KR102426315B1 - 균질의 지중개량체 구축을 위한 심층혼합처리장비 및 이를 이용한 심층혼합처리공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반을 개량하기 위하여 지중에 형성시키는 지중개량체에 대하여 고화재가 작업구간 전체에 대하여 균일하게 주입되어 토사와 교반되도록 함으로써 균질의 지중개량체를 형성시켜 지반개량의 효과를 극대화시키면서 관리가 용이하게 구성시킨 심층혼합처리장비 및 이를 이용한 심층혼합처리공법에 관한 것으로서, 상기 심층혼합처리장비는, 크레인장비에 설치되는 리더와, 상기 리더를 따라 승하강하면서 지중 토사와 고화재를 혼합 교반시키는 것으로서, 연결로드와 교반로드 및 굴착로드가 순차 연결된 로드유닛의 다수 개와, 상기 로드유닛의 작동을 위해 그 상부에 설치되는 로드작동부 및, 상기한 다수 개의 로드유닛 중앙에 위치하면서, 하단이 교반로드보다 상부에 위치하는 가이드파이프로 이루어지는 것으로서, 상기 굴착로드에는 로드유닛의 지중 관입시 고화재를 토출하는 관입토출부가 구비되고, 상기 가이드파이프의 하단에는 로드유닛의 인발시 고화재를 토출하는 인발토출부가 구비되며, 상기 인발토출부에 고화재를 공급하기 위한 고화재관로는 가이드파이프의 외면에 위치하면서 일부가 분리될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

균질의 지중개량체 구축을 위한 심층혼합처리장비 및 이를 이용한 심층혼합처리공법{A DEEP SOIL MIXING TREATMENT EQUIPMENT FOR CONSTRUCT HOMOGENEOUS UNDERGROUND IMPROVEMENTS AND A DEEP SOIL MIXING TREATMENT METHOD USING THEM}

본 발명은 연약지반을 개량하기 위하여 지중에 개량체를 형성시키는 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지중개량체의 형성을 위해 지중에 주입되는 고화재가 작업구간 전체에 대하여 균일하게 주입되어 토사와 교반되도록 함으로써 균질의 지중개량체를 형성시켜 지반개량의 효과를 극대화시키면서 관리가 용이한 심층혼합처리장비 및 이를 이용하여 고품질의 지중개량체를 구축하는 방법에 관한 것이다.

지반이 이에 구축되어야 하는 구조물을 지지하기 어려운 연약지반인 경우, 이를 개량하기 위한 물리적이거나 화학적인 다양한 방법으로 사용된다.

본 발명의 심층혼합처리공법은 이러한 연약지반을 개량하는 공법 중의 하나로, 지중에 시멘트 등의 고화재를 주입하면서 이를 지중토사와 강제적으로 혼합하여 고결시킴으로써 수화반등 등의 화학적 반응으로 지중개량체를 형성시키는 공법으로, 육상에서의 구조물 구축을 위한 그 하부지반에 대한 개량은 물론 해상에서의 초연약 대심도에서의 방파제, 안벽 등의 소파구조물 등의 하부지반을 개량하기 위하여 많이 사용되고 있다.

심층혼합처리공법은 통상적으로 로드와, 지중토사와 고화재를 교반시키기 위한 교반날개 및, 로드 내부의 공급관로를 통해 고화재를 주입시키기 위한 수단 등을 가진 심층혼합처리장비를 이용하여 진행된다.

상기한 심층혼합처리장비를 이용한 심층혼합처리공법은, 로드의 선단에 부착된 굴착수단을 이용하여 로드를 지중에 관입시키고 설계심도까지 관입된 로드를 다시 인발하는데, 이러한 로드의 관입과 인발 과정 중에 고화재를 지중에 주입시키고 교반날개를 이용하여 지중 토사와 고화재의 혼합교반이 이루어지게 한다. 따라서 시공된 지중개량체의 품질은 지중에 주입된 고화재가 전체 범위에 대하여 토사와 얼마나 균일하게 혼합 교반되었느냐에 따라 크게 달라진다고 할 수 있다.

다른 한편으로, 지중개량체에 대한 규모는, 자중과 이에 작용하게 될 상부의 하중, 토압, 수압 등의 외부하중에 충분히 견딜 수 있는 단면으로 설정되어야 하는 것인바, 시공효율을 높이기 위하여 지중개량체의 형성을 위해 다축로드를 가진 심층혼합처리장비가 사용되는 것이 일반적이며, 대표적으로 4축로드가 주로 사용된다.

도 1은 이러한 4축로드를 이용해 지중에 개량구조체를 형성시킬 수 있도록 하는 것을 나타낸 것으로서, (a)는 로드(5)를 관입 내지 인발시키는 작업과정의 상태를 도시한 것이고, (b)는 이에 의해 지반이 교반되는 상태의 평면구조도를 도시한 것이다.

