KR102353761B1

KR102353761B1 - 저압 그라우팅 공법

Info

Publication number: KR102353761B1
Application number: KR1020210069778A
Authority: KR
Inventors: 김준수; 서동수; 정기창
Original assignee: 에코엔텍주식회사; 서동수; 정기창
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2022-01-21
Also published as: WO2022255544A1

Abstract

본 발명은 주입관에 형성되는 복수개의 주입홀 중에서 최하단의 주입홀을 통해 토출되는 그라우트재가 주입압의 분산에 의해 하향 대각방향으로 토출되면서 굴착공 외주면의 보강 효과가 저하되는 문제점을 방지할 수 있는 저압 그라우팅 공법을 개시한다.

Description

저압 그라우팅 공법{Low pressure grouting method}

본 발명은 굴착공 내부에 수직으로 설치되는 주입용 로드와, 상기 주입용 로드의 하단에 연통형성되며 외주면을 따라 상하 다단으로 복수의 주입홀이 배열형성되는 주입관을 포함하는 그라우트재 주입장치를 통해 상기 굴착공 내부에 그라우트재를 주입하여 연약 지반의 차수 및 보강하는 저압 그라우팅 공법에 있어서, 상기 주입관에 형성되는 복수개의 주입홀 중에서 최하단의 주입홀을 통해 토출되는 그라우트재가 주입압의 분산에 의해 하향 대각방향으로 토출되면서 굴착공 외주면의 보강 효과가 저하되는 문제점을 방지할 수 있도록, 바닥면이 막혀있고 상면은 개방형성되는 원통형태로서 상기 주입관의 하단부를 감싸는 형태로 결합되되 최하단의 주입홀과 연통되는 연통주입홀이 둘레를 따라 일정간격을 두고 복수개로 배열형성되는 결합부 및 상기 결합부의 하단에 수직방향으로 형성되며 상기 연통주입홀로부터 토출되는 그라우팅재가 수평 또는 상향 대각방향을 향하도록 가이드하는 가이드부로 이루어지는 하향토출방지캡;을 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 그라우팅 공법에 관한 것이다.

일반적으로 지반개량 또는 차수벽의 조성을 위한 종래 지중 주입재 주입 공법은 통상 지중에 소정 깊이의 굴착공을 형성하고, 그라우팅장치를 이용하여 주입재를 주입하는 방식으로, 이러한 그라우팅 장치는 굴착공 내부로 유입되어 설치되는 주입용 로드와, 상기 주입용 로드의 하단에 연통형성되며 외주면을 따라 상하 다단으로 복수의 주입홀이 형성되는 주입관이 마련되며, 상기 주입용 로드를 굴착공의 최하부로부터 상승시키면서 주입관의 주입홀을 통해 주입재를 주입하는 방식으로 그라우팅을 실시했다.

이러한 그라우팅 공법은 대상지반의 지내력을 증강 시키고, 투수 계수를 감소시켜 차수성을 향상시키는 효과가 있어 연약 지반의 보강 및 차수, 기초파일 형성, 연약지반 개량, 구조물 보강, 터널보강 및 차수용 등 다양한 용도로 널리 이용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 저압 그라우팅 공법에 이용되는 천공로드의 단면도이고, 도 2 및 3은 종래 기술에 따른 저압 그라우팅 공법의 문제점을 설명하기 위한 개략적인 예시도이다.

도 2와 같이 그라우트재는 주입관의 주입홀을 통해 측방으로 토출되어 천공된 주면의 연약층으로 주입되어야 한다.

만약, 주입관의 상부나 하부로 그라우트재가 새어 나가면 주면의 보강 효과는 당연히 떨어질 수 밖에 없다.

종래에는 상기 주입용 로드의 외주면 일측에 패커를 끼움결합하여 굴착공과 주입용 로드의 외주연 사이가 폐쇄되도록 하여 상기 주입홀을 통해 토출되는 그라우트재와 주입압이 주입관 상부의 굴착공을 통해 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있었다.

