KR101569870B1 - Ｃｉｐ용 보강과 차수 그라우팅장치 및 이를 이용한 ｃｉｐ식 지반 차수 보강 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치 및 이를 이용한 CIP식 지반 차수 보강 방법에 관한 것으로, 천공홀들의 간격을 유지하여 시공성을 향상하면서도 말뚝들 사이를 간단한 방법을 통해 차수와 보강함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치는, 지중의 천공홀에 삽입되며 상기 천공홀에 주입되는 그라우트재에 의해 정착되는 보강체(110)와; 상기 보강체의 둘레부에 설치되며 상기 그라우트재가 이웃하는 천공홀을 회피하여 상기 천공홀의 주변에 침투 그라우팅되도록 하는 호스 보호수단과; 다단의 분사공이 구비된 관형이며 상기 천공홀 안에 설치되어 상기 호스 보호수단을 통해 상기 분사공의 전방이 지반으로 유지된 상태에서 차수 그라우트재를 이웃하는 천공홀을 향해 침투 분사하여 차수 그라우팅층을 시공하는 차수 그라우팅 호스(123)를 포함하고, 상기 호스 보호수단은 내부에 공간이 형성된 형태이며 상기 보강체에 고정되면서 상기 차수 그라우팅 호스의 분사공을 폐쇄하지 않도록 감싸 보호하는 보호 튜브(121), 상기 보호 튜브 안에 충진되는 벤토나이트의 충진재(122)로 이루어진다.
본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치를 이용한 CIP식 지반 차수 보강 방법은, 지중에 주열식으로 다수의 천공홀(1)을 천공하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 천공된 천공홀 안에 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치(100)를 삽입 설치하는 제2단계와; 상기 제2단계 이후 상기 천공홀 안을 그라우팅하여 그라우팅층(2)을 형성하는 제3단계와; 상기 제3단계 이후 상기 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치를 통해 상기 천공홀들 사이를 차수 그라우팅하여 차수 그라우팅층(3)을 형성하는 제4단계를 포함한다.

Description

ＣＩＰ용 보강과 차수 그라우팅장치 및 이를 이용한 ＣＩＰ식 지반 차수 보강 방법{APPARATUS FOR REINFORCING AND WATERPROOF GROUTING OF CIP, AND METHOD FOR WATERPROOF-REINFORCE GROUTING GROUND}

본 발명은 CIP식 지반 차수 보강 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중의 천공홀의 주변을 견실하게 그라우팅함과 아울러 천공홀들 사이을 차수 보강하는 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치 및 이를 이용한 CIP식 지반 차수 보강 방법에 관한 것이다.

일반적으로 지반 보강과 차수를 위하여 지중에 구근을 시공하는 지반 개량 공법이 있다.

이러한 지반 개량체는 충분한 강성을 가짐으로써 배면 토사의 토압 등으로 인한 붕괴를 방지할 수 있어야 할 뿐 아니라 배면 토사로부터의 물이 내부로 유입됨으로써 지반 침하 등을 방지할 수 있도록 차수 처리가 되어야 할 것이 요구되고 있다.

이에 상기와 같은 관점에서 종래로부터 다양한 방식으로 흙막이 공법이 개발되어 왔으며 이러한 종래의 지반 개량 공법으로는 CIP(CAST IN PLACE PILE) 공법이 있다.

CIP 공법은 일종의 주열(柱列)식 현장타설 말뚝 공법으로서, 지반 상에 보링 머신 등을 이용하여 소정 직경으로 구멍을 천공하고, 이 천공된 구멍 내에 철근 조립체 또는 H-형강 파일 등의 보강체를 삽입한 다음, 그 나머지 부위에 자갈을 채우고 채움재(예컨대 시멘트, 레미콘)를 타설함으로써 지반 보강체를 형성하는 방식이다.

종래 CIP 공법은 다수의 말뚝들이 주열식으로 시공되고, 이웃하는 말뚝들 사이에 틈새가 발생될 수밖에 없기 때문에 이 틈새로 누수가 발생되고 심할 경우 배면의 토사가 유출될 수도 있다. 또한, 지하수의 유속이 빠른 지반토질(사질ㆍ력질토등)에서는 직접 수압으로 지하 굴착 시 물이 새는 문제도 있다.

