KR102459426B1 - 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법은, 지반을 일정한 깊이 및 직경으로 천공하고, 상기 천공을 관찰하여 보강 대상을 설정하는, 보강 대상 설정 단계; 진파 발생 장치의 유입단에 설치된 유량계를 통해 유량을 파악하며 상기 그라우트재를 유입시키는, 그라우트재 유입 단계; 상기 유량의 고저에 따라 상기 진파 발생 장치에 유입된 그라우트재에 진동을 차등 제공하는, 진동 제공 단계; 상기 진파 발생 장치에서 토출된 상기 그라우트재를 상기 유량에 따라 주입 속도를 차등 제어하며 상기 보강 대상에 주입하는, 주입 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 보다 상세히 설명하면 그라우트재의 유량 및 압력에 따라 진동을 차등 제공된 그라우트재를 주입하여 침투성 및 주입범위를 더욱 강화함과 동시에 천공의 보강 대상에 유량에 따라 속도를 자동화 제어하여 주입할 수 있도록 한, 그라우팅 공법에 관한 것이다.
건물, 터널 및 지하 공동시설물 등과 같은 구조물의 굴착 과정, 또는 시공 후 내·외적 요인에 의해, 상기 구조물 및 지반 등(이하, '대상체'라 한다)에 균열이 발생한다. 균열은 대상체로의 물의 침투를 용이하게 한다. 균열이 더욱 진행됨에 따라서는 상기 대상체의 구조적 안전이 위협받게 되기도 한다.
이러한 균열로 인한 위험을 해결하기 위하여, 균열에 보강재를 주입하는 보강 방식이 사용되고 있다. 상기 보강재로는 시멘트 등을 물에 혼합한 현탁액 형이나, 물유리계 약액과 같은 용액형 등이 사용되고 있다.
상기 현탁액 형으로 사용되는 포트란트 시멘트 현탁액은 대상체의 강도 및 내구성을 향상시키는 고강도의 발현이 용이하고 값이 싸 경제적이나, 현탁액의 점성에 의해 미세 균열(틈이 1/10 ~ 2/10 mm 범위 이하의 균열)에 대한 침투성이 떨어지는 문제가 있다.
다시 말해서, 상기 미세 균열에 대해서는 물과 시멘트가 분리되어 시멘트의 주입량이 감소되고, 이는 상기 미세 균열에 대한 보강을 불충분해짐을 의미한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 한국 등록특허 제 10-1007287호에 ‘근접 가진 방식의 보강재 주입 공법 및 장치’가 개시되어 있다.
상기 선행기술은 보강이 필요한 대상체에 형성되는 주입공 내에서 주입을 위해 유동하는 보강재를 가진(加振)하여 진동파의 감쇠를 최소화하고 주입 효율을 향상시킬 수 있도록 구성되는 근접 가진 방식의 보강재 주입 공법 및 장치를 제공한다.
그러나 상술한 주입 공법의 경우 보강재의 유량을 반영하지 않고 동일한 진동파만을 제공하기 때문에, 가진실에 포함된 보강재의 양에 따라 균일한 진동 에너지가 전달되지 못한다는 단점이 있다.
따라서 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 보강재(그라우트재)의 유입 유량에 따라 진동을 차등 제공하여 균일한 진동 에너지 전달을 보장함과 동시에 유량을 기반으로 주입 속도의 자동 제어를 실현한, 신규하고 진보한 그라우팅 공법을 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.
본 발명은 하는 것을 그라우트재의 침투성 및 주입범위를 강화함과 동시에 유량에 따라 보강 대상에 대한 그라우트재의 주입 속도를 자동화하여 제어할 수 있도록 한 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 그라우트재의 분산성 및 주입성을 더욱 높이는 것이다.