하지만, 도 3과 같이 상기 주입관의 하부에는 굴착공과 주입관의 외주면 사이를 폐쇄할 수 있는 패커가 마련되지 않아서 주입관의 최하단에 형성되는 주입홀을 통해 주입되는 그라우트재 및 주입압이 주입관의 하부로 빠져나가 천공 주면의 차수 및 보강효과를 저하시키는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허등록 제10-1095388호(시멘트 그라우팅에 의한 지반 개량 강화장치)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 굴착공 내부에 수직으로 설치되는 주입용 로드와, 상기 주입용 로드의 하단에 연통형성되며 외주면을 따라 상하 다단으로 복수의 주입홀이 배열형성되는 주입관을 포함하는 그라우트재 주입장치를 통해 상기 굴착공 내부에 그라우트재를 주입하여 연약 지반의 차수 및 보강하는 저압 그라우팅 공법에 있어서, 상기 주입관의 최하단에 형성되는 주입홀을 통해 주입되는 그라우트재 및 주입압이 주입관의 하부로 빠져나가 천공 주면의 차수 및 보강효과가 저하되는 문제점을 해결할 수 있는 저압 그라우팅 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 굴착공 내부에 수직으로 설치되는 주입용 로드와, 상기 주입용 로드의 하단에 연통형성되며 외주면을 따라 상하 다단으로 복수의 주입홀이 배열형성되는 주입관을 포함하는 그라우트재 주입장치를 통해 상기 굴착공 내부에 그라우트재를 주입하여 연약 지반의 차수 및 보강하는 저압 그라우팅 공법에 있어서, 바닥면이 막혀있고 상면은 개방형성되는 원통형태로서 상기 주입관의 하단부를 감싸는 형태로 결합되되 최하단의 주입홀과 연통되는 연통주입홀이 둘레를 따라 일정간격을 두고 복수개로 배열형성되는 결합부 및 상기 결합부의 하단에 수직방향으로 형성되며 상기 연통주입홀로부터 토출되는 그라우팅재가 수평 또는 상향 대각방향을 향하도록 가이드하는 가이드부로 이루어지는 하향토출방지캡;을 포함하며, 상기 그라우트재는, 시멘트 100중량부에 대하여 물 52.6~200중량부와, 분말 급결재 4.2~22.5중량부가 혼합되어 조성되는 A액과, 물 100중량부에 대하여 점도증진제 5.3~12.5중량부가 혼합되어 조성되는 B액을 포함하되, 상기 A액은 50kg/cm²이하 저압으로 주입되고, 상기 분말급결제는 소석회와 과소생석회를 혼합하여 조성되며, 상기 A액과 B액은 1.5shot 방식으로 주입되고, 상기 A액의 가사시간을 충분히 확보할 수 있도록 상기 분말급결제 100중량부에 대하여 수화지연제 0.5~3.0중량부가 첨가되되, 상기 수화지연제는 소듐 글루코네이트, 구연산, 주석산, 말리인산 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 혼합물이며, 상기 A액의 필요한 가사시간 이후에 상기 분말급결제의 급격한 성능 발휘를 위해 분말급결제 100중량부에 대하여 수화촉진제 0.5~3.0중량부가 첨가되되, 상기 수화촉진제는 리튬 카보네이트 미분말, 소듐 카보네이트, 소듐 설페이트 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 혼합물인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 가이드부는 평평한 바닥부 및 상기 바닥부의 테두리를 따라 상향 경사지게 형성되는 경사부를 포함하는 접시 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 상기 주입관의 하단에 결합되는 하향토출방지캡을 통해 주입관에 형성되는 복수개의 주입홀 중에서 최하단의 주입홀을 통해 토출되는 그라우트재를 수평 또는 상향 대각방향으로 안내함으로써 주입압이 하부로 빠지려는 것을 상향의 주입압으로 상쇄할 수 있으므로 주면으로의 주입이 보다 원활하게 이루어지면서 우수한 차수 및 보강효과를 기대할 수 있다.

