 완결재를 주입하고, 상향으로 선회 인발하면서 약액분사노즐(24)을 통해 지반을 교란시키고, 시멘트밀크 분사노즐(22)은 맥상 혼합침투주입을 통해 지중에 시멘트밀크와 순결재 및 완결재를 중ㆍ고압분사하는 단계를 시행하여, 지중에 주상형 고결체(S)를 시공함을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 장치 및 공법으로 이루어진 종래의 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체 형성장치 및 시공방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래의 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체 형성장치는 2.0 shot이고, 압축공기를 사용하지 않기 때문에 슬라임량을 줄이는 별도의 장치가 없다.
둘째, 종래의 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체 형성장치는 이중관로드에 분사노즐이 총 15개 중에서 시멘트밀크 분사노즐이 3열 4개소 12개이며, 이중관로드의 하단부에 별도로 급결제 분사노즐이 1열 1개소 3개가 다르게 배치되어 급결제 라인이 따로 설치되며, 주입제 분사시 시멘트밀크 분사노즐 12개에서 분사노즐의 수량을 줄여 시공시 급결제 3개의 분사노즐을 줄일 때 혼합관리가 원만하지 못한 문제가 있다.
셋째, 종래의 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체 형성장치는 시멘트밀크와 급결제가 별도로 분사되어, 지반에서 혼합되는 장치로써, 지반내에서 혼합의 정도와 강도가 균등하지 못한 문제가 있다.
등록특허 10-0463104호(등록일: 2004.12.14)
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 침투공법으로 차수공사시 맥상 할렬 주입되어 차수성이 부족하여 이것을 보완하기 위하여 중압혼합분사공법을 적용하되, 상기 중압혼합분사공법은 굴착비트를 사용하여 천공수와 압축공기를 송수하면서 천공하고, 모니터에 12개의 분사노즐을 전후좌우 네방향으로 나선형상으로 높낮이를 달리하면서 균등하게 배치하고, 시멘트밀크와 용탈이 적은 급결제 및 압축공기를 혼합하여 고압력의 주입장비로 지반과 용도에 따라 분사노즐의 수량을 증가 및 감량시키면서 중압력으로 이중관로드 및 모니터를 회전 분사시켜 사용하여, 지반을 절삭과 이완으로 미세입자의 슬라임을 배출할 수 있고, 목적물인 구조체에 맞게 분사노즐이 설치된 모니터의 분사노즐의 배치길이를 20㎝를 2회 분할하여 10㎝마다 용도에 맞춰 4∼10초 간격으로 인발함으로써, 지중에 잔류하는 토립자와 시멘트밀크를 중압혼합분사하여 직경 Φ200∼1,200㎜의 균일, 균질의 구조체를 조성하며, 표준구경 D 500㎜, 400㎜는 주열식 차수벽체로 사용하고, D 1,000㎜는 지반보강 기초용으로 사용할 수 있도록 한 중압혼합분사 주입장치 및 이를 이용한 주상형 구조체 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치는 일측에 급결제가 주입되는 유입관이 구비되고, 타측에 압축공기가 주입되는 유입관이 구비되며, 상기 혼합된 압축공기와 급결제가 혼합된 배출되는 배출관으로 구성된 Y자관과; 상기 Y자관의 배출관에 연결되면서, 상기 혼합된 압축공기와 급결제가 이송되는 이송호스와; 상기 이송호스에 연결되며, 시멘트밀크를 주입하는 시멘트밀크 주입구와 혼합된 압축공기와 급결제를 주입하는 압축공기와 급결제 주입구가 형성된 스위벨과; 상기 스위벨의 하부에 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구와 압축공기와 급결제 주입구가 각각 연통되도록 형성된 이중관로드와; 상기 이중관로드의 하부에 일체로 연결되며, 시멘트밀크 및 혼합된 압축공기와 급결제를 분사시키는 분사노즐로 구성된 모니터와; 상기 모니터의 하부에 연결되며, 내측에 체크밸브가 구비된 굴착비트로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치를 이용한 주상형 구조체 시공방법은 지반을 일정한 직경 및 깊이로 굴착하여, 천공홀을 형성하면서 중압혼합분사 주입장치를 삽입하는 단계(S Ⅰ); 상기 중압혼합분사 주입장치에 시멘트밀크와 Y자관을 사용하여 시멘트밀크 및 혼합된 급결제와 압축공기를 이중관로드 및 모니터를 경유하여 상기 시멘트밀크 및 혼합된 급결제와 압축공기를 이송시킨 후, 상기 모니터의 분사노즐을 통해 지중에 시멘트밀크 및 혼합된 급결제와 압축공기를 분사시켜, 지반내의 토립자와 시멘트밀크와 혼합된 급결제와 압축공기를 혼합 교반시켜 지중에 소정의 크기의 구조체를 형성하는 단계(S Ⅱ)로 이루어짐을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치 및 이를 이용한 주상형 구조체 시공방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 슬라임량을 대폭적으로 감소시키는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 대상 지반에 관계없이 주상형 구조체의 형성이 가능한 장점이 있다.