삭제
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법은, 지반을 일정한 깊이 및 직경으로 천공하고, 상기 천공을 관찰하여 보강 대상을 설정하는, 보강 대상 설정 단계; 진파 발생 장치의 유입단에 설치된 유량계를 통해 유량을 파악하며 상기 그라우트재를 유입시키는, 그라우트재 유입 단계; 상기 유량의 고저에 따라 상기 진파 발생 장치에 유입된 그라우트재에 진동을 차등 제공하는, 진동 제공 단계; 상기 진파 발생 장치에서 토출된 상기 그라우트재를 상기 유량에 따라 주입 속도를 차등 제어하며 상기 보강 대상에 주입하는, 주입 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 그라우트재 유입 단계와 상기 진동 제공 단계 사이에는, 진동 제공 영역에 공급된 상기 그라우트재에 폴리에틸렌 글리콜 메타크릴레이트(Polyethylene glycol methacrylate)를 포함하는 유동성 조절제를 혼입시키는, 혼입 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
더하여, 상기 유동성 조절제는, 정제수 70 내지 90 중량부, 아세트산(Acetic acid) 1 내지 10 중량부, 키토산(Chitosan) 5 내지 20 중량부, 폴리솔베이트 20(Polysorbate 20) 1 내지 3 중량부를 혼합하여 1차 물질을 제조하는 단계; 상기 1차 물질 70 내지 85 중량부, 에탄올(Ethanol) 10 내지 20 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 메타크릴레이트(Polyethylene glycol methacrylate) 1 내지 10 중량부, 폴리메르캅탄(Polymercaptan) 1 내지 5 중량부를 혼합하여 2차 물질을 제조하는 단계; 상기 2차 물질 90 내지 99 중량부, 라우릴베타인(Lauryl betaine)을 포함하는 혼합성 개선제 1 내지 10 중량부를 혼합하고 성형 및 건조하여 유동성 조절제를 완성하는 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법에 따르면,
1) 그라우트재의 유량에 따라 진동 에너지를 차등 제공하여 그라우트재에 보다 균일한 진동 에너지가 전달되도록 함으로써 침투성 및 주입범위를 더욱 강화함과 동시에 유량에 따라 그라우트재의 주입 속도를 자동화하여 제어할 수 있도록 하였고,
2) 그라우트재에 유동성 조절제를 혼입시켜 그라우트재로 하여금 우수한 분산성 및 주입성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
삭제
도 1은 본 발명의 진파 발생 장치를 포함하는 그라우팅 공법의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 진파 발생 장치의 외관을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 진파 발생 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 그라우팅 공법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 자동화 제어 기능을 포함한 그라우팅 공법의 개략적인 구성도.
도 6은 본 발명의 컨트롤러의 세부 구성을 나타낸 블록도.
도 7은 그라우팅 공법에 대한 순서를 개략적으로 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 진파 발생 장치의 외관을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 진파 발생 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 그라우팅 공법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 자동화 제어 기능을 포함한 그라우팅 공법의 개략적인 구성도.
도 6은 본 발명의 컨트롤러의 세부 구성을 나타낸 블록도.
도 7은 그라우팅 공법에 대한 순서를 개략적으로 도시한 개념도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 진파 발생 장치를 포함하는 그라우팅 공법의 개략적인 구성도이며, 도 2는 본 발명의 진파 발생 장치의 외관을 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명의 진파 발생 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 1 내지 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 진파 발생 장치(10)는 유입부, 진파 발생부(100), 토출부, 컨트롤러(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 진파 발생 장치(10)는 파형을 갖는 진동인 진파를 발생시켜 제공하는 장치라 할 수 있으며, 이는 종래의 가진 발생 장치와 유사한 의미로 이용할 수 있는 단어임을 밝혀두도록 한다.
유입부는 유입관(40)을 매개로 진동 제공 영역(31)에 그라우팅 재료라 할 수 있는 그라우트재를 공급하는 역할을 제공한다.
