KR101874566B1 - 교반활성부를 갖는 지반개량장치 및 이를 이용한 지반개량공법 - Google Patents

Abstract

지반개량장치 및 지반개량공법을 제공한다.
본 발명은 지반을 굴착하는 적어도 하나의 굴착비트와 굴착된 토양을 배토하는 배토용 스크류를 최하부단 외부면에 갖추고, 길이방향으로 복수개의 강관케이싱이 연속하여 연통연결되는 케이싱부 ; 상기 복수개의 강관케이싱의 각 외부면마다 반경방향으로 일정길이를 갖는 적어도 하나의 교반날개를 갖추어 상기 케이싱부의 회전하강시 굴착되는 토양과 고화제를 교반하는 교반부 ; 상기 케이싱부와 더불어 회전하강하도록 외부동력원과 연결되는 연결부를 갖추어 상기 케이싱부의 최상부단에 조립되는 연결케이싱 ; 및 상기 연결케이싱의 내부로 진입된 다음 상기 케이싱부의 외부면을 따라 연장되고, 상기 교반날개와 대응하는 위치에서 고화제를 배출하는 토출구를 갖는 고화제 주입라인 ; 을 포함하고, 상기 복수개의 강관케이싱마다 구비되는 복수개의 교반날개는 깊이방향으로 갈수록 형성길이가 짧아지는 날개판으로 이루어져 강관케이싱별로 서로 다른 길이로 구비될 수 있다.

Description

교반활성부를 갖는 지반개량장치 및 이를 이용한 지반개량공법{Ground Improving Device having a Agitation Active and Ground Improving Method Using The Same}

본 발명은 지반을 개량하는 장치 및 이를 이용하여 지반을 개량하는 공법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 지표면으로부터 지중으로 일정깊이 형성되는 개량층에 의해서 일정높이의 기둥체를 지중에 형성하여 지상에 시공되는 건물에 대한 지지력을 충분히 확보하고, 지반침하를 방지할 수 있는 지반개량장치 및 이를 이용한 지반개량공법에 관한 것이다.

일반적으로 지반을 개량하는 장치는 오거설비의 회전로드에 굴삭비트를 갖는 굴착헤드를 장착하고, 상기 굴착헤드의 회전력에 의해서 지중을 일정깊이로 하향 굴착하여 일정깊이의 천공홀을 형성한 다음, 상기 천공홀의 최하부로부터 물과 시멘트가 혼합된 그라우트를 채워 충전하여 상기 천공홀에 삽입배치되는 파일과 더불어 경화되는 그라우트에 의해서 지반강도를 보강하도록 개량하는 것이다.

상기 굴착헤드를 이용하여 일정깊이의 천공홀을 형성하는 공법에서는 로드의 굴착헤드에 의해서 천공되는 천공홀의 하단부 내경을 확장시키는 확대굴착을 위한 확대비트를 추가로 설치함으로써 구근을 확대하여 지지 및 보강력을 향상시키고 있다.

(특허문헌 1) KR10-1416869 B1

특허문헌 1에는 굴착 및 고화제와 토사의 교반에 의해 소형 파일을 형성하도록 비트부, 고화제 분사구를 구비하고, 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된 소형 파일 형성부와, 고화제와 토사의 교반에 의해 소형파일의 외측에 대형 파일을 형성하도록 확대교반부를 구비하며, 소형파일 형성부의 외측에 설치되어 소형파일 형성부에 대하여 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된 대형 파일 형성부를 포함하는 복합 파일 형성용 천공장치 및 이를 이용한 기초공법을 제안하고 있다.

그러나 이러한 종래의 지반개량장치는 소형파일과 파일을 형성하기 위해서 소형 및 대형파일 형성부를 상하방향으로 반복적으로 이들을 회전하강운동과 더불어 상하 왕복운동을 동시에 시켜야만 하기 때문에 오거설비의 구성이 복잡해지고 부하가 많이 발생하여 설비고장에 따른 보수유지비가 과다하게 소요되었다.

또한, 굴착된 토양을 교반하기 위해서 회전되는 확대교반부에 형성되는 토출구를 통하여 고화제를 주입하기 위해서는 고화제 공급용 주입라인을 확대교반부의 내부까지 연장하여 형성해야만 하기 때문에 확대교반부를 제작하는 비용이 과다하게 소요되는 한편, 주입라인의 빈번한 막힘 현상에 의하여 작업휴지시간이 길어지고, 이로 인하여 시공비용이 증가하고, 공사기간이 길어지게 되는 문제점이 있었다.

그리고 개량시공하고자 하는 지반의 종류에 따라서 교반성능이 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 지표면과 인접하는 상부영역의 원지반을 확대 개량하면서 기초파일을 대체할 수 있는 원지반 기둥체를 시공할 수 있고, 지반개량 후 안정적인 지지력을 충분히 확보할 수 있고, 교반성능을 확보하기 위해서 지반의 종류에 상관없이 교반성능을 향상시킬 수 있는 교반활성부를 갖는 지반개량장치 및 이를 이용한 지반개량공법을 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서, 본 발명의 바람직한 실시예는, 지반을 굴착하는 적어도 하나의 굴착비트와 굴착된 토양을 배토하는 배토용 스크류를 최하부단 외부면에 갖추고, 길이방향으로 복수개의 강관케이싱이 연속하여 연통연결되는 케이싱부 ; 상기 복수개의 강관케이싱의 각 외부면마다 반경방향으로 일정길이를 갖는 적어도 하나의 교반날개를 갖추어 상기 케이싱부의 회전하강시 굴착되는 토양과 고화제를 교반하는 교반부 ; 상기 케이싱부와 더불어 회전하강하도록 외부동력원과 연결되는 연결부를 갖추어 상기 케이싱부의 최상부단에 조립되는 연결케이싱 ; 및 상기 연결케이싱의 내부로 진입된 다음 상기 케이싱부의 외부면을 따라 연장되고, 상기 교반날개와 대응하는 위치에서 고화제를 배출하는 토출구를 갖는 고화제 주입라인 ; 을 포함하고, 상기 복수개의 강관케이싱마다 구비되는 복수개의 교반날개는 깊이방향으로 갈수록 형성길이가 짧아지는 날개판으로 이루어져 강관케이싱별로 서로 다른 길이로 구비되는 것을 특징으로 하는 교반활성부를 갖는 지반개량장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 교반날개의 길이는 상기 강관케이싱의 외경에 대하여 0.5 내지 1.5 배의 크기로 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 토출구와 마주하는 상기 복수개의 교반날개 중 어느 하나의 교반날개 단부에는 상기 토출구로부터 토출되는 고화제와 부딪히면서 양측으로 분산시키는 분사제어판을 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 분사제어판은 상기 교반날개의 단부에 교체가능하도록 탈부착가능하게 조립되거나 상기 토출구로부터 토출되어 부딛히는 고화제의 반사각도를 조절할 수 있도록 회전가능하게 조립될 수 있다.

