KR101855212B1

KR101855212B1 - 소일네일링용 가압식 공압패커 및 이를 이용한 소일네일링 공법

Info

Publication number: KR101855212B1
Application number: KR1020170132925A
Authority: KR
Inventors: 김순형
Original assignee: 김순형
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2018-05-04

Abstract

본 발명은 소일네일링용 가압식 공압패커 및 이를 이용한 소일네일링 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공압패커의 원주면에 형성된 공압튜브가 팽창되면서 상기 공압튜브와 천공홀 내부 천공면의 마찰력에 의해 그라우트재의 유출을 방지하면서, 상기 공압튜브 외측면을 따라 도포된 우레탄실링재가 천공홀의 요철부위에 침투하여 천공홀을 밀폐시키도록 한 다음 1차 압력 그라우팅을 통해 그라우트재가 천공홀 내부 및 주변의 연약지지층에 침투함으로써 구근의 활성도를 높이는 동시에 미세 절리층까지 침투할 수 있으며, 이후 공압패커 제거 후에 중력식 그라우팅으로 입구까지 채움으로써 공압패커의 재활용이 가능하고, 비탈면의 전단저항력 향상을 위해 추가적인 보강재를 필요로 하지 않는 소일네일링용 가압식 공압패커 및 이를 이용한 소일네일링 공법에 관한 것이다.

Description

소일네일링용 가압식 공압패커 및 이를 이용한 소일네일링 공법{Packer of the soil-nailing and soil nailing method with the same}

소일네일링 공법(Soil Nailing Method)이란, 흙속에 보강재를 삽입하여 안정을 도모하는 지반보강공법의 하나로, 보강재를 프리스트레싱 없이 촘촘한 간격으로 원 지반에 삽입하여 원 지반 자체의 전체적인 전단강도를 증대시키고 공사 도중이나 공사가 끝난 뒤에 예상되는 지반의 변위를 가능한 억제하는 사면 보강 공업이다.

소일네일링 공법은 중력식 공법과 가압식 공법으로 구분되는데, 상기 중력식 공법은 그라우트재를 천공홀에 단순 주입해서 양생하는 방법이고, 상기 가압식 공법은 그라우트재를 천공홀에 가압을 통하여 주입 및 양생하는 방법이다.

상기 가압식 공법은 고압으로 그라우트재를 주입하므로, 그라우트재와 천공홀 간의 결속이 더 견고해진다. 그러나, 천공홀 내부에 형성된 요철 등으로 인해 일정한 공극이 형성되어 완전 밀폐가 이루어지지 않게 되며, 이로 인해 천공홀 내부 압력손실이 발생하고, 주입되는 그라우트재가 역류하는 경우가 발생하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1056417호 (2011.08.05) 대한민국 등록특허공보 제10-0978006호 (2010.08.19.)

상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은

공압패커의 선단이 개방된 원통형 형성의 공압패커의 외주면에 팽창 가능한 공압튜브를 구비하고, 상기 공압튜브의 외측으로는 우레탄 실링재를 도포함으로써, 공압튜브의 팽창에 의해 상기 우레탄 실링재가 천공홀 및 천공홀에 형성된 요철까지 밀폐하여 주입된 그라우트재의 외부 유출을 막을 수 있으며, 천공홀 내부에 충진된 그라우트재의 일정량의 양생과 자연침하량 생성 경과 후 상기 공압패커를 제거하여 천공홀 내부의 그라우트재의 충진상태를 육안으로 확인할 수 있고, 이후 천공홀 내부의 수축공간 및 제거되기 전 상기 공압패커가 위치한 공간에 중력식으로 그라우트재를 2차 재주입하여 마감할 수 있는 소일네일링용 가압식 공압패커 및 이를 이용한 소일네일링 공법을 제공하는데 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은,

