KR101765312B1

KR101765312B1 - 자동관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치 및 공법

Info

Publication number: KR101765312B1
Application number: KR1020150010799A
Authority: KR
Inventors: 김진춘
Original assignee: 주식회사 한국 지오텍
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2017-08-14
Also published as: KR20160090696A

Abstract

본 발명은 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치 및 공법에 관한 것으로, 소형의 장비를 이용하여 중간심도의 연약지반에 고화재와 현지토에 의한 지반개량체(구근)를 시공함으로써 장비의 효용성 및 시공성을 향상하고, 그리고 주입 상황의 모니터링과 자동 제어를 통해 시공성을 향상함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 자동화 관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치는, 고화재를 공급하는 고화재 공급수단(10)과; 압축공기를 공급하는 압축공기 공급수단(20)과; 백호우(backhoe)의 암에 분리 및 양방향 회전하도록 연결되고, 구동원을 통해 회전하면서 상기 압축공기 공급수단에서 공급되는 압축공기를 연약지반 속에 분사함과 아울러 상기 고화재 공급수단을 통해 공급되는 고화재를 주입 및 현지토와 교반하여 상기 연약지반의 중간심도에 기둥형의 지반개량체를 시공하는 교반기(100)와; 상기 교반기를 통해 주입되는 고화재의 주입 상황을 감지하는 센서부(200)와; 상기 교반기와 고화재 공급수단을 구동하는 구동부(400)와; 상기 센서부에 의한 감지 값을 근거로 하여 상기 구동부를 자동 제어하는 서버(500)를 포함하고, 상기 교반기는, 연약지반을 굴착 및 현지토를 교란시키는 굴착부, 상기 굴착부에 의해 굴착된 지중에서 현지와 고화재를 교반하는 교반부로 이루어지며, 상기 굴착부는, 구동원의 회전력을 전달받아 회전하며 내부에 압축공기 또는 고화재가 공급되는 유로(111)가 형성된 교반로드(110), 상기 교반로드의 선단부에 장착되는 오거 드릴(120)을 포함하고, 상기 교반부는 상기 교반로드에 서로 다른 높이로 각각 장착되어 상기 교반로드와 함께 공전하는 한편 자전에 의해 고화재와 현지토를 교반하는 상부측 교반날개(130)와 하부측 교반날개(140), 상기 하부측 교반날개의 하부에 배치되며 고화재를 공급받아 분사하는 하부측 분사홀(122), 상기 상부측 교반날개의 상부에 배치되며 고화재를 공급받아 분사하는 상부측 분사홀(123)로 이루어지며, 상기 상부측 교반날개와 하부측 교반날개는, 각각 상기 교반로드(110)에 서로 다른 높이로 지지되는 회전축(131,141), 상기 회전축에 각각 고정되어 상기 회전축과 함께 회전하면서 고화재와 현지토를 교반하는 S자 형태의 제1교반날(132,142), 곡선형으로 형성되며 제1교반날(132,142)의 둘레부에 배치되며 상기 회전축과 함께 회전하면서 고화재와 현지토를 교반하는 제2교반날(133.1433)로 구성된다.

Description

자동관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치 및 공법{APPARATUS AND METHOD FOR SOFT SOIL IMPROVING UNGI AUTOMATED MANAGEMENT SYSTEM}

본 발명은 연약지반 개량 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형의 장비를 이용하여 중간심도의 연약지반에 고화재와 현지토를 혼합교반하여 지반개량체(구근)를 형성함으로써 장비의 효용성 및 시공성을 향상하고, 그리고 주입 상황의 모니터링과 자동 제어를 통해 품질 및 성능을 향상시키는 자동관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치 및 공법에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반의 개량 공법은 연약지반 속에 시멘트계 등의 고화재를 주입 혼합한 후 굳힘으로써 연약지반 속에 지반개량체를 시공하여 개량하는 것으로, 고화재 처리 대상 심도를 기준으로 할 때 천층 혼합 처리 공법, 중층(3~10m) 혼합 처리 공법 및 심층 혼합 처리 공법(고압 분사 시스템 포함)으로 구분된다. 천층 혼합 처리 공법은 지표면에서 1~2m 정도이고 심층 혼합 처리 공법은 10m 이상의 심도에 대한 처리이다.

