KR101998208B1 - 이중 로드 교반장치 및 이를 사용하는 지반 강화 교반공법 - Google Patents

Abstract

이중 로드 교반장치는, 지반의 강화를 위해 분쇄된 토사와, 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 교반하는 이중 로드 교반장치로서, 하부에 형성된 내부 굴착 비트 및 측면에 형성된 내부 교반 날개를 포함하는 내부 로드, 및 내부에 내부 로드를 수용하고, 하부에 형성된 외부 굴착 비트 및 측면에 형성된 외부 교반 날개를 포함하는 외부 로드를 포함하고, 내부 로드 및 외부 로드는, 내부 굴착 비트 및 외부 굴착 비트에 의해 분쇄된 토사와, 외부로부터 공급된 안정재를 교반하는 것이다.

Description

이중 로드 교반장치 및 이를 사용하는 지반 강화 교반공법 {DOUBLE ROD TYPE MIXING EQUIPMENT AND MIXING METHOD FOR HARDING GROUND USING THE SAME}

본 발명은 이중 로드 교반장치 및 이를 사용하는 지반 강화 교반공법으로서, 보다 구체적으로는 외부 로드의 내부에 내부 로드가 수용되어 이중 로드를 구성하며, 이러한 이중 로드 교반장치로 반복적인 재교반을 수행하고, 그 결과 연약 지반일수록 교반 구역을 넓게 형성하는 이중 로드 교반장치 및 이를 사용하는 지반 강화 교반공법에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반(soft ground)이라 함은 연약토로 이루어진 지반을 말하며, 연약토는 강도가 약하고 압축되기 쉬운 흙을 말한다. 예컨대 점토, 느슨한 사질토, 유기질토 등이 이에 속한다. 연약토의 경우에는 지진이나 폭파와 같은 진동이 전달될 때 갑작스럽게 침하 활동이 생길 수 있다. 이러한 연약지반에서는 과도한 침하와 지지력의 부족이 예상되므로 이에 대한 대책이 요구된다.

토목공사에서 연약지반의 토질개량 및 연직차수벽 구축을 위하여 사용되는 공법 가운데 하나인 고결공법은 (a) 경화성 물질을 토립자에 첨가 혼합하는 방법, (b) 토립자의 간극에 경화성 물질을 충진하는 방법, (c) 가열에 의해 점토광물 중에 고용체를 생성시켜 토립자를 결합시키는 방법 등이 있다.

여기서 (a) 경화성 물질을 토립자에 첨가 혼합하는 방법은 석회, 시멘트 및 이들을 주체로 하는 안정재를 주로 사용하여 시공하게 되는데, 대표적인 예로는 천층 혼합처리공법(Shallow Mixing Method)과 심층 혼합처리공법(Deep Mixing Method)가 있으며, 이러한 천층 혼합처리공법이나 심층 혼합처리공법을 수행하기 위해서는 스테빌라이저(stabilizer) 또는 다축오거장치(Multi-Auger machine) 등을 사용하게 된다.

종래의 다축오거장치(Multi-Auger machine)는 교반로드에 천공비트를 부착하고, 천공비트를 회전시켜 지중을 교반, 굴착하면서 안정재 등을 투입하여 기존의 토사와 안정재를 섞게 된다.