상기의 각 로드(5)는 하나 이상의 연결로드와 교반날개가 부착된 교반로드 및 굴착비트가 수직으로 연결되는 구조를 가지며, 시멘트풀 등의 고화재를 지중에 주입시키기 위한 토출구가 각각 구비되어 있다. 이러한 각 로드는 연결브라켓에 의해 일체화되며, 크레인(21) 등의 장비에 설치된 리더(22)를 따라 함께 상하로 이동하면서 지중으로 관입하거나 인발하면서 고화재를 지중에 주입시켜 토사와 혼합 교반되게 한다.

그런데 로드(5)에 구비된 토출구는 평면상의 위치가 고정되어 있어, 설령 관입과 인발시 모두 고화재를 토출시키기 위하여 별도의 토출구를 상하로 각 구비하더라도 평면상에서는 이들 모두 동일한 위치에 있게 되므로 토출된 고화재는 동일한 위치의 지중에만 반복 주입될 뿐이다. 따라서 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 각기 일정한 회전반경 내에서만 고화재의 주입과 교반날개에 의한 교반이 이루어지기 때문에, 이들의 영향권을 벗어나는 중앙부분에는 고화재의 주입 및 교반이 불충분하게 이루어지는 문제점이 있으며, 개량체의 단면이 커질수록 로드의 축간거리(L1)가 증가되는 바, 상기한 문제점이 더 심하게 발생하게 된다. 물론 축간거리(L1)를 좁혀 각 로드의 영향범위를 크게 중첩시켜 고화재가 혼입되지 않은 부분이 발생하지 않게 할 수도 있으나, 이 경우 시공량이 증대되므로 공기가 길어지는 문제가 있다.

다른 한편으로, 상술한 바와 같이 고화재는 로드의 내부에 구성된 공급관로를 통해 공급되어 각 토출구에서 토출될 수 있도록 하고 있으나, 시간경과에 따른 고화재의 경화작용으로 공급관로의 내경이 점차 작아지거나 심한 경우에는 막힘현상이 발생되어 공사가 지연되는 문제가 있다.

KR 20-0380747 Y1

본 발명은 종래기술의 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지중개량체를 형성시킬 때 고화재가 지중개량체 구축될 단면의 중앙부분을 포함한 단면 전체에 균일하게 주입되고 혼합 및 교반됨으로써 균질의 고품질 지중개량체가 형성될 수 있도록 함과 더불어, 대단면의 경우에도 시공량을 감소시킬 수 있으며, 고화재관로에 대한 관리가 용이하여 막힘현상이 발생하더라도 쉽게 조치할 수 있어 공사가 신속하게 진행될 수 있도록 하는 혼합처리장비 및 이를 이용한 혼합처리공법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 의하면, 크레인장비에 설치되는 리더와, 상기 리더를 따라 승하강하면서 지중 토사와 고화재를 혼합 교반시키는 것으로서, 연결로드와 교반로드 및 굴착로드가 순차 연결된 로드유닛의 다수 개와, 상기 로드유닛의 작동을 위해 그 상부에 설치되는 로드작동부 및, 상기한 다수 개의 로드유닛 중앙에 위치하면서, 하단이 교반로드보다 상부에 위치하는 가이드파이프로 이루어지는 것으로서, 상기 굴착로드에는 로드유닛의 지중 관입시 고화재를 토출하는 관입토출부가 구비되고, 상기 가이드파이프의 하단에는 로드유닛의 인발시 고화재를 토출하는 인발토출부가 구비되며, 상기 인발토출부에 고화재를 공급하기 위한 고화재관로는 가이드파이프의 외면에 위치하면서 일부가 분리될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 균질의 지중개량체 구축을 위한 심층혼합처리장비가 제공된다.

상기 가이드파이프에 관한 일 실시예에서는 다수 개의 단위파이프를 연결하여 구성시켜 각 단위파이프 사이에 이음연결부가 형성되게 한다. 이 경우 고화재관로를 강재로 구성된 고정관로와 플렉시블한 재질로 구성된 탈착관로를 이음 연결한 구조를 가지게 하면서, 고정관로는 단위파이프에 고정 설치시키고, 탈착관로는 중앙부를 이음연결부에 위치시키면서 양 단부를 상기 고정관로와 분리 가능하도록 소켓으로 연결할 수 있다.

아울러 인발토출부에 관한 일 실시예는 상호 길이가 다른 토출장관과 토출단관의 1개조로 구성시키고, 토출장관은 고화재가 토출되는 토출구가 로드유닛에 위치하도록 그 길이를 설정하며, 토출단관은 고화재가 토출되는 토출구가 로드유닛과 가이드파이프 사이에 위치하도록 그 길이를 설정하여 각 토출구가 고화재를 토출하는 범위를 서로 다르게 할 수 있다. 이러한 인발토출부는 각 로드유닛에 대응하는 개수의 조로 설치할 수 있다.

이와 더불어 상기 로드작동부에 고화재를 토출장관과 토출단관의 어느 하나에 선택적으로 공급할 수 있도록 하는 3방향전자밸브를 설치하여 고화재 공급의 효율성을 도모하게 할 수 있다.

