KR101712472B1 - 다축 오거장치를 이용한 지반 개량 및 내진보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반을 개량하기 위한 공법에 관한 것으로, 지반의 단단한 상태에 따라 각도 조정이 가능한 교반 및 굴착용 날개를 포함하고 있는 다축 오거장치를 이용하여 지반의 굴착과 동시에 흙과 시멘트 페이스트 또는 고화재를 교반하는 단계와 다축 오거장치를 인발하는 단계와 다축 오거장치의 오거를 통해 굴착 및 흙과 시멘트 페이스트 또는 고화재를 교반한 공간 내에 격자형 보강재를 삽입하는 단계로 이루어져 있어, 다축 오거장치의 교반 및 굴착용 날개를 이용하여 지반의 단단한 정도에 따라 하나의 오거를 이용하여 작업이 이루어져 작업성이 향상됨은 물론, 다수의 오거 중 중앙에 배치되는 오거의 길이를 다른 오거보다 더 길게 형성하여 하중이 집중되는 위치의 지반은 더 깊이 굴착시켜 지반 개량을 실시하고, 상대적으로 지반 개량이 덜 필요한 위치에는 중앙 부분의 지반보다 상대적으로 덜 깊은 위치까지 지반 개량이 이루어져 지반 개량시 재료비 절감 및 작업시간을 단축시킬 수 있으며, 다축 오거장치를 통한 지반 개량 후 오거에 의해 굴착 및 시멘트 페이스트 또는 고화재가 교반된 자리에 격자형 보강재를 삽입하여 지진에 대한 내진 성능을 향상시킬 수 있는 다축 오거장치를 이용한 지반 개량 및 내진보강 공법을 제공한다.

Description

다축 오거장치를 이용한 지반 개량 및 내진보강 공법{ground amelioration and Seismic Reinforce method by multi shaft auger apparatus}

본 발명은 지반을 개량하기 위한 공법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 다축으로 이루어진 오거를 이용하여 구조물에 의해 하중량이 많이 발생하는 위치의 지반을 더 개량하면서 상대적으로 하중을 적게 받는 위치의 지반 개량을 축소시키기 위한 다축 오거장치를 이용한 지반 개량 및 내진보강 공법에 관한 것이다.

지반안정공법이라 일컬어지는 지반개량 공법은 구조물의 부동침하를 방지하기 위하여 연약지반의 지내력을 인공적으로 증가시키는 공법이다.

이러한, 지반개량 공법에는 연약지반에 하중을 가하여 흙을 압밀시키는 재하공법, 연약지반을 양질의 재료료 교체하는 치환공법, 연약지반의 수분을 탈수하여 지반의 압밀을 증가시켜 개량하는 탈수공법, 연약지반에 인위적인 위력을 가하여 흙의 간극비를 줄여 접착력을 증가시키는 탈수공법 및 흙이나 자갈 등의 다른 재료를 혼합하거나 시멘트나 화학약제를 혼합하는 혼합공법 등이 있다.

이 중 상술한 혼합공법은 다른 입자의 흙을 혼합하는 방법으로 운동장, 노반, 활주로 등에 사용되는 입도조정법, 연약지반에 화학약제를 혼합하여 개량하는 화학약제혼합공법, 흙과 시멘트를 혼합하여 다져서 보강하는 쏘일 시멘트(Soil Cement)법 등이 있다.

여기서, 상술한 혼합공법 중 쏘일 시멘트법은 지반을 굴착하면서 시멘트를 주입하여 굴착된 흙에 시멘트를 교반시키게 되며, 이때에 지반의 굴착과 더불어 시멘트를 주입한 후 이를 지반이 굴착되어 형성되는 흙과 교반할 수 있는 오거장치를 이용하게 된다.

상술한 오거장치는 대한민국 공개특허 제10-2015-0025152호와 같이 본체지주의 외주면으로 교반스크류가 형성되고, 하단부에는 지반을 굴착하기 위한 굴착비트가 형성된 기본적인 구조로 이루어져 있으며, 작업의 효율성을 향상시키기 위해 대한민국 공개실용신안 제20-2009-0000111호와 같이 다수의 오거가 형성된 다축의 오거장치가 이용되기도 한다.

한편, 지반 개량을 위한 공법은 대부분 지면에 구조물 형성시 지반의 단단함을 형성하기 위한 것이다.

따라서, 구조물이 지면에 형성된 후 구조물에 의해 지면에 작용하는 하중은 구조물의 중앙부분이 가장 높게 작용하고 양 측면은 중앙보다 하중이 낮게 작용하여 대략 포물선 형태의 하중분포 곡선이 그려진다.

