KR101641467B1

KR101641467B1 - 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법

Info

Publication number: KR101641467B1
Application number: KR1020150131901A
Authority: KR
Inventors: 김효숙; 김인철
Original assignee: 김효숙
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2016-07-20

Abstract

본 발명은 정착장 구간에 확대구근을 형성하기 위해, 천공수에 의한 확대굴착 및 슬라임 배토 또는 교반시 압축공기를 사용하지 않고, 그라우트액의 주입과 동시에 원지반 상태에서 원지반을 절삭하고 그라우트액과 교반함으로써 주변지반의 침하 억제와 최소의 시멘트량으로 확대구근을 형성하고, 확대구근의 중심부에 소일시멘트가 시멘트로 대체되고, 내부 시멘트 구근에 앵커 조립체가 위치되어 정착됨으로써 보다 큰 인발저항력을 발휘할 수 있도록 한 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법을 제공한다. 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, (a) 토사지반에 자유장 구간까지 아웃케이싱을 인입시킴과 동시에 아웃케이싱의 내부에 수압을 주입하여 천공 작업을 실시하는 단계와; (b) 확대굴착 교반장치를 아웃케이싱의 내부로 삽입한 후, 인너롯드의 내부 통로를 통해 물-시멘트의 비율이 100%~180%로 이루어진 시멘트 그라우트액을 주입펌프의 압력(10㎏/㎠ ~ 25㎏/㎠)만으로 주입하여 확대굴착 교반장치의 선단에서 분사함과 동시에 확대굴착 교반장치의 확대 굴착 및 교반 작업을 통해 정착장 구간에서 소일시멘트를 이루는 확대구근을 형성하는 단계와; (c) 상기 아웃케이싱을 정착장 구간의 막장까지 추가적으로 더 관입시켜 확대굴착 교반장치가 아웃케이싱의 선단부 내부로 위치되는 단계와; (d) 상기 확대굴착 교반장치의 선단에서 물-시멘트의 비율이 50% 이하로 이루어진 시멘트 그라우트액을 재분사시켜 상기 아웃케이싱의 내부로 그라우팅을 실시하여 확대구근의 중심부에 소일시멘트가 시멘트로 대체되어 내부 시멘트 구근을 형성하는 단계와; (e) 상기 아웃케이싱의 선단부에 위치한 확대굴착 교반장치를 아웃케이싱의 외부로 인발해내는 단계와; (f) 상기 아웃케이싱의 내부로 앵커 조립체를 삽입하여 앵커 조립체의 내하체를 정착장 구간의 시멘트 구근 내에 위치시켜 놓는 단계와; (g) 상기 (d)단계에서의 그라우트액이 경화되기 이전에 상기 아웃케이싱을 토사지반에서 인발 제거하는 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.

Description

확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법{Ground anchor construction method for anchoring area extended improvement using extended excavation agitator}

본 발명은 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법에 관한 것으로, 특히 정착장 구간에 확대구근을 형성하기 위해, 천공수에 의한 확대굴착 및 슬라임 배토 또는 교반시 압축공기를 사용하지 않고, 그라우트액의 주입과 동시에 원지반 상태에서 원지반을 절삭하고 그라우트액과 교반함으로써 주변지반의 침하 억제와 최소의 시멘트량으로 확대구근을 형성하고, 확대구근의 중심부에 소일시멘트가 시멘트로 대체됨으로써 확대구근의 중심부에는 내부 시멘트 구근이 형성되고, 이 내부 시멘트 구근에 앵커 조립체가 위치되어 정착됨으로써 보다 큰 인발저항력을 발휘할 수 있도록 한 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법에 관한 것이다.

일반적으로 토사지반(특히 N값이 15이하인 연약한 토사지반)에 그라운드 앵커를 정착해야 하는 경우, 천공 및 주입 과정에서 발생하는 여러 가지 요인들로 인해 목표로 하는 정착력(앵커의 지지력)을 일정하게 확보하기가 어렵고 토사지반의 특성상 지반의 전단응력에 한계가 있어서 앵커 1공당 정착할 수 있는 정착력에도 제한이 따른다.

따라서 설치해야 하는 앵커의 수량도 증가하게 되고 이에 따른 공사비 및 공사기간 증가는 물론 앵커 상호간의 정착력 중첩 현상, 천공(수세식) 과정에서 기 시공된 앵커공에 미치는 영향에 따른 시공품질의 저하(앵커공의 수평간격 조밀), 천공 작업 시 천공수 및 굴착슬라임의 배토 과정에 따른 배면 지반 침하현상 발생 등 다양한 문제들을 일으키고 있는 것이 현재의 실정이다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 공개특허 공개번호 제10-2009-0094734호(토사면 안정화 공법)이 제안되어 있다. 이는 수압에 의해 암이 펼쳐지면서 회전하는 천공장치에 확장홀을 천공하고 난 후, 바닥에서부터 정착장 천공홀 상부까지 천공장치를 회전시키면서 서서히 끌어올려 정착장 확공홀 내부에 시멘트 페이스트를 주입하는 방법으로 이루어진다. 이 경우 천공수에 의한 확대굴착 및 슬라임 배토로 확장홀 주변 지반의 교란과 침하를 피할 수 없을 뿐만 아니라 확장홀을 둘러싼 주변 지반이 붕괴될 수 있고 주입된 시멘트 페이스트는 확공홀 천공시 배토되고 남은 소량의 슬라임과 교반되어 소일 시멘트를 형성하므로 시멘트량이 많이 소요되는 문제가 남는다.