가이드파이프에 토출장관과 토출단관을 구비시킨 인발토출부의 다수 개가 설치되는 경우, 상호 인접한 인발토출부 사이에는 토출장관과 토출단관이 상호 마주보도록 배치시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 가이드파이프 내부에 교반모터를 구비시키고, 가이드파이프 하부에는 교반날개를 설치하여, 교반모터의 회동축에 의해 교반날개가 회전하면서 인발토출부에서 토출된 고화재와 지중토사를 혼합 교반하게 할 수 있다.

상기한 각 실시예의 심층혼합처리장비를 이용하여 균질의 지중개량체를 형성시키는 심층혼합처리공법은 관입교반단계와 인발교반단계가 순차로 이루어지되, 상기 관입교반단계는, 크레인장비에 설치된 리더를 따라 로드유닛이 하강하여 지중의 설계심도까지 관입되도록 하면서, 교반로드에 구비된 관입토출부를 통해 토출된 고화재가 지중에 주입되도록 하고, 후속하여 그 상부에 위치한 교반로드의 교반날개에 의해 지중토사와 고화재가 혼합 교반되는 과정으로 이루어지고, 상기 인발교반단계는, 로드유닛이 상부로 인발될 때 가이드파이프에 구비된 인발토출부를 통해 고화재가 토출되도록 하고, 후속하여 적어도 그 하부에 위치한 교반로드의 교반날개에 의해 지중토사와 고화재가 혼합 교반되는 과정으로 이루어진다.

본 발명은 고화재관로를 가이드파이프의 외면에 위치시키면서 그 중 일부를 쉽게 분리시킬 수 있어, 고화재관로에 막힘현상이 발생하더라도 이를 쉽게 제거할 수 있으므로, 공사의 지연 내지 중단을 방지할 수 있으며, 공사 완료후에도 고화재관로의 세척을 용이하게 할 수 있어 유지관리비용이 절감된다.

또한 본 발명은 로드유닛의 관입시 고화재를 토출시키는 토출구와 인발시 고화재를 토출시키는 토출구의 평면상 위치를 달리하여, 로드유닛의 관입하면서 지중에 토출한 고화재의 도달범위를 벗어난 부분에 대하여는 인발시 토출되는 고화재가 주입되어 보충됨으로써, 형성시키고자 하는 지중개량체의 전체 단면에 대하여 고화재가 균일하게 주입되는 바, 지중개량체가 동일한 강도를 가지는 균질의 고품질화를 도모할 수 있게 한다.

또한 본 발명은 로드유닛간 간격을 증가시키더라도 인발토출부의 토출장관의 길이를 증가시킴으로써 그에 대한 대응이 매우 용이하므로 다양한 단면에 대한 범용성이 있을 뿐 아니라, 형성시키고자 하는 지중개량체 단면의 중앙부분에 대한 고화재의 충실한 주입을 위하여 로드유닛간의 간격을 좁혀 단위개량체들의 중첩범위를 증가시키지 않고 로드유닛간의 간격을 다소 증가시키더라도 상기한 고화재의 충실한 주입이 가능하므로 시공량 감소로 인한 공기단축의 효과를 기대할 수 있게 한다.

이와 더불어 3방향전자밸브가 설치된 본 발명의 심층혼합처리장비는, 토출구에서의 고화재 토출압을 줄이지 않으면서 고화재 공급펌프의 설치 대수를 줄여주는 바, 심층혼합처리장비의 컴팩트화를 도모할 수 있게 한다.

도 1은 종래기술에 의한 4축로드를 가진 심층혼합처리장비의 실시예에 관한 단면도 및 이에 의한 지반 교반의 평면구조도이다.
도 2는 본 발명의 심층혼합처리장비의 사용예에 관한 입면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 심층혼합처리장비에 관한 일 실시예에 관한 입면도이다.
도 4는 본 발명의 가이드파이프가 설치된 예의 입면도이다.
도 5는 상기 가이드파이프를 구성하는 단위파이프에 관한 사시도이다.
도 6은 도 4의 A부분에 대한 상세도이다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예의 인발토출부에 의한 효과의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 가이드파이프에 설치된 교반수단의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 공급관에 설치된 3방향전자밸브의 작동관계에 관한 설명도이다.
도 10은 상기 인발토출부의 고화재 토출방법에 관한 일 실시예의 설명도이다.

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 발명에 의한 심층혼합처리장비를 이용하여 지중개량체를 형성시키는 작업의 실시예이고, 도 3은 상기 심층혼합처리장비를 정면에서 바라본 단면으로 바라본 것이며, 도 4는 본 발명의 가이드파이프(400)가 설치된 예를 도시한 것이고, 도 5는 상기 가이드파이프(400)를 구성하는 단위파이프(400a)에 관하여 도시한 것이다. 또한 도 6은 도 4의 A부분을 확대하여 도시한 것이다.

본 발명의 심층혼합처리장비는 육상 또는 해상에서 연약지반을 개량하기 위하여 지중에 균질의 고품질 개량체를 형성시키기 위한 것으로서, 윈치에 의해 권취 또는 권출되는 와이어에 현수된 상태에서 지중에 관입되거나 인발되면서 지중개량체를 형성시킨다.

