KR102350067B1

KR102350067B1 - 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법

Info

Publication number: KR102350067B1
Application number: KR1020200054385A
Authority: KR
Inventors: 정문교; 정형석; 이정규; 김민국; 정대섭
Original assignee: 한미지오텍건설 주식회사; 정문교
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2022-01-11
Also published as: KR20210136322A

Abstract

1단계로 깊은 심도를 복원하고 2단계로 얕은 심도를 복원할 수 있는 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법이 개시된다. 본 발명에 의한 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법은 제 1 주입재를 제 1 심도 위치에 압입하여 균일한 고결체를 형성함으로써 지지 말뚝을 형성하는 보강 단계; ?? 상기 보강 단계에서 형성된 상기 지지 말뚝 상부와 지표면 사이에 제 2 주입재를 주입하여 상기 지지 말뚝보다 넓은 범위의 보강체를 형성하여 복원하는 복원 단계;를 포함할 수 있다.

Description

연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법 {Ground subsidence prevention and restoration method for structures with deep soft layers}

본 발명은 1단계로 깊은 심도를 복원하고 2단계로 얕은 심도를 복원할 수 있는 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법에 관한 것이다.

일반적으로, 현재 구조물 지반침하로 인한 복원을 목적으로 하는 그라우팅 공사의 주입방식으로는 구조물 전체에 균등한 간격으로 다수의 주입관을 설치하고 동시 또는 순차적으로 구조물을 복원하고 있다.

그러나, 이러한 복원공법을 위한 그라우팅 주입 시 지지층이 얕은 심도(3m이내)에 있을 경우 복원공법 적용이 가능하나, 그 이상의 심도에 지지층이 있을 경우 복원공법 적용이 어렵다.

등록특허 10-1764664

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구조물 하부의 심도에 1차로 지지 말뚝을 형성하고 그 상부에 2차로 보강체를 형성하도록 함으로써 지반침하와 복원을 동시에 진행할 수 있는 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 제 1 주입재를 제 1 심도 위치에 압입하여 균일한 고결체를 형성함으로써 지지 말뚝을 형성하는 보강 단계; 및 상기 보강 단계에서 형성된 상기 지지 말뚝 상부와 지표면 사이에 제 2 주입재를 주입하여 상기 지지 말뚝보다 넓은 범위의 보강체를 형성하여 복원하는 복원 단계;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제 1 주입재는 시멘트, 석분, 세립토, 그리고 물을 포함할 수 있다.

이때, 상기 석분과 상기 세립토는 상기 제 1 주입재 1m³ 당 각각 0.5m³ 이하일 수 있다.

이때, 상기 보강 단계는 상기 지지 말뚝을 형성하기 위하여 제 1 주입재를 1차로 주입하여 하부 고결체를 생성하고, 그 상부에 다시 제 1 주입재를 2차로 주입하여 상부 고결체를 생성함으로써 상기 하부 고결체와 상부 고결체가 지지 말뚝을 이룰 수 있다.

이때, 상기 제 1 주입재가 1차로 주입되는 위치와 2차로 주입되는 높이차는 30 - 40cm일 수 있다.

이때, 상기 보강 단계는 복수개의 공을 천공하고 반복할 수 있다.

이때, 상기 보강 단계는 상기 지지 말뚝을 형성하기 위하여 제 1 주입재를 1차로 주입하여 하부 고결체를 생성한 다음, 상기 제 1 주입재의 주입공을 중심으로 방사형으로 복수개의 연결용 부재를 상부 고결체가 형성될 심도까지 박아 연결하고 상기 제 1 주입재를 2차로 주입하여 상부 고결체를 형성할 수 있다.

이때, 상기 복원 단계는 제 2 주입재를 주입하기 전에, 제 2 주입재의 주입공을 중심으로 방사형으로 복수개의 연결용 부재를 상기 지지 말뚝까지 박아 연결할 수 있다.

이때, 상기 복수개의 연결용 부재는 수직선에 대하여 일정각도 기울어지도록 박히고, 상단보다 하단이 상기 주입공에 가깝게 위치하도록 기울어질 수 있다.

