KR101897798B1 - 연약지반용 확공형 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반용 확공형 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 관한 것으로, 지중의 천공과 확공 특히 공저의 확공이 가능하고 아울러 외부 케이싱의 병행 작업으로 주변 지반의 침하를 방지하는 고 결과적으로 지중 공동과 침하로 인한 지상의 건축 구조물의 붕괴를 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치는, 외부 케이싱(10)과; 상기 외부 케이싱의 내부에 전방을 향해 돌출 가능하게 설치되는 확장유도블록(20), 상기 확장유도블록의 후방에 상기 확장유도블록이 이동 가능하게 연결되는 실린더 블록(40), 상기 실린더 블록의 앞쪽에 연결되며 상기 실린더 블록의 전진에 의해 상기 확장유도블록의 둘레부로 확장되어 확공하는 확공 윙비트(30), 상기 실린더 블록의 후방에 지상에 걸쳐 연결되며 상기 실린더 블록을 회전 및 전후진시키는 로드(50)를 포함하는 올인원 천공 조립체를 포함하고, 상기 실린더 블록은 상기 로드를 통해 상기 확공 윙비트를 전진시켜 상기 확공 윙비트가 상기 외부 케이싱의 앞쪽에서 상기 확장유도블록의 경사를 타고 벌어지도록 하고 반대로 상기 확공 윙비트를 후진시켜 상기 외부 케이싱 안으로 접는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 예로 실린더 블록은 내부의 실린더에 상호 간에 일정 거리를 두고 제1,2주입관이 각각 연결되어 상기 제1,2주입관에 주입되는 유체를 통해 상기 확장유도블록을 후진시켜 상기 확공 윙비트가 벌어지도록 하거나 반대로 상기 확장유도블록을 전진시켜 상기 확공 윙비트가 상기 외부 케이싱 안으로 접히도록 하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 예로, 실린더 블록은 확공유도블록에 연결된 전후진로드가 전후진 가능하게 연결되는 실린더 및 상기 실린더 앞에 형성되는 결합부를 포함하고, 상기 전후진로드는 상기 실린더 블록의 실린더에 이동 가능하게 연결되며 상기 실린더 블록의 회전에 의한 전진 시 상기 실린더 블록의 결합부와 결합되어 상기 실린더 블록과 일체로 회전과 이동하는 결합부를 포함하며, 상기 올인원 천공 조립체는 상기 외부 케이싱 안에서 회전 및 전진하여 일반 천공하고 상기 외부 케이싱의 외부로 돌출된 후 상기 확공 윙비트의 확장으로 확공하는 것을 특징으로 한다.

Description

연약지반용 확공형 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법{EXTENSION EXCAVATION MACHINE OF SOFT GROUND AND METHOD FOR REINFORCING SOFT GROUND USING THE SAME}

본 발명은 연약지반의 보강을 위한 천공 장치 및 보강 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실트질의 연약지반이나 사질토 지반에 가설 및 영구구조물을 설치하기 위하여 그라운드 앵커를 설치할 때 지반 천공 시 토사의 유입으로 인해 지반이 함몰하고 과도한 굴착으로 인해 공동이 발생하여 지반이 침하되는 것을 방지하는 연약지반용 확공형 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 관한 것이다.

우리나라의 국토 이용이 활성화되고 수변 활동이 늘어남에 따라 연안지역과 수변지역의 효용성이 증가하고 있어, 해안의 매립지가 활성화되고 있으며, 이러한 연약지반에 공항 및 대형 위락시설을 건설할 시, 구조 몰에 따라 터파기가 깊어지게 되고 이에 따른 토압의 증대, 누수로 인한 세굴 등의 어려움이 도출된다.

연약지반에 터파기 가시설의 경우 여러 가지 문제점이 노출되는데 토류벽의 수직을 유지하기 위한 횡하중을 외부의 그라운드 앵커의 인장력에 의해 유지되는데 지반이 연약하여 작용하는 토압은 매우 큰 반면에 앵커 정착체의 주면 마찰력은 아주 작아 필요한 인장력을 확보하기 위해 대형 구근을 필요로 한다.

대형 구근을 생성을 위해 우산 날개형으로 확장되는 방법과 확공에 의해 정착체의 직경을 크게 하는 확공앵커 방법, 그 외 시멘트 페이스트를 고압으로 지반을 개량한 후 그라운드 앵커를 설치하는 방법으로 나누어지는데, 이들은 모두 천공과 그라운드 앵커의 생성을 별도로 진행하고 있고 천공 과정이나 확공시 지반을 교란시키는 등으로 굴진공의 내부가 붕괴되는 사례가 많고 천공과 확공이 별도의 공정으로 이루어 짐에 따라 외부 지반의 변형을 유발하여 주변 구조물의 침하를 발생시키는 사고가 많이 발생하고 있다.

기존 연약지반에 설치되는 그라운드 앵커는 공기압과 천공 헤머 비트를 이용하여 지반을 천공하고 케이싱을 동시에 삽입하여 지반의 붕괴를 막고 있으나 구조상 케이싱이 천공 헤머 비트의 후면에 위치하고 있어 진동과 강한 공기압으로 주변 지반이 교란과 이완된 상태에서 케이싱이 삽입되며, 선단부로 지하수와 토사가 유입되어 과도한 굴착으로 인해 지반 공동이 발생되고 있다.

이러한 지반 공동은 상부로 이동하여 차량이나 작업자가 추락하는 사고의 원인이 되고 있다.

그라운드 정착을 위한 확공 작업시 윙비트를 사용하는데 기존 공법은 천공 비트와 별도로 윙비트를 이용하여 확공하게 되므로 실제 시공시 천공 비트와 로드를 제거하고 윙비트를 다시 장착 후 천공 내부로 삽입하게 된다.

이때 천공 공 내에 외부의 수압에 의한 지하수와 토사가 유입되게 되어 천공 홀의 상부 선단부에 세굴이 발생하여 싱크홀의 공간이 생길 수 있다.

