KR101871306B1 - 워터젯 대구경 지반 천공기 및 이를 이용한 말뚝 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형관 형상의 제1유닛; 상기 제1유닛의 내측에 구비되어 상기 제1유닛의 중심축을 축으로 하여 일정 각도 정회전과 역회전을 반복하는 제2유닛; 상기 제1유닛의 내측에 구비되어 상기 제2유닛을 회전시키는 모터; 상기 제2유닛에 구비되어 상기 제2유닛과 함께 회전하며 고압수를 송출하는 워터젯관들; 상기 워터젯관들의 각 전단부에 구비되어 상기 송출되는 고압수를 전방으로 분사하는 노즐들; 상기 제2유닛에 구비되어 상기 제2유닛과 함께 회전하고, 전방에서 복수로 분기되며, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하는 흡입관;을 포함하는 워터젯 대구경 지반 천공기에 관한 것으로서, 여러개의 워터젯 노즐을 조합하여 대구경으로 사용되는 워터젯 대구경 지반 천공기를 구성할 수 있고, 고압수에 의하여 암반 및 지반을 파쇄하여 굴착함으로써, 저소음 무진동으로 암반을 천공할 수 있으며, 단일 장비로 토사 및 암반 모두를 천공할 수 있고, 워터젯 대구경 지반 천공기를 간단한 소규모의 구성으로 이루어지므로 기존 구조물의 사이에 협소한 공간에서도 시공이 가능한 효과를 제공할 수 있다.

Description

워터젯 대구경 지반 천공기 및 이를 이용한 말뚝 시공방법{Large diameter waterjet ground drilling machine and pile construction method using it}

본 발명은 워터젯 대구경 지반 천공기 및 이를 이용한 말뚝 시공방법에 관한 것이다.

도심지 공사에서 지하층 공사를 위한 흙막이가 필수적으로 사용된다. 이때 흙막이 구조를 위하여 H말뚝 등의 설치를 위한 천공이 이루어진다. 또한, 아파트 공사 등에서 기초의 지지력이 부족한 경우 천공을 하고 말뚝을 설치하는 방법을 사용하게 된다.

상기의 말뚝을 설치하기 위해 오거를 사용하는 경우, 풍화암 두께가 짧은 지반에서는 말뚝의 근입 깊이가 부족하여 횡방향 토압을 견디지 못함에 따라 흙막이 가시설이 붕괴되는 원인이 될 수 있다.

또한, 말뚝 설치를 위한 지반이 모래나 점토 같은 충적층 토사지반인 경우 오거를 사용하나 암반인 경우에는 말뚝의 기초지반 근입을 위해 T4(해머)를 사용하여 암반을 천공할 필요가 있다. 그러나 일반적으로 도심지의 경우 상부지반은 충적층 지반이고 하부지반은 암반인 경우가 많아 T4의 사용은 동일 공종에 토사용과 암반용 두 대의 이종 장비를 사용함에 따라 시공성이 저하되고 공사비가 증가하는 원인이 될 수 있다.

또한, T4는 타격에 의한 방식으로 암반을 천공하므로 지속적인 소음과 진동이 발생하여 인근 거주민의 고통과 민원제기로 인한 공사의 중단과 공사의 이미지 저하 등의 문제점 발생할 수 있다.

또한, T4 천공은 해머타격에 의한 지반교란으로 기초지반과 주변구조물에 영향을 끼쳐 안정성이 저하되며, 동시에 천공속도가 매우 느려 공기증가와 소음발생 기간이 증가할 수 있다.

