KR102233686B1

KR102233686B1 - 다단그라우팅 장치 및 이를 이용한 지중 그라우팅 시공방법

Info

Publication number: KR102233686B1
Application number: KR1020200100562A
Authority: KR
Inventors: 오상봉
Original assignee: 오상봉
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2021-03-30

Abstract

본 발명은 터널 등의 지하구조물을 시공하거나 도심지의 건축현장에서 지하건축물을 건축하고자 할 때, 그 지중을 그라우팅하는 것과 관련되는 것으로서, 이를 위한 그라우팅 장치는 내부가 비어있고 선단면이 폐쇄단면으로 이루어진 그라우팅강관과, 상기 그라우팅강관의 내부에 설치되어 격실을 형성시키는 내부패커와, 상기 그라우팅강관의 외부에 설치되어 천공홀의 입구를 폐쇄시키는 외부패커와, 상기 그라우팅강관의 내부에 설치되어 내부패커와 격실에 그라우트재를 공급하는 주입관 및, 상기 그라우팅강관의 내부에 설치되어 천공홀 내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하는 공기배출관으로 이루어지고, 상기 그라우팅강관은, 둘레면에는 격실과 연통할 수 있는 분사구가 구비되고, 선단면에 내부와 연통하는 회수구가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

다단그라우팅 장치 및 이를 이용한 지중 그라우팅 시공방법{MULTI-STEP GROUTING DEVICE AND UNDERGROUND GROUTING CONSTRUCTION METHOD USING IT}

본 발명은 터널 등의 지하구조물을 시공하거나 도심지의 건축현장에서 지하건축물을 건축하고자 할 때, 그 공사현장의 지반이 변위하는 것을 방지하거나 연속벽구조를 가지게 하여 차수효과를 가질 수 있도록 함으로써 지하구조물의 구조적 안정성을 확보하고 인접 건축물의 손상을 방지할 수 있도록 지중을 그라우팅시키는 장치 및 이를 이용한 지중 그라우팅 시공방법에 관한 것이다.

터널 등과 같은 지하 구조물은 토지 이용률의 향상, 교통 문제의 해결 및 도시 미관의 향상 등에 효과적인 반면, 주변 지반에 영향을 줄 수 있고 지반에 견고하게 지지되지 않는 경우 구조적인 문제가 발생할 수 있다.

지하 구조물을 시공하면서 지반의 강도가 충분하지 않거나 지반 굴착에 따른 지반의 이완에 의해 주변 구조물에 영향을 미칠 수 있는 경우 등에는 지하 구조물 자체의 시공과 함께 지반을 보강해줄 필요가 있다.

지반을 보강하는 것에 관한 종래기술로는 예를 들어, 등록번호 제10-0807258호의 '다수개의 패커가 설치된 강관동시주입장치 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법'이 있다.

상기한 강관동시주입장치(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 굴착공(14)에 삽입되는 그라우팅강관(21)과, 상기 그라우팅강관(21)의 내부에 일정한 간격을 두고 한 쌍으로 설치되는 칸막이부재(42)와, 한 쌍의 칸막이부재(42)의 사이에 단부가 놓여지는 패커확장액주입관(44)과, 길이를 상호 다르게 하여 상기 칸막이부재(42)에 의해 구획된 각실에 단부가 놓여지는 그라우팅주입관(41)과, 그라우팅강관(21)의 외측에 설치되는 별도로 공기배출 및 주입확인관(26)과, 한 쌍의 칸막이부재(42)의 위치에 대응하여 그라우팅강관(21)의 외면에 일정한 간격으로 설치되는 다수 개의 패커(24)와, 그라우팅강관(21)에 형성된 패커확장주입공(27)으로 이루어지고, 상기 공기배출 및 주입확인관(26)에는 다수 개의 패커(24)에 의해 구획된 각 실의 위치에 대응하도록 다수 개의 공기 및 그라우팅액유입공(28)이 구비된다.

이러한 강관동시주입장치(20)를 이용한 그라우팅 시공방법은, 굴착공(14)에 강관동시주입장치를 삽입시키는 단계, 굴착공(14)의 입구와 강관동시주입장치(20)의 입구를 코킹으로 밀폐시키는 단계, 패커확장주입관(44)을 통해 패커(24) 내부에 급결주입재를 주입하여 그라우팅주입구간을 다수 개로 구획하는 단계, 다수 개의 그라우팅주입관(41)에 그라우팅액을 동시 주입하는 단계로 이루어진다.

상기한 종래기술은, 그라우팅주입구간을 다수 개의 구획된 공간으로 나누고, 각 구획된 공간마다 별도로 그라우팅주입관을 설치하여 이들을 통해 그라우팅액이 각 구획공간에 동시 주입되도록 한다는 점에서는 공기가 단축될 여지가 있다고 할 수 있다.