특허문헌 1(등록특허 제10-0834923호)은 압축공기, 절삭수, 경화재 및 고점도 고강도 몰탈 주입구가 상단에 형성되고, 상기 압축공기, 절삭수 및 경화재 주입구와 연통하는 압축공기, 절삭수 및 경화재 토출구가 측면에 형성되며, 상기 고점도 고강도 몰탈 주입구와 연통하는 고점도 고강도 몰탈 토출구가 하부 종단 중앙에 형성되는 로드를 포함하되, 상기 주입구와 토출구 사이는 압축공기, 절삭수, 경화재 및 고점도 고강도 몰탈이 서로 혼합되지 아니하고 이송 가능하도록 4중관으로 형성되고, 상기 압축공기 및 절삭수 토출구는 수평방향에서 약 5°정도 상향으로 압축공기 및 절삭수를 분사할 수 있도록 형성되고, 상기 경화재 토출구는 경화재를 수평방향으로 분사할 수 있도록 형성되며, 상기 경화재 토출구가 상기 압축공기 및 절삭수 토출구로부터 하향으로 소정 거리 이격된 위치에 형성된 연약지반 개량장치에 관한 것이며, 연약지반 속에 경화재에 의한 지반개량체를 시공하는 것일 뿐 심층의 연약지반을 개량하기 위한 것이다.

특허문헌 2(등록특허 제10-0587842호)는 광폭트랙을 장착하여 접지압을 최소화하며 광폭트랙을 중심으로 360˚회전되는 운전석과 동력장치를 구비한 무한궤도차량과, 상기 무한궤도차량의 전방에 수직방향으로 형성된 리더와, 상기 리더의 길이방향으로 승하강되며 선단에는 개폐할 수 있는 슈를 구비하고 외주연에는 스크루를 형성하되 상부에는 회전기어가 부설된 케이싱과, 상기 케이싱의 선단 내주연에 형성되어 공급되는 보강부재를 나선회전을 통해서 하부방향으로 가압시켜 배출 및 다지기 위한 내부스크루와, 상기 회전기어와 치합되는 모터기어를 교반로드에 형성하여 상기 케이싱을 정회전 및 역회전시키기 위한 모터와, 상기 케이싱의 상부에 형성되어 보강부재를 케이싱의 내부로 공급하기 위한 호퍼와, 상기 케이싱을 회전가능하도록 지지하며 상기 모터와 상기 호퍼를 고정하기 위한 프레임으로 구성된 연약지반을 개량하기 위한 내부스크루 다짐식 무진동무소음 시공장비로서, 심층의 연약지반 개량용이라 할 수 있고 보강부재의 균일한 혼합이 어려워 연약지반을 견고하게 시공하지 못한다.

종래 중간심도의 연약지반을 개량하기 위해서 심층 혼합처리 장비를 사용하고 있으며, 심층 혼합 처리 공법의 장비를 사용하는 경우 심층 혼합 장비는 중간심도 이상의 심층에 맞춰 제작된 장비이기 때문에 매우 대형이면서 중량이 무거워 연약지반의 침하를 야기하고 구동을 위한 전력의 손실을 발생하는 등 시공 원가를 낭비하는 문제점이 있어 중간심도의 연약지반을 개량에 적합한 중층 혼합 처리 장비와 기술이 요구되고 있다.

이러한 요구에 맞춰 개량된 것으로 특허문헌 3(일본특허 제3260337호)이 있다.

특허문헌 3은, 개량재를 토출하기 위한 토출 수단과 상기 토출 된 개량재를 지반의 연약흙과 혼합 교반하기 위한 교반 체인과 함께 구동륜 및 유도고리에 따라 주회, 주행시키는 교반날개를 포함한 혼합 교반기를 구비한 지반 개량 장치로서, 상기 토출 수단이, 상기 혼합 교반기의 하부 위치에 설치된 하부 토출구부와 상기 하부 토출구부보다 상측에 설치된 적어도 하나의 상부 토출구부를 준비하고, 상기 하부 토출구부 및 상기 상부 토출구부의 각각을 복수의 토출 구멍에서 구성하여 개량재 공급 장치로부터 상기 개량재의 공급을 받는 공급관과 상기 공급관에 설치된 분배수단을 구비하고 상기 공급관에 공급된 개량재를 상기 분배 수단을 통하여 상기 상부 토출구부 및 상기 하부 토출구부에 분배 공급하는 지반 개량 장치이며, 중층 혼합 처리 공법이 가능하다 할 수 있지만, 운전원의 경험에 의존한 지반 개량이기 때문에 최적의 지반개량체를 시공하지 못하고, 장비 측면에서 볼 때 구조가 복잡하면서도 균일한 교반 혼합이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

