KR102025596B1

KR102025596B1 - 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비

Info

Publication number: KR102025596B1
Application number: KR1020180029274A
Authority: KR
Inventors: 노창석; 정우용; 정진훈
Original assignee: (주)뉴저스트
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2019-09-27
Also published as: KR20190107930A

Abstract

본 발명은 지반에 연속적으로 단면이 ‘T’자형인 강화 구조물을 형성할 수 있는 장비에 관한 것으로, 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비는 상기 구조물의 수직 부분(3)을 형성하는 수직 굴착부(10); 상기 구조물의 수평 부분(5)을 형성하는 수평 굴착부(20); 상기 수직 굴착부(10)와 수평 굴착부(20)를 지지하는 프레임부(30); 상기 수직 굴착부(10) 및 수평 굴착부(20)에 나란하게 설치되어 상기 구조물의 수직 부분(3)과 수평 부분(5)을 형성하는 그라우트를 주입하는 그라우트 주입부(40) 및 상기 수직 굴착부(10), 수평 굴착부(20), 프레임부(30) 및 그라우트 주입부(40)를 구동 차량에 회동 가능하게 연결하는 연결부(50)로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

지반 강화용 연속 구조물 형성 장비 {FORMING APPARATUS OF CONTINUOUS STRUCTURE FOR GROUND REINFORCEMENT}

본 발명은 지반 강화용 구조물을 형성하는 장비에 관한 것으로 더욱 상세하게는 지반에 연속적으로 강화 구조물을 형성할 수 있는 장비에 관한 것이다.

옹벽, 제방, 아파트, 도로, 교량, 기타 지상 구조물을 설치할 때에는 지반의 상태에 따라 차이가 있기는 하나 지반 보강 공사를 먼저 수행하게 되고, 지반의 보강에 의한 지지력의 향상은 토양고화재를 메워나가는 형상과 토양고화재의 재질에 의해 결정된다.

구조물은 도로, 철도, 옹벽 등과 같이 길이가 길게 연장되는 구조의 것(이하 ‘도로 등’이라 한다)과 아파트, 학교, 병원 등과 같이 장방형이나 다각형의 제한된 길이를 갖는 것(이하 ‘건물 등’이라 한다)으로 나눌 수 있고, 지금까지는 구조물의 형태에 상관없이 지반강화용 파일을 소정 간격으로 매립하여 구조물에 요구되는 지지력을 확보해왔다. 구조물의 지지력 확보를 위하여 예전에는 지반강화용 파일을 하나씩 형성하는 방법을 사용하였으나, 최근에는 지반 보강 속도 향상을 위하여 복수 개의 지반강화용 파일을 동시에 형성하는 방법을 사용하고 있다.

‘특허문헌 1’에는 이러한 지반강화용 파일을 동시에 복수 개 형성할 수 있는 다축 지반굴착장치가 개시되어 있고, 도 1은 그 장치의 정면도이다. 종래의 다축 지반굴착장치는 복수 개의 굴착로드(1)를 동시에 회전시켜 지반을 굴착함으로써 복수 개의 지반강화용 파일을 형성할 수 있다.

그런데 위와 같은 방법으로 형성된 복수 개의 지반강화용 파일은 개개의 파일이 소정 거리 이격되어 있어 산발적인 지반 보강만이 가능하므로 보강된 지반의 지지력에 편차가 발생되어 구조물의 안정성을 떨어뜨린다. 그 결과 도로붕괴, 옹벽기초 붕괴 등 연약지반 침하로 인한 구조물 붕괴 또는 건설공사 현장의 공사용 가도 붕괴로 인한 장비전도 등에 의해 인적, 물적 피해를 초래하는 문제점이 있다.

또한 종래의 지반강화용 파일을 소정 간격으로 형성하는 방법은 도로 등 길이가 매우 긴 구조물의 경우 매립되는 파일의 개수가 많아 시공이 불편하고, 공기가 길어지는 문제점이 있다. 또 인접한 파일 간에 연결이 없어, 즉 파일이 이격되어 있어 지반 상태에 따라 파일이 매립된 지점 간 지지력의 차이가 심하게 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 도 2와 같은 단면이 ‘T’자형인 지반 강화용 연속 구조물을 발명하였고, 출원번호 10-2017-0053529로 특허출원한 바 있다. 그런데 종래에는 도 2와 같은 지반 강화용 연속 구조물을 형성할 수 있는 장비가 없어 지반 강화용 연속 구조물의 수직 부분(3)을 형성하고 수평 부분(5)을 포크레인 등의 장비로 형성할 수밖에 없었는데, 이 경우 수직 부분(3)과 수평 부분(5)을 따로 형성함에 따라 시공 시간이 오래 걸리고, 수평 부분(5)을 지표로부터 일정 깊이로 형성하기 어려워 지반 강화용 연속 구조물에 의한 지지력 편차가 발생되는 문제점이 있다.