그런데, 대부분의 지반 개량을 위한 공법들은 중앙에 집중 분포되어 있는 하중량을 충분히 견딜 수 있도록 지반을 개량할 때에 굳이 지반 개량을 하지 않아도 되는 양 측면부도 중앙부분과 마찬가지로 지반개량이 이루어지기 때문에 재료비 및 작업시간이 더 소요되는 문제가 있었다.

특히, 지반 개량은 앞서 설명한 바와 같이 다축 오거를 이용하여 작업이 이루어지게 되는데, 이때에, 연약지반 또는 경질지반 등 지반의 단단한 정도에 따라 오거를 매번 교체하여 사용하기 때문에 지반개량 작업 시간이 길어지게 되는 문제점도 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 다축 오거장치를 이용한 지반 개량 및 내진보강 공법은 구조물에 의해 발생하는 하중량에 따라 지반을 개량함으로써 내진보강력을 향상시키면서, 불필요한 지반에 대한 개량이 이루어지지 않아 재료비 절감 및 작업시간을 단축시킬 수 있는 다축 오거장치를 이용한 오거장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다축 오거장치를 통한 지반 굴착과 동시에 흙과 시멘트 페이스트 또는 고화재의 교반 작업 이후 격자형 보강재를 삽입함으로써 지반의 내진 보강력을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.

본 발명은 다축 오거장치의 교반 및 굴착용 날개를 이용하여 지반의 단단한 정도에 따라 하나의 오거를 이용하여 작업이 이루어져 작업성이 향상됨은 물론, 다수의 오거 중 중앙에 배치되는 오거의 길이를 다른 오거보다 더 길게 형성하여 하중이 집중되는 위치의 지반은 더 깊이 굴착시켜 지반 개량을 실시하고, 상대적으로 지반 개량이 덜 필요한 위치에는 중앙 부분의 지반보다 상대적으로 덜 깊은 위치까지 지반 개량이 이루어져 지반 개량시 재료비 절감 및 작업시간을 단축시킬 수 있다.

특히, 다축 오거장치를 통한 지반 개량 후 오거에 의해 굴착 및 시멘트 페이스트 또는 고화재가 교반된 자리에 격자형 보강재를 삽입하여 지진에 대한 내진 성능을 향상시킬 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 지반 개량 및 내진보강 공법을 도시한 블록도.
도 2의 (a)는 본 발명에 따른 지반 개량용 다축 오거장치를 도시한 측면도이고, 도 2의 (b)는 정면도.
도 3은 다축 오거장치의 오거를 도시한 정면도.
도 4는 다축 오거장치를 이용하여 지반을 개량하는 상태를 도시한 상태도.
도 5는 격자형 보강재를 삽입한 상태를 도시한 상태도.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 대해 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 공법을 설명하기에 앞서 본 발명에서 이용하는 다축 오거장치에 대해 먼저 살펴보도록 한다.

본 발명에서의 다축 오거장치(100)는 도 2 내지 도 3에서 도시된 바와 같이 통상의 오거 드라이브(1)에 다수의 오거(50)가 결합된 구조로 이루어져 있다.

여기서, 상기 오거(50)는 일단은 오거 드라이브(1)에 결합하고 타단은 비트(30)와 결합할 수 있는 오거축(10)이 형성된다.

상기 오거축(10)은 단면이 원형 형상으로 이루어진 것으로서 내부에 시멘트 페이스트 또는 고화재 공급홀(11)이 형성되어 외부로부터 시멘트 페이스트 또는 고화재를 공급받아 이동시킬 수 있도록 구성된다.

또한, 오거축(10)의 외주면에는 오거(50)가 회전하여 비트(30)에 의해 지반 굴착작업이 이루어질 때에 비트(30)에 의해 굴착된 흙과 오거축(10)의 시멘트 페이스트 또는 고화재 공급홀(11)을 통해 공급된 시멘트 페이스트 또는 고화재를 교반할 수 있는 스크류 형태의 교반날개(20)가 형성된다.

그리고 오거축(10)의 하단부에 결합하는 비트(30)는 비트 몸체부(31)에 확장비트(32) 및 파일럿 비트(33)가 결합된 구조로 이루어져 있으며, 내측에는 오거축(10)의 시멘트 페이스트 또는 고화재 공급홀(11)과 연결되어 공급되는 시멘트 페이스트 또는 고화재를 굴착된 공간으로 토출할 수 있는 시멘트 페이스트 또는 고화재 토출홀(34)이 형성되어 있다.

특히, 상기 비트 몸체부(31)에는 교반 굴착용 날개 결합홀(31a)이 관통된 형태로 형성되고, 교반 굴착용 날개 결합홀(31a)을 기준으로 일정각도로 형성되는 다수의 각도 설정용 돌기(31b)가 외주면에 형성되어 있다.