이러한 이중 작업은 선단 비트의 교체 작업에 소요되는 시간이 길어짐에 따라, 토사 및 지하수의 유입이 발생할 가능성이 크고, 전체 공사비의 증가를 초래할 수 있어 시공 원가가 비싸게 된다.

특허문헌(등록특허 제10-1481123호)은 전면에 굴착비트가 형성된 굴착헤드와; 상기 정착헤드에 전후진 가능하게 연결되는 한편 상기 정착헤드와 함께 회전하도록 연결되는 피스톤블록과; 상기 피스톤블록에 연결되는 로드와; 중앙부가 힌지 결합된 굴절형이며 상기 굴착헤드와 피스톤블록의 사이에 배치되면서 양측이 상기 굴착 헤드와 피스톤블록에 각각 연결되어 상기 피스톤블록의 전진에 의해 오므라들면서 확장되는 굴절형 확장비트로 구성된 것이며, 피스톤 블록의 전진을 통해 굴절형 확장비트를 확장시키는 것으로 천공 작업 중 연약지반의 붕괴를 막을 수 없고 굴착헤드 앞쪽의 확공이 어려운 구성이다.

대한민국 등록특허 제10-1481123호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지중의 천공과 확공 특히 공저의 확공이 가능하고 아울러 외부 케이싱의 병행 작업으로 주변 지반의 침하를 방지하는 연약지반용 확공형 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치는, 외부 케이싱과; 상기 외부 케이싱의 내부에 전방을 향해 돌출 가능하게 설치되는 확장유도블록, 상기 확장유도블록의 후방에 상기 확장유도블록이 이동 가능하게 연결되는 실린더 블록, 상기 실린더 블록의 앞쪽에 연결되며 상기 실린더 블록의 전진에 의해 상기 확장유도블록의 둘레부로 확장되어 확공하는 확공 윙비트, 상기 실린더 블록의 후방에 지상에 걸쳐 연결되며 상기 실린더 블록을 회전 및 전후진시키는 로드를 포함하는 올인원 천공 조립체를 포함하고, 상기 실린더 블록은 상기 로드를 통해 상기 확공 윙비트를 전진시켜 상기 확공 윙비트가 상기 외부 케이싱의 앞쪽에서 상기 확장유도블록의 경사를 타고 벌어지도록 하고 반대로 상기 확공 윙비트를 후진시켜 상기 외부 케이싱 안으로 접는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 예로 실린더 블록은 내부의 실린더에 상호 간에 일정 거리를 두고 제1,2주입관이 각각 연결되어 상기 제1,2주입관에 주입되는 유체를 통해 상기 확장유도블록을 후진시켜 상기 확공 윙비트가 벌어지도록 하거나 반대로 상기 확장유도블록을 전진시켜 상기 확공 윙비트가 상기 외부 케이싱 안으로 접히도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 예로, 실린더 블록은 확공유도블록에 연결된 전후진로드가 전후진 가능하게 연결되는 실린더 및 상기 실린더 앞에 형성되는 결합부를 포함하고, 상기 전후진로드는 상기 실린더 블록의 실린더에 이동 가능하게 연결되며 상기 실린더 블록의 회전에 의한 전진 시 상기 실린더 블록의 결합부와 결합되어 상기 실린더 블록과 일체로 회전과 이동하는 결합부를 포함하며, 상기 올인원 천공 조립체는 상기 외부 케이싱 안에서 회전 및 전진하여 일반 천공하고 상기 외부 케이싱의 외부로 돌출된 후 상기 확공 윙비트의 확장으로 확공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 의하면, 지반 보강체(앵커 등) 설치를 위한 연약지반 천공시 외부 케이싱과 올인원 천공 조립체가 회전하면서 동시에 지반을 천공하며 굴진하여 천공 시간을 대폭으로 줄이는 효과가 있고 천공 작업 시 외부 케이싱을 통해 연약지반의 붕괴를 방지하며 결과적으로 지반 침하와 지중 공동으로 인한 지상의 건축 구조물이 붕괴되는 것을 방지하는 효과가 있다.

그리고, 케이싱과 확장유도블록이 동시에 전진함에 따라 굴진 선단이 비트에 의해 일시적으로 토사의 유입을 방지하고 있고 회전에 의해 남은 토사를 후방으로 배출하며 여굴 및 과도한 천공을 최소화할 수 있다. 또한 외부 케이싱 내부에 위치한 확장유도블록과 확공 윙비트가 서로 결속되어 회전과 확공 윙비트의 전개를 제어할 수 있어 선단 비트를 효과적으로 회전할 수 있다.

그리고, 확공 윙비트에 의한 확공 작업이 시작될 때 내부에 시멘트 그라우팅을 병행하여 확공부의 공벽을 유지하고, 지반과 앵커의 주면 마찰력을 최대화할 수 있어 지반을 안정시키는 효과도 있다.

또한, 확공부를 필요한 만큼 지속적으로 추진하는 것을 통해 확공정착부를 유지하고, 그라우팅에 의한 시멘트 페이스트 일부가 지반 내부로 침투되어 지반 강도의 상향을 도모할 수 있다.