그러나 종래의 천공비트를 구비한 교반로드(한국등록특허 제10-1052548호 참조)는, 경질지반에서는 굴착력이 급격히 저하되는 문제점이 있으며, 반복적인 교반이 수행되지 않아 교반의 질이 우수하지 못하고, 지반의 강도에 따라 서로 다른 범위를 갖는 교반 수행 구역을 생성하지 못하여 교반의 효과가 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 경질지반에서도 굴착력이 유지되고, 반복적인 교반이 수행하면서 지반의 강도에 따라 서로 다른 범위를 갖는 교반 수행 구역을 생성할 수 있는 이중 로드 교반장치 및 이를 사용하는 지반 강화 교반공법의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 외부 로드의 내부에 내부 로드가 수용되어 이중 로드 교반장치를 구성하며, 이러한 이중 로드 교반장치로 반복적인 재교반을 수행하고, 또한 로드의 하부에서 상부로 갈수록 긴 교반 날개를 구비하여 연약 지반일수록 교반 수행 범위를 넓게 가져감으로써, 경질지반에서도 굴착력이 유지되고, 반복적인 교반이 수행하면서 지반의 강도에 따라 서로 다른 범위를 갖는 교반 수행 구역을 생성할 수 있는 이중 로드 교반장치 및 이를 사용하는 지반 강화 교반공법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치는, 지반의 강화를 위해 분쇄된 토사와, 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 교반하는 이중 로드 교반장치로서, 하부에 형성된 내부 굴착 비트 및 측면에 형성된 내부 교반 날개를 포함하는 내부 로드, 및 내부에 내부 로드를 수용하고, 하부에 형성된 외부 굴착 비트 및 측면에 형성된 외부 교반 날개를 포함하는 외부 로드를 포함하고, 내부 로드 및 외부 로드는, 내부 굴착 비트 및 외부 굴착 비트에 의해 분쇄된 토사와, 외부로부터 공급된 안정재를 교반하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 강화 교반공법은, 내부 로드의 내부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계, 내부에 내부 로드를 수용하는 외부 로드의 외부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계, 내부 로드의 중공 또는 측면의 유입공을 통해 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 굴착 공간으로 공급하는 단계, 내부 로드의 내부 교반 날개로 분쇄된 토사와 안정재를 교반하는 단계, 내부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향으로 경사져 형성된 내부 교반 스크류가, 분쇄된 토사와 안정재가 교반되어 형성된 슬러리를 상부로 이동시키는 단계, 상부로 이동된 슬러리가 외부 로드의 측면에 형성된 관통홀을 통해 외부로 토출되는 단계, 외부로 토출된 슬러리가 외부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향과 반대방향으로 경사져 형성된 외부 교반 스크류에 의해 하부로 이동되는 단계, 및 하부로 이동된 슬러리가 재교반되는 단계를 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 지반 강화 교반공법은, 내부 로드의 내부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계, 내부에 내부 로드를 수용하는 외부 로드의 외부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계, 내부 로드를 지반으로부터 제거하면서 내부 로드의 중공 또는 측면의 유입공을 통해 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 굴착 공간으로 공급하는 것, 및 외부 로드를 지반으로부터 제거하면서 안정재 공급 라인을 통해 안정재를 굴착 공간으로 공급하는 것 중 어느 하나 이상을 수행하는 단계, 내부 로드의 내부 교반 날개로 분쇄된 토사와 안정재를 교반하는 단계, 내부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향으로 경사져 형성된 내부 교반 스크류가, 분쇄된 토사와 안정재가 교반되어 형성된 슬러리를 상부로 이동시키는 단계, 상부로 이동된 슬러리가 외부 로드의 측면에 형성된 관통홀을 통해 외부로 토출되는 단계, 외부로 토출된 슬러리가 외부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향과 반대방향으로 경사져 형성된 외부 교반 스크류에 의해 하부로 이동되는 단계, 및 하부로 이동된 슬러리가 재교반되는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 외부 로드의 내부에 내부 로드가 수용되어 이중 로드 교반장치를 구성하며, 이러한 이중 로드 교반장치로 반복적인 재교반을 수행하고, 또한 로드의 하부에서 상부로 갈수록 긴 교반 날개를 구비하여 연약 지반일수록 교반 수행 범위를 넓게 가져감으로써, 경질지반에서도 굴착력이 유지되고, 반복적인 교반이 수행하면서 지반의 강도에 따라 서로 다른 범위를 갖는 교반 수행 구역을 생성할 수 있는 이중 로드 교반장치 및 이를 사용하는 지반 강화 교반공법을 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치의 내부 로드를 나타낸 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치의 외부 로드를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치로 굴착 및 교반을 수행한 후의 지반 상태를 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치로 굴착 및 교반을 수행한 후 지지체를 삽입한 상태를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 로드 교반장치의 외부 로드를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 강화 교반공법의 흐름도이다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1 내지 5 를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치를 설명한다. 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치의 내부 로드를 나타낸 도면이다. 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치의 외부 로드를 나타낸 도면이다. 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치를 나타낸 도면이다. 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치로 굴착 및 교반을 수행한 후의 지반 상태를 나타낸 도면이다. 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치로 굴착 및 교반을 수행한 후 지지체를 삽입한 상태를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 5 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치(160)는, 지반의 강화를 위해 분쇄된 토사와, 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 교반하는 이중 로드 교반장치(160)로서, 내부 로드(60) 및 외부 로드(150)를 포함한다.

내부 로드(60)는 이중 로드 교반장치(160)의 내부에 위치하면서, 지반을 굴착하고 굴착 공간으로 투입된 안정재와 분쇄된 토사를 교반하는 로드로서, 소정 길이를 가지는 관 형상을 할 수 있으며, 오거 장치에 결합되며 기어 박스를 구비한 로드 드라이브에 연결되어 하강하면서 회전할 수 있다.

이러한 내부 로드(60)는 지반을 굴착하면서 토사와 안정재의 교반을 위해, 내부 굴착 비트(10), 내부 교반 날개(50) 및 내부 교반 스크류(30)를 포함한다.