KR 10-2012-0051142 A (2012. 5. 22.)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 단면이 ‘T’자형인 지반 강화용 연속 구조물을 일정한 단면으로 연속적으로 형성 가능한 장비를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비는 단면이 ‘T’자형인 지반 강화용 연속 구조물을 형성하는 장비로서, 상기 구조물의 수직 부분을 형성하는 수직 굴착부; 상기 구조물의 수평 부분을 형성하는 수평 굴착부; 상기 수직 굴착부와 수평 굴착부를 지지하는 프레임부; 상기 수직 굴착부 및 수평 굴착부에 나란하게 설치되어 상기 구조물의 수직 부분과 수평 부분을 형성하는 그라우트를 주입하는 그라우트 주입부 및 상기 수직 굴착부, 수평 굴착부, 프레임부 및 그라우트 주입부를 구동 차량에 회동 가능하게 연결하는 연결부로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비는 단면이 ‘T’자형인 지반 강화용 연속 구조물의 수직 부분과 수평 부분을 동시에 형성할 수 있다.

또 단면이 ‘T’자형인 지반 강화용 연속 구조물의 수직 부분의 폭과 수평 부분의 깊이를 일정하게 형성할 수 있고, 그 폭과 깊이의 조절이 용이하다.

도 1은 종래의 다축 지반굴착장치의 정면도
도 2는 단면이 ‘T’자형인 지반 강화용 연속 구조물의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비의 측면도
도 5는 수직 굴착부의 상세도
도 6은 수평 굴착부의 상세도
도 7은 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비의 사용상태도

이하에서는 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비의 사시도이고, 도 4는 그 측면도이며, 도 5는 수직 굴착부의 상세도, 도 6은 수평 굴착부의 상세도이다.

본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비는 수직 굴착부(10), 수평 굴착부(20), 프레임부(30), 그라우트 주입부(40) 및 연결부(50)로 구성되고, 방지판부(60)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

수직 굴착부(10)는 단면이 ‘T’자형인 지반 강화용 연속 구조물(이하 ‘본 발명 구조물’이라 한다)의 수직 부분(3)을 형성하는 구성요소로서, 체인(11), 체인을 지지하는 프레임(13)과 기어(15), 체인(11)의 측면에 결합되는 앵글(17) 및 앵글에 결합되는 수직 굴착날(19)로 구성된다.

체인(11)은 수직 굴착부(10)가 회전할 수 있도록 하는 구성으로서, 캐터필러와 같이 폐곡선을 이루어 지속적인 회전이 가능하도록 한다. 체인(11)을 회전시키는 동력은 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비가 연결되는 차량(이하 ‘구동 차량’이라 한다)에서 공급되는 것이 좋으나, 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비에 형성되는 엔진이나 전동기를 통해 자체 공급되도록 할 수도 있다.

프레임(13)과 기어(15)는 체인(11)이 소정의 폐곡선을 유지하면서 원활하게 회전 가능하도록 지지하는 구성으로, 도 3 및 4에는 체인(11)이 둔각삼각형 모양의 폐곡선을 이루는 예가 도시되어 있다. 도 3 및 4에는 제1 프레임(13-1)이 일자로 둔각삼각형의 한 변을 이루고, 그 양쪽에 제1, 제2 기어(15-1. 2)가 구비되며, 제1 프레임(13-1)에 제2 프레임(13-2)이 결합되어 제2 프레임(13-2)의 끝단에 제3 기어(15-3)가 구비된 구성(제1 실시형태)이 도시되어 있는데, 프레임(13) 자체가 둔각삼각형을 이루고 그 둔각삼각형의 세 꼭짓점의 위치에 제1, 제2, 제3 기어(15-1, 2, 3)가 구비되는 구성(제2 실시형태)도 가능하다. 제1 실시형태의 경우 제1 기어(15-1)와 제3 기어(15-3) 사이 구간에서 체인(11)이 노출되기 때문에 지반 굴착 및 그라우팅 주입 후 체인(11)에 묻은 토사의 제거가 쉽다는 장점이 있고, 제2 실시형태의 경우 체인(11)이 전체 폐곡선 구간에서 프레임(13)에 의해 지지되기 때문에 안정적으로 회전 가능하다는 장점이 있다. 단, 제1 실시형태의 경우 제1 기어(15-1)와 제3 기어(15-3) 사이에서 체인(11)이 팽팽하게 유지되지 못 할 수 있기 때문에 제1 기어(15-1)와 제3 기어(15-3) 사이 구간에 하나 이상의 제3 프레임(13-3)을 제1 프레임(13-1)에 결합하고 제3 프레임(13-3)의 끝단에 제4 기어(15-4)를 구비하여 체인(11)이 지지되도록 함으로써 이를 완화할 수 있다.