그러나 상기한 종래기술은 각 패커(24)와 이들 패커(24)에 의해 구획된 각 공간에 그라우팅액을 주입시키기 위한 각 주입관(패커확장주입관과 그라우팅주입관)을 별도로 구비시켜야 하기 때문에 설치되는 주입관의 수가 매우 많고(4개의 구획공간을 위하여 7개의 주입관이 사용됨), 굴착공(14)의 입구 등을 코킹으로 밀폐시킴에 따라, 공정의 추가 및 코킹의 경화시간으로 공기가 오히려 늘어질 수 있다.

더욱이 공기배출 및 주입확인관(26)에는 다수 개의 패커(24)에 의해 구획된 각 실의 위치에 대응하도록 다수 개의 공기 및 그라우팅액유입공(28)이 구비되어 있기 때문에, 도 1에서와 같이 굴착공(14)이 경사진 경우 하부에 위치한 공기 및 그라우팅액유입공(28)을 통해 유입된 그라우팅액에 의해 내부가 쉽게 폐쇄될 수 있는 바, 그 상부의 구획공간 내부의 공기가 배출되지 못하여 그라우팅 작업이 효율적으로 이루어지지 않거나 완료후에도 지중에 공극이 형성되어 지반 보강의 효과가 감소되는 문제점이 있다.

아울러 그라우팅강관(21)의 외부에 설치되는 공기배출 및 주입확인관(26)은 굴착공(14) 내부에 강관동시주입장치(20)의 원활한 삽입을 방해할 뿐 아니라, 그이 삽입 과정 중에 굴착공(14)의 내벽면에 부딪쳐 파손될 우려가 있다.

또한 폐쇄된 단면의 그라우팅강관(21) 내부에 칸막이부재(42)를 밀착 고정시키는 것 역시 쉽지 아니하여 강관동시주입장치(20)의 제작 자체가 쉽지 않다.

KR

10-0807258

B1

KR

10-1633082

B1

본 발명은 종래기술의 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그라우팅 작업구간을 다수 개로 구획하여 밀실한 그라우팅 작업을 진행할 수 있도록 하면서도, 그라우팅강관에 설치되는 주입관의 수를 최소화시키고, 별도의 코킹 내지 실링작업을 필요로 하지 않는 등 공정수를 최소화시키며, 그라우팅 작업의 과정 중에 천공홀 내부의 공기가 완벽하게 외부로 배출될 수 있어 고품질의 그라우팅 작업이 이루어질 수 있도록 하는 다단그라우팅 장치 및 이를 이용한 지중 그라우팅 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 의하면, 지반을 보강하기 위하여 지중에 천공홀을 형성시키고 그 내부를 그라우팅시키기 위한 장치로서, 내부가 비어있고 선단면이 폐쇄단면으로 이루어진 그라우팅강관과, 상기 그라우팅강관의 내부에 설치되어 격실을 형성시키는 내부패커와, 상기 그라우팅강관의 외부에 설치되어 천공홀의 입구를 폐쇄시키는 외부패커와, 상기 그라우팅강관의 내부에 설치되어 내부패커와 격실에 그라우트재를 공급하는 주입관 및, 상기 그라우팅강관의 내부에 설치되어 천공홀 내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하는 공기배출관으로 이루어지고, 상기 그라우팅강관은, 둘레면에는 격실과 연통할 수 있는 분사구가 구비되고, 선단면에 내부와 연통하는 회수구가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다단그라우팅 장치가 제공된다.

또한 상기 내부패커는 제1 내지 4내부패커의 4개로 구성시키고, 상기 주입관은 제1 내지 3주입관의 3개로 구성시킬 수 있으며, 제1주입관에는 제1내패커주입구와 제1공급구를 순차 구비시키고, 제2주입관에는 제2내패커주입구와 제2공급구를 순차 구비시키며, 제3주입관에는 제3내패커주입구와 제3공급구 및 제4내패커주입구를 순차 구비시킬 수 있다.

또한 공기배출관의 선단에는 흡기구를 구비시킬 수 있다.

또한 제1공급구에는 제1공급압력밸브를 설치하고, 제2공급구에는 제2공급압력밸브를 설치하며, 제3공급구에는 제3공급압력밸브를 설치하고, 각 분사구에는 개방압력이 상기 제1 내지 3공급압력밸브보다 큰 분사압력밸브을 설치할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기한 다단그라우팅 장치를 이용한 것으로서, a) 지중에 천공홀을 형성시키고, 상기 천공홀에 상기 다단그라우팅 장치를 삽입시키는 단계;, b) 제1내패커주입구를 통해 제1내부패커의 팽창이 완료된 후 제1공급구를 통해 제1격실이 충진되고, 제1격실의 충진과 외패커주입구를 통한 외부패커의 팽창이 모두 완료된 후 제1격실과 연통한 분사구를 통해 그라우팅강관과 천공홀 사이로 그라우트재가 분사되도록 제1주입관에 그라우트재를 가압 주입시키는 단계; c) 제2내패커주입구를 통해 제2내부패커의 팽창이 완료되어 밀폐된 제1격실이 형성된 후, 제2공급구를 통해 그라우팅강관 내부의 나머지 부분에 대한 충진이 시작되며, 그라우팅강관의 내부에 대한 충진이 완료되면, 공기배출관을 통해 그라우트재가 외부로 흘러나오도록 제2주입관에 그라우트재를 가압 주입시키는 단계; d) 공기배출관을 통해 그라우트재가 외부로 흘러나오면 상기 공기배출관을 폐쇄시키고, 제3내부패커와 제4내부패커가 동시에 팽창하여 제2격실과 제3격실 및 선단격실이 형성된 후, 제3공급압력밸브와 제3격실에 위치한 분사구의 분사압력밸브가 순차로 개방되도록 제3주입관에 그라우트재를 가압 주입시키는 단계; e) 선단격실에 위치한 분사구의 분사압력밸브가 개방되도록 공기배출관에 그라우트재를 가압 주입시키는 단계;가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 지중 그라우팅 시공방법이 제공된다.