본 발명의 배경이 되는 다른 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1481123호(연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법)이 제안되어 있다. 이 공법에 사용된 연약지반용 확장 천공 장치는 굴절형 정착날개 정착 단계에서 지상에서 당김줄을 잡아당겨 고정밴드를 절단시켜, 탄성력이 발휘되는 탄성부재에 의해 굴절형 정착날개가 확장되는 방법을 채택하고 있어 구성이 복잡해지고, 슬라임을 배출할 수 있는 구조가 없어 순수한 시멘트 구근을 시공할 수 없는 단점이 있다.

한국 공개특허 공개번호 제10-2009-0094734호(토사면 안정화 공법) 한국 등록특허 등록번호 제10-1481123호(연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법)

본 발명은 정착장 구간에 확대구근을 형성하기 위해, 천공수에 의한 확대굴착 및 슬라임 배토 또는 교반시 압축공기를 사용하지 않고, 그라우트액의 주입과 동시에 원지반 상태에서 원지반을 절삭하고 그라우트액과 교반함으로써 주변지반의 침하 억제와 최소의 시멘트량으로 확대구근을 형성하고, 확대구근의 중심부에 소일시멘트가 시멘트로 대체됨으로써 확대구근의 중심부에는 내부 시멘트 구근이 형성되고, 이 내부 시멘트 구근에 앵커 조립체가 위치되어 정착됨으로써 보다 큰 인발저항력을 발휘할 수 있도록 한 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법을 제공한다.

또한 본 발명의 다른 목적은 확대구근을 위한 확장 작업의 동작 신뢰성이 높고, 슬라임의 배토가 원활하게 이루어져 확대구근의 내부에 시멘트 구근이 양호하게 이루어지도록 하는데 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면,

(a) 토사지반에 자유장 구간까지 아웃케이싱을 인입시킴과 동시에 아웃케이싱의 내부에 수압을 주입하여 천공 작업을 실시하는 단계와;

(b) 확대굴착 교반장치를 아웃케이싱의 내부로 삽입한 후, 인너롯드의 내부 통로를 통해 시멘트 그라우트액을 주입하여 확대굴착 교반장치의 선단에서 분사함과 동시에 확대굴착 교반장치의 확대 굴착 및 교반 작업을 통해 정착장 구간에서 소일시멘트를 이루는 확대구근을 형성하는 단계와;

(c) 상기 아웃케이싱을 정착장 구간의 막장까지 추가적으로 더 관입시켜 확대굴착 교반장치가 아웃케이싱의 선단부 내부로 위치되는 단계와;

(d) 상기 확대굴착 교반장치의 선단에서 물-시멘트의 비율이 50% 이하로 이루어진 시멘트 그라우트액을 재분사시켜 상기 아웃케이싱의 내부로 그라우팅을 실시하여 확대구근의 중심부에 소일시멘트가 시멘트로 대체되어 내부 시멘트 구근을 형성하는 단계와;

(e) 상기 아웃케이싱의 선단부에 위치한 확대굴착 교반장치를 아웃케이싱의 외부로 인발해내는 단계와;

(f) 상기 아웃케이싱의 내부로 앵커 조립체를 삽입하여 앵커 조립체의 내하체를 정착장 구간의 시멘트 구근 내에 위치시켜 놓는 단계와;

(g) 상기 (d)단계에서의 그라우트액이 경화되기 이전에 상기 아웃케이싱을 토사지반에서 인발 제거하는 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (b)단계에서 확대구근의 조기 강도 발현을 위해 시멘트 그라우트액에 조강경화제가 시멘트 사용량의 1~5중량% 더 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (f)단계에서 앵커 조립체에 팩커를 추가한 후 상기 (g)단계 후에 팩커의 내부로 그라우팅을 실시하는 단계가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 확대굴착 교반장치는,

상기 인너롯드에 일단의 나사 결합을 통해 결합되는 인너롯드 어댑터와;

상기 인너롯드 어댑터의 타단에 결합되어 있는 그라우트 주입용 샤프트와;

상기 그라우트 주입용 샤프트의 말단에 결합되어 있는 굴착 헤드와;

상기 그라우트 주입용 샤프트에 삽입되어 상기 인너롯드 어댑터의 타단에 결합되어 고정된 고정측 힌지블록과;

상기 그라우트 주입용 샤프트에 이동가능하게 삽입되어 있는 가동측 힌지블록과;