비탈면에 형성되는 천공홀에 삽입되어 그라우트재를 충진한 후 제거되는 공압패커에 있어서, 상기 공압패커는 선단이 개방되고 후단이 밀폐된 원통 형상의 본체 및 상기 본체의 후단에 밀착시켜 주입한 그라우팅재의 내부 유입을 방지하는 이음막 고무패드를 포함하며, 상기 본체의 후단은 이형철근이 관통하는 제1구멍, 그라우팅 주입관이 관통하는 제2구멍 및 천공홀 내부의 공기를 외부로 배출하는 공기 배출관이 관통하는 제3구멍이 형성되고, 상기 본체의 외주면은 팽창 가능한 공압튜브가 둘러싸며, 상기 공압튜브의 외주면은 우레탄 실링재로 도포되고, 상기 공압튜브는 외부로 연장되는 공기주입호스와 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 이음막 패드는 상기 제1구멍, 제2구멍 및 제3구멍에 각각 삽입되는 패킹부가 상기 관통홀 주변에 돌출 형성될 수 있다.

상기 공압패커는 공기 주입에 의한 상기 공압튜브 팽창 시, 상기 우레탄 실링재가 상기 천공홀에 밀착되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 본 발명인 가압식 공압패커를 이용한 소일네일링 공법은,

비탈면에 형성된 천공홀에 이형철근, 그라우팅 주입관 및 공기 배출관을 삽입하는 단계; 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 공압패커를 상기 이형철근, 그라우팅 주입관 및 공기 배출관에 관통시켜 상기 천공홀 입구에 설치하는 단계;

상기 공압패커의 공압튜브를 팽창시켜 상기 공압튜브 외주면에 도포된 우레탄 실링재를 상기 천공홀에 밀착시키는 단계; 상기 그라우팅 주입관을 통해 그라우트재를 가압식으로 1차 주입하여 상기 천공홀의 내부를 충진하되, 상기 공기 배출관을 통해 그라우트재가 배출되면 상기 공기 배출관을 차단한 후 상기 천공홀 내부를 그라우트재로 완충시키는 단계; 일정 시간 경과 후 상기 공압패커를 상기 천공홀에서 제거하고, 1차 주입한 그라우트재의 시공 상태를 확인하는 단계; 및 상기 공압패커가 제거된 천공홀 내부의 공간에 그라우트재를 중력식으로 2차 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 공압패커의 원통 형상 본체 외주면에 형성된 공압튜브의 팽창 및 상기 공압튜브의 외주면에 도포된 우레탄 실링재가 천공홀에 형성된 요철 사이의 공극을 완전 밀폐하기 때문에 천공홀 내부에 주입되는 그라우트재가 천공홀의 미세절리 층으로 역류되는 것을 방지할 수 있고, 천공홀 내부의 압력손실이 최소화됨으로써 그라우트재의 연약지지층 침투가 수월해지므로, 천공홀 내부의 충진 효율이 증가하는 효과가 있다.

또한, 천공홀 내부의 그라우트재 충진으로 생성된 구근의 확장성이 증가하고 미세 절리층까지 침투하여 지반의 전단저항력이 증가하게 되므로, 추가적인 장비나 공사비의 증가 없이 보다 안정적인 지반보강을 이룰 수 있는 효과가 있다.

또한, 입구부에 위치한 공압패커를 제거하는 것이 가능하기 때문에, 천공홀 내부에 충진된 그라우트재의 충진 상태를 육안으로 확인할 수 있으며, 필요 시 그라우트재를 재주입하는 등의 보강작업이 가능하다는 효과도 있다.

