KR101660386B1

KR101660386B1 - 그라우팅재 및 그라우팅재가 적용되는 시스템

Info

Publication number: KR101660386B1
Application number: KR1020160017407A
Authority: KR
Inventors: 신일용
Original assignee: 신일용; 주식회사 강구토건
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2016-10-10

Abstract

본 발명은 드릴비트와 천공기에 연결되는 로드 사이에 선단장치 연결되고, 상기 선단장치는 시멘트와 팽창제 및 물의 혼합물로 이루어진 그라우팅재를 에어 또는 물과 동시에 분사토록 몸체의 길이방향에 서로 구분설치되는 복수의 제트노즐을 통하여 상향 및 하향 경사토록 설치하고, 로드의 상승시 상향경사지는 제트노즐에서는 공기를 하향경사지는 제트노즐에서는 그라우팅재가 분사토록 설치되는 그라우팅재가 적용되는 그라우팅 시스템에 관한 것이다.

Description

그라우팅재 및 그라우팅재가 적용되는 시스템{grouting materials and grouting system}

본 발명은 드릴비트와 천공기에 연결되는 로드 사이에 선단장치 연결되고, 상기 선단장치는 시멘트와 팽창재 및 물의 혼합물로 이루어진 그라우팅재를 에어 또는 물과 동시에 분사토록 몸체의 길이방향에 서로 구분설치되는 복수의 제트노즐을 상향 및 하향 경사토록 각각 설치하고, 로드의 상승시 상향경사지는 제트노즐에서는 공기를 하향경사지는 제트노즐에서는 그라우팅재가 분사토록 설치되는 그라우팅재가 적용되는 그라우팅 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 그라우팅 공법은 주입펌프 등을 이용하여 토사 또는 암반의 틈새 등에 약액을 주입하는 공법으로서, 하천제방이나 지하철 공사시 연약지반의 지내력 보강과 누수차단, 터널 시공을 위해 암반을 굴착하면서 터널 암반에 형성된 균열부 및 동공부 보강, 방파제나 방조제의 침하방지 등의 목적으로 활용되는 것이다.

그리고, 이러한 그라우팅 공법은 그라우팅재를 지반에 분사시켜, 지반의 고결로 대상지반의 지내력을 증강시키고, 투수 계수를 감소시켜 차수성을 향상시키는 효과가 있어 지반의 보강 및 차수, 기초파일 형성, 연약지반 개량, 구조물 보강, 터널보강 및 차수용 등 다양한 용도로 널리 이용되고 있다.

이와같은 기술과 관련되어 종래의 특허 제973745호에 그라우팅용 선단장치의 기술이 제시되고 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 강관(100) 내부에 고압수관(110), 공기주입관(120) 및 그라우팅재관(130)이 각각 분리 배관되어 있고, 상기 강관(100) 외주면에는 상기 고압수관(110)과 연통되는 물분사구(111), 상기 공기주입관(120)과 연통되는 에어분사구(121) 및 상기 그라우팅재관(130)과 연통되는 그라우팅재분사구(131)가 형성되어 있으며, 상기 강관(100) 하부에는, 외주면을 따라 형성된 볼트형의 비트결합부(210)와 하단 중심부에서 상방향으로 형성된 너트형의 해머결합부(220)가 함께 구비되는 어뎁터(200)가 결합되고, 상기 강관(100) 상부에는 상기 강관(100)으로 축방향 회전력을 전달하는 로드(300)가 결합된다.

그리고, 상기 강관(100) 내부에는 그라우팅재관(130)으로부터 연장되어 상기 강관(100) 하단을 통해 상기 어뎁터(200)의 해머결합부(220)에까지 종방향으로 연통된 해머에어관(140)이 더 배관되고, 상기 해머에어관(140) 내에는 개폐작동하는 체크밸브(160)가 구비되는 구성으로 이루어 진다.