특히, 본 발명은 상기 가이드부가 판상체 또는 반구형의 접시 형태로 이루어져 최하단의 주입홀을 통해 토출되는 그라우트재를 수평 또는 상향 대각방향으로 원활하게 가이드할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 점도증진제가 첨가되는 그라우트재는 수중불분리성이 지하수나 해수와 접촉되는 환경에서도 시멘트나 중금속 등의 용출이 일어나지 않으므로 환경오염 문제가 발생하지 않으며, 주입시에는 충전을 위한 충분한 유동성이 확보되지만, 주입이 완료된 시점에서는 외압이 해제되므로 유동성이 상실되어 주입재가 지반 내 균열이나 공동을 유실되는 등의 문제가 해결되어, 2차 주입 등과 같은 보완을 생략할 수 있다. 뿐만 아니라, 조기강도 확보 및 장기강도 안전화로 내구성이 뛰어나며 공기를 단축시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 소석회와 과소생석회가 혼합조성되는 분말급결제가 첨가되는 그라우트재는 초기 수화반응시 Ca(OH)₂의 농도을 높여 주어 초기강도 발현이 신속하게 이루어질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 그라우트재는 수화지연제가 더 첨가되어 시멘트 밀크의 반죽 후에 발생하는 급격한 유동성 손실에 의한 가사시간 확보의 어려움을 해결할 수 있고, 수화촉진제가 첨가되어 가사시간 이후에 분말급결제의 급격한 성능 발휘, 예를 들어 시멘트의 응결을 촉진시키고 수시간 강도의 발현을 증가시키기거나, 동절기 시공에 있어 응결시간을 확보하거나, 또는 초기 동결융해를 방지하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 저압 그라우팅 공법에 이용되는 천공로드의 단면도.
도 2 및 3은 종래 기술에 따른 저압 그라우팅 공법의 문제점을 설명하기 위한 개략적인 예시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저압 그라우팅 공법을 설명하기 위한 개략적인 예시도.
도 5 내지 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하향토출방지캡을 설명하기 위한 개략적인 예시도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용 한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수 의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려 는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 저압 그라우팅 공법에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명에서 저압 그라우팅 공법이라 함은 굴착공 내부에 수직으로 설치되는 주입용 로드와, 상기 주입용 로드의 하단에 연통형성되며 외주면을 따라 상하 다단으로 복수의 주입홀이 배열형성되는 주입관을 포함하는 그라우트재 주입장치를 통해 상기 굴착공 내부에 그라우트재를 주입하여 연약 지반의 차수 및 보강하는 통상의 공법을 말한다.

본 발명은 상기의 저압 그라우팅 공법에 있어서, 상기 주입관에 형성되는 복수개의 주입홀 중에서 최하단의 주입홀을 통해 토출되는 그라우트재가 주입압의 분산에 의해 하향 대각방향으로 토출되면서 굴착공 외주면의 보강 효과가 저하되는 문제점을 방지할 수 있도록 한 것을 기술적 특징으로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저압 그라우팅 공법을 도시한 개략적인 예시도이며, 도 5 내지 7은 본 발명의 실시예에 따른 하향토출방지캡을 도시한 개략적인 예시도로서, 본 발명은 상기 주입관의 하단부에 결합되는 하향토출방지캡(100)을 포함한다.

상기 하향토출방지캡(100)은 크게 결합부(110)와 가이드부(120)로 이루어진다.

상기 결합부(110)는 바닥면이 막혀있고 상면은 개방형성되는 원통형태로서 상기 주입관의 하단부를 감싸는 형태로 결합된다.

또한, 상기 결합부(110)는 최하단의 주입홀(21)과 연통되는 연통주입홀(111)이 둘레를 따라 일정간격을 두고 복수개로 배열형성된다.

여기에서, 상기 연통주입홀(111)은 주입관을 통해 주입된 그라우트재가 주입홀(21)을 거쳐 연통주입홀을 통과할 때 간섭에 의해 주입압력이 저하되지 않도록 주입홀(21)보다 넓은 단면적을 갖는 것이 좋다.

또한, 상기 결합부(110)는 주입관(20)의 하단부에 다양한 방법으로 결합될 수 있다.