특허 1 : 대한민국 등록특허 제10-0757368호

상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 고압수를 전방으로 송출하여 지반을 천공하는 것으로서, 저소음, 무진동으로 암반을 천공할 수 있고, 협소한 시공현장에서도 단일 장비로 토사 뿐 아니라 암반까지도 천공할 수 있는 워터젯 대구경 지반 천공기 및 이를 이용한 말뚝 시공방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 지반 천공기는, 원형관 형상의 제1유닛; 상기 제1유닛의 내측에 구비되어 상기 제1유닛의 중심축을 축으로 하여 일정 각도 정회전과 역회전을 반복하는 제2유닛; 상기 제1유닛의 내측에 구비되어 상기 제2유닛을 회전시키는 모터; 상기 제2유닛에 구비되어 상기 제2유닛과 함께 회전하며 고압수를 송출하는 워터젯관들; 상기 워터젯관들의 각 전단부에 구비되어 상기 송출되는 고압수를 전방으로 분사하는 노즐들; 상기 제2유닛에 구비되어 상기 제2유닛과 함께 회전하고, 전방에서 복수로 분기되며, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하는 흡입관;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 노즐들은 분사된 고압수가 일정 각도 확산되는 굴착노즐들을 포함하고, 상기 굴착노즐들은 상기 제1유닛에서 내측으로 일정 거리 이격되어 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 노즐들은 고압수가 직진 방향으로 분사되는 가이드노즐들을 포함하고, 상기 가이드노즐들은 상기 제1유닛의 내측에 근접하여 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 분기된 복수의 흡입관은 상기 제1유닛의 전방으로 일정 거리 돌출되고, 상기 흡입관의 전단부는 상기 굴착노즐에 의해 분사된 고압수의 확산범위 밖에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제2유닛이 회전함에 따라, 상기 굴착노즐들에 의한 굴착 단면이 상기 제1유닛의 전방의 일 가상평면에서 상기 제1유닛이 삽입될 수 있는 정도의 원형 단면으로 형성되고, 상기 흡입관의 전단부는 상기 일 가상평면에서 후방으로 일정 거리 이격됨으로써, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 용이하게 흡입할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제1유닛의 전방 측면에 구비되어 외측방향으로 돌출되거나 내측으로 수축함으로써 제1유닛의 방향을 조정할 수 있는 방향가이드들을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제1유닛의 후방에 구비되어 제1유닛의 방향을 측정할 수 있는 경사측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제2유닛의 전방에 구비되는 거리 측정용 소닉센서를 더 포함하고, 상기 소닉센서는 상기 분사된 고압수에 의해 굴착거리를 측정함으로서, 상기 흡입관들의 전단부가 굴착면에 과도하게 근접하거나 굴착면에서 과도하게 이격되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 흡입관은 스위벨조인트에 의해 후부와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제1유닛의 후방에 구비되는 커플링을 더 포함하고, 상기 커플링에 의해 전선케이블과, 상기 워터젯관들과, 상기 흡입관이 후부와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제1유닛의 후방에 연결되고, 전선케이블과, 상기 워터젯관들과, 상기 흡입관을 수용하는 플렉시블관; 상기 플렉시블관을 권취하는 플렉시블관릴; 상기 흡입관의 후방에 연결되는 흡입펌프; 상기 워터젯관들의 후방에 연결되는 워터젯펌프; 상기 모터, 상기 흡입펌프, 상기 워터젯펌프를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 지반 천공기를 이용한 말뚝 시공방법은, 상기 워터젯 대구경 지반 천공기를 시공할 위치에 설치하고, 제1유닛을 굴착할 위치에 거치하는 단계; 상기 모터를 작동하여 상기 제2유닛을 정회전과 역회전을 반복하면서, 상기 노즐들로 고압수를 전방으로 분사하여 지반을 굴착하면서, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하여 천공구를 형성하는 단계; 상기 제1유닛을 상기 천공구에서 인출하는 단계; 상기 천공구에 말뚝을 삽입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 워터젯 대구경 지반 천공기를 시공할 위치에 설치하고, 상기 제1유닛의 외측에 주름관을 설치하여 시공할 위치에 거치하는 단계; 상기 모터를 작동하여 상기 제2유닛을 정회전과 역회전을 반복하면서, 상기 노즐들로 고압수를 전방으로 분사하여 지반을 굴착하면서, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하여 천공구를 형성하는 단계; 상기 주름관을 남겨두고 상기 제1유닛을 상기 천공구에서 인출하는 단계; 상기 주름관의 내측에 말뚝을 삽입하는 단계; 상기 주름관을 인출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은, 한 대의 장비로 토사와 암반을 모두 천공할 수 있음으로써 시공성이 향상되고, 공사비가 절약되며, 공기가 단축될 수 있다.

또한, 굴착시 여굴량이 감소되어 말뚝이 천공구에 밀착 삽입되어 잘 지지될 수 있고, 공사비가 절약될 수 있다.

또한, 기초지반 천공시 충분한 근입 깊이를 확보할 수 있어 흙막이의 안정성이 향상될 수 있다.

또한, 암반 굴착시에도 충격, 진동 등이 발생하지 아니하여 지반교란이 최소화됨으로써, 기초지반의 안정성이 향상될 수 있다.