그러나, 상기와 같은 그라우팅용 선단장치는, 물분사구(111), 에어분사구(121) 및 그라우팅재분사구(131)가 정형화 되어 항상 동일 방향으로 분사토록 함으로써 효율적이 사용이 힘들게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 차수보강과 지반중에 원주상의 고결체 형성이 용이하도록 하고, 고결체의 직경을 조절할 수 있도록 하며, 동일압력에서도 개별적인 압력조절에 의해 확대되는 고결체의 형성이 가능토록 하고, 필요개소에 필요량을 계획적으로 주입할 수 있도록 하는 그라우팅재 및 그라우팅재가 적용되는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 드릴비트와 천공기에 연결되는 로드 사이에 선단장치 연결되고, 상기 선단장치는 시멘트와 팽창제 및 물의 혼합물로 이루어진 그라우팅재를 에어 또는 물과 동시에 분사토록 몸체의 길이방향에 서로 구분설치되는 복수의 제트노즐을 상향 및 하향 경사토록 설치하고, 로드의 상승시 상향경사지는 제트노즐에서는 공기를 하향경사지는 제트노즐에서는 그라우팅재가 분사토록 설치되는 그라우팅재가 적용되는 그라우팅 시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명의 선단장치는, 제트노즐이 몸체의 원주방향을 따라 그리는 나선상에 배치되면서 하부에서는 최소의 직경을 갖는 제트노즐이 배치될 때 그 상부를 향하여 점차로 확대되는 직경을 갖는 제트노즐이 각각 배치되는 그라우팅재가 적용되는 그라우팅 시스템을 제공한다.

더하여, 본 발명의 선단장치는, 몸체가 하부를 향하여 감소되는 폭을 갖도록 설치되어 하부의 제트노즐과 천공홀 사이의 간격이 상부의 제트노즐과 천공홀 사이의 간격보다 크게 설치되는 그라우팅재가 적용되는 그라우팅 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명의 선단장치는, 몸체에 분사방향이 고정되는 제트노즐과 분사방향이 가변수단을 통하여 가변되는 제트노즐이 구비되어 서로 다른 분사방향을 갖도록 설치되는 그라우팅재가 적용되는 그라우팅 시스템을 제공한다.

계속하여, 본 발명의 가변수단은, 몸체에 형성되는 장착홀에 고정볼트 및 너트를 통하여 장착되면서 양단에 유입구 및 배출구를 갖는 볼과 상기 유입구에 연결되면서 공급되는 그라우팅재의 공급압에 의해 이동토록 공급홈을 갖는 캡이 스프링을 개재하여 몸체의 내측에 탄성설치되는 그라우팅재가 적용되는 그라우팅 시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명의 그라우징재는 200kg의 포틀랜드시멘트와 시멘트의 총중량에 대하여 2~10중량%의 팽창재 및 시멘트의 총중량에 대하여 38~48중량%의 물이 투입되는 혼합물로 이루어지고,

상기 팽창재는, 7~9중량%의 SO₃,1~2중량%의 Na₂O, 1~2중량%의 K₂O, 50~55중량%의 CaO, 2~3중량%의 Mg0, 5~8중량%의 Al₃O₃, 2~5중량%의 Fe₂O₃, 25~30중량%의 SiO₂ 혼합물로 이루어진 그라우팅재를 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 차수보강과 지반중에 원주상의 고결체 형성이 용이하고, 고결체의 직경을 조절하며, 동일압력에서도 개별적인 압력조절에 의해 확대되는 고결체의 형성이 가능하고, 필요개소에 필요량의 고결체를 계획적으로 주입하는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 그라우팅용 선단장치를 도시한 단면도이다.
도2는 본 발명에 따른 그라우팅 시스템을 도시한 블럭도이다.
도3은 본 발명에 의한 그라우팅 순서도이다.
도4및 도5는 각각 본 발명에 따른 그라우팅용 선단장치를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도6및 도7은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 그라우팅용 선단장치를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도8및 도9는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그라우팅용 선단장치를 도시한 사시도 및 단면도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 그라우팅 시스템을 도시한 블럭도이고, 도3은 본 발명에 의한 그라우팅 순서도이며, 도4및 도5는 각각 본 발명에 따른 그라우팅용 선단장치를 도시한 사시도 및 단면도이고, 도6및 도7은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 그라우팅용 선단장치를 도시한 사시도 및 단면도이며, 도8및 도9는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그라우팅용 선단장치를 도시한 사시도 및 단면도이다.