일단이 상기 가동측 힌지블록에 회전 가능하게 힌지 연결되어 있는 교반날개와;

일단이 가동측 힌지블록에 힌지 연결되고 타단이 상기 교반날개에 힌지 연결되어 있는 교반날개 조작레버와;

상기 그라우트 주입용 샤프트의 외경부에 삽입됨과 동시에 상기 가동측 힌지블록과 굴착 헤드의 사이에 배치되어 상기 교반날개가 벌어지도록 하는 확장력을 제공하는 교반날개 확장용 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 교반날개는 상기 그라우트 주입용 샤프트의 둘레로 90도 간격마다 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우트 주입용 샤프트에는 교반날개가 접어져 있는 상태에서 아웃케이싱을 빠져나오는 순간 초기 확장력을 제공하는 판스프링이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 교반날개가 회전하여 확장될 경우 그 회전 각도를 일정 이내로 제한하기 위해 고정측 힌지블록과 가동측 힌지블록의 사이에 위치되어 상기 그라우트 주입용 샤프트에 고정되어 있는 교반날개용 스톱퍼가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 굴착 헤드는,

일단이 그라우트 주입용 샤프트에 나사 결합되는 헤드 접속부와;

헤드 접속부의 타단에 원추형으로 형성된 굴착 헤드부와;

헤드 접속부로부터 굴착 헤드부의 일정 깊이만큼 연장되어 형성된 그라우팅 주입통로와;

굴착 헤드부의 원추면에 일정 간격마다 부착되어 있는 굴착 비트와;

굴착 비트들의 사이사이에 함몰되어 굴착 마찰을 감소시키는 마찰저감용 함몰부와;

마찰저감용 함몰부와 굴착 헤드부의 끝단에 형성되어 그라우팅 주입통로와 연통되어 있는 그라우팅 분사구를 구성하여 제작된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인너롯드 어댑터와 고정측 힌지블록에는 외주면에 시멘트 구근의 형성시 슬라임의 배토를 원활하게 하는 슬라임 배출통로가 다수 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법에 따르면, 1차로 정착장 구간에 확대 굴착 및 그라우트재의 분사로 소일 시멘트를 이루는 확대구근을 형성하고, 2차로 확대구근의 내부로 시멘트 구근을 더 형성시켜서 이들 확대구근과 시멘트 구근의 허용 부착력의 증대로 앵커의 긴장력을 증가시켜 큰 인발저항력을 발휘할 수 있다. 따라서 앵커의 시공 수량이 감소되고 공기 단축과 공사 원가의 절감을 꾀할 수 있다.

이때 천공수에 의한 확대굴착 및 슬라임 배토 또는 교반시 압축공기를 사용하지 않고, 그라우트액의 주입과 동시에 원지반 상태에서 원지반을 절삭하고 그라우트액과 교반함으로써 주변지반의 침하 억제와 최소의 시멘트량으로 확대구근을 형성할 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 확대굴착 교반장치의 교반날개가 아웃케이싱의 선단을 빠져나오는 순간 스프링력으로 자동으로 확장되어 확대구근을 위한 확장 작업의 동작 신뢰성이 높고, 시멘트 구근의 형성시 슬라임의 배토가 원활하게 이루어져 확대구근의 내부에 시멘트 구근이 양호하게 이루어진다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 시공 공법에 적용되는 확대굴착 교반장치의 일 실시 형태에 따른 사시도.
도 2는 도 1의 분해사시도.
도 3은 도 1의 일측면도로서 교반날개가 아웃케이싱을 빠져나오는 즉시 확장되어 벌어진 작동상태도.
도 4는 도 3의 단면도.
도 5는 도 1의 일측면도로서 교반날개가 아웃케이싱내에서 접어진 상태도.
도 6 내지 도 12는 본 발명에 따른 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법의 공정 순서에 따른 시공상태도.
도 13은 도 12의 A-A선 단면 확대도.
도 14a 및 도 14b는 본 발명에 따른 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 중 앵커조립체에 팩커를 설치한 상태에서 이루어지는 시공상태도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

먼저, 본 공법에 적용되는 확대굴착 교반장치(10)에 대하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

도 1 내지 도 5에서와 같이 확대굴착 교반장치(10)는 인너롯드(5)의 선단에 연결되어 앵커 정착장의 확대굴착 및 그라우팅 교반을 수행한다. 인너롯드(5)는 도시안된 구동드라이버에 연결되어 회전과 지반에 삽입되는 관입이 이루어지고, 내부에 그라우트액의 주입통로가 되는 중공이 형성된 구조이다.

확대굴착 교반장치(10)는 인너롯드 어댑터(12), 그라우트 주입용 샤프트(14), 굴착 헤드(15), 고정측 힌지블록(16), 가동측 힌지블록(18), 교반날개(20), 교반날개 조작레버(22), 교반날개 확장용 스프링(24)을 포함하여 구성된다.