예를 들어, 도 5 및 6과 같이 상기 주입관(20)의 하단부 외주면에는 소정길이의 나사산(22)이 형성되고, 상기 결합부(110)의 내주면에는 상기 주입관의 나사산에 대응하는 나사산(112)이 형성되어 상호 나사결합에 의해 착탈식으로 체결될 수 있다.

또는, 도 7과 같이 상기 주입관의 하단 일측에 볼트공(22)이 형성되고, 상기 결합부(110)의 일측에 상기 볼트공에 대응하는 볼트공(113)이 형성되어, 상기 주입관의 하단부가 결합부의 내측으로 삽입된 후 외측에서 상기 결합부의 볼트공(113)과 주입관의 볼트공(22)을 순차적으로 관통하도록 볼트(B)를 삽입하여 착탈식으로 체결될 수도 있다.

이때, 상기 볼트(B)가 임의로 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 상기 결합부(110)는 소정 두께로 형성되고 상기 결합부의 볼트공(113)은 내주면을 따라 나사산이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 결합부(110)는 용접결합을 통해 주입관(20)의 하단부에 결합될 수도 있다.

다음으로, 상기 가이드부(120)는 상기 결합부의 하단부로부터 수직방향으로 형성되며, 상기 연통주입홀(111)을 통해 토출되는 그라우팅재를 수평 또는 상향 대각방향으로 가이드한다.

예를 들어, 상기 가이드부(120)는 도 5와 같이 중앙부는 평평한 바닥부(121)로 이루어지고, 상기 바닥부의 테두리를 따라 상향 경사진 경사부(122)가 형성되는 접시 형태로 이루어질 수 있다.

여기에서, 상기 바닥부(121)는 그라우트재가 연약지반 측으로 적정거리만큼 이동되도록 소정 직경으로 형성될 수 있으며, 상기 경사부(122)는 호 형의 곡선 또는 상향 대각의 직선 형태로 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 연통주입홀(111)을 통해 토출되는 그라우트재는 상기 가이드부의 평평한 바닥부(121)를 따라 점차 외측으로 이동된 후 바닥부 테두리의 상향 경사진 경사부(122)를 통해 상향 대각방향으로 토출된다.

이와 같이, 최하단의 주입홀(21)을 통한 그라우트재가 상향 대각방향으로 안내되면 주입압이 하부로 빠지려는 것을 상향의 주입압으로 상쇄할 수 있으므로 목적하는 주면으로의 주입이 보다 원활하게 이루어져 우수한 차수 및 보강효과를 기대할 수 있다.

또한, 상기 가이드부(120)는 도 6 과 같이 납작한 판상형의 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 가이드부(120)는 연통주입홀(121)을 통한 그라우트재를 수평방향으로 안내할 수 있도록 충분한 직경으로 형성되는 것이 좋다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따라 상기 연약지반에 주입되는 그라우트재에 대하여 설명하면 다음과 같다.

종래의 연약지반 보강 및 차수를 위한 그라우트재는 주로 결합재를 물에 혼합한 A액과 물유리를 희석한 B액이 사용되어 왔다.

그런데 물유리를 사용한 기존의 그라우트재는 A액과 B액의 혼합 시 겔타임을 조절하고 겔특성을 확보할 수 있다는 이점이 있지만, 물유리 자체의 풀 효과(gluing effect)에 의해 시멘트와 반응하여 겔을 형성하고 시멘트 입자를 물유리가 피복하게 되어 장기적으로 시멘트의 수화반응을 방해하고 강도를 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 물유리를 사용하는 기존의 그라우트재는 시간이 경과할수록 물에 서서히 용해되어 그라우트재의 체적이 감소하게 되어 결과적으로 용탈현상을 초래하고, 겔을 형성하는 연결고리를 끊어지게 하여 압축강도 및 재료 불리로 인한 내구성을 저하시키게 됨으로써 차수효과가 저하되는 문제점을 초래하였으며, 이로 인해 장기적인 공사현장에서는 적용될 수 없다는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 물유리를 사용하는 기존의 그라우트재는 강 알칼리 제품으로 취급시 매우 조심해야 하며 작업자의 부주위로 인한 안전사고의 위험성이 매우 높은 문제점이 있으며, 시공시 오염수로 인한 주변 토사의 오염, 지하수 등에 유출시 지반의 환경오염 가능성이 매우 높다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 그라우트재는 시멘트와, 물과, 점도증진제가 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 한다.