본 발명의 선단장치(70)는, 드릴비트(50)와 천공기(10)에 연결되는 로드(30) 사이에 연결된다.

그리고, 상기 선단장치(70)는, 시멘트(81)와 팽창재(83) 및 물(85)의 혼합물로 이루어진 그라우팅재(80)를 에어 또는 물과 동시에 분사토록 몸체(71)의 길이방향에 서로 구분설치되는 복수의 제트노즐(75)을 통하여 상향 및 하향 경사토록 설치된다.

이때, 상기 물(85) 또는 공기 및 그라우팅재는 컴프레셔(82) 및 펌프(84)를 통하여 원하는 압력으로 공급토록 설치되고, 밸브(86)의 개방에 의해 공급압력이 조절토록 설치된다.

또한, 상기 그라우팅재(80)는 교반기(88)를 통하여 교반토록 설치된다.

그리고, 상기 천공기(10)는, 계획심도에 대응되는 길이를 갖도록 복수의 로드(30)가 한번에 연결되어 동작토록 복수의 로드에 대응되는 길이를 갖는 지지대(15)가 구비된다.

더하여, 상기 선단장치(70)는, 로드(30)의 상승시 상향경사지는 제트노즐에서는 공기를 하향경사지는 제트노즐에서는 그라우팅재가 분사토록 설치된다.

그리고, 상기 선단장치(70)는, 제트노즐이 몸체의 원주방향을 따라 그리는 나선상에 배치되면서 하부에서 최소의 직경을 상부를 향하여 점차로 확대되는 직경을 갖도록 배치된다.

더하여, 상기 선단장치(70)는, 몸체(71)가 하부를 향하여 감소되는 폭을 갖도는 콘 형상으로 설치되어 하부의 제트노즐과 천공홀(90) 사이의 간격이 상부의 제트노즐과 천공홀 사이의 간격보다 크게 설치된다.

또한, 상기 선단장치(70)는, 몸체(71)에 분사방향이 고정되어 공기가 분사되는 제트노즐(75)과 분사방향이 가변수단(60)을 통하여 가변되면서 물 또는 그라우팅재가 분사되는 제트노즐(75)이 각각 구비되어 서로 다른 분사방향을 갖도록 설치된다.

계속하여, 상기 가변수단(60)은, 몸체(71)에 형성되는 장착홀(72)에 고정볼트(61) 및 너트(63)를 통하여 장착되면서 양단에 유입구(65a) 및 배출구(65b)를 갖는 볼(65)과 상기 유입구에 연결되면서 공급되는 그라우팅재의 공급압에 의해 이동토록 공급홈(67a)을 갖는 캡(67)이 스프링(68)을 개재하여 몸체의 내측에 탄성설치된다.

그리고, 본 발명의 그라우팅재는, 200kg의 포틀랜드시멘트와 시멘트의 총중량에 대하여 2~10중량%의 팽창재 및 시멘트의 총중량에 대하여 38~48중량%인 물의 혼합물로 이루어진다.

이때, 상기 팽창재는, 아래의 SO₃와 반응하여 조기 강도 보강을 위한 보조제로 K2SO4, Na2SO4 등의 역활을 수행하는 7~9중량%의 SO₃,1~2중량%의 Na₂O, 1~2중량%의 K₂O, 수화물을 형성하여 수축을 억제하는 50~55중량%의 CaO, 강도를 형성하는 2~3중량%의 Mg0, 급결제의 역활을 수행하는 5~8중량%의 Al₃O₃, 초기강도 및 장기강도를 확보하는 2~5중량%의 Fe₂O₃, 겔을 형성하는 25~30중량%의 SiO₂ 혼합물로 이루어진 그라우팅재를 제공한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 내지 도9에서 도시한 바와같이 본 발명의 선단장치(70)는, 드릴비트(50)와 천공기(10)에 연결되는 로드(30) 사이에 연결되어 천공기(10)의 구동시 드릴비트(50)에 의해 시공지역의 지반을 계획심도까지 굴진토록 한다.