인너롯드 어댑터(12)는 중심축상에 그라우트재의 통로가 되는 관통된 중공을 갖고, 외주면으로 나사부(121)와 나사부(121)에서 원추각을 가지고 연장된 원추부(122)가 형성되어 있다. 이때 원추부(122)의 최대 외경은 아웃케이싱(7)의 내경보다 작게 형성된다. 따라서 인너롯드 어댑터(12)는 일단의 나사부(121)를 통해 인너롯드(5)의 선단과 나사 결합된다. 원추부(122)는 확대굴착 교반장치(10)가 확대 굴착을 위해 아웃케이싱(7)의 선단을 빠져나간 후 다시 아웃케이싱(7)의 내부로 인입될 시 확대굴착 교반장치(10)의 중심축이 아웃케이싱(7)의 중심축과 쉽게 일치되게 정열하도록 안내하는 역할도 한다.

그라우트 주입용 샤프트(14)는 중심축상에 그라우트재의 통로가 형성되도록 중공형으로 제작된다. 그라우트 주입용 샤프트(14)는 본 실시 예에서 원형 단면에 사방(좌우상하)으로 면취를 하여 사각 단면의 형상을 가지고 있다. 따라서 그라우트 주입용 샤프트(14)는 가동측 힌지블록(18)의 이동시 회전을 방지하고 직선 이동을 안내하게 된다. 그러나 그라우트 주입용 샤프트(14)의 단면 형상은 이러한 사각 단면에 한정되는 것은 아니며 설치될 교반날개(20)의 개수에 따라 3방향에서 면취되거나 5방향 이상으로 면취가 이루어질 수 있다. 또한 가동측 힌지블록(18)의 이동을 다른 가이드수단(예로 키)을 통해 안내하도록 한다면 그라우트 주입용 샤프트(14)는 원형 단면으로 구성할 수도 있다. 그라우트 주입용 샤프트(14)는 인너롯드 어댑터(12)와 굴착 헤드(15)를 연결시킨다. 그라우트 주입용 샤프트(14)는 양단이 각기 나사결합을 통해 인너롯드 어댑터(12)와 굴착 헤드(15)에 연결 조립된다.

굴착 헤드(15)는 그라우트 주입용 샤프트(14)의 말단에 결합되어 있다. 굴착 헤드(15)는 다양한 형태가 될 수 있으나 예시된 바와 같이 일단이 그라우트 주입용 샤프트(14)에 나사 결합되는 헤드 접속부(151), 헤드 접속부(151)의 타단에 원추형으로 형성된 굴착 헤드부(152), 헤드 접속부(151)로부터 굴착 헤드부(152)의 일정 깊이만큼 연장되어 형성된 그라우팅 주입통로(153), 굴착 헤드부(152)의 원추면에 다수로 배열 분포되어 있는 굴착 비트(154), 굴착 헤드부(152)의 최대 외경부에 일정 간격마다 오목하게 형성되어 분사되는 그라우트액이 교반날개(20)측으로 원활하게 흐르도록 하는 통로를 형성시키는 다수의 헤드 홈(155)과, 그라우팅 주입통로(153)와 연통되어 굴착 헤드부(152)에 형성되어 있는 복수개 이상의 그라우팅 분사구(156)를 구성하여 제작되어 있다.

여기서 그라우팅 분사구(156)는 굴착 헤드부(152)의 선단측 단면 중앙과 원추면에 형성된다. 이때 굴착 헤드부(152)의 원추면에 형성된 그라우팅 분사구(156)는 그라우트재의 분사효과의 증대를 고려하여 굴착 헤드(15)의 중심축에 대하여 15°~60°각도로 형성됨 바람직하다.

고정측 힌지블록(16)은 그라우트 주입용 샤프트(14)에 삽입되어 상기 인너롯드 어댑터(12)의 타단에 볼트 체결로 결합되어 있다. 고정측 힌지블록(16)은 교반날개(20)를 회전 지지하기 위해 사방으로 힌지핀(17a)이 결합되어 있다.

가동측 힌지블록(18)은 그라우트 주입용 샤프트(14)에 미끄럼 이동가능하게 삽입되어 있다. 가동측 힌지블록(18)은 내경이 그라우트 주입용 샤프트(14)의 외경 단면과 동일하여 회전이 억제되고 직선 이동만 가능하게 되어 있다. 가동측 힌지블록(18)은 사방으로 힌지핀(17b)이 결합되어 있다.

교반날개(20)는 일단이 고정측 힌지블록(16)에 힌지핀(17a)을 매개로 결합되어 회전 가능하게 연결되어 있다. 교반날개(20)는 예시된 길이에 한정되는 것은 아니며 확대 굴착에 필요한 회전 반경에 따라 증감될 수 있다. 본 실시 예에서는 4개의 교반날개(20)가 상호 90도 간격을 가지고 원주상에 배치되어 있으나, 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 힌지 개소에 따라 2개~6개까지 증감이 가능하다.