내부 굴착 비트(10)는 내부 로드(60)의 하부에 형성되어 내부 로드(60)가 회전하면서 하강할 시에 지반을 수직 방향으로 굴착하는 굴착 부재이다.

내부 교반 날개(50)는 내부 로드(60)의 측면에 형성되어 굴착 및 분쇄된 토사와 안정재를 교반하는 교반 부재이다.

한편, 안정재는 내부 로드(60)의 상부에서 내부 로드(60)의 중공을 통해 또는 내부 로드(60)의 측면(20)에 형성된 유입공을 통해 굴착 부분으로 공급될 수 있으며, 내부 교반 날개(50)는 내부 로드(60)의 중공 또는 측면(20)의 유입공을 통해 공급된 안정재와 분쇄된 토사를 교반할 수 있다.

아울러, 내부 로드(60)의 중공 또는 측면(20)의 유입공을 통해 안정재뿐만 아니라 압축공기도 공급될 수 있는데, 안정재와 토사가 혼합된 슬러리(slurry)가 역류하는 것을 방지하기 위함이다.

또한, 내부 교반 날개(50)는 내부 로드(60)의 길이 방향을 따라 하부에서 상부에 걸쳐서 복수개 형성될 수 있으며, 이러한 내부 교반 날개(50)의 길이는 모두 동일할 수 있다.

또한, 내부 교반 날개(50)의 단부(또는 자유단부)에는 내부 분쇄날(40)이 구비될 수 있는바, 내부 교반 날개(50)는 교반뿐만 아니라, 내부 분쇄날(40)을 통해 토사를 분쇄하여 교반 작용을 촉진시킬 수 있다.

한편, 도면 상에는 양쪽에 위치한 내부 교반 날개가 수평 방향으로 동일 선상에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라서는 양쪽에 위치한 내부 교반 날개는 내부 로드 상에서 지그재그로 위치할 수 있다.

또한, 내부 교반 날개는 내부 로드의 몸통에 비스듬히 형성되어 내부 로드의 몸통과 서로 다른 소정의 각도를 형성할 수도 있다. 구체적으로, 내부 로드 상에서 상부에 위치한 내부 교반 로드의 교반면은 비스듬히 하부를 향할 수 있고, 하부에 위치한 내부 교반 로드의 교반면은 비스듬히 상부를 향할 수 있다.

이럴 경우, 안정재 내지 슬러리는 교반되는 과정에서, 상부의 내부 교반 로드와 하부의 내부 교반 로드의 상호 작용에 의해 상부로 이동하다가 하부로 이동하고, 또는 하부로 이동하다가 상부로 이동하면서 반복적인 교반이 이루어질 수 있다.

내부 교반 스크류(30, 35)는 내부 로드(60)의 둘레를 따라 나선형으로 형성될 수 있으며, 제 1 방향(A)으로 경사진 형태일 수 있다. 여기서, 제 1 방향(A)이란 좌측에서 우측으로 내려가는 방향 또는 우측에서 좌측으로 내려가는 방향일 수 있다.

이러한 내부 교반 스크류(30, 35)는 토사와 안정재를 교반하면서 동시에 토사, 안정재 및 토사와 안정재가 교반되어 형성된 슬러리(slurry)를 상부로 이동시킬 수 있다.

또한, 내부 교반 스크류(30, 35)는 폭이 큰 대형 내부 교반 스크류(30) 및 대형 내부 교반 스크류(30)보다 폭이 작은 소형 내부 교반 스크류(35)를 포함할 수 있으며, 소형 교반 스크류(35)가 존재함으로써 내부 교반 스크류(30, 35)에 의해 상부로 이동하는 슬러리가 모두 지상으로 이동하지 않고, 소형 내부 교반 스크류(35)가 존재하는 내부 로드(60)의 부분(E)에서 머무를 수 있다.

이렇게, 슬러리가 머무를 수 있음으로 인해서 후술하는 재교반이 원활하게 이루어질 수 있다.

아울러, 대형 내부 교반 스크류(30)의 폭은 내부 교반 날개(50)의 폭 이상이 일 수 있으며, 그에 따라 내부 로드(60)가 외부 로드(150)에 삽입된 후에 내부 교반 날개(50)가 회전하면서 교반을 수행하는 과정에서 대형 내부 교반 스크류(30)는 내부 분쇄날(40)이 외부 로드(150)의 내부와 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.