셋째, 본 발명은 주상형 구조체의 크기와 강도를 조절할 수 있다.
넷째, 본 발명은 주상형 구조체의 형성이 균일하고 균질하게 조성할 수 있다.
다섯째, 본 발명에 사용되는 시멘트밀크는 친환경 내구성 급결제 사용하므로 환경친화적이다.
여섯째, 본 발명은 유속이 심한 구간에서도 시멘트밀크의 유실 없이 혼합분사가 가능한 장점이 있다.
일곱째, 본 발명은 불투수성의 차수벽체를 조성할 수 있는 장점이 있다.
여덟째, 본 발명은 고강도의 지반고결과 기초보강용 지지말뚝 조성이 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래의 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체 형성장치를 도시한 단면도,
도 2a 내지 2e는 종래의 시멘트밀크 중ㆍ고압분사를 통한 주상형 고결체를 시공하는 순서를 도시한 공정도,
도 3은 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치를 이용하여 지반을 개량하는 상태를 도시한 예시도.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치를 도시한 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치(A)는 일측에 급결제가 주입되는 유입관(110)이 구비되고, 타측에 압축공기가 주입되는 유입관(120)이 구비되며, 상기 혼합된 압축공기와 급결제가 혼합되어 배출되는 배출관(130)으로 구성된 Y자관(100)과; 상기 Y자관(100)의 배출관(130)에 연결되면서, 상기 혼합된 압축공기와 급결제가 이송되는 이송호스(200)와; 상기 이송호스(200)에 연결되며, 시멘트밀크를 주입하는 시멘트밀크 주입구(310)와 혼합된 압축공기와 급결제를 주입하는 압축공기와 급결제 주입구(320)가 형성된 스위벨(300)과; 상기 스위벨(300)의 하부에 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(310)와 압축공기와 급결제 주입구(320)가 각각 연통되도록 형성된 이중관로드(400)와; 상기 이중관로드(400)의 하부에 일체로 연결되며, 시멘트밀크 및 혼합된 압축공기와 급결제를 분사시키는 분사노즐(510)로 구성된 모니터(500)와; 상기 모니터(500)의 하부에 연결되며, 내측에 체크밸브(610)가 구비된 굴착비트(600)로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치(A)는 Y자관(100), 이송호스(200), 스위벨(300), 이중관로드(400), 모니터(500) 및 굴착비트(600)가 유기적으로 결합되어 이루어진 장치이다.
여기서, 상기 Y자관(100)은 전체적으로 Y자 형상으로 이루어지되, 일측에 급결제가 주입되는 유입관(110)이 구비되고, 타측에 압축공기가 주입되는 유입관(120)이 구비되며, 상기 일측의 유입관(110)과 타측의 유입관(120)을 통해 유입된 압축공기와 급결제가 그 내에서 혼합되어 외부로 배출되는 배출관(130)으로 구성된다.
특히, 상기 Y자관(100)은 강관 또는 플렉시블관으로 구성될 수도 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기 이송호스(200)는 Y자관(100)의 배출관(130)을 통해 혼합 이송된 압축공기와 급결제를 스위벨(300)에 이송시키기 위한 플렉시블 호스이며, 필요에 따라 강관으로 구성할 수도 있음을 밝혀둔다.
그리고, 상기 스위벨(300)은 시멘트밀크를 주입할 수 있는 시멘트밀크주입구(310)와 혼합된 압축공기와 급결제를 주입할 수 있는 압축공기와 급결제 주입구(320)로 구성되며, 상기 이송호스(200)와 이중관로드(400) 사이에 연결된다.
또한, 상기 스위벨(300)은 이중관로드(400) 회전시 시멘트밀크와 혼합된 압축공기와 급결제를 이중관로드(400)에 원활하게 공급할 수 있다.