교반날개 조작레버(22)는 일단이 가동측 힌지블록(18)에 힌지핀(17b)을 매개로 연결되고 타단이 교반날개(20)에 힌지핀(17c)을 매개로 연결되어 있다. 교반날개 조작레버(22)는 가동측 힌지블록(18)의 이동 방향에 따라 교반날개(20)를 펴서 도 3과 같이 확장시키거나 도 5와 같이 접는 역할을 한다. 또한 교반날개 조작레버(22)는 확대굴착 교반장치(10)가 확대 굴착을 위해 아웃케이싱(7)의 선단을 빠져나간 후 다시 아웃케이싱(7)의 내부로 인입될 시 교반날개(20)가 접히게 되면서 가동측 힌지블록(18)을 이동시켜 교반날개 확장용 스프링(24)을 압축시킨다.

교반날개 확장용 스프링(24)은 교반날개(20)가 펼쳐져 있도록 하는 힘을 압축반발력으로 제공한다. 교반날개 확장용 스프링(24)은 그라우트 주입용 샤프트(14)의 외경부에 삽입됨과 동시에 가동측 힌지블록(18)과 굴착 헤드(15)의 사이에 압축되어 배치되어 있다. 따라서 교반날개 확장용 스프링(24)은 압축 반발력으로 가동측 힌지블록(18)을 밀어 교반날개 조작레버(22)를 매개로 교반날개(20)를 벌려 놓는다. 그러므로 도 5와 같이 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)의 내부에 위치하고 있는 경우 교반날개(20)가 접어져 교반날개 확장용 스프링(24)은 더욱 압축되고, 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)의 선단으로부터 빠져나올 때 교반날개 확장용 스프링(24)에 축적된 압축반발력으로 교반날개(20)가 펼쳐져 벌어진다.

한편, 확대굴착 교반장치(10)에서 그라우트 주입용 샤프트(14)에는 교반날개(20)가 접어져 있는 상태에서 아웃케이싱(7)을 빠져나오는 순간 교반날개(20)가 잘 벌어질 수 있도록 초기 확장력을 제공하는 판스프링(13)이 더 설치되어 있다. 판스프링(13)은 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 사이에 위치되어 그라우트 주입용 샤프트(14)에 볼트 결합되거나 용접으로 접합되어 고정될 수 있다. 판스프링(13)은 중앙측 고정 부분을 제외한 양단 또는 어느 일단이 상향으로 만곡되어 탄성반발력으로 발휘하게 되어 있다. 본 실시 예에서 판스프링(13)은 4개가 구비되어 교반날개(20)에 각기 일대일 대응되게 그라우트 주입용 샤프트(14)의 면취된 부분에 설치되어 있다. 따라서 도 5와 같이 아웃케이싱(7) 내에서 교반날개(20)가 접혀있는 경우 판스프링(13)은 교반날개(20)에 눌려져 양단이 탄성반발력을 가지게 된다. 따라서 도 3과 같이 교반날개(20)가 접어져 있는 상태에서 아웃케이싱(7)을 빠져나오는 순간 판스프링(13)에 의해 교반날개(20)의 초기 확장 동작이 일어난다.

또한, 확대굴착 교반장치(10)에는 교반날개(20)가 회전하여 확장될 경우 그 회전 각도를 일정 이내로 제한하기 위해 교반날개용 스톱퍼(142)가 더 설치될 수 있다. 교반날개용 스톱퍼(142)는 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 사이에 위치되어 그라우트 주입용 샤프트(14)에 스톱퍼 볼트(143)를 통해 고정되어 있다. 본 실시예에서 교반날개용 스톱퍼(142)는 링형으로 구성하였으나 이러한 형태에 제한되는 것은 아니다. 이때 스톱퍼 볼트(143)는 그라우트 주입용 샤프트(14)의 절취홈(14a)에 위치되어 체결됨으로써 교반날개용 스톱퍼(142)의 위치를 고정시킨다.

또한, 확대굴착 교반장치(10)는 인너롯드 어댑터(12)와 고정측 힌지블록(16)에 외주면으로 시멘트 구근의 형성시 슬라임의 배토를 원활하게 하는 슬라임 배출통로(19)가 다수 형성됨이 바람직하다. 슬라임 배출통로(19)는 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)을 빠져나가 확대 굴착 및 교반작업으로 1차 확대구근을 형성한 후, 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)의 내부로 재인입된 상태에서 인발되시 2차 시멘트구근을 형성하면서 슬라임의 배출을 원활하게 한다.

이와 같이 구성된 확대굴착 교반장치(10)는 확대구근 형성 작업을 위해 도 5와 같이 교반날개(20)를 강제적으로 접은 상태에서 아웃케이싱(7)의 내부로 장입된 후, 도 3과 같이 아웃케이싱(7)의 선단을 빠져나오게 되면, 교반날개 확장용 스프링(24)의 압축 반발력에 의해 교반날개(20)가 자동으로 펼쳐져 확대 굴착 준비를 할 수 있게 된다.

따라서 후술하는 확대구근 형성 작업 단계에서는 교반날개(20)가 벌어져 있는 상태에서 회전하고 그라우팅 분사구(156)를 통해 그라우팅액이 토출되어 굴착 및 교반작업이 동시에 이루어져 소일시멘트로 이루어진 확대구근(200)을 형성하게 된다.