이때 상기 c)단계의 제2주입관에 대한 그라우트재의 가압 주입은, 적어도 b)단계의 진행 중 제1공급압력밸브가 개방되는 시점까지의 그 이전에 시작되게 할 수 있다.

본 발명은 그라우팅강관의 내부와 외부의 모든 공간에 대하여 동시에 천공홀의 상단을 향해 그라우트재를 순차로 충진해 나감으로써 그라우팅강관과 천공홀 내의 모든 공기를 그라우팅강관의 선단쪽으로 밀어 올린 후 공기배출관으로 배출시키는 바, 완벽한 공기배출이 이루어져 그라우트재 내부에 공극발생이 없는 고품질의 그라우팅 시공이 이루어진다.

또한 본 발명은 그라우팅강관 내부에 다단 격실을 형성시키고, 각 개별 주입관을 통해 구간별로 그라우트재를 가압 주입함으로써, 그라우트재의 밀실한 충진과 작업의 신속성이 도모되고, 내부패커와 외부패커의 팽창 및 격실에 대한 그라우트재의 충진이 유기적인 관계속에서 자동적으로 이루어지므로 작업이 매우 단순해진다.

또한 본 발명은 상기와 같이 다수 개의 그라우팅 구간을 독립적으로 주입시켜 시공성을 향상시키고 그라우트재의 가압 주입을 위한 동력수단에 과부하가 발생하지 않도록 하면서도, 주입관의 개수를 최소화시킬 수 있어 경제적인 시공을 가능하게 한다.

도 1은 종래기술에 의한 그라우팅 시공방법에 관한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 다단그라우팅 장치의 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 지중 그라우팅 시공방법 중 천공홀의 형성 및 다단그라우팅 장치를 삽입시킨 단계의 단면도이다.
도 4 내지 6은 본 발명의 지중 그라우팅 시공방법 중 제1주입관에 그라우트재를 주입시킴에 따른 다단그라우팅 장치의 작동관계에 관한 각 단면도이다.
도 7, 8은 본 발명의 지중 그라우팅 시공방법 중 제2주입관에 그라우트재를 주입시킴에 따른 다단그라우팅 장치의 작동관계에 관한 각 단면도이다.
도 9, 10은 본 발명의 지중 그라우팅 시공방법 중 제3주입관에 그라우트재를 주입시킴에 따른 다단그라우팅 장치의 작동관계에 관한 각 단면도이다.
도 11은 본 발명의 지중 그라우팅 시공방법 중 공기배출관에 그라우트재를 주입시킴에 따른 다단그라우팅 장치의 작동관계에 관한 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관한 설명을 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 다단그라우팅 장치의 내부를 절개하여 도시한 것이다.

지반을 보강하기 위하여 지중에 천공홀(H)을 형성시키고 상기 천공홀(H)에 삽입시켜 천공홀(H)의 내부 및 내벽면의 틈새를 그라우팅시키기 위한 본 발명의 다단그라우팅 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부가 빈 그라우팅강관(100)과 그의 빈 내부에 설치되는 내부패커와, 주입관과, 공기배출관(170) 및, 그라우팅강관(100)의 외부에 설치되는 외부패커(130)로 이루어진다.

그라우팅강관(100)은 천공홀(H)의 내부 및 내벽면의 틈새가 그라우팅될 수 있도록 그라우트재(G)를 가압 분사시키는 것으로서, 그의 둘레면(110)에는 그라우트재(G)를 외부로 분사시키기 위한 분사구(112)가 구비된다.

아울러 그라우팅강관(100)은 선단면(120), 즉 천공홀(H)의 가장 안쪽에 위치하게 되는 쪽 단부면은 폐쇄단면으로 이루어지며, 그 선단면(120)에는 회수구(121)가 구비된다.

내부패커는 상기 그라우팅강관(100)의 빈 내부공간을 다수 개의 격실로 구획함으로써 각 격실단위로 그라우팅이 이루어지는 다단그라우팅에 의해 밀실한 시공이 이루어지게 한다.

