KR101984123B1 - 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치는 시멘트와 물을 수용하는 제1탱크부재와, 시멘트의 조기 강도 발현을 위한 약액을 수용하는 제2탱크부재와, 상기 제1탱크부재로터 전달되는 시멘트와 모래와 물을 교반하여 혼합하기 위한 혼합장치와, 상기 제2탱크부재로부터의 약액과 상기 혼합장치로부터의 시멘트페이스트를 가압 이송하기 위한 가압이송장치와, 지반을 천공하고 천공된 영역에 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 천공및주입장치와, 상기 가압이송장치와 천공및주입장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, 상기 천공및주입장치는 동력을 발생시키기 위한 동력발생부와, 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 주입부를 포함하며, 상기 주입부는 상기 약액과 시멘트페이스트를 유입하기 위한 유입부와, 상기 유입부로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 유동시키고 배출하기 위한 배출부를 포함하되, 상기 배출부는 복수 개의 유동관들을 동심원적으로 포함하여 형성되며, 상기 유동관은 중공 원기둥 형상으로 형성되되, 상기 유동관의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치{APPARATUS FOR GROUND REINFORCEING AND BARRIER WALL FORMING USING CHEMICAL LIQUID FOR DURABILITY}

본 발명은 연약지반 개량 또는 차수벽 형성에 이용되는 지반 보강 공법용 장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 시멘트페이스트와 함께 조기 강도 발현을 위한 내구성 약액을 강하게 주입함으로써, 보강체가 조기에 강도를 확보하여 차수 효과를 발휘하면서도, 지반 보강체가 지중에 균일하게 형성되어 높은 강도를 갖도록 구성되는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치에 관한 발명이다.

기초공사란 건물이나 교량, 댐 같은 구조물을 지반 위에 구축하고자 하는 경우, 구조물 자체 무게에 의한 수직방향의 하중과 지진 또는 바람에 의해 구조물에 가해지는 수평방향의 하중을 지반으로 전달하기 위한 공작물을 형성하는 작업을 의미한다.

지반 내 지하수의 유입을 차단하기 위한 차수벽을 형성하는 경우나, 연약 지반을 개량하는 경우, 지반 내에 콘크리트 보강체를 형성하는 작업을 수행하며, 형성된 보강체에서 지면으로부터 돌출된 보강체의 상단부는 소정의 높이로 절단 제거된다.

상기와 같은 연약지반 개량이나 차수벽을 형성하기 위해 보강체를 형성하는 방법으로는, 소정의 지중 심도까지 비트로써 삭공하여 공간을 형성한 상태에서, 고압 분사로드의 단부에 형성되어 있는 분사노즐로 시멘트나 고화재 등의 보강 충전재를 분사하여 보강체를 형성하는 방법이 이용되고 있다.

즉, 분사로드를 통해 지반에 원기둥 형태의 공간을 형성한 상태에서, 상기 분사로드를 상승시키면서 고압수를 분사하여 공간 내의 지반을 절삭하여 공간을 확장시킴과 동시에 시멘트페이스트와 경화제를 포함하는 주입재를 상기 공간에 충진함으로써, 지반 내에 원기둥 형태의 보강체를 연속적으로 형성하여 차수벽을 형성하거나 연약지반을 개량하게 된다.

그런데, 상기 분사로드를 상승시키면서 지반을 절삭하는 과정에서는, 보강체를 형성하고자 하는 공간 내부로 물과 절삭토가 유동되며, 이러한 요인에 의해 상기 보강체를 형성하는 시멘트페이스트가 충분한 유동 압력으로 충진되지 못하는 경우가 발생된다.

이러한 경우, 최종적으로 형성되는 보강체가 높이 방향을 따라 일정한 폭을 가지는 원기둥 형태로 형성되지 못하고, 높이 방향을 따라 불규칙적인 폭을 갖는 구조물로 형성되어, 결국 수직 하중과 수평 하중에 견디는 강도가 저하되는 원인이 된다.

또한, 상기 보강체는 시멘트가 균일하게 혼합된 상태에서 충진 형성되는 것이 바람직한데, 고압수를 분사하여 지반을 절삭하는 과정에서 지반의 절삭토가 충진되는 시멘트페이스트에 혼합되어 최종적으로 형성되는 보강체의 각 영역 별로 지지 강도가 달라지기도 한다.

결국 이러한 점은, 지진과 같은 수평 하중 작용 시 이에 견디는 강도를 현저히 저하시키는 요인이 된다.