그리고, 상기 이중관로드(400)는 스위벨(300)의 하부에 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(310)와 압축공기와 급결제 주입구(320)가 각각 연통되도록 내측관과 외측관으로 이루어진 이중관이다.
또한, 상기 모니터(500)는 내측관과 외측관의 이중관으로 구성되고, 상기 모니터(500)에는 측면으로 시멘트밀크 및 혼합된 압축공기와 급결제를 분사시키는 분사노즐(510)이 형성된다.
특히, 상기 이중관로드(400)와 모니터(500)는 이중관을 사용하지만 2.5Shot이다.
압축공기와 급결제는 Y자관(100)을 사용하여 주입함으로 1.5관이 되고, 시멘트밀크가 1관이 되어, 상기 Y자관(100)과 이중관로드(400) 및 모니터(500)가 2.5관이 되는 것이다.
즉, 상기 Y자관(100)과 이중관로드(400) 및 모니터(500)는 2.5관으로 구성되며, 천공시 천공수는 물과 압축공기를 사용하거나 물만을 사용할 경우가 있다.
특히, 상기 모니터(500)는 이중관으로 구성되되, 내측관은 시멘트밀크가 주입되고, 외측관은 압축공기와 급결제가 혼합되어 압송하여 분사노즐(510) 입구 내측에서 내측관과 연결하여 분사직전에 와류현상으로 시멘트밀크와 급결제와 압축공기를 혼합하여 분사한다.
여기서, 상기 분사노즐(510)은 모니터(500)에 12개가 나선형상으로 형성되되, 상기 모니터(500)의 전후좌우에 4개의 분사노즐(510)이 나선형상으로 3단으로 형성된다.
즉, 상기 분사노즐(510)은 12개로서 4열 3개의 분사노즐(510)이 기본이며, 상기 모니터(500)의 분사노즐(510) 8개로서 4열 2개의 분사노즐(510)로 사용할 경우와, 모니터(500)의 분사노즐(510) 4개로서 4열 1개의 분사노즐(510)로 사용할 경우가 있으며, 나선형(스크류타입)으로 모니터(500)에 20㎝ 길이 내에 배치 설치하여 2회 반복(20㎝식) 분사한다.
상기 분사노즐(510)의 사용수량은 토질과 용도에 따라 결정하여 사용함을 밝혀둔다.
즉, 모니터(500)의 분사노즐(510) 내를 크게 형성하여 그 속에서 분사노즐(510)을 통해 분사되기 전에 각각의 시멘트밀크와 압축공기와 급결제가 모여 와류현상 발생을 위하여 혼합하는 공간을 형성한다.
또한, 상기 분사노즐(510)은 12개를 사용하며, 상기 분사노즐(510)에서 시멘트밀크와 압축공기와 급결제가 혼합하여 분사노즐(510) 외부로 분사가 이루어진다.
이때, 상기 분사노즐(510)의 구경은 2∼4㎜를 사용하며, 분사노즐(510)은 수평분사노즐(510)이 4개에서 12개까지 설치되어, 시멘트밀크와 급결제와 압축공기의 분사가 지반의 공간을 확장시키고 슬라임 배출을 도와 천공홀(H)에 구조체(S)를 형성할 수도 있도록 한다.
한편, 상기 분사노즐(510)에는 필요에 따라 분사노즐(510)을 막을 수 있도록 고정마개(520)가 고정 설치된다.
도 5는 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치를 이용하여 지반을 개량하는 상태를 도시한 예시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치를 이용한 주상형 구조체 시공방법은 지반(B)을 일정한 직경 및 깊이로 굴착하여, 천공홀(H)을 형성하는 단계(S 1); 상기 천공홀(H)에 중압혼합분사 주입장치(A)를 삽입하는 단계(S 2); 상기 중압혼합분사 주입장치(A)에 시멘트밀크와 Y자관(100)을 사용하여 혼합된 급결제와 압축공기를 이중관로드(400) 및 모니터(500)를 경유하여 상기 혼합된 급결제와 압축공기를 이송시킨 후, 상기 모니터(500)의 분사노즐(510)을 통해 지중에 시멘트밀크 및 혼합된 급결제와 압축공기를 분사시켜, 지반내의 토립자와 시멘트밀크(G)와 혼합된 급결제와 압축공기를 혼합 교반시켜 지중에 소정의 크기의 구조체(S)를 형성하는 단계(S 3)로 이루어진다.