또한, 공압패커 후단과 밀착되는 이음막 고무패드를 통해, 본체 내부로 그라우트재가 유입되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 공압패커 후단에 그라우트재가 묻는 것을 방지하여 보다 용이하게 공압패커를 재활용할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 공압패커에 보강재가 관통된 모습을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 공압패커에 보강재가 관통된 모습을 나타내는 내부 사시도.
도 3은 도1의 A-A선의 단면을 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 공압패커의 이음막 고무패드의 투명 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 소일네일링 공법의 흐름을 나타내는 순서도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 소일네일링용 가압식 공압패커 및 이를 이용한 소일네일링 공법의 순서를 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 가급적 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 공압패커(100)에 이형철근(60) 등을 포함하는 보강재가 관통된 모습을 나타내는 단면도이고, 도 2는 상기 공압패커(100)에 보강재가 관통된 모습을 나타내는 내부 사시도이며, 도 3은 도1의 A-A선의 단면을 나타내는 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 공압패커의 이음막 고무패드의 투명 사시도이다.

본 발명인 공압패커(100)는 도 1 및 도 2와 같이 비탈면에 형성되는 천공홀(H)에 삽입되어 그라우트재(G)를 충진한 후 제거되는 것으로서, 천공홀(H)의 입구를 폐구하는 형태로 이루어지는 통상의 패커와 달리, 본 발명에 따른 공압패커(100)는 선단(10)이 개방되고 후단(20)이 밀폐된 원통 형상의 본체(30) 및 상기 본체(30)의 후단과 밀착되어, 주입한 그라우팅재가 본체(30) 내부로 유입됨을 방지하는 이음막 고무패드(90)를 포함한다. 통상 천공홀(H)은 드릴 등과 같은 천공장비를 이용해 형성하는데, 상기 천공장비는 비탈면에 원통 형상으로 천공홀(H)을 형성한다. 상기 천공홀(H)은 본체(30)의 크기를 고려하여 천공하는 것이 바람직하다. 상기 본체(30)의 재질은 통상 금속재를 포함하여 이루어진다.

상기 후단(20)에는 이형철근(60)이 관통되는 제1구멍(21)과 그라우트재(G)를 천공홀(H)에 주입하기 위한 그라우팅 주입관(70)이 관통되는 제2구멍(22) 및 천공홀(H) 내부의 공기를 외부로 배출하는 공기 배출관(80)이 관통되는 제3구멍(23)이 형성되어 있다. 상기 이형철근(60)은 비탈면의 지반을 보강하기 위한 네일이며, 상기 이형철근(60)이 그라우트재(G)에 의해 고정되면서 지반을 견고하게 지지하는 역할을 담당한다. 또한, 상기 그라우팅 주입관(70)은 압력펌프를 이용하여 그라우트재(G)를 천공홀(H)의 내부에 주입하기 위한 것이며, 상기 공기 배출관(80)은 그라우트재(G)가 주입됨에 따라 천공홀(H) 내부에 남아 있던 공기, 물 또는 여분의 그라우트재(G)가 외부로 배출되는 통로의 역할을 담당한다. 상기 공압패커(100)는 후단(20)에만 상기 세 구멍(21, 22, 23)이 형성되어 있기 때문에, 이형철근(60), 그라우팅 주입관(70) 및 공기 배출관(80) 등의 보강재를 보다 용이하게 삽입할 수 있게 된다.

이음막 고무패드(90)는 상기 본체(30)의 후단과 밀착되어 이후 강압식으로 1차 주입되는 그라우팅재(G)가 본체(30) 내부로 유입되는 것을 방지한다. 이를 위하여, 도 4와 같이 상기 이음막 고무패드(90)는 이형철근(60), 그라우팅 주입관(70) 및 공기 배출관(80)의 보강재가 각각 삽입 관통할 수 있는 3개의 관통홀(91a, 91b, 91c)이 형성된다. 상기 보강재가 상기 관통홀(91)에 원활히 삽입되면서 아울러 보강재와의 이음새를 줄이기 위하여 상기 각 관통홀(91)의 단면은 평형사변 형태로 형성될 수 있다. 더 나아가, 상기 관통홀(91) 주변으로 패킹부(92a, 92b, 92c)가 각각 돌출되어 형성될 수 있는데, 상기 패킹부(92)는 상기 세 구멍(21, 22, 23)에 삽입되어 밀폐력을 더욱 높이는 역할을 담당한다.