그리고, 연약 지반의 경우 상기 보강체를 형성하기 위한 시멘트페이스트가 조기에 응고되어 강도가 발현되고, 시간의 경과에 따라 강도가 저하되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은, 시멘트페이스트와 함께 실리카 졸 약액을 분사함으로써, 보강체를 형성하기 위한 시멘트페이스트가 조기에 응고되어 강도가 발현되도록 구성되는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 시간의 경과에 따라 보강체가 더욱 강한 지지강도를 제공할 수 있는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 분사로드 내부에서 시멘트페이스트가 보다 원활히 유동되면서도, 강한 압력으로 충진될 수 있도록 구성되는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 보강체를 형성하기 위한 시멘트페이스트에 이물질들이 혼입되는 것을 방지하도록 구성되는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 지반을 절삭하기 위한 약액이 보다 높은 속도로 분사될 수 있도록 구성되는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 시멘트페이스트를 구성하는 시멘트와 물이 신속하면서도 균일하게 혼합되도록 구성되는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 작업 현장에서 발생되는 소음을 감소시키도록 구성되는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치는 시멘트와 물을 수용하는 제1탱크부재와, 시멘트의 조기 강도 발현을 위한 약액을 수용하는 제2탱크부재와, 상기 제1탱크부재로부터 전달되는 시멘트와 물을 교반하여 혼합하기 위한 혼합장치와, 상기 제2탱크부재로부터의 약액과 상기 혼합장치로부터의 시멘트페이스트를 가압 이송하기 위한 가압이송장치와, 지반을 천공하고 천공된 영역에 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 천공및주입장치와, 상기 가압이송장치와 천공및주입장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, 상기 천공및주입장치는 동력을 발생시키기 위한 동력발생부와, 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 주입부를 포함하며, 상기 주입부는 상기 약액과 시멘트페이스트를 유입하기 위한 유입부와, 상기 유입부로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 유동시키고 배출하기 위한 배출부를 포함하되, 상기 배출부는 복수 개의 유동관들을 동심원적으로 포함하여 형성되며, 상기 유동관은 중공 원기둥 형상으로 형성되되, 상기 유동관의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유동관의 내면에는 나선 방향의 오목부가 형성된다.

그리고, 상기 배출부의 중심부에는 상기 내구성 약액을 유동시키기 위한 약액유동관이 설치되고, 상기 약액유동관에는 약액배출부가 형성되되, 상기 약액배출부는 상기 배출부의 높이 방향을 따라 복수의 높이에 형성되며, 상기 약액배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 약액유동관의 외부에는 시멘트페이스트유동관이 설치되고, 상기 시멘트페이스트유동관에는 시멘트페이스트배출부가 형성되되, 상기 시멘트페이스트배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 넓어지는 측단면 형상을 갖는 디퓨져 형태의 공간으로 형성된다.

한편, 상기 시멘트페이스트배출부는 상기 약액배출부 보다 상부에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 시멘트페이스트배출부는 상기 시멘트페이스트유동관의 평단면에서 방사상 방향에 대해 미리 지정된 각도 기울어져 형성될 수 있다.

또한, 상기 유입부 내부에는 원형 단면의 유동개구가 형성되며, 상기 유입부에는 시멘트페이스트를 유입시키기 위한 시멘트페이스트유입관이 연결 설치되되, 상기 시멘트페이스트유입관은 상기 유동개구의 원형 단면에 대해 접선 방향으로 연결 설치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 약액유동관에는 상기 시멘트페이스트유동관과 연통되는 연통개구가 형성된다.

여기서, 상기 연통개구는 0.5 내지 1 mm 직경 범위로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 약액배출부는 약액유동관의 평단면에서 방사상 방향에 대해 미리 지정된 각도 기울어져 형성될 수 있다.

또한, 상기 시멘트페이스트유동관의 외부에는 고압공기를 유동시키기 위한 고압공기유동관이 배치되며, 상기 고압공기유동관에서 시멘트페이스트배출부의 둘레를 따라 고압공기배출부가 형성되며, 상기 고압공기배출부는 고압공기의 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 가압이송장치 내부에는 시멘트에 충격을 가하기 위한 파쇄부재가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 파쇄부재는 금속재 구와 상기 금속재 구를 탄성지지하기 위한 탄성지지부재를 포함하며, 상기 금속재 구가 시멘트페이스트 유동 통로에서 진동되도록 설치된다.

또한, 상기 가압이송장치에는 상기 혼합장치로부터 전달되는 시멘트페이스트를 유입시키기 위한 복수 개의 유입부와 상기 유입부 각각에 연결되는 복수 개의 파쇄부재가 설치되어, 상기 복수 개의 파쇄부재를 거친 시멘트페이스트가 혼합되어 상기 천공및주입장치로 공급된다.

그리고, 상기 혼합장치 내부에는 시멘트와 물을 혼합하기 위한 교반부재가 설치되되, 상기 교반부재는 상기 혼합장치 내부에서 높이 방향을 따라 복수 개 설치되는 블레이드를 포함한다.

여기서, 상기 혼합장치 내부에서 보다 높은 위치에는 보다 큰 외경의 블레이드가 설치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 혼합장치 내부에서 복수 개의 블레이드들의 중심부에 가장 작은 외경의 블레이드가 설치되고, 상기 중심부로부터 높은 위치를 향할수록 보다 큰 외경의 블레이드가 설치되며, 상기 중심부로부터 낮은 위치를 향할수록 점차적으로 보다 큰 외경의 블레이드가 설치될 수 있다.

그리고, 상기 교반부재의 블레이드 단부는 상방으로 꺽여 형성되며, 상기 단부에는 절개부가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 교반부재의 블레이드에는 이를 관통하는 개구가 형성될 수 있다.

또한, 상기 가압이송장치에는 발포성 합성수지재로 형성되는 흡음부재가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 흡음부재 내부에는 제 1 직경의 개구와 제 2 직경의 개구가 형성되되, 상기 제 1 직경과 제 2 직경은 서로 다르게 형성되며, 상기 흡음부재 내부에서 상기 제 1 직경의 개구와 제 2 직경의 개구가 교대로 형성된다.