여기서, 상기 중압혼합분사 주입장치(A)는 일측에 급결제가 주입되는 유입관(110)이 구비되고, 타측에 압축공기가 주입되는 유입관(120)이 구비되며, 상기 혼합된 압축공기와 급결제가 혼합 배출되는 배출관(130)으로 구성된 Y자관(100)과; 상기 Y자관(100)의 배출관(130)에 연결되면서, 상기 혼합된 압축공기와 급결제가 이송되는 이송호스(200)와; 상기 이송호스(200)에 연결되며, 시멘트밀크를 주입하는 시멘트밀크 주입구(310)와 혼합된 압축공기와 급결제를 주입하는 압축공기와 급결제 주입구(320)가 형성된 스위벨(300)과; 상기 스위벨(300)의 하부에 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(310)와 압축공기와 급결제 주입구(320)가 각각 연통되도록 형성된 이중관로드(400)와; 상기 이중관로드(400)의 하부에 일체로 연결되며, 시멘트밀크 및 혼합된 압축공기와 급결제를 분사시키는 분사노즐(510)로 구성된 모니터(500)와; 상기 모니터(500)의 하부에 연결되며, 내측에 천공수 공급과 차단을 위한 체크밸브(610)가 구비된 굴착비트(600)로 구성된다.
또한, 상기 이중관로드(400)를 상향으로 10㎝씩 회전 인발하면서 분사노즐(510)을 통해 시멘트밀크와 혼합된 급결제와 압축공기를 중복하여 분사한다.
이하, 본 발명을 각 단계별로 나누어 상세히 설명한다.
천공홀 형성단계(S 1)는 지반(B)을 천공기를 이용하여 일정한 직경 및 깊이로 굴공하여 천공홀(H)을 형성한다.
상기한 천공홀(H)은 대구경일 경우에는 천공기를 사용하는 것이 시간적으로 경제적으로 바람직하나, 소구경일 경우에는 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치(A)의 굴착비트(600)를 이용하여 지반을 굴착할 수도 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치(A)의 굴착비트(600)를 이용할 경우에는 물과 제트류의 압축공기를 사용한 천공수를 사용하여 지반을 절삭하면서 천공하면, 굴공이 보다 쉽게 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치(A)의 굴착비트(600)를 이용하여 지반을 천공시 천공수 라인은 이중관로드(400)의 내측관에 굴착비트(600) 중앙부에서 수직 하향방향으로 설치하여 천공수를 분사하되, 상기 천공수 라인은 주입시 굴착비트(600) 내에 체크밸브(610)가 설치되어 있어 적정량의 천공수를 분사하면서 굴착비트(600)를 이용하여 지반을 분사 절삭한다.
한편, 지반천공시 토사지반을 굴착비트(600)가 회전하면서 마찰에 의하여 갈아서 지반을 굴착하는 것이 아니라 천공수를 분사압력에 의하여 압축공기와 함께 물을 고압력으로 토립자를 워터제트로 굴착비트(600) 외부로 밀어내어 천공하는 방식으로 천공이 이루어지므로 절삭에 비하여 천공속도가 매우 빠르다.
즉, 천공의 기본은 중압(10MPa) 이하의 천공수를 압송하여 지반내 이토를 교란시켜 지반을 확공시키면서 슬라임을 배출시키는 것으로, 토사천공이 불가능한 재질의 지반으로서 골재가 크거나 잡석은 갈아서(마모시켜) 굴착한다.
천공속도의 증진으로 천공시간이 단축됨으로써 천공의 효과가 우수하고, 지반을 이완 및 확장시켜 확실한 구조체(S) 형성과 품질이 우수한 고강도의 구조체(S) 형성으로 양호한 차수벽과 지반보강이 가능한 그라우팅을 할 수 있다.
여기서, 상기한 천공수는 일반 지하수를 사용하거나 청수를 사용하는 것이 바람직하며, 사용량이 많을 경우에는 물차를 사용하여 공급하며, 천공수 사용시에는 물과 압축공기를 Y자관을 사용하여 천공시 동시에 분사한다.