이러한 유입부는 도면에 도시되어 있지는 않으나 진파 발생부(100)의 일 측과 유입관(40)을 매개로 연결된 상태에서, 그라우트재를 저장하는 탱크와 탱크에 저장된 그라우트재를 진파 발생부(100)로 공급하는 동력을 제공하는 펌프(60)를 포함한다.
또한, 그라우트재가 여러 조성물로 이루어질 수 있으므로 믹서(90)는 복수 개로 이루어질 수 있고 그라우트재의 불필요한 경화 문제를 막기 위하여 임펠러를 포함한 교반부 및 그라우트재의 공급량과 압력을 파악할 수 있는 압력계(80)나 유량계(70) 등을 포함하는 것도 가능하다.
더하여 제공되는 그라우트재의 혼합 및 교반을 위해 믹서(90)가 구비될 수 있다. 이러한 믹서(90)는 그라우팅에 사용되는 주입재를 혼합하는 장치로서 교반기라고 한다. 일반적으로, 시멘트와 물을 혼합하여 사용하고, 대표적으로 경화제의 한 종류인 규산을 많이 사용하고, 특수약품의 약액도 사용한다. 즉, 주입재를 공급하는 믹서(90)는 시멘트와 물을 혼합한 시멘트 페이스트(현탁액)를 형성하거나 또는 경화제를 혼합한 약액을 제공한다.
나아가 이러한 믹서(90)는 유입관(40)의 타 단과 연결되어 있어야 함은 물론이며, 믹서(90)는 탱크와 연결되어 탱크로부터 그라우트재를 저장 받을 수 있고, 혹은 탱크와 믹서(90)가 일체로 형성될 수 있다.
더불어 이러한 유입관(40)에는 별도의 밸브가 구비되어 주입재의 주입이 끝난 후에 또는 주입 중에 토출관(50)(또는 주입호스)에 남아 있는 경화제 약액이나 그라우트재를 물로 세척할 수 있으며, 나아가 유입관(40)에는 별도의 분기관이 더 구비되어 후술할 유동성 조절제를 진파 발생 장치(10)의 내부에서 그라우트재에 혼입시킬 수 있음은 물론이다.
진파 발생부(100)는 본 발명의 핵심 기능이라 할 수 있는 그라우트재에 진동 에너지를 제공하는 기능을 수행하는 것으로서, 중력 방향에 순응하기 위해 원통 형상으로 이루어진 하우징(20)이 기립된 구조를 취하는 것이 일반적이라 할 수 있다.
이러한 하우징(20) 내부에는 진동부(110)와 진동판(120)을 포함한 진파 발생부(100) 및 진파 제공실(30)을 포함한다.
진파 제공실(30)은 하우징(20)의 하부, 진동부(110)는 이러한 진파 제공실(30)의 상부에 설치된다. 진파 제공실(30)은 중력 방향을 따라 연장된 일종의 챔버로서, 그라우트재에 진동 에너지를 전달하는 진동 제공 영역(31)을 포함한다.
구체적으로 진파 제공실(30)의 상부에는 진동부(110)의 하단 일부가 진입할 수 있는 개구가 형성되고, 이 개구 하측의 내측벽에 함입 형성된 복수의 함입 홈에 진동판(120)이 수평 방향, 즉 진동부(110)의 연장 방향에 수직한 방향으로 진동판(120)이 설치된다.
이러한 진동판(120)의 하부, 즉 진파 제공실(30)의 하부에는 그라우트재가 유입되는 유입관(40)이 적어도 하나 이상의 개수로 연통되어 있고, 이같이 그라우트재가 진파 제공실(30)에 공급되는 영역을 본 발명에서는 ‘진동 제공 영역’이라 정의한다.
즉, 진동 제공 영역(31)에는 유입부를 통해 공급된 그라우트재가 위치함과 아울러 진동부(110)의 진동 에너지를 전달받은 진동판(120)이 진동하면서 진동 에너지가 수렴되어 그라우트재를 진동시키는 공간이라 할 수 있다.