또한, 소음이나 진동이 발생하지 아니하여 거주민의 삶의 질이 유지되고 민원 발생이 없어 성공적으로 공사를 수행할 수 있고, 공사의 이미지가 향상될 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 천공기의 전체적인 구성을 도시하는 사시도이다.
도 2a는, 본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 천공기의 제1유닛의 외부에 주름관이 설치된 모습을 보여주는 도면이다.
도 2b는, 본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 천공기의 제1유닛이 암반 지반을 굴착하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 2c는, 본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 천공기의 제1유닛이 토사와 암반이 공존하는 지반을 굴착하는 모습을 보여주는 도면과, 그 단면도들이다.
도 3a 내지 3c는, 본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 지반 천공기를 이용한 말뚝 시공방법을 암반지반에 적용한 실시예를 단계별로 도시하는 도면들이다.
도 4a 내지 4e는, 본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 지반 천공기를 이용한 말뚝 시공방법을 토사와 암반이 공존하는 지반에 적용한 실시예를 단계별로 도시하는 도면들이다.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다.

이하 도면 1 내지 4를 참조하여, 본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 지반 천공기를 상세하게 설명한다.

본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 지반 천공기는 원형관 형상의 제1유닛(10); 상기 제1유닛(10)의 내측에 구비되어 상기 제1유닛(10)의 중심축을 축으로 하여 일정 각도 정회전과 역회전을 반복하는 제2유닛(20); 상기 제1유닛(10)의 내측에 구비되어 상기 제2유닛(20)을 회전시키는 모터(30); 상기 제2유닛(20)에 구비되어 상기 제2유닛(20)과 함께 회전하며 고압수를 송출하는 워터젯관(40)들; 상기 워터젯관(40)들의 각 전단부에 구비되어 상기 송출되는 고압수를 전방으로 분사하는 노즐들; 상기 제2유닛(20)에 구비되어 상기 제2유닛(20)과 함께 회전하고, 전방에서 복수로 분기되며, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하는 흡입관(60);을 포함할 수 있다.

워터젯 대구경 지반 천공기는 원형관 형상의 제1유닛(10)을 포함할 수 있다. 제1유닛(10)은 강재, 합성수지 등으로 형성될 수 있다. 제1유닛(10)은 그 내측에 구비되는 구성들을 지지할 수 있다. 제1유닛(10)은 굴착면으로부터 작용하는 압력 등에 대응하여 내측의 구성들을 보호하고, 동시에 굴착면의 붕괴 등을 억제할 수 있다.

제2유닛(20)은 제1유닛(10)의 내측에 구비될 수 있다. 제2유닛(20)은 제1유닛(10)의 내측에서 제1유닛(10)의 중심축을 축으로 하여 정회전 또는 역회전할 수 있다. 제2유닛(20)은 제1유닛(10)에 설치되는 링 형상의 부재에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 즉, 링 형상의 부재의 외측은 제1유닛(10)의 내측에 결합되고, 제2유닛(20)은 링 형상의 부재의 내측에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 제2유닛(20)과 링 형상의 부재의 결합부위에는 베어링이 구비되거나, 윤활유 등이 충진되어 원활하게 회전되게 할 수 있다. 제2유닛(20)은 강재, 합성수지 등으로 형성될 수 있다. 제2유닛(20)은 둘레방향으로 기어가 구비되어 후술하는 모터(30)에 의해 회전력을 전달받을 수 있다.

제1유닛(10)의 내측에는 모터(30)가 구비될 수 있다. 모터(30)의 축에는 기어가 구비되고, 이 기어는 제2유닛(20)의 기어에 직접 연결되거나, 또는 추가의 기어를 매개로 제2유닛(20)의 기어와 연결될 수 있다. 따라서 모터(30)의 구동에 따라 제2유닛(20)은 일정 각도 정회전과 역회전을 반복할 수 있다. 제2유닛(20)의 정회전과 역회전은 모터(30) 자체의 정회전과 역회전에 의하거나, 매개 기어 등의 역할에 의할 수 있다.

본 실시예의 제2유닛(20)은 모터(30)의 작동에 따라 30도, 45도, 60도, 90도 등의 범위로 정회전과 역회전을 반복할 수 있다. 이 회전 범위는 후술하는 워터젯관(40)들 및 분기된 흡입관(60)의 수와 그 배치에 의해 결정될 수 있다. 본 실시예에서는 45도 범위에서 정회전과 역회전을 반복하는 예를 중심으로 설명을 진행한다.