이러한 본 발명의 심층혼합처리장비는, 도 2에 도시된 바와 같이, 크레인장비에 수직으로 설치되는 리더(100), 상기 리더(100)를 따라 승하강하는 로드유닛(300)과 가이드파이프(400), 상기 로드유닛(300)의 작동을 위해 그 상부에 설치되는 로드작동부(200)로 이루어진다.

로드유닛(300)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결로드(310)와 교반로드(320) 및 굴착로드(330)가 하부방향으로 순차 연결되어 구성되고, 그 내부에는 고화재의 공급을 위한 고화재관로(341)가 내장되어 후술하는 토출구(333a)와 연결된다.

최하부에 위치한 굴착로드(330)에는 지중굴착을 위한 굴착비트(331)와 로드유닛(300)이 관입될 때 지중에 고화재를 주입시킬 수 있도록 상기 고화재를 토출하는 토출구(333a)가 구비된 관입토출부(333)가 각각 설치된다.

굴착로드(330)의 상단에 연결된 교반로드(320)에는 교반날개(321)가 설치된다. 상기 교반날개(321)는 로드유닛(300)의 관입과정중 선행하여 토사에 주입된 고화재를 토사와 혼합 교반시킨다.

연결로드(310)는 그 상부에 위치한 로드작동부(200)에서의 작동을 교반로드(320) 및 굴착로드(330)에 전달시킴으로써 로드유닛(300)의 관입과 고화재의 혼합 교반이 효율적으로 이루어지도록 한다.

본 발명의 심층혼합처리장비는, 균일한 압축강도를 가지는 균질의 지중개량체를 형성시킴으로써 고품질의 지반개량이 이루어지며, 특히 대단면에 대한 지반개량시 시공량을 줄여주고 관리가 용이하여 공기를 단축시킬 수 있도록 하는 것으로서, 상기와 같이 구성된 로드유닛(300)의 다수개가 설치되는 다축의 것으로 이루어진다. 그 중 여기에서는 설명의 편의상 대표적인 4축의 것을 예로 하여 설명한다.

로드작동부(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 로드유닛(300)을 회전시켜 굴착로드(330)에 의한 굴착과 교반로드(320)의 교반날개(321)에 의한 교반이 이루어지도록 회전동력을 제공하는 오거드라이브(220)와, 로드유닛(300)이 관입을 위해 회전하는 과정 중에도 고화재가 단절됨 없이 지속적으로 공급되게 하기 위한 스위벨(230) 및, 이들을 설치하기 위한 설치프레임(210)이 포함되어 구성된다. 설치프레임(210) 및 후술하는 연결체(500)에는 로드유닛(300)이 리더(100)를 따라 승하강할 수 있도록 하는 가이드편(211)이 설치된다.

4축을 구성하는 각 로드유닛(300)은, 도 3, 6에 각 도시된 바와 같이, 연결체(500)에 의해 상호간의 간격이 유지되도록 결합되며, 이들 4개의 로드유닛(300) 중앙에는 가이드파이프(400)가 설치된다. 즉 가이드파이프(400)를 중심으로 4개의 로드유닛(300)이 상호 대칭적으로 위치한다.

가이드파이프(400)는, 상기의 연결체(500)를 매개로 하여 작업과정 중 로드유닛(300)이 외력에 의해 변형되는 것을 방지하고, 자중으로 로드유닛(300)을 하부로 가압하여 대심도에서의 로드유닛(300) 관입이 보다 효율적으로 이루어지게 하는 것으로서, 도 5에 도시된 단위파이프(400a)의 다수 개가 이음 연결되어 구성된다. 따라서 이들 다수 개의 단위파이프(400a) 사이에는 이음연결부가 형성된다.

또한 단위파이프(400a)에는 좌우 대칭으로 외측으로 개방된 ㄷ자 단면형상의 채널(401a)이 각각 설치된다. 따라서 각 단위파이프(400a)를 이음 연결하게 되면 연속된 채널(401a)에 의해 가이드레일(401)이 형성되고, 리더(100)와 가이드레일(401)의 사이에 지지암(미도시)이 상하 슬라이딩이 가능하도록 설치됨으로써, 가이드파이프(400)는 안정적인 상태를 유지하면서 원활한 승하강이 이루어질 수 있게 된다. 최하단에 위치한 단위파이프(400a)에는 지지암의 이탈을 방지하는 스토퍼(402)가 더 구비된다.

아울러 상기 가이드파이프(400)는, 형성시키고자 하는 가상 지중개량체(지중개량체가 구축될 부분을 의미한다)의 평면을 기준으로 로드유닛(300)의 관입시와는 다른 위치에서 고화재를 토출시킬 수 있도록 또 다른 고화재관로(242)와 이에 연결된 인발토출부(410)의 설치를 위한 공간을 제공한다.

즉 가이드파이프(400)의 하단에는 로드유닛(300)이 인발할 때 고화재를 토출시키는 인발토출부(410)가 구비됨으로써, 로드유닛(300)에 의해 토출된 고화재의 영향이 충분하게 미치지 않는 지중개량체의 중앙부분과, 로드유닛(300)의 주변에도 고화재가 충분히 주입될 수 있게 하여 지중개량체의 전단면에 대하여 균일한 강도가 형성되게 한다. 이에 관하여는 뒤에서 보다 구체적으로 설명한다.