이러한 내부패커는 다수 개로 구성되나, 천공홀(H)의 길이는 통상적으로 10~15m정도인 바, 제1 내지 4내부패커(210,220,230,240)의 4개로 구성시켜 단시간내에 그라우팅이 완료되도록 함으로써, 그라우트재(G)의 충진작업이 길어져 일부분이 먼저 경화됨으로써 지속적인 그라우팅 작업에 지장이 생기는 문제점이 발생하지 않도록 하고, 그라우트재(G)를 주입시키기 위한 가압력이 지나치게 커지지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 제1,2내부패커(210,220) 사이에는 제1격실(310)이 형성되고, 제2,3내부패커(220,230) 사이에는 제2격실(320)이 형성되며, 제3,4내부패커(230,240) 사이에는 제3격실(330)이 형성된다. 그리고 제4내부패커(240)와 그라우팅강관(100)의 폐쇄단면인 선단면(120) 사이에는 선단격실(340)이 형성된다.

본 발명의 다단그라우팅 장치는 각 격실(310,320,330,340)의 충진 완료된 후 분사구(112)를 통해 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이가 그라우팅되도록 한다. 따라서 그라우팅강관(100)의 둘레면(110)에 구비되는 각 분사구(112)들은 격실(310,320,330,340)들과 연통하는 구조를 가진다.

상기한 내부패커와 격실에 그라우트재(G)를 공급하는 주입관은, 각 격실과 내부패커의 개수에 따라 다수 개가 설치된다.

따라서 상기한 실시예에서와 같이 제1 내지 3격실(310,320,330)과 선단격실(340)의 4개의 격실과 제1 내지 4내부패커(210,220,230,240)의 4개의 내부패커로 이루어진 경우, 제1 내지 3격실(310,320,330)에 대응하도록 제1 내지 3주입관(140,150,160)을 설치하고, 여기에 천공홀(H) 내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하는 공기배출관(170)으로 하여금 선단격실(340)에 대한 그라우트재(G)의 주입기능을 겸하게 한다.

제1주입관(140)은, 제1내부패커(210)와 외부패커(130)를 팽창시킴과 더불어 제1격실(310)을 충진시키고, 제1격실(310)이 위치한 부위를 중심으로 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 공간 및 틈새를 그라우팅시킬 수 있도록 그라우트재(G)를 공급한다.

이를 위하여 제1주입관(140)에는 제1내패커주입구(141)와 제1공급구(142)가 순차 구비된다. 보다 구체적으로 제1주입관(140) 중 제1내부패커(210)가 위치한 부위에 이와 연통하도록 제1내패커주입구(141)가 구비되고, 선단에 제1격실(310)에 연통하도록 제1공급구(142)가 구비된다. 이때 제1공급구(142)에 제1공급압력밸브(143)를 설치함으로써, 제1내부패커(210)의 팽창이 완료되면서 제1주입관(140)내의 압력이 높아지면 비로소 제1격실(310)에 대하여 제1공급구(142)에 의한 그라우트재(G)의 충진이 이루어지도록 한다.

제2주입관(150)은, 제2내부패커(220)를 팽창시킴과 더불어 제1격실(310)을 제외한 나머지의 그라우팅강관(100) 내부를 충진시키고, 제2격실(320)이 위치한 부위를 중심으로 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 공간 및 내벽의 틈새를 그라우팅시킬 수 있도록 그라우트재(G)를 공급한다.

이를 위하여 제2주입관(150)에는 제2내패커주입구(151)와 제2공급구(152)가 순차 구비되며, 구체적으로 제2주입관(150) 중 제2내부패커(220)가 위치한 부위에서 이와 연통하도록 제2내패커주입구(151)가 구비되고, 제1주입관(140)과 마찬가지로 선단에 제2공급구(152)를 구비시켜 제2격실(320)과 연통하도록 한다. 이때 제2공급구(152)에 제2공급압력밸브(153)를 설치하여, 제2내부패커(220)의 팽창이 완료되면서 제2주입관(150) 내의 압력이 높아지면 비로소 제2격실(320)에 대하여 제2공급구(152)에 의한 그라우트재(G)의 충진이 이루어지도록 한다는 점에서 제1주입관(140)과 유사하다.

제3주입관(160)은, 제3내부패커(230)와 제4내부패커(240)를 동시에 팽창시킴과 더불어, 제3격실(330)이 위치한 부위를 중심으로 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 공간 및 내벽의 틈새를 그라우팅시킬 수 있도록 그라우트재(G)를 공급한다.

이를 위하여 제3주입관(160)에는 제3내패커주입구(161)와 제3공급구(162) 및 제4내패커주입구(164)가 순차 구비되며, 구체적으로 제3주입관(160) 중 제3내부패커(230)가 위치한 부위에 이에 연통하도록 제3내패커주입구(161)가 구비되고, 제4내부패커(240)가 위치한 부위에 이에 연통하도록 제4내패커주입구(164)가 구비되며, 이들의 사이에 제3공급구(162)가 제3격실(330)에 연통하도록 구비된다.