등록특허 제10-0834923호 등록특허 제10-0587842호 일본특허 제3260337호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소형의 장비를 이용하여 중간심도의 연약지반에 고화재와 현지토를 혼합교반하여 지반개량체(구근)를 형성함으로써 장비의 효용성 및 시공성을 향상하고, 그리고 주입 상황의 모니터링과 자동 제어를 통해 품질 및 성능을 향상시키는 자동관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치 및 공법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 자동화 관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치는, 고화재를 공급하는 고화재 공급수단(10)과; 압축공기를 공급하는 압축공기 공급수단과; 백호우(backhoe)의 암에 분리 및 양방향 회전하도록 연결되고, 구동원을 통해 회전하면서 상기 압축공기 공급수단에서 공급되는 압축공기를 연약지반 속에 분사함과 아울러 상기 고화재 공급수단을 통해 공급되는 고화재를 주입 및 현지토와 교반하여 상기 연약지반의 중간심도에 기둥형의 지반개량체를 시공하는 교반기와; 상기 교반기를 통해 주입되는 고화재의 주입 상황을 감지하는 센서부와; 상기 교반기와 고화재 공급수단을 구동하는 구동부와; 상기 센서부에 의한 감지 값을 근거로 하여 상기 구동부를 자동 제어하는 서버를 포함하고, 상기 교반기는, 연약지반을 굴착 및 현지토를 교란시키는 굴착부, 상기 굴착부에 의해 굴착된 지중에서 현지와 고화재를 교반하는 교반부로 이루어지며, 상기 굴착부는, 구동원의 회전력을 전달받아 회전하며 내부에 압축공기 또는 고화재가 공급되는 유로가 형성된 교반로드, 상기 교반로드의 선단부에 장착되는 오거 드릴을 포함하고, 상기 교반부는 상기 교반로드에 서로 다른 높이로 각각 장착되어 상기 교반로드와 함께 공전하는 한편 자전에 의해 고화재와 현지토를 교반하는 상부측 교반날개와 하부측 교반날개, 상기 하부측 교반날개의 하부에 배치되며 고화재를 공급받아 분사하는 하부측 분사홀, 상기 상부측 교반날개의 상부에 배치되며 고화재를 공급받아 분사하는 상부측 분사홀로 이루어지며, 상기 상부측 교반날개와 하부측 교반날개는, 각각 상기 교반로드에 서로 다른 높이로 지지되는 회전축, 상기 회전축에 각각 고정되어 상기 회전축과 함께 회전하면서 고화재와 현지토를 교반하는 S자 형태의 제1교반날, 곡선형으로 형성되며 제1교반날의 둘레부에 배치되며 상기 회전축과 함께 회전하면서 고화재와 현지토를 교반하는 제2교반날로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자동관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치 및 공법에 의하면, 무한궤도의 백호우에 소형의 교반기를 장착하고 이 교반기의 선단 굴착헤드와 압축공기를 이용하여 중간심도의 연약지반을 신속하게 굴착하고 고화재를 주입한 후 교반날개의 자전과 공전을 통해 고화재와 현지토를 균일하게 혼합하여 전체적으로 균일한 강도의 지반개량체를 시공함으로써 중간심도의 연약지반을 지반침하없이 견실하게 개량하고, 또한, 주입 상황의 모니터링을 통해 운전원이 최적의 조건으로 운전하여 공기를 단축하고 장비를 보호하며, 아울러, 자동 제어를 통해 미숙련 운전원도 시공이 가능하다.

본 발명은 무다짐방식으로 도심지와 공공장소에서도 시공이 가능하여 지리적 제한없이 모든 중간심도의 연약지반을 개량하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치의 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치에 적용된 센서부와 구동부 및 서버의 구성을 보인 블록도.
도 3은 본 발명에 의한 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치에 적용된 교반기의 확대도.
도 4는 본 발명에 의한 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치에 적용된 교반기의 상하부측 교반날을 보인 평면도.
도 5는 본 발명에 의한 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 공법의 공정도.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치는, 고화재(분체 타입, 슬러리 타입 등 공지의 고화재)를 공급하는 고화재 공급수단(10)과; 압축공기를 공급하는 압축공기 공급수단(20)과; 무한궤도를 갖는 백호우(backhoe)(1)의 암(2)에 분리 및 양방향 회전하도록 연결되고, 구동원을 통해 회전하면서 압축공기 공급수단(20)에서 공급되는 압축공기를 연약지반 속에 분사함과 아울러 고화재 공급수단(10)을 통해 공급되는 고화재를 주입 및 현지토(원지반의 토사 등)와 교반하여 연약지반의 중간심도에 기둥형의 지반개량체를 시공하는 교반기(100)와; 교반기(100)를 통해 주입되는 고화재의 주입 상황을 감지 및 모니터링하도록 자료를 추출 제공하는 주입 모니터링수단(센서부, 모니터)과; 구동부를 제어하는 서버로 구성되고, 중간심도(예를 들어 3~10m)의 연약지반에 맞춰 소형[예를 들어 교반기(100)는 3~5m의 높이]으로 이루어진다.