확공된 천공 홀에서 그라우팅을 유지한 상태로 올인원 확공 비트를 신속히 제거하고 준비한 확장 팩앵커를 삽입 후 패커 내부에 그라우팅을 살포하면 2차(패커 그라우팅)와 3차(정착장 압력 그라우팅)을 완료할 수 있어 매우 신속한 공정이 되며, 1차 그라우팅(천공 홀과 지반과의 결속)과 2,3차 그라우팅부의 결속이 단시간에 이루어짐으로써 지반과 그라운드 앵커를 일체로 합성하여 지반을 매우 견고하게 보강하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치의 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치의 확공 윙비트가 유체의 주입에 의해 확장된 예를 보인 도면.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치에 적용된 확장유도블록과 확공 윙비트의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치의 확공 윙비트가 유체의 주입없이 확장되는 예를 보인 도면.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치를 이용한 지반 보강 공정도.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치의 확공 윙비트의 확장 상태를 보인 도면.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치의 확공 윙비트가 유체의 주입에 의해 확장되는 동작을 보인 도면.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치를 이용한 지반 보강시 사용되는 지반보강체의 일 예를 보인 도면.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치의 분리 상태도.
도 10은 본 발명의 실시예 2에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치의 일반 천공시 확공 윙비트의 상태를 보인 도면.
도 11은 본 발명의 실시예 2에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치의 확공 천공시 확공 윙비트의 상태를 보인 도면.
도 12는 본 발명의 실시예 2에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치의 도면.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

<실시예 1>

도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치(100)는, 천공 작업 시 지반의 붕괴를 방지하기 위한 외부 케이싱(10) 및 외부 케이싱(10) 안에 삽입되는 올인원(all in one) 천공조립체로 구성된다.

상기 올인원 천공조립체는 외부 케이싱(10) 안에 삽입되어 사용되는 것으로 일반 천공과 확장 천공(상기 일반 천공보다 큰 직경의 천공)이 가능한 것을 의미하고, 확장유도블록(20), 지반을 확장 천공하기 위한 확공 윙비트(30), 확장유도블록(20)이 전후진 가능하게 연결되는 한편 확공 윙비트(30)가 장착되는 실린더 블록(40), 실린더 블록(40)과 연결되는 로드(50)를 기본 구성으로 한다.

외부 케이싱(10)은 예를 들어 강관이며 지상에서부터 지중 굴착공의 공저에 걸쳐 설치(굴착공의 심도에 맞춰 1개 이상의 관이 연결되어 사용)되며, 지상에서부터 확장유도블록(20)과 함께 회전하면서 전진하여 지반을 굴착하고 이와 같은 굴착 과정에서 지반의 붕괴를 방지한다.

외부 케이싱(10)은 굴착 효율을 높이기 위하여 선단부에 천공팁(11)이 형성된다. 천공팁(11)은 외부 케이싱(10)의 선단면을 요철로 가공하는 방법, 별도의 팁으로서 외부 케이싱(10)의 선단면에 부착되는 방법 등으로 구성 가능하다.

외부 케이싱(10)은 지반 조건에 따라 사용되지 않을 수도 있다.

확장유도블록(20)은 확공 윙비트(30)의 펼쳐짐을 위하여 확공 윙비트(30)와 대응하는 외주면에 경사면(22)이 구성된 원추형이며, 부가적으로 굴착을 위하여 선단면에 다수의 비트(21)가 형성될 수 있다.

확장유도블록(20)은 천공 효율을 높이기 위하여 선단면의 비트(21)가 외부 케이싱(10)의 외부에 돌출될 수 있다.

또한, 도 2와 도 3에서 보이는 것처럼, 확장유도블록(20)은 일반 천공 시 확공 윙비트(30)와 결합을 유지하면서도 확공 윙비트(30)의 펼쳐짐이 가능하도록 경사면에 결합홈(23)이 구성된다. 확공 윙비트(30)는 결합홈(23)과 대응하는 결합돌기(31)가 구성되어 확장유도블록(20)과 결합된다. 물론, 확공 윙비트(30)는 확장유도블록(20)의 경사면(22)을 타고 벌어질 수 있는 전제 하에 확장유도블록(20)과 끼움 결합되는 것이다.

결합홈(23)과 결합돌기(31)는 다양한 형태가 가능하지만, 확공 윙비트(30)와 확장유도블록(20)의 결속력 증대를 위하여 직선형으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 때, 결합홈(23)과 결합돌기(24) 중 하나 이상은 확공 윙비트(30)가 벌어지는 방향의 단부가 확공 윙비트(30)의 벌어짐을 돕는 방향과 각도로 경사지는 것이 바람직하다.

결합홈(23)과 결합돌기(31)는 직선형으로 이루어지기 때문에 확공 윙비트(30)가 방향성을 갖고 벌어지고 접히도록 하는 기능도 한다.

확장유도블록(20)은 전후진로드(24)를 통해 실린더 블록(40)과 연결된다.

전후진로드(24)는 확공 윙비트(30)의 펼쳐짐을 위하여 실린더 블록(40)과 일정 거리 안에서 서로 모아지고 벌어지는 방향으로 이동 가능하게 연결되며, 예를 들어 실린더 블록(40) 안에 전후방향으로 형성된 공간인 실린더(41)에 전후진 가능하게 연결된다.

예를 들어, 전후진로드(24)는 봉이나 관형이고 확장유도블록(20)은 관통홀이 형성되어 전후진로드(24)가 상기 관통홀에 삽입된 후 용접 등으로 고정될 수 있다.

전후진로드(24)의 단부에는 실린더(41)에서 이탈되지 않도록 플랜지(25)가 구성된다. 플랜지(25)는 실린더 블록(40)에 유체가 주입되는 방식에서 전후진로드(24)를 이동시키는 수압판의 기능을 한다.

확공 윙비트(30)는 다수개 예를 들어 4개가 전후진로드(24)의 둘레부에 원의 형태로 배열되면서 후단부가 실린더 블록(40)에 힌지(32) 연결되고 선단부의 자유단부가 천공부이다. 따라서, 확공 윙비트(30)는 선단부가 뾰족하게 제작되는 것이 바람직하다.

확공 윙비트(30)는 확장유도블록(20)의 둘레면인 경사면(22)을 타고 벌어지도록 선단의 내주면이 경사면(33)으로 구성된다. 경사면(33)은 원추체의 조립을 통해 구성될 수도 있다.

확공 윙비트(30)의 결합돌기(51)는 경사면(33)에 형성되는 것이다.