제2유닛(20)에는 워터젯관(40)들이 구비될 수 있다. 워터젯관(40)들은 전방으로 고압수를 송출할 수 있다. 워터젯관(40)들은 제2유닛(20)의 회전에 따라 회전할 수 있다. 따라서 워터젯관(40)들은 큰 수압에 견디고 회전에 적절히 대응할 수 있어야 하므로, 강도 및 유연성과 함께 여유 길이를 가질 수 있다. 즉, 워터젯관(40)들의 후방은 고정되고, 전방은 정회전과 역회전을 반복하는 것이므로, 강도, 유연성 및 일정한 여유분을 가지도록 굴곡 설치될 필요가 있다.

워터젯관(40)들의 각 전단부에는 노즐들이 구비될 수 있다. 이 노즐들은 워터젯관(40)을 통해 송출되는 고압수를 전방으로 고압 분사시킴으로써 암반 등을 굴착할 수 있다.

노즐들은 굴착노즐(52)들을 포함할 수 있다. 굴착노즐(52)들은 고압수를 일정 각도 확산되도록 분사할 수 있다. 이 굴착노즐(52)들은 제1유닛(10)에서 내측으로 일정 거리 이격되어 적절히 배치됨으로써, 전방의 일 가상평면(62)에서 제1유닛(10)이 삽입될 수 있을 정도의 원형 단면을 모두 굴착할 수 있다. 굴착노즐(52)들은 후술하는 막음판(16)에 고정될 수 있다.

즉, 굴착노즐(52)들은 중심과 90도 간격으로 둘레 방향에 이격 배치된 총 5개로 구성될 수 있다. 이 경우 제2유닛(20)이 45도 범위로 정회전과 역회전을 반복함에 따라, 굴착노즐(52)들도 회전하면서 제1유닛(10)이 삽입될 수 있는 정도의 면을 모두 굴착할 수 있다. 즉, 제1유닛(10)의 전방의 일 가상평면(62)에서 제1유닛(10)이 삽입될 수 있는 정도의 원형 단면으로 굴착될 수 있다. 일 가상평면(62)은 제1유닛(10)의 전방 30cm 위치에 형성될 수 있다. 또한, 일 가상평면(62)의 위치는 노즐의 개수와 배치, 고압수의 분사 각도, 흡입관(60)의 분기 개수와 배치 등에 따라 증감될 수 있다.

굴착노즐(52)의 확산 각도는 약 17도 정도 일 수 있다. 또한 확산 각도는 필요에 따라 증감될 수 있다.

또한, 노즐들은 가이드노즐(54)들을 포함할 수 있다. 가이드노즐(54)들은 고압수를 직진 방향으로 분사할 수 있다. 가이드노즐(54)들은 제1유닛(10)의 내측에 근접하여 설치될 수 있다. 즉, 가이드노즐(54)에서 분사되는 고압수는 굴착하고자하는 계획된 범위의 굴착 한계선을 형성할 수 있다. 가이드노즐(54)들은 둘레방향으로 90도 간격으로 4개 배치될 수 있다. 따라서 제2유닛(20)이 45도 범위로 정회전과 역회전을 반복하는 경우 원주 형상으로 암반이 굴착될 수 있다. 가이드노즐(54)들은 후술하는 막음판(16)의 외주면에 고정될 수 있다.

제2유닛(20)에는 흡입관(60)이 구비될 수 있다. 흡입관(60)은 강재 또는 합성수지 등으로 형성될 수 있다. 흡입관(60)은 전방에서 복수개로 분기될 수 있다. 흡입관(60)은 제2유닛(20)과 함께 회전할 수 있다. 흡입관(60)은 제2유닛(20)과 함께 회전하면서 전방으로 분사된 고압수와 분사된 고압수에 의해 파쇄된 암반 또는 토사를 흡입할 수 있다. 따라서 제1유닛(10)이 굴착하며 전진할 때 파쇄물들을 원활하게 흡입하여 굴착이 원활하게 이루어질 수 있다.

분기된 흡입관(60)은 제1유닛(10)의 전방으로 일정 거리 돌출될 수 있다. 제1유닛(10)의 전방으로 돌출된 흡입관(60)의 전단부는 굴착노즐(52)에서 분산되는 고압수의 확산범위 밖에 위치할 수 있다. 따라서 굴착노즐(52)에서 분산된 고압수에 의해 흡입관(60)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제2유닛(20)에 구비된 흡입관(60)과 워터젯관(40)들과 굴착노즐(52)이 동시에 회전함에 따라 굴착노즐(52)에서 분산된 고압수의 범위 밖에 있는 흡입관(60)은 굴착노즐(52)에서 분산된 고압수 확산범위 밖에 위치하게 되므로 흡입관(60)이 고압수에 의해 손상되지 않는 것이다.

