KR101645010B1 - 가압식 네일링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가압식 네일링 장치에 관한 것으로서, 지반에 형성된 천공홀의 내부에 삽입되어 설치되며, 천공홀을 선택적으로 개폐하는 패커; 패커를 관통하게 설치되며, 천공홀의 내부에 그라우팅액을 주입하는 주입관; 주입관을 관통하게 설치되며, 상단은 천공홀의 외부까지 연장되고, 하단은 천공홀의 하단까지 연장되며, 지반에 작용하는 응력에 저항할 수 있는 강도를 갖는 보강재; 및 주입관의 상단에 결합되며, 주입관의 상단과 보강재 사이를 밀폐하여 주입관의 상단을 통한 그라우팅액의 누출을 방지하는 누출 방지캡을 포함하며; 천공홀에 주입된 그라우팅액은 지반에 침투되어 지반을 보강한다.
이러한 본 발명에 의하면, 누출 방지캡을 이용하여 주입관과 보강재 사이의 기밀을 유지할 수 있으므로, 주입관을 역류한 그라우팅액이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

Description

가압식 네일링 장치{Nailing apparatus of pressing type}

본 발명은 사면 보강용 그라우팅 장치에 관한 것으로서 보다 상세하게, 사면을 가압 그라우팅하여 보강할 수 있는 가압식 네일링 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 대규모 토지조성, 도로공사, 철도공사 등과 같은 공사를 위해 사면을 인위적으로 절개하는 경우 또는 붕괴 위험이 있는 자연 사면을 보강하는 경우 등을 위해서 다양한 사면 보강 공법들이 사용되고 있다. 상기 사면 보강 공법들 중 하나로서 쏘일 네일링 공법이 사용되고 있으며, 이러한 쏘일 네일링 공법에는 중력식 쏘일 네일링 공법과 가압식 쏘일 네일링 공법 등이 있다.

중력식 쏘일 네일링 공법은 중력식 그라우팅을 적용하기 때문에 고결시간이 길고, 수축현상을 보완하기 위해 3회 이상의 그라우팅 작업을 반복 실시하기 때문에 시공성이 저하되고, 공사 시간이 길어지며, 주입압을 유지할 수 없어 충진상태의 확인과 품질관리가 용이하지 못한 문제점이 있었다.

가압식 쏘일 네일링 공법은 이러한 중력식 쏘일 네일링 공법의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것이다. 가압식 쏘일 네일링 공법은, 지반의 적정 위치에 천공홀을 천공하는 단계; 천공홀에 패커가 장착된 가압식 네일링 장치를 삽입하는 단계; 외부의 그라우팅액 공급원과 연결된 충전 호스를 통해 패커에 에어 또는 발포우레탄 약액을 주입하여 천공홀을 밀폐하는 단계; 주입관을 통해 천공홀에 그라우팅액을 주입하여 가압 그라우팅을 실시하는 단계 등으로 구성된다.

가압식 쏘일 네일링 공법에 사용되는 주입관은 주로 길이 방향을 따라 다수의 배출홀이 형성된 강관으로 구성된다. 이와 같이 주입관이 강관으로 구성될 경우에는, 강관이 가지는 강도와 그라우트의 강도가 합쳐짐으로써 보강력이 매우 우수하다는 장점을 가진다. 그러나 강관은 매우 고가(高價)이므로, 강관을 이용하면 공사비가 매우 비싸진다는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 지반(110)에 형성된 천공홀(120)을 개폐하는 패커(130); 상하단이 개방된 중공 형상을 가지며, 패커(130)를 관통하게 설치되는 주입관(140); 및 주입관(140)의 중공(141)을 관통하게 설치되는 보강재(150)를 포함하는 가압식 네일링 장치가 도입되었다. 또한, 주입관(140)은 중공(141)과 연통되게 형성되며, 외부의 그라우팅액 공급원(미도시)과 연결된 주입구(143)를 구비한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 주입구(143)를 통해 주입관(140)의 중공(141)으로 유입된 그라우팅액은 보강재(150)와 중공(141)의 내측면 사이 공간을 유동하여 주입관(140)의 개방된 하단을 통해 천공홀(120)의 내부 주입된다.

