KR102098185B1 - 가이드비트가 구비된 교반장치와 이를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교반장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내측에 형성된 통로를 통해 에어 및 친환경 고화제를 하단으로 전달하도록 구성되는 롯드부; 상기 롯드부의 하단에 구성되며 상기 롯드부의 통로를 통해 전달된 친환경 고화제를 지반에 분사하는 분사구와 지반을 천공하는 굴착비트를 포함하여 구성되는 굴착부; 및 상기 롯드부의 외면에 하나 이상 구성되어 롯드부의 회전에 연동하도록 구성되는 가이드비트;를 포함하여 압밀날개의 복합적 압밀 작용에 의해 천공벽을 견고히 다져질 수 있으며, 아울러 교반시 발생되는 슬라임 배출량을 현저하게 줄여주는 효과가 있는 가이드비트가 구비된 교반장치와 이를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법(H.D.C.M)에 관한 것이다.

Description

가이드비트가 구비된 교반장치와 이를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법{Excavation agitator with guide bit, high strength continuous wall formation and deep layer mixing processing method using the same}

본 발명은 교반장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가이드비트를 구비함으로써 굴착·교반시 슬라임 배출량을 감소시키며, 교반 효율을 높이는 가이드비트가 구비된 교반장치와 이를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법에 관한 것이다.

일반적으로 건축물의 신축이나 도로의 개설, 지하의 통로박스 구조물 또는 흙막이 가시설과 같은 시설물 등을 설치하고자 할 때, 그 지형적인 특성상 임해성점성토, 층적점성토로 등으로 이뤄진 연약지반일 경우에 연약지반을 보강한 후 통로박스나 지하차도와 같은 구조물을 설치하였다.

연약지반을 보강하는 방법으로는 약액인 시멘트밀크를 연약토와 혼합하여 교반하는 심층혼합처리공법, 토사의 간극을 경화성 물질로 고결시키는 시멘트밀크 주입공법과 동결공법 등으로 크게 구분되어 진다.

그 중 심층혼합처리공법은 분체계기계교반, 슬러리계기계교반, 고압분사교반으로 분류되고 분체계기계교반, 슬러리계기계교반은 원사토와 친환경 고화제를 프로펠러 모양의 교반날개를 이용하여 기계적으로 교반하는 기계교반공법이다.

이런 심층혼합처리공법에 대하여는 교반날개와 굴착비트가 하나의 롯드에 같이 부착되는 것으로 롯드에 부착된 스크류오거의 회전에 기인한 교반작업으로 인해 폐기물인 슬라임의 배출이 증가하여 친환경적이지 못한 단점을 갖게 된다.

대한민국 특허등록 제10-0894988호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 양생시 시멘트밀크보다 압축강도가 큰 친환경 고화제와 토사간 교반시 슬라임 배출을 억제할 수 있는 친환경적이며, 연약지반 중에 육상 환경에서 퇴적된 육성 점성토층과 같이 고결층이 존재할 경우에도 친환경 고화제와 토사 간에 균일한 혼합이 이뤄지도록 하여 교반 효율을 증대시키며, 환경 친화적인 개량체가 형성될 수 있도록, 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법(H.D.C.M)을 제공하고자 함이다.

상기 문제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명에 따른 가이드비트가 구비된 교반장치는 내측에 형성된 통로를 통해 에어 및 친환경 고화제를 하단으로 전달하도록 구성되는 롯드부; 상기 롯드부의 하단에 구성되며 상기 롯드부의 통로를 통해 전달된 친환경 고화제를 지반에 분사하는 분사구와 지반을 천공하는 굴착비트를 포함하여 구성되는 굴착부; 및 상기 롯드부의 외면에 하나 이상 구성되어 롯드부의 회전에 연동하도록 구성되는 가이드비트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 가이드비트는, 상기 롯드부 외면에서 롯드부의 길이방향에 수직하게 횡측으로 소정길이만큼 연장되는 본체; 상기 본체의 상하면에 각각 하나 이상 구성되는 교반날개; 상기 본체의 끝단에 구성되는 압밀날개;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압밀날개는 절곡된 형태로 서로 연결되는 수직부 및 경사부를 포함하여여 구성되되, 상기 수직부는 그 길이 방향이 상기 롯드부와 평행 배치되고, 상기 경사부는 상기 수직부의 하단에서 그 끝단이 상기 롯드부를 향하도록 소정의 경사각 θ1을 갖도록 연장되는 것을 특징으로 한다.