제3주입관(160)의 경우는 제3,4내부패커(230,240)를 동시에 팽창시켜 제3격실(330)과 선단격실(340)이 구분되게 한다는 점에서 제1,2주입관(140,150)과 차이가 있다. 그러나 제3공급구(162)에도 제3공급압력밸브(163)를 설치하여 제3,4내부패커(230,240)의 팽창으로 제3주입관(160) 내의 압력이 높아짐으로써 제3공급구(162)가 개방된다는 점에서는 제1,2주입관(140,150)과 다르지 않다.

공기배출관(170)은 제1,2주입관(140,150)에 의한 그라우트재(G) 주입이 진행되는 과정 중에 천공홀(H) 내부에 존재하는 공기를 흡입하여 외부로 배출시키는 기능을 하는 것이나, 공기의 배출기능이 완료되면 역으로 그라우트재(G)를 주입시켜, 이들이 선단격실(340)을 경유하여 그 선단격실(340)이 위치한 부위를 중심으로 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이로 분사될 수 있도록 하는 주입관의 기능을 한다.

상기한 공기의 흡입과 선단격실(340)에 대한 그라우트재(G)의 공급을 위하여 상기 공기배출관(170)의 선단에는 흡기구(171)가 구비되어 선단격실(340)에 위치하게 된다.

한편, 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 공간 및 틈새에 대한 그라우팅은 각 격실(310,320,330,340)에 대한 충진이 완료된 다음 이루어진다. 예컨대 제1격실(310)에 대한 충진이 완료된 후 그 대응되는 위치의 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 공간에 대한 그라우팅이 이루어지고, 제2격실(320)에 대한 충진이 완료된 후 그 대응되는 위치의 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 공간에 대한 그라우팅이 이루어진다.

이를 위해 그라우팅강관(100)에 구비되는 각 분사구(112)에는 분사압력밸브(113)가 설치된다. 상기 분사압력밸브(113)는 당해 격실에 대한 충진이 완료되면서 계속적인 그라우트재(G)의 공급으로 인하여 그 내부의 압력이 커지면 분사구(112)를 개방시켜 그라우팅강관(100)의 외부로 그라우트재(G)가 분사되게 한다.

따라서 분사압력밸브(113)의 개방압력은 제1 내지 3공급압력밸브(143,153,163)의 개방압력보다 크게 구성되어야 한다.

아울러 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 공간에 대한 그라우팅은 천공홀(H)의 입구에서부터 선단까지 순차로 이루어진다. 이때 분사구(112)를 통해 분사된 그라우트재(G)가 천공홀(H)의 입구로 누출되지 않도록 이를 폐쇄시킬 필요가 있게 되는 바, 상술한 외부패커(130)는 제1주입관(140)을 통해 제1격실(310)에 공급된 그라우트재(G)가 그라우팅강관(100) 둘레에 구비된 외패커주입구(111)를 통해 충진되어 팽창됨으로써 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이를 밀폐시킨다. 이때 상기 외패커주입구(111)를 통한 그라우트재(G)의 외부패커(130) 충진은 분사구(112)가 개방되지 아니한 상태에서 이루어져야 하므로, 외부패커(130)의 내부와 제1격실(310)의 내부가 단순 연통되는 구조를 가져야 한다.

또한 상술한 바와 같이, 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 공간에 대한 그라우팅은 천공홀(H)의 입구에서부터 선단까지 순차로 이루어지는 바, 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 공간에 존재하였던 공기는 그라우트재(G)에 의해 밀려가 점차 천공홀(H)의 선단쪽으로 이동한다.

분사구(112)에서의 계속적인 그라우트재(G) 분사는 천공홀(H) 선단의 공기를 그라우팅강관(100)의 선단면(120)에 구비되어 회수구(121), 즉 그라우팅강관(100) 내부의 선단격실(340)과 연통된 회수구(121)를 통해 선단격실(340)로 모여지며, 이와 반대로 제2주입관(150)을 통해 충진되어 오는 압력에 의해 그라우팅강관(100) 내부에서 선단쪽으로 밀려 올라간 공기와 함께 다시 흡기구(171)를 통해 공기배출관(170)으로 유입되어 외부로 배출된다.

이때 제2주입관(150)을 통해 충진되어 오는 압력에 의해 그라우팅강관(100) 내부의 공기가 다시 회수구(121)를 통해 천공홀(H) 선단으로 다시 유입되지 않도록 할 필요가 있다. 따라서 상기 회수구(121)에는 그라우팅강관(100) 내부로만 유동이 가능하도록 하는 역밸브(122)가 추가로 설치될 수 있다.

도 3 내지 11은 지금까지 설명한 본 발명의 다단그라우팅 장치를 이용하여 지중을 그라우팅시키는 각 과정을 개념적으로 설명한 것이다.