본 발명에 의해, 시멘트페이스트와 함께 강하게 분사된 실리카 졸에 의해 보강체가 조기에 강도를 확보하면서도 시간의 경과에 따라 더욱 강한 지지강도를 제공할 수 있다.

또한, 시멘트페이스트의 유동성을 증대시킴으로써, 지중 보강체 형성에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 지중에 형성되는 보강체에 이물질이 혼합되는 것을 방지하고, 소정의 설계 형상대로 형성함으로써, 수직력에 대한 지지강도뿐만 아니라 수평력에 대한 지지강도를 증대시킬 수 있다.

또한, 작업 현장에서 발생되는 소음을 감소시킬 수 있다.

첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치의 구성도이며,
도 2 는 상기 장치를 이용하여 차수벽 또는 보강체를 형성하는 과정을 도시하는 도면이며,
도 3 은 상기 장치를 이용하여 차수벽 또는 보강체를 형성하는 과정을 도시하는 다른 도면이며,
도 4 는 상기 장치에 포함되는 배출부 부분의 단면 사시도이며,
도 5 는 상기 배출부의 하단부 단면도이며,
도 6 은 상기 배출부에서 약액배출부 부분의 평단면도이며,
도 7 은 상기 배출부의 다른 단면도이며,
도 8 은 시멘트페이스트배출부 부분의 평단면도이며,
도 9 는 상기 시멘트페이스트배출부 부분의 정면도이며,
도 10 은 상기 시멘트페이스트배출부 부분의 측단면도이며,
도 11 은 상기 장치에 포함되는 유입부의 사시도와 평단면도이며,
도 12 는 상기 장치에 포함되는 혼합장치의 내부 구성도이며,
도 13 은 상기 혼합장치의 다른 실시예의 내부 구성도이며,
도 14 는 상기 장치에 포함되는 가압이송장치의 내부 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치의 구성도이며, 도 2 는 상기 장치를 이용하여 차수벽 또는 보강체를 형성하는 과정을 도시하는 도면이며, 도 3 은 상기 장치를 이용하여 차수벽 또는 보강체를 형성하는 과정을 도시하는 다른 도면이며, 도 4 는 상기 장치에 포함되는 배출부 부분의 단면 사시도이며, 도 5 는 상기 배출부의 하단부 단면도이며, 도 6 은 상기 배출부에서 약액배출부 부분의 평단면도이며, 도 7 은 상기 배출부의 다른 단면도이며, 도 8 은 시멘트페이스트배출부 부분의 평단면도이며, 도 9 는 상기 시멘트페이스트배출부 부분의 정면도이며, 도 10 은 상기 시멘트페이스트배출부 부분의 측단면도이며, 도 11 은 상기 장치에 포함되는 유입부의 사시도와 평단면도이며, 도 12 는 상기 장치에 포함되는 혼합장치의 내부 구성도이며, 도 13 은 상기 혼합장치의 다른 실시예의 내부 구성도이며, 도 14 는 상기 장치에 포함되는 가압이송장치의 내부 구성도이다.

도 1 내지 4 를 참조하면, 본 발명에 따른 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성과 지반 보강 공법용 장치는 시멘트와 물을 수용하는 제1탱크부재(2)와, 시멘트의 조기 강도 발현을 위한 약액을 수용하는 제2탱크부재(4)와, 상기 제1탱크부재(2)로부터 전달되는 시멘트와 물을 교반하여 혼합하기 위한 혼합장치(20)와, 상기 제2탱크부재(4)로부터의 약액과 상기 혼합장치(20)로부터의 시멘트페이스트를 가압 이송하기 위한 가압이송장치(30)와, 지반을 천공하고 천공된 영역에 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 천공및주입장치(100)와 상기 가압이송장치(30)와 천공및주입장치(100)를 제어하기 위한 제어장치(50)를 포함하며, 상기 천공및주입장치(100)는 동력을 발생시키기 위한 동력발생부(110)와, 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 주입부(130)를 포함하며, 상기 주입부(130)는 상기 약액과 시멘트페이스트를 유입하기 위한 유입부(150)와, 상기 유입부(150)로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 유동시키고 배출하기 위한 배출부(170)를 포함하되, 상기 배출부(170)는 복수 개의 유동관(172, 174)들을 동심원적으로 포함하여 형성되며, 상기 유동관(172, 174)은 중공 원기둥 형상으로 형성되되, 상기 유동관(172, 174)의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부(1722, 1742)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

탱크부재(10)는 내부에 물과 시멘트를 수용하기 위한 상기 제1탱크부재(2)와 시멘트의 조기 강도 발현을 위한 약액을 수용하는 제2탱크부재(4)를 포함하며, 상기 제1탱크부재(2) 내부에 물과 시멘트가 모두 수용될 수도 있으나, 2 개 이상의 제1탱크부재(2)에 물과 시멘트가 분리 수용된 상태에서 상기 혼합장치(20)로 공급되도록 구성될 수도 있다.