바람직하게, 상기 케이싱부의 하강 회전시 지표면에 대한 수직도를 유지하면서 편심을 방지하는 중심이탈방지부를 포함하고, 상기 중심이탈방지부는 상기 복수개의 강관케이싱중 어느 하나의 교반날개의 외측을 감싸도록 벌림 오므림되는 한쌍의 반원체를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 중심이탈방지부는 상기 한쌍의 반원체의 각 일단이 핀부재를 매개로 하여 양단에 회동가능하게 조립되는 제1지지프레임을 포함하고, 상기 제1지지프레임과 연결핀을 매개로 하여 선단이 조립되는 제1연결프레임을 포함하고, 상기 제1연결프레임의 후단과 수평핀을 매개로 하여 선단이 조립되는 제2연결프레임를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 제2연결프레임의 후단은 중공 파이프부재로 이루어지는 제3연결프레임의 선단 내부로 전후진 이동가능하게 조립되고, 상기 제3연결프레임의 후단이 일측면에 결합되는 제2지지프레임의 타측면 양측에는 상기 제1,2 및 3강관케이싱에 회전하강력을 제공하는 굴삭기의 주행부에 조립되어 고정되도록 좌우한쌍의 고정체를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 복수개의 교반날개 중 어느 하나의 교반날개에 인접하여 배치되는 교반 활성부를 포함하고, 상기 교반 활성부는 상기 복수개의 강관케이싱 중 어느 하나의 강관케이싱 외부면에 원주방향으로 따라 일정간격을 두고 고정설치되는 상하한쌍의 상,하부 지지브라켓과, 상기 상하한쌍의 상,하부 지지브라켓에 각각 돌출형성된 돌출턱과 접하여 상기 복수개의 관케이싱 중 어느 하나의 강관케이싱 외측에 일정간격을 두고 이격배치되는 원형 지지링 및 상기 원형 지지링의 외부면에 고정장착되는 한쌍의 보조연결판에 일단이 조립되는 보조날개판을 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 보조날개판은 자유단부는 상기 교반 활성부와 인접하는 복수개의 교반날개 중 어느 하나의 날개판의 자유단부보다 외측으로 일정길이 연장되어 지중벽체에 고정되는 사각판체로 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 배토용 스크류는 강관케이싱의 외부면을 따라 나선형으로 연속되거나 길이중간에 강관케이싱의 외부면을 노출시키는 절단부를 형성하거나 외측으로 부분 절개되는 부분절개부를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 복수개의 강관케이싱 중 어느 하나의 강관케이싱은 회전하강되는 케이싱부의 내부에 잔류되면서 형성되는 원지반 기둥체의 상단 일부를 일정길이 파쇄하여 교반할 수 있도록 내부면에 복수개의 내부교반날개를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 내부교반날개는 상기 강관케이싱의 반경과 동일한 크기로 구비되거나 상기 강관케이싱의 반경보다 상대적으로 길게 형성되는 크기로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예는, 상기 지반개량장치를 지표면의 직상부에 배치하는 단계 ; 상기 연결케이싱의 연결부와 연결된 외부동력원에 의해 상기 케이싱부를 회전하강시켜 상기 케이싱부의 내부에 원지반 기둥체를 형성하도록 상기 케이싱부를 지표면 아래로 회전관입시키는 단계 ; 상기 케이싱부에 구비된 굴착비트에 의해서 굴착된 토양과 고화제주입라인을 통하여 공급되는 고화제를 상기 케이싱부와 더불어 회전되는 복수개의 교반날개에 의해서 교반하여 상기 원지반 기둥체의 외측에 개량층을 형성하는 단계 ; 상기 케이싱부를 지상으로 상승 복귀시킨 다음, 상기 원지반 기둥체의 외측에 형성된 개량층을 고화시켜 지반개량을 시공완성하는 단계 ;를 포함하는 지반개량공법을 제공한다.

바람직하게, 상기 케이싱부를 지표면 아래로 회전관입시키는 단계는, 상기 보조날개판을 갖는 원형 지지링의 상,하단은 상,하부 지지브라켓과 상,하부측 돌출턱에 접하여 지지되어 상기 교반 활성부를 케이싱부와 더불어 하강시키고, 상기 보조날개판의 각 단부는 지반층에 삽입고정되어 일방향 회전되는 케이싱부의 교반날개에 대하여 상대적으로 정지상태를 유지할 수 있다.

바람직하게, 상기 케이싱부를 지표면 아래로 회전관입시키는 단계는, 상기 복수개의 강관케이싱 중 어느 하나의 강관케이싱 내부면에 구비되는 내부교반날개에 의해서 원지반 기둥체의 상단 일부를 일정길이 파쇄하여 개량층의 내부중심에 잔류하게 되는 원지반 기둥체의 전체 높이를 낮출 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예는, 지표면 아래에 일정길이의 기초파일을 시공하는 단계 ; 상기 기초파일의 직상부에 상기 지반개량장치를 배치하는 단계 ; 상기 연결케이싱의 연결부와 연결된 외부동력원에 의해 상기 케이싱부를 회전시키면서 상기 기초파일을 따라 하강시켜 상기 케이싱부를 지표면 아래로 회전관입시키는 단계 ; 상기 굴착비트에 의해서 굴착된 토양과 고화제주입라인을 통하여 공급되는 고화제를 상기 케이싱부와 더불어 회전되는 교반날개에 의해서 교반하여 상기 기초파일의 외측에 개량층을 형성하는 단계 ; 상기 케이싱부를 지상으로 상승 복귀시킨 다음, 상기 기초파일의 외측에 형성된 개량층을 고화시켜 지반개량을 시공완성하는 단계 ; 를 포함하는 지반개량공법를 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

1) 케이싱부의 순차적인 회전하강시 굴착되는 토양과 공급된 고화제를 강관케이싱과 더불어 회전되는 교반날개에 의해서 교반시킴으로써 지중에 일정높이의 원지반 기둥체를 형성할 수 있기 때문에 지상에 시공되는 건물에 대한 지지력을 충분히 확보하고, 건물의 지반침하를 방지할 수 있다.

2) 케이싱부의 외부면에 착탈가능하게 조립되는 교반날개의 길이변화에 맞추어 지중에 일정깊이 형성되는 개량층의 전체적인 외경크기를 크게 확대하거나 작게 축소하거나 지중방향으로 서로 다른 외경을 갖도록 다단으로 구현할 수 있기 때문에 하나의 장비로서 다양한 시공조건 및 현장조건에 맞추어 지중에 형성되는 개량층의 외경을 다양하게 구현하여 시공성을 향상시킬 수 있다.

3) 지중에 순차적으로 회전관입되는 케이싱부의 외부면에 구비되는 교반날개의 외측을 선택적으로 감싸는 회전지지체를 갖는 중심이탈방지부에 의해서 케이싱부의 하강 회전시 지표면에 대한 수직도를 항상 일정하게 유지하면서 편심을 방지할 수 있기 때문에 회전하강되는 케이싱부에 의한 지반개량작업을 안정적으로 수행할 수 있다.

4) 하강회전되는 케이싱부의 편심을 방지하면서 수직도를 유지하는 중심이탈방지부가 회전하강력을 제공하는 장비의 주행부와 연결되어 지지됨으로써 케이싱부의 순차적인 회전하강을 흔들림없이 안정적으로 유지할 수 있다.

5) 회전하강되는 케이싱부의 내부에 잔류하는 원지반 토양에 의해서 개량층의 중심에 원지반 기둥체를 수직하게 형성함으로써 지반개량전 선시공되는 기초파일을 대체하는 원지반 기둥체에 의해서 기초파일과 같은 원자재의 사용량을 줄일 수 있고, 전체적인 지반개량 시공기간을 단축할 수 있다.