고화재 공급수단(10)은 고화재가 저장되는 탱크(11), 고화재의 혼합을 위한 물이 저장되는 수조(12), 탱크(11)로부터 고화재를 공급받는 한편 수조(12)로부터 물을 공급받아 믹싱하는 믹서(13), 믹서(13)를 통해 믹싱된 고화재를 압송 공급하는 펌프(14), 펌프(14)를 통해 압송되는 고화재를 교반기(100)에 공급하는 공급관(15)으로 구성되며, 지상에 설치되거나 차량에 탑재되어 운용될 수 있다.

압축공기 공급수단(20)은 에어 컴프레서, 상기 에어 컴프레서에 의해 압송되는 압축공기를 교반기(100)에 공급하는 압축공기 공급관으로 구성되며, 고화재의 공급시에는 압축공기를 분사하지 않을 것이므로 상기 압축공기 공급관은 고화재의 공급관(15)을 함께 사용하는 것도 가능하다. 압축공기는 연약지반의 굴착시 지반의 토사 등을 밀어냄으로써 시공성을 향상한다. 압축공기 공급수단(20)은 필요에 따라 선택되어 사용된다.

도 2에서 보이는 바와 같이, 상기 주입 모니터링수단은, 고화재와 압축공기의 주입 상황, 교반기(100)의 구동 상황 및 지반개량체의 심도 등을 운전원이 확인하도록 하는 것으로 센서부(200)와 센서부(200)의 정보와 구동부의 정보를 화면 출력하는 모니터(300)로 구성된다.

센서부(200)는 고화재 공급수단(10)을 통해 공급되는 고화재의 투입량을 감지하는 유량센서, 압축공기 공급수단(20)을 통해 공급되는 압축공기의 토출압력을 감지하는 압력센서, 교반기(100)의 회전수를 감지하는 회전수 센서, 교반기(100)의 관입심도를 측정하는 심도 센서, 위치 센서, 부하 센서, 토크 센서, 연직도 센서, 진동 센서, 계량 센서, 모터 센서, 수중 센서, 믹서 로드셀, 에지테이터 로드셀 등을 포함한다. 센서부(200)는 상기 센서들로 한정되지 아니하고 자유롭게 변경 가능하다.

예를 들어 유량센서는 고화재 공급관(13)에 장착되어 펌프(14)의 토출단이나 공급관(15) 등에 설치되어 고화재의 양을 측정한다.

압력 센서는 에어 컴프레서나 공급관에 장착되어 압축공기 압력을 측정한다.

회전수 센서는 교반기(100)에 적용되는 교반로드 및 로터의 회전속도를 측정한다.

심도 센서는 교반기(100)의 최하단부가 삽입된 깊이의 측정을 통해 지반개량체의 심도를 측정한다.

모니터(300)는 백호우(1)의 운전석 내부에 탑재되며 상기 센서부에 의해 센싱된 데이터를 화면 출력하며, 각 데이터는 시간별로 수치화되어 출력되거나 그래프로 출력되는 등 다양한 방법이 가능하다.

본 발명의 구동부(400)는 수동 제어반(버튼식, 터치판넬식), 에지테이너 모터, 에지테이터 밸브, 호스 펌프, 오거 드라이브, 플레이트 드라이브, 바이브레이터 드라이브, 주입 개폐기, 펌프, 믹서 모터, 믹서 밸브 등이 포함된다. 구동부(400)로 기재된 구성들은 지반 개량 분야에서 사용되고 있는 것들이다.

서버(500)는 센서부(200)에 의해 감지된 값을 근거로 하여 상기 구동부(400)를 제어하는 것이며, 이러한 제어를 위하여 기준 데이터의 설정을 필요로 한다.

상기 기준 데이터는 연약지반의 지반 강도 등 다양한 조건에 따라 달라지는 것이며 공지 기술을 통해 당업자의 실시가 가능한 것이므로 구체적인 수치로 한정하지 않으며, 운전원은 입력키를 통해 기준 데이터[고화재 유량(분당 유량, 누적 유량), 압축공기 압력, 회전수]를 입력한다.