상기 약액은 예를 들어, 실리카 졸(Silica Sol)일 수 있으며, 상기 실리카 졸은 규산소다 수용액에 묽은 황산을 첨가 혼합하여 형성된다.

상기 실리카 졸은 강한 접착력을 보이며, 실리카 졸이 혼합된 시멘트는 수밀성과 내열성 및 해수에 대한 화학적 저항성이 큰 특성을 갖는다.

상기 실리카 졸에 대한 연구 논문에 의하면, 실리카 졸이 혼합된 시멘트의 경우, 타설 이후 초기 72시간 이내에 일축 압축강도가 일반 시멘트에 비해 3 내지 5배의 고강도로 발현되고, 양생 후 대략 28일 경과 시 일반 시멘트에 비해 약 1.3배 정도 높은 강도를 갖는 것으로 알려져 있다.

이러한 특성은 실리카 졸의 접착력에 기인한 것으로 추정되며, 차수성을 요구하는 현장에서의 적용이 더욱 바람직한 것으로 판단되고 있다.

상기 제1탱크부재(2)에 수용되는 시멘트와 물은 상기 혼합장치(20)로 공급되며, 상기 혼합장치(20) 내의 교반부재(22)를 통해 혼합된다.

상기 혼합장치(20)에 의해 시멘트와 물 및 첨가제들이 혼합되어 형성되는 시멘트페이스트와 상기 약액은 상기 가압이송장치(30)에 의해 높은 압력 상태에서 상기 천공및주입장치(100)로 공급된다.

상기 제어장치(50)는 상기 가압이송장치(30)와 천공및주입장치(100)를 통해 주입되는 약액과 시멘트페이스트의 주입 압력을 조절한다.

상기 혼합장치(20)에 의해 혼합되어 공급되는 시멘트페이스트는 이에 모래가 더해져 몰타르 상태로 상기 가압이송장치(30)로 공급될 수도 있다.

상기 가압이송장치(30)와 천공및주입장치(100)를 통해 약액과 시멘트페이스트가 100 내지 200 kg/㎠ 의 중압으로 분사되도록 제어된다.

도 2(a)에서와 같이, 상기 천공및주입장치(100)는 먼저 배출부(170)의 단부에 설치되는 비트를 이용하여 지반에 원기둥 형태의 공간을 천공하고, 이후 상기 배출부(170)를 회전 상승시키면서 천공된 영역에 약액(1721)과 시멘트페이스트(1741)를 주입한다.

상기 배출부(170)를 회전 상승시키는 동안 약액(1721)을 고압으로 분사함으로써, 천공된 원기둥 형태의 공간을 도 2(b)에서와 같이 소정의 설계 폭으로 확장시키고, 상기와 같이 확장된 공간에 도 2(c)와 같이 약액(1721)과 시멘트페이스트(1741)를 주입한다.

상기 천공및주입장치(100)는 본 장치의 이동과 상기 배출부(170)를 회전시키기 위한 동력을 발생시키는 동력발생부(110)와, 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 주입부(130)를 포함한다.

그리하여, 상기 약액에 의해 확장된 공간 내부로 시멘트페이스트(1741)와 함께 약액(1721)을 충진함으로써, 도 3 에서와 같이 보강체를 형성하게 된다.

상기 주입부(130)는 약액과 시멘트페이스트를 상기 배출부(170)로 유입시키기 위한 유입부(150)와, 상기 유입부(150)로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 유동시키고, 약액에 의해 형성된 상기 공간으로 시멘트페이스트 또는 몰타르를 배출하기 위한 배출부(170)를 포함한다.

도 4 에서와같이, 상기 배출부(170)는 중공 원기둥 형상의 복수 개의 유동관(172, 174, 176)들을 동심원적으로 포함하여 형성되는데, 예를 들어 최내부에 배치되는 유동관(172)을 통해서는 약액이 유동되며, 그 외부에 배치된 유동관(174)을 통해서는 시멘트페이스트 또는 몰타르가 유동된다.

그리고, 최외부에 배치되는 유동관(176)은 단순히 상기 주입부(130)의 외장으로서의 역할을 하도록 구성되거나, 또는 그 내부로 고압의 공기가 유동되도록 구성될 수도 있다.

여기서, 상기 약액을 유동시키기 위한 약액유동관(172)과 시멘트페이스트를 유동시키기 위한 시멘트페이스트유동관(174)의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부(1722, 1742)가 형성된다.

상기 미세한 오목부(1722, 1742)는 예를 들어 샌드 블러스팅 가공 방식에 의해 상기 유동관(172, 174)들의 내면에 불규칙적으로 형성될 수 있으며, 그리하여 상기 유동관(172, 174)의 내면과 시멘트페이스트가 접촉되는 표면을 미세하게 감소시킴으로써, 마치 골프공의 표면에 형성되는 딤플과 같은 효과를 발휘하여, 내부로 유동되는 시멘트페이스트와 약액의 유동 저항을 감소시키도록 구성된다.

상기 미세한 오목부는 상기 두 개의 유동관들(172, 174) 모두의 내면에 형성될 수도 있으나, 대표적으로 상기 시멘트페이스트유동관(174)의 내면에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유동관(172, 174)의 내면에는 나선 방향의 오목부(1724, 1744)가 형성된다.