시멘트는 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 포졸란 시멘트 또는 이들 시멘트를 미분쇄한 초미립자 시멘트 중 어느 하나 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 시멘트는 고화재로 대체될 수 있다. 여기에서, 상기 고화재는 유연탄 플라이애쉬 분말, 무연탄 플라이애쉬 분말, 슬래그 미분말, 천연 포졸란 분말, 석회석 미분말, 실리카흄, 실리카질 광물 미분말, 벤토나이트 중 어느 하나 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 조강성 고화재로서 칼슘염 분말 또는 황산염 분말을 포함할 수도 있다.

시멘트계 성분은 물과 반응하여 수화반응을 일으켜 칼슘실리케이트 수화물(CSH)과 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 같은 수화물을 생성하게 된다.

그리고 포졸란계의 고화재는 그라우트의 비중을 감소시켜 동일한 중량으로 큰 체적 공동의 충전 및 보강이 가능하게 하고, 굳지 않은 상태에서 그라우트의 블리딩을 저감시키는 효과가 있으며, 굳은 상태에서는 그라우트 경화체의 화학저항성과 내구성을 향상시키고 장기강도를 증가시키는 효과가 있다.

또한, 칼슘염 또는 황산염계의 조강성 고화재는 시멘트 밀크의 물분체비가 높을수록 첨가량이 비례하여 높아지는 것이 바람직한데, 이들은 시멘트계 밀크 그라우트 수용액 중의 수화물 및 수산화칼슘과 반응하여 침상형 결정구조인 에트링자이트(Ettringite)라 불리우는 규산칼슘수화물(3CaO·Al2O3·3CaSO4·3H2O)를 형성하는 과정에서 시멘트 밀크 중의 물을 다량 결합하여 시멘트 밀크 그라우트 중의 자유수를 줄여주는 효과를 발휘한다. 이에 시멘트 밀크 그라우트의 블리딩이 억제될 뿐만 아니라, 경화시에는 강도 발현성과 내구성을 증진시키는 효과가 있다.

한편, 이러한 그라우트재는 교반이나 가압 등의 외력이 존재하는 상태에서는 시멘트 입자가 수중에 균질하게 분포하는 유체 상태로 거동하나, 충전 작업 이후의 외력이 가해지지 않은 상태에서 정치하게 되면 유체인 물과 고체인 분체 입자가 분리하여 다량의 블리딩 수가 발생하거나 물이 차지하는 부분은 장기적으로 공극으로 존재하게 되어 지반 보강 및 차수 효과를 크게 저감시키는 문제점이 있으며, 충전 작업 중이나 이후에 지반에 틈이나 공극이 존재하는 경우 그 틈이나 공극 사이로 흘러나가 역시 지반 보강이나 차수 효과를 크게 저감시킨다는 문제점이 존재한다.

따라서, 연약지반을 개량하기 위한 시공에서 시멘트의 충전성을 확보하기 위하여 시멘트 밀크의 유동성을 증가시켜야 한다. 이에 본 발명에서는 그라우트재 제조시 시멘트, 물, 그리고 점도증진제를 혼합하여 조성한다.

상기 점도증진제는 가소성(可塑性)을 갖는 특징이 있다. 상기 그라우트재를 충전하는 중에는 작업에 필요한 그라우트재의 유동성이 충분히 확보되지만, 충전 후에 외력이 제거되면 순간적으로 유동성을 잃고 소성을 나타내어 지반의 균열을 통한 유실이 발생하지 않는 특성을 나타낸다.

또한, 본 발명에서 상기 점도증진제는 스타치, 메틸셀룰로오스, 폴리알킬렌옥사이드, 아라비아검 등의 증점제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상을 혼합물을 알칼리 환경 하에서 액체의 점성을 증가시키는 수분산 아크릴 폴리머에 용해한 수용액일 수 있다.