또한 아웃케이싱(7)의 추가적 관입 단계에서는 아웃케이싱(7)의 선단이 교반날개(20)를 배면에서 밀게 되어 도 5와 같이 다시 접어지는 동작을 하게 된다. 이때 가동측 힌지블록(18)은 굴착 헤드(15)측으로 이동하게 되면서 교반날개 확장용 스프링(24)을 더욱 압축시킨다.

또한, 후술할 내부 시멘트 구근 형성 작업 단계에서는 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)의 내부에서 함께 이동하면서 그라우팅이 이루어져 내부 시멘트 구근(210)을 형성하게 된다.

이와 같이 확대굴착 교반장치(10)는 별도의 동력을 사용하지 않고 교반날개 확장용 스프링(24)에 의해 기구적으로 교반날개(20)를 자동적으로 확장시킬 수 있도록 함으로써 전기적인 동력장치가 불필요해지고, 구성이 간단해져 제작이 용이하고 고장의 염려가 적어진다.

다음, 본 발명에 적용된 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법에 대하여 설명한다.

아웃케이싱에 의한 천공 작업

먼저, 도 6과 같이 토사지반(1)에 자유장 구간(S1)까지 아웃케이싱(7)을 인입시킴과 동시에 아웃케이싱(7)의 내부를 통해 천공 작업을 실시한다. 아웃케이싱(7)은 도시안된 천공장비에 탑재되어 관입 회전하면서 구동한다. 천공 작업은 예로, 아웃케이싱(7)의 내부로 수압을 공급하여 수세식 천공이 이루어진다.

확대구근 형성 작업(확대굴착 및 소일시멘트 교반)

그 다음, 도 7 및 도 8과 같이 확대굴착 교반장치(10)를 아웃케이싱(7)의 내부로 삽입한다. 아웃케이싱(7)의 선단을 빠져나오는 확대굴착 교반장치(10)는 교반날개(20)가 펼쳐져 확대 굴착을 준비하게 된다.

이후, 인너롯드(5)의 내부 통로를 통해 그라우트액을 주입하여 확대굴착 교반장치(10)의 선단에서 분사함과 동시에 확대굴착 교반장치(10)의 확대 굴착 및 교반 작업을 통해 정착장 구간(S2)에서 소일시멘트를 이루는 확대구근(200)을 형성하는 작업을 실시한다.

이때 정착부 확대 분사교반 시 압축공기를 사용하지 않고, 인너롯드(5)에 연결된 주입펌프(미도시)의 압력(10㎏/㎠ ~ 25㎏/㎠)만으로 시멘트 그라우트액을 분사 교반하게 된다. 시멘트 그라우트액에서 시멘트량은 확대구근의 직경이 50cm인 경우 정착장 단위 미터당 50Kg~120Kg이고, 지층조건에 따라 물-시멘트의 비율이 100%~180%로 이루어진다. 시멘트량은 확대구근의 직경이 바뀌면 단위 미터당 체적에 비례하여 변경될 수 있다.

따라서 확대구근(200)에 기포의 유입이 없는 양질의 소일시멘트를 이루게 된다. 교반 작업은 그라우트액과 소일(soil)간에 이루어져 정착장 구간(S2)에서 소일시멘트를 형성하게 되고, 이후 소일시멘트가 양생되면 확대구근(200)을 형성하게 되는 것이다.

여기서, 주입펌프의 압력이 10㎏/㎠ 미만이면 소일시멘트에서 시멘트의 함량이 부족하게 되고 25㎏/㎠ 를 초과하게 되면 시멘트의 과다소모가 일어나 비경제적이다. 또한 시멘트 그라우트액에서 시멘트량은 정착장 단위 미터당 50Kg 미만이 되면 확대구근(200)의 최저 강도가 나오지 않으며 120Kg을 초과하게 되면 역시 시멘트의 과다소비로 시공의 경제성이 저하되기 때문이다. 또한 지층이 연약지반인 경우 물-시멘트의 비율은 100%로 접근하며 비연약지반인 경우 180%로 접근된다.

이때, 확대구근(200)의 조기 강도 발현을 위해 시멘트 그라우트액에 조강경화제가 더 함유될 수 있다. 조강경화제로는 급결제나 급경제 또는 촉진제가 사용될 수 있고 시멘트 그라우트액 중 시멘트 중량의 1~5%가 사용될 수 있다.

아웃케이싱의 추가적 관입(확대굴착 교반장치를 아웃케이싱 내로 인입)

그 다음, 도 9와 같이 아웃케이싱(7)을 정착장 구간(S2)의 막장까지 추가적으로 더 깊게 관입시키는 작업을 실시한다. 그 결과 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)의 선단부 내부로 인입되어 위치하게 된다.