이때, 상기 복수개의 연결용 부재는 겹치는 절개면이 형성된 파이프 형태로 이루어지고, 직경이 확대되는 방향으로 재질 탄성력을 가지며, 상기 지지 말뚝까지 천공홀을 형성한 다음, 상기 천공홀보다 내경이 작은 삽입용 링에 상기 연결용 부재를 통과시켜 상기 천공홀에 삽입한 다음 삽입용 링을 제거하여 재질 탄성력에 의해 상기 연결용 부재가 상기 천공홀 내벽에 압박하면서 밀착된 상태에서 그라우팅재를 내부에 공급할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 최대한 비유동성의 주입재료를 지반 내부에 압입하여 균일한 고결체를 형성하여, 느슨한 분변의 지반을 압축 강화시켜 지지 말뚝을 형성하고, 지반의 지내력을 확보시킬 수 있다.

(2) 본 발명은 얕은 심도의 복원공법이라 하더라도 추가적인 침하를 방지하고, 구조물 전체의 영구적인 침하방지를 목적으로 정밀한 복원효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법의 작업 순서에 따른 모식도이다.
도 2는 본 발명에 의한 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법의 일부 구성요소인 보강단계의 작업 순서에 따른 모식도이다.
도 3은 본 발명에 의한 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법의 일부 구성요소인 복원단계의 작업 순서에 따른 모식도이다.
도 4는 본 발명에 의한 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법의 일례를 보여주는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 연착층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법에 일례를 보여주는 모식도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법을 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 의한 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법은, 도 1 내지 도 5를 참고하면, 보강 단계(S10)와 복원단계(S20)를 포함한다.

상기 보강 단계(S10)는, 도 1 내지 도 5를 참고하면, 제 1 주입재(10)를 제 1 심도 위치에 압입하여 균일한 고결체를 형성함으로써 지지 말뚝(1)을 형성할 수 있다.

이때, 상기 제 1 주입재(10)는 시멘트, 석분, 세립토, 그리고 물을 포함할 수 있다.

이때, 상기 제 1 주입재(1m³당)의 표준 배합비의 일례는 아래의 표 1과 같을 수 있다.

시멘트	석분(10mm이하)	세립토	물
280kg	0.5m³	0.5m³	0.2m³

위 배합은 권고사항으로서, 현장 시공 시 지질 상태 및 주입 특성에 따라 조정할 수 있으며, 물은 골재이 함수정도에 따라 조정하여 목표 슬럼프치(5cm이내)를 만족하여야 한다.이때, 상기 석분과 상기 세립토는 상기 제 1 주입재 1m³ 당 각각 0.5m³ 이하일 수 있다.

이때, 상기 보강 단계(S10)는 상기 지지 말뚝(1)을 형성하기 위하여 제 1 주입재(10)를 1차로 주입하여 하부 고결체(1a)를 생성하고, 그 상부에 다시 제 1 주입재를 2차로 주입하여 상부 고결체(1b)를 생성함으로써 상기 하부 고결체(1a)와 상부 고결체(1b)가 지지 말뚝(1)을 이룰 수 있다.

상기 복원 단계(S20)는, 도 1 내지 도 4를 참고하면, 상기 보강 단계(S10)에서 형성된 상기 지지 말뚝(1) 상부와 지표면 사이에 제 2 주입재를 주입하여 상기 지지 말뚝(1)보다 넓은 범위의 보강체(2)를 형성하여 복원할 수 있다.

이때, 상기 보강 단계(S10)는 복수개의 공을 천공하고 반복할 수 있다.

이때, 도 5를 참고하면, 상기 보강 단계(S10)는 상기 지지 말뚝(1)을 형성하기 위하여 제 1 주입재를 1차로 주입하여 하부 고결체를 생성한 다음, 상기 제 1 주입재의 주입공을 중심으로 방사형으로 복수개의 연결용 부재(90)를 상부 고결체가 형성될 심도까지 박아 연결하고 상기 제 1 주입재를 2차로 주입하여 상부 고결체를 형성할 수 있다.

본 발명에 의한 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법의 시공순서는, 도 1을 참고하면, 장비셋팅 및 플렌트 설치, 천공위치 선정 및 천공, 주입재 반입 및 주입재의 배합, 주입 및 인발 작업 반복, 그리고 중입완료, 그 후, 다음 공으로 이동하는 방식으로 이루어진다.

이러한 시공순서에 따른 설비 시스템은, 천공장비로서, 천공기, 수조, 양수기, 기타 천공장비 등이 사용된다. 이때 주입장비로는 주입 플랜트, 주입 펌프, 주입관, 인발장비, 그리고 압력계 등이 사용되고, 기타 부대 장비로는 발전기와 콤프레셔 등이 사용될 수 있다.