6) 교반 활성부를 갖추어 지반의 종류에 관계없이 교반성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량장치를 도시한 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량장치를 도시한 사용 상태도이다.
도 3a 내지 도 3c 는 도 1의 A부에 대한 부분 상세도이다.
도 4a 내지 도 4c 는 도 1의 B부에 대한 부분 상세도이다.
도 5 는 도 1의 C부에 대한 부분 상세도이다.
도 6 는 도 1의 D부에 대한 부분 상세도이며,
도 7 은 E부에 대한 부분 상세도이다.
도 8 a 내지 도 8c 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량장치에 채용되는 교반부를 도시한 구성도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량장치에 채용되는 중심이탈방지부를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량장치의 내부에 내부교반날개를 구비하는 구성도이다.
도 11a 내지 도 11f 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량공법에서 서로 다른 길이를 갖는 제1,2 및 3교반날개를 이용한 지반개량공정을 도시한 순서도이다.
도 12a 내지 도 12f 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량공법에서 서로 다른 길이를 갖는 제1 및 3 교반날개를 이용한 지반개량공정을 도시한 순서도이다.
도 13a 내지 도 13f 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량공법에서 서로 동일한 길이를 갖는 제1 및 3교반날개를 이용한 지반개량공정을 도시한 순서도이다.
도 14a 내지 도 14f 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량공법에서 내부교반날개를 이용한 지반개량공정을 도시한 순서도이다.
도 15a 내지 도 15f 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량공법에서 선시공된 기초파일을 이용한 지반개량공정을 도시한 순서도이다.
도 16a 내지 도 16d 는 본 발명의 제2실시 예에 따른 지반개량공법을 도시한 공정흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반개량장치(100)는 도 1 내지 도 9 에 도시한 바와 같이, 케이싱부, 교반부, 연결케이싱(140), 고화제 주입라인(150) 및 중심이탈방지부(160)를 포함하여 회전하강시 지반 아래를 일정깊이 굴착하면서 굴착된 토양과 공급된 고화제가 서로 교반된 개량층에 의해서 내부중심에 원지반 기둥체(P1)를 형성하거나 선시공된 기초파일(P2)의 외측에 지반개량층을 형성하는 것이다.

상기 케이싱부는 길이방향으로 복수개의 강관케이싱인 제1,2 및 3강관케이싱의 연속하여 연통연결되고, 지반을 굴착하는 적어도 하나의 굴착비트와 굴착된 토양을 배토하는 배토용 스크류를 최하부단 외부면에 갖추어 지표면에 대하여 지중으로 회전하강되는 것이다.

여기서, 상기 케이싱부는 연통연결되는 제1,2 및 3강관케이싱으로 이루어지는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 개량층을 형성하고자 하는 굴착깊이에 맞추어 상기 제1강관케이싱과 연결케이싱사이에 적어도 하나이상의 다른 강관케이싱이 연속하여 연통연결되는 중공원통형 구조물로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 교반부는 상기 케이싱부를 구성하는 복수개의 강관케이싱의 각 외부면마다 반경방향으로 일정길이를 갖는 적어도 하나의 교반날개를 갖추어 상기 케이싱부의 회전하강시 굴착되는 토양과 고화제를 교반하는 것이다.

즉, 상기 케이싱부의 제1강관케이싱(110)은 회전하강시 지반을 굴착하도록 굴삭력을 발생시키는 적어도 하나의 굴착비트(111)를 하부단에 갖추고, 상기 굴착비트에 의해서 굴착된 토양을 배토하는 배토용 스크류(112)를 하부단 외부면에 갖추는 한편, 외부면에 적어도 하나의 제1교반날개(113)를 구비하여 회전하강시 굴착된 토양과 공급된 고화제를 교반하면서 개량층을 형성하는 일정길이의 중공원통체로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 배토용 스크류(112)는 도 3a 에 도시한 바와 같이, 상기 굴착비트까지 제1강관케이싱(110)의 외부면을 따라 나선형으로 연속되는 일련의 나선몸체로 구비되거나 도 3b 에 도시한 바와 같이 나선몸체의 길이중간에 제1강관케이싱의 외부면을 노출시키는 적어도 하나의 절단부(112a)를 형성하거나 도 3b 에 도시한 바와 같이, 나선몸체의 길이중간에 외측으로 부분 절개되는 적어도 하나의 부분절개부(112b)를 형성할 수 있다.

상기 배토용 스크류(112)의 외경은 상기 제1강관케이싱의 외부면에 구비되어 이와 더불어 회전되는 제1교반날개(113)의 초기 부하를 경감시킬 수 있도록 상기 제1교반날개의 회전시 형성되는 외경과 대략 동일한 크기로 구비되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 배토용 스크류(112)에 형성되는 절단부(112a)와 부분절개부(112b)에 의해서 지반개량을 위한 상기 제1,2 및 3강관케이싱의 상하이동시 토양과 교화제가 교반되는 지반개량층의 상하유동이 보다 원활하게 이루어질 수 있는 것이다.

그리고 상기 굴착비트(111)는 상기 배토용 스크류(112)의 하부단에 일체로 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 최하부에 구비되는 제1강관케이싱(110)의 하부단에 일체로 구비될 수 있다.

상기 제2강관케이싱(120)은 상기 제1강관케이싱(110)의 외부면에 장착된 제1교반날개(113)보다 외측으로 길게 연장되는 적어도 하나의 제2교반날개(123)를 외부면에 갖추고, 상기 제1강관케이싱(110)의 상부단에 하부단이 조립되어 회전하강시 굴착된 토양과 공급된 고화제를 교반하면서 개량층을 형성하는 일정길이의 중공원통체로 이루어질 수 있다.

상기 제3강관케이싱(130)은 상기 제2강관케이싱(120)과 마찬가지로 제2교반날개(123)보다 외측으로 길게 연장되는 적어도 하나의 제3교반날개(133)를 외부면에 갖추고, 상기 제2강관케이싱(120)의 상부단에 하부단이 조립되어 회전하강시 굴착된 토양과 공급된 고화제를 교반하면서 개량층을 형성하는 일정길이의 중공원통체로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 제1,2 및 3교반날개(113,123,133)는 하부로 갈수록 형성길이가 짧아지는 날개판으로 이루어져 강관케이싱별로 순차적으로 서로 다른 길이로 구비되기 때문에 상기 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130)이 순차적으로 지표면 아래로 일정깊이 회전하강하면서 굴착된 토양과 공급된 고화제가 교반되고 지중방향으로 갈수록 단차별로 외경이 점차 작아지는 다단의 개량층의 중심에 원지반 기둥체를 형성하거나 기초파일을 구비하는 것이다.

이러한 원지반 기둥체 또는 기초파일의 외측에 형성되는 지반개량층은 교체장착되는 전체적인 교반날개의 길이변화에 의해서 외경이 커지거나 작아지도록 변경할 수 있다.

이때, 상기 제1,2 및 3교반날개(113,123,133)는 케이싱부의 길이방향으로 서로 다른 길이로 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 케이싱부의 복수개의 강관케이싱마다 구비되는 제1,2 및 3교반날개(113,123,133)는 서로 동일한 길이를 갖는 날개판으로 구비되어 강관케이싱별로 동일한 길이를 갖도록 교체하여 장착함으로써 외경이 일정한 개량층의 중심에 원지반 기둥체 또는 기초파일을 구비할 수 있다.

상기 케이싱부에 구비되는 복수개의 강관케이싱마다 설치되는 교반날개의 최적길이는 개량장치의 구조적인 안정성을 확보할 수 있도록 하기 표 1과 같이 적정한 형성길이로 구비되는 것이 바람직하다.