외부 로드(150)는 이중 로드 교반장치(160)의 외부에 위치하면서, 지반을 굴착하고 굴착 공간으로 투입된 안정재와 분쇄된 토사를 교반하는 로드로서, 내부에 내부 로드(60)를 수용하고, 소정 길이를 가지는 관 형상을 할 수 있으며, 오거 장치에 결합되며 기어 박스를 구비한 로드 드라이브에 연결되어 하강하면서 회전할 수 있다.

본 발명의 경우는 내부 로드(60) 및 외부 로드(150), 즉 2개의 로드를 포함하고 있으며, 외부 로드(150)는 자신의 중공에 내부 로드(60)를 수용할 수 있다. 다시 말해서, 내부 로드(60)와 외부 로드(150)는 동일한 가상의 회전축을 가질 수 있으며, 이들은 이중 로드 형상일 수 있다.

외부 굴착 비트(70)는 외부 로드(150)의 하부에 형성되어 외부 로드(150)가 회전하면서 하강할 시에 지반을 수직 방향으로 굴착하는 굴착 부재이다.

이러한 외부 굴착 비트(70)는 외부 로드(150)의 하단부로부터 위로 일정 거리 이격되어 형성될 수 있으며, 이로 인해 외부 로드(150)가 지반에 삽입될 시에 외부 로드(150)의 하단부와 외부 굴착 비트 간의 부분(H)이 지반에 박히면서 외부 로드(150)가 회전할 수 있다. 따라서, 외부 로드(150)는 회전을 하더라도 기울지지 않고 수직방향으로 지반을 굴착할 수 있다(도 2 참조).

외부 교반 날개(110)는 외부 로드(150)의 측면(90)에 형성되어 굴착 및 분쇄된 토사와 안정재를 교반하는 교반 부재이다.

또한, 도 2 를 보면, 외부 교반 날개(110, 120, 130)는 외부 로드(150)의 길이 방향을 따라 외부 로드(150)의 하부에서 상부로 갈수록 길이가 길어질 수 있다.

아울러, 외부 교반 날개(110, 120, 130)의 단부(또는 자유단부)에는 외부 분쇄날(100)이 구비될 수 있는바, 외부 교반 날개(110, 120, 130)는 교반뿐만 아니라, 외부 분쇄날(100)을 통해 토사를 분쇄하여 교반 작용을 촉진시킬 수 있다.

즉, 외부 분쇄날(100)은 외부 로드(150)의 하부에서 상부로 갈수록 외부 로드(150)로부터 멀리 위치할 수 있다.

그 결과, 외부 로드(150)의 하부에 위치한 외부 분쇄날(100)이 먼저 지반의 측면을 굴착하고 분쇄하며, 나중에 상부에 위치한 외부 분쇄날(100)이 지반을 굴착 및 분쇄하는바, 외부 로드(150)의 상부에 위치한 외부 분쇄날(100)은 하부에 위치한 외부 분쇄날(100)이 분쇄한 공간을 분쇄할 필요가 없으며, 이미 분쇄된 공간보다 수평 방향으로 먼 공간만을 분쇄하면 된다.

따라서, 외부 분쇄날(100)에 무리한 외력이 작용하지 않아 외부 분쇄날(100)의 고장이 잘 발생하지 않고 교체를 자주할 필요가 없는 등 외부 분쇄날(100)의 내구성이 증대될 수 있다.

한편, 도면 상에는 양쪽에 위치한 외부 교반 날개가 수평 방향으로 동일 선상에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라서는 양쪽에 위치한 외부 교반 날개는 외부 로드 상에서 지그재그로 위치할 수 있다.

또한, 외부 교반 날개는 외부 로드의 몸통에 비스듬히 형성되어 외부 로드의 몸통과 서로 다른 소정의 각도를 형성할 수도 있다. 구체적으로, 외부 로드 상에서 상부에 위치한 외부 교반 로드의 교반면은 비스듬히 하부를 향할 수 있고, 하부에 위치한 외부 교반 로드의 교반면은 비스듬히 상부를 향할 수 있다.

이럴 경우, 안정재 내지 슬러리는 교반되는 과정에서, 상부의 외부 교반 로드와 하부의 외부 교반 로드의 상호 작용에 의해 상부로 이동하다가 하부로 이동하고, 또는 하부로 이동하다가 상부로 이동하면서 반복적인 교반이 이루어질 수 있다.

아울러, 이러한 분쇄와 동시에, 그러한 굴착 및 분쇄 공간에 외부 교반 날개(110)에 의한 교반이 수행된다. 즉, 도 4 에서 알 수 있듯이, 지반의 상부로 갈수록 교반 수행 공간이 커지게 된다(C<D<E<F).