상기 나선 방향의 오목부(1724, 1744)는 상기 유동관(172, 174)의 전체 내면에 형성될 수도 있으나, 특히 상기 유입부(150) 부근, 즉 상기 주입부(130)의 상단부에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 나선 방향의 오목부(1724, 1744)에 의해 시멘트페이스트가 상기 유동관의 내면과 접촉되는 면적을 미세하게 감소시킬 수 있으며, 회전 방향의 유동을 보다 원활히 할 수 있다.

도 11 에 도시된 바와 같이, 상기 유입부(150) 내부에는 시멘트페이스트를 유동시키기 위한 원형 단면의 유동개구(152)가 형성되며, 상기 유동개구(152)에 시멘트페이스트를 유입시키기 위한 시멘트페이스트유입관(154)이 연결 설치된다.

여기서, 상기 시멘트페이스트유입관(154)은 상기 유동개구(152)의 원형 평단면에 대해 접선 방향으로 연결 설치될 수 있다.

그리하여, 상기 시멘트페이스트유입관(154)에 의해 상기 유동개구(152)로 유입되는 시멘트페이스트가, 원형 단면의 공간으로 형성되는 상기 유동개구(152) 내부 공간에서 원주 방향으로 회전 유입되도록 구성된다.

그리하여, 상기 시멘트페이스트유입관(154)에 의해 유입되는 시멘트페이스트가 상기 유동개구(152)의 내벽에 부딪힘으로써 발생되는 유동 저항을 최소화하도록 구성된다.

상기 약액을 유입시키기 위한 약액유입관(156) 역시 상기 시멘트페이스트유입관(154)과 같이 유동개구의 접선 방향으로 설치될 수 있다.

상기와 같이, 유동개구(152) 공간의 원주 방향을 따라 시멘트페이스트가 회전 유입되도록 구성되고, 상기 유동관(172, 174)의 상단부에 나선 방향의 오목부(1724)가 형성됨으로써, 시멘트페이스트가 상기 배출부(170)로 유입되는 과정에서의 유동 저항이 최소화될 수 있으며, 이에 의해 시멘트페이스트가 보다 원활히 유동 전달될 수 있다.

또한, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 배출부(170)의 중심부에 배치되는 약액유동관(172)에는 약액배출부(1726)가 형성되되, 상기 약액배출부(1726)는 약액의 배출 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성될 수 있다.

노즐은 압력을 속도로 변환하기 위한 기계 요소로서, 상기와 같이 약액배출부(1726)를 약액 배출 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 단면을 갖는 노즐 형태 공간으로 형성함으로써, 상기 약액이 보다 강한 속도로 분사될 수 있다.

그리하여, 상기 약액배출부(1726)를 통해 높은 속도의 약액을 분사하여, 비트에 의해 삭공된 공간 주변 지반을 절삭함으로써 공간을 확장한다.

그리고, 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 약액배출부(1726)는 상기 약액유동관(172)의 평단면에서 방사상 방향에 대해 미리 지정된 각도 기울어져 형성될 수 있다.

즉, 평단면 상 상기 약액배출부(1726)가 배출부(170)의 방사상 중심(O)으로부터의 방사상 방향(점선)에 대해 각도 a 만큼 좌우 대칭적으로 형성되는 것이 아니라, 일 측부(1726-1)는 상기 중심(O)에 대해 각도 a 만큼 기울어지도록 형성되지만, 타 측부(1726-2)는 상기 중심(O)에 대해 각도 a 보다 큰 각도로 형성되어, 양 측부(1726-1, 1726-2)들이 상기 중심(O)에 대해 비대칭적으로 형성된다.

상기 유입부(150) 구성과 약액유동관 내면에 형성되는 나선 방향의 오목부에 의해, 회전 유동되는 약액에 작용되는 유동 저항이 최소화되도록 구성된다.

그리고, 상기 약액배출부(1726)가 방사상 방향에 대해 기울어져 형성됨으로써, 약액의 회전 유동 성분 힘이 유동 저항에 의해 감소되는 것을 최소화하여, 배출부를 통해 보다 강한 속도로 약액이 배출될 수 있도록 구성된다.

상기 약액유동관(172)의 외부에 시멘트페이스트유동관(174)이 배치되는데, 상기 시멘트페이스트유동관(174)에는 상기 약액배출부(1726) 보다 높은 위치에서 시멘트페이스트배출부(1746)가 형성된다.

도 7 에 도시되는 바와 같이, 상기 시멘트페이스트배출부(1746)는 시멘트페이스트 진행 방향을 따라 점차적으로 넓어지는 단면 형상을 갖는 디퓨져 형태의 공간으로 형성된다.

디퓨져는 속도를 압력으로 변환하기 위한 기계 요소로서, 상기와 같이 시멘트페이스트배출부(1746)가 시멘트페이스트 배출 방향을 따라 점차적으로 넓어지는 단면 형상을 갖는 디퓨져 형태의 공간으로 형성됨으로써, 시멘트페이스트가 보다 강한 압력으로 배출될 수 있다.