강관케이싱 외경(mm) A	교반날개 최소길이(mm) B1= A*0.5	교반날개 최대길이(mm) B2=A*1.5	개량층 최소외경(mm) C1=A+B1	개량층 최대외경(mm) C2=A+B2	시공시 회전토크값 (kN.m)	개량장치 구조적 안전성 판단
216	108	324	432	864	32	OK
267	133.5	400.5	534	1068	40	OK
318	159	477	636	1272	48	OK
355	177.5	53205	710	1420	53	OK
406	203	609	812	1624	61	OK
508	254	762	1016	2032	76	OK
609	304.5	613.5	1218	2436	91	OK

표 1에서 교반날개가 구비되는 강관케이싱의 외경에 대하여 상기 교반날개의 최소길이는 강관케이싱의 외경의 0.5 배 크기로 구비되고, 교반날개의 최대길이는 강관케이싱의 외경의 1.5 배 크기로 구비됨으로서 개량층 시공시 회전토크값은 최대치를 초과하지 않는 조건에서 구조적 안전성을 확보할 수 있는 것이다.

이에 따라, 교반날개의 길이는 강관케이싱의 외경에 대하여 0.5 내지 1.5 배의 크기로 구비되는 것이 바람직하며, 교반날개의 최소길이가 강관케이싱의 외경에 대하여 0.5배 이하가 되면 개량층 외경이 작아지면서 개량후 충분한 지반지지력을 확보하기 곤란하고, 교반날개의 최대길이가 강관케이싱의 외경에 대하여 1.5배 이상이 되면, 회전토크값이 100kN.m 이상으로 커지면서 개량장치의 구조적 안전성을 저하시키는 문제점이 발생하였다.

상기 연결케이싱(140)은 상부단에 상기 제1,2 및 3 강관케이싱과 더불어 회전하강하도록 외부동력원인 유압모터(M)의 구동축과 연결되는 연결부(141)를 상부단에 갖추어 상기 제3강관케이싱의 상부단과 하부단이 조립되는 일정길이의 중공원통체로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 외부동력원인 유압모터는 바퀴 또는 무한궤도와 같은 주행부를 갖추어 주행이동이 가능한 굴삭기의 아암(A)의 단부에 구비될 수 있다.

상기 연결부(141)는 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 연결케이싱의 개방된 상부를 차단하는 마감판(142)을 포함하고, 상기 마감판의 상부면에 구비되는 보강파이프(143)와 결합되고, 상기 외부동력원인 유압모터(M)의 구동축과 연결되어 회전구동력을 전달받는 연결축(145)을 포함하며, 상기 보강파이프(143)와 마감판(142)사이에 구비되어 상기 보강파이프의 수직지지력을 보강하는 복수개의 보강리브(144)를 포함할 수 있다.

그리고 상기 외부구동원인 유압모터(M)는 굴삭기의 붐(B)의 단부에 연결되어 유압실린더에 의해서 작동되는 아암(A)의 단부에 장착되어 구비될 수 있다.

이에 따라, 상기 외부구동원인 유압모터(M)와 연결부(141)가 서로 연결된 연결케이싱(140)을 포함하는 일련의 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130)을 포함하는 케이싱부는 상기 유압모터의 회전력과 상기 굴삭기의 붐(B)에 연결된 아암(A)의 하강력에 의해서 회전하강할 수 있는 것이다.

또한, 상기 제1강관케이싱(110)의 상부단과 상기 제2강관케이싱(120)의 하부단사이 그리고 상기 제2강관케이싱(120)의 상부단과 상기 제3강관케이싱(130)의 하부단사이 그리고 상기 제3강관케이싱(130)의 상부단과 상기 연결케이싱(140)의 하부단사이는 체결부재가 체결되는 체결공을 관통형성한 원형링 형상의 연결플랜지를 갖추어 플랜지 타입으로 강관케이싱간의 분해 및 조립이 자유롭도록 연결되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 다른 형태의 결합구조를 선택적으로 채용할 수 있다.

여기서, 상기 케이싱부는 상기 연결케이싱의 하부에 연속하여 조립되는 제1,2 및 3강관케이싱으로 이루어지는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 지반개량하고자 하는 깊이에 따라 그 조립갯수가 줄거나 증가될 수 있다.

즉, 상기 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130) 및 연결케이싱(140)은 개량층을 형성하고자 하는 개량깊이에 따라 상기 제2,3강관케이싱 중 어느 하나를 분리하여 제거함으로써 개량하고자 하는 개량층의 전체깊이를 간편하게 줄이거나 다른 강관케이싱을 추가하여 전체길이를 길게 연장함으로써 개량하고자 하는 개량층의 전체깊이를 간편하게 가변할 수 있는 것이다.

한편, 상기 제1,2 및 3 강관케이싱(110,120,130)에 구비되는 제1,2 및 3교반날개(113,123,133)는 도 8a 내지 도 8c 에 도시한 바와 같이, 상기 제1,2 및 3강관케이싱의 외부면에 고정장착되는 한쌍의 연결판(101)사이에 일단이 조립되어 고정설치되는 날개판(102)을 포함하고, 상기 한쌍의 연결판(101)에 관통형성된 연결공(101a)은 상기 날개판(102)에 관통형성된 다른 연결공(102a)을 통하여 체결되는 체결부재(103)에 의해서 상기 날개판(102)은 연결판에 교체가능하도록 조립되면서 상기 제1,2 및 3 강관케이싱(110,120,130)에 장착되는 것이다.

이때 상기 날개판(102)은 상기 제1,2 및 3 강관케이싱(110,120,130)의 회전중심을 통과하는 수직축에 대하여 일정각도 경사지게 배치되는 대략 사각판체로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 제1,2 및 3교반날개(113,123,133)는 상기 한쌍의 연결판에 체결부재에 의해서 날개판이 교체가능하도록 조립됨으로써 연장길이가 서로 다른 날개판이 상기 제1,2 및 3강관케이싱에 순차적으로 장착되어 지중방향으로 외경이 서로 다른 단차진 개량층을 원지반 개량층 또는 기초파일의 외측에 형성하거나 연장길이가 서로 동일한 날개판이 상기 제1,2 및 3강관케이싱에 순차적으로 각각 장착되어 지중방향으로 외경이 일정한 개량층을 원지반 개량층 또는 기초파일의 외측에 형성할 수 있는 것이다.

또한, 상기 제1,2 및 3교반날개(113,123,133)의 각 날개판(102)은 지표면 아래에서 강관케이싱과 더불어 회전하강되면서 굴착된 토양과 고화제를 교반하는 작업을 수행하지 않는 경우에는 상하 한쌍으로 구비되는 연결공중 상부측에 체결되는 체결부재는 분리하고, 나머지 하부측 체결부재만을 잔류시킴으로써 이를 회전축으로 하여 도면상 반시계방향으로 하강시켜 강관케이싱의 외부면에 날개판의 일측테두리가 접하여 굴착력을 발생시키지 않도록 접힘상태로 작업대기할 수 있다.

상기 고화제 주입라인(150)은 상기 연결케이싱(140)의 내부로 진입된 다음 상기 케이싱부의 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130)의 각 외부면을 따라 연장되어 고화제를 공급하는 중공형 파이프부재로 이루어질 수 있으며, 상기 제1,2 및 3교반날개(113,123,133)중 어느 하나와 대응하는 위치에서 길이중간이 분기하는 고화제 주입라인(150)에는 굴착된 토양측으로 액상의 고화제를 토출하여 공급할 수 있도록 노즐형태의 토출구(151)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 고화제 주입라인은 상기 케이싱부의 최하부단인 제1강관케이싱의 외부면까지 연장되는 단부에 굴착된 토양측으로 액상의 고화제를 토출하여 공급할 수 있도록 마감용 토출구를 구비할 수 있다.

상기 토출구(151)와 마주하는 제1,2 및 3교반날개(113,123,133) 중 어느 하나에 구비되는 교반날개의 날개판(102) 단부에는 도 4a에 도시한 바와 같이, 상기 토출구(151)로부터 토출되는 액상의 고화제와 부딪히면서 양측으로 분산시키는 분사 제어판(104)을 복수개의 체결부재에 의해서 교체가능하게 착탈가능하게 장착할 수 있다.