이같이 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)의 내부로 인입되면 확대굴착 교반장치(10)와 아웃케이싱(7)의 사이에는 여유공간이 존재하게 되어 아웃케이싱(7)의 내부로 그라우트액을 충진할 수 있는 조건이 갖추어진다.

내부 시멘트 구근 형성 작업

그 다음, 도 9와 같이 인너롯드(5)를 통해 그라우트액을 주입하여 확대굴착 교반장치(10)의 선단에서 그라우트액을 재분사시킨다.

재분사된 그라우트액은 확대굴착 교반장치(10)를 빠져나와 아웃케이싱(7)의 내부를 채우게 된다. 이때 확대구근(200)의 중심부에 위치하고 있던 소일시멘트(슬라임)는 아웃케이싱(7)의 내부에서 밀려 확대굴착 교반장치(10)와 아웃케이싱(7)의 틈새 사이와 슬라임 배출통로(19)를 이용하여 원활하게 빠져나가게 되고, 후에 정착장(S2)구간에서 시멘트로 대체된 시멘트 구근(210)을 갖게 된다. 그라우트액의 주입 중단은 소일시멘트가 아웃케이싱(7)을 모두 빠져나올 때 이루어진다.

이때 물-시멘트의 비율이 50% 이하로 이루어진 시멘트 그라우트액이 재분사된다. 이는 물-시멘트의 비율이 50%를 초과하게 되면 시멘트 구근(210)의 강도가 저하되기 때문이다.

확대굴착 교반장치 인발

그 다음, 도 10과 같이 아웃케이싱(7)의 선단부에 위치한 확대굴착 교반장치(10)를 아웃케이싱(7)의 외부로 인발해내는 작업을 실시한다.

이때 확대굴착 교반장치(10) 및 인너롯드가 아웃케이싱(7)에 삽입된 길이에 해당하는 부피만큼 그라우트액이 빠져나올 수 있으므로 아웃케이싱(7)의 인발 후에는 그라우트액을 추가적으로 소량 보충할 수 있다.

앵커 조립체 설치

그 다음, 도 11과 같이 아웃케이싱(7)의 내부로 피복강연선(310)과 내하체(320)로 이루어진 앵커 조립체(300)를 삽입한다. 이때 앵커 조립체(300)는 내하체(320)가 정착장구간(S2)내 시멘트구근(210)에 위치되도록 삽입된다.

아웃케이싱 인발

그 다음, 도 12와 같이 그라우트액이 경화되기 이전에 아웃케이싱(7)을 토사지반(1)에서 인발 제거한다.

이후 소일시멘트와 시멘트가 경화되면 토사지반에는 정착장 구간(S2)의 확대구근(200)내 시멘트구근(210)의 중심부에 내하체(320)가 포설되어 앵커력을 발휘할 수 있는 조건을 갖추게 된다.

이같이 본 공법에 따르면 정착장 구간(S2)에서 도 13과 같이 앵커 조립체(300)는 소일시멘트 구근(210)에 직접 부착되는 것이 아니라 내부 시멘트 구근(210)을 통하여 부착되는 구조를 갖게 된다.

따라서 앵커 조립체(300)에 긴장력이 발생되면, 내부 시멘트 구근(210)과 소일시멘트로 이루어진 확대구근(200)의 사이에 전단응력이 발생되어 앵커 조립체(300)의 허용 설계 긴장력을 증가시킬 수 있다. 이러한 이유에 의해 앵커의 시공 수량을 감소시킬 수 있어, 공기 단축과 공사원가를 절감할 수 있는 것이다.

한편, 본 공법에서 앵커 조립체를 설치하는 단계에서 도 14a 및 도 14b와 같이 앵커 조립체(300)에 팩커(330)를 추가한 후 상기 아웃케이싱(7)의 인발 후에 팩커(330)의 내부로 그라우팅을 실시할 수 있다.

이때 팩커(330)의 내부로 그라우팅이 이루어지면 팩커(330)는 아웃케이싱(7)이 인발된 천공의 내면까지 팽창하게 되어 후에 앵커의 인발저항을 더욱 크게 증가시킬 수 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

7: 아웃케이싱
10: 확대굴착 교반장치
12: 인너롯드 어댑터
14: 그라우트 주입용 샤프트
16: 고정측 힌지블록
18: 가동측 힌지블록
20: 교반날개
22: 교반날개 조작레버
24: 교반날개 확장용 스프링
200: 확대구근
210: 시멘트구근
300: 앵커 조립체
320: 내하체
330: 팩커