이와 같은 구조를 통해 일반 천공시{외부 케이싱(10)과 확장유도블록(20)에 의한 천공시}에는 외부 케이싱(10)의 내부에 숨겨져 있고, 실린더 블록(40)의 푸쉬(push)와 확장유도블록(20)의 경사 연결을 통해 외부 케이싱(10)의 외부로 돌출되면서 확장유도블록(20)의 둘레부로 벌어짐으로써 확장 천공이 가능하다.

실린더 블록(40)은 원통형이며 내부에 확장유도블록(20)의 전후진로드(24)가 전후진되는 공간인 실린더(41)가 구성된다. 실린더(41)는 전후진로드(24)의 완충 공간의 기능을 한다.

본 실시예는 로드(50)에 의해 실린더 블록(40)이 전진하면서 확공 윙비트(30)를 확장시키는 방식, 실린더 블록(40)의 실린더(41)에 유체(물, 오일 등)를 주입하여 전후진로드(24)를 양방향으로 이동시키는 방식 모두가 가능하다. 후자의 방식의 경우 실린더(41)의 길이방향 양쪽에 각각 홀이 형성 즉 제1,2홀(42,43)이 형성되고 제1,2홀(42,43)에는 각각 제1,2주입관(44,45)이 연결된다. 제1,2주입관(44,45)은 지상에서부터 배관되며 실린더 블록(40)이 회전하도록 유체를 주입할 수 있도록 회전 연결부가 구성된다. 상기 회전 연결부는 공지의 제품이 사용된다.(도 1과 도 2는 유체의 주입이 가능한 구조로 도시되고, 도 4는 유체의 주입이 없는 구조로 도시하였다).

제1,2주입관(44,45)은 도면에 도시된 것처럼, 실린더 블록(40)의 외부에 배관될 수 있고, 또는 실린더 블록(40)의 내부에서 로드(50)의 내부에 걸쳐 배관될 수도 있다. 또한, 이에 한정되지 아니하고 제1,2유체를 실린더 블록(40)에 주입할 수 있는 다양한 실시가 가능하다.

실린더 블록(40)은 전후진로드(24)의 설치를 위하여 2부분으로 분할 구성될 수 있다.

로드(50)는 실린더 블록(40)의 후단부에 소켓 등을 매개로 하여 연결(나사 체결 등)되고, 천공홀의 심도에 따라 1개 또는 2개 이상이 연결되어 사용된다.

본 발명은 확장 천공부에 그라우트재를 주입할 수 있도록 그라우팅관(60){주입관은 로드(50)에서부터 확장유도블록(20)에 걸쳐 내부에 형성되는 구멍, 별도의 관 모두가 가능하다}이 추가로 구성될 수 있다. 단 실린더 블록(40)에 유체를 주입하는 방식에서는 그라우트재가 실린더 블록(40)을 통과하여 확장유도블록(20)에 공급될 수 있도록 실린더 블록(40)은 링 형태로 형성된다.

그라우팅관(60)은 지상에서 지중에 그라우트재를 주입하도록 구성되며, 로드(50)와 실린더 블록(40)과 전후진로드(24) 및 확장유도블록(20)의 내부에 걸쳐 배관되고 그라우트재를 로드(50)의 외부에서 공급받아 확장유도블록(20)의 앞쪽으로 주입하는 방식이다.

본 발명에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법은 다음과 같다(도 5 참고).

1. 일반 천공.

외부 케이싱(10) 안에 올인원 천공조립체를 삽입{선단부에서부터 확장유도블록(20) - 확공 윙비트(30) - 실린더 블록(40) - 로드(50)가 배열}하며, 이 때, 굴착 효율면에서 확장유도블록(20)의 비트(21)를 외부 케이싱(10)의 외부로 돌출시키는 것이 바람직하다.

통상의 장비를 이용하여 상기 올인원 천공조립체를 회전시키면서 전진시키면 확장유도블록(20)에서부터 로드(50)까지 회전이 이루어지고, 이 과정에서 확장유도블록(20)의 비트(21)에 의해 지반이 굴착된다. 이 때, 외부 케이싱(10)도 함께 회전시킬 수 있다.

확장유도블록(20)과 확공 윙비트(30)는 결합홈(23)과 결합돌기(31)를 통해 서로 결합되어 있고 확공 윙비트(30)가 외부 케이싱(10) 내부에 있어 벌어질 수 없기 때문에 로드(50)의 회전은 확공 윙비트(30)를 통해 확장유도블록(20)에 정상적으로 전달된다.

외부 케이싱(10)과 상기 올인원 천공조립체(20,30,40,50,60,70)를 이용하여 동일한 관경으로 일반 천공을 완료한다.

일반 천공 시 그라우팅관(60)을 통해 굴착공 안에 압축공기를 주입하여 굴착된 토사를 지상으로 배출하고, 이 때, 확공 윙비트(30)가 외부 케이싱(10)의 내부를 막아 회전 굴착된 토사만 후방(지상)으로 배출되어 원지반의 교란이나 세굴, 함몰 등은 발생하지 않는다.

2. 확장 천공 및 확공부 그라우팅.

확장 천공이 필요한 심도 구간에 도달한 후 외부 케이싱(10)을 정지(전진하지 못하도록 정지)시킨 상태에서 로드(50)를 전진시키면 확장유도블록(20)과 확공 윙비트(30) 및 실린더 블록(40)이 함께 전진하게 된다.

이 과정에서 확장유도블록(20)이 지반에 압착되며, 확공 윙비트(30)는 확장유도블록(20)의 경사면(22)을 타고 전진하면서 벌어지게 된다.

구체적으로 설명하면, 로드(50)의 전진에 의해 실린더 블록(40)이 전진하고 따라서 확공 윙비트(30)와 확장유도블록(20)이 전진하게 된다.