한편, 도 4 를 통해 알 수 있듯이, 지반은 상부에서 하부로 갈수록, 토사층, 풍암층, 연암 및 연경암 순으로 형성될 수 있으며, 즉 하부로 갈수록 단단한 암석이 지반을 구성할 수 있다.

본 발명의 경우는, 외부 교반 날개(110)가 외부 로드(150)의 상부로 갈수록 길이가 길어지므로, 연경암 지역의 교반 수행 공간(C)보다는 연암 지역의 교반 수행 공간(D)이 크고, 연암 지역의 교반 수행 공간(D)보다는 풍암층의 교반 수행 공간(E)이 크며, 풍암층의 교반 수행 공간(E)보다는 토사층의 교반 수행 공간(F)이 커질 수 있다.

다시 말해서, 지반이 약하여 교반이 좀 더 이루어져야 하는 구역에 더 넓은 교반 수행 공간이 형성되어 지반의 안정화 내지 강화를 더욱 더 보장할 수 있다.

추가적으로, 도 5 에 도시된 바와 같이, 이러한 교반을 수행하는 과정에서 지반을 좀 더 강화시키기 위해서, H-빔, 철근 구조와 같은 지지체(170)를 교반 지역(180)에 심을 수 있다. 이럴 경우, 교반 지역(180)의 지상에 좀 더 큰 하중을 가지는 구조물을 설치할 수 있다는 효과가 발생할 수 있다.

외부 교반 스크류(80)는 외부 로드(150)의 둘레를 따라 나선형으로 형성될 수 있으며, 전술한 제 1 방향(A)과 반대방향인 제 2 방향(B)으로 경사진 형태일 수 있다. 여기서, 제 2 방향(B)이란 제 1 방향(A)이 좌측에서 우측으로 내려가는 방향일 경우 우측에서 좌측으로 내려가는 방향일 수 있고, 또는 제 1 방향(A)이 우측에서 좌측으로 내려가는 방향일 경우 제 2 방향(B)은 좌측에서 우측으로 내려가는 방향일 수 있다.

이러한 구조 하에서, 내부 로드(60)와 외부 로드(150)를 동일한 방향으로 회전시킬 경우, 내부 교반 스크류(30, 35)는 슬러리와 같은 물질을 상부로 이동시킬 경우 외부 교반 스크류(80)는 물질을 하부로 이동시킬 수 있고, 반대로 내부 교반 스크류(30, 35)가 물질을 하부로 이동시킬 경우 외부 교반 스크류(80)는 물질을 상부로 이동시킬 수 있다.

한편, 외부 로드(150)는 측면(90) 내지 둘레에 관통홀(140)이 형성될 수 있으며, 이 관통홀(140)을 통해 내부에 존재하는 물질을 외부로 토출되거나, 외부에 존재하는 물질이 내부로 흡입될 수 있다.

이렇게 내부 교반 스크류(30, 35)와 외부 교반 스크류(80)가 반대방향으로 물질을 이송시키고, 외부 로드(150)에 관통홀(140)이 형성되어 있음으로 인해 교반 작용을 좀 더 촉진시킬 수 있다.

구체적으로, 내부 로드(60) 및 외부 로드(150)가 지반을 굴착하고 분쇄하는 동안에, 내부 로드(60)의 중공을 통해 안정재가 공급될 수 있고, 내부 로드(60)의 내부 교반 날개(50)는 토사와 안정재를 1차적으로 교반하고, 이 과정에서 토사와 안정재가 교반되어 슬러리가 생성된다.

이후, 안정재 및 슬러리는 내부 로드(60)의 내부 교반 스크류(30, 35)에 의해 상부로 이동하고, 동시에 소형 내부 교반 스크류의 부분(도 1 의 E 참조)에 머물러 있던 슬러리(또는 안정재 및 슬러리)는 외부 로드(150)의 관통홀(140)을 통해 외부로 토출된 후, 외부 교반 스크류(80)에 의해 하부로 이동하여 외부 로드(150)의 외부 교반 날개(110) 또는 내부 로드(60)의 내부 교반 날개(50)에 의해 교반이 수행될 수 있다.

또한, 외부 로드(150)의 외측에 위치해 있던 안정재 및 슬러리는 관통홀(140)을 통해 내부로 흡입되어 내부 로드(60) 쪽으로 이동할 수 있다. 이러한 과정이 반복되면서 토사와 안정재의 재교반이 이루어져서 교반된 슬러리의 질이 우수해지고 교반의 효과를 극대화할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 교반이 반복적으로 수행되어 교반 상태가 우수해져서 지반의 강화가 한층 더 보장될 수 있다.