그런데, 보강재(150)가 주입관(140)의 중공(141)에 삽입됨에 따라 그라우팅액이 유동할 수 있는 주입관(140)의 중공(141)의 단면적이 감소되므로, 이로 인해 주입관(140)의 단위 시간당 그라우팅액 이송량이 줄어든다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가압식 네일링 장치는 주입관(140)의 중공(141)을 유동하는 그라우팅액 중 일부의 그라우팅액이 역류하여 주입관(141)의 개방된 상단을 통해 외부로 누출되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보강재가 주입관을 관통하게 설치된 경우에, 주입관을 역류한 그라우팅액이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있도록 구조가 개선된 가압식 쏘일링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치는, 지반에 형성된 천공홀의 내부에 삽입되어 설치되며, 천공홀을 선택적으로 개폐하는 패커; 패커를 관통하게 설치되며, 천공홀의 내부에 그라우팅액을 주입하는 주입관; 주입관을 관통하게 설치되며, 상단은 천공홀의 외부까지 연장되고, 하단은 천공홀의 하단까지 연장되며, 지반에 작용하는 응력에 저항할 수 있는 강도를 갖는 보강재; 및 주입관의 상단에 결합되며, 주입관의 상단과 보강재 사이를 밀폐하여 주입관의 상단을 통한 그라우팅액의 누출을 방지하는 누출 방지캡을 포함하며는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 가압식 네일링 장치의 적어도 일부분을 둘러싸도록 천공홀의 내부에 삽입되어 설치되며, 외주면에 복수의 배출공이 형성되고, 지반에 작용하는 응력에 저항할 수 있는 강도를 갖지 않는 비내력관을 더 포함하며, 패커는 비내력관의 내부에 삽입되어 설치되며, 비내력관을 선택적으로 개폐하며, 주입관은 비내력관의 내부에 그라우팅액을 주입하고, 비내력관에 주입된 그라우팅액은 배출공을 통해서 천공홀에 배출되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 누출 방지캡은, 내주면에 배치되며, 보강재와 밀착되어 주입관의 상단과 보강재 사이의 기밀을 유지하는 적어도 어느 하나의 오링을 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 누출 방지캡은, 내주면에 배치되며, 보강재를 가압 지지하는 적어도 하나의 리테이너링을 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 주입관은 상단의 외주면에 형성되는 수나사를 구비하고, 누출 방지캡은 하단의 내주면에 수나사와 나사 결합 가능하게 형성되는 암나사를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 주입관은, 내부에 주입관의 종방향으로 형성되는 이송 유로; 상단에 이송 유로과 연통되게 형성되는 삽입구; 일측에 이송 유로와 연통되게 형성되는 유입구; 및 하단에 이송 유로와 연통되게 형성되는 배출구를 포함하며; 그라우팅액은 유입구를 통해 이송 유로로 유입되고, 배출구를 통해 천공홀의 내부로 주입되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 보강재는 삽입구와, 이송 유로와, 배출구를 각각 관통하게 설치되며, 누출 방지캡은 삽입구와 보강재 사이를 밀폐하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 외부의 그라우팅액 공급원과 유입구를 연결하는 주입 호스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 외부의 에어 공급원과 패커를 연결하는 에어 호스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 보강재는 철근인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 비내력관은 PVC관 또는 PE관인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가압식 네일링 장치는, 보강재가 천공홀에 그라우팅액을 주입할 수 있는 주입관을 관통하게 설치된 경우에, 누출 방지캡을 이용하여 주입관과 보강재 사이의 기밀을 유지할 수 있으므로, 주입관을 역류한 그라우팅액이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 가압식 네일링 장치의 단면도.
도 2는 도 1의 가압식 네일링 장치의 주입관에 의하여 천공홀의 내부에 그라우팅액을 주입하는 양상을 나타내는 부분 단면도.
도 3은 도 1의 가압식 네일링 장치의 주입관을 그라우팅액이 역류하는 양상을 나타내는 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치의 단면도.
도 5는 도 4의 가압식 네일링 장치의 분리 사시도.
도 6은 도 4의 가압식 네일링 장치의 주입관의 단면도.
도 7a 내지 도 7c는 도 4의 가압식 네일링 장치의 누출 방지캡과 주입관의 설치 구조를 나타내는 부분 사시도 및 부분 단면도.
도 8a 및 도 8b는 도 4의 가압식 네일링 장치의 보강재의 설치 구조를 나타내는 부분 사시도 및 부분 단면도.
도 9a 내지 도 9c는 도 4의 가압식 네일링 장치를 이용한 사면 보강 과정을 나타내는 흐름도.
도 10은 도 9c의 주입관의 배출구로부터 그라우팅액이 분사되는 양상을 나타내는 부분 단면도.
도 11은 도 9c의 누출 방지캡에 의해 그라우팅액의 누출이 방지되는 양상을 나타내는 부분 단면도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치의 분리 사시도이며, 도 6은 도 4의 가압식 네일링 장치의 주입관의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치의 단면도이며, 도 5는 도 4의 가압식 네일링 장치의 분리 사시도이며, 도 6은 도 4의 가압식 네일링 장치의 주입관의 단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치(1)는, 지반(2)에 형성된 천공홀(3)에 삽입되어 설치되는 비내력관(10); 비내력관(10)과 천공홀(3) 사이에 충진되는 코킹재(20); 비내력관(10)의 내부에 삽입되어 설치되며, 비내력관(10)을 선택적으로 개폐하는 패커(30); 패커(30)를 관통하게 설치되며, 비내력관(10)의 내부에 그라우팅액을 주입하는 주입관(40); 주입관(40)을 관통하게 설치되는 보강재(50); 주입관(40)에 그라우팅액을 공급하는 주입 호스(60); 패커(30)에 에어를 공급하는 에어 호스(70); 주입관(40)의 상단에 결합되며, 주입관(40)의 상단과 보강재(50) 사이를 밀폐하는 누출 방지캡(80)을 포함한다.