또한, 상기 교반 굴착용 날개 결합홀(31a)에 결합하는 고정축(S)이 형성된다.

상기 고정축(S)의 단부에는 나사산이 형성되어 너트(N)가 결합할 수 있도록 구성된다. 따라서, 상기 고정축(S)에 교반 및 굴착용 날개(40)가 결합될 때에 이를 고정 결합할 수 있으며, 다축 오거장치(100)를 이용해 지반의 굴착 및 시멘트 페이스트 또는 고화재와 흙을 교반할 때에 지반의 단단한 상태에 따라 교반 및 굴착용 날개(40)의 각도를 작업자가 현장에서 가변시킬 수 있도록 구성된다.

특히, 상술한 오거(50)는 오거 드라이브(1)에 결합시 다수가 결합될 수 있으며, 이때에 중앙 부분에 배치되는 오거(50)는 양 측면에 형성된 다른 오거(50)보다 하부 방향으로 더 연장되도록 2개소의 오거(50)를 직렬로 연결한 형태로 구성된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 다축 오거장치(100)를 이용하여 지반을 개량하기 위해서는 우선적으로 지반의 단단한 상태를 확인하여야만 한다.

만약, 지반 상태가 단단한 정도에 따라 다축 오거장치(100)의 교반 및 굴착용 날개(40)를 수평방향(0°) ↔ 수직방향(90°) 사이에서 각도를 가변시킨 후 지반의 굴착 및 시멘트 페이스트 또는 고화재와 흙의 교반작업을 실시하여야 한다.

예컨대, 지반의 단단한 정도가 높을 때에는 수평방향(0°)에 가깝도록 교반 및 굴착용 날개(40)의 각도를 배치하여 흙과 시멘트 페이스트 또는 고화재의 교반 작업보다는 지반의 굴착작업이 이루어질 수 있도록 할 수 있고, 지반이 매우 연약할 경우에는 비트(30)의 확장비트(32) 및 파일럿 비트(33)만으로도 굴착작업을 하는데 큰 문제가 없기 때문에 교반 및 굴착용 날개(40)를 수평방향(0°)을 기준으로 대략 60°정도의 각도로 배치한 후 작업을 실시하여 지반의 굴착작업보다는 흙과 시멘트 페이스트 또는 고화재와의 교반 작업이 더 이루어질 수 있도록 할 수 있으며, 지반의 단단한 정도에 따라 다른 각도로 교반 및 굴착용 날개(40)의 각도를 가변하여 실시할 수 있을 것이다.(제1 단계)

한편, 상기 다축 오거장치(100)는 앞서 설명한 바와 같이 다수의 오거(50)를 한번에 구동시켜 지반의 굴착작업과 동시에 흙과 시멘트 페이스트 또는 고화재를 교반하여 지반 개량을 실시할 수 있다.

특히, 상술한 다축 오거장치(100) 중 중앙에 배치한 오거(50)는 도 4에서와 같이 양 측면에 배치되어 있는 오거(50)보다 하측방향으로 더 연장될 수 있도록 2개소의 오거(50)를 결합한 상태이다.

따라서, 지반 개량시 중앙 부분의 오거(50)가 다른 오거(50)들에 비해 더 깊숙한 위치까지 지반을 굴착함과 동시에 흙과 시멘트 페이스트 또는 고화재를 교반해 지반 개량이 이루어지게 되어 구조물에 의해 하중이 집중되는 중앙 부분의 지반은 다른 위치의 지반보다 더 지반 개량이 이루어지게 되고, 구조물에 의해 하중을 많이 받지 않는 부분은 불필요하게 지반을 개량하지 않도록 작용하게 된다.

한편, 상기와 같이 다축 오거장치(100)를 통해 지반 굴착과 동시에 시멘트 페이스트 또는 고화재와 흙의 교반작업이 완료되면 오거 드라이브(1)를 이용하여 다축 오거장치의 오거(50)를 인발한다.(제2 단계)

상기 제2 단계가 완료되면 도 5에서와 같이 오거(50)에 의해 지반의 굴착 및 지반이 굴착되어 형성된 흙과 공급되는 시멘트 페이스트 또는 고화재를 교반한 위치에 격자형 보강재(R)를 삽입하는 공정이 이루어지게 된다.(제3 단계)

상기 격자형 보강재(R)는 금속재 또는 비금속재 또는 섬유재 중 선택된 어느 하나의 재질로 이루어져 있으며, 오거(50)에 의해 굴착된 공간 내에 삽입하는 만큼 오거(50)와 동일형상인 원통형상으로 격자형 보강재(R)를 말아서 삽입하는 것이 좋다.