추가적으로, 도 6 에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 이중 로드 교반장치는 안정재 공급 라인(190)을 더 포함할 수 있으며, 이 안정재 공급 라인(190)은 외부 로드(150)의 외측에 설치되어 교반 내지 재교반에 필요한 안정재 내지 슬러리를 공급할 수 있다.

구체적으로, 안정재 공급 라인(190)은 일측이 외부 로드(150)의 상부에 위치할 수 있고, 외부 교반 날개를 따라 연장되면서 타측은 외부 분쇄날의 부근 또는 외부 교반 날개의 단부에 위치할 수 있다. 특히, 연장되는 부분은 외부 교반 날개에서 교반을 수행하는 면의 반대편의 면에 설치되어 교반을 방해하지 않을 수 있다.

또한, 안정재 공급 라인(190)은 외부 교반 날개 중에서 하부보다는 상부에 위치한 외부 교반 날개(130)에 설치될 수 있고, 경우에 따라서는 최상층에 위치한 외부 교반 날개(130)에 설치될 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 로드 교반장치(160)를 설명하였으며, 이하 도 5 를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 강화 교반공법을 설명한다. 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 강화 교반공법의 흐름도이다.

도 5 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 강화 교반공법은, 전술한 이중 로드 교반장치(160)를 사용하는 지반 강화 교반공법으로서, 내부 로드의 내부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계(S10), 내부에 내부 로드를 수용하는 외부 로드의 외부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계(S20), 내부 로드의 중공 또는 측면의 유입공을 통해 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 굴착 공간으로 공급하는 단계(S30), 내부 로드의 내부 교반 날개로 분쇄된 토사와 안정재를 교반하는 단계(S40), 내부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향으로 경사져 형성된 내부 교반 스크류가, 분쇄된 토사와 안정재가 교반되어 형성된 슬러리를 상부로 이동시키는 단계(S50), 상부로 이동된 슬러리가 외부 로드의 측면에 형성된 관통홀을 통해 외부로 토출되는 단계(S60), 외부로 토출된 슬러리가 외부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향과 반대방향으로 경사져 형성된 외부 교반 스크류에 의해 하부로 이동되는 단계(S70), 및 하부로 이동된 슬러리가 재교반되는 단계(S80)를 포함한다.

내부 로드의 내부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계(S10)에서, 내부 로드(60)는 로드 드라이브에 의해 회전 및 하강하면서 내부 굴착 비트(10)로 지반을 굴착할 수 있다.

내부에 내부 로드를 수용하는 외부 로드의 외부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계(S20)에서, 내부 로드(60)가 굴착을 시작한 이후 또는 내부 로드(60)와 동시에 외부 로드(150)는 로드 드라이브에 의해 회전 및 하강하면서 외부 굴착 비트(70)로 지반을 굴착할 수 있다.

내부 로드의 중공 또는 측면의 유입공을 통해 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 굴착 공간으로 공급하는 단계(S30)에서, 내부 로드(60) 또는 내부 로드(60)와 외부 로드(150)가 지반을 굴착하는 동안, 내부 로드(60)의 상부에서 중공을 통해 또는 내부 로드(60)의 측면(20)에 형성된 유입공을 통해 안정재가 굴착 공간으로 공급될 수 있다.

내부 로드의 내부 교반 날개(50)로 분쇄된 토사와 안정재를 교반하는 단계(S40)에서, 내부 로드(60) 및 외부 로드(150)가 지반을 굴착하면서 토사가 분쇄되고, 내부 교반 날개(50)는 분쇄된 토사와 공급된 안정재를 교반할 수 있다.

내부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향으로 경사져 형성된 내부 교반 스크류가, 분쇄된 토사와 안정재가 교반되어 형성된 슬러리를 상부로 이동시키는 단계(S50)에서, 내부 로드(60)에 의해 교반이 수행되고, 이 과정에서 생성된 슬러리는 내부 교반 스크류(30)에 의해 내부 로드(60)의 중공 내에서 상부로 이송될 수 있다. 이 과정에서 슬러리뿐만 아니라 안정재 성분도 상부로 이동될 수 있다.

상부로 이동된 슬러리가 외부 로드의 측면에 형성된 관통홀을 통해 외부로 토출되는 단계(S60)에서, 상부로 이동된 슬러리는 외부 로드(150)의 측면에 형성된 관통홀(140)을 통해 외부 로드(150)의 외측으로 토출될 수 있다.

외부로 토출된 슬러리가 외부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향과 반대방향으로 경사져 형성된 외부 교반 스크류에 의해 하부로 이동되는 단계(S70), 슬러리가 외부로 토출된 후에 외부 로드(150)의 외부 교반 스크류(80)에 의해 외부 로드(150)의 하부 내지 내부 로드(60)의 하부로 이송될 수 있다.