진파 제공실(30)의 하부에는 출구가 형성되어 이 출구에 토출부의 주입 압력으로 진동 에너지를 전달받은 그라우트재를 외부로 토출하는 토출관(50)이 연결된다.
즉 진동 제공 영역(31)을 기준으로, 진동 제공 영역(31)의 상부에는 진동판(120)이 설치되고 측부에는 유입관(40)이 연결되며 하부에는 토출관(50)이 연결되는 출구가 설치되어 있다.
이때, 유입관(40)은 하우징(20)의 상부 일 측과 연통되어 하우징(20)의 내부에서 하방으로 연장되다가 진동 제공 영역(31)의 일 측과 연결된다. 나아가 유입관(40)의 일 측에는 유량계(70)가 구비되어, 진동 제공 영역(31)에 유입되는 그라우트재의 유량을 측정할 수 있음은 물론이며, 나아가 유량계(70)와 함께 압력계(80)가 구비되어 진동 제공 영역(31)에 유입되는 그라우트재에 의해 가해지는 압력을 측정할 수 있다.
진동부(110)는 이의 하부에 형성된 진동판(120)에 진동 에너지를 제공하는 기능을 제공하는 것으로서, 본 발명의 진동부(110)는 진동판(120)을 타격하거나 접촉하면서 진동 에너지를 제공하기 위해 진동판(120)의 상부에서 수직 왕복 운동을 수행하는 진동 유닛으로 이루어질 수 있다. 이러한 진동 유닛은 진동봉(111)과 모터를 포함하여 모터의 구동력으로 진동봉(111)을 수직 왕복 운동을 수행하도록 구성될 수 있다.
다만, 본 발명의 진동부(110)는 이러한 진동 유닛에 한정되는 것이 아니라 초음파 진동 에너지를 발생할 수 있는 초음파 진동자(미도시)로 이루어지는 것도 가능하다.
초음파 진동자는 전기 에너지를 고주파의 초음파로 변환하여 진동을 발생하는 장치이다. 이때, 진동부(110)가 초음파 진동자로 이루어지면 굳이 진동판(120)이 필요하지 않을 수 있으나 높은 주파수로 이루어진 초음파 진동 에너지를 일부 상쇄하거나 진동 에너지 자체를 일부 감쇄 조절하여 진동 에너지의 균일성을 보장하기 위해 물리적인 판상체라 할 수 있는 진동판(120)을 초음파 진동자의 하부에 접촉하도록 설치하는 것도 가능하다.
토출부는 진파 제공실(30)의 하부에 연결된 토출관(50)을 통해 보강 대상, 예를 들어 천공에 발생된 크랙 등의 부위에 그라우트재를 주입하는 기능을 제공한다. 이때, 토출부는 토출관(50)의 일 측에 설치된 별도의 펌프(60)를 포함하여 토출관(50)에서 토출되는 그라우트재의 토출 압력을 증가시키는 것도 가능하다.
진동판(120)은 진파 제공실(30)의 측벽에 함입된 함입 홈에 고정되어 진파 제공실(30)의 수평 방향(하우징의 기립 방향에 수직한 방향)을 따라 연장된 판상체로서, 탄성 재질로 이루어진 상태에서 진동부(110)의 진동 에너지를 전달받아 진동 제공 영역(31)의 그라우트재에 진동을 전달하는 역할을 제공한다.
진파 발생 장치(10)의 컨트롤러(200)는 진동부(110)를 제어, 즉 진동 에너지 발생의 ON/OFF 제어는 물론 진동 에너지의 세기와 발생량, 발생 시간을 제어하는 기능을 수행할 수 있는바, 이러한 기본 기능에 더하여 본 발명의 컨트롤러(200)는 진동 에너지를 추가로 제어하는 기능을 포함할 수 있다.