가이드파이프(400)의 외면에는 인발토출부(410)에 고화재를 공급하기 위한 고화재관로(242)가 설치된다. 고화재관로(242)는 공급펌프와 연계된 공급관에 연결된다.

아울러 인발토출부(410)에서 토출된 고화재가 토출된 후 로드유닛(300)의 교반날개(321)에 의해 간접적으로 교반되는 효과를 가질 수 있도록, 상기 인발토출부(410)가 설치된 가이드파이프(400)의 하단은 교반로드(320)보다 상부에 위치한다.

가이드파이프(400)에 설치되는 고화재관로(242)는, 로드유닛(300)에 구비된 고화재관로(341)가 단일관로로 구성될 수 있어 관경을 크게 구성시킬 수 있는 것과는 달리, 후술하는 바와 같이 고화재의 토출시점을 달리하는 다수 개의 토출장관(411)과 토출단관(412)으로 이루어져 있는 바, 가이드파이프(400)에 위치한 고화재관로(242)는 다수 개의 관로로 분할 구성되어야 한다. 이에 따라 가이프파이프(400)에 설치되는 각 고화재관로(242)는 관경이 작아질 수 있으며, 이러한 작은 관경은 고화재에 의한 막힘현상을 유발하는 하나의 요인으로 작용한다.

따라서 본 발명에서는 로드유닛(300)의 인발시 지중에 고화재를 주입시키기 위해 고화재를 공급하는 고화재관로(242)를 상술한 바와 같이 가이드파이프(400)의 외면에 위치시키면서, 다른 한편으로는 고화재관로(242)의 일부를 분리시킬 수 있도록 함으로써 고화재관로(242)의 관리를 용이하게 한다.

이를 위한 가이드파이프(400)에서의 고화재관로(242)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 고정관로(242a)와 탈착관로(242b)가 상호간에 분리가능한 구조로 이음연결되어 구성된다.

고정관로(242a)는 강재로 구성되는 것으로서, 단위파이프(400a)에 고정 설치된다. 다만 고정관로(242a)는 중앙부는 단위파이프(400a)의 외면에 밀착되도록 고정 설치되나, 양 단부는 단위파이프(400a)의 외면으로부터 이격되도록 절곡된 구성을 가지게 함으로써 후술하는 소켓(242c)의 조작 내지 탈착관로(242b)와의 연결 및 분리작업의 용이성을 도모하는 것이 바람직하다. 도 5는 고정관로(242a)가 고정 설치된 상태의 단위파이프(400a)를 도시한 것이다.

탈착관로(242b)는 중앙부가 이음연결부에 위치하도록 설치되고 양 단부가 고정관로(242a)에 이음 연결됨으로써 그 위치가 고정된다. 또한 상기 탈착관로(242b)는 고정관로(242a)와는 달리, 합성수지 등의 플레시블한 재질로 구성된다.

아울러 고정관로(242a)와 탈착관로(242b)의 이음연결은 소켓(242c)의 나사체결방식에 의한다. 따라서 소켓(242c)을 해지시키고 플렉시블한 탈착관로(242b)를 외측으로 당기면, 탈착관로(242b)는 고정관로(242a)로부터 쉽게 분리된다. 이에 따라 고정관로(242a)와 탈착관로(242b)의 막힘여부 확인 내지 굳은 고화재의 제거작업은 단위파이프(400a)들을 분리시키지 않고서도 쉽게 진행할 수 있게 된다.

도 6은 설계심도까지 관입된 로드유닛(300)을 인발할 때, 로드유닛(300)의 관입과정 중 관입토출부(333)에 의해 토출된 고화재가 미치지 아니한 부분에 대한 고화재의 주입을 위해 설치되는 인발토출부(410)의 설치구조를 설명하기 위해 도시된 것이다.

각 로드유닛(300)의 상호 간격을 유지시키는 연결체(500)는, 중앙에 위치한 내파지브라켓(520)과, 상기 내파지브라켓(520)을 중심으로 이에 이격하여 상호 대칭적으로 설치되는 4개의 외파지브라켓(510)으로 구성된다.

각각의 로드유닛(300)은 외파지브라켓(510)에 의해 파지 고정되고, 가이드파이프(400)는 내파지브라켓(520)에 의해 파지 고정된다. 이때 로드유닛(300)은 외파지브라켓(510) 내에서 회전가능하게 파지되는 반면, 내파지브라켓(520)에 파지된 가이드파이프(400)는 반드시 회전 가능하게 파지될 필요는 없다.