특허문헌 1(등록특허 제10-0503290호)은 지하구조물의 시공을 위해 땅을 굴착하고, 토사의 무너짐을 방지하기 위하여 CIP 공사, SCW 공사, SW 공사 등을 수행함에 있어서, 말뚝들의 비수직성으로 인한 틈새로 누수가 발생될 경우 그것을 방지하기 위한 그라우팅 공법에 있어서, CIP 등의 말뚝 사이의 이격으로 인한 누수부위를 확인 및 설정하는 단계; 누수량과 구체적인 누수상태, 누수면적, 토질의 종류 등을 조사하여 그라우팅을 위한 작업방법과 각종 장비 및 필요 물건의 투입계획을 수립하는 단계; 말뚝 사이 누수 부위의 이물질을 제거한 후, 말뚝의 제살이 나온 부위에 씰링한 후 주입구를 설치하는 단계; 미리 설계된 배합비에 따라 해당 재료들을 배합하여 혼합 그라우팅재를 만든 후, 상기 주입구를 통해 그 혼합 그라우팅재를 주입하고 최종 주입 마감을 결정하는 단계; 및 계획 굴착면 이하 소정 깊이까지 누수시 전면 방수 그라우팅을 실시한 후, 되메우기를 하여 작업을 완료하는 단계로 이루어지며, 말뚝들 사이의 누수 부위를 방수재의 주입으로 방수하는 것으로, 말뚝들 사이의 간격이 넓은 경우 비현실적이고 한편 말뚝들 사이의 간격을 좁게 하는데 한계가 있기 때문에 시공성이 좋지 못하다.

특허문헌 2(등록특허 제10-0898224호)는 흙막이 엄지말뚝으로 사용하는 오뚝이튜브; 상기 오뚝이튜브는 정해진 간격으로 지반에 보링한 구멍에 오뚝이튜브를 삽입한 후 내부에 콘크리트를 채워서 오뚝이튜브 엄지말뚝으로 구성하며 ; 및 오뚝이튜브의 형상은 강관 중심 X, Y축에서 시계 반대 방향으로 1분면 0°에서 45°, 2분면의 135°에서 180°구간을 강봉으로 튜브 원주의 1/8(45°)만큼 내측으로 밀어 넣고, 3분면과 4분면은 각각 22.5°씩 45°에 해당하는 부분을 직선 형태로 제작하여 오뚝이 단면 형상을 이루며; 및 오뚝이 단면 형상의 직선 부분이 건물 지하의 내측 즉 띠장이 설치되는 쪽을 향하고, 원주의 1/8만큼 내측으로 들어간 부분에 인접하여 변형 CIP 말뚝과 CIP 말뚝이 형성되고 ; 상기 오뚝이튜브 엄지말뚝의 찌그러진 면에 맞대고 보링한 변형 CIP 말뚝: 및 인접 오뚝이튜브 엄지말뚝의 찌그러진 면과 상기 변형 CIP말뚝을 갉아 먹어야 할 면에 맞춰서 지반을 보링하여 설치한 CIP 말뚝으로 구성된 3개의 말뚝 중심축을 1조의 아치형 말뚝 단위로 반복 시공하며; 상기 변형 CIP 말뚝과 CIP 말뚝에는 철근망을 삽입 후 콘크리트를 타설하여 지하 토압과 수압에 저항하는 구조부재 역할을 하는 것으로, 엄지말뚝을 CIP 말뚝 사이에 설치하여 차수한다 할 수 있지만 말뚝들의 근접시공이 어려워 현실성이 떨어진다.

등록특허 제10-0503290호 등록특허 제10-0898224호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 천공홀들의 간격을 유지하여 시공성을 향상하면서도 말뚝들 사이를 간단한 방법을 통해 차수와 보강하는 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치 및 이를 이용한 CIP식 지반 차수 보강 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치는, 지중의 천공홀에 삽입되며 상기 천공홀에 주입되는 그라우트재에 의해 정착되는 보강체와; 상기 보강체의 둘레부에 설치되며 상기 그라우트재가 이웃하는 천공홀을 회피하여 상기 천공홀의 주변에 침투 그라우팅되도록 하는 호스 보호수단과; 다단의 분사공이 구비된 관형이며 상기 천공홀 안에 설치되어 상기 호스 보호수단을 통해 상기 분사공의 전방이 지반으로 유지된 상태에서 차수 그라우트재를 이웃하는 천공홀을 향해 침투 분사하여 차수 그라우팅층을 시공하는 차수 그라우팅 호스를 포함하고, 상기 호스 보호수단은 내부에 공간이 형성된 형태이며 상기 보강체에 고정되면서 상기 차수 그라우팅 호스의 분사공을 폐쇄하지 않도록 감싸 보호하는 보호 튜브, 상기 보호 튜브 안에 충진되는 충진재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치를 이용한 CIP식 지반 차수 보강 방법은, 지중에 주열식으로 다수의 천공홀(1)을 천공하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 천공된 천공홀 안에 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치(100)를 삽입 설치하는 제2단계와; 상기 제2단계 이후 상기 천공홀 안을 그라우팅하여 그라우팅층(2)을 형성하는 제3단계와; 상기 제3단계 이후 상기 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치를 통해 상기 천공홀들 사이를 차수 그라우팅하여 차수 그라우팅층(3)을 형성하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치 및 이를 이용한 CIP식 지반 차수 보강 방법에 의하면, 지중의 천공홀들의 간격을 확보하여 천공홀의 붕괴를 유발하지 않으므로 견실한 지반 차수 보강의 개량체를 시공하고, 천공홀들 사이를 차수 그라우팅하여 천공홀들 사이를 통한 누수를 확실하게 방지함으로써 누수에 의한 지반 침하도 방지하며, 특히, 차수 그라우팅 호스의 분사공을 통해 차수 그라우트재가 정상적으로 분사됨으로써 지반 개량 방법으로서의 신뢰성을 향상한다.