일례로써, 상기 경사각 θ1은 20° 내지 25°인 것을 특징으로 한다.

다른 예로써, 상기 압밀날개는 단면이 3각형 형태로 구성되며, 3각형 단면의 일 모서리인 압밀날이 상기 롯드부의 회전에 의해 상기 본체가 진행하는 방향을 향하도록 구성되고, 압밀날개의 3각형을 이루는 면 중 상기 압밀날에 인접하는 면으로, 상기 롯드부의 대향측에 위치하는 압밀면은 그 선단인 상기 압밀날로부터 후단측으로 갈수록 외측으로 돌출하도록 소정의 경사각 θ2를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법으로는 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용하여 연약지반에 관입하는 관입 단계; 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용하여 지중에 친환경 고화제를 공급하는 공급 단계; 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용하여 토사와 친환경 고화제를 교반 혼합하고 천공벽을 다지는 교반 및 다짐 단계;를 포함하여 이뤄지는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법은 압밀날개의 복합적 압밀 작용에 의해 천공벽을 견고히 다져질 수 있으며, 아울러 교반시 발생되는 슬라임 배출량을 현저하게 줄여주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가이드비트가 구비된 교반장치의 일 실시 예를 나타내는 도면.
도 2는 도 1에서 요부를 확대하여 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 구성인 압밀날개의 일 실시 예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 구성인 압밀날개의 다른 실시 예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 구성인 교반날개의 일 실시 예를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 가이드비트가 구비된 교반장치의 다른 실시 예를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법을 나타내는 도면.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가이드비트가 구비된 교반장치의 일 실시 예를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에서 요부를 확대하여 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 구성인 압밀날개의 일 실시 예를 나타내는 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 구성인 압밀날개의 다른 실시 예를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 구성인 교반날개의 일 실시 예를 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 가이드비트가 구비된 교반장치의 다른 실시 예를 나타내는 도면이다. 그리고 도 7은 본 발명에 따른 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 가이드비트(30)가 구비된 교반장치는 고강도 연속벽체공법 또는 심층혼합처리공법을 위한 장치로서, 연약지반에 관입되는 과정에서 토사가 분산 및 교란되는 것을 제어하여 슬라임 배출을 억제시키며, 이후 친환경 고화제를 분사한 후 친환경 고화제와 토사 간의 기계적 교반을 수행하도록 구성된다.

이러한 본 발명에 따른 가이드비트가 구비된 교반장치는 롯드부(10), 굴착부(20) 및 가이드비트(30)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

먼저, 상기 롯드부(10)는 도 1에서와 같이 연약지반에 관입되면서 친환경 고화제 또는 에어 등이 롯드부(10)의 선단부를 통해 공급될 수 있도록 롯드부(10)의 내측에는 전체적으로 그 길이만큼 통로(11)가 마련될 수 있는 바, 지상에서 롯드부(10)의 선단부에 형성된 주입구(미도시)를 통해 친환경 고화제 등을 주입하게 되면 통로(11)를 통해 롯드부(10)의 하단부에 형성되는 굴착부(20)의 분사구(22)로 전달될 수 있어 이를 지중에 분사시킬 수 있게 된다.

상기 굴착부(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 롯드부(10)의 하단에 구성되는 것으로, 지반을 천공하도록 하는 굴착비트(21)와 상기 롯드부(10)의 통로(11)와 연통하는 분사구(22)를 포함하여 구성된다.

이러한 상기 굴착비트(21)로는 지반 천공을 위한 종래 다양한 형태가 적용될 수 있으며, 상기 분사구(22)에는 제어밸브(미도시)를 마련하여 지상에서의 제어가 가능토록 구성시킴이 바람직하다.

이어서, 상기 가이드비트(30)는 도 1 등에서와 같이 롯드부(10)의 외면에 하나 이상 구성되어 롯드부(10)의 회전에 연동하도록 구성되는 것으로, 도면에서와 같이 상기 굴착부(20)에 인접한 부위에 복수 배치되어 친환경 고화제와 토사 간 교반작용 및 천공된 내주면의 지반을 강화시키는 작용을 실시하게 된다.