특히, 1.0 shot 방식의 지반 주입공법과 같이 별도의 급결재를 사용할 수 없는 환경 하에서는 수분산 아크릴 폴리머의 사용만으로는 지반주입재에 충분한 가소성을 부여하기 어려워 지반 내부에 공동이나 지하수 등이 존재하는 경우, 지반주입재가 공동으로 흐르거나 지하수에 유실되어 지반의 차수 및 보강의 성공적 시공이 어려우나 스타치, 메틸셀룰로오스, 폴리알킬렌옥사이드, 아라비아검 등의 증점제가 용해된 수분산 아크릴 수용액의 사용은 주입재에 가소성을 부여하여 지반 내에 존재하는 공동 및 지하수 등이 존재하는 환경 하에서도 지반의 차수와 보강을 위한 성공적인 지반주입재 시공을 가능하게 한다.

이러한 점도증진제가 첨가되면 점성의 증가에 의해 시멘트 그라우트 주입재의 유동성이 사라져 외력이 존재하지 않는 자연상태에서는 그라우트재가 주입 당시의 형태를 유지할 수 있으나, 생성된 침상형 결정은 결정 간의 결합력이 아직 강하지 못하므로 외력(충전재 주입을 위한 주입압력)이 가해지면 다시 유동성을 나타내기 때문에 공극을 채울 수 있다. 공극을 채운 후 외력을 제거하면(주입재 주입이 완료되어 주입압력이 사라지면) 다시 유동성이 사라지므로 전형적인 소성체의 거동을 보이게 되는 것이다. 따라서, 블리딩이 억제되고 체적 수축이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 수중에서도 형상과 구조를 유지하기 때문에, 지하수 등에 노출되어도 주입재가 희석 및 유출되지 않고 수중불분리성이 매우 우수하며, 경화 후 안정적인 강도 발현이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 스타치, 메틸셀룰로오스, 폴리알킬렌옥사이드, 아라비아검 등의 증점제가 용해된 수분산 아크릴 수용액의 점도증진제를 첨가시에 상기한 바와 같은 효과를 내는 반응원리는 알카리성 환경하에서 점도증진제가 급격하게 활성화되어 장사슬(long chain)의 폴리머 구조를 형성하여 시멘트를 그물망으로 결합하고 증점제가 물의 점도를 증가시키기 때문이다. 즉, 점도증진제가 긴 체인 형상으로 활성화되어 시멘트, 고화재 및 토양을 하나의 덩어리로 묶어 놓는 역할을 하면서 그라우트의 전체 점성이 증가하기 때문이다. 이에 따라, 각 개별입자들의 유동성이 저하되고 그라우트의 점도가 증가하는 것이며, 시멘트 내에 존재하는 중금속도 수중으로 용출되지 않는 것이다.

바람직하게는, 상기 그라우트재는 시멘트 100중량부에 대하여 물 75~133중량부와, 점도증진제 0.5~1.3중량부를 혼합하여 조성할 수 있다. 만약, 상기 점도증진제가 0.5중량부 미만인 경우 함량 미달로 인하여 작용효과를 기대하기 어려우며, 1.3중량부를 초과하는 경우 점도가 과도하게 증가하여 그라우트재의 주입성이 떨어지며, 작업성이 좋지 못한 문제점이 있으므로 상기 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따라 상기 연약지반에 주입되는 그라우트재를 설명하도록 한다.

상기 그라우트재는 시멘트와, 물이 혼합되어 조성되는 A액과, 플라이 애쉬 또는 슬래그와, 물과, 점도증진제가 혼합되어 조성되는 B액을 포함한다.

바람직하게는 상기 A액은 시멘트 100중량부에 대하여 물 30.8~114.3 중량부가 혼합되어 조성되며, 상기 B액은 플라이 애쉬 또는 슬래그 100중량부에 대하여 물 50~250중량부와, 점도증진제 1~4중량부가 혼합되어 조성된다.