상기와 같이, 공간을 확장시키기 위한 약액 분사 과정에서, 절삭토와 많은 양의 약액이 상기 공간 내에 유동되므로, 시멘트페이스트가 충분한 압력으로 상기 공간 내로 충진되지 못하는 경우에는, 최종적으로 형성되는 지중의 보강체가 높이 방향을 따라 일정한 폭을 갖는 원기둥 형태로 형성되지 못하고, 높이 방향을 따라 불규칙적으로 변화되는 폭을 갖는 보강체 구조물로 형성된다.

그런데, 본원발명에서와 같이 삭공에 의해 확장 형성된 공간 내부로 시멘트페이스트를 강한 압력으로 충진함으로써, 최종적으로 형성되는 보강체가 높이 방향을 따라 일정한 폭을 갖는 원기둥 형태로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 약액유동관(172)에는 상기 시멘트페이스트유동관(174)과 연통되는 작은 직경의 연통개구(1728)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 연통개구(1728)는 0.5 내지 1 mm 직경 범위로 형성되며, 상기 연통개구(1728)에 의해 약액이 상기 시멘트페이스트유동관(174)의 내부로 유입됨으로써, 시멘트페이스트가 상기 시멘트페이스트유동관(174)의 내벽을 따라 보다 원활히 유동될 수 있다.

또한, 상기 시멘트페이스트유동관(174)을 통해 시멘트페이스트가 유동되는 과정에서 약액이 혼합된 상태로 시멘트페이스트가 배출될 수 있다.

도 8 에 도시된 바와 같이, 상기 시멘트페이스트배출부(1746) 역시 시멘트페이스트유동관의 평단면에서 방사상 방향에 대해 미리 지정된 각도 기울어져 형성될 수 있다.

즉, 평단면 상 상기 시멘트페이스트배출부(1746)가 배출부(170)의 중심(O)으로부터 방사상 방향에 대해 각도 a 만큼 좌우 대칭적으로 형성되는 것이 아니라, 일 측부(1746-1)의 단면 연장선은 배출부(170)의 중심(O)을 향하지만, 타 측부(1746-2)의 단면 연장선은 상기 배출부의 중심(O)을 향하지 않도록 비대칭적으로 형성된다.

그리하여, 시멘트페이스트에 작용되는 원심력에 대한 저항이 최소화되도록 하여, 보다 강한 압력으로 시멘트페이스트가 배출될 수 있도록 구성된다.

도 7 에 도시된 바와 같이, 상기 시멘트페이스트유동관(174)의 외부에는 고압공기를 유동시키기 위한 고압공기유동관(176)이 배치될 수도 있다.

도 9 와 10 에 도시된 바와 같이, 상기 고압공기유동관(176)에서 상기 시멘트페이스트배출부(1746)의 둘레를 따라 고압공기배출부(1762)가 형성된다.

상기 고압공기배출부(1762)는 고압공기의 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성될 수 있다.

상기와 같이 시멘트페이스트배출부(1746) 주위에 형성되는 고압공기배출부(1762)에 의해, 배출되는 시멘트페이스트 주위에 고속의 공기가 분사될 수 있다.

그리하여, 배출되는 시멘트페이스트 주변에 고속의 공기가 분사되는 영역을 형성함으로써, 배출되는 시멘트페이스트로 절삭토와 같은 이물질이 유입되는 것을 방지하고, 보다 강한 압력으로 시멘트페이스트가 배출될 수 있도록 할 수 있다.

한편, 도 12 에 도시되는 바와 같이, 상기 혼합장치(20) 내부에는 시멘트와 물을 혼합하기 위한 교반부재(22)가 설치되되, 상기 교반부재는 상기 혼합장치 내부에서 높이 방향을 따라 축(222)에 복수 개 설치되는 블레이드(224)들을 포함한다.

본 발명에 따른 실시예에서, 상기 혼합장치(20) 내부에서 보다 높은 위치에는 보다 큰 외경의 블레이드(224)가 설치된다.

상기 혼합장치(20) 내부로 투입되는 물과 시멘트는 서로 다른 밀도를 가진다.

이러한 밀도 차이에 의해, 교반부재를 통해 물과 시멘트를 혼합하는 경우, 시멘트와 물이 고루 혼합되기 위해서는 일정한 시간이 소요된다.

상기 혼합장치(20)에 의한 물과 시멘트의 혼합 시간은 공정 수율에 큰 영향을 미치게 되고, 또한 최종적으로 형성되는 지중 보강체의 강도 균일성에도 영향을 미친다.

본 발명에서와 같이, 보다 높은 위치에 보다 큰 외경의 블레이드(224)를 설치하여, 상기 교반부재(22)에 의해 마치 디퓨져와 같은 원리로써 높이 방향을 따라 압력 구배를 발생시키고, 상방으로 강한 압력의 유동을 형성하여, 시멘트와 물이 회전되면서도 상방으로 유동되도록 구성된다.

그리하여, 시멘트페이스트를 형성하기 위한 시멘트와 물이 보다 원활하고도 신속히 접촉 혼합될 수 있다.

통상, 시멘트, 물은 상기 혼합장치의 상부로부터 투입되는데, 상기와 같이 시멘트와 물이 회전되면서도 상방으로 유동되도록 구성됨으로써, 상부로부터 투입되는 시멘트와 물의 접촉 효율을 상승시킬 수 있다.