도 1은 본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치의 평면도.
도 3은 본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치에 적용된 보호 튜브의 다른 예를 보인 평면도.
도 4는 본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치를 이용한 CIP식 지반 개량 공정도.
도 5는 본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치에 적용된 호스 보호수단의 다른 예를 보인 평면도.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치(100)는, 보강체(110)와 차수 그라우팅기(120)로 구분된다.

보강체(110)는 도면에 도시된 철근망[다수의 종철근(111)과 다단의 링철근(112)]일 수 있고, 물론, H 빔 등 CIP에서 사용되는 다양한 자재의 사용이 가능하다.

차수 그라우팅기(120)는 호스 보호수단으로서 보호 튜브(121) 및 충진재(122), 그리고, 차수 그라우팅을 위한 차수 그라우팅 호스(123)로 구성된다.

보호 튜브(121)는 그라우팅시 그라우트재에 의해 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공이 막히지 않도록 하여 차수 그라우팅 호스(123)를 보호하는 것이며, 내부에 충진재(122)가 충진되는 중공형의 튜브이고 외력에 의해 형태가 변하는 유연성 있는 재질(비닐 등)로 이루어지고, 재질의 특성 상 그라우팅시 형태가 변형되면서 파손없이 충진재(122)와 차수 그라우팅 호스(123)를 보호한다.

보호 튜브(121)는 차수 그라우팅 호스(1123)의 분사공(124)을 통해 차수 그라우트재가 천공홀의 외부로 분사되도록 하여야 하며, 예를 들어 차수 그라우트재의 분사 압력에 의해 찢어지는 재질, 차수 그라우트재의 분사 압력에 의해 찢어지거나 홀이 형성되도록 특정 부분만 약한 구조 또는 도 3에처럼 보호 튜브(121)에 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공(124)과 연통하는 분사공(125)이 구비되고 이 분사공(125)이 체크밸브띠(126)로 막힌 구조 등이 가능하다. 체크밸브띠(126)는 둘레부 중 일부분만 보호 튜브(121)의 외부에 부착되어 외부에서 분사공(125)의 안으로 침투하는 것을 막는 한편 반대로 분사공(125)을 통해서 외부로 분사되는 것을 간섭하지 않는다.

보호 튜브(121)는 보강체(110)에 고정(밴딩, 접착 등)되어 보강체(110)와 함께 단일 공정으로 설치된다.

충진재(122)는 보호 튜브(121)에 의해 그라우트재가 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공을 막지 못하도록 하는 것이며, 보호 튜브(121)가 유연성이 있는 재질이기 때문에 보호 튜브(121)만 사용하는 경우 차수 그라우팅 호스(123)를 효과적으로 보호하지 못하고, 충진재(122)는 보호 튜브(121)를 보완하여 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공을 보호하는 것이다. 즉, 보호 튜브(121)와 충진재(122)는 상호 보완하여 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공을 그라우트재로부터 보호하는 것이다.

충진재(122)는 차수 그라우팅시 차수 그라우트재와 함께 차수 그라우트층을 형성하는 재료가 바람직하고, 예를 들어 벤토나이트가 바람직하다. 벤토나이트는 시중에서 판매되고 있는 제품이 사용된다.

충진재(122)는 보호 튜브(121) 안에 미리 충진된 후 삽입 설치되는 방법, 보호 튜브(121)를 천공홀에 삽입 설치한 후에 보호 튜브(121) 안에 충진될 수도 있다.