앵글(17)은 단면이 ‘L’자 형상인 L형강으로서, 2개의 면에 볼트홀(18)이 형성되고 체인(11)의 측단에 결합되어 체인(11)과 수직 굴착날(19)을 연결하는 구성요소이다.

수직 굴착날(19)은 볼트홀(18)이 형성된 평판(19-1)에 굴착 이빨(19-2)이 결합되어 체인(11)이 회전함에 따라 지반을 수직으로 굴착하는 구성요소이고, 도 5에 도시된 바와 같이, 수직 굴착날(19)과 앵글(17)의 볼트홀(18)에 볼트(B)를 관통시켜 결합된다. 평판(19-1)에는 앵글(17)에 형성된 볼트홀(18)보다 많은 수의 볼트홀(18)을 형성하여 앵글(17)에 결합되는 수직 굴착날(19)의 위치를 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 경우 본 발명 구조물의 수직 부분(3)의 폭을 좁게 하거나 넓게 하는 등 요구되는 지지력에 적합한 본 발명 구조물을 형성할 수 있는 장점이 있다. 도 5에는 평판(19-1)과 굴착 이빨(19-2)이 용접에 의해 결합된 것으로 도시되어 있으나, 평판(19-1)에 슬롯을 형성하고 굴착 이빨(19-2)을 슬롯에 삽입{굴착 시 굴착 이빨(19-2)이 계속 슬롯으로 삽입되는 방향으로 힘을 받으므로 어느 정도의 마찰력만 있으면 굴착 이빨(19-2)이 슬롯에서 빠지지 않는다}하는 구성을 취할 수도 있다. 이 경우 굴착 이빨(19-2)의 부분 교체가 가능하므로, 일부 굴착 이빨(19-2)의 파손이 있더라도 수직 굴착날(19) 전체를 교체하지 않아도 되는 장점이 있다.

수평 굴착부(20)는 회전축(21), 볼트홀(24)이 형성되어 회전축(21)에 결합되는 슬롯(23) 및 슬롯(23)에 삽입 결합되는 수평 굴착날(25)로 구성되어 회전축(21)의 회전에 따라 지반을 수평으로 굴착하는 구성요소이다. 도 6은 수평 굴착부의 굴착날의 결합도로서, 수평 굴착날(25)의 볼트홀(26)과 슬롯(23)의 볼트홀(24)에 볼트(B)를 관통시켜 결합된다. 수평 굴착날(25)의 슬롯(23)에 삽입되는 부분에는 슬롯(23)에 형성되는 볼트홀(24)보다 많은 수의 볼트홀(26)을 형성하여 수평 굴착날(25)의 삽입 깊이를 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우 본 발명 구조물의 수평 부분(5)의 두께를 변경할 수 있어 지반 특성에 적합한 본 발명 구조물을 형성할 수 있는 장점이 있다. 수평 굴착날(25)의 끝단은 수직 굴착날(19)의 굴착 이빨(19-2)의 형상과 유사하게 형성되어 있어 굴착이 쉽게 이루어질 수 있다. 수평 굴착날(25)은 끝단으로 갈수록 슬롯(23)에 삽입되는 부분으로부터 나선형으로 휘어져 지반을 휩쓸 듯이 굴착할 수 있는 형상(도 6의 T 정도의 폭이 있는 형상)의 것이 좋다. 왜냐하면, 수평 굴착날(25)이 회전축의 회전 방향과 수직이라면 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비의 진행 방향을 따라 지반이 선상으로 굴착되기 때문에 수평 굴착날(25) 사이에 지반이 굴착되지 않는 영역이 생기기 때문이다.

수평 굴착부(20)의 회전축(21)은 수직 굴착부(10)의 기어(15) 중 어느 하나와 동축을 이루도록 결합되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 본 발명 구조물을 형성하기 위해서는 수직 굴착부(10)와 수평 굴착부(20)가 동시에 회전하여 굴착해야 하기 때문이다.