이때, 상기 가이드비트(30)는 도 1 내지 도 2에서와 같이 상기 롯드부(10)의 외면에 구성되되, 동일한 높이에 롯드부(10) 중심 기준 한 쌍이 점대칭 구조로 구성될 수 있으며, 그 밖에도 동일한 높이에 3개 이상의 가이드비트(30)가 구성될 수도 있으며, 이때 추후 설명하게 될 가이드비트(30)의 압밀날(344) 및 교반날(321)이 롯드부(10)가 회전함에 따라 본체(31)가 진행하는 방향을 향하도록 배치시킴이 바람직하다.

이러한 상기 가이드비트(30)는 본체(31), 교반날개(32) 및 압밀날개(34)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

먼저, 상기 본체(31)는 상기 롯드부(10)의 외면에서 롯드부(10)의 길이 방향에 수직하게 횡측으로 소정의 길이만큼 연장 형성되는 것으로 본체(31)의 단면 형상은 원형, 타원 또는 다각형 형상 등 다양하게 구성할 수 있게 된다.

또한, 상기 교반날개(32)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 본체(31)의 상하면에 각각 하나 이상이 구성되어, 롯드부(10)의 회전에 의해 연동하면서 상기 굴착부(20)에 의해 굴착된 토사와 분사구(22)를 통해 분사되는 친환경 고화제가 혼합될 수 있도록 교반 작용을 수행하게 된다.

그리고 상기 압밀날개(34)는 상기 본체(31)의 끝단에 구성되는 것으로, 굴착부(20)에 의해 천공된 천공벽을 확장시키면서 천공벽의 지반을 견고하게 다지는 역할을 수행하게 된다.

이하, 도 3 내지 도 4를 참조하여 상기 압밀날개(34)에 대한 보다 구체적인 실시 예에 대해 살펴보기로 한다.

본 실시 예에 따른 압밀날개(34)는 도 3에 도시된 바와 같이 수직부(341)와 경사부(342)가 서로 절곡된 형태로 연결된 구조로 구성된다.

이때, 상기 수직부(341)는 그 길이방향이 상기 롯드부(10)와 평행하게 배치되는 것이고, 상기 경사부(342)는 상기 수직부(341)의 하단에서부터 그 끝단이 상기 롯드부(10)를 향하도록 소정의 경사각 θ1을 갖도록 연장된다.

도 3을 참조하여 이러한 상기 압밀날개(34)의 작동상태를 살펴보면, 본 발명에 따른 압밀날개(34)는 상기 롯드부(10)의 중심과의 거리인 직경이 상기 굴착부(20)의 굴착비트(21) 직경보다 크게 구성되는 바. 굴착부(20)를 따라 하강하는 압밀날개(34)는 굴착부(20)에 의해 형성되는 천공홀을 확장시키면서 하강하게 된다.

즉, 천공홀 확장 시 상기 압밀날개(34)는 회전하면서 경사부(342)와 그 상측의 수직부(341)의 순서데로 천공벽에 작용하여 천공벽을 확장시키는 바, 이때, 상기 경사부(342)는 경사각 θ1 만큼 내측으로 절곡된 이유로, 도 3에서와 같이 천공홀의 확장작용은 직경이 가장 작은 경사부(342)의 하단에서 시작되어 압밀날개(34)가 하강하여 천공홀은 직경이 커지는 경사부(342)의 상측과 수직부(341)를 차례로 거치면서 점차 확장시킬 수 있게 된다.

이때, 최초에 경사부(342)의 하단에 의한 확장시 천공홀은 ①의 직경이 형성되고, 점차 압밀날개(34)가 하강하면서 경사부(342)의 상단 및 수직부(341)에 의한 확장에 의해 ②에 해당하는 직경이 형성되므로, 도 3에서와 같이 ①과 ② 사이에 위치하는 토사 T1은 점차 직경이 커지는 경사부(342)가 하강함에 따라 측면(천공벽)으로 강제 압밀되어 천공벽이 견고하게 다져지는 효과가 발현될 수 있게 되는 것이다.