상기 흡입관(60)의 전단부는 상기 일 가상평면(62)에서 후방으로 일정 거리 이격될 수 있다. 이 이격은 분사된 고압수에 의해 파쇄된 파쇄물들을 용이하게 흡입할 수 있게 하기 위함이다. 따라서 흡입관(60)의 전단부가 상기 일 가상평면(62)에서 지나치게 이격되거나 지나치게 접하는 것은 바람직하지 아니하다. 흡입관(60) 전단부와 일 가상평면(62)의 이격 거리는 5cm일 수 있다. 이 이격 거리 역시 증감될 수 있다.

흡입관(60)은 스위벨조인트(70)에 의하여 후부와 연결될 수 있다. 즉, 스위벨조인트(70) 후부의 흡입관(60)은 고정된 상태이고, 스위벨조인트(70) 전방의 흡입관(60)은 일정 각도 회전할 수 있다.

또한, 제1유닛(10)의 전방을 밀폐하는 막음판(16)이 구비될 수 있다. 이 막음판(16)은 제1유닛(10)의 전방을 밀폐함과 동시에 흡입관(60)에 결합되어 함께 회전할 수 있다. 따라서 노즐들에 의해 분사된 고압수와 고압수에 의한 파쇄물들이 제1유닛(10)의 내부로 유입되는 것을 방지하여 내측의 구성들을 보호할 수 있다. 상기 노즐, 후술하는 소닉센서(18) 등은 막음판(16)에 고정될 수 있다.

제1유닛(10)의 전방 측면에는 방향가이드(12)들이 구비될 수 있다. 방향가이드(12)들은 90도 간격으로 4개 설치될 수 있다. 방향가이드(12)들은 제1유닛(10)의 외측방향으로 돌출되거나 내측으로 수축함으로써 제1유닛(10)의 방향을 조정할 수 있다. 예컨대, 제1유닛(10)이 수직방향에서 좌측방향으로 편향되어 전진하는 경우 좌측에 구비된 방향가이드(12)가 외측으로 돌출되고, 따라서 지반 반력에 의해 수직방향으로 되돌아오게 할 수 있다. 상기 방향가이드(12)의 작동은 유압실린더의 유압에 의하거나, 또는 모터를 구비함으로 나사를 회전시켜 작동할 수 있다.

제1유닛(10)의 후방에는 경사측정기(14)를 구비할 수 있다. 경사측정기(14)는 제1유닛(10)의 굴착 방향을 측정할 수 있다. 따라서 경사측정기(14)에 의해 측정된 굴착 방향에 의해 전술한 바와 같이 방향가이드(12)를 작동시킴으로써 제1유닛(10)을 수직방향으로 삽입되게 할 수 있다.

굴착방향의 오차에 따른 방향가이드(12)의 작동은 작업자에 의해 수동으로 작동하거나, 또는 경사측정기(14)가 경사를 측정하고 이 측정된 자료에 의해 제어기(140)가 자동으로 작동되게 할 수 있다.

제2유닛(20)의 전방에는 거리 측정용 소닉센서(18)가 구비될 수 있다. 소닉센서(18)는 막음판(16)에 고정될 수 있다. 소닉센서(18)는 복수개 구비될 수 있고, 분사된 고압수에 의한 굴착거리를 측정할 수 있다. 즉, 소닉센서(18)에 의하여 굴착거리를 측정하고 제1유닛(10)을 진입함으로써, 흡입관(60)들의 전단부가 굴착면에 과도하게 근접하거나 과도하게 이격되지 않도록 조절할 수 있다.

제1유닛(10)의 후방에는 커플링(80)이 구비될 수 있다. 커플링(80)은 전선케이블(90), 워터젯관(40)들, 흡입관(60)을 후부와 쉽게 연결하거나 분리되게 할 수 있다. 전방의 워터젯관(40)과 흡입관(60) 등은 고압수와 분쇄물 등에 의해 쉽게 부식될 수 있다. 이 경우 커플링(80)은 부식된 부분을 용이하게 교체되게 할 수 있다.

제1유닛(10)의 후방에는 플렉시블관(100)이 구비될 수 있다. 플렉시블관(100)은 전선케이블(90), 워터젯관(40), 흡입관(60)을 수용할 수 있다. 플렉시블관(100)은 그 내부의 전선케이블(90), 워터젯관(40), 흡입관(60) 등을 보호하는 것으로 적절한 유연성과 함께 적절한 강성을 가질 수 있다. 플렉시블관(100)의 직경은 제1유닛(10)의 직경과 동일할 수 있다.