하부로 이동된 슬러리가 재교반되는 단계(S80)에서, 슬러리가 외부 로드(150)의 하부 내지 내부 로드(60)의 하부로 이송된 후, 외부 교반 날개(110) 또는 내부 교반 날개(50)에 의해 다시 교반되고, 교반된 슬러리는 다시 상부로 이동하여 외부로 토출되고 하부로 이동하여 교반되는 과정, 즉 재교반되는 과정을 반복할 수 있다.

이러한 재교반 과정에 의해 교반이 반복적으로 수행되어 교반 상태가 우수해져서 지반의 강화가 한층 더 보장될 수 있다.

추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 강화 교반공법은, 교반 내지 재교반 후에 지지체(170)를 교반 지역(180)에 심는 단계를 더 포함할 수 있다.

하중이 큰 구조체를 설치하는 등과 같이 경우에 따라서는 교반만으로는 지반 강화가 불충분 할 수 있다. 이럴 경우 교반 지역(180)에 H-빔 또는 철근 구조와 같은 지지체(170)를 심음으로써 지반을 한층 더 강화시킬 수 있다.

이를 위해, 전술한 교반 과정 후에, 내부 로드(60)를 교반 지역(180)에서 제거하고, 외부 로드(150)의 내부로 지지체(170)를 삽입하면서 지지체(170)를 교반 지역(180)에 심을 수 있다.

이때 지지체(170)를 심는 과정에서 외부 로드(150)는 가이드 역할을 할 수 있으며, 그에 따라 지지체(170)를 수직 방향으로 심으면서 원하는 위치에 지지체(170)를 설치할 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 강화 교반공법을 설명하였으며, 이하 본 발명의 다른 실시예에 따른 지반 강화 교반공법을 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 지반 강화 교반공법은 지반 내지 토질이 강한 지역에 대한 지반 강화 교반공법일 수 있다. 이러한 지역은 교반을 위해 많은 양의 안정재가 필요하지 않을 수 있으며, 그에 따라 내부 로드(60)가 굴착하는 과정 중에 안정재를 주입하는 대신에, 내부 로드(60) 또는 외부 로드(150) 중 어느 하나 이상을 지반으로부터 제거하는 과정 중에 안정재를 주입할 수 있다.

즉, 내부 로드(60)를 지반으로부터 제거하면서 내부 로드(60)의 중공 또는 측면의 유입공을 통해 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 굴착 공간으로 공급하는 것, 및 외부 로드(150)를 지반으로부터 제거하면서 안정재 공급 라인(190)을 통해 안정재를 굴착 공간으로 공급하는 것 중 어느 하나 이상을 수행할 수 있다.

이후, 주입된 안정재를 이용하여 전술한 경우와 마찬가지로 교반을 수행할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 내부 굴착 비트 20: 내부 로드의 측면
30, 35: 내부 교반 스크류 40: 내부 분쇄날
50: 내부 교반 날개 60: 내부 로드
70: 외부 굴착 비트 80: 외부 교반 스크류
90: 외부 로드의 측면 100: 외부 분쇄날
110, 120, 130: 외부 교반 날개 140: 관통홀
150: 외부 로드 160: 이중 로드 교반장치

Claims (11)