확장유도블록(20)이 지반에 압착되어 전진하지 못하게 되면서 결합홈(23)과 결합돌기(31)의 결속이 해제되고 확공 윙비트(30)가 확장유도블록(20)과의 경사면(22,33)에 의해 확장유도블록(20)의 둘레부로 벌어지게 된다(도 4참고).

이 상태에서 상기 올인원 천공조립체를 회전시키면 확장 천공이 이루어져 대구경의 굴착공이 천공된다.

일반 천공 시는 압축공기에 의해 굴착 토사가 외부로 반출되었으나, 확장 천공시에는 확공부의 함몰과 토사의 이탈을 방지하기 위하여 그라우트재의 주입에 의한 시멘트 그라우팅을 병행하여 확공부의 공벽을 보호하고 그라우트재를 지반 내부에 침투시켜 기존 연약지반의 강도를 증가시킨다.

확공 윙비트(30)와 확장유도블록(20)을 후진시킬 때까지 그라우팅을 지속적으로 하며, 로드(50)를 통해 확공 윙비트(30)를 후진시켜 외부 케이싱(10)의 내부로 유도한다. 이 때, 그라우팅 압력을 통해 확장유도블록(20)이 확공 윙비트(30)의 후진과 반대로 전방으로 밀려 확공 윙비트(30)가 원활하게 후진하고 결과적으로 확장유도블록(20)의 경사면을 타고 접혀 외부 케이싱(10) 안에 삽입된다.

그라우팅을 지속하여 확공부의 토사 탈락을 방지하고 상기 올인원 천공조립체를 지상으로 인발한다.

확공 윙비트(30)의 확장 방식 중 유체의 주입에 의한 확장 방식은 도 7에서 보이는 것처럼, 확장 전에는 제1주입관(44)을 통해 유체를 실린더(41)에 주입하여 전후진로드(24)가 전진을 유지하도록 하며, 확장 위치에서 제2주입관(45)을 통해 실린더(41)에 유체를 주입하면 전후진로드(24)가 후진(도면 기준 우측으로 이동)하여 확장유도블록(20)이 후진하며 따라서 확공 윙비트(30)가 벌어지게 된다. 이 상태에서 로드(50)를 통해 확공 윙비트(30)를 회전시켜 확공한다.

확공 완료 후 본 발명에 의한 확공형 천공 장치(100)를 지상으로 인출하고, 예를 들어, 로드(50)를 후진시켜 확공 윙비트(30)가 접히도록 한 후 외부 케이싱(10)과 함께 지상으로 인출하거나 제1주입관(45)을 통해 유체를 주입하여 전후진 로드(24)를 전진시킴으로써 로드(50)를 인출할 때 확공 윙비트(30)가 외부 케이싱(10) 안으로 접히도록 한 후 지상으로 인출한다.

3. 확장형 지반 보강체 설치.

그라우팅의 경화 전에 확장형 굴착공(1){일반 천공에 의한 소공부(1a)와 확공 천공에 의한 확공부(1b)로 구성} 안에 지반 보강체로서 예컨대 연약지반용 선단확장형 앵커(200)를 삽입 시공한다. 물론, 본 발명의 확공형 천공 장치를 앵커용으로 사용하는 것도 가능하다.

도 8에서 보이는 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 연약지반용 선단확장형 앵커(200)는, 정착헤드(210)와; 정착헤드(210)의 후방에 연결되는 중공의 케이싱(220)과; 케이싱(220) 내부에 배선되면서 선단부가 정착헤드(210)에 고정되며 후단부가 지상에 설치되는 인장기(미도시)와 연결되는 인장재(230)와; 케이싱(220)의 둘레부에 절첩 가능하게 장착되는 하나 이상의 굴절형 정착날개(240)와; 굴절형 정착날개(240)를 케이싱(220)의 둘레부측으로 지지하는 고정밴드(250)와; 굴절형 정착날개(240)의 길이방향 양측에 각각 설치되며 고정밴드(250)의 절단시 굴절형 정착날개(240)를 확장 방향으로 탄력 지지하는 탄성부재(260)와; 케이싱(220)과 굴절형 정착날개(240)의 둘레부를 감싸며 내부에 몰탈이 채워져 굴절형 정착날개(240)를 지중에 정착하는 패커(270)로 구성된다.

정착헤드(210)는 인장재(230)의 단부를 고정하기 위한 고정 구조물로서 예를 들어 고정 금구 및 캡으로 구성된다.

케이싱(220)은 인장재(230)에 의한 인장이 가능하도록 즉 인장재(230)가 몰탈의 간섭을 받지 않도록 인장재(230)를 감싸는 관이며 일측은 정착헤드(210)에 고정된다. 케이싱(220)은 인장재(230)가 굴착공(1) 내부에서 간섭을 받지 않는 길이로 구성된다.

인장재(230)는 정착부[정착헤드(210)에서부터 패커(270)의 단부까지]를 설계 하중으로 인장하기 위한 것으로 예를 들어 하나 이상의 강연성이 사용되며, 선단부가 정착헤드(210)에 고정되며 후단부는 지상의 인장기에 연결된다. 물론, 인장재(230)는 정착헤드(210)에 고정되는 것으로 한정되지 아니하고 연약지반용 선단확장형 앵커에 맞도록 정착헤드(210)에 제거 가능하게 연결되고, 이는 제거식 앵커에서 널리 사용되는 방식이므로 구체적인 설명과 도면을 생략한다.

굴절형 정착날개(240)는 마주하는 단부가 절첩이 가능하도록 힌지(243) 연결되는 한 쌍의 스파이크(241,242)로 구성된다. 스파이크(241,242)는 철편, 박스 단면의 철물, 앵글 등 다양한 자재의 사용이 가능하다.

한 쌍의 스파이크(241,242)의 자유단부는 케이싱(220)에 슬라이딩 가능하게 연결되며, 예를 들어, 굴절형 정착날개(240)는 케이싱(220)의 둘레부에 원주방향을 따라 상호 간에 일정 간격을 두고 설치되는 2개 이상으로 이루어지며, 케이싱(220)의 둘레부에 슬라이딩 가능하게 장착되는 하나의 슬라이더(221)에 연결되어 함께 절첩된다.