상기 이음막 고무패드(90)는 1차 주입한 그라우트재(G)가 상기 본체(30)의 후단에 묻게 되는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해 향후 보다 용이하게 공압패커(100)를 재활용할 수 있다.

상기 본체(30)의 외주면은 생고무 등과 같이 신축성이 강한 소재로 이루어진 팽창 가능한 공압튜브(40)로 둘러싸여 있는데, 상기 공압튜브(40)의 일 지점에는 선단(10) 방향에서 상기 본체(30)의 내부로 연장되는 공기주입호스(41)가 연결되며, 일정한 압력을 걸어 외부의 공기를 유입시켜 상기 공압튜브(40)가 팽창하도록 할 수 있다. 상기 공압튜브(40)가 팽창하면 천공홀(H)과 더욱 밀착되게 된다. 그러나, 비탈면에 형성된 천공홀(H)은 통상적으로 내부의 표면에 다수의 요철이 형성되어 매끄럽지 못하게 되는데, 상기 팽창된 공압튜브(40)만으로는 상기 요철로 인해 완전한 밀폐가 어렵게 된다.

참고로, 상기 공압튜브(40)는 반드시 하나의 일체로 존재하지 않아도 무방하다. 필요에 따라서는 복수의 공압튜브(40)가 분할하여 본체(30) 외주면을 감쌀 수 있으며, 더 나아가 상기 복수의 공압튜브(40)의 팽창 높이는 동일하지 않을 수 있다. 일 예로 본체(30)의 선단(10)보다 후단(20)에 위치한 공압튜브(40)의 팽창한 높이가 클 경우 보다 효과적으로 그라우트재의 유입을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 밀폐력 향상에도 유리할 수 있다. 또한 상기 공압튜브(40)는 하나의 일체인 형태로 존재하더라도 선단(10)쪽에 비해 후단(20)쪽의 팽창 높이가 더 높은 다단의 형태로 존재할 수도 있다.

따라서, 본 발명은 도 3과 같이 상기 공압튜브(40)의 외주면에 우레탄 실링재(50)가 도포됨으로써, 상기 공압튜브(40)의 팽창 시 그 위에 도포된 우레탄 실링재(50)가 상기 천공홀(H)에 형성된 요철에 밀착시켜 완전 밀폐를 이룸으로써, 주입되는 그라우트재(G)가 천공홀(H) 내부에 형성된 미세 절리층까지 침투할 수 있도록 하며 확장된 공압튜브(40)의 외주면과 천공홀(H) 내부면의 마찰로 인한 마모를 방지할 수 있도록 한다.

상기 본체(30)의 외주면은 필요에 따라, 일정한 경사를 가질 수 있다. 일 예로 선단(10)보다 후단(20)의 본체(30) 두께를 두껍게 형성한 경우 본체(30) 외주면은 일정한 경사를 가지게 되며, 이러한 경사로 인해 상기 공압튜브(40)의 팽창 정도가 달라져서 사용자가 후단(20)의 밀폐력을 선단(10)보다 상대적으로 높일 수 있다.

다음으로, 또 다른 본 발명인 가압식 공압패커를 이용한 소일네일링 공법을 단계별로 설명하기로 한다. 참고로 본 발명에 따른 소일네일링 공법은 도 5에 도시된 단계 이외에 추가의 더 단계를 포함할 수 있음은 당연하다.