또한, 상기 A액은 연약지반의 공극으로 서서히 침투될 수 있도록 저압(예를 들어 50kg/cm²이하)으로 주입되는 것이 좋으며, 상기 A액과 B액은 2.0shot 방식으로 주입된다.2.0 shot 방식(Space Grouting Rocket System, SGR공법)은 이중관로드에 특수 선단장치(Rocket)를 결합시켜 대상지반에 유도공간을 형성하여 상기 A액과 B액을 사용하여 연약지반을 개량하는 공법으로서, 이러한 SGR공법에서 특수 선단장치(Rocket)에서 방출되는 그라우트재는 유도공간(Space)을 통하여 대상지반의 모든 방향으로 균일하게 주입된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 그라우트재의 조성시 첨가되는 점도증진제는 스타치, 메틸셀룰로오스, 폴리알킬렌옥사이드, 아라비아검으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상을 혼합한 것을 수분산 아크릴계 증점제에 용해한 것일 수 있다. 상기 점도증진제의 특징과, 작용효과는 위에서 충분히 설명하였으므로 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.

다음으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 상기 연약지반에 주입되는 그라우트재에 대하여 설명하도록 한다.

상기 그라우트재는 시멘트와, 물과, 분말 급결재가 혼합되어 조성되는 A액과, 물과 점도 증진재가 혼합되어 조성되는 B액을 포함한다.

바람직하게는 상기 A액은 시멘트 100중량부에 대하여 물 52.6~200중량부와, 분말 급결재 4.2~22.5중량부가 혼합되어 조성되며, 상기 B액은 물 100중량부에 대하여 점도증진제 5.3~12.5중량부가 혼합되어 조성된다.

또한, 상기 A액은 연약지반의 공극으로 서서히 침투될 수 있도록 저압(예를 들어 50kg/cm²이하)으로 주입되는 것이 좋으며, 상기 A액과 B액은 1.5shot 방식으로 주입된다.1.5shot 방식이라 함은 지반 특성을 사용목적에 부합하도록 개량하기 위한 특수한 성질의 주입재를 지반에 침투시키는 공법으로서, 고무슬리브가 부착된 맨젯튜브를 삽입한 후 맨젯튜브와 케이싱의 사이에 중력주입 Seal재를 주입한 후 케이싱을 인발하고, 상하에 두개의 패커가 장치된 2액형 주입관을 맨젯튜브 속에 넣고 원하는 위치부터 주입하는 방식이다.

또한, 본 발명에서 상기 분말급결제는 소석회와 과소생석회를 혼합하여 조성된 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 분말급결제는 소석회와 물을 중량비 기준으로 1:1 비율로 혼합하여 조성한다.

소석회는 초기 수화반응시 Ca(OH)₂의 농도을 높여 주어 그라우트재의 초기강도 발현을 빠르게 하는 작용을 한다. 만약 상기 소석회가 상기의 비율 미만으로 첨가되면 초기강도 증진 효과가 미미하며, 상기의 비율을 초과하게 되면 초기에 물과 접촉하여 급속한 위응결을 발생시키며 그라우트재의 응집을 방해하므로 그라우트재가 시공 주면에 접착되지 못하고 탈락되는 경우가 발생하게 된다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그라우트재는 상기 A액의 가사시간을 충분히 확보할 수 있도록 상기 분말급결제에 수화지연제가 첨가될 수 있다.

가사시간(可使時間)이라 함은 다성분 반응 경화형(복수의 성분 재료가 섞이면 경화되는 것)의 재료에 있어서 성분을 반죽한 다음 작업 가능한 점도를 유지할 수 있는 범위의 시간을 지칭하는 것으로, 여름철과 같이 기온이 높은 경우는 시멘트 밀크의 반죽 후에 급격한 유동성 손실이 발생하므로 적절한 가사시간의 확보에 어려움이 많다. 이러한 문제점을 개선하고 충분한 가사시간의 확보를 위하여 수화지연제의 사용이 필요하다. 수화지연제로는 소듐 글루코네이트, 구연산, 주석산, 말레인산을 단독으로 사용하거나, 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 분말급결제 100중량부에 대하여 수화지연제 0.5~3.0중량부가 첨가되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그라우트재는 상기 A액의 필요한 가사시간 이후에 상기 분말급결제의 급격한 성능 발휘를 위한 수화촉진제가 더 첨가될 수 있다.