비내력관(10)은 지반(2)에 형성된 천공홀(3)에 삽입되어 설치되며, 비내력관(10)과 천공홀(3) 사이의 공간은 코킹재(20)로 충진된다. 비내력관(10)은 시공 중에 천공홀(3)이 붕괴되는 것을 방지하고, 후술할 보강재(50)의 삽입이 용이하도록 하며, 그라우팅액이 충진될 수 있는 공간을 제공한다.

비내력관(10)은 지반(2)에 작용하는 응력(전단응력, 인장력)에 저항할 수 있는 강도를 갖는 않는 관으로서, 상술한 바 있는 강관과 반대되는 개념의 관이다. 비내력관(10)의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비내력관(10)은 PVC관 또는 PE관으로 이루어질 수 있다.

비내력관(10)은 천공홀(3)의 하단에서부터 입구까지 연장되는 길이를 갖는다. 또한, 비내력관(10)은 천공홀(3)에 용이하게 삽입되면서도 천공홀(3)의 붕괴를 방지할 수 있도록 천공홀(3)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는다. 이는, 비내력관(10)의 직경이 천공홀(3)의 직경보다 너무 작은 경우에는 필요 이상으로 큰 천공홀(3)을 천공한 것이므로 비경제적이고 천공홀(3)의 붕괴를 방지할 수 없게 되며, 비내력관(10)의 직경이 천공홀(3)의 직경과 거의 동일한 경우에는 비내력관(10)을 천공홀(3)의 내부로 삽입하기가 어렵기 때문이다.

비내력관(10)의 둘레에는 소정 간격으로 간격재(14)가 설치될 수 있는데, 이러한 간격재(14)는 비내력관(10)을 천공홀(3)의 중앙에 위치하도록 한다. 또한, 비내력관(10)의 하단에는 마개가 설치되는 것이 바람직하다. 마개는 비내력관(10)의 하단에 나사 결합 또는 접착제에 의한 결합으로 설치될 수 있는데, 이러한 결합 방식은 본 명세서를 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이다.

비내력관(10)에는 복수 개의 배출공(12)이 형성된다. 배출공(12)은 비내력관(10)의 내부에 주입된 그라우팅액이 배출되는 구멍이다. 이러한 배출공(12)에는 그라우팅액의 역류를 방지하기 위한 역류방지밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 역류방지밸브는 비내력관(10)의 내부로부터 배출된 그라우팅액이 배출공(12)을 통해 다시 비내력관(10)의 내부로 유입되는 것을 방지한다. 역류방지밸브로서 통상적인 체크밸브가 사용될 수 있는데, 이러한 체크밸브는 그 구성이 널리 알려져 있고 시중에서 용이하게 구입할 수 있으므로 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.

코킹재(20)는 비내력관(10)과 천공홀(3) 사이의 공간에 충진되며, 그라우팅액이 비내력관(10)과 천공홀(3) 사이를 통해서 외부로 누출되는 것을 방지한다. 이러한 코킹재(20)는 40kgf/cm² 이상의 강도를 갖고 경화 시간이 짧아 누수시에도 충분한 효과를 발휘할 수 있는 것이 바람직하며, 예를 들어, 급결 시멘트가 코킹재(20)로서 사용될 수 있다.

패커(30)는 비내력관(10)을 밀폐하여 가압 그라우팅이 가능하도록 한다. 또한, 패커(30)는 가압 그라우팅이 가능하도록 비내력관(10)을 밀폐함과 동시에 다단 그라우팅을 위해 패커(30)가 비내력관(10)의 내부에서 아래, 위로 이동할 수 있는 정도의 직경을 갖는다. 패커(30)는 비내력관(10)을 선택적으로 개폐하는 패커 본체(31), 패커 본체(31)와 주입관(40)을 결합하는 커플러(33)를 포함한다.

패커 본체(31)는 후술할 에어 호스(70)에 의하여 공급되는 에어에 의하여 팽창 가능한 구조를 갖고, 고무 기타 탄성 재질로 형성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 패커 본체(31)의 중심부에는 주입관(40)이 삽입되는 제1 관통공(31a)이 형성되며, 패커 본체(31)의 상면에는 에어 호스(70)와 패커 본체(31)의 내부 공간을 연결하는 에어 공급관(39)이 삽입되는 제2 관통공(31b)이 형성된다. 여기서, 패커 본체(31)는 에어 호스(70)로부터 공급된 에어에 의하여 팽창되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 발포 우레탄 기타 충진제가 충진됨으로써 팽창될 수도 있다. 이하에서는, 패커 본체(31)가 에어에 의하여 팽창되는 경우를 기준으로 본 발명을 설명하기로 한다.

커플러(33)는 패커 본체(31)를 주입관(40)과 결합시킨다. 즉, 패커(30)와 주입관(40)은 커플러(33)에 결합됨으로써 일체화된 구조를 가진다. 이를 위하여 커플러(33)는, 패커 본체(31)의 상부에 마련되는 제1 커플러(35), 및 패커 본체(31)의 하부에 마련되는 제2 커플러(37)를 포함한다.