1. 지반의 강화를 위해 분쇄된 토사와, 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 교반하는 이중 로드 교반장치로서,
   하부에 형성된 내부 굴착 비트 및 측면에 형성된 내부 교반 날개를 포함하는 내부 로드; 및
   내부에 상기 내부 로드를 수용하고, 하부에 형성된 외부 굴착 비트 및 측면에 형성된 외부 교반 날개를 포함하는 외부 로드를 포함하고,
   상기 내부 로드 및 외부 로드는, 상기 내부 굴착 비트 및 외부 굴착 비트에 의해 분쇄된 상기 토사와, 외부로부터 공급된 상기 안정재를 교반하는 것이고,
   상기 내부 로드는 둘레를 따라 제 1 방향으로 경사진 내부 교반 스크류를 포함하고,
   상기 외부 로드는 둘레를 따라 상기 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 경사진 외부 교반 스크류 및 측면에 형성된 관통홀을 포함하고,
   외력에 의해 상기 내부 로드 및 외부 로드는 회전하고,
   상기 안정재와 상기 토사가 교반되어 형성된 슬러리가 상기 내부 교반 스크류에 의해 상부로 이동하여 상기 관통홀을 통해 외부로 토출되거나, 상기 외부 로드의 외측에 위치한 상기 안정재 및 슬러리가 상기 관통홀을 통해 상기 내부 로드 쪽으로 흡입되는 과정이 수행되는 것이고,
   상기 내부 교반 스크류는 대형 내부 교반 스크류 및 소형 내부 교반 스크류를 포함하고,
   상기 슬러리가 상기 내부 교반 스크류에 의해 상부로 이동하는 과정에서 상기 소형 내부 교반 스크류가 위치한 상기 내부 로드의 부분에서 상기 관통홀을 통해 외부로 토출되는 이중 로드 교반장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 외부 교반 날개는 상기 외부 로드의 하부에서 상부로 갈수록 길이가 길어지고,
   상기 외부 교반 날개의 단부에는 외부 분쇄날이 구비된 이중 로드 교반장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   일측이 상기 외부 로드의 상부에 위치하며, 상기 외부 교반 날개를 따라 연장되면서 타측은 상기 외부 교반 날개의 단부에 위치하고, 상기 안정재를 공급하는 안정재 공급 라인을 더 포함하고,
   상기 외부 교반 날개를 따라 연장되는 안정재 공급 라인의 부분은 상기 외부 교반 날개에서 교반을 수행하는 면의 반대편의 면에 설치되는 이중 로드 교반장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 외부 굴착 비트는 상기 외부 로드의 하단부로부터 위로 일정 거리 이격되어 형성된 이중 로드 교반장치.
7. 제 1 항에 기재된 이중 로드 교반장치를 사용하는 지반 강화 교반공법으로서,
   내부 로드의 내부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계;
   내부에 내부 로드를 수용하는 외부 로드의 외부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계;
   내부 로드의 중공 또는 측면의 유입공을 통해 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 굴착 공간으로 공급하는 단계;
   내부 로드의 내부 교반 날개로 분쇄된 토사와 안정재를 교반하는 단계;
   내부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향으로 경사져 형성된 내부 교반 스크류가, 분쇄된 토사와 안정재가 교반되어 형성된 슬러리를 상부로 이동시키는 단계;
   상부로 이동된 슬러리가 외부 로드의 측면에 형성된 관통홀을 통해 외부로 토출되는 단계;
   외부로 토출된 슬러리가 외부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향과 반대방향으로 경사져 형성된 외부 교반 스크류에 의해 하부로 이동되는 단계; 및
   하부로 이동된 슬러리가 재교반되는 단계를 포함하는 지반 강화 교반공법.
8. 제 7 항에 있어서,
   외부 로드의 외측에 위치한 안정재 및 슬러리가 관통홀을 통해 내부 로드 쪽으로 흡입되는 단계를 더 포함하는 지반 강화 교반공법.
9. 제 7 항에 있어서,
   외부 로드의 하부에서 상부로 갈수록 길이가 길어지며, 단부에 외부 분쇄날이 구비된 복수개의 외부 교반 날개에 의해 지반의 굴착 내지 토사의 분쇄가 수행되는 단계를 더 포함하는 지반 강화 교반공법.
10. 제 7 항에 있어서,
    내부 로드를 제거하고, 외부 로드의 내부로 지지체를 삽입하면서 지지체를 교반 지역에 심는 단계로서, 지지체를 심는 과정에서 외부 로드는 가이드 역할을 하는 것인 지지체를 교반 지역에 심는 단계를 더 포함하는 지반 강화 교반공법.
11. 제 5 항에 기재된 이중 로드 교반장치를 사용하는 지반 강화 교반공법으로서,
    내부 로드의 내부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계;
    내부에 내부 로드를 수용하는 외부 로드의 외부 굴착 비트로 지반을 굴착하는 단계;
    내부 로드를 지반으로부터 제거하면서 내부 로드의 중공 또는 측면의 유입공을 통해 시멘트 및 물을 포함하는 안정재를 굴착 공간으로 공급하는 것, 및 외부 로드를 지반으로부터 제거하면서 안정재 공급 라인을 통해 안정재를 굴착 공간으로 공급하는 것 중 어느 하나 이상을 수행하는 단계;
    내부 로드의 내부 교반 날개로 분쇄된 토사와 안정재를 교반하는 단계;
    내부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향으로 경사져 형성된 내부 교반 스크류가, 분쇄된 토사와 안정재가 교반되어 형성된 슬러리를 상부로 이동시키는 단계;
    상부로 이동된 슬러리가 외부 로드의 측면에 형성된 관통홀을 통해 외부로 토출되는 단계;
    외부로 토출된 슬러리가 외부 로드의 둘레를 따라 제 1 방향과 반대방향으로 경사져 형성된 외부 교반 스크류에 의해 하부로 이동되는 단계; 및
    하부로 이동된 슬러리가 재교반되는 단계를 포함하는 지반 강화 교반공법.

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