예를 들어 토사층은 5~10Hz의 진동 주파수, 암반층은 7.5~15Hz의 진동 주파수를 가하여 주입하는 것이 바람직하므로, 지반의 지층 조건을 파악하여 그에 따라 그라우트재에 제공될 진파의 진동 에너지, 즉 주파수를 차등 설정함으로써 지반의 특성에 맞는 적절한 주파수 범위로 진동 에너지를 설정하는 것이 가능하다.
이때 바람직하게는 컨트롤러(200)를 통해 가해지는 진동의 주파수를 설정함으로써 진동 에너지의 설정이 가능하며, 이러한 컨트롤러(200)를 통한 진동 에너지 제어 기술에 대해서는 후술하기로 한다.
더하여 본 발명의 컨트롤러(200)는 유량계(70) 및 압력계(80)에 의해 파악된 유입되는 그라우트재의 유량, 그리고 유입되는 그라우트재에 의해 가해진 압력을 기반으로 하여 보강 대상에 대한 그라우트재의 주입 속도를 자동 제어하는 것이 가능한데, 바람직하게는 유량 및 압력이 높을수록 주입 속도를 높이고, 유량 및 압력이 낮을수록 주입 속도를 낮출 수 있도록 제어하여 그라우트재의 주입 속도를 유량 및 압력에 따라 자동화하여 제어할 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 구성은 후술하기로 한다.
가장 바람직하게는 유량에 의해 보강 대상에 대한 그라우트재의 주입 속도가 기본적으로 조절될 수 있으며, 나아가 유량과 함께 압력을 더 반영하여 그라우트재의 주입 속도가 조절될 수 있다.
따라서 이와 같은 본 발명의 그라우팅 주입 장치는 그라우트재에 진동(진파)을 제공하여 그라우트재에 포함된 입자를 들뜬 상태, 즉 여기 상태로 만들어 간극이 막히는 시간을 지연시켜, 그라우트재의 침투성과 주입범위를 향상시킬 수 있으며, 유량 및 압력에 따라 보강 대상에 대한 그라우트재의 주입 속도를 자동화하여 제어할 수 있다는 효과를 가진다.
도 4는 본 발명의 그라우팅 공법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명의 자동화 제어 기능을 포함한 그라우팅 공법의 개략적인 구성도이며, 도 6은 본 발명의 컨트롤러의 세부 구성을 나타낸 블록도이고, 도 7은 그라우팅 공법에 대한 순서를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4 및 도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명의 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법은 보강 대상 설정 단계(S1), 그라우트재 유입 단계(S2), 진동 제공 단계(S3), 주입 단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(S1) 보강 대상 설정 단계
먼저, 지반을 일정한 깊이 및 직경으로 천공하고 보강 대상을 설정한다. 이때 천공을 위해 지반에 별도의 굴착기를 이용할 수도 있으나, 가장 바람직하게는 본 발명의 진파 발생 장치(10)를 지반에 설치하고, 나아가 진파 발생 장치(10)에 구비될 수 있는 드릴비트를 이용하여 지반을 일정한 깊이 및 직경으로 천공할 수 있다.
나아가 천공 내에서도 그라우트재 주입을 위해 보강을 수행해야 할 부위인 보강 대상을 설정하게 되어 그라우팅 공법을 통해 보강이 이루어질 부위를 천공 내에서도 특정하는 것이 가능하다.
보다 상세히 설명하면, 우선 천공 지역 주변에 주입 플랜트를 설치한 다음 천공 작업을 수행한다. 이후, 주입 호스를 배열하고 시멘트를 혼합한 다음 그라우트재의 원료가 되는 단일액 또는 2종의 액을 혼합하여 시멘트 계 재료인 수화물과 반응시킨 다음 에트린자이트(Ettringite)를 생성하는 공법으로 그라우트재를 완성시킨다.