프레임부(30)는 ‘ㄷ’자 모양으로 형성되어, 수직 굴착부(10)와 수평 굴착부(20)를 지지하는 구성요소이다. 프레임부(30)의 양단에 수평 굴착부(20)의 회전축(21)이 회전 가능하게 결합됨으로써 수평 굴착부(20)에 결합되는 수직 굴착부(10)가 프레임부(30)에 의해 간접 지지된다.

그라우트 주입부(40)는 수직 굴착부(10) 및 수평 굴착부(20)에 나란하게 설치되어 본 발명 구조물의 수직 부분(3)과 수평 부분(5)을 형성하는 그라우트를 주입하는 구성요소이다. 그라우트 주입부(40)는 수직 굴착부(10)의 프레임(13)에 평행하게 설치되는 수직 주입부(41) 및 수평 굴착부(20)의 회전축(21)에 평행하게 설치되는 수평 주입부(43)로 구성되어, 수직 주입부(41) 및 수평 주입부(43)를 통해 굴착된 지반에 그라우트를 주입한다. 따라서 수직 주입부(41)는 끝단이 개방된 긴 파이프 형상으로 형성되고, 수평 주입부(43)는 긴 파이프 형상이되 파이프 표면에 다수의 홀이 형성되어, 각각 끝단과 홀을 통해 그라우트를 주입한다.

그라우트 주입부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이 수직 주입부(41)와 수평 주입부(43)가 연질의 이음관(45)으로 연결되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 수직 굴착부(10) 및 수평 굴착부(20)가 지반을 굴착하면서 깊이 조절을 위해 각도를 변경하는 경우가 있는데, 이때 수직 주입부(41)와 수평 주입부(43)가 일체로 결합되어 있다면 수평 주입부(43)의 홀 방향이 연직 방향을 향하지 못하여 그라우트 주입이 비효율적(그라우트가 굴착되기 전의 지반에 뿌려짐)으로 되기 때문이다. 따라서 수평 주입부(43)도 프레임부(30)에 회전 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.

나아가 이음관(45)은 T형관인 것이 바람직한데, 이 경우 수평 주입부(43)가 제1 수평 주입부(43-1) 및 제2 수평 주입부(43-2)로 나누어져 T형관의 양쪽에 결합되고, 제1 수평 주입부(43-1) 및 제2 수평 주입부(43-2)의 홀 방향을 미세하게 조절할 수 있어 본 발명 구조물의 시공이 편리하다. 더불어 수직 주입부(41)나 수평 주입부(43)의 교체가 필요한 경우 전체 그라우트 주입부(40)를 교체할 필요가 없이 필요한 부분, 예를 들면 제1 수평 주입부(43-1)만 바꾸어 장착하면 되기 때문에 유지 보수가 간편한 장점이 있다.

연결부(50)는 수직 굴착부(10), 수평 굴착부(20), 프레임부(30) 및 그라우트 주입부(40)를 구동 차량에 회동 가능하게 연결하는 구성요소이고, 수직 굴착부(10) 및 수평 굴착부(20)에 동력을 전달할 수 있다. 연결부(50)는 구동 차량에 연결되는 연결 프레임(51), 프레임부(30)를 회전 가능하게 결합하는 힌지 프레임(53), 수직 굴착부(10)와 수평 굴착부(20)에 회전력을 전달하는 기어 박스(미도시), 연결 프레임(51)과 힌지 프레임(53) 사이에 결합되는 실린더(55)로 구성된다.

연결 프레임(51)은 구동 차량에 결합되어 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비를 구동 차량과 연결하는 구성요소이다.

힌지 프레임(53)은 일단이 프레임부(30)에 결합되고 타단이 연결 프레임(51)과 힌지로 회전 가능하게 결합되어 연결 프레임(51)에 대해 프레임부(30)가 회동 가능하도록 한다.

기어 박스(미도시)는 구동 차량에서 전달되는 회전력을 수직 굴착부(10)와 수평 굴착부(20)의 회전 방향으로 90° 전환하는 구성요소로서, 한 쌍의 베벨 기어가 될 수 있다. 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비에 자체적으로 수직 굴착부(10)와 수평 굴착부(20)를 회전시킬 수 있는 전동기 등이 구비되는 경우 기어 박스(미도시)는 생략될 수 있다.

실린더(55)는 연결 프레임(51)과 힌지 프레임(53) 사이에서 신장 또는 수축됨에 따라 힌지 프레임(53)에 결합된 프레임부(30)의 각도를 조절하는 구성요소이다. 프레임부(30)의 각도가 조절됨에 따라 결과적으로 도 4(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 수직 굴착부(10)의 연직 방향에 대한 각도를 조절할 수 있어 본 발명 구조물의 수직 부분(3)의 깊이 조절이 가능해진다.