이때, 상기 분사제어판(104)은 도 4b 와 도 4c 에 도시한 바와 같이, 상기 토출구와 마주하여 고화제가 부딪히면서 반사되는 일측면에 고화제를 고르게 분산시킬 수 있도록 원형홈(104a)을 함몰형성하거나 곡면부(103b)를 형성함으로써 상기 원형홈 또는 곡면부에 고압으로 부딪히면서 반사되는 고화제는 굴착되지 않은 지중면과 직접적으로 부딪히지 않고 분사제어판의 좌우양측으로 고르게 굴절 확산되고, 확산되는 고화제는 교반날개에 의해서 굴착되는 토양과 보다 원활하게 혼합되어 교반효율을 높일 수 있는 것이다.

상기 분사 제어판(104)은 교반날개의 날개판 단부에 복수개의 체결부재에 의해서 교체가능하게 착탈가능하게 장착되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 액상의 고화제와 부딪히면서 반사되어 분산되는 각도를 조절할 수 있도록 날개판 단부에 체결부재에 의해서 회전가능하게 조립되어 임의각도로 각도조절이 가능하도록 구비될 수 있다.

상기 중심이탈방지부(160)는 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 제1,2 및 3교반날개 중 어느 하나의 교반날개의 외측을 감싸도록 벌려지거나 오므려지는 한쌍의 반원체(161a,161b)로 이루어지는 회전지지체(161)를 갖추어 상기 제1,2 및 3강관케이싱의 하강 회전시 지표면에 대한 수직도를 안정적으로 유지하면서 편심을 방지하는 것이다.

이러한 중심이탈방지부(160)는 상기 한쌍의 반원체(161a,161b)의 각 일단이 핀부재(162a)를 매개로 하여 양단에 회동가능하게 조립되는 제1지지프레임(162)을 갖추고, 상기 제1지지프레임(162)과 연결핀(163a)을 매개로 선단이 조립되는 제1연결프레임(163)을 갖추고, 상기 제1연결프레임(163)의 후단과 수평핀(164a)을 매개로 하여 선단이 조립되는 제2연결프레임(164)을 갖춤으로써 상기 한쌍의 반원체로 이루어지는 회전지지체(161)는 제1,2 및 3강관케이싱에 구비되는 제1,2 및 3교반날개의 회전반경에 맞추어 교반날개를 전체적으로 둘러싸거나 부분적으로 둘러싸도록 상기 핀부재(162a)를 매개로 하여 벌려지거나 오므려질 수 있는 것이다.

이와 더불어, 상기 회전지지체(161)와 결합되는 제1지지프레임(162)은 상기 연결핀(163a)을 매개로 상기 제1연결프레임에 대하여 좌우방향으로 회동되면서 상기 회전지지체의 위치를 적절히 조절할 수 있으며, 상기 제1연결프레임(163)은 상기 수평핀(164a)을 매개로 하여 상기 제2연결프레임(164)에 대하여 상하방향으로 회동되면서 상기 회전지지체의 위치를 적절히 조절할 수 있는 것이다.

또한, 상기 제2연결프레임(164)의 후단은 중공 파이프부재로 이루어지는 제3연결프레임(165)의 선단 내부로 전후진 이동가능하게 조립되고, 상기 제2연결프레임에 관통형성된 복수개의 연결공과 상기 제3연결프레임(165)에 관통형성된 다른 연결공을 통하여 선택적으로 삽입되는 결합핀(165a)에 의해서 전후진 이동량을 조절함으로써 상기 회전지지체(161)의 위치를 조절할 수 있는 것이다.

그리고 상기 제3연결프레임(165)의 후단은 제2지지프레임(166)의 일측면에 일체로 결합되고, 상기 제2지지프레임(166)의 타측면 양측에는 굴삭기의 바퀴 또는 무한궤도와 같은 주행부(S)에 조립되어 고정되도록 좌우한쌍의 고정체(167)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 고정체(167)는 상기 주행부의 선단을 감싸도록 'ㄷ' 단면상의 블럭체로 이루어지고, 상기 고정체(167)의 양단에 관통형성된 고정공(167b)을 통해 주행부에 접하여 고정력을 발생시키는 고정부재(167a)를 갖추어 제2지지프레임(166)의 움직임이 곤란하도록 상기 굴삭기의 주행부에 위치고정될 수 있는 것이다.

상기 고정체(167)는 상기 제2지지프레임(166)의 타측면에 형성된 결합공에 대응삽입되는 결합핀(167c)을 선단에 갖추어 제2지지프레임에 착탈가능하게 조립되는 좌우한쌍의 조립구조물로 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 제2지지프레임(166)의 타측면에 일체로 구비될 수 있다.

한편, 상기 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130)은 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제1,2 및 3교반날개 중 어느 하나의 교반날개에 인접하여 배치되어 외측으로 연장되는 교반 활성부(170)를 포함할 수 있다.

이러한 교반 활성부(170)는 상기 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130) 중 어느 하나의 강관케이싱 외부면에 원주방향으로 따라 일정간격을 두고 고정설치되는 상하한쌍의 상,하부 지지브라켓(171a,171b)를 포함하고, 상기 상하한쌍의 상,하부 지지브라켓(171a,171b)에 각각 돌출형성된 돌출턱(171c)과 접하여 상기 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130) 중 어느 하나의 강관케이싱 외측에 일정간격을 두고 이격배치되는 원형 지지링(172)을 포함하고, 상기 원형 지지링의 외부면에 고정장착되는 한쌍의 보조연결판(173)사이에 일단이 조립되어 고정설치되는 보조날개판(174)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 보조날개판(174)을 갖는 원형 지지링(172)의 상,하단은 상,하부 지지브라켓(171a,171b)과 상,하부측 돌출턱(171c)에 접하여 상하이동이 곤란하도록 구속지지되고, 상기 보조날개판(174)의 각 단부는 지반층에 삽입되어 구속됨으로써, 상기 보조날개판(174)은 상기 개량층 형성을 위하여 일방향 회전되는 제1,2 및 3강관케이싱의 제1,2 및 3교반날개에 대하여 상대적으로 정지상태를 유지하기 때문에 상기 교반 활성부(170)는 깊이방향으로 하강되면서 회전되는 제1,2 및 3교반날개와 회전이 구속된 보조 날개판간의 상호작용에 의해서 이들사이에 개재되는 토양 및 고화제에 대한 혼합을 보다 활성화시킬 수 있는 것이다.

그리고 상기 보조날개판(174)은 자유단부인 일단부는 인접하는 제1,2 및 3교반날개 중 어느 하나의 날개판의 자유단부인 일단부보다 외측으로 길게 연장되어 는 사각판체로 이루어지고, 상기 제1,2 및 3교반날개의 날개판의 단부보다 상대적으로 외측으로 길게 연장되어 지중에 구속됨으로써 회전하강되는 케이싱부와 더불어 개량층의 깊이방향으로 수직하강되는 것이다.

또한, 상기 제1,2 및 3강관케이싱 중 어느 하나의 강관케이싱 내부면에는 도 10에 도시한 바와 같이, 회전하강되는 제1,2 및 3 강관케이싱의 내부에 잔류되면서 형성되는 원지반 기둥체(P1)의 상단 일부를 일정길이 파쇄하여 개량층과 더불어 교반할 수 있도록 복수개의 내부교반날개(108)를 포함할 수 있다.