상기 인발토출부(410)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상호 길이가 다른 토출장관(411)과 토출단관(412)의 1개조로 구성되며, 이때 토출장관(411)은 고화재가 토출되는 토출구(411a)가 로드유닛(300)에 위치하고, 토출단관(412)은 고화재가 토출되는 토출구(412a)가 로드유닛(300)과 가이드파이프(400) 사이에 위치하도록, 그의 각 길이가 설정되게 할 수 있다. 이때 길이가 긴 토출장관(411)은 분리 가능한 구조를 가지게 함으로써, 토출장관(411) 내에서의 막힘에 대한 관리의 편의성을 도모하게 할 수 있다. 이러한 토출장관(411)의 분리 가능한 구조는, 토출장관(411)이 고화재관로(242)에 플랜지(242d)의 볼트체결 또는 소켓체결에 의해 결합되도록 하는 방식으로 쉽게 구성시킬 수 있다.

토출장관(411)과 토출단관(412)은 연결체(500)에 고정시킴으로써 그들의 구조적 안정성을 유지시키는 것이 바람직하다.

아울러 상기와 같이 토출장관(411)과 토출단관(412)의 1개조로 구성된 인발토출부(410)가 각 로드유닛(300)에 대응하는 개수의 조로, 즉 4축의 경우 4개조가 설치되게 할 수 있다. 이때 인접한 인발토출부(410) 사이에는 토출장관(411)과 토출단관(412)이 상호 마주보도록 배치되어 모든 토출장관(411)과 토출단관(412)이 교대로 위치하게 하는 것이 바람직하다.

도 7은 도 6에 도시된 실시예의 인발토출부(410)에 의한 효과를 개념적으로 설명한 것이다.

토출장관(411)의 토출구(411a)에서 토출되는 고화재는 로드유닛(300)의 주변 토사(b 영역)에 주입되고, 토출단관(412)의 토출구(412a)에서 토출되는 고화재는 로드유닛(300)에 구비된 관입토출부(333)에 의해 토출된 고화재가 미치지 못하는 가상 지중개량체의 중앙부분에 위치한 토사(c 영역)에 주입되는 바, 이에 의해 가상 지중개량체의 단면 전체에 대한 고화재 주입의 균일성을 극대화시킬 수 있게 된다. 참고로 도 7에서 a 영역은 로드유닛(300)의 관입토출부(333)에 의해 토출된 고화재가 미치는 범위이다.

또한 상술한 바와 같이, 인발토출부(410)에 의해 고화재가 주입된 토사는 로드유닛(300)의 교반날개(321) 회전에 의해 무너져 내리는 등의 간접적인 교반효과에 의해 교반이 이루어질 수 있으나, 보다 확실한 교반을 위해 가이드파이프(400)의 내부에 교반모터(421)를 구비시키고, 가이드파이프(400)의 하부에 교반모터(421)의 회동축(422)에 의해 회전하는 교반날개(423)를 구비시킬 수도 있다. 도 8은 상기한 가이드파이프(400)에 설치된 교반수단을 도시한 것이다.

도 9는 인발토출부(410)에 대한 고화재 공급의 경제적 효율성을 도모하기 위해 설치되는 밸브와 고화재 공급관로 사이의 작동에 관하여 도시한 것이고, 도 10은 이때의 인발토출부(410)의 토출장관(411)과 토출단관(412)에 의한 고화재의 토출방법을 예시한 것이다.

공급펌프와 연계된 공급관에 가이드파이프(400)의 외면에 각 설치된 고화재관로(242)를 직접 연결시킬 경우, 상기 공급펌프는 고화재관로(242)의 개수만큼 설치되어야 한다. 그러나 이러한 관로의 구성은 가이드파이프(400) 상부의 로드작동부(200)에 보다 넓은 공급펌프 설치공간을 필요로 하게 한다. 따라서 충분한 규격을 가진 공급펌프의 설치가 쉽지 않게 되는바, 로드작동부(200)에 3방향전자밸브(241)를 설치함으로써 상기한 문제점을 해결한다.

상기 3방향전자밸브(241)는 각 인발토출부(410)에 대응하여 하나씩 설치되는 것으로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 공급관에 설치된다. 아울러 공급관은 한 쌍의 고화재관로(242)로 분기되면서, 어느 하나의 고화재관로(242)는 토출장관(411)에 연결되고, 나머지 하나의 고화재관로(242)는 토출단관(412)에 연결된다.

이에 따라 공급관을 통해 공급되는 고화재는 3방향전자밸브(241)의 작동에 따라 토출장관(411)과 토출단관(412)의 어느 하나에 선택적으로 공급된다. 따라서 토출장관(411)과 토출단관(412)에서의 토출압이 감소될 여지는 전혀 없게 된다.

구체적으로 각 인발토출부(410)에서 고화재가 토출되는 토출장관(411)과 토출단관(412)이 상호 교호되게 하고, 로드유닛(300)의 인발과정 중에 상기한 고화재 토출의 위치가 계속하여 설정된 간격의 시간단위로 연속적으로 교대가 되게 하는 경우, 예컨대 일측 인발토출부(410)의 토출장관(411)과 타측 인발토출부(410)의 토출단관(412)에 의한 고화재 토출과, 일측 인발토출부의 토출단관(412)과 타측 인발토출부(410)의 토출장관(411)에 의한 고화재 토출이 교대로 반복되도록 하게 되면, 공급펌프의 설치 개수를 최소화시키면서 토출구(411a,412a)에서의 토출압을 떨어뜨리지 않고 가상 지중개량체의 모든 구간에 대한 고화재의 주입이 완벽하게 이루어질 수 있게 된다.