플렉시블관(100)은 적절한 유연성을 가짐으로써, 후부의 플렉시블관릴(110)에 권취될 수 있다. 플렉시블관릴(110)에 감겨진 플렉시블관(100)은 필요에 맞게 풀려지거나 감겨질 수 있어 현장 상황에 잘 대응할 수 있고, 좁은 공간에서의 시공에 매우 편리하다.

또한, 플렉시블관(100)은 적절한 강성을 가짐으로써, 천공구의 벽 무너짐을 방지할 수 있고, 따라서 토사와 암반이 함께 존재하는 지반의 굴착에 편리하다.

플렉시블관(100)의 직경은 제1유닛(10)의 직경보다 적은 것일 수 있다. 즉, 워터젯관(40), 흡입관(60), 전선케이블(90) 등을 수용할 수 있는 정도로 형성될 수 있다. 이 경우 플렉시블관릴(110)의 부피가 줄어들 수 있다. 이 경우, 천공구의 무너짐을 방지하기 위해서 제1유닛(10)과 직경이 동일한 별도의 관을 사용할 수 있다.

흡입관(60)은 플렉시블관(100), 플렉시블관릴(110)을 거쳐 후방의 흡입펌프(120)와 연결될 수 있다. 또한, 워터젯관(40)들 역시 플렉시블관(100), 플렉시블관릴(110)을 거쳐 후방의 워터젯펌프(130)와 연결될 수 있다. 또한 제어기(140)가 구비되고, 제어기(140)는 모터(30), 흡입펌프(120), 워터젯펌프(130), 방향가이드(12), 경사측정기(14) 등에 연결되어 이들을 제어할 수 있다.

제1유닛(10)의 내부이면서 제2유닛(20)의 후부에 제3유닛이 더 구비될 수 있다. 제3유닛은 제1유닛(10)의 내측에 결합된 링 형상의 부재에 결합될 수 있다. 제3유닛은 제2유닛(20)과 달리 회전하지 아니할 수 있다. 제3유닛은 제1유닛(10)에 결합되고, 워터젯관(40)들과 흡입관(60)과 전선케이블(90) 등을 안정된 상태로 유지할 수 있다.

제1유닛(10)의 후부에는 핸들이 구비될 수 있다. 이 핸들은 제1유닛(10)을 천공할 위치에 거치하고, 조정하는데 사용할 수 있다. 핸들은 작업자가 손으로 조정하거나 별도의 장치를 이용하여 조정할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 지반 천공기를 이용한 말뚝 시공방법을 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

워터젯 대구경 지반 천공기의 구성들은 전술한 실시예의 구성들을 유추하여 적용할 수 있다.

본 발명의 일례에 따른 워터젯 대구경 지반 천공기를 이용한 말뚝 시공방법은, 상기 워터젯 대구경 지반 천공기를 시공할 위치에 설치하고, 제1유닛(10)을 굴착할 위치에 거치하는 단계; 상기 모터(30)를 작동하여 상기 제2유닛(20)을 정회전과 역회전을 반복하면서, 상기 노즐들로 고압수를 전방으로 분사하여 지반을 굴착하면서, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하여 천공구를 형성하는 단계; 상기 제1유닛(10)을 상기 천공구에서 인출하는 단계; 상기 천공구에 말뚝(150)을 삽입하는 단계;를 포함할 수 있다. 본 실시예는 지반이 암반으로 구성된 경우에 적용할 수 있다.

거치하는 단계는, 워터젯 대구경 지반 천공기를 시공할 위치인 현장에 설치하고, 제1유닛(10)을 굴착할 위치에 수직으로 거치하는 단계이다. 제1유닛(10)의 거치는 작업자가 직접하거나, 기계적으로 수행할 수 있다.

천공구를 형성하는 단계는, 모터(30)를 작동하여 제2유닛(20)을 정회전과 역회전을 반복하면서, 노즐들로 고압수를 전방으로 분사하여 지반을 굴착하면서, 동시에 분사된 고압수와 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하여 천공구를 형성할 수 있다.

이 경우 제1유닛(10)에 접하여 90도 간격으로 설치된 4개의 가이드노즐(54)들은 원주 형상의 굴착을 수행하여 굴착 한계선을 형성할 수 있다. 가이드노즐(54)에 의한 굴착은 굴착노즐(52)에 의한 굴착보다 더 전방으로 즉, 더 깊게 굴착될 수 있다. 따라서 굴착노즐(52)에 의한 확산된 고압수는 상기 굴착 한계선에서는 가이드노즐(54)에 의한 수직방향의 굴착된 방향으로 진행됨으로써 한계선 밖으로의 굴착이 방지될 수 있다.