이때, 상기 선단장치(70)는, 시멘트(81)와 팽창재(83) 및 물(85)의 혼합물로 이루어진 그라우팅재(80)를 에어 또는 물과 동시에 분사토록 몸체(71)의 길이방향에 서로 구분설치되는 복수의 제트노즐(75)을 통하여 상향 및 하향 경사토록 설치되어 드릴비트(50)에 의해 굴진되는 천공홀(90)의 직경을 물의 분사압력에 의해 확대토록 한다.

그리고, 상기 선단장치(70)는, 굴진시에는 상기 물(85) 또는 공기의 압력을 조절하여 원하는 직경의 천공홀(90)을 형성하게 된다.

또한, 상기 로드(30)를 통하여 공급되는 공기 및 그라우팅재는, 컴프레셔(82) 및 펌프(84)를 통하여 원하는 압력으로 공급하여 천공홀(90)의 내측을 공기등에 의해 확대시킨 후 그라우팅재를 경화시켜 고결체(95)를 형성하게 된다.

더하여, 본 발명의 천공기(10)는, 계획심도에 대응되는 길이를 갖도록 복수의 로드(30)가 한번에 연결되어 동작토록 대응되는 높이를 갖는 지지대(15)가 구비되어 작업의 끊임이 없이 한번의 공정에 의해 굴진 작업이 가능토록 된다.

그리고, 상기 선단장치(70)는, 로드(30)의 상승시 상향경사지는 제트노즐에서는 공기를 하향경사지는 제트노즐에서는 그라우팅재가 분사토록 설치되어 충진되는 그라우팅재를 가압하는 효과를, 공기에 의해서는 물을 들어올리는 효과를 구현하게 된다.

또한, 상기 선단장치(70)는, 제트노즐(75)이 몸체의 원주방향을 따라 그리는 나선상에 배치되면서 하부에서 제트노즐의 직경이 최소의 직경(a)을 갖도록 하고, 상부를 향하여 나선상으로 배치되는 각각의 제트노즐은 점차로 확대되는 직경(b)(c)을 갖도록 배치되어 천공홀의 굴진시 동일압력시에도 초기에는 적은 직경(a)의 고압으로 물이 분사되어 굴진할 때 그 상부에서는 굴진된 지역을 회전하면서 점차로 부수어 나가는 효과를 구현하여 적은 압력으로도 굴진작업이 가능하게 된다.

더하여, 상기 선단장치(70)는, 몸체(71)가 하부를 향하여 감소되는 폭을 갖도록 설치되어 하부의 제트노즐과 천공홀(90) 사이의 간격이 상부의 제트노즐과 천공홀 사이의 간격보다 크게 설치되어 압력의 증가하는 지역에서 분사거리가 증가되어 충격압력이 상승됨으로써 굴진효과를 높이게 된다.

또한, 상기 선단장치(70)는, 몸체(71)에 분사방향이 고정되는 제트노즐(75)과 분사방향이 가변수단(60)을 통하여 가변되는 제트노즐(75)이 구비되어 서로 다른 분사방향을 갖도록 설치되어 그라우팅재의 공급압력에 따라 제트노즐((75)의 방향을 자유롭게 조절하여 고결체의 형성을 위한 천공홀 형성작업이 용이하게 된다.