본 발명에서의 지금까지 상술한 심층혼합처리장비를 이용한 심층혼합처리공법은, 관입교반단계와 인발교반단계가 순차 이루어지는 방식으로 진행된다.

여기에서 균질의 지중개량체 형성을 위해 지중 토사에 주입되는 고화재는 관입교반단계에서 중심적으로 이루어지고, 인발교반단계에서의 고화제 토출은 상기 관입교반단계에서 토출된 고화재가 미처 주입되지 못했거나 불충분하게 주입된 범위의 토사에 대하여 이루어지게 함으로써, 고화재가 가상 지중구조체 전체의 토사에 대하여 균일하게 주입되도록 한다.

따라서 관입교반단계에서는, 크레인장비에 설치된 리더(100)를 따라 로드유닛(300)이 하강하여 지중의 설계심도까지 관입되도록 하면서, 이와 함께 굴착로드(330)에 구비된 관입토출부(333)를 통해 토출된 고화재가 지중의 토사에 주입되게 한다. 아울러 관입토출부(333)의 상부, 즉 관입방향을 기준으로 관입토출부(333)의 후방에 위치한 교반로드(320)의 교반날개(321)가 지중토사와 고화재를 혼합 교반시킨다.

이로써 작업구간 상하의 전체적인 범위에 대하여 토사와 고화재가 혼합 교반된 상태가 되나, 상술한 바와 같이 로드유닛(300)의 주변(구체적으로 관입토출부(333)의 토출구(333a)를 기준으로 그 내측부분)과, 상기 관입토출부(333)의 토출범위 내지 교반로드(320)에 구비된 교반날개(321)의 직접적인 교반범위를 벗어난 가상 지중구조체의 중앙부분에 대하여는 고화재의 혼합 교반이 이루어지지 않게 되거나 불충분하게 되고, 이는 지중개량체의 품질을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.

상기한 고화재의 혼합 교반이 불충분한 부분에 대하여는 후속하는 인발교반단계를 통해 보완됨으로써 품질이 우수한 균질의 지중개량체를 형성시킬 수 있게 한다.

이러한 인발교반단계는, 로드유닛(300)이 상부로 인발될 때 가이드파이프(400)에 구비된 인발토출부(410)를 통해 고화재가 토출되도록 한다. 구체적으로 인발토출부(410)의 토출장관(411)은 로드유닛(300)의 주변으로 고화재를 토출시키고, 토출단관(412)은 가상 지중개량체의 중앙부분으로 고화재를 토출시킨다.

이에 의해 고화재가 주입된 지중토사는 그 하부에 위치한 교반로드(320)의 교반날개(321)가 상기 지중토사를 무너뜨리거나 흘러내리게 하는 등의 간접적인 영항을 주어 혼합 교반되게 하거나, 가이드파이프(400) 하부에 설치된 교반날개(423)에 의해 혼합 교반되게 한다.

이때 고화재 공급을 위한 고화재관로(242)에 3방향전자밸브(241)가 설치된 경우에는 인발토출부(410)를 구성하는 1개 조의 토출장관(411)과 토출단관(412)을 교대로 수행하게 할 수 있음은 앞서 설명한 바 있다.

상기한 관입교반단계와 인발교반단계는 로드유닛(300)을 설계심도까지 관입시키는 과정과, 설계심도까지 관입된 로드유닛(300)을 지중 밖으로 인발시키는 과정에 관한 것이다. 따라서 관입과 인발과정의 구체적인 방법으로 개량체 선단부를 위한 W자 시공과 항두부를 위한 N자 시공 등 공지의 시공방법에 본 발명의 심층혼합처리장비 및 이에 의한 심층혼합처리공법이 역시 그대로 적용될 수 있는 것임은 당연하다. 참고로 여기에서 W자, N자라 함은 시간경과에 따른 로드유닛(300) 심도의 궤적 형상을 의미한다.

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; 리더 200; 로드작동부
210; 설치프레임 211; 가이드편
220; 오거드라이브 230; 스위벨
241; 3방향전자밸브 242,341; 고화재관로
242a; 고정관로 242b; 탈착관로
242c; 소켓 242d: 플랜지
243; 공급관 300; 로드유닛
310; 연결로드 320; 교반로드
321,423; 교반날개 330; 굴착로드
331; 굴착비트 333; 관입토출부
333a,411a,412a; 토출구 400; 가이드파이프
400a; 단위파이프 401; 가이드레일
401a; 채널 402; 스토퍼
410; 인발토출부 411; 토출장관
412; 토출단관 421: 교반모터
422; 회동축 500; 연결체
510; 외파지브라켓 520; 내파지브라켓

Claims (11)