본 발명의 지중 그라우팅 시공방법은, a) 천공홀(H)의 형성 및 그라우팅장치의 삽입단계, b) 제1주입관(140)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계, c) 제2주입관(150)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계, d) 제3주입관(160)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계, e) 공기배출관(170)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계로 구분될 수 있으나, 이들 각 단계는 순차 시작될 뿐 반드시 선행단계가 완료된 후 다음 단계가 진행되는 것은 아니다. 예컨대 c)단계가 진행되는 과정 중에도 b)단계가 계속 진행하게 되며, 마찬가지로 e)단계가 진행되는 중에도 b) 내지 d)단계도 함께 진행된다. 이에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

a) 천공홀(H)의 형성 및 그라우팅장치의 삽입단계;

먼저 보강하고자 하는 지반에 천공홀(H)을 형성한다. 천공홀(H)의 지름은 100 ~ 150mm 로 형성하고, 천공홀(H)의 길이는 10 ~ 15m 로 형성하는 것이 바람직하다.

천공홀(H)이 형성되면 도 3에 도시된 바와 같이 그 내부에 다단그라우팅 장치를 삽입한다. 다단그라우팅 장치의 그라우팅강관(100)과 천공홀(H)의 내면 사이의 간극은 전체적으로 유사 균일하도록 이들 사이에 스페이서(미도시)를 설치할 수도 있다.

b) 제1주입관(140)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계;

도 4 내지 6은 제1주입관(140)에 그라우트재(G)를 가압 주입시킴으로써 그라우팅 장치가 작동되는 각 과정을 설명한 것이다.

제1주입관(140)에 그라우트재(G)를 주입하면, 선단의 제1공급구(142)는 제1공급압력밸브(143)에 의해 폐쇄되어 있으므로, 상기 그라우트재(G)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1내패커주입구(141)를 통해 제1내부패커(210) 내부로만 유입된다. 이에 의해 제1내부패커(210)가 그라우팅강관(100)의 내면에 밀착될때까지 팽창하게 되고, 제1내부패커(210)의 팽창이 완료되면 제1주입관(140) 내부의 압력이 증가하여 제1공급압력밸브(143)를 개방시키게 된다. 이에 따라 그라우트재(G)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1공급구(142)를 통해 제1격실(310)로 유입되며, 이는 제1격실(310)과 함께 외부패커(130)을 동시에 충진시키게 된다. 외부패커(130)의 충진은 제1격실(310)와 외부패커(130) 내부가 연통하도록 그라우팅강관(100)에 구비된 외패커주입구(111)에 의한다.

이때 제1격실(310)의 범위 내에 구비되어 있는 분사구(112)에는 제1공급압력밸브(143)보다 높은 개방압력을 가지는 분사압력밸브(113)가 설치되어 있으므로, 제1격실(310)에 대한 충진과 외부패커(130)에 대한 팽창이 완료되기 까지는 그라우트재(G)가 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 공간으로 유입되지 않는다.

외부패커(130)의 팽창이 완료되면 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이는 폐쇄되면서 천공홀(H)의 입구가 차단된다. 따라서 별도의 실링이나 코킹작업을 할 필요가 없게 된다.

제1격실(310)의 충진과 외부패커(130)의 팽창이 모두 완료되면, 계속되는 제1격실(310) 내부로의 그라우트재(G) 유입은 제1격실(310) 내부의 압력을 상승시키고, 그에 따라 분사압력밸브(113)가 개방되면서 제1격실(310)로 유입되는 그라우트재(G)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1격실(310)과 연통한 분사구(112)를 통해 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이로 분사된다. 참고로 제2내부패커(220)의 팽창은 본 단계의 진행과정 중 시작되는 다음 단계에 의한 제2주입관(150)에 대한 그라우트재(G)를 주입에 의한다.

이와 같이 순차로 이루어지는 제1내부패커(210)의 팽창, 외부패커(130)의 팽창 및 제1격실(310) 충진, 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이의 충진은 제1주입관(140)에 대한 그라우트재(G)의 계속적인 주입을 통해 자동적으로 이루어진다. 아울러 본 단계에서의 제1주입관(140)에 대한 그라우트재(G)의 가압 주입은 본 시공이 완료될때까지 지속된다.

c) 제2주입관(150)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계;

도 7, 8은 제2주입관(150)에 그라우트재(G)를 가압 주입시킴으로써 그라우팅 장치가 작동되는 각 과정을 설명한 것이다.

본 단계는, 상기한 b)단계의 진행 과정 중에 시작되며, 바람직하게는 적어도 제1공급압력밸브(143)가 개방되는 시점까지의 그 이전에 시작된다.

제2주입관(150)에 그라우트재(G)를 주입하면, 선단의 제2공급구(152)는 제2공급압력밸브(153)에 의해 폐쇄되어 있으므로, 그라우트재(G)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제2내패커주입구(151)를 통해 먼저 제2내부패커(220) 내부로 유입된다.