또한, 원료들을 원운동 회전시키는 경우에 비해 불규칙적인 난류 유동을 증대시켜, 원료들 간의 충돌이 단위 시간 동안 보다 빈번해지게 된다.

따라서, 보다 짧은 시간 내에 시멘트와 물이 보다 균일하게 혼합되어 형성되는 시멘트페이스트의 공급이 가능해진다.

도 13 에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 혼합장치(20) 내부에서 복수 개의 블레이드들(224)의 중심부(hc)에 가장 작은 외경의 블레이드가 설치되고, 상기 중심부로부터 높은 위치를 향할수록 보다 큰 외경의 블레이드가 설치되며, 또한 상기 중심부로부터 낮은 위치를 향할수록 점차적으로 보다 큰 외경의 블레이드가 설치될 수도 있다.

그리하여, 마치 노즐과 디퓨져를 상하 방향으로 합쳐 놓은 듯한 상태가 되도록 상기 교반부재(22)가 설치됨으로써, 높이 방향을 따르는 압력 구배에 의해 원료들을 원주 방향으로 회전시키면서도, 상하 방향으로 원활히 유동시켜 혼합 효율을 증대시킬 수 있다.

상기 블레이드(224)들은 금속재 또는 합성수지재로 형성될 수 있으며, 상기 블레이드의 원주 방향 단부(226)는 상방으로 꺽여 형성될 수 있다.

또한, 꺽여져 형성되는 상기 블레이드(224)의 단부(226)에는 절개부(227)들이 형성되어, 상기 블레이드의 단부와 원료들의 접촉 면적을 더욱 증대시켜 혼합 효율 및 와류 형성에 의한 유동성을 증대시킬 수 있다.

또한, 이러한 효과를 증대시키기 위해, 상기 블레이드에는 이를 관통하는 개구(228)들이 형성될 수 있다.

한편, 도 14 에 도시된, 상기 가압이송장치(30)는 혼합된 시멘트페이스트를 가압하여 상기 천공및주입장치(100)로 전달하기 위한 구성으로서, 상기 가압이송장치(30) 내부에는 시멘트에 충격을 가하기 위한 파쇄부재(32, 34)가 설치될 수 있다.

상기 가압이송장치(30)에는 도시되지 않은 가압펌프가 연결되어, 상기 가압펌프에 의해 작용되는 압력에 의해, 이송되는 시멘트페이스트가 강한 압력으로 상기 가압이송장치(30) 내부를 유동하여 상기 천공및주입장치(100)로 전달되도록 한다.

상기 파쇄부재(32, 34)는 금속재 구(32)와 상기 금속재 구(32)를 탄성지지하기 위한 탄성지지부재(34)를 포함하며, 상기 금속재 구(32)가 시멘트페이스트 유동 통로(36) 내에서 진동되도록 설치된다.

상기 가압펌프에 의해 시멘트페이스트는 상기 시멘트페이스트유동통로(36) 내부로 유동되는데, 이러한 과정에서 상기 금속재 구(32)는 시멘트페이스트에 의해 가해지는 압력에 의해 진동된다.

상기와 같이 금속재 구(32)가 진동됨으로써, 유동되는 시멘트페이스트 내부에 혼합된 시멘트에 충격을 가하게 되고, 그리하여 시멘트페이스트 내에 혼합된 시멘트가 더욱 잘게 분쇄되어 혼합되는 효과를 발휘할 수 있다.

상기 가압이송장치(30)에는 시멘트페이스트를 유입시키기 위한 복수 개의 유입부(31)들과 상기 유입부(31)들 각각에 연결되는 복수 개의 파쇄부재(32, 34)가 설치되어, 상기 복수 개의 파쇄부재(32, 34)를 거친 시멘트페이스트가 혼합되어 상기 천공및주입장치(100)로 공급된다.

그리하여, 복수 개의 파쇄부재들을 병렬적으로 이용하여 시멘트를 더욱 잘게 부수고 이를 균일하게 혼합한 상태에서 상기 천공및주입장치(100)로 전달할 수 있다.

상기 가압이송장치(30)에는 발포성 합성수지재로 형성되는 흡음부재(37)가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 흡음부재(37)는 제 1 직경(D1)의 개구를 갖는 제 1 흡음부재(372)와 제 2 직경의 개구(D2)를 갖는 제 2 흡음부재(374)가 적층되어 형성되되, 상기 제 1 직경과 제 2 직경은 서로 다르게 형성되며, 상기 흡음부재(37) 내부에서 상기 제 1 직경의 개구와 제 2 직경의 개구가 교대로 형성될 수 있다.

상기 흡음부재(37)를 형성하기 위한 제 1 흡음부재(372)와 제 2 흡음부재(374)는 발포된 폴리우레탄과 같은 다공성 합성수지재로 형성된다.

상기 제 1 직경(D1)과 제 2 직경(D2)은 서로 다르게 형성되며, 상기 가압이송장치(30) 내부에서 발생되는 소음이 상기 흡음부재(37)를 통과하는 동안 마치 소음기(머플러)와 같은 원리에 의해, 음파의 상쇄간섭이 발생되어 소음을 저감시킬 수 있다.