1. 해상 또는 육상에서 연약지반을 개량하기 위하여 지중에 개량체를 형성시키기 위한 심층혼합처리장비에 있어서,
   크레인장비에 설치되는 리더(100)와,
   상기 리더(100)를 따라 승하강하면서 지중 토사와 고화재를 혼합 교반시키는 것으로서, 연결로드(310)와 교반로드(320) 및 굴착로드(330)가 순차 연결된 로드유닛(300)의 다수개와, 상기 로드유닛(300)의 작동을 위해 그 상부에 설치되는 로드작동부(200) 및, 상기한 다수개의 로드유닛(300) 중앙에 위치하면서, 하단이 교반로드(320)보다 상부에 위치하는 가이드파이프(400)로 이루어지는 것으로서,
   상기 굴착로드(330)에는 로드유닛(300)의 지중 관입시 고화재를 토출하는 관입토출부(333)가 구비되고, 상기 가이드파이프(400)의 하단에는 로드유닛(300)의 인발시 고화재를 토출하는 인발토출부(410)가 구비되며, 상기 가이드파이프(400)는 다수 개의 단위파이프(400a)가 연결되어 구성되어, 각 단위파이프(400a) 사이에 이음연결부가 형성되고, 상기 인발토출부(410)에 고화재를 공급하기 위한 고화재관로(242)는, 가이드파이프(400)의 외면에 위치하면서 일부가 분리될 수 있도록 강재의 고정관로(242a)와 플렉시블한 재질의 탈착관로(242b)가 이음연결되되, 고정관로(242a)는 단위파이프(400a)에 고정 설치되고, 탈착관로(242b)는 중앙부가 이음연결부에 위치하면서 양 단부가 상기 고정관로(242a)와 분리 가능하도록 소켓(242c)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 균질의 지중개량체 구축을 위한심층혼합처리장비.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 고정관로(242a)는, 중앙부는 단위파이프(400a)의 외면에 밀착되고 양 단부는 단위파이프(400a) 외면으로부터 이격되도록 절곡된 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 균질의 지중개량체 구축을 위한 심층혼합처리장비.
4. 제1항에 있어서,
   상기 인발토출부(410)는 각 로드유닛(300)에 대응하는 개수의 조로 설치되는 것으로서, 각 조의 인발토출부는 상호 길이가 다른 토출장관(411)과 토출단관(412)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 균질의 지중개량체 구축을 위한 심층혼합처리장비.
5. 제4항에 있어서,
   상기 토출장관(411)은 고화재가 토출되는 토출구(411a)가 로드유닛(300)에 위치하도록 그 길이가 설정되고, 토출단관(412)은 고화재가 토출되는 토출구(412a)가 로드유닛(300)과 가이드파이프(400) 사이에 위치하도록 그 길이가 설정되는 것을 특징으로 하는 균질의 지중개량체 구축을 위한 심층혼합처리장비.
6. 제4항에 있어서,
   상기 토출장관(411)은 고화재관로(242)와 분리 가능한 구조로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 균질의 지중개량체 구축을 위한 심층혼합처리장비.
7. 제4항에 있어서,
   상기 로드작동부(200)에는 고화재를 토출장관(411)과 토출단관(412)의 어느 하나에 선택적으로 공급할 수 있도록 하는 3방향전자밸브(241)가 설치되는 것을 특징으로 하는 균질의 지중개량체 구축을 위한 심층혼합처리장비.
8. 제4항에 있어서,
   상호 인접한 인발토출부(410) 사이에는 토출장관(411)과 토출단관(412)이 상호 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 균질의 지중개량체 구축을 위한 심층혼합처리장비.
9. 제1항에 있어서,
   상기 가이드파이프(400) 내부에는 교반모터(421)가 구비되고,
   상기 가이드파이프(400) 하부에는 교반날개(423)가 설치되며,
   상기 교반날개(423)는 교반모터(421)의 회동축(422)에 의해 회전하는 것을 특징으로 하는 균질의 지중개량체 구축을 위한 심층혼합처리장비.
10. 제1항, 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의한 심층혼합처리장비를 이용하여 균질의 지중개량체를 형성시키기 위한 관입교반단계와 인발교반단계가 순차로 이루어지는 것으로서,
    상기 관입교반단계는, 크레인장비에 설치된 리더(100)를 따라 로드유닛(300)이 하강하여 지중의 설계심도까지 관입되도록 하면서, 굴착로드(330)에 구비된 관입토출부(333)를 통해 토출된 고화재가 지중에 주입되도록 하고, 후속하여 그 상부에 위치한 교반로드(320)의 교반날개(321)에 의해 지중토사와 고화재가 혼합 교반되는 과정으로 이루어지고,
    상기 인발교반단계는, 로드유닛(300)이 상부로 인발될 때 가이드파이프(400)에 구비된 인발토출부(410)를 통해 고화재가 토출되도록 하고, 후속하여 적어도 그 하부에 위치한 교반로드(320)의 교반날개(321)에 의해 지중토사와 고화재가 혼합 교반되는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리공법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 인발교반단계에서의 고화재 토출은, 인발토출부(410)를 구성하는 1개 조의 토출장관(411)과 토출단관(412)이 교대로 수행하는 것을 특징으로 하는 심층혼합처리공법.
    

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