차수 그라우팅 호스(123)는 천공홀들 사이에 차수 그라우트재를 분사하여 차수 그라우팅층을 형성하는 것이며, 상부에 주입단이 형성되고 둘레부에 다단으로 분사공(124)이 형성된 예컨대 PE 재질이다.

차수 그라우팅 호스(123)는 분사공(124)이 이웃하는 천공홀을 향하도록 설치되고, 보호 튜브(121)에 부착이나 밴딩 등을 통해 고정되어 분사공(124)의 위치가 변경되지 못하도록 하는 것이 바람직하다. 도면에서 차수 그라우팅 호스(123)가 보호 튜브(121) 안에 삽입되는 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 아니하고 차수 그라우팅 호스(123)는 보호 튜브(121)의 외부에 분사공(124)이 이웃하는 천공홀을 향하도록 고정(고정과 별도의 삽입 모두 가능)되는 것도 가능하다.

본 발명에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치를 이용한 CIP식 지반 차수 보강 방법은 다음과 같다(도 4 참고).

1. 천공.

지중에 공지의 장비를 이용하여 다수의 천공홀(1)을 주열식으로 천공한다.

2. CIP용 보강과 차수 그라우팅장치 설치.

보강체(110)와 차수 그라우팅기(120)의 조립체를 천공홀(1) 안에 삽입 설치하고, 이때, 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공(124)이 이웃하는 천공홀(1)을 향하도록 한다.

3. 그라우팅.

천공홀(1) 내부에 그라우트재를 주입하여 그라우팅한다. 그라우팅시 그라우팅 압력에 의해 보호 튜브(121)가 천공홀(1)의 벽면을 향해 변형되며 즉 차수 그라우팅 호스(123)를 중심으로 하여 양측으로 보호벽이 생기게 되고, 따라서, 그라우트재의 일부가 천공홀(1) 주변의 지중에 침투하게 되는데, 이때, 보호 튜브(121)에 의해 그라우트재가 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공(124) 앞쪽을 향해 침투하지 못하여 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공(124) 전방에는 그라우트재가 없는 지반층의 상태이다. 따라서, 천공홀(1) 주변에는 그라우팅층(2)이 시공되고, 이 그라우팅층(2)은 천공홀(1)들 사이에 침투하지 않은 형태이다.

4. 차수 그라우팅.

차수 그라우팅 호스(123)의 주입단을 통해 차수 그라우트재를 주입(바람직하게 가압 주입)한다.

차수 그라우트재는 차수 그라우팅 호스(123) 내부에 공급된 후 분사공(124)을 통해 분사되려하며, 분사공(124) 앞을 막고 있는 보호 튜브(121)의 부분에 큰 압력이 가해지기 때문에 보호 튜브(121)가 찢어지게 되고 따라서, 차수 그라우트재가 천공홀(1) 주변의 지중에 침투되어 차수 그라우팅층(3)을 형성한다. 차수 그라우팅층(3)은 선 시공된 그라우팅층(2)과 일체로 합성됨으로써 차수와 보강 모두를 증대한다.

이로써, 주열식의 차수 및 지반 보강체가 완성된다.

지금까지는 차수 그라우팅기(120)가 유연성 있는 보호 튜브(121)와 충진재(122) 및 차수 그라우팅 호스(123)인 것으로 설명하였으나, 보호 튜브(121)는 유연성이 없어 형태가 변하지 않는 것도 가능하고 단 그라우트 압력에 의해 파손되지 않는 강도이어야 한다.

또한, 보호 튜브(121)와 충진재(122)는 도 3에서 보이는 것처럼, 차수 그라우팅 호스(123)를 보호하는 단일의 호스 보호수단(130)으로 대체될 수 있다.

호스 보호수단(130)은 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공(124)을 개방하는 상태로 차수 그라우팅 호스(123)를 덮어 지지하는 호스 지지부(131), 호스 지지부(131)의 좌우 양측으로 연장 형성되며 그라우트재를 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공(124)을 막지 않는 방향으로 유도하는 날개부(132), 호스 지지부(131)와 연결되며 보강체(110)에 고정되는 보강체 연결부(133)로 구성된다.

또한, 호스 보호수단은 별도로 구성되지 않고 차수 그라우팅 호스(123)에 분사공(124)을 중심으로 하여 좌우 양측으로 연장 형성되는 일체형인 것도 가능하다.