이어서, 중압혼합분사 주입장치(A) 삽입단계(S 2)는 일측에 주입재가 주입되는 유입관(110)이 구비되고, 타측에 압축공기가 주입되는 유입관(120)이 구비되며, 상기 압축공기와 급결제가 혼합되어 배출되는 배출관(130)으로 구성된 Y자관(100)과; 상기 Y자관(100)의 배출관(130)에 연결되면서, 상기 압축공기와 급결제가 이송되는 이송호스(200)와; 상기 이송호스(200)에 연결되며, 시멘트밀크 주입구(310)와 압축공기와 급결제 주입구(320)가 형성된 스위벨(300)과; 상기 스위벨(300)의 하부에 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(310)와 압축공기와 급결제 주입구(320)가 각각 연통되도록 형성된 이중관로드(400)와; 상기 이중관로드(400)의 하부에 일체로 연결되며, 시멘트밀크 및 압축공기와 급결제를 분사시키는 분사노즐(510)로 구성된 모니터(500)와; 상기 모니터(500)의 하부에 연결되며, 내측에 체크밸브(610)가 구비된 굴착비트(600)로 구성된 중압혼합분사 주입장치(A)를 삽입한다.
이어서, 구조체(S) 형성단계(S 3)는 중압혼합분사 주입장치(A)를 이용하여 시멘트밀크와 급결제와 압축공기를 혼합한 시멘트밀크(G)를 이중관로드(400) 및 모니터(500)를 경유하여 상기 시멘트밀크 및 압축공기와 급결제를 이송시킨 후, 상기 모니터(500)의 분사노즐(510)을 통해 지중에 시멘트밀크 및 급결제와 압축공기를 분사시켜, 지반내의 토립자와 시멘트밀크(G)를 혼합 교반시켜 지중에 소정의 크기의 구조체(S)를 형성하는 단계(S Ⅲ)로 이루어진다.
즉, 상기 혼합주입방식은 이중관로드 및 모니터(500)는 이중관을 사용하지만 2.5shot이다.
여기서, 상기 주입재는 시멘트밀크와 급결제의 혼합물로서, Y자관(100)을 사용하여 상기 Y자관(100)의 일측 유입관(110)에 압축공기를 주입하고, 타측의 유입관(120)에 급결제를 주입하여, 배출관(130)을 통해 압축공기와 급결제가 혼합 배출되도록 함으로, 상기 Y자관(100)이 1.5관이 되고, 시멘트밀크 주입관이 1관이 되어 2.5관이 되는 것이다.
한편, 상기 시멘트밀크는 교반기에서 시멘트와 물을 배합비에 맞춰서, 혼합하고, 급결제는 별도의 교반기에서 급결제와 물을 배합비에 맞춰서 혼합하여 압축공기와 급결제를 Y자관(100)을 통하여 스위벨의 시멘트밀크 주입구를 경유하여 이중관로드(400) 및 모니터(500)의 내측관으로 압송하고, 공기압축기에서 0.7∼2MPa의 압축공기와 급결제를 Y자관으로 이송하여 스위벨의 압축공기와 급결제 주입구를 통해 이중관로드(400) 및 모니터(500)의 외측관으로 압송한 후, 상기 모니터(500)의 분사노즐(510) 입구에서 시멘트밀크와 압축공기와 급결제를 혼합하여 분사노즐(510) 외측으로 중압분사시킨다.
여기서, 상기 시멘트밀크의 배합비는 기초용과 차수용으로 분리하여 사용량을 정해야 하며, 시멘트밀크를 기초용으로 사용할 경우에는 지반 강도를 요구함으로 시멘트량을 증가하면 할수록 강도가 높아지며, 대개 차수용보다 20% 정도 시멘트량을 더 사용한다.
한편, 차수용은 급결성이 중요하기에 급결제를 기초용보다 20% 더 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 급결제를 사용하지 않으면 지반에 시멘트밀크를 주입하더라도 천공홀 주변 정위치에서 시멘트밀크가 고결되지 않아 효과발현이 저조하여 구조체(S) 형성이 약해질 수가 있다.
또한, 상기 급결제는 친환경성 제품으로 시멘트와 규산소다를 사용하는 것을 나트륨을 줄이거나 중성화 급결제를 사용하여 비용탈하여 조기 급결성이 있으면서 내구성이 있다.
여기서 비용탈 비용해성은 규산소다 3호 생산시 나트륨성분을 감량으로 배합하여 생산한 제품을 사용토록 한다.
중성화제품은 해수와 접할 경우에 사용하며, 저알칼리제품은 일반적인 차수와 보강을 위하여 사용한다.
또한, 내구성 친환경 급결제를 사용한다.