서버(500)는 상기 센서부에 의해 실시간으로 감지되는 현재 데이터와 기 설정된 기준 데이터를 비교하고, 현재 데이터가 기준 데이터를 벗어나면 전술한 구동부(400)의 구동을 제어한다.[예를 들어 펌프의 구동압력이 기준 압력보다 높을 경우 펌프의 가동을 저속 운전으로 제어, 고화재의 유량이 많은 경우 펌프의 가동을 저속으로 제어하거나 밸브를 통해 개도 감소로 제어 등].

또한, 서버(500)에 의한 자동 제어와 관련하여 운전원이 확인할 수 있도록 알람이 갖추어질 수 있다. 상기 알람은 구동부(400)의 가동 상태를 확인할 수 있는 각각의 경고등(정상시 파란색 점등, 이상시 붉은색 점등)이 바람직하고, 따라서 운전원은 각 기기의 정상 유무를 확인함으로써 각 기기를 수동 제어할 수 있다.

센서부(200)에 의해 감지된 데이터, 서버(500)의 제어에 의한 구동부(400)의 동 상태는 메모리에 저장되어 추후 관리 자료 등으로 사용된다.

도 1과 도 3에서 보이는 것처럼, 교반기(100)는, 굴착부와 교반부로 구분된다.

상기 굴착부는 교반로드(110), 교반로드(110)의 하단부에 장착되며 교반로드(110)과 함께 회전하면서 연약지반을 굴착하는 오거 드릴(120)로 구성된다.

교반로드(110)는 모터와 동력 전달 가능하게 연결되어 상기 모터의 회전력에 의해 회전하며, 내부를 통해 고화재(압축공기가 적용된 경우 압축공기 포함)의 주입이 가능하도록 중공으로 이루어진다.

즉 교반로드(110)의 내부에는 공급관(15)과 연결되는 관형의 유로(111)[교반로드(110) 안에 일체로 구성 또는 별도의 관]가 형성된다.

오거 드릴(120)은 예를 들어 나선형의 스크류 형태일 수 있고, 교반로드(110)에 일체로 형성되거나 분리 가능하게 결합되어 적용되며 교반로드(110)과 함께 회전하면서 드릴날(121)를 통해 연약지반을 중층심도까지 굴착한다.

오거 드릴(120)은 유로(111)와 연통 가능하게 연결되어 고화재를 분사하는 하부측 분사홀(122)이 구비된다.

하부측 분사홀(122)은 유로(111)와 일직선으로 배열되는 한 곳에만 형성될 수도 있고, 또는 직하부와 둘레부를 통해 분사하도록 방사형으로 형성될 수도 있다.

또한 고화재의 공급량을 증가하고 교반효율을 향상하기 위하여 상부측 분사홀(123)이 함께 갖추어질 수 있다. 상부측 분사홀(123)은 하부측 분사홀(122)보다 높은 위치이기 때문에 하부측 분사홀(122)은 굴착공 안에 있지만 상부측 분사홀(123)은 지상에 배치될 수 있으며, 이때 불필요한 고화재의 공급이 발생될 수 있으므로 상부측 분사홀(123)은 하부측 분사홀(122)과 독립적으로 개폐되는 것이 바람직하다.

상부측 분사홀(123)은 교반로드(110)의 둘레부에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 2개 이상이 형성된다.

상기 교반부는 굴착시 현지토를 교란시켜 균일한 혼합이 이루어지도록 하는 한편 고화재와 현지토를 균일하게 믹싱하는 것으로, 교반로드(110)의 둘레부에 교반로드(110)과 독립적으로 회전 가능하게 지지되는 상부측 교반날개(130)와 하부측 교반날개(140)의 2층 구조(서로 다른 높이와 서로 다른 각도)가 바람직하다.

상부측 교반날개(130)와 하부측 교반날개(140)는 상부측 분사홀(123)과 하부측 분사홀(122)의 사이에 배치되어 상하부에서 분사되는 고화재와 현지토를 교반한다.

상부측 교반날개(130)는 교반로드(110)에 지지되는 회전축(131), 회전축(131)에 고정되어 회전축(131)과 함께 회전하면서 고화재와 현지토를 교반하는 S자 형태의 제1교반날(132), 곡선형으로 형성되며 제1교반날(132)의 둘레부에 배치되며 회전축(131)과 함께 회전하면서 고화재와 현지토를 교반하는 제2교반날(133)로 구성된다.