이렇게, 다축 오거장치(100)에 의해 굴착된 공간 내에 흙과 시멘트 페이스트 또는 고화재가 교반된 자리에 삽입되는 격자형 보강재(R)는 삽입 후 양생되면 격자형 보강재(R)가 프레임 역할을 수행하게 되어 지진에 의한 지반 개량 부분의 파손을 방지하게 된다.

즉, 통상의 지반을 개량하는 공법들은 대부분 지반 개량을 위해 시멘트 페이스트 또는 고화재, 고결재 등의 성분을 이용하여 지반 개량이 이루어지게 되는데, 이렇게 개량된 부분은 지진의 파형에 의해 쉽게 깨지게 되기 때문에 지진 발생시 지면의 구조물을 지지하고 있는 지반이 무너지게 되어 지진에 의한 내진성능이 저하되는 문제가 있다.

하지만 본 발명에서의 보강공법은 격자형 보강재(R)가 삽입되어 시멘트 페이스트 또는 고화재의 양생시 일체화 되면서 지진 발생시 양생된 시멘트들이 지진에 의해 깨지는 현상을 방지하기 때문에 내진 보강력이 향상되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서의 격자형 보강재(R)는 종방향, 횡방향으로 보강재가 교차하는 형태로 이루어져 그 사이에 공간이 형성되는 구조로 이루어져 있어 격자형 보강재(R)에 형성된 공간 사이로 시멘트 페이스트 또는 고화재가 스며들어 일체화 됨으로써 내진에 의한 보강력이 더욱 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 대해 기재한 것이지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.

R : 격자형 보강재
100 : 지반 개량용 다축 오거장치
1 : 오거 드라이브
50 : 오거
10 : 오거축
11 : 시멘트 페이스트 또는 고화재 공급홀
20 : 교반날개
30 : 비트
31 : 비트 몸체부 31a : 교반 및 굴착용 날개 결합홀
31b : 각도 설정용 돌기
32 : 확장비트 33 : 파일럿 비트 34 : 시멘트 페이스트 또는 고화재 토출홀
S : 고정축
40 : 교반 및 굴착용 날개 41 : 결합홀

Claims (4)

1. 지반 굴착위치의 지반의 단단한 상태를 확인하여 굴착과 동시에 시멘트 페이스트 또는 고화재를 공급할 수 있는 다축 오거장치의 비트에 결합되어 있는 교반 및 굴착용 날개를 지반 상태에 따라 각도를 조정한 후 다축 오거장치로 지반을 굴착하면서 지반 굴착에 의해 생성된 흙과 공급되는 시멘트 페이스트 또는 고화재를 교반하는 제1 단계;
   계획된 지반 깊이까지 다축 오거장치를 이용해 지반 굴착 및 교반작업이 이루어지면 비트가 결합된 오거를 인발하는 제2 단계; 및
   다축 오거장치의 오거에 의해 굴착 및 교반이 이루어졌던 위치에 격자형 보강재를 삽입하는 제3단계;를 포함하여 이루어져 있으며,
   상기 제1 단계에서 굴착용 날개 결합홀을 기준으로 일정각도로 형성되는 다수의 각도 설정용 돌기가 외주면에 형성되는 비트 몸체부와 교반 굴착용 날개 결합홀에 결합하는 고정축의 단부에 나사산이 형성되어 너트가 결합할 수 있도록 구성된 비트를 포함하고 있는 다축 오거장치를 이용해 지반의 굴착 및 시멘트 페이스트 또는 고화재와 흙을 교반할 때에 지반의 단단한 상태에 따라 교반 및 굴착용 날개의 각도를 작업자가 현장에서 가변시켜 작업하는 것에 특징이 있는 다축 오거장치를 이용한 지반 개량 및 내진보강 공법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 단계에서의 다축 오거장치는 다수의 오거로 구성되며, 오거 중 중앙부분에 위치한 오거는 양 측면에 배치되어 있는 오거보다 하측방향으로 더 연장되도록 구성하여 구조물의 하중이 집중이 이루어지는 중앙 부분 지반의 개량 깊이를 다른 위치의 지반보다 더 깊게 형성하는 것에 특징이 있는 다축 오거장치를 이용한 지반 개량 및 내진보강 공법.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 오거장치 중 중앙에 배치되어 있는 오거는 2개소의 오거를 결합하여 형성되는 것에 특징이 있는 다축 오거장치를 이용한 다축 오거장치를 이용한 지반 개량 및 내진보강 공법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 제3 단계에서의 격자형 보강재는 금속재질, 섬유재질로 이루어진 것에 특징이 있는 다축 오거장치를 이용한 지반 개량 및 내진보강 공법.

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