이에 의해 제2내부패커(220)가 그라우팅강관(100)의 내면에 밀착될때까지 팽창하게 되어 제1격실(310)이 밀폐된 상태로 형성된다. 이에 따라 제1주입관(140)과 제1공급구(142)를 통해 제1격실(310)에 대한 충진이 완료되면 상술한 바와 같이 제1격실(310)에 위치한 분사압력밸브(113)들이 개방되면서 분사구(112)를 통해 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이로 그라우트재(G)가 주입된다.

다른 한편으로, 제2내부패커(220)의 팽창이 완료되면 제2주입관(150) 내부의 압력이 증가하여 제2공급압력밸브(153)를 개방시키게 된다. 이에 따라 그라우트재(G)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제2공급구(152)를 통해 그라우팅강관(100) 내부의 나머지 부분, 즉 향후 제2 내지 3격실(320,330)과 선단격실(340)로 구획될 부분으로 유입되어 충진이 시작된다.

이때 제2격실(320)을 밀폐시키기 위한 제3내부패커(230)가 팽창되지 아니한 상태이므로, 제2주입관(150)에 의한 그라우트재(G)의 계속적인 유입은 도 8에 도시된 바와 같이, 그라우팅강관(100) 내부 전체가 그라우트재(G)로 충진되게 하면서 그라우팅강관(100) 내부의 모든 공기가 공기배출관(170)을 통해 외부로 빠져나가게 하며 급기야 그라우팅강관(100) 내부에 그라우트재(G)가 상기 공기배출관(170)을 통해 외부로 흘러나오게 한다.

d) 제3주입관(160)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계;

도 9, 10은 제3주입관(160)에 그라우트재(G)를 가압 주입시킴으로써 그라우팅 장치가 작동되는 각 과정을 설명한 것이다.

상기와 같이 그라우트재(G)가 공기배출관(170)을 통해 외부로 흘러나오면, 공기배출관(170)을 폐쇄시키고, 제3주입관(160)에 그라우트재(G)를 가압 주입시킨다. 이때 제3공급압력밸브(163)에 의해 제3공급구(162)가 폐쇄된 상태이므로, 제3주입관(160)을 통해 공급되는 그라우트재(G)는 도 9에 도시된 바와 같이, 먼저 제3내부패커(230)와 제4내부패커(240)로 유입되어 이들을 동시 팽창시켜 제2격실(320)과 제3격실(330) 및 선단격실(340)이 형성되게 한 후, 제3공급압력밸브(163)를 개방시킨다.

이에 따라 제3주입관(160)에 주입된 그라우트재(G)는 도 10에 도시된 바와 같이, 제3공급구(162)를 통해 제3격실(330)로 진입하게 되고, 그에 따라 제3격실(330)에 압력이 증가하면서 제3격실(330)에 위치한 분사구(112)의 각 분사압력밸브(113)를 개방시킨다.

e) 공기배출관(170)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계;

도 11은 공기배출관(170)에 그라우트재(G)를 가압 주입시킴으로써 그라우팅 장치가 작동되는 과정을 설명한 것이다.

공기배출관(170)에 그라우트재(G)를 주입시키게 되면, 선단격실(340) 내부의 압력이 증가하면서, 선단격실(340)에 위치한 분사구(112)의 분사압력밸브(113)가 개방된다.

앞서 설명한 바와 같이, 공기배출관(170)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계가 진행되는 과정 중에도 먼저 시작되었던 제1 내지 3주입관(140,150,160)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계의 과정이 계속 진행된다.

이에 따라 제1 내지 3주입관과 공기배출관(170)을 통해 그라우팅강관(100) 내부로 유입되는 그라우트재(G)는 각 격실단위로 분사구(112)를 통해 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이를 충진한 후 천공홀(H) 내면의 무수한 틈새까지 메움함으로써, 매우 밀실한 그라우팅 작업이 짧은 시간내에 완료될 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

100; 그라우팅강관 110; 둘레면
111; 외패커주입구 112; 분사구
113; 분사압력밸브 120; 선단면
121; 회수구 122; 역밸브
130; 외부패커 140; 제1주입관
141; 제1내패커주입구 142; 제1공급구
143; 제1공급압력밸브 150; 제2주입관
151; 제2내패커주입구 152; 제2공급구
153; 제2공급압력밸브 160; 제3주입관
161; 제3내패커주입구 162; 제3공급구
163; 제3공급압력밸브 164; 제4내패커주입구
170; 공기배출관 171; 흡기구
210; 제1내부패커 220; 제2내부패커
230; 제3내부패커 240; 제4내부패커
310; 제1격실 320; 제2격실
330; 제3격실 340; 선단격실
G; 그라우트재 H; 천공홀