이는 만약 상기 압밀날개(34)가 ②의 직경을 갖는 일자형으로 형성된다면 압밀날개(34)가 회전하면서 그 하단부가 천공벽에 작용하여 천공벽은 ②의 직경보다 큰 범위의 토사가 붕괴 및 교란되면서 천공벽이 견고하게 유지되기 어렵게된다.

이에 더하여, T1 이상의 토사가 상기 교반날개(32) 영역으로 유입되는 것을 차단하여 토사와 친환경 고화제 간 교반작용시 발생되는 슬라임 배출량을 줄일 수 있어 친환경적인 효과도 발현될 수 있게 된다.

이때, 상기 수직부(341)와 경사부(342)의 절곡된 경사각 θ1은 20° 내지 25°로 구성시킴이 바람직한 바, θ1이 20°이하로 형성될 경우 토사 T1의 양이 적어 강제 압밀되는 효과가 미미하게 되고 또한, 슬라임 배출량을 크게 감소시키지 못하게 되며, θ1이 25°이상인 경우 굴착 및 천공홀의 확장시 압밀날개(34)에 큰 하중이 작용하여 변형 및 파손이 유발되는 등 압밀날개(34)의 내구성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있어, 본 발명에서는 경사각 θ1을 20° 내지 25°로 한정하여 구성시킴이 바람직하다.

한편, 상기 압밀날개(34)는 도 4에 도시된 바와 같이, 그 단면이 3각형 형태로 구성될 수 있으며, 이때, 3각형 단면의 일 모서리인 압밀날(344)이 상기 롯드부(10)의 회전에 의해 상기 본체(31)가 진행하는 방향(화살표로 표시)을 향하도록 구성된다.

또한, 압밀날개(34)의 3각형을 이루는 면 중 상기 압밀날(344)에 인접하는 두 개의 면 간 각도를 θ2라 할때, 두 개의 면 중 도면상 상기 롯드부(10)의 대향측에 위치하는 압밀면(346)은 그 선단인 상기 압밀날(344)로부터 후단측으로 갈수록 외측(롯드부(10) 중심에서 멀어지는 방향)으로 돌출하도록 θ2를 형성시켜, 상기 실시 예와 마찬가지로 압밀날개(34)가 도면의 화살표 방향으로 진행하는 과정에서 비교적 직경이 작은 압밀날(344)에서 부터 점차 직경(롯드부(10)의 중심과의 거리)이 커지도록 구성되는 압밀면(346)에 의해 T2에 해당하는 토사는 외측으로 강제 압밀되어 천공벽을 더욱 견고하게 다질 수 있게 된다.

즉, 본 발명에서는 상기 실시 예에 의한 토사 T1과 본 실시 예에 의한 토사 T2가 각각 외측(천공벽)으로 강제 압밀되므로 복합적인 압밀작용에 의한 천공벽의 견고함을 배가시킬 수 있게 되며, 아울러 T1과 T2만큼의 토사가 배제되므로 슬라임 배출량을 현저히 절감시킬 수 있게 된다.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 구성인 교반날개(32)에 대한 구체적인 실시 예에 대해 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이 본 실시 예에 따른 교반날개(32)는 상기 본체(31)의 상하면에 각각 하나 이상 구성되는 것으로, 본체(31)의 회전 진행방향을 향해 뾰족하게 돌출하는 교반날(321) 및 상기 교반날(321)에 인접하는 면인 교반면(322)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 교반날개(32)는 롯드부(10) 또는 그 반대측으로 일정한 경사각을 갖도록 구성할 수 있는 바, 바람직하게는 복수 구성될 수 있는 교반날개(32)들은 이웃하는 교반날개(32)와 서로 다른 기울기를 갖도록 구성함으로써, 도면상 화살표로 표시한 바와 같이 토사와 친환경 고화제 등이 교반면(322)에 부딪히게 되면 교반날개(32)의 기울기에 의해 횡측으로 유동하게 되고 또한 이들은 이웃하는 반대 기울기를 갖는 교반날개(32)에 의해 유동하는 토사및 친환경 고화제와 충돌이 유발됨으로써 교반장치의 교반효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

도 6에서는 연속벽체 등의 시공을 위해 본 발명에 따른 가이드비트(30)가 구비된 교반장치가 연속적으로 관입되는 상태를 나타낸 것으로, 이럴 경우 이웃하는 교반장치 간 간격이 좁아 가이드비트(30) 간에 간섭이 발생될 수 있는 바, 이웃하는 교반장치 간 가이드비트(30)의 높이를 다르게 구성시켜 이를 극복할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법(H.D.C.M)에 대해서도 제시하고 있는바, 이하, 도 7을 참조하여 구체적으로 살펴본다.