이때, 작업순서는 기존 구조물 보강의 경우에는, 시공위치 확인작업, 계획심도까지 천공작업, 선단층부터 주입작업(단, 정량주입원칙), 무수축몰탈 충진작업, 그리고 다음 공 이동하여 반복작업 순서로 이루어진다.

이때, 신설 구조물 보강의 경우에는, 시공위치 확인작업, 계획심도까지 천공작업, 선단층부터 주입작업, 15일 이상 경화 후 터파기 및 두부정리, 그리고 버림콘크리트 타설 및 구조물 축조의 순서로 이루어진다.

도 1을 참고하면, 먼저 주입재료인 제 1 주입재(10)를 준비한다. 주입재료는 상술한 바와 같이 시멘트, 세립토, 골재 등을 준비한다. 그 다음 특수주입플랜트(20)에 준비한 주입재를 공급한다 특수주입플랜트는 차량탑재형(30)을 쓸 수도 있을 것이다. 플랜트에서 혼합된 주입재는 현장에서 발전기(41)에 의해 작동하는 특수주입펌프(40)로 공급되고 고압주입호스(50)를 통하여 주입된다. 이때 그 전에 천고드릴과 천공비트를 구비한 천공장비(80)에 의해 지반에 천공홀(81)을 뚫게 된다. 그 후, 주입구에 주입관(70)과 리프트장비(60)를 설치하고, 주입관(70)과 고압주입호스(50)를 연결한 다음 지지 말뚝(1)인 구근을 형성하는 보강 단계(S10)를 진행한다. 물론 1차 주입 후, 리프트장비(60)에 의해 주입관(70)을 상승시켜 2차 주입하여 지지 말뚝(1)을 완성한다.

도 2를 참고하면, 보강 단계(S10)가 작업순서대로 도시되어 있다. 먼저 천공장비(80)를 이용하여 천공홀(81)을 뚫는다. 그 다음 천공홀(81)에 주입관(70)을 삽입하고 주입관(70)을 상승시킬 수 있도록 리프트장비(60)를 설치한다. 주입관(70)의 상단에 고압주입호스(50)를 연결하고 1차로 주입재를 공급한다(S11). 그 다음 주입관(70)을 일정 높이 상승시킨 다음 다시 주입재를 2차로 공급한다(S12). 그 결과 도시된 바와 같이 지지 말뚝(1)이 심도에 형성되어 지반 보강이 이루어진다.

도 3을 참고하면, 복원 단계(S20)가 작업순서대로 도시되어 있다. 우선 지반에 천공홀(81)을 형성하고, 케이싱(82)을 천공홀(81)에 삽입하고, 맨젯튜브(83)를 케이싱(82) 내부에 삽입한다. 맨젯튜브(83)가 설치 완료되면, 케이싱(82)을 인발한다. 주입 패커(84)를 맨젯튜브(83)에 설치하고 제 2 주입재를 주입한다. 물론 제 2 주입재는 제 1 주입재보다 유동성이 크기 때문에 좌우로 넓게 퍼지게 되어 표면을 복원하게 되는 것이다. 정량 주입이 완료되면 다음 공으로 이동하면서 반복 작업한다.

한편, 도 5를 참고하면, 다른 실시예가 도시되어 있다. 즉 상기 복원 단계(S20)는 제 2 주입재를 주입하기 전에, 제 1 주입재의 주입공을 중심으로 방사형으로 복수개의 연결용 부재(90)를 상기 지지 말뚝(1)까지 박아 연결할 수 있다.

이때, 상기 복수개의 연결용 부재(90)는 수직선에 대하여 일정각도 기울어지도록 박히고, 상단보다 하단이 상기 주입공에 가깝게 위치하도록 기울어질 수 있다.

이렇게 심재에 해당하는 상기 복수개의 연결용 부재(90)를 설치함으로써 지지 말뚝(1)이 더욱 지반을 지지할 수 있게 된다.

물론, 상기 복수개의 연결용 부재(90)는 제 1 주입재의 1차 주입 후, 2차 주입 전에 삽입할 수도 있고, 지지 말뚝을 형성한 다음 제 2 주입재를 주입 하기 전에 삽입할 수도 있음은 전술한 바와 같다.

한편, 도 6을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 전번 실시예의 연결용 부재(90')를 재질 탄성력에 의해 확관되는 파이프(91')를 적용한 것이다.