회전축(131)은 교반로드(110)에 회전 가능하게 지지되면서 모터를 통해 회전력을 전달받아 회전하며, 상기 모터는 교반로드(110)의 내부 또는 외부에 장착되어 회전축(131)과 직결로 연결되거나 지상측에 설치되어 동력전달수단을 통해 회전축(131)과 연결된다.

제1교반날(132)은 단부로 갈수록 뾰족한 S자 형태이며 중앙이 회전축(131)과 연결 즉 회전축(131)을 중심으로 하여 대칭으로 형성되며, 직선형도 가능하지만 교반효율을 높이기 위하여 단부로 가면서 일정 각도로 휘어지는 것이 바람직하다.

제1교반날(132)은 회전축(131)으로부터 제2교반날(133)보다 더 길게 형성될 수 있다.

제1교반날(132)은 복수의 제2교반날(133)들의 사이를 가로지르는 방향으로 배치됨으로써 균일한 교반이 가능하도록 한다.

제2교반날(133)은 곡선형으로 이루어지면서 회전축(131)의 둘레부에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 2개 이상(도면에는 2개로 도시됨)이 형성되며, 예를 들어 회전축(131)에 결합되는 스포크(134)의 양측에 각각 형성되는 것이 바람직하고, 2개의 제2교반날(133)은 스포크(134)의 중앙이 회전축(131)에 결합됨으로써 회전축(131)을 중심으로 하여 대칭으로 형성된다.

제2교반날(133)은 회전축(131)의 반대쪽에 하나 이상의 교반팁(134)이 돌출 형성된다. 교반팁(134)은 바람직하게 복수개가 일정 간격을 두고 형성되어 제2교반날(133)의 교반력이 미치지 못하는 곳의 고화재와 현지토를 교반한다.

교반팁(134)은 제2교반날(133)에 나사 체결 등을 통해 분리 가능하게 조립됨으로써 유지보수가 용이하도록 구성된다.

이와 같은 구성의 제1교반날(132)은 제2교반날(133)의 바깥쪽[교반로드(110)로부터 먼 쪽]에 배치되어 넓은 교반 범위에서 교반을 하기 때문에 교반효율을 증대한다.

제1,2교반날(132,133)은 서로 분리되지 않고 일체형으로 제작되어 사용되는 것도 포함된다.

하부측 교반날개(140)은 상부측 교반날개(130)과 동일한 구성 즉 회전축(141), 제1교반날(142) 및 제2교반날(143)[교반팁(144)]로 구성된다.

상부측 교반날개(130)과 하부측 교반날개(140)은 서로 다른 위치에 배치됨으로써 균일한 교반과 넓은 범위의 교반이 가능하며, 예를 들어 상부측 교반날개(130)에 의해 교반된 고화재와 현지토가 하부측 교반날개(140)에 의해 재차 교반되고, 또한 하부측 교반날개(140)에 의해 교반된 고화재와 현지토가 상부측 교반날개(130)에 의해 재차 교반됨으로써 넓은 범위의 교반이 가능하다. 상부측 교반날개(130)과 하부측 교반날개(140)의 위치는 회전축(131,141)의 위치에 따라 달라지며, 도 4에서 보이는 바와 같이, 회전축(131,141)을 직교하도록 배치함으로써 상부측 교반날개(130)과 하부측 교반날개(140)이 교대로 배치되도록 한다.

이와 같은 구성의 교반부는 상부측 교반날개(130)와 하부측 교반날개(140)은 교반로드(110)의 회전에 의해 공전함과 아울러 회전축(131,141)을 통해 자전(공전방향에 대해 수직한 자전)함으로써 교반 속도가 빠르고 균일한 교반이 가능하다.

또한 상하부측 교반날개(130,140) 또는 교반로드(110)에 진동을 부여하는 진동기가 포함될 수 있다.

도 5를 참고하여 본 발명에 의한 자동화 관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 공법을 설명한다. 본 발명은 굴착과 동시에 고화재를 주입하는 것, 굴착 후 인발 과정에서 고화재를 주입하는 것, 굴착과 인발시 고화재를 주입하는 것 모두가 가능하고 이하에서는 굴착 후 인발 과정에서 고화재를 주입하는 것을 예로 들어 설명하며, 이는 굴착 과정에서 주입되는 고화재의 경화로 인하여 후속 공정이 원활하게 이루어지지 못하는 것을 방지한다.

(S10) 굴착.