제1 커플러(35)는 패커 본체(31)의 상부 및 주입관(40)과 각각 결합되며, 이를 통해 패커 본체(31)와 주입관(40)을 결합시킨다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 커플러(35)의 중심부에는 주입관(40)이 결합될 수 있는 제1 결합공(35a)이 형성되며, 중심부와 외주면 사이에는 에어 공급관(39)이 삽입될 수 있는 제3 관통공(35b)이 형성된다. 제1 결합공(35a)과 주입관(40)의 결합 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 결합공(35a)의 내주면에는 암나사(미도시)가 형성되고, 주입관(40)의 외주면에는 제1 결합공(35a)의 암나사와 나사 결합될 수 있는 수나사(미도시)가 형성되어 제1 결합공(35a)과 주입관(40)을 나사 결합시킬 수 있다.

제2 커플러(37)는 패커 본체(31)의 하부 및 주입관(40)과 각각 결합되며, 이를 통해 패커 본체(31)와 주입관(40)을 결합시킨다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 커플러(37)의 중심부에는 주입관(40)이 결합되는 제2 결합공(37a)이 형성될 수 있다. 제2 결합공(37a)과 주입관(40)의 결합 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 제2 결합공(37a)의 내주면에는 암나사(미도시)가 형성되고, 주입관(40)의 외주면에는 제2 결합공(37a)의 암나사와 나사 결합될 수 있는 수나사(미도시)가 형성되어 제2 결합공(37a)과 주입관(40)을 나사 결합시킬 수 있다.

주입관(40)은 패커(30)를 관통하게 설치되며, 외부의 그라우팅액 공급원으로부터 공급받은 그라우팅액을 비내력관(10)의 내부에 주입한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 주입관(40)은 패커 본체(31)의 제1 관통공(31a)을 관통하고 제1 결합공(35a) 및 제2 결합공(37a)과 각각 나사 결합되어 패커(30)와 일체를 이룬다.

또한, 주입관(40)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 내부에 종방향으로 형성되는 이송 유로(41), 상단에 이송 유로(41)와 연통되게 형성되는 삽입구(43), 일측에 이송 유로(41)와 연통되게 형성되는 유입구(45), 하단에 이송 유로(41)와 연통괴게 형성되는 배출구(47)를 포함한다.

이송 유로(41)는 주입관(40)이 종방향으로 관통되어 형성되며, 유입구(45)를 통해 유입된 그라우팅액을 배출구(47)를 향해 이송한다. 삽입구(43)는 패커(30)의 상측으로 노출되는 주입관(40)의 상단에 이송 유로(41)와 연통되도록 개방 형성되며, 보강재(50)가 삽입 또는 인출될 수 있는 출입구를 제공한다. 유입구(45)는 패커(30)의 상측으로 노출된 주입관(40)의 일측면에 이송 유로(41)와 연통되도록 개방 형성되며, 후술할 주입 호스(60)와 이송 유로(41)를 연결하여 주입 호스(60)에 의하여 공급되는 그라우팅액을 이송 유로(41)로 안내한다. 배출구(47)는 패커(30)의 하측으로 노출된 주입관(40)의 하단에 이송 유로(41)와 연통되도록 개방 형성되며, 보강재(50)가 삽입 또는 인출될 수 있는 출입구를 제공하고, 이송 유로(41)에 의하여 이송된 그라우팅액을 비내력관(10)으로 내부로 배출한다.

보강재(50)는 비내력관(10)의 내부에 삽입되어 설치된다. 보다 구체적으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 보강재(50)는, 주입관(40)의 삽입구(43), 이송 유로(41) 및 배출구(47)를 각각 관통하게 설치되며, 상단은 천공홀(3)의 외부까지 연장되고, 하단은 천공홀(3)의 하단까지 연장된다.

보강재(50)는 이송 유로(41)에 보강재(50)가 삽입된 상태에서도 이송 유로(41)를 통해 그라우팅액이 이송될 수 있도록 이송 유로(41)보다 작은 직경을 갖는다. 또한, 보강재(50)는 천공홀(3)이 형성된 지반(2)에 작용하는 응력에 저장할 수 있는 강도를 갖는다. 따라서, 보강재(50)는 그 단독으로 또는 경화된 그라우트와 상호 협력하여 지반(2)에 작용하는 응력(전단응력, 인장응력 등)에 저항할 수 있다. 보강재(50)로는 철근이 사용되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

주입 호스(60)는 외부의 그라우팅액 공급원과 주입관(40)의 유입구(45)를 연결한다. 따라서, 외부의 그라우팅액 공급원으로부터 공급된 그라우팅액은 주입 호스(60)와 유입구(45)를 순차적으로 통과한 후 이송 유로(41)로 유입될 수 있다. 이송 유로(41)로 유입된 그라우팅액은 배출구(47)를 통해 비내력관(10)의 내부로 주입되며, 비내력관(10)의 내부로 주입된 그라우팅액은 비내력관(10)과 천공홀(3)의 내부를 채운 후 주변 지반(2)에 침투하여 주변 지반(2)을 고결화시킨다.