스파이크(241,242)의 자유단부는 각각 슬라이더(221)에 힌지 결합된다.

굴절형 정착날개(240)의 한 쌍의 스파이크(241,242)가 비틀림없이 접힐 수 있도록 케이싱(220)과 슬라이더(221) 간에는 가이드부가 구성될 수 있다.

도면에 도시하지는 않았지만, 케이싱(220)의 외주면에는 길이방향을 따라 가이드돌부가 형성되고, 슬라이더(221)에는 가이드돌부가 슬라이딩 가능하게 수용되는 가이드홈이 구비된다. 상기 가이드돌부는 케이싱(220)의 외주면에 용접 등으로 고정되거나 일체로 형성될 수 있다.

이와 같은 구성의 굴절형 정착날개 조립체[케이싱(220)의 둘레부에 슬라이더(221)를 통해 설치되는 2개 이상의 굴절형 정착날개(240)]는 케이싱(220)에 1개 이상이 설치되며, 본 발명에서는 2개의 굴절형 정착날개 조립체(240-1,240-2)가 설치되는 것을 예로 들어 설명한다.

이와 같은 굴절형 정착날개(240)는 굴착공(1) 둘레의 지반에 정착되도록 접혀야 하며, 따라서, 한 쌍의 스파이크(241,242)는 일직선상으로 배열되면 탄성부재(260)의 탄성력에 의해 접힐 수 없다. 한 쌍의 스파이크(241,242)가 접힐 수 있도록 하기 위해서는 도면에서처럼 한 쌍의 스파이크(241,242)가 힌지(243)를 꼭지점으로 하는 삼각형의 형태로 설치되어야 하며, 이를 위하여 스페이서(222)가 적용될 수 있다.

스페이서(222)는 한 쌍의 스파이크(241,242)를 연결하는 힌지(243) 부분을 케이싱(220)의 외주면에서 이격시켜 한 쌍의 스파이크(241,242)의 자유단부보다 멀어지도록 함으로써 한 쌍의 스파이크(241,242)를 경사지게 배치하는 것이며, 예를 들어 반원형 편의 구조로 이루어져 케이싱(220)과 한 쌍의 스파이크(241,242)의 사이에 끼워질 수 있다. 물론, 스페이서(222)는 영구적으로 케이싱(220)에 고정될 수도 있는 것이다.

고정밴드(250)는 굴절형 정착날개(240)가 벌어지지 않도록 고정하되 외력에 의해 절단[본 발명에서 절단은 고정밴드(250)를 굴절형 정착날개(240)로부터 제거하는 것으로 정의한다]되어 굴절형 정착날개(240)가 탄성부재(260)의 탄성력에 의해 접히도록 한다. 고정밴드(250)는 하나 이상이 적용되면서 지상에서 절단 작업이 가능하도록 구성되어야 하며, 예를 들어 지상에서 당김줄에 의해 작동하는 칼에 의해 절단되거나 매듭이 풀리도록 구성될 수 있다.

탄성부재(260)는 고정밴드(250)의 고정력이 없어지는 순간 탄성력에 의해 굴절형 정착날개(240)가 접히도록 하는 것으로 코일스프링, 판스프링 등이 바람직하고, 굴절형 정착날개(240)가 접히도록 압축된 상태로 설치된다.

본 발명에서는 2개의 굴절형 정착날개 조립체(240-1,240-2)가 구성되었으므로 탄성부재(260)는 정착헤드(210)와 제1굴절형 정착날개 조립체(240-1)의 사이, 제1,2굴절형 정착날개 조립체(240-1,240-2)의 사이, 제2굴절형 정착날개 조립체(240-2)와 탄성부재 지지구(261)의 사이의 3개소에 설치된다. 탄성부재 지지구(261)는 탄성부재(260)가 밀리지 않도록 지지하는 것으로, 예를 들어 링 형태이며 케이싱(220)에 고정된다.

패커(270)는 몰탈 등의 충진재를 통해 정착부의 정착력을 증대하여 연약지반에서도 큰 정착력으로 보강이 가능하도록 하는 것이며, 내부에 몰탈 등의 충진재가 충진되도록 구성된다. 패커(270)는 충진재가 충진될 수 있는 여유있는 크기이거나 충진재의 충진압력에 의해 팽창하는 재질로서 길이방향의 양측이 개방된 형태이며 선단부는 정착헤드(210)에 고정되고 후단부는 탄성부재 고정구(261) 또는 케이싱(220)의 둘레부에 고정된다.

패커(270)는 내부에 충진재(그라우트재 등)를 주입하기 위하여 지상측에서부터 주입호스(271)가 연결된다.

이와 같이 구성된 연약지반용 선단확장형 앵커(200)의 시공 방법은 다음과 같다.

1. 지반 보강체 삽입.

앵커(200)의 굴절형 정착날개(240)는 고정밴드(250)에 의해 밴딩되어 굴착공(1)의 간섭을 받지 않으므로 앵커(200)를 굴착공(1) 안에 삽입할 수 있다. 이때, 고정밴드(250)를 절단하기 위한 당김줄, 충진재를 주입하기 위한 주입호스(271)의 단부는 지상에 배치되도록 한다. 이때, 앵커(200)의 정착날개(240)는 굴착공(1)의 선단확장공(3)에 대응하는 위치이다.

2. 굴절형 정착날개 정착.