지반개량체의 시공을 위한 위치에 맞춰 오거 드릴(120)을 거치하고, 교반로드(110)의 회전에 의해 오거 드릴(120)을 회전시키면서 하강시켜 연약지반을 굴착한다. 굴착시 오거 드릴(120)의 구동력을 덜어주기 위하여 압축공기를 고압으로 분사하며, 압축공기는 교반로드(110) 내부의 유로(111)를 따라 하부측 분사홀(122)에 공급되어 지중에 고압 분사된다. 따라서, 오거 드릴(120)에 의한 물리적 힘과 압축공기의 분사압력에 의해 연약지반을 굴착하므로 굴착시간을 단축한다. 이때, 상부측 분사홀(123)을 통해서도 압축공기가 분사될 수 있으며, 상부측 분사홀(123)을 통해 분사되는 압축공기는 굴착공의 관경을 확대하는 기능을 한다.

압축공기가 적용되지 않은 경우 오거 드릴(120)에 의해서만 굴착이 이루어진다.

이 과정에서 교반부의 상하부측 교반날개(130,140)는 자전 및 공전하면서 오거 드릴(120)에 의해 굴착된 현지토를 교란 및 혼합하여 후속공정인 고화재와의 혼합이 균일하게 이루어지도록 하고 따라서 오거 드릴(120)의 부하를 경감하여 굴착시간을 단축하고 연약지반의 붕괴도 막는다.

굴착 공정 이전에 연약지반의 조사를 통해 기준 데이터를 설정한다.

(S20) 고화재 주입 및 인발.

지반개량체의 심도에 맞춰 굴착하고, 굴착이 완료되면 교반기(100)를 인발하면서 고화재를 주입한다.

고화재 공급수단(10)에 의해 공급되는 고화재는 교반로드(110) 내부의 유로(111)를 경유한 후 오거 드릴(120)의 하부측 분사홀(122)과 상부측 분사홀(123)을 통해 상하부측 교반날개(130,140)의 하부와 상부에서 각각 분사되고, 상하부측 교반날개(130,140)는 자신의 모터에 의해 일방향 또는 양방향으로 자전함과 아울러 교반로드(110)와 함께 일방향 또는 양방향으로 공전하면서 고화재와 현지토를 교반한다.

상부측 교반날개(130)의 제1교반날(132)은 회전축(131)에 의해 회전하면서 고화재와 현지토를 분할하고 제2교반날(133)은 제1교반날(132)에 의해 분할된 고화재와 현지토를 교반 혼합한다.

하부측 교반날개(140)의 제1,2교반날(142,143)도 상부측 교반날개(130)와 동일하게 작용한다.

이와 같이 상부측 교반날개(130)와 하부측 교반날개(140)는 각각 고화재와 현지토를 교반 혼합하고, 또한, 상부측 교반날개(130)에 의해 혼합된 것들이 상부측 교반날개(130)에 의해 하부로 밀리면서 하부측 교반날개(140)에 의해 교반 혼합되고 반대로 하부측 교반날개(140)에 의해 혼합된 것들이 상부로 퍼올렬지면ㄷ서 상부측 교반날개(130)에 의해 교반 혼합된다.

오거 드릴(120)이 지면까지 상승할 때까지 고화재[단 상부측 분사홀(123)은지상으로 나오기 전에 고화재의 분사가 정지된다]를 주입 및 현지토와 교반한다.

이와 같은 고화재의 주입과 인발은 스텝식으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의한 중간심도의 연약지반 개량 공법이 완료되면 연약지반의 지중에 기둥형의 지반개량체가 완성된다(S30).

이와 같은 공정 중에 센서부(200)는 각 기기의 데이터를 센싱하고, 이 센싱 값은 모니터(300)를 통해 화면 출력되어 운전원이 모든 주입 상황을 모니터링하므로 운전원은 최적의 조건으로 기기를 운전하여 중간심도의 연약지반에 견고한 지반개량체를 시공한다.

또한, 서버(500)는 센서부(200)에 의해 감지되는 현재 데이터를 입력받으며, 현재 데이터와 기준 데이터를 비교하여 현재 데이터가 기준 데이터를 벗어나는 경우 고화재의 유량을 제어하거나 교반기(100)의 구동을 제어하는 등 각 구동부(400)를 자동 제어하여 모든 지반개량체를 균일한 조건으로 시공한다.