에어 호스(70)는 외부의 에어 공급원과 패커(30)를 연결한다. 보다 구체적으로, 에어 호스(70)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 외부의 공급원과 패커(30)의 에어 공급관(39)을 연결한다. 에어 공급관(39)은 커플러(33)의 제3 관통공(35b)을 관통하게 설치되며, 상단은 에어 호스(70)와 연결되고, 하단은 패커 본체(31)의 제2 관통공(31b)을 관통하여 패커 본체(31)의 내부 공간까지 연장된다. 따라서, 외부의 에어 공급원으로부터 공급된 에어는 에어 호스(70)와 에어 공급관(39)을 순차적으로 통과한 후 패커 본체(31)의 내부 공간으로부터 유입될 수 있다. 패커 본체(31)의 내부 공간으로 유입된 에어는 패커 본체(31)를 팽창시키며, 팽창된 패커 본체(31)는 비내력관(10)의 내주면과 밀착되어 비내력관(10)을 밀폐시킬 수 있다.

누출 방지캡(80)은 주입관(40)의 상단에 결합되며, 주입관(40)의 상단과 보강재(50) 사이를 밀폐하여 주입관(40)의 상단을 통한 그라우팅액의 누출을 방지한다.

본 발명에 따른 가압식 네일링 장치(1)는, 보강재(50)가 주입관(40)의 삽입구(43), 이송 유로(41) 및 배출구(47)를 각각 관통하게 설치된다. 그러므로, 이송 유로(41)의 단면적은 이송 유로(41)가 삽입된 보강재(50)의 단면적만큼 줄어든다. 이로 인해, 이송 유로(41)의 단위 시간당 그라우팅액 이송량은 이송 유로(41)에 보강재(50)가 삽입되지 않는 경우에 비하여 줄어들 수밖에 없다.

그런데, 이송 유로(41)의 단위 시간당 그라우팅액 이송량보다 주입 호스(60)에 의한 단위시간당 그라우팅액 공급량이 커지는 경우에는, 이송 유로(41)로 유입된 그라우팅액은 주입관(40)의 하단에 마련된 배출구(47) 쪽으로 하강되지 못하고 상단에 마련된 삽입구(43) 쪽으로 상승하게 되게 된다. 즉, 이송 유로(41)가 이송 가능한 그라우팅액의 양보다 이송 유로(41)에 주입되는 그라우팅액의 양이 더 많아지면 그라우팅액이 역류하여 삽입구(43)쪽으로 상승하게 되는 것이다.

삽입구(43)는 개방 형성되므로, 삽입구(43)로 역류된 그라우팅액은 삽입구(43)와 보강재(50) 사이 공간을 통해 주입관(40)의 외부로 누출된다. 삽입구(43)와 보강재(50) 사이 공간을 통해 그라우팅액이 누출되면, 그라우팅액의 손실이 발생하며, 누출된 그라우팅액이 고결화되어 패커(30)를 이동시킬 수 없게 됨으로써 다단 그라우팅을 원활하게 수행하기가 어려워진다.

이를 해결하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치(1)는, 주입관(40)의 삽입구(43)와 보강재(50) 사이 공간을 밀폐하여 삽입구(43)를 통한 그라우팅액의 누출을 방지하는 누출 방지캡(80)을 구비하는 것이다. 누출 방지캡(80)의 구체적인 구조에 대한 설명은 후술하기로 한다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치(1)는, 천공홀(3)의 내부에 비내력관(10)을 삽입하여 설치하고, 다시 비내력관(10)의 내부에 패커(30)를 삽입하여 설치하는 구조를 갖는 것으로 설명하였다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 비내력관(10)의 구성을 생략할 수도 있다. 즉, 패커(30)는 천공홀(3)의 내부에 직접적으로 삽입되어 설치될 수 있다. 그러면, 주입관(40)은 천공홀(3)의 내부에 직접적으로 그라우팅액을 주입하며, 천공홀(3)에 직접적으로 주입된 그라우팅액은 지반(2)에 침투되어 지반(2)을 보강할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 천공홀(3)의 내부에 비내력관(10)이 설치된 경우를 기준으로 본 발명을 설명하기로 한다.

도 7a 내지 도 7c는 도 4의 가압식 네일링 장치의 누출 방지캡과 주입관의 설치 구조를 나타내는 부분 사시도 및 부분 단면도이다.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 누출 방지캡(80)은 주입관(40)의 삽입구(43)를 통한 그라우팅액의 누출을 방지하기 위하여, 삽입구(43)와 연통되게 형성되는 삽입공(81), 주입관(40)의 상단과 보강재(50) 사이의 기밀을 유지하는 적어도 하나의 오링(82), 보강재(50)를 가압 지지하는 적어도 하나의 리테이너링(83), 및 누출 방지캡(80)을 주입관(40)에 나사 결합시키기 위한 암나사(84)를 포함한다. 누출 방지캡(80)은 형상과 길이는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 누출 방지캡(80)은, 도 7a에 도시된 바와 같이, 주입관(40)의 상단에 대응하여 원통 형상을 가질 수 있으며, 삽입공(81)에 오링(82), 리테이너링(83) 및 암나사(84) 등을 배치하기에 적합한 정도의 길이를 갖는다.