시멘트밀크 주입시 중간에 급결제 주입기로 Y자관(100)을 사용하여 펌핑하는데 압축공기와 혼합하여 이중관로드(400)를 통하여 모니터(500)에서 압축공기와 시멘트밀크를 동시 혼합하여 분사노즐(510)에서 중압분사시킨다.
급결제 소요량은 토질과 용도에 따라 사용량을 증감시킬 수도 있다.
한편, 상기한 시멘트밀크와 압축공기와 급결제의 혼합물인 주입재는 차수용과 지반보강용으로 분리하여 수량을 달리하며, 차수용은 시멘트밀크를 감량하고, 급결제를 증가시켜 조기 급결하여 시멘트밀크가 유실됨이 없이 정위치에서 균질하고 균일한 크기의 구조체(S)를 조성하는 것이다.
또한 지반 기초 보강용은 시멘트밀크를 증가시키고, 급결제를 감소시켜 시멘트밀크의 유실없이 정위치에서 균질하고 균일한 크기의 고강도 구조체(S)를 조성하는 것이다.
그리고, 상기 압축공기는 공기압축기를 사용하며 0.7∼2.0MPa를 사용한다.
한편, 시멘트밀크 주입장비는 20∼40MPa의 장비의 성능을 가지면서 압력이 다르게 조절 가능한 장비를 사용한다.
압축공기 주입시 이송호스 중간에 Y자관(100)을 사용하여 급결제 주입용 장비를 사용하여 적정량을 혼합하여 주입한다.
주입장비는 고압장비를 사용하는데 시멘트밀크 주입시 대량의 시멘트밀크를 소구경의 노즐로서 고압 분사하며, 이 장비를 사용하여 주입시 대량의 시멘트밀크를 다수의 노즐로서 주입함으로써 분사시 노즐의 압력이 중압으로 분산하여 변질되어 분사된다.
한편, 상기한 바와 같이 분사노즐(510) 외측으로 중압혼합분사가 계속하여 이루어짐으로써 공기압축기는 계속하여 가동되며, 상기 이중관로드(400)를 상향으로 1사이클 20㎝중 10㎝씩 인발하면서 2회 반복 혼합하면 혼합의 정도가 상승되며, 이때 분사능력은 1사이클 10㎝씩 인상하며, 소요시간은 구조체(S)의 형상 등 모든 조건을 고려하여 4∼10초 간격으로 인발한다.
상기한 중압혼합분사 주입장치(A)의 주입압력은 20∼40MPa로서, 분사압력은 분사노즐(510) 4∼12개 사용시 2∼10MPa의 중압력으로 혼합 분사한다.
지반의 토사와 시멘트밀크를 지중에서 교반하여 고결강도가 점토 및 실트지반은 3∼8MPa이고, 사질토 및 역질토 지반은 10∼20MPa이며, 차수용 투수계수는 k=1×10-5∼7 ㎝/sec이다.
한편, 상기한 중압혼합분사 주입장치(A)의 주입효과는 작업시간 단축, 단가절감 및 품질개선의 목적으로 현장의 모든 조건(지하수의 유속, 토질, 구조체(S)의 크기와 강도 등)에 맞춰 확실하게 지반토사와 시멘트밀크를 혼합하여 최상으로 구조체(S)를 조성하여 주열식 차수벽체 및 기초용 파일을 형성한다.
천공시 지반을 확장 천공하여 흙의 삼상 중에서 토입자 중에서 조립자는 잔류하고 물과 압축공기 및 세립자 이하의 실트 및 점토 등의 극세립자는 시멘트밀크와 혼합시 강도와 차수성을 저하시키므로 슬라임으로써 최대한 많이 외부로 배출시킨 후, 시멘트밀크를 혼합 분사하여 지반의 조립자 이상의 토사와 혼합하면 고강도의 구조체(S) 형성 효과를 상승시킨다.
천공은 수직 또는 경사방향으로의 천공이 가능하며
본 발명에 따른 구조체(S)의 크기는 Φ200∼1,200㎜이다.
일축압축강도 실트질 점토는 σck=3∼10 MPa, 사질토는 σck=10∼20 MPa, 투수계수 k=1×10-5∼7 ㎝/sec이다.