지상에서 당김줄을 잡아당겨 고정밴드(250)를 절단하면, 굴절형 정착날개(240)는 탄성부재(260)만을 지지기반으로 하고 있으며, 탄성부재(260)는 굴절형 정착날개(240)를 접는 방향의 탄성력을 갖고 있기 때문에 고정밴드(250)가 절단되는 순간 압축된 상태에서 원상태로 팽창되려고 하며, 따라서, 굴절형 정착날개(240)의 한 쌍의 스파이크(241,242)가 힌지(243)를 통해 접히면서 확장되어 굴착공(1)의 확공부(1b)에 삽입된다. 굴절형 정착날개(240)가 확장되더라도 패커(270)는 찢어짐 등의 변형이 일어나지 않는다.

3. 그라우팅.

패커(270) 내부에 그라우트재를 주입(중력 또는 가압)하여 패커(270) 내부를 그라우트재로 채운다. 따라서, 정착헤드(210), 굴절형 정착날개(240), 탄성부재(260) 및 패커(270)는 그라우트재를 통해 일체로 합성되며 그라우트재의 경화로 인해 탄성부재(260)가 더 이상 탄성 변형되지 않기 때문에 굴절형 정착날개(240)는 정착된 상태를 유지한다. 즉, 굴절형 정착날개(240)가 지반 속에 정착됨과 함께 그라우트재의 경화로 만들어진 말뚝이 지반을 지탱하기 때문에 굴착공(1) 주변의 지반의 붕괴를 막고 지반을 견고하게 보강한다.

패커(270)의 외부 즉 패커(270)와 굴착공(1) 사이에 이미 그라우팅 혼합물이 주입되어 경화되고 있으므로 굴착공(1)의 전구간에서 그라우팅이 이루어지므로 지반을 더욱 견고하게 보강한다.

4. 인장.

상기 공정을 통해 정착부가 정착되면 인장재(230)를 설계 하중으로 인장하여 연약지반을 압축함으로써 보강한다. 인장이 완료된 후 굴착공(1) 내부에 암석이나 이물질의 침투가 일어나지 않도록 굴착공(1)의 입구를 그라우트로 채워 밀봉할 수 있다.

<실시예 2>

도 9 내지 도 11에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치(100)는, 외부 케이싱(10), 확장유도블록(20), 확공 윙비트(30), 실린더 블록(40), 로드(50)로 이루어지는 것은 실시예 1과 동일하며, 확장유도블록(20)의 후방에 원추형의 정착헤드(70)가 추가로 구성되고, 전후진로드(24)와 실린더 블록(40)이 서로 분리 가능하게 결합되는 결합부가 구성되며, 나머지 구성은 실시예 1과 동일하다.

상기 결합부는 전후진로드(24)와 실린더 블록(40)의 대향면에 서로 나사 체결되는 나사선(26,46)이다.

즉, 실린더 블록(40)은 전후진로드(24)가 이동되는 실린더(41)와 나사선(46)이 전후로 배열되어, 전후진로드(24)가 실린더(41)안에서 자유 이동(전후진과 회전)하고 나사선(46)과 맞물린 후 실린더 블록(40)과 함께 회전 및 이동하는 것이다.

정착 헤드(70)는 실린더 블록(40)을 전후진로드(24)에 나사 체결된 상태에서 지상으로 인출하기 위하여 전후진로드(24)에서 분리되도록 하는 것으로, 지중에 정착되어 고정됨으로써 로드(50)를 풀림 방향으로 회전시킬 때 실린더 블록(40)이 로드(50)와 함께 회전하도록 전후진로드(24)를 고정하는 기능을 한다. 따라서, 정착 헤드(70)는 선단부에 큰 정착력의 확보를 위한 하나 이상의 정착돌기(71)가 구성될 수 있다. 정착 헤드(70)는 가장 앞쪽에 설치되어 있으므로 정착 돌기(71)는 지반을 굴착하는 기능도 겸한다.

실린더 블록(40)과 전후진로드(24)의 나사선(46,26)은 확공 윙비트(30)의 선단부가 정착 헤드(70)의 뒤쪽에 배치되도록 형성되어 정착 헤드(70)만 지중에 정착되고 확공 윙비트(30)는 회전이 가능하도록 하기 위함이다.

본 실시예는 도 10의 상태로 일반 천공이 이루어지고, 올인원 천공 조립체를 외부 케이싱(10)의 전방으로 돌출시킨 후 실린더 블록(40)을 회전 및 전진시키며 이 과정에서 확공 윙비트(30)가 확장유도블록(20)을 통해 확장되면서 나사선(46,26)이 서로 맞물리면서 실린더 블록(40)과 전후진로드(24)가 함께 회전하여 확공 윙비트(30)와 정착 헤드(70)에 의해 천공이 이루어지고 특히 확공 윙비트(30)에 의해 확공이 이루어진다.

확공을 완료한 후 로드(20)를 전진시켜 정착 헤드(70)를 지중에 정착하고 실린더 블록(40)을 천공과 반대 방향으로 회전시키며, 정착 헤드(70)가 고정 상태이기 때문에 실린더 블록(40)만 회전하여 후진함으로써 실린더 블록(40)과 전후진 로드(24)의 나사 결합이 해제되고 이 때, 확공 윙비트(30)가 외부 케이싱(10) 안으로 접히게 된다.

올인원 천공 조립체와 외부 케이싱(10)을 함께 지상으로 인출할 때 정착 헤드(70)의 지중 정착력보다 큰 힘을 이용하여 정착 헤드(70)를 지중에서 빼내는 것이 가능하고, 즉, 연약지반용 확공형 천공 장치(100)를 지상으로 인출할 수 있다.

그 이외의 구성(그라우팅 등)은 전술한 실시예와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.

<실시예 3>

도 12에서 보이는 것처럼, 본 실시예는 올인원 천공 조립체가 로드(50) 및 로드(50)의 선단부에 힌지 연결되는 확공 윙비트(30) 또는 로드(50)와 로드(50)의 선단부에 연결되는 실린더 블록(40) 및 실린더 블록(40)에 힌지 연결되는 확공 윙비트(30)로 이루어지는 점에서 차이점이 있다. 실린더 블록(40)은 확공 윙비트(30)의 설치를 위한 구성이며, 그라우팅을 위한 그라우팅관이 적용되는 것은 동일하다.