삽입공(81)은 누출 방지캡(80)이 종방향으로 관통되어 형성되며, 누출 방지캡(80)을 주입관(40)의 상단에 결합할 경우에 주입관(40)의 삽입구(43)와 연통되고, 보강재(50)가 삽입 또는 인출될 수 있는 통로를 제공한다. 삽입공(81)은 주입관(40)의 상단이 삽입공(81)에 끼워질 수 있도록 주입관(40)의 상단의 직경과 동일하거나 주입관(40)의 상단보다 약간 작은 직경을 갖는다. 삽입공(81)의 내주면에는 오링(82)을 장착하기 위한 오링홈(85), 리테이너링(83)을 장착하기 위한 리테이너링홈(86), 누출 방지캡(80)과 주입관(40)의 상단을 나사 결합하기 위한 암나사(84)가 마련된다.

오링홈(85)은 오링(82)을 장착할 수 있도록 삽입공(81)의 내주면에 미리 정해진 깊이로 형성된다. 오링홈(85)의 형성 개수는 특별히 한정되지 않으며, 도 7b에 도시된 바와 같이, 2개의 오링(82)이 마련되는 경우에는, 이에 대응하여 오링홈(85)은 제1 오링홈(85a)과 제2 오링홈(85b) 등 2개가 형성된다. 오링홈(85)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않으며, 제1 오링홈(85a)과 제2 오링홈(85b)은 삽입공(81)의 내주면의 하단에 마련되는 암나사(84)와 삽입공(81)의 내주면의 상단 사이에 형성될 수 있다.

리테이너링홈(86)은 리테이너링(83)을 장착할 수 있도록 삽입공(81)의 내주면에 미리 정해진 깊이로 형성된다. 리테이너링홈(86)의 형성 개수는 특별히 한정되지 않으며, 도 7b에 도시된 바와 같이, 한개의 리테이너링(83)이 마련되는 경우에는, 이에 대응하여 1개의 리테이너링홈(86)이 형성된다. 리테이너링홈(86)의 형성위치는 특별히 한정되지 않으며, 리테이너링홈(86)은 암나사(84)와 삽입공(81)의 내주면의 상단 사이에 형성될 수 있다.

오링(82)은 오링홈(85)에 장착되어 설치되며, 삽입공(81)에 삽입된 보강재(50)에 밀착되어 보강재(50)와 주입관(40)의 삽입구(43) 사이의 기밀을 유지한다. 오링(82)은, 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1 오링(82a)과 제2 오링(82b) 등 2개가 마련되며, 삽입공(81)에 삽입된 보강재(50)에 밀착될 수 있도록 탄성 변형 가능한 고무 기타 합성 수지 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 제1 오링(82a)과 제2 오링(82b)은 각각, 제1 오링홈(85a)과 제2 오링홈(85b)에 장착된다.

리테이너링(83)은 리테이너링홈(86)에 장착되어 설치되며, 삽입공(81)에 삽입된 보강재(50)를 가압 지지한다. 리테이너링(83)의 설치 개수나 재질은 특별히 한정되지 않는다. 리테이너링(83)은, 도 7a에 도시된 바와 같이, 1개가 마련되며, 삽입공(81)에 삽입된 보강재(50)를 가압하여 지지할 수 있도록 탄성 변형 가능한 고무 기타 합성수지 재질과 금속 재질이 혼합되어 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 오링(82)은 고무 기타 합성수지로 형성되어 보강재(50)와 주입구 삽입구(43) 사이의 기밀을 유지하는 기능을 주로 수행하는데, 리테이너링(83)은 고무 기타 합성수지와 금속 재질이 혼합되어 형성되어 삽입공(81)에 삽입된 보강재(50)를 지지하는 기능을 주로 수행하는 점에서 오링(82)과 차이점을 갖는다. 물론 리테이너링(83) 또한 삽입공(81)에 삽입된 보강재(50)와 밀착되어 보강재(50)와 주입관(40)의 삽입구(43) 사이의 기밀을 유지하는 기능도 함께 수행할 수 있다.

암나사(84)는 삽입공(81)의 내주면의 하단에 형성되며, 누출 방지캡(80)과 주입관(40)의 상단을 나사 결합한다. 누출 방지캡(80)의 암나사(84)와 대응하여 주입관(40)의 상단에는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 암나사(84)와 나사 결합 가능한 수나사(49)가 형성된다. 따라서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 암나사(84)와 수나사(49)를 나사 결합하여 누출 방지캡(80)을 주입관(40)의 상단에 결합할 수 있다. 여기서, 누출 방지캡(80)과 주입관(40)의 상단은 나사 결합되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 나사 이외에 다른 결합 부재를 이용하여 누출 방지캡(80)과 주입관(40)의 상단을 결합하는 것도 가능하다.