상기한 바와 같은 단계로 이루어진 본 발명에 따른 중압혼합분사 주입장치(A)를 이용한 주상형 구조체 시공방법은 침투공법으로 차수공사시 맥상 할렬 주입되어 차수성이 부족하여 이것을 보완하기 위하여 중압혼합분사주입공법(SMG공법)을 적용하되, 상기 SMG공법은 굴착비트(600)를 사용하여 천공수와 압축공기를 송수하면서 천공하고, 모니터(500)에 12개의 분사노즐(510)을 전후좌우 네방향으로 나선형상으로 높낮이를 달리하면서 균등하게 배치하고, 시멘트밀크와 용탈이 적은 급결제와 압축공기를 혼합하여 고압력의 주입장비로 지반과 용도에 따라 분사노즐(510)의 수량을 증가 및 감량시키면서 중압력으로 이중관로드(400) 및 모니터(500)를 회전 분사시켜 사용하며, 지반을 절삭과 이완으로 미세입자의 슬라임을 배출할 수 있고, 목적물인 구조체(S)에 맞게 분사노즐(510)이 설치된 모니터(500)의 분사노즐(510)의 배치길이를 20㎝를 2회 분할하여 10㎝마다 용도에 맞춰 4∼10초 간격으로 인발함으로써, 지중에 잔류하는 토립자와 시멘트밀크를 중압혼합분사하여 직경 Φ200∼1,200㎜의 균일, 균질의 구조체(S)를 조성하여 차수그라우팅 표준규격으로 D 500㎜, 400㎜는 주열식 차수벽체로 사용하고, D 1,000㎜는 지반보강 기초용으로 사용할 수 있는 작용효과가 있다.
본 발명의 명세서에 기재한 바람직한 실시예는 예시적인 것으로서 한정적인 것은 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 나타나 있고, 그들 특허청구범위의 의미중에 들어가는 모든 변형예는 본 발명에 포함되는 것이다.
100: Y자관 110: 급결제 유입관
120: 압축공기 유입관 130: 배출관
200: 이송호스 300: 스위벨
310: 시멘트밀크 주입구 320: 급결제와 압축공기 주입구
400: 이중관로드 500: 모니터
510: 분사노즐 520: 고정마개
600: 굴착비트 610: 체크밸브
A: 중압혼합분사 주입장치 B: 지반
G: 시멘트밀크 H: 천공홀
S: 구조체

Claims (6)

  1. 강관 또는 플렉시블관으로 이루어지고, 일측에 급결제가 주입되는 유입관(110)이 구비되고, 타측에 압축공기가 주입되는 유입관(120)이 구비되며, 상기 주입된 압축공기와 급결제가 혼합되어 배출되는 배출관(130)으로 구성된 Y자관(100)과; 상기 Y자관(100)의 배출관(130)에 연결되면서, 상기 혼합된 압축공기와 급결제가 이송되는 플렉시블 이송호스(200)와; 상기 이송호스(200)에 연결되며, 시멘트밀크를 주입하는 시멘트밀크 주입구(310)와 혼합된 압축공기와 급결제를 주입하는 압축공기와 급결제 주입구(320)가 형성된 스위벨(300)과; 상기 스위벨(300)의 하부에 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(310)와 압축공기와 급결제 주입구(320)가 각각 연통되도록 형성된 이중관로드(400)와; 상기 이중관로드(400)의 하부에 일체로 연결되며, 시멘트밀크 및 혼합된 압축공기와 급결제를 분사시키는 분사노즐(510)로 구성된 모니터(500)와; 상기 모니터(500)의 하부에 연결되며, 내측에 체크밸브(610)가 구비된 굴착비트(600)로 구성되고, 상기 모니터(500)는 이중관으로 구성되되, 내측관은 시멘트밀크가 주입되고, 외측관은 압축공기와 급결제가 혼합되어 압송하여 분사노즐(510) 입구 내측에서 내측관과 연결하여 분사직전에 와류현상으로 시멘트밀크와 급결제와 압축공기를 혼합하여 분사하며, 상기 분사노즐(510)은 모니터(500)에 12개가 나선형상으로 형성되되, 상기 모니터(500)에 전후좌우 4개의 분사노즐(510)이 나선형상으로 3단으로 형성되며, 상기 분사노즐(510)은 구경 2∼4mm를 사용하며, 상기 분사노즐(510)의 사용수량에 따라 미분사시 상기 분사노즐(510)을 막을 수 있도록 고정마개(520)가 설치됨을 특징으로 하는 중압혼합분사 주입장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 지반(B)을 천공기를 이용하여 일정한 직경 및 깊이로 굴착하여, 천공홀(H)을 형성하는 단계(S 1);