인출하는 단계는, 계획심도까지 굴착을 완료한 후 제1유닛(10)을 인출해내는 단계이다.

말뚝(150)을 삽입하는 단계는, 굴착된 천공구에 말뚝(150)을 삽입하는 단계이다.

말뚝(150)을 삽입한 후 천공구와 말뚝(150)의 사이에 모르타르 등을 주입하여 견고히 결합되게 할 수 있다.

상기한 시공방법은 암반지반 등에 유용하게 적용될 수 있다.

본 발명의 일례에 따른 다른 실시예인 워터젯 대구경 지반 천공기를 이용한 말뚝 시공방법은, 상기 워터젯 대구경 지반 천공기를 시공할 위치에 설치하고, 상기 제1유닛(10)의 외측에 주름관(160)을 설치하여 시공할 위치에 거치하는 단계; 상기 모터(30)를 작동하여 상기 제2유닛(20)을 정회전과 역회전을 반복하면서, 상기 노즐들로 고압수를 전방으로 분사하여 지반을 굴착하면서, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하여 천공구를 형성하는 단계; 상기 주름관(160)을 남겨두고 상기 제1유닛(10)을 상기 천공구에서 인출하는 단계; 상기 주름관(160)의 내측에 말뚝(150)을 삽입하는 단계; 상기 주름관(160)을 인출하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 실시예는 토사지반, 또는 토사와 암반이 공존하는 지반에 유용하게 적용될 수 있다. 본 실시예에서는 전술한 실시예와 차이나는 부분을 중심으로 설명한다.

거치하는 단계는, 워터젯 대구경 지반 천공기를 시공할 위치에 설치하고, 제1유닛(10)의 외측에 주름관(160)을 설치하여 시공할 위치에 거치하는 단계이다. 주름관(160)의 전단부는 제1유닛(10)의 방향가이드(12)에 걸리게 할 수 있다.

천공구를 형성하는 단계는 전술한 실시예와 동일하다.

인출하는 단계는, 주름관(160)을 천공구에 남겨두고 제1유닛(10)만을 인출하는 단계이다. 즉, 제1유닛(10)의 방향가이드(12)를 후퇴시킨 후 제1유닛(10)만을 인출하는 단계이다. 남겨진 주름관(160)은 토사 지반의 붕괴를 방지할 수 있다. 따라서 본 실시예는 토사 지반, 또는 토사와 암반이 공존하는 지반에 적용될 수 있다. 주름관(160)은 유연성을 가지는 주름이 없는 원형관일 수 있다.

말뚝(150)을 삽입하는 단계는, 천공구에 남겨진 주름관(160)의 내측으로 말뚝(150)을 삽입하는 단계이다, 즉 전술한 단계에서 남겨진 주름관(160)에 의하여 토사의 붕괴가 방지됨에 따라 말뚝(150)을 용이하게 삽입할 수 있다.

인출하는 단계는, 말뚝(150)을 삽입한 이후에 주름관(160)을 인출하는 단계이다. 이후 말뚝(150)과 천공구의 사이에 모르타르 등을 주입할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 구성되거나 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 제1유닛
12: 방향가이드
14: 경사측정기
16: 막음판
18: 소닉센서
20: 제2유닛
30: 모터
40: 워터젯관
52: 굴착노즐
54: 가이드노즐
60: 흡입관
62: 가상평면
70: 스위벨조인트
80: 커플링
90: 전선케이블
100: 플렉시블관
110: 플렉시블관릴
120: 흡입펌프
130: 워터젯펌프
140: 제어기
150: 말뚝
160: 주름관

Claims (13)