그리하여, 상기 가압이송장치(30) 내부에서 발생되는 울림 소음을 현저히 감소시킬 수 있다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

10: 탱크부재
20: 혼합장치
30: 가압이송장치
50: 제어장치
100: 천공및주입장치

Claims (21)

1. 시멘트와 물을 수용하는 제1탱크부재와;
   시멘트의 조기 강도 발현을 위한 약액을 수용하는 제2탱크부재와;
   상기 제1탱크부재로부터 전달되는 시멘트와 물을 교반하여 혼합하기 위한 혼합장치와;
   상기 제2탱크부재로부터의 약액과 상기 혼합장치로부터의 시멘트페이스트를 가압 이송하기 위한 가압이송장치와;
   지반을 천공하고 천공된 영역에 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 천공및주입장치와;
   상기 가압이송장치와 천공및주입장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하며,
   상기 천공및주입장치는,
   동력을 발생시키기 위한 동력발생부와;
   상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 주입부를 포함하며,
   상기 주입부는 상기 약액과 시멘트페이스트를 유입하기 위한 유입부와;
   상기 유입부로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 유동시키고 배출하기 위한 배출부를 포함하되,
   상기 배출부는 복수 개의 유동관들을 동심원적으로 포함하여 형성되며,
   상기 유동관은 중공 원기둥 형상으로 형성되되, 상기 유동관의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부가 형성되고,
   상기 가압이송장치 내부에는 시멘트에 충격을 가하기 위한 파쇄부재가 설치되며,
   상기 파쇄부재는 금속재 구와 상기 금속재 구를 탄성지지하기 위한 탄성지지부재를 포함하며, 상기 금속재 구가 시멘트페이스트 유동 통로에서 진동되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유동관의 내면에는 나선 방향의 오목부가 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 배출부의 중심부에는 상기 내구성 약액을 유동시키기 위한 약액유동관이 설치되고, 상기 약액유동관에는 약액배출부가 형성되되,
   상기 약액배출부는 상기 배출부의 높이 방향을 따라 복수의 높이에 형성되며, 상기 약액배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 약액유동관의 외부에는 시멘트페이스트유동관이 설치되고, 상기 시멘트페이스트유동관에는 시멘트페이스트배출부가 형성되되,
   상기 시멘트페이스트배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 넓어지는 측단면 형상을 갖는 디퓨져 형태의 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 시멘트페이스트배출부는 상기 약액배출부 보다 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 시멘트페이스트배출부는 상기 시멘트페이스트유동관의 평단면에서 방사상 방향에 대해 미리 지정된 각도 기울어져 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 유입부 내부에는 원형 단면의 유동개구가 형성되며, 상기 유입부에는 시멘트페이스트를 유입시키기 위한 시멘트페이스트유입관이 연결 설치되되, 상기 시멘트페이스트유입관은 상기 유동개구의 원형 단면에 대해 접선 방향으로 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 약액유동관에는 상기 시멘트페이스트유동관과 연통되는 연통개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 연통개구는 0.5 내지 1 mm 직경 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
10. 제 3 항에 있어서,
    상기 약액배출부는 약액유동관의 평단면에서 방사상 방향에 대해 미리 지정된 각도 기울어져 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
11. 제 4 항에 있어서,
    상기 시멘트페이스트유동관의 외부에는 고압공기를 유동시키기 위한 고압공기유동관이 배치되며,
    상기 고압공기유동관에서 시멘트페이스트배출부의 둘레를 따라 고압공기배출부가 형성되고,
    상기 고압공기배출부는 고압공기의 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압이송장치에는 상기 혼합장치로부터 전달되는 시멘트페이스트를 유입시키기 위한 복수 개의 유입부와 상기 유입부 각각에 연결되는 복수 개의 파쇄부재가 설치되어,
    상기 복수 개의 파쇄부재를 거친 시멘트페이스트가 혼합되어 상기 천공및주입장치로 공급되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합장치 내부에는 시멘트와 물을 혼합하기 위한 교반부재가 설치되되,
    상기 교반부재는 상기 혼합장치 내부에서 높이 방향을 따라 복수 개 설치되는 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 혼합장치 내부에는 상부로 갈수록 더욱 큰 외경의 블레이드가 설치되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
15. 제 13항에 있어서,
    상기 혼합장치 내부에서 복수 개의 블레이드들의 중심부에 가장 작은 외경의 블레이드가 설치되고,
    상기 중심부로부터 높은 위치를 향할수록 보다 큰 외경의 블레이드가 설치되며,
    상기 중심부로부터 낮은 위치를 향할수록 점차적으로 보다 큰 외경의 블레이드가 설치되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
16. 제 13 항에 있어서,
    상기 교반부재의 블레이드 단부는 상방으로 꺽여 형성되며, 상기 단부에는 절개부가 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
17. 제 13 항에 있어서,
    상기 교반부재의 블레이드에는 이를 관통하는 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
18. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압이송장치에는 발포성 합성수지재로 형성되는 흡음부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 흡음부재 내부에는 제 1 직경의 개구와 제 2 직경의 개구가 형성되되,
    상기 제 1 직경과 제 2 직경은 서로 다르게 형성되며,
    상기 흡음부재 내부에서 상기 제 1 직경의 개구와 제 2 직경의 개구가 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치.
20. 삭제
21. 삭제

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