Claims

(a) 토사지반(1)에 자유장 구간(S1)까지 아웃케이싱(7)을 인입시킴과 동시에 아웃케이싱(7)의 내부에 수압을 주입하여 천공 작업을 실시하는 단계와;
(b) 확대굴착 교반장치(10)를 아웃케이싱(7)의 내부로 삽입한 후, 인너롯드(5)의 내부 통로를 통해 시멘트 그라우트액을 주입하여 확대굴착 교반장치(10)의 선단에서 분사함과 동시에 확대굴착 교반장치(10)의 확대 굴착 및 교반 작업을 통해 정착장 구간(S2)에서 소일시멘트를 이루는 확대구근(200)을 형성하는 단계와;
(c) 상기 아웃케이싱(7)을 정착장 구간의 막장까지 추가적으로 더 관입시켜 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)의 선단부 내부로 위치되는 단계와;
(d) 상기 확대굴착 교반장치(10)의 선단에서 물-시멘트의 비율이 50% 이하로 이루어진 시멘트 그라우트액을 재분사시켜 상기 아웃케이싱(7)의 내부로 그라우팅을 실시하여 확대구근(200)의 중심부에 소일시멘트가 시멘트로 대체되어 내부 시멘트 구근(210)을 형성하는 단계와;
(e) 상기 아웃케이싱(7)의 선단부에 위치한 확대굴착 교반장치(10)를 아웃케이싱(7)의 외부로 인발해내는 단계와;
(f) 상기 아웃케이싱(7)의 내부로 앵커 조립체(300)를 삽입하여 앵커 조립체(300)의 내하체(320)를 정착장구간의 시멘트구근(210)내에 위치시켜 놓는 단계와;
(g) 상기 (d)단계에서의 그라우트액이 경화되기 이전에 상기 아웃케이싱(7)을 토사지반(1)에서 인발 제거하는 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 1항에 있어서,
상기 (b)단계에서 확대구근(200)의 조기 강도 발현을 위해 시멘트 그라우트액에 조강경화제가 시멘트 사용량의 1~5중량% 더 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 1항에 있어서,
상기 (f)단계에서 앵커 조립체(300)에 팩커(330)를 추가한 후 상기 (g)단계 후에 팩커(330)의 내부로 그라우팅을 실시하는 단계가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 1항에 있어서,
상기 확대굴착 교반장치(10)는,
상기 인너롯드(5)에 일단의 나사 결합을 통해 결합되는 인너롯드 어댑터(12)와;
상기 인너롯드 어댑터(12)의 타단에 결합되어 있는 그라우트 주입용 샤프트(14)와;
상기 그라우트 주입용 샤프트(14)의 말단에 결합되어 있는 굴착 헤드(15)와;
상기 그라우트 주입용 샤프트(14)에 삽입되어 상기 인너롯드 어댑터(12)의 타단에 결합되어 고정된 고정측 힌지블록(16)과;
상기 그라우트 주입용 샤프트(14)에 이동가능하게 삽입되어 있는 가동측 힌지블록(18)과;
일단이 상기 가동측 힌지블록(18)에 회전 가능하게 힌지 연결되어 있는 교반날개(20)와;
일단이 가동측 힌지블록(18)에 힌지 연결되고 타단이 상기 교반날개(20)에 힌지 연결되어 있는 교반날개 조작레버(22)와;
상기 그라우트 주입용 샤프트(14)의 외경부에 삽입됨과 동시에 상기 가동측 힌지블록(18)과 굴착 헤드(15)의 사이에 배치되어 상기 교반날개(20)가 벌어지도록 하는 확장력을 제공하는 교반날개 확장용 스프링(24)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 4항에 있어서,
상기 교반날개(20)는 상기 그라우트 주입용 샤프트(14)의 둘레로 90도 간격마다 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 4항에 있어서,
아웃케이싱(7) 내에서 빠져나오는 접힌 교반날개(20)에 초기 확장력을 제공하기 위해, 상기 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 사이에 위치되어 그라우트 주입용 샤프트(14)에 고정된 판스프링(13)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 4항에 있어서,
상기 교반날개(20)가 회전하여 확장될 경우 그 회전 각도를 일정 이내로 제한하기 위해 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 사이에 위치되어 상기 그라우트 주입용 샤프트(14)에 고정되어 있는 교반날개용 스톱퍼(142)가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 4항에 있어서,
상기 굴착 헤드(15)는,
일단이 그라우트 주입용 샤프트(14)에 나사 결합되는 헤드 접속부(151)와;
헤드 접속부(151)의 타단에 원추형으로 형성된 굴착 헤드부(152)와;
헤드 접속부(151)로부터 굴착 헤드부(152)의 일정 깊이만큼 연장되어 형성된 그라우팅 주입통로(153)와;
굴착 헤드부(152)의 원추면에 일정 간격마다 부착되어 있는 굴착 비트(154)와;
굴착 헤드부(152)의 최대 외경부에 일정 간격마다 오목하게 형성되어 분사되는 그라우트액이 상기 교반날개(20)측으로 원활하게 흐르도록 하는 통로를 형성시키는 다수의 헤드 홈(155)과;
그라우팅 주입통로(153)와 연통되어 굴착 헤드부(152)에 형성되어 있는 복수개 이상의 그라우팅 분사구(156)를 구성하여 제작된 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 4항에 있어서,
상기 인너롯드 어댑터(12)와 고정측 힌지블록(16)에는 외주면에 시멘트 구근의 형성시 슬라임의 배토를 원활하게 하는 슬라임 배출통로(19)가 다수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.