즉, 연결용 부재(90')는 겹치는 절개면이 형성된 파이프 형태로 이루어지고, 직경이 확대되는 방향으로 재질 탄성력을 가진다. 천공홀에 삽입 시 일부분이 겹치도록 되어 있고, 삽입 시, 연결용 부재(90')의 외경은 천공홀보다 작게 된다.

이때, 지지 말뚝까지 천공홀을 형성한 다음, 상기 천공홀보다 내경이 작고 외경은 천공홀보다 큰 삽입용 링(92')에 상기 연결용 부재(90')를 통과시켜 상기 천공홀에 삽입한 다음, 삽입용 링(92')을 제거하면 재질 탄성력에 의해 상기 연결용 부재(90')가 상기 천공홀 내벽에 압박하면서 밀착된다. 그 상태에서 그라우팅재를 연결용 부재(90') 내부에 공급하여 강도를 더욱 증가시키게 된다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1 : 지지 말뚝
2 : 보강체 10 : 제 1 주입재
20 : 플랜트 30 : 차량탑재형 플랜트
40 : 특수주입펌프 50 : 고압주입호스
60 : 리프트장비 70 : 주입관
80 : 천공장비 81 : 천공홀
82 : 케이싱 83 : 맨젯튜브
84 : 주입 패커 90, 90' : 연결용 부재

Claims

제 1 주입재를 제 1 심도 위치에 압입하여 균일한 고결체를 형성함으로써 지지 말뚝을 형성하는 보강 단계;
상기 보강 단계에서 형성된 상기 지지 말뚝 상부와 지표면 사이에 제 2 주입재를 주입하여 상기 지지 말뚝보다 넓은 범위의 보강체를 형성하여 복원하는 복원 단계;를 포함하고,
상기 보강 단계는 상기 지지 말뚝을 형성하기 위하여 제 1 주입재를 1차로 주입하여 하부 고결체를 생성하고, 그 상부에 다시 제 1 주입재를 2차로 주입하여 상부 고결체를 생성함으로써 상기 하부 고결체와 상부 고결체가 지지 말뚝을 이루며,
상기 보강 단계는 상기 지지 말뚝을 형성하기 위하여 제 1 주입재를 1차로 주입하여 하부 고결체를 생성한 다음, 상기 제 1 주입재의 주입공을 중심으로 방사형으로 복수개의 연결용 부재를 상부 고결체가 형성될 심도까지 박아 연결하고 상기 제 1 주입재를 2차로 주입하여 상부 고결체를 형성하는 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 주입재는 시멘트, 석분, 세립토, 그리고 물을 포함하는 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법.
제 2 항에 있어서,
상기 석분과 상기 세립토는 상기 제 1 주입재 1m³ 당 각각 0.5m³ 이하인 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 주입재가 1차로 주입되는 위치와 2차로 주입되는 높이차는 30 - 40cm인 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법.
제 5 항에 있어서,
상기 보강 단계는 복수개의 공을 천공하고 반복하는 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법.
삭제
제 1 주입재를 제 1 심도 위치에 압입하여 균일한 고결체를 형성함으로써 지지 말뚝을 형성하는 보강 단계;
상기 보강 단계에서 형성된 상기 지지 말뚝 상부와 지표면 사이에 제 2 주입재를 주입하여 상기 지지 말뚝보다 넓은 범위의 보강체를 형성하여 복원하는 복원 단계;를 포함하고,
상기 복원 단계는 제 2 주입재를 주입하기 전에, 제 2 주입재의 주입공을 중심으로 방사형으로 복수개의 연결용 부재를 상기 지지 말뚝까지 박아 연결하며,
상기 복수개의 연결용 부재는 수직선에 대하여 일정각도 기울어지도록 박히고, 상단보다 하단이 상기 주입공에 가깝게 위치하도록 기울어지며,
상기 복수개의 연결용 부재는 겹치는 절개면이 형성된 파이프 형태로 이루어지고, 직경이 확대되는 방향으로 재질 탄성력을 가지며,
상기 지지 말뚝까지 천공홀을 형성한 다음, 상기 천공홀보다 내경이 작은 삽입용 링에 상기 연결용 부재를 통과시켜 상기 천공홀에 삽입한 다음 삽입용 링을 제거하여 재질 탄성력에 의해 상기 연결용 부재가 상기 천공홀 내벽에 압박하면서 밀착된 상태에서 그라우팅재를 내부에 공급하는 연약층이 깊은 심도의 구조물 하부 지반침하 방지 및 복원공법.
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