먼저, 비탈면에 형성된 천공홀(H)을 형성한 후, 상기 천공홀(H)에 이형철근(60), 그라우팅 주입관(70) 및 공기 배출관(80)을 삽입한다. (S10 단계)

다음으로, 앞서 언급한 본 발명에 따른 공압패커(100)의 제1구멍(21), 제2구멍(22) 및 제3구멍(23)에 각각 상기 이형철근(60), 그라우팅 주입관(70) 및 공기 배출관(80)을 관통시켜 천공홀(H) 입구부에 공압패커(100)가 설치되도록 한다.(S20 단계) 이때 상기 공압패커(100)의 이음막 고무패드(90)를 먼저 일정 길이 이내로 관통시킨 후 상기 공압패커(100)의 본체(30)를 관통 후 밀면서 상기 이음막 고무패드와 밀착시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 상기 본체(30)와 이음막 고무패드(90)와 본체(30)를 먼저 밀착시킨 후 관통시킬 수도 있다.

다음으로, 공기주입호스(41)에 압력펌프 등을 통해 공기를 주입하여 상기 공압튜브(40)를 팽창시켜 상기 공압튜브(40) 외주면에 도포된 우레탄 실링재(50)가 천공홀(H) 및 천공홀(H)의 요철 사이에 존재하는 공극까지 밀착되도록 하여 상기 천공홀(H) 내부를 완전 밀폐시킨다.(S30 단계) 이때, 상기 공압튜브(40)의 압력은 0.6 내지 0.7 MPa인 것이 바람직하다. 상기 공압튜브(40)의 압력은 0.6 MPa 미만이면 완전한 밀폐가 어렵고, 0.7 MPa 초과하면 공압튜브(40)가 천공홀(H) 요철 등에 의해 터질 수도 있다.

다음으로, 상기 그라우팅 주입관(70)을 통해 그라우트재(G)를 상기 천공홀(H0 내부에 압력식으로 1차 주입하여 천공홀(H)의 내부를 충진시킨다.(S40 단계) 이때 가압의 범위는 0.5 내지 1.0 Mpa일 수 있으며, 가압시간은 60초 내외 정도일 수 있다. 주입되는 그라우트재(G)가 천공홀(H) 내부에 어느 정도 충진되면, 상기 공기 배출관(80)을 통해 그라우트재(G)가 배출되는데, 이때 상기 공기 배출관(80)을 차단시켜 상기 천공홀(H) 내부를 완전히 밀폐시킨 후에 그라우트재(G)를 완충시킴으로써, 그라우트재(G)가 미세 절리층까지 침투하게 된다. 바람직하게는 천공홀(H)에 공기 배출관(80) 삽입 시 천공홀(H) 하측이 아닌 상측에 위치하도록 설치하는 것이 그라우트재(G) 충전에 보다 용이할 수 있다. 이러한 완충 과정을 통해 구근의 확장성을 확보하여 전단저항력을 증가시킬 수 있다.

다음으로, 일정 시간 경과 후 상기 공압패커(100)를 상기 천공홀(H)에서 제거하고, 1차 주입한 그라우트재(G)의 시공 상태를 확인한다.(S50 단계) 자연침하량과 그라우트재(G)의 안착을 위해 공압패커(100)는 상기 1차 가압 종료 후 5분 내외의 시간이 경과한 시점에서 제거할 수 있다. 상기 공압패커(100)가 제거되면 상기 1차 주입한 그라우트재(G)의 시공 상태를 육안으로 확인한다. 상기 공압패커(100)는 공압튜브(40)의 공기를 공기주입호스(41)를 통해 제거하여 축소시킴으로써 천공홀(H)로부터 용이하게 제거할 수 있다. 아울러, 상기 제거된 공압패커(100)는 다시 우레탄 실링재(50)를 도포하면 재활용할 수도 있다.

다음으로, 상기 공압패커(100)가 제거된 천공홀(H) 내부 공간에 그라우트재(G)를 중력식으로 2차 주입한다.(S60 단계) 상기 천공홀(H) 내부로 주입된 그라우트재(G)가 양생되는 과정을 거치면서 그라우트재(G)에 포함된 수분이 주변으로 빠져나가게 되는데, 이때 그라우트재(G)가 수축되어 추가 공간이 더 형성될 수 있다. 종래기술의 경우에는 패커가 천공홀(H)에 함께 매립되기 때문에, 주입된 그라우트재(G)의 양생 상태 및 수축으로 발생하는 추가 공간을 확인할 수 없었지만, 본 발명에 따른 공압패커(100)는 천공홀(H)에서 제거되므로, 양생 상태 및 수축공간을 육안으로 확인한 후 2차 그라우트재(G) 주입을 중력식으로 할 수 있다는 장점을 가진다.