방지판부(60)는 연결부(50)의 후단, 즉 연결부(50)와 구동 차량 사이에 설치되어 수직 굴착부(10)와 수평 굴착부(20)의 회전에 의해 토사나 그라우트가 구동 차량으로 튀는 것을 방지하는 구성요소이다. 도 3에는 방지판부(60)가 수직 굴착부(10)의 일측에 있는 것처럼 도시되어 있으나, 수직 굴착부(10)와 수평 굴착부(20)의 뒤편에 넓게 형성될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비의 사용상태도이다. 본 발명에 따른 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비(100)는 구동 차량(V)에 의해 이동 및 구동(전동기 등 자체 동력 공급 수단이 없는 경우) 가능하고, 플랜트(P)에 의해 그라우트를 지속적으로 공급받을 수 있어, 도로와 같이 길게 연장되는 지반을 보강할 수 있는 연속 구조물을 형성할 수 있다.

10 수직 굴착부 11 체인
13 프레임 13-1 제1 프레임
13-2 제2 프레임 13-3 제3 프레임
15 기어 15-1 제1 기어
15-2 제2 기어 15-3 제3 기어
15-4 제4 기어 17 앵글
18, 24, 26 볼트홀 19 수직 굴착날
19-1 평판 19-2 굴착 이빨
20 수평 굴착부 21 회전축
23 슬롯 25 수평 굴착날
30 프레임부 40 그라우트 주입부
41 수직 주입부 43 수평 주입부
43-1 제1 수평 주입부 43-2 제2 수평 주입부
45 이음관 50 연결부
51 연결 프레임 53 힌지 프레임
55 실린더 60 방지판부

Claims

단면이 ‘T’자형인 지반 강화용 연속 구조물을 형성하는 장비로서,
상기 구조물의 수직 부분(3)을 형성하는 수직 굴착부(10);
상기 구조물의 수평 부분(5)을 형성하는 수평 굴착부(20);
상기 수직 굴착부(10)와 수평 굴착부(20)를 지지하는 프레임부(30);
상기 수직 굴착부(10) 및 수평 굴착부(20)에 나란하게 설치되어 상기 구조물의 수직 부분(3)과 수평 부분(5)을 형성하는 그라우트를 주입하는 그라우트 주입부(40) 및
상기 수직 굴착부(10), 수평 굴착부(20), 프레임부(30) 및 그라우트 주입부(40)를 구동 차량에 회동 가능하게 연결하는 연결부(50)로 구성되고,
상기 그라우트 주입부(40)가 상기 수직 굴착부(10)에 평행하게 설치되는 수직 주입부(41) 및 상기 수평 굴착부(20)에 평행하게 설치되는 수평 주입부(43)로 구성되며,
상기 수직 주입부(41)는 끝단이 개방된 긴 파이프 형상으로 형성되고, 상기 수평 주입부(43)는 긴 파이프 형상이되 파이프 표면에 다수의 홀이 형성되어, 각각 끝단과 홀을 통해 그라우트를 주입하며,
상기 수직 주입부(41)와 수평 주입부(43)가 연질의 이음관(45)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비.
청구항 1에 있어서,
상기 수직 굴착부(10)가 체인(11), 상기 체인을 지지하는 프레임(13)과 기어(15), 상기 체인(11)의 측면에 결합되는 앵글(17) 및 상기 앵글에 결합되는 수직 굴착날(19)로 구성되는 것을 특징으로 하는 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비.
청구항 1에 있어서,
상기 수평 굴착부(20)가 회전축(21), 볼트홀(24)이 형성되어 상기 회전축(21)에 결합되는 슬롯(23) 및 상기 슬롯(23)에 삽입 결합되는 수평 굴착날(25)로 구성되는 것을 특징으로 하는 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비.
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청구항 1에 있어서,
상기 연결부(50)가 상기 구동 차량에 연결되는 연결 프레임(51), 일단이 상기 프레임부(30)에 결합되고 타단이 상기 연결 프레임(51)과 힌지로 회전 가능하게 결합되는 힌지 프레임(53) 및 상기 연결 프레임(51)과 힌지 프레임(53) 사이에 결합되는 실린더(55)로 구성되어, 상기 수직 굴착부(10)의 연직 방향에 대한 각도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 지반 강화용 연속 구조물 형성 장비.