1. 원형관 형상의 제1유닛;
   상기 제1유닛의 내측에 구비되어 상기 제1유닛의 중심축을 축으로 하여 일정 각도 정회전과 역회전을 반복하는 제2유닛;
   상기 제1유닛의 내측에 구비되어 상기 제2유닛을 회전시키는 모터;
   상기 제2유닛에 구비되어 상기 제2유닛과 함께 회전하며 고압수를 송출하는 워터젯관들;
   상기 워터젯관들의 각 전단부에 구비되어 상기 송출되는 고압수를 전방으로 분사하는 노즐들;
   상기 제2유닛에 구비되어 상기 제2유닛과 함께 회전하고, 전방에서 복수로 분기되며, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하는 흡입관;을 포함하고,
   상기 노즐들은 분사된 고압수가 일정 각도 확산되는 굴착노즐들을 포함하고,
   상기 굴착노즐들은 상기 제1유닛에서 내측으로 일정 거리 이격되며,
   상기 노즐들은 고압수가 직진 방향으로 분사되는 가이드노즐들을 포함하고,
   상기 가이드노즐들은 상기 제1유닛의 내측에 근접하여 설치되고,
   상기 분기된 복수의 흡입관은 상기 제1유닛의 전방으로 일정 거리 돌출되고,
   상기 흡입관의 전단부는 상기 굴착노즐에 의해 분사된 고압수의 확산범위 밖에 위치하는 것을 특징으로 하는 워터젯 대구경 지반 천공기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2유닛이 회전함에 따라, 상기 굴착노즐들에 의한 굴착 단면이 상기 제1유닛의 전방의 일 가상평면에서 상기 제1유닛이 삽입될 수 있는 정도의 원형 단면으로 형성되고,
   상기 흡입관의 전단부는 상기 일 가상평면에서 후방으로 일정 거리 이격됨으로써, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 용이하게 흡입할 수 있는 것을 특징으로 하는 워터젯 대구경 지반 천공기.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1유닛의 전방 측면에 구비되어 외측방향으로 돌출되거나 내측으로 수축함으로써 제1유닛의 방향을 조정할 수 있는 방향가이드들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯 대구경 지반 천공기.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1유닛의 후방에 구비되어 제1유닛의 방향을 측정할 수 있는 경사측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯 대구경 지반 천공기.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2유닛의 전방에 구비되는 거리 측정용 소닉센서를 더 포함하고,
   상기 소닉센서는 상기 분사된 고압수에 의해 굴착거리를 측정함으로서, 상기 흡입관들의 전단부가 굴착면에 과도하게 근접하거나 굴착면에서 과도하게 이격되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 워터젯 대구경 지반 천공기.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 흡입관은 스위벨조인트에 의해 후부와 연결되는 것을 특징으로 하는 워터젯 대구경 지반 천공기.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1유닛의 후방에 구비되는 커플링을 더 포함하고,
    상기 커플링에 의해 전선케이블과, 상기 워터젯관들과, 상기 흡입관이 후부와 연결되는 것을 특징으로 하는 워터젯 대구경 지반 천공기.
    
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1유닛의 후방에 연결되고, 전선케이블과, 상기 워터젯관들과, 상기 흡입관을 수용하는 플렉시블관;
    상기 플렉시블관을 권취하는 플렉시블관릴;
    상기 흡입관의 후방에 연결되는 흡입펌프;
    상기 워터젯관들의 후방에 연결되는 워터젯펌프;
    상기 모터, 상기 흡입펌프, 상기 워터젯펌프를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 워터젯 대구경 지반 천공기.
    
12. 청구항 1, 5 내지 11중 어느 한 항의 워터젯 대구경 지반 천공기를 이용한 말뚝 시공방법에 있어서,
    상기 워터젯 대구경 지반 천공기를 시공할 위치에 설치하고, 제1유닛을 굴착할 위치에 거치하는 단계;
    상기 모터를 작동하여 상기 제2유닛을 정회전과 역회전을 반복하면서, 상기 노즐들로 고압수를 전방으로 분사하여 지반을 굴착하면서, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하여 천공구를 형성하는 단계;
    상기 제1유닛을 상기 천공구에서 인출하는 단계;
    상기 천공구에 말뚝을 삽입하는 단계;를 포함하는 워터젯 대구경 지반 천공기를 이용한 말뚝 시공방법.
    
13. 청구항 1, 5 내지 11중 어느 한 항의 워터젯 대구경 지반 천공기를 이용한 말뚝 시공방법에 있어서,
    상기 워터젯 대구경 지반 천공기를 시공할 위치에 설치하고, 상기 제1유닛의 외측에 주름관을 설치하여 시공할 위치에 거치하는 단계;
    상기 모터를 작동하여 상기 제2유닛을 정회전과 역회전을 반복하면서, 상기 노즐들로 고압수를 전방으로 분사하여 지반을 굴착하면서, 상기 분사된 고압수와 상기 분사된 고압수에 의한 파쇄물을 흡입하여 천공구를 형성하는 단계;
    상기 주름관을 남겨두고 상기 제1유닛을 상기 천공구에서 인출하는 단계;
    상기 주름관의 내측에 말뚝을 삽입하는 단계;
    상기 주름관을 인출하는 단계;를 포함하는 워터젯 대구경 지반 천공기를 이용한 말뚝 시공방법.
    

Images