도 8a 및 도 8b는 도 4의 가압식 네일링 장치의 보강재의 설치 구조를 나타내는 부분 사시도 및 부분 단면도이다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 보강재(50)는 주입관(40)의 상단에 누출 방지캡(80)이 결합된 상태에서 누출 방지캡(80)과 주입관(40)을 관통하게 설치된다. 보다 구체적으로, 도 8a에 도시된 바와 같이, 보강재(50)는 삽입공(81), 삽입구(43), 이송 유로(41) 및 배출구(47)를 관통하게 설치된다. 이와 같이 보강재(50)가 설치됨에 따라, 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 오링(82a)과 제2 오링(82b)은 보강재(50)에 밀착되어 주입구의 입구와 보강재(50) 사이의 기밀을 유지하며, 리테이너링(83)은 보강재(50)를 가압 지지할 수 있다.

도 9a 내지 도 9c는 도 4의 가압식 네일링 장치를 이용한 사면 보강 과정을 나타내는 흐름도이다.

이하에서는, 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치(1)를 이용한 지반 보강 방법을 설명하기로 한다.

먼저, 지반(2)에 천공홀(3)을 천공한다. 천공홀(3)은 보강 대상인 지반(2)의 상태에 따라 적정 개수가 천공될 수 있다.

다음으로, 천공홀(3)에 비내력관(10)을 삽입하고, 비내력관(10)과 천공홀(3) 사이의 공간을 코킹재(20)로 충진한다. 비내력관(10)의 둘레에는 미리 정해진 간격으로 간격재(14)가 설치되어 있기 때문에 비내력관(10)은 천공홀(3)의 중앙에 배치 된다. 코킹재(20)는 비내력관(10)과 천공홀(3) 사이의 공간을 밀폐함으로써 후술할 가압 그라우팅 시에 상기 공간을 통해서 그라우팅액이 누출되는 것을 방지한다.

이후에, 비내력관(10)의 내부에 보강재(50)를 삽입한다. 보강재(50)는 비내력관(10)의 하단에서부터 천공홀(3)의 외부까지 연장된다. 보강재(50)의 둘레에는 보강재(50)가 비내력관(10)의 중앙에 배치될 수 있도록 미리 정해진 간격으로 간격재(미도시)가 설치될 수 있으며, 간격재(미도시)에 의하여 보강재(50)는 비내력관(10)의 중앙에 배치될 수 있다.

다음으로, 도 9a에 도시된 바와 같이, 주입관(40)을 비내력관(10)의 내부에 삽입한다. 보다 구체적으로, 주입관(40)은 패커(30) 및 누출 방지캡(80)과 결합되어 패커(30) 및 누출 방지캡(80)과 일체를 이룬 상태에서 보강재(50)가 주입관(40)과 누출 방지캡(80)을 관통하도록 비내력관(10)의 내부에 삽입된다. 그러면, 오링(82)은 보강재(50)와 밀착되고, 리테이너링(83)은 보강재(50)를 가압 지지하게 된다(도 8b 참조).

이후에, 도 9b에 도시된 바와 같이, 에어 호스(70)를 통해 외부의 에어 공급원으로부터 공급된 에어를 패커 본체(31)의 내부 공간으로 공급한다. 그러면, 패커 본체(31)는 에어에 의해 팽창되어 패커 본체(31)와 비내력관(10) 사이의 공간을 밀폐함으로써 후술할 가압 그라우팅 시에 상기 공간을 통해서 그라우팅액이 누출되는 것을 방지한다.

다음으로, 도 9c에 도시된 바와 같이, 주입 호스(60)를 통해 외부의 그라우팅액 공급원으로부터 공급된 그라우팅액을 주입관(40)으로 유입시킨다. 주입관(40)으로 유입된 그라우팅액은 유입구(45), 이송 유로(41)를 지나 배출구(47)를 통해 비내력관(10)으로 내부로 가압 주입된다. 비내력관(10)의 내부로 가압 주입된 그라우팅액은 비내력관(10)의 배출공(12)을 통해 천공홀(3)로 배출되며, 천공홀(3)로 배출된 그라우팅액은 지반(2)에 침투되어 지반(2)을 보강하게 된다. 또한, 비내력관(10)의 배출공(12)의 내부에는 역류방지밸브(미도시)가 설치될 수 있으며. 이로 인해 배출공(12)을 통해 천공홀(3)로 배출된 그라우팅액이 비내력관(10)의 내부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 다단 그라우팅을 하는 경우에는, 주입 호스(60)를 이용하여 주입관(40)을 천공홀(3)의 상측 방향으로 끌어 당겨 주입관(40) 및 주입관(40)과 일체를 이루고 있는 패커(30)와 누출 방지캡(80)을 천공홀(3)을 상측 방향으로 이동시킨 다음 추가로 그라우팅액을 비내력관(10)에 가압 주입한다.