이때, 상기 가변수단(60)은, 몸체(71)에 형성되는 장착홀(72)에 고정볼트(61) 및 너트(63)를 통하여 장착되면서 양단에 유입구(65a) 및 배출구(65b)를 갖는 볼(65)과 상기 유입구에 연결되면서 공급되는 그라우팅재의 공급압에 의해 이동토록 공급홈(67a)을 갖는 캡(67)이 스프링(68)을 개재하여 몸체의 내측에 탄성설치되는 구성으로 고압으로 공급홈을 통하여 그라우팅재의 공급할 때 캡이 하향되면서 제트노즐의 각도를 상향시키게 되고, 상대적으로 저압일 때는 스프링의 압력에 의해 캡이 상승하면서 이에 연결되는 제트노즐을 하향시켜 그라우팅재의 분사방향을 자유롭게 조절하게 된다.

그리고, 본 발명의 200kg의 포틀랜드시멘트와 시멘트의 총중량에 대하여 2~10중량%의 그라우팅재 및 시멘트의 총중량에 대하여 38~48중량%인 물의 혼합물로 이루어지고,

상기 그라우팅재는, 7~9중량%의 SO₃,1~2중량%의 Na₂O, 1~2중량%의 K₂O, 50~55중량%의 CaO, 2~3중량%의 Mg0, 5~8중량%의 Al₃O₃, 2~5중량%의 Fe₂O₃, 25~30중량%의 SiO₂ 혼합물로 이루어진다.

이때, 상기 그리우팅재의 혼합비율은 본 출원인의 반복적인 작업 및 시험에 의해 최적의 혼합비율을 도출한 것으로서 상기와 같은 그라우팅재에 의해 고결체의 압축강도등을 측정한 결과는 아래의 표1과 같다.

그라우팅재(%)	유동성(초)	블리딩(%)	압축강도(N/mm²)
			5일	7일	28일
2~10	7	0	26.4	34.8	48.6

10...천공기 30...로드
50...드릴비트 70...선단장치
71...몸체 75...제트노즐
80...그라우팅재

Claims

드릴비트와 천공기에 연결되는 로드 사이에 선단장치가 연결되어 드릴비트로 천공되는 천공홀을 선단장치에서 공급되는 물의 압력에 의해 넓히도록 설치되고,
상기 선단장치는, 시멘트와 팽창재 및 물의 혼합물로 이루어진 그라우팅재를 물 또는 에어와 동시에 분사토록 몸체의 길이방향에 서로 구분설치되는 복수의 제트노즐을 상향 및 하향 경사토록 각각 설치하고,
상기 로드의 상승시 상향경사지는 제트노즐에서는 공기를, 하향경사지는 제트노즐에서는 그라우팅재를 각각 분사토록 설치되는 그라우팅재가 적용되며,
상기 선단장치는, 몸체에 분사방향이 고정되는 제트노즐과 분사방향이 가변수단을 통하여 가변되는 제트노즐이 각각 구비되어 서로 다른 분사방향을 갖도록 설치되고,
상기 가변수단은, 몸체에 형성되는 장착홀에 고정볼트 및 너트를 통하여 장착되면서 양단에 유입구 및 배출구를 갖는 볼이 구비되고,
상기 유입구에 연결되면서 공급되는 그라우팅재의 공급압에 의해 이동토록 공급홈을 갖는 캡이 스프링을 개재하여 몸체의 내측에 탄성설치되는 구성으로 이루어져 그라우팅재의 공급압에 의해 가변되는 제트노즐의 각도가 조절토록 되는 그라우팅재가 적용되는 그라우팅 시스템.
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200kg의 포틀랜드시멘트와
시멘트의 총중량에 대하여 2~10중량%의 팽창재 및 시멘트의 총중량에 대하여 38~48중량%의 물이 투입되는 혼합물로 이루어지고,
상기 팽창재는, 7~9중량%의 SO₃,1~2중량%의 Na₂O, 1~2중량%의 K₂O, 50~55중량%의 CaO, 2~3중량%의 Mg0, 5~8중량%의 Al₃O₃, 2~5중량%의 Fe₂O₃, 25~30중량%의 SiO₂ 혼합물로 이루어진 그라우팅재.