이러한 내부교반날개(108)는 제3강관케이싱의 내부면에 고정브라켓을 매개로 하여 일정각도로 경사지게 고정설치되는 날개판으로 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 원지반 기둥체의 상단부를 파쇄하고자 하는 부위에 맞추어 상기 제2 및 3강관케이싱의 내부면에도 선택적으로 구비될 수 있다.

여기서, 상기 케이싱부의 내부에 선택적으로 구비되는 복수개의 내부교반날개(108)는 케이싱부의 내부에 잔류하는 원지반 기동체를 상단일부와 접하여 교반할 수 있도록 강관케이싱의 반경과 동일한 크기로 구비되거나 상기 강관케이싱의 반경보다 상대적으로 길게 형성될 수 있다.

상기 내부교반날개의 단부는 상기 케이싱부의 수직한 중심선(O)에 대하여 강관케이싱의 반경보다 길게 연장되는 연장길이(a)를 갖춤으로써 케이싱부의 내부에 잔류되면서 형성되는 원지반 기둥체의 상단 일부를 파쇄하여 고화제와 더불어 교반할 수 있는 것이다.

이때, 상기 케이싱부의 내부면에 복수개 구비되는 내부교반날개는 원주방향으로 일정간격을 두고, 서로 다른 높이에 설치되는 것이 바람직하다.

상기한 구성을 갖는 지반개량장치(100)를 이용하여 지표면으로부터 일정깊이의 지반영역을 개량하는 공법은 현장 시공조건에 따라 지중 아래에 일정깊이 근입되는 기초파일과 같은 기둥체의 선시공없이 수행하거나 선시공된 기초파일을 이용하여 수행할 수 있다.

즉, 서로 다른 길이를 갖는 제1,2 및 3교반날개를 외부면에 각각 구비하는 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130)을 포함하는 케이싱부를 이용하여 도 11a 내지 도 11f 에 도시한 바와 같이, 지표면 아래에 일정깊이 개량층을 형성하여 지반을 개량할 수 있다.

먼저, 도 11a 에 도시한 바와 같이, 지반을 개량하고자 하는 지표면의 직상부에 케이싱부를 수직하게 배치하여 대기한다.

이어서, 도 11b 내지 도 11d 에 도시한 바와 같이, 상기 연결케이싱(140)의 연결부(141)와 연결된 외부동력원인 유압모터에 의해 상기 케이싱부의 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130)을 일방향 회전시킴과 동시에 지표면 아래로 하강시킴으로써, 상기 제1강관케이싱의 하단에 장착된 굴착비트(111)에 의해서 원지반의 토양을 굴착하면서 나머지 제2, 3강관케이싱이 순차적으로 서서히 지표면 아래로 회전관입된다.

그리고 상기 케이싱부의 제1,2 및 3강관케이싱 외부면을 따라 설치되는 고화제 주입라인을 통하여 공급되는 고화제는 상기 제1,2 및 3강관케이싱의 외부면에 구비되는 제1,2 및 3교반날개와 대응하여 설치된 토출구(151)를 통해서 토출되어 공급됨으로써, 굴착되는 토양과 주입되는 고화제가 혼합되고, 고화제와 혼합된 토양은 상기 제1,2 및 3강관케이싱의 각 외부면에 서로 다른 길이로 구비되는 교반부의 제1,2 및 3교반날개에 의해서 교반되어 개량층으로 전환하게 된다.

이때, 상기 외부동력원에 의해서 지표면 아래로 회전관입되는 케이싱부의 내부에는 도 11e 와 도 11f 에 도시한 바와 같이, 원지반 토양이 채워져 그대로 잔류되기 때문에 지반개량 후 케이싱부를 상승복귀시키면 상기 케이싱부의 전체길이와 대응하는 일정높이를 갖는 원지반 기둥체(P1)를 형성할 수 있는 것이다.

이러한 상기 원지반 기둥체(P1)의 형성높이는 상기 케이싱부의 전체길이와 상기 제1,2 및 3강관케이싱이 회전관입되는 깊이에 따라 변경될 수 있다.

그리고 상기 교반부의 제1,2 및 3교반날개(113,123,133)는 하부로 갈수록 점차 길이가 짧아지는 날개판으로 구비되는 경우, 상기 원지반 기둥체(P1)의 외측에 형성되는 개량층은 지중으로 가면서 순차적으로 외경크기가 작아지는 단차진 단차부를 제2,3교반날개에 의해서 2개의 단차부를 형성되는 것이다.

이때, 초기에 지중으로 굴착되는 교반날개가 외경이 가장 작은 개량층을 1차 형성하고, 후속하여 굴착되는 교반날개가 상대적으로 외경이 큰 개량층을 순차적으로 형성하기 때문에 상기 케이싱부의 회전하강에 의한 초기 굴착시 회전부하 및 회전저항을 줄일 수 있고, 개량층의 중심에 원지반 기둥체를 시공하는 속도를 높일 수 있는 것이다.

도 12a 내지 도 12f 에 도시한 바와 같이, 상기 케이싱부의 제1,3강관케이싱 외부면에만 서로 다른 길이를 갖는 제1,3교반날개를 각각 구비하고, 상기 제2강관케이싱의 외부면에는 제2교반날개를 구비하지 않은 지반개량장치(100)를 이용하여 지표면 아래에 일정깊이 개량층을 형성하여 지반을 개량할 수 있다.

이러한 경우, 지표면 아래로 회전관입되는 케이싱부의 내부에는 도 12e 와 도 12f 에 도시한 바와 같이, 원지반 토양이 채워져 그대로 잔류되면서 상기와 마찬가지로 상기 케이싱부의 전체길이와 대응하는 일정높이를 갖는 원지반 기둥체(P1)를 형성할 수 있지만 상기 원지반 기둥체(P1)의 외측에 형성되는 개량층은 지중으로 가면서 제1교반날개보다 상대적으로 큰 회전반경을 형성하는 제3교반날개에 의해서 원지반 기둥체의 외측에 하나의 단차부를 형성하게 된다.

또한, 도 13a 내지 도 13f 에 도시한 바와 같이, 상기 케이싱부의 제1,3강관케이싱 외부면에만 서로 동일한 길이를 갖는 제1,3교반날개를 구비하고, 제2강관케이싱의 외부면에는 제2교반날개를 구비하지 않은 지반개량장치를 이용하여 지표면 아래에 일정깊이 개량층을 형성하여 지반을 개량할 수 있다.

이러한 경우, 지표면 아래로 회전관입되는 케이싱부의 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130)의 내부에는 도 13e 와 도 13f 에 도시한 바와 같이, 상기 제1,2 및 3강관케이싱의 전체길이와 대응하는 일정높이를 갖는 원지반 기둥체(P1)를 형성하고, 서로 동일한 길이를 갖는 제1,3교반날개에 의해서 원지반 기둥체의 외측에 형성되는 개량층은 지중방향으로 일정한 외경을 갖는 단면상으로 형성될 수 있다.

이때, 상기 케이싱부의 제1,2 및 3 강관케이싱의 각 외부면에 서로 동일한 길이를 갖는 제1,2 및 3교반날개를 갖추어 원지반 기둥체의 외측에 형성되는 개량층이 지중방향으로 일정한 외경을 갖는 단면상으로 형성될 수도 있다.

여기서, 상기 원지반 기둥체의 외측에 형성되는 개량층의 외경크기는 일정길이를 갖는 제1,2 및 3교반날개의 간편한 교체장착에 의해서 다양하게 변경하여 시공할 수 있기 때문에 하나의 장비로서 현장조건이나 시공조건에 맞추어 다양한 크기의 개량층을 시공할 수 있는 것이다.