Claims

지반을 보강하기 위하여 지중에 천공홀(H)을 형성시키고 그 내부를 그라우팅시키기 위한 장치로서,
내부가 비어있고 선단면(120)이 폐쇄단면으로 이루어진 그라우팅강관(100)과,
상기 그라우팅강관(100)의 내부에 설치되어 격실을 형성시키는 내부패커와,
상기 그라우팅강관(100)의 외부에 설치되어 천공홀(H)의 입구를 폐쇄시키는 외부패커(130)와,
상기 그라우팅강관(100)의 내부에 설치되어 내부패커와 격실에 그라우트재(G)를 공급하는 주입관 및,
상기 그라우팅강관(100)의 내부에 설치되어 천공홀(H) 내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하는 공기배출관(170)으로 이루어지고,
상기 그라우팅강관(100)은, 둘레면(110)에는 격실과 연통할 수 있는 분사구(112)가 구비되고, 선단면(120)에 내부와 연통하는 회수구(121)가 구비되고,
상기 내부패커는 제1 내지 4내부패커(210,220,230,240)의 4개로 구성되어, 제1,2내부패커(210,220)에 의해 제1격실(310)이 형성되고, 제2,3내부패커(220,230)에 의해 제2격실(320)이 형성되며, 제3,4내부패커(230,240)에 의해 제3격실(330)이 형성되면서 제4내부패커(240)와 선단면(120) 사이에는 선단격실(340)이 형성되고,
상기 주입관은 제1 내지 3주입관(140,150,160)의 3개로 구성되어,
제1주입관(140)에는 제1내부패커(210)와 연통하는 제1내패커주입구(141)와 제1격실(310)과 연통하는 제1공급구(142)가 순차 구비되고,
제2주입관(150)에는 제2내부패커(220)와 연통하는 제2내패커주입구(151)와 제2격실(320)에 연통하는 제2공급구(152)가 순차 구비되며,
제3주입관(160)에는 제3내부패커(230)와 연통하는 제3내패커주입구(161)와 제3격실(330)에 연통하는 제3공급구(162) 및 제4내부패커(240)와 연통하는 제4내패커주입구(164)가 순차로 구비되고,
공기배출관(170)의 선단에는 흡기구(171)가 구비되어 선단격실(340)에 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단그라우팅 장치.
제1항에 있어서,
상기 회수구(121)에는 그라우팅강관(100)의 내부로만 유동이 가능하도록 역밸브(122)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다단그라우팅 장치.
삭제
제1항에 있어서,
제1공급구(142)에는 제1공급압력밸브(143)가 설치되고, 제2공급구(152)에는 제2공급압력밸브(153)가 설치되며, 제3공급구(162)에는 제3공급압력밸브(163)가 설치되고, 그라우팅강관(100)에 구비되는 각 분사구(112)에는 분사압력밸브(113)가 설치되되,
분사압력밸브(113)의 개방압력은 제1 내지 3공급압력밸브(143,153,163)의 개방압력보다 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 다단그라우팅 장치.
제4항에 의한 다단그라우팅 장치를 이용한 것으로서,
a) 지중에 천공홀(H)을 형성시키고, 상기 천공홀(H)에 상기 다단그라우팅 장치를 삽입시키는 단계;
b) 제1내패커주입구(141)를 통해 제1내부패커(210)의 팽창이 완료된 후 제1공급구(142)를 통해 제1격실(310)이 충진되고, 제1격실(310)의 충진과 외패커주입구(111)를 통한 외부패커(130)의 팽창이 모두 완료된 후 제1격실(310)과 연통한 분사구(112)를 통해 그라우팅강관(100)과 천공홀(H) 사이로 그라우트재(G)가 분사되도록 제1주입관(140)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계;
c) 제2내패커주입구(151)를 통해 제2내부패커(220)의 팽창이 완료되어 밀폐된 제1격실(310)이 형성된 후, 제2공급구(152)를 통해 그라우팅강관(100) 내부의 나머지 부분에 대한 충진이 시작되며, 그라우팅강관(100)의 내부에 대한 충진이 완료되면, 공기배출관(170)을 통해 그라우트재(G)가 외부로 흘러나오도록 제2주입관(150)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계;
d) 공기배출관(170)을 통해 그라우트재(G)가 외부로 흘러나오면 상기 공기배출관(170)을 폐쇄시키고, 제3내부패커(230)와 제4내부패커(240)가 동시에 팽창하여 제2격실(320)과 제3격실(330) 및 선단격실(340)이 형성된 후, 제3공급압력밸브(163)와 제3격실(330)에 위치한 분사구(112)의 분사압력밸브(113)가 순차로 개방되도록 제3주입관(160)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계;
e) 선단격실(340)에 위치한 분사구(112)의 분사압력밸브(113)가 개방되도록 공기배출관(170)에 그라우트재(G)를 가압 주입시키는 단계;가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 지중 그라우팅 시공방법.
제5항에 있어서,
상기 c)단계의 제2주입관(150)에 대한 그라우트재(G)의 가압 주입은, 적어도 b)단계의 진행 중 제1공급압력밸브(143)가 개방되는 시점까지의 그 이전에 시작되는 것을 특징으로 하는 지중 그라우팅 시공방법.