상기 2차 주입단계를 마치면, 그라우팅 주입관(70) 및 이형철근(60) 등의 두부를 정리하고, 추가로 천공홀(H) 선단에 지압판(미도시)을 설치할 수 있다. (S70 단계)

상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정, 단순한 설계 변경 등은 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

100 : 공압패커 10 : 선단
20 : 후단 21 : 제1구멍
22 : 제2구멍 23 : 제3구멍
30 : 본체 31 : 손잡이
40 : 공압튜브 41 : 공기주입호스
50 : 우레탄 실링재 60 : 이형철근
70 : 그라우팅 주입관 80 : 공기 배출관
90 : 이음막 고무패드 91 : 관통홀
92 : 패킹부 H : 천공홀
G : 그라우트재

Claims

비탈면에 형성되는 천공홀에 삽입되어 그라우트재를 충진한 후 제거되는 공압패커에 있어서,
상기 공압패커는 선단이 개방되고 후단이 밀폐된 원통 형상의 본체 및 상기 본체의 후단에 밀착시켜 주입한 그라우팅재의 내부 유입을 방지하는 이음막 고무패드를 포함하며,
상기 본체의 후단은 이형철근이 관통하는 제1구멍, 그라우팅 주입관이 관통하는 제2구멍 및 천공홀 내부의 공기를 외부로 배출하는 공기 배출관이 관통하는 제3구멍이 형성되고,
상기 본체는 선단 보다 후단의 두께를 두껍게 하여 상기 본체의 외주면에 일정한 경사가 형성되며,
상기 본체의 외주면은 상기 본체의 선단 보다 후단이 높게 팽창되는 공압튜브가 둘러싸며,
상기 공압튜브의 외주면은 우레탄 실링재로 도포되고,
상기 공압튜브는 외부로 연장되는 공기주입호스와 연결되며,
상기 이음막 고무패드는 상기 이형철근, 그라우팅 주입관 및 공기 배출관을 관통시키는 3개의 관통홀 및 상기 3개의 관통홀 주변에 상기 제1구멍, 제2구멍 및 제3구멍에 각각 삽입 고정되어 상기 본체와의 밀착력을 높이는 패킹부가 형성되는 것을 특징으로 하는 소일네일링용 가압식 공압패커.
삭제
삭제
비탈면에 형성된 천공홀에 이형철근, 그라우팅 주입관 및 공기 배출관을 삽입하는 단계;
제1항에 따른 공압패커를 상기 이형철근, 그라우팅 주입관 및 공기 배출관에 관통시켜 상기 천공홀 입구에 설치하는 단계;
상기 공압패커의 공압튜브를 팽창시켜 상기 공압튜브 외주면에 도포된 우레탄 실링재를 상기 천공홀에 밀착시키는 단계;
상기 그라우팅 주입관을 통해 그라우트재를 가압식으로 1차 주입하여 상기 천공홀의 내부를 충진하되, 상기 공기 배출관을 통해 그라우트재가 배출되면 상기 공기 배출관을 차단한 후 상기 천공홀 내부를 그라우트재로 완충시키는 단계;
일정 시간 경과 후 상기 공압패커를 상기 천공홀에서 제거하고, 1차 주입한 그라우트재의 시공 상태를 확인하는 단계; 및
상기 공압패커가 제거된 천공홀 내부의 공간에 그라우트재를 중력식으로 2차 주입하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가압식 공압패커를 이용한 소일네일링 공법.