1 : 천공홀,
100 : CIP용 보강과 차수 그라우팅장치,
110 : 보강체, 120 : 차수 그라우팅기
121 : 보호 튜브, 122 : 충진재
123 : 차수 그라우팅 호스, 124 : 분사공

Claims (7)

1. 지중의 천공홀에 삽입되며 상기 천공홀에 주입되는 그라우트재에 의해 정착되는 보강체와;
   상기 보강체의 둘레부에 설치되며 상기 그라우트재가 이웃하는 천공홀을 회피하여 상기 천공홀의 주변에 침투 그라우팅되도록 하는 호스 보호수단과;
   다단의 분사공이 구비된 관형이며 상기 천공홀 안에 설치되어 상기 호스 보호수단을 통해 상기 분사공의 전방이 지반으로 유지된 상태에서 차수 그라우트재를 이웃하는 천공홀을 향해 침투 분사하여 차수 그라우팅층을 시공하는 차수 그라우팅 호스를 포함하고,
   상기 호스 보호수단은 내부에 공간이 형성된 형태이며 상기 보강체에 고정되면서 상기 차수 그라우팅 호스의 분사공을 폐쇄하지 않도록 감싸 보호하는 보호 튜브(121), 상기 보호 튜브 안에 충진되는 충진재(122)를 포함하며,
   상기 보호 튜브는 그라우팅시 그라우트재의 주입 압력에 의해 밀리면서 상기 차수 그라우팅 호스를 상기 천공홀의 벽면에 밀착시켜 상기 분사공을 보호하는 연질인 것을 특징으로 하는 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 지중의 천공홀에 삽입되며 상기 천공홀에 주입되는 그라우트재에 의해 정착되는 보강체와;
   상기 보강체의 둘레부에 설치되며 상기 그라우트재가 이웃하는 천공홀을 회피하여 상기 천공홀의 주변에 침투 그라우팅되도록 하는 호스 보호수단과;
   다단의 분사공이 구비된 관형이며 상기 천공홀 안에 설치되어 상기 호스 보호수단을 통해 상기 분사공의 전방이 지반으로 유지된 상태에서 차수 그라우트재를 이웃하는 천공홀을 향해 침투 분사하여 차수 그라우팅층을 시공하는 차수 그라우팅 호스를 포함하고,
   상기 호스 보호수단은 내부에 공간이 형성된 형태이며 상기 보강체에 고정되면서 상기 차수 그라우팅 호스의 분사공을 폐쇄하지 않도록 감싸 보호하는 보호 튜브(121), 상기 보호 튜브 안에 충진되는 충진재(122)를 포함하며,
   상기 보호 튜브는 상기 차수 그라우팅 호스의 분사공과 연통하는 분사공이 형성되고, 상기 보호 튜브의 분사공은 상기 보호 튜브의 외부 부착되어 차수 그라우트재가 상기 보호 튜브의 분사공을 통해 외부를 향해 분사되도록 하는 체크밸브에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치.
5. 지중의 천공홀에 삽입되며 상기 천공홀에 주입되는 그라우트재에 의해 정착되는 보강체와;
   상기 보강체의 둘레부에 설치되며 상기 그라우트재가 이웃하는 천공홀을 회피하여 상기 천공홀의 주변에 침투 그라우팅되도록 하는 호스 보호수단과;
   다단의 분사공이 구비된 관형이며 상기 천공홀 안에 설치되어 상기 호스 보호수단을 통해 상기 분사공의 전방이 지반으로 유지된 상태에서 차수 그라우트재를 이웃하는 천공홀을 향해 침투 분사하여 차수 그라우팅층을 시공하는 차수 그라우팅 호스를 포함하고,
   상기 호스 보호수단은 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공(124)을 개방하는 상태로 상기 차수 그라우팅 호스(123)를 덮어 지지하는 호스 지지부(131), 호스 지지부(131)의 좌우 양측으로 연장 형성되며 그라우트재를 차수 그라우팅 호스(123)의 분사공(124)을 막지 않는 방향으로 유도하는 날개부(132), 호스 지지부(131)와 연결되며 보강체(110)에 고정되는 보강체 연결부(133)로 구성되는 것을 특징으로 하는 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치.
6. 삭제
7. 지중에 주열식으로 다수의 천공홀을 천공하는 제1단계와;
   상기 제1단계에서 천공된 천공홀 안에 청구항 1 또는 청구항 4 또는 청구항 5에 의한 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치를 삽입 설치하는 제2단계와;
   상기 제2단계 이후 상기 천공홀 안을 그라우팅하여 그라우팅층을 형성하는 제3단계와;
   상기 제3단계 이후 상기 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치를 통해 상기 천공홀들 사이를 차수 그라우팅하여 차수 그라우팅층(3)을 형성하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CIP용 보강과 차수 그라우팅장치를 이용한 CIP식 지반 차수 보강 방법.

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