또한, 지표면 아래에 일정깊이의 개량층을 형성하기 위한 케이싱부의 회전하강시, 상기 보조날개판(174)의 단부는 개량층을 형성하는 외측 지반층에 삽입되어 구속되고, 상기 보조날개판을 갖는 원형 지지링(172)의 상, 하단은 상,하부 지지브라켓(171a,171b)에 접하여 구속되는 반면에 상기 원형 지지링의 내주면은 상,하부측 돌출턱(171c)에 접해지기 때문에 상기 교반 활성부(170)는 상기 케이싱과 더불어 회전되지 않도록 정지된 상태에서 깊이방향으로 직선이동되기 때문에 회전되는 제1,2 및 3교반날개와 회전이 구석된 원형지지링의 보조 날개판간의 상호작용에 의해서 이들사이에 개재되는 토양 및 고화제에 대한 혼합 및 교반을 보다 활성화시킬 수 있다.

도 14a 내지 도 14f 에 도시한 바와 같이, 상기 케이싱부의 제1,2,3강관케이싱 중 상부측에 해당하는 제3강관케이싱의 내부에 내부교반날개(108)를 구비하는 지반개량장치를 이용하여 지표면 아래에 일정깊이 개량층을 형성하여 지반을 개량할 수 있다.

또한, 상기 제3강관케이싱(130)의 내부면에 내부교반날개(108)를 구비함으로써 상기 제1,2 및 3 강관케이싱의 회전하강시 그 내부에 잔류되면서 형성되는 원지반 기둥체(P1)의 상단 일부는 도 14e 와 도 14f 에 도시한 바와 같이, 내부교반날개에 의해서 파쇄되어 교반되고, 이로 인하여 개량층의 내부중심에 잔류하게 되는 원지반 기둥체의 전체 높이를 낮추게 되면서 개량층의 전체부피를 증대시킬 수 있다.

최종적으로, 상기 케이싱부의 회전하강과 더불어 상기 교반바의 제1,2 및 3교반날개에 의한 개량층의 교반작업 및 상기 고화제의 주입작업을 종료한 상태에서, 상기 케이싱부를 상부로 상승 복귀하게 되면, 개량층인 개량영역에 기초파일을 대체할 수 있는 일정높이의 원지반 기둥체(P1)를 형성하고, 상기 원지반 기둥체(P1)는 개량영역의 중심에 위치하게 된다.

그리고 상기 원지반 기둥체(P1)의 외측에 형성된 개량영역인 개량층을 고화시킴으로써 기초파일과 같은 별도의 파일 시공없이 지반개량을 시공하는 작업을 종료하게 된다.

또한, 상기 원지반 기둥체(P1)에 흡수되는 고화제와 상기 개량층에 혼합된 고화제가 완전 고화되기 전에 상기 원지반 기둥체(P1)의 상단으로부터 하단으로 중공원통형 보강파일(미도시)을 추가로 삽입배치하여 상기 원지반 기둥체(P1)의 외부면을 덮어 추가로 보강함으로써 상기 원지반 기둥체의 외부를 덮도록 삽입되는 중공원통형 보강파일과 상기 원지반 기둥체에 흡수되어 고화되는 고화제에 의해서 상기 개량층의 중심에 위치하도록 시공되는 원지반 기둥체의 전체적인 강도 및 내구력을 높일 수 있기 때문에 시공후 개량층의 지지력을 보다 증대시킬 수 있으며, 원지반 기둥체를 기초로 하여 시공되는 지상 건물의 침하를 방지할 수 있다.

한편, 지표면 아래에 일정길이의 기초파일(P2)을 선시공한 다음, 서로 다른 길이를 갖거나 동일한 길이를 갖는 제1,2 및 3 교반날개가 외부면에 장착된 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130)을 이용하여 선시공된 기초파일(P2)의 외측에 개량층을 형성하여 지반을 개량할 수 있다.

이러한 공법은 도 15a 내지 도 15d 와 도 16a 내지 도 16d 에 도시한 바와 같이, 지중에 선시공되어 일정길이 압입된 기초파일(P2)과 대응하는 직상부에 제1,2 및 3강관케이싱으로 이루어지는 케이싱부를 수직하게 배치하여 대기한다.

이때, 상기 기초파일(P2)은 지표면 아래에 일정깊이로 삽입되어 수직하게 고정되도록 해머와 같은 타격부재에 의해 타격하는 항타방식에 의해서 지중에 수직하게 매입되도록 설치할 수 있다.

이어서, 상기 연결케이싱(140)의 연결부와 연결된 외부동력원에 의해 케이싱부를 일방향으로 회전시킴과 동시에 지표면 아래로 상기 기초파일(P2)을 따라 하강시킴으로써, 상기와 마찬가지로 굴착비트(111)에 의해서 원지반의 토양을 굴착하면서 상기 케이싱부의 제1,2 및 3강관케이싱은 서서히 지표면 아래로 회전관입된다.

그리고 상기 고화제주입라인(150)을 통하여 고화제를 공급하게 되면, 굴착되는 토양과 주입되는 고화제가 혼합되고, 고화제와 혼합되는 토양은 상기 케이싱부의 제1,2 및 3강관케이싱(110,120,130)과 더불어 회전되는 교반부의 제1,2 및 3교반날개(113,123,133)에 의해서 교반되어 개량층으로 전환하게 된다.

최종적으로, 상기 교반부의 제1,2 및 3강관케이싱의 순차적인 회전하강과 더불어 상기 교반부의 제1,2 및 3 교반날개에 의한 개량층의 교반작업 및 상기 고화제의 주입작업을 종료한 상태에서, 상기 케이싱부를 지표면으로부터 상부로 상승 복귀하게 되면, 선시공된 기초파일을 중심으로 하여 그 외측에 고화제와 토양이 혼합되어 교반된 개량층을 형성하게 되는 것이다.

그리고 상기 기초파일의 외측에 형성된 개량영역인 개량층을 고화시킴으로써 지반개량을 시공하는 작업을 종료하게 된다.

여기서, 상기 개량층은 상기와 마찬가지로 서로 다른 길이를 갖는 제1,2 및 3교반날개에 의해서 지중으로 가면서 순차적으로 외경크기가 작아지는 단차진 기둥 단면상으로 형성되거나 서로 동일한 길이를 갖는 제1,2 및 3교반날개에 의해서 지중방향으로 일정한 외경을 갖는 단면상으로 형성될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

101 : 연결판
102 : 날개판
104 : 분사제어판
108 : 내부교반날개
110 : 제1강관케이싱
111 : 굴착비트
112 : 배토용 스크류
113 : 제1교반날개
120 : 제2강관케이싱
123 : 제2교반날개
130 : 제3강관케이싱
133 : 제3교반날개
140 : 연결케이싱
141 : 연결부
150 : 고화제주입라인
151 : 토출구
160 : 중심이탈방지부
161 : 회전지지체
162 : 제1지지프레임
163 : 제1연결프레임
164 : 제2연결프레임
165 : 제3연결프레임
166 : 제2지지프레임
167 : 고정체
170 : 교반 활성부
171a,171b : 상,하부 지지브라켓
171c : 돌출턱
172 : 원형지지링
173 : 보조 연결판
174 : 보조 날개판
P1 : 원지반 기둥체
P2 : 기초파일

Claims (16)