본 실시예는 외부 케이싱(10) 안에서 상기 올 인원 천공 조립체가 삽입{확공 윙비트(30)가 선단부로 돌출되지 않은 상태}되어 일반 천공하고, 로드(50)를 통해 확공 윙비트(30)를 외부 케이싱(10)의 앞쪽으로 돌출시킨 후 회전을 통해 확공 천공한다. 본 실시예는 확장유도블록이 없더라도 회전력에 의해 확장이 가능하다.

10 : 외부 케이싱, 20 : 확장유도블록
21 : 비트, 22,33 : 경사면
23 : 결합홈, 24 : 전후진로드
30 : 확공 윙비트, 31 : 결합돌기
32 : 힌지, 40 : 실린더 블록
41 : 실린더, 50 : 로드
60 : 그라우팅관, 70 : 정착 헤드
100 : 연약지반용 확공형 천공 장치,
200 : 연약지반용 선단확장형 앵커,

Claims (11)

1. 선단부에 천공팁이 구성되며 회전에 의해 지중에 삽입 설치되는 외부 케이싱과;
   상기 외부 케이싱의 내부에 전방을 향해 돌출 가능하게 설치되며 외주면에 경사면이 형성된 확장유도블록, 상기 확장유도블록의 앞에 고정되며 지중에 정착되어 상기 확장유도블록을 고정하는 정착 헤드, 상기 확장유도블록의 후방에 연결되는 전후진로드, 상기 전후진로드가 이동 가능하게 연결되는 실린더 블록, 상기 실린더 블록의 앞쪽에 연결되며 상기 실린더 블록의 전진에 의해 상기 확장유도블록의 경사면을 타고 둘레부로 확장되어 확공하는 확공 윙비트, 상기 실린더 블록의 후방에 지상에 걸쳐 연결되어 상기 실린더 블록을 회전 및 전후진시키는 로드, 상기 확장유도블록의 앞쪽에 압축공기와 그라우트재 중 하나 이상을 주입하는 그라우팅관을 포함하는 올인원 천공 조립체를 포함하고,
   상기 실린더 블록은 상기 실린더 블록은 내부에 상기 확장유도블록의 전후진로드가 전후진되는 실린더(41), 일측이 상기 실린더의 길이방향 양쪽에 형성된 제1,2홀(42,43)에 각각 연결되는 한편 타측은 지상에 배관되며 유체의 주입과 배출을 통해 상기 전후진로드가 전후진되도록 하는 제1,2주입관(44,45), 상기 실린더 앞에 형성되는 결합부인 나사선(46)을 포함하고,
   상기 전후진로드는 상기 실린더 블록의 실린더에 이동 가능하게 연결되며 상기 실린더 블록의 회전에 의한 전진 시 상기 실린더 블록의 결합부(46)와 결합되어 상기 실린더 블록과 일체로 회전과 이동하는 결합부인 나사선(26)을 포함하며, 상기 올인원 천공 조립체는 상기 외부 케이싱 안에서 회전 및 전진하여 일반 천공하고 상기 외부 케이싱의 외부로 돌출된 후 상기 확공 윙비트의 확장으로 확공하되, 상기 확공 윙비트는 상기 확장유도블록에 요철에 의한 끼움 결합되어 상기 외부 케이싱 내부에서 상기 확장유도블록과 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확공형 천공 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 1에 의한 연약지반용 확공형 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법으로서,
   상기 연약지반용 확공형 천공 장치를 회전 및 지중으로 전진시켜 동일한 관경으로 일반 천공하여 소공부를 형성하는 제1단계와;
   상기 연약지반용 확공형 천공 장치의 올인원 천공 조립체를 외부 케이싱의 앞으로 돌출시킨 후 실린더 블록을 회전 및 전진시켜 확공 윙비트를 확장유도블록의 둘레부로 펼치면서 결합부를 통해 상기 실린더 블록과 전후진로드를 결합하여 확공 천공함으로써 상기 소공부의 안쪽에 확공부를 형성하는 제2단계와;
   상기 올인원 천공 조립체를 상기 외부 케이싱 내부로 삽입한 후 지상으로 인출하는 제3단계와;
   상기 제2단계에서 형성한 소공부와 확공부로 이루어진 천공홀에 지반 보강체를 삽입 설치하는 제4단계를 포함하고,
   상기 제2단계는 상기 연약지반용 확공형 천공 장치의 외부 케이싱을 고정한 상태에서 상기 외부 케이싱 안에 삽입한 올인원 천공 조립체를 전진시켜 상기 확장유도블록과 확공 윙비트를 상기 외부 케이싱의 외부로 돌출시키는 제2-1단계, 상기 실린더 블록을 전진시켜 상기 확공부의 공저에 지지되는 상기 확장유도블록의 안내를 통해 상기 확공 윙비트를 확장시킨 후 확공 천공하며 지상에서 상기 확공 윙비트 앞쪽으로 그라우트재를 주입하여 확공부를 그라우팅하는 제2-2단계를 포함하며,
   상기 제3단계는 상기 올인원 천공 조립체의 전진을 통해 상기 정착 헤드를 지중에 정착하는 제3-1단계, 실린더 블록을 반대로 회전시켜 상기 실린더 블록과 전후진로드를 분리하는 제3-2단계, 올인원 천공 조립체를 지상으로 후진시켜 상기 확공 윙비트를 외부 케이싱 안으로 접어 삽입한 후 지상으로 인발하는 제3-3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확공형 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법.
   
10. 삭제
11. 청구항 9에 있어서, 상기 제4단계는 상기 그라우트재가 경화되기 전에 지반 보강체를 삽입 설치하는 것을 특징으로 하는 연약지반용 확공형 천공 장치를 이용한 연약지반 보강 공법.
    

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