1 : 백호우, 10 : 고화재 공급수단
20 : 압축공기 공급수단, 100 : 교반기
110 : 교반로드, 120 : 오거 드릴
130,140 : 상하부측 교반날개, 200 : 센서부
300 : 모니터, 400 : 구동부
500 : 서버

Claims

고화재를 공급하는 고화재 공급수단(10)과;
압축공기를 공급하는 압축공기 공급수단(20)과;
백호우(backhoe)의 암에 분리 및 양방향 회전하도록 연결되고, 구동원을 통해 회전하면서 상기 압축공기 공급수단에서 공급되는 압축공기를 연약지반 속에 분사함과 아울러 상기 고화재 공급수단을 통해 공급되는 고화재를 주입 및 현지토와 교반하여 상기 연약지반의 중간심도에 기둥형의 지반개량체를 시공하는 교반기(100)와;
상기 교반기를 통해 주입되는 고화재의 주입 상황을 감지하는 센서부(200)와;
상기 교반기와 고화재 공급수단을 구동하는 구동부(400)와;
상기 센서부에 의한 감지 값을 근거로 하여 상기 구동부를 자동 제어하는 서버(500)와;
상기 센서부에 의한 감지 상태와 구동부의 구동 상태를 화면 출력하여 운전원에게 제공하는 모니터(300)를 포함하고,
상기 교반기는, 연약지반을 굴착 및 현지토를 교란시키는 굴착부, 상기 굴착부에 의해 굴착된 지중에서 현지와 고화재를 교반하는 교반부로 이루어지며,
상기 굴착부는, 구동원의 회전력을 전달받아 회전하며 내부에 고화재 또는 압축공기가 공급되는 유로(111)가 형성된 교반로드(110), 상기 교반로드의 선단부에 장착되며 고화재 또는 압축공기를 분사하는 하부측 분사홀이 구비된 오거 드릴(120)을 포함하고,
상기 교반부는 상기 교반로드에 서로 다른 높이 및 서로 다른 각도로 각각 장착되어 상기 교반로드와 함께 공전하는 한편 자전에 의해 고화재와 현지토를 교반하는 상부측 교반날개(130)와 하부측 교반날개(140), 상기 하부측 교반날개의 하부에 배치되며 고화재를 공급받아 분사하는 하부측 분사홀(122), 상기 상부측 교반날개의 회전축(131)보다 높게 설치되며 상기 교반로드의 외면에 관통 배치되어 고화재를 공급받아 분사하는 상부측 분사홀(123)로 이루어지고,
상기 상부측 교반날개와 하부측 교반날개는, 각각 상기 교반로드(110)에 서로 다른 높이로 지지되는 회전축(131,141), 상기 회전축에 각각 고정되어 상기 회전축과 함께 회전하면서 고화재와 현지토를 교반하는 S자 형태의 제1교반날(132,142), 곡선형으로 형성되며 제1교반날(132,142)의 둘레부에 배치되며 상기 회전축과 함께 회전하면서 고화재와 현지토를 교반하는 제2교반날(133,143)로 구성되며,
상기 제1교반날(132,142)은 단부로 갈수록 뾰족한 형태이며 중앙이 상기 회전축에 연결되며, 상기 제2교반날(133,143)은 곡선형으로 이루어지면서 상기 회전축의 둘레부에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 2개 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치.
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청구항 1에 있어서, 상기 제2교반날은 상기 회전축의 반대쪽에 하나 이상의 교반팁(134,144)이 돌출 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 상부측 교반날개와 하부측 교반날개는 회전축이 서로 직교하도록 배열되면서 상기 교반로드의 양측에 배치되고, 상기 제1,2교반날이 상기 회전축의 길이방향의 양측에 각각 결합됨으로써 서로 겹치지 않는 다른 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치.
청구항 1에 의한 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치에 의한 중간심도의 연약지반 개량 공법으로서,
상기 자동화 관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치에 적용된 교반기(100)를 구동함과 아울러 상기 압축공기 공급수단을 통해 압축공기를 분사하여 연약지반을 굴착하는 제1단계와;
상기 제1단계를 통해 굴착을 완료한 후 상기 압축공기의 분사를 정지하고 상기 교반기를 지상으로 인발하는 중에 상기 고화재 공급수단을 통해 고화재를 상기 교반기에 공급함과 아울러 상기 교반기의 상하부측 교반날개를 회전시켜 상기 고화재와 상기 제1단계에서 굴착 및 교란된 현지토를 교반함으로써 중간심도의 연약지반의 지중에 기둥형의 지반개량체를 시공하는 제2단계를 포함하되, 상기 제2단계는 상기 자동화 관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 장치에 적용된 센서부를 통해 주입 상황 및 구동부의 구동 상태를 감지하여 주입상황을 운전원에게 모니터로 제공하는 한편 서버를 통해 상기 구동부를 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 자동화관리시스템을 이용한 중간심도의 연약지반 개량 공법.