상기 수화촉진제는 시멘트의 응결을 촉진시키고 수시간 강도의 발현을 증가시키기거나, 동절기 시공에 있어 응결시간을 확보하기 위하여, 또는 초기 동결융해를 방지하는 것으로, 리튬 카보네이트 미분말, 소듐 카보네이트, 소듐 설페이트 등의 단독 혹은 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 분말급결제 100중량부에 대하여 0.5~3.0중량부가 첨가되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그라우트재의 조성시 첨가되는 점도증진제는 스타치, 메틸셀룰로오스, 폴리알킬렌옥사이드, 아라비아검으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상을 혼합한 것을 수분산 아크릴계 증점제에 용해한 것일 수 있다. 상기 점도증진제의 특징과, 작용효과는 위에서 충분히 설명하였으므로 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.

이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

10 : 주입용 로드
20 : 주입관 21 : 주입홀
22 : 나사산 23 : 볼트공
30 : 패커
100 : 하향토출방지캡
110 : 결합부 111 : 연통주입홀
112 : 나사산 113 : 볼트공
120 : 가이드부
121 : 바닥부 122 : 경사부

Claims

굴착공 내부에 수직으로 설치되는 주입용 로드와, 상기 주입용 로드의 하단에 연통형성되며 외주면을 따라 상하 다단으로 복수의 주입홀이 배열형성되는 주입관을 포함하는 그라우트재 주입장치를 통해 상기 굴착공 내부에 그라우트재를 주입하여 연약 지반의 차수 및 보강하는 저압 그라우팅 공법에 있어서,
상기 주입관에 형성되는 복수개의 주입홀 중에서 최하단의 주입홀을 통해 토출되는 그라우트재가 주입압의 분산에 의해 하향 대각방향으로 토출되면서 굴착공 외주면의 보강 효과가 저하되는 문제점을 방지할 수 있도록,
바닥면이 막혀있고 상면은 개방형성되는 원통형태로서 상기 주입관의 하단부를 감싸는 형태로 결합되되 최하단의 주입홀과 연통되는 연통주입홀이 둘레를 따라 일정간격을 두고 복수개로 배열형성되는 결합부 및 상기 결합부의 하단에 수직방향으로 형성되며 상기 연통주입홀로부터 토출되는 그라우팅재가 수평 또는 상향 대각방향을 향하도록 가이드하는 가이드부로 이루어지는 하향토출방지캡;을 포함하며,
상기 그라우트재는,
시멘트 100중량부에 대하여 물 52.6~200중량부와, 분말 급결재 4.2~22.5중량부가 혼합되어 조성되는 A액과, 물 100중량부에 대하여 점도증진제 5.3~12.5중량부가 혼합되어 조성되는 B액을 포함하며,
상기 A액은 50kg/cm²이하 저압으로 주입되고,
상기 분말급결제는 소석회와 과소생석회를 혼합하여 조성되며,
상기 A액과 B액은 1.5shot 방식으로 주입되고,
상기 A액의 가사시간을 충분히 확보할 수 있도록 상기 분말급결제 100중량부에 대하여 수화지연제 0.5~3.0중량부가 첨가되되,
상기 수화지연제는 소듐 글루코네이트, 구연산, 주석산, 말리인산 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 혼합물이며,
상기 A액의 필요한 가사시간 이후에 상기 분말급결제의 급격한 성능 발휘를 위해 분말급결제 100중량부에 대하여 수화촉진제 0.5~3.0중량부가 첨가되되,
상기 수화촉진제는 리튬 카보네이트 미분말, 소듐 카보네이트, 소듐 설페이트 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 혼합물인 것을 특징으로 하는 저압 그라우팅 공법.
제1항에 있어서, 상기 가이드부는 평평한 바닥부 및 상기 바닥부의 테두리를 따라 상향 경사지게 형성되는 경사부를 포함하는 접시 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 그라우팅 공법.
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