    상기 천공홀(H)에 강관 또는 플렉시블관으로 이루어지고, 일측에 급결제가 주입되는 유입관(110)이 구비되고, 타측에 압축공기가 주입되는 유입관(120)이 구비되며, 상기 주입된 압축공기와 급결제가 혼합되어 배출되는 배출관(130)으로 구성된 Y자관(100)과; 상기 Y자관(100)의 배출관(130)에 연결되면서, 상기 혼합된 압축공기와 급결제가 이송되는 플렉시블 이송호스(200)와; 상기 이송호스(200)에 연결되며, 시멘트밀크를 주입하는 시멘트밀크 주입구(310)와 혼합된 압축공기와 급결제를 주입하는 압축공기와 급결제 주입구(320)가 형성된 스위벨(300)과; 상기 스위벨(300)의 하부에 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(310)와 압축공기와 급결제 주입구(320)가 각각 연통되도록 형성된 이중관로드(400)와; 상기 이중관로드(400)의 하부에 일체로 연결되며, 시멘트밀크 및 혼합된 압축공기와 급결제를 분사시키는 분사노즐(510)로 구성된 모니터(500)와; 상기 모니터(500)의 하부에 연결되며, 내측에 체크밸브(610)가 구비된 굴착비트(600)로 구성되고, 상기 모니터(500)는 이중관으로 구성되되, 내측관은 시멘트밀크가 주입되고, 외측관은 압축공기와 급결제가 혼합되어 압송하여 분사노즐(510) 입구 내측에서 내측관과 연결하여 분사직전에 와류현상으로 시멘트밀크와 급결제와 압축공기를 혼합하여 분사하며, 상기 분사노즐(510)은 모니터(500)에 12개가 나선형상으로 형성되되, 상기 모니터(500)에 전후좌우 4개의 분사노즐(510)씩 나선형상으로 3단으로 형성되며, 상기 분사노즐(510)은 구경 2∼4mm를 사용하며, 상기 분사노즐(510)의 사용수량에 따라 미분사시 상기 분사노즐(510)을 막을 수 있도록 고정마개(520)가 설치된 중압혼합분사 주입장치(A)를 삽입하는 단계(S 2);
    상기 중압혼합분사 주입장치(A)에 Y자관(100)을 사용하여 시멘트밀크와 급결제와 압축공기를 이송시킨 후, 상기 모니터(500)의 분사노즐(510)을 통해 지중에 시멘트밀크 및 급결제와 압축공기를 분사시켜, 지반 내의 토립자와 시멘트밀크(G)와 혼합된 급결제와 압축공기를 혼합 교반시켜 지중에 소정의 크기의 구조체(S)를 형성하되, 상기 시멘트밀크는 교반기에서 시멘트와 물을 배합비에 맞춰서 혼합하고, 급결제는 별도의 교반기에서 급결제와 물을 배합비에 맞춰서 혼합하여 압축공기와 급결제를 Y자관(100)을 통하여 스위벨(300)의 시멘트밀크 주입구를 통해 이중관로드(400) 및 모니터(500)의 내측관으로 압송하고, 공기압축기에서 0.7∼2MPa의 압축공기와 급결제를 Y자관(100)으로 이송하여 스위벨(300)의 압축공기와 급결제 주입구를 통해 이중관로드(400) 및 모니터(500)의 외측관으로 압송한 후, 상기 모니터(500)의 분사노즐(510) 입구에서 시멘트밀크와 압축공기와 급결제를 혼합하여 분사노즐(510) 외측으로 중압분사시키며, 상기 분사노즐(510)의 외측으로 중압혼합분사가 계속하여 이루어짐으로써 공기압축기는 계속하여 가동되며, 상기 이중관로드(400)를 상향으로 1사이클 20㎝중 10㎝씩 인발하면서 2회 반복 혼합하면 혼합의 정도가 상승되며, 이때 분사능력은 1사이클 10㎝씩 4∼10초 간격으로 인발하며, 상기 중압혼합분사 주입장치(A)의 주입압력은 20∼40MPa로서 분사압력은 분사노즐(510) 4∼12개 사용시 2∼10MPa의 중압력으로 혼합 분사하여 구조체(S)를 형성하는 단계(S 3)로 이루어짐을 특징으로 하는 중압혼합분사 주입장치를 이용한 주상형 구조체 형성방법.
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