본 발명에 따른 역회전 교반장치와 이를 이용한 고강도 심층혼합처리 및 가설흙막이 벽체 형성공법은 관입 단계(S10), 공급 단계(S20), 교반 및 다짐 단계(S30)를 포함하는 것으로, 먼저 관입 단계(S10)에서는 상기 역회전 교반장치의 하단에 구성되는 굴삭비트로 연약지반을 천공하여 가이드비트(30)가 구비된 교반장치를 관입하게 된다.

이후, 공급 단계(S20)에서는 전술하였던 본 발명에 따른 가이드비트(30)가 구비된 교반장치를 인발하면서 굴착부(20)의 하단에 구성되는 분사구(22)를 통해 연약지반의 토사에 친환경 고화제를 공급하게 된다.

그런 다음, 교반 및 다짐 단계(S30)에서는 가이드비트(30)가 회전함에 따라 압밀날개(34)에 의해 천공벽이 견고히 다져지며, 교반날개(32)에 의해 연약지반의 토사와 친환경 고화제를 교반시키게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10 : 롯드부 20 : 굴착부
21 : 굴착비트 22 : 분사구
30 : 가이드비트 31 : 본체
32 : 교반날개 34 : 압밀날개

Claims (6)

1. 내측에 형성된 통로를 통해 에어 및 친환경 고화제를 하단으로 전달하도록 구성되는 롯드부;
   상기 롯드부의 하단에 구성되며 상기 롯드부의 통로를 통해 전달된 친환경 고화제를 지반에 분사하는 분사구와 지반을 천공하는 굴착비트를 포함하여 구성되는 굴착부; 및
   상기 롯드부의 외면에 하나 이상 구성되어 롯드부의 회전에 연동하도록 구성되는 가이드비트;를 포함하고,
   상기 가이드비트는,
   상기 롯드부 외면에서 롯드부의 길이방향에 수직하게 횡측으로 소정길이만큼 연장되는 본체와, 상기 본체의 상하면에 각각 하나 이상 구성되는 교반날개 및 상기 본체의 끝단에 구성되는 압밀날개를 포함하되,
   상기 압밀날개는,
   상기 롯드부의 중심과의 거리인 직경이 상기 굴착부의 굴착비트 직경보다 크게 구성되어 굴착부를 따라 하강하고 굴착부에 의해 형성되는 천공홀을 확장시키면서 천공벽을 압밀하며, 수직부와 경사부가 서로 절곡된 형태로 연결되고,
   상기 수직부는 그 길이 방향이 상기 롯드부와 평행 배치되며, 상기 경사부는 상기 수직부의 하단에서 그 끝단이 상기 롯드부를 향하여 소정의 경사각 θ1을 갖도록 연장되며,
   그 단면이 3각형 형태로 3각형 단면에서 예각을 형성하는 일 모서리인 압밀날은 상기 롯드부의 회전에 의해 본체가 진행하는 방향을 향하도록 구성되면서, 압밀날개의 3각형을 이루는 면 중 상기 압밀날에 인접하는 면으로 상기 롯드부의 대향측에 위치하는 압밀면은 그 선단인 상기 압밀날로부터 후단측으로 갈수록 외측으로 돌출하도록 소정의 경사각 θ2를 갖는 것을 특징으로 하는 가이드비트가 구비된 교반장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 경사각 θ1은 20° 내지 25°인 것을 특징으로 하는 가이드비트가 구비된 교반장치.
   
5. 삭제
6. 제 1항 또는 제 4항 중 어느 한 항의 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용하여 연약지반에 관입하는 관입 단계;
   상기 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용하여 지중에 친환경 고화제를 공급하는 공급 단계; 및
   상기 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용하여 토사와 친환경 고화제를 교반 혼합하고 천공벽을 다지는 교반 및 다짐 단계;를 포함하여 이뤄지는 가이드비트가 구비된 교반장치를 이용한 고강도 연속벽체 형성 및 심층혼합처리 공법.

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