도 10은 도 9c의 주입관의 배출구로부터 그라우팅액이 분사되는 양상을 나타내는 부분 단면도이며, 도 11은 도 9c의 누출 방지캡에 의해 그라우팅액의 누출이 방지되는 양상을 나타내는 부분 단면도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 주입관(40)을 통해 비내력관(10)의 내부로 그라우팅액을 주입할 때 그라우팅액은 주입관(40)의 이송 유로(41)를 지나 배출구(47)를 통해 비내력의 내부로 배출된다. 그런데, 보강재(50)에 의하여 주입관(40)의 그라우팅액 단위 시간당 그라우팅액 이송량이 줄어듦에 따라, 도 11에 도시된 바와 같이, 주입관(40)으로 유입된 그라우팅액 중 일부의 그라우팅액이 이송 유로(41)를 역류하여 주입구의 삽입구(43)까지 상승될 수 있다. 하지만, 주입구의 상단에는 누출 방지캡(80)이 결합되어 있으므로, 오링(82)과 리테이너링(83)에 의하여 보강재(50)와 주입관(40)의 삽입구(43) 사이의 기밀이 유지된다. 따라서, 삽입구(43)까지 역류된 그라우팅액이 삽입구(43)를 통해 주입구의 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 가압식 네일링 장치 2 : 지반
3 : 천공홀 10 : 비내력관
12 : 배출공 14 : 간격재
20 : 코킹재 30 : 패커
31 : 패커 본체 31a : 제1 관통공
31b : 제2 관통공 33 : 커플러
35 : 제1 커플러 35a : 제1 결합공
35b : 제3 관통공 37 : 제2 커플러
37a : 제2 결합공 39 : 에어 공급관
40 : 주입관 41 : 이송 유로
43 : 삽입구 45 : 유입구
47 : 배출구 49 : 수나사
50 : 보강재 60 : 주입 호스
70 : 에어 호스 80 : 누출 방지캡
81 : 삽입공 82 : 오링
82a : 제1 오링 82b : 제1 오링
83 : 리테이너링 84 : 암나사
85 : 오링홈 85a : 제1 오링홈
85b : 제2 오링홈 86 : 리테이너링홈

Claims (11)

1. 지반에 형성된 천공홀의 내부에 삽입되어 설치되며, 상기 천공홀을 선택적으로 개폐하는 패커;
   상기 패커를 관통하게 설치되며, 상기 천공홀의 내부에 그라우팅액을 주입하는 주입관;
   상기 주입관을 관통하게 설치되며, 상단은 상기 천공홀의 외부까지 연장되고, 하단은 상기 천공홀의 하단까지 연장되며, 상기 지반에 작용하는 응력에 저항할 수 있는 강도를 갖는 보강재; 및
   상기 보강재에 의해 관통되도록 상기 주입관의 상단에 결합되며, 상기 주입관의 상단을 통한 상기 그라우팅액의 누출을 방지하는 누출 방지캡을 포함하며;
   상기 주입관은,
   상기 주입관의 종방향으로 연장되도록 내부에 형성되며, 상기 보강재가 삽입되는 이송 유로;
   상기 이송 유로와 연통되도록 상단에 형성되는 삽입구;
   상기 이송 유로와 연통되도록 일측에 형성되며, 상기 이송 유로의 내측면과 상기 보강재의 외측면 사이 공간으로 상기 그라우팅액을 유입시키는 유입구;
   상기 이송 유로와 연통되도록 하단에 형성되며, 상기 이송 유로에 유입된 상기 그라우팅액을 상기 천공홀의 내부로 배출하는 배출구를 포함하며;
   상기 누출 방지캡은,
   상기 삽입구와 연통되도록 내부에 형성되며, 상기 주입관의 상단이 끼워지고, 상기 보강재가 삽입되는 삽입공;
   상기 삽입공의 내측면과 상기 보강재의 외측면 사이에 개재되도록 상기 삽입공에 설치되며, 탄성 변형 가능한 합성수지 재질로 형성되고, 상기 삽입공의 내측면과 상기 보강재의 외측면에 각각 탄성적으로 밀착되어 상기 삽입공과 상기 보강재 사이의 기밀을 유지하는 적어도 하나의 오링; 및
   상기 삽입공의 내측면과 상기 보강재의 외측면 사이에 개재되도록 상기 삽입공에 설치되며, 탄성 변형 가능한 합성수지 재질과 금속 재질이 혼합되어 형성되고, 상기 보강재를 가압 지지하는 리테이너링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가압식 네일링 장치의 적어도 일부분을 둘러싸도록 상기 천공홀의 내부에 삽입되어 설치되며, 외주면에 복수의 배출공이 형성되고, 상기 지반에 작용하는 응력에 저항할 수 있는 강도를 갖지 않는 비내력관을 더 포함하며,
   상기 패커는 상기 비내력관의 내부에 삽입되어 설치되며, 상기 비내력관을 선택적으로 개폐하며, 상기 주입관은 상기 비내력관의 내부에 그라우팅액을 주입하고, 상기 비내력관에 주입된 그라우팅액은 상기 배출공을 통해서 상기 천공홀에 배출되는 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 주입관은 상단의 외주면에 형성되는 수나사를 구비하고,
   상기 누출 방지캡은 하단의 내주면에 상기 수나사와 나사 결합 가능하게 형성되는 암나사를 구비하는 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   외부의 그라우팅액 공급원과 상기 유입구를 연결하는 주입 호스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.
9. 제1항에 있어서,
   외부의 에어 공급원과 상기 패커를 연결하는 에어 호스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보강재는 철근인 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.
11. 제2항에 있어서,
    상기 비내력관은 PVC관 또는 PE관인 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.

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