1. 지반을 굴착하는 적어도 하나의 굴착비트와 굴착된 토양을 배토하는 배토용 스크류를 최하부단 외부면에 갖추고, 길이방향으로 복수개의 강관케이싱이 연속하여 연통연결되는 케이싱부 ;
   상기 복수개의 강관케이싱의 각 외부면마다 반경방향으로 일정길이를 갖는 적어도 하나의 교반날개를 갖추어 상기 케이싱부의 회전하강시 굴착되는 토양과 고화제를 교반하는 교반부 ;
   상기 케이싱부와 더불어 회전하강하도록 외부동력원과 연결되는 연결부를 갖추어 상기 케이싱부의 최상부단에 조립되는 연결케이싱 ; 및
   상기 연결케이싱의 내부로 진입된 다음 상기 케이싱부의 외부면을 따라 연장되고, 상기 교반날개와 대응하는 위치에서 고화제를 배출하는 토출구를 갖는 고화제 주입라인 ; 을 포함하고,
   상기 복수개의 강관케이싱마다 착탈가능하게 구비되는 복수개의 교반날개는 깊이방향으로 갈수록 형성길이가 짧아지는 날개판으로 이루어져 강관케이싱별로 서로 다른 길이로 구비되고,
   상기 토출구와 마주하는 상기 복수개의 교반날개 중 어느 하나의 교반날개 단부에는 상기 토출구로부터 토출되는 고화제와 부딪히면서 양측으로 분산시키는 분사제어판을 포함하고,
   상기 복수개의 교반날개 중 어느 하나의 교반날개에 인접하여 배치되는 교반 활성부를 포함하고, 상기 교반 활성부는 상기 복수개의 강관케이싱 중 어느 하나의 강관케이싱 외부면에 원주방향으로 따라 일정간격을 두고 고정설치되는 상하한쌍의 상,하부 지지브라켓과, 상기 상하한쌍의 상,하부 지지브라켓에 각각 돌출형성된 돌출턱과 접하여 상기 복수개의 관케이싱 중 어느 하나의 강관케이싱 외측에 일정간격을 두고 이격배치되는 원형 지지링 및 상기 원형 지지링의 외부면에 고정장착되는 한쌍의 보조연결판에 일단이 조립되는 보조날개판을 포함하며,
   상기 보조날개판의 자유단부는 상기 교반 활성부와 인접하는 복수개의 교반날개 중 어느 하나의 날개판의 자유단부보다 외측으로 일정길이 연장되어 회전되는 강관케이싱에 대하여 정지상태를 유지하도록 지중벽체에 고정되는 사각판체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반개량장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 교반날개의 길이는 상기 강관케이싱의 외경에 대하여 0.5 내지 1.5 배의 크기로 구비되는 것을 특징으로 하는 지반개량장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 분사제어판은 상기 교반날개의 단부에 교체가능하도록 탈부착가능하게 조립되거나 상기 토출구로부터 토출되어 부딛히는 고화제의 반사각도를 조절할 수 있도록 회전가능하게 조립되는 것을 특징으로 하는 지반개량장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 케이싱부의 하강 회전시 지표면에 대한 수직도를 유지하면서 편심을 방지하는 중심이탈방지부를 포함하고,
   상기 중심이탈방지부는 상기 복수개의 강관케이싱중 어느 하나의 교반날개의 외측을 감싸도록 벌림 오므림되는 한쌍의 반원체를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반개량장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 중심이탈방지부는 상기 한쌍의 반원체의 각 일단이 핀부재를 매개로 하여 양단에 회동가능하게 조립되는 제1지지프레임을 포함하고, 상기 제1지지프레임과 연결핀을 매개로 하여 선단이 조립되는 제1연결프레임을 포함하고, 상기 제1연결프레임의 후단과 수평핀을 매개로 하여 선단이 조립되는 제2연결프레임를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반개량장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2연결프레임의 후단은 중공 파이프부재로 이루어지는 제3연결프레임의 선단 내부로 전후진 이동가능하게 조립되고, 상기 제3연결프레임의 후단이 일측면에 결합되는 제2지지프레임의 타측면 양측에는 상기 제1,2 및 3강관케이싱에 회전하강력을 제공하는 굴삭기의 주행부에 조립되어 고정되도록 좌우한쌍의 고정체를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반개량장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 배토용 스크류는 강관케이싱의 외부면을 따라 나선형으로 연속되거나 길이중간에 강관케이싱의 외부면을 노출시키는 절단부를 형성하거나 외측으로 부분 절개되는 부분절개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반개량장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 강관케이싱 중 어느 하나의 강관케이싱은 회전하강되는 케이싱부의 내부에 잔류되면서 형성되는 원지반 기둥체의 상단 일부를 일정길이 파쇄하여 교반할 수 있도록 내부면에 복수개의 내부교반날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반개량장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 내부교반날개는 상기 강관케이싱의 반경과 동일한 크기로 구비되거나 상기 강관케이싱의 반경보다 상대적으로 길게 형성되는 크기로 구비되는 것을 특징으로 하는 지반개량장치.
13. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제7항 및 제10항 내지 제12항 중 어느 한항의 지반개량장치를 지표면의 직상부에 배치하는 단계 ;
    상기 연결케이싱의 연결부와 연결된 외부동력원에 의해 상기 케이싱부를 회전하강시켜 상기 케이싱부의 내부에 원지반 기둥체를 형성하도록 상기 케이싱부를 지표면 아래로 회전관입시키는 단계 ;
    상기 케이싱부에 구비된 굴착비트에 의해서 굴착된 토양과 고화제주입라인을 통하여 공급되는 고화제를 상기 케이싱부와 더불어 회전되는 복수개의 교반날개에 의해서 교반하여 상기 원지반 기둥체의 외측에 개량층을 형성하는 단계 ;
    상기 케이싱부를 지상으로 상승 복귀시킨 다음, 상기 원지반 기둥체의 외측에 형성된 개량층을 고화시켜 지반개량을 시공완성하는 단계 ;를 포함하고,
    상기 케이싱부를 지표면 아래로 회전관입시키는 단계는,
    상기 보조날개판을 갖는 원형 지지링의 상,하단은 상,하부 지지브라켓과 상,하부측 돌출턱에 접하여 지지되어 상기 교반 활성부를 케이싱부와 더불어 하강시키고, 상기 보조날개판의 각 단부는 지반층에 삽입고정되어 일방향 회전되는 케이싱부의 교반날개에 대하여 상대적으로 정지상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 지반개량공법.
14. 삭제
15. 제13항에 있어서,
    상기 케이싱부를 지표면 아래로 회전관입시키는 단계는,
    상기 복수개의 강관케이싱 중 어느 하나의 강관케이싱 내부면에 구비되는 내부교반날개에 의해서 원지반 기둥체의 상단 일부를 일정길이 파쇄하여 개량층의 내부중심에 잔류하게 되는 원지반 기둥체의 전체 높이를 낮추는 것을 특징으로 하는 지반개량공법.
16. 지표면 아래에 일정길이의 기초파일을 시공하는 단계 ;
    상기 기초파일의 직상부에 제1항, 제2항, 제4항 내지 제7항 및 제10항 내지 제12항 중 어느 한항의 지반개량장치를 배치하는 단계 ;
    상기 연결케이싱의 연결부와 연결된 외부동력원에 의해 상기 케이싱부를 회전시키면서 상기 기초파일을 따라 하강시켜 상기 케이싱부를 지표면 아래로 회전관입시키는 단계 ;
    상기 굴착비트에 의해서 굴착된 토양과 고화제주입라인을 통하여 공급되는 고화제를 상기 케이싱부와 더불어 회전되는 교반날개에 의해서 교반하여 상기 기초파일의 외측에 개량층을 형성하는 단계 ;
    상기 케이싱부를 지상으로 상승 복귀시킨 다음, 상기 기초파일의 외측에 형성된 개량층을 고화시켜 지반개량을 시공완성하는 단계 ; 를 포함하는 지반개량공법.

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