이후, 천공을 관찰하여 보강 대상을 설정한 다음 천공에 실링 및 패커를 삽입한다. 여기서 천공을 육안으로 관찰하여 보강 대상을 설정할 수도 있으나, 바람직하게는 포토센서 등을 통해 천공을 촬영하고, 촬영 영상을 통해 천공 내의 균열이나 보수가 필요한 부위를 검출하여 이를 보강 대상으로 설정할 수 있다.
(S2) 그라우트재 유입 단계
이어서, 진파 발생 장치(10)의 유입단에 설치된 유량계(70)를 통해 유량을 파악하며 완성된 그라우트재를 진파 발생 장치(10)에 유입시킨다. 이를 위해서는 진파 발생 장치(10)에 구비된 펌프(60) 및 유입관(40)을 포함하는 유입부를 통해 진파 발생 장치(10)에 준비된 그라우트재를 진파 발생 장치(10)에 유입시킨다. 이때 바람직하게는 유입단, 즉 유입관(40)의 일 측이나 펌프(60)의 일 측에 구비될 수 있는 유량계(70)를 통해 진파 발생 장치(10)의 내부에 유입되는 그라우트재의 유량을 파악하여야 함은 물론이다.
이때 이용되는 유량계(70)는 바람직하게 전자식 유량계(70)일 수 있으며, 이러한 전자식 유량계(70)는 진파 발생 장치(10)에 유입된 그라우트재의 유량을 디지털 값으로 산출하여 실시간으로 표시 처리하거나 컨트롤러(200)에 제공할 수 있다. 나아가 컨트롤러(200)는 유량 기록부(210)를 포함하여 실시간으로 유량을 기록할 수 있음은 물론이다.
또한 여기에서 더 나아가, 진파 발생 장치(10)의 유입단, 즉 유입관(40)의 일 측이나 펌프(60)의 일 측에는 압력계(80)가 더 구비될 수 있어 진파 발생 장치(10)로 유입되는 그라우트재의 유입 압력을 더 파악하는 것도 가능하다.
이때 이용되는 압력계(80)는 바람직하게 전자식 압력계일 수 있으며, 이러한 전자식 압력계는 진파 발생 장치(10)에 유입된 그라우트재에 의해 가해지는 압력(유입 압력)을 디지털 값으로 산출하여 실시간으로 표시 처리하거나 컨트롤러(200)에 제공할 수 있다. 또한 이에 대한 세부 구성으로 컨트롤러(200)는 압력 기록부(220)를 포함하여 실시간으로 압력을 기록할 수 있음은 물론이다.
(S3) 진동 제공 단계
진동 제공 단계에서는 진파 발생 장치(10)를 통해 진파 발생 장치(10) 내부에 유입된 그라우트재에 진동을 제공하되, 바람직하게는 유량계(70)를 통해 파악된 유량의 고저에 따라 진파 발생 장치(10)의 내부에 유입된 그라우트재에 진동을 차등 제공한다.
바람직하게는, 유량이 높을수록 진파 발생 장치(10) 내부에 유입된 그라우트재의 양이 많다는 것을 의미하므로, 유량이 높은 경우 보다 강한 진동 에너지를 제공하며, 유량이 낮은 경우 보다 낮은 진동 에너지를 제공할 수 있는데, 이때 진동 에너지의 설정 방식은 바람직하게 상술한 진동 유닛의 수직 왕복 운동 속도를 조절하는 방식으로 이루어지거나, 혹은 제공될 주파수를 설정하는 방식으로 이루어질 수 있다.
이때 진동의 차등 제어는 바람직하게 컨트롤러(200)에 구비된 진동 제어부(230)를 통해 이루어질 수 있어, 유량에 따라 진파 발생 장치(10)의 내부에 유입된 그라우트재에 진동을 차등 제공하도록 컨트롤러(200)가 진동부(110)에 포함된 진동 유닛의 수직 왕복 운동 속도를 차등 조절할 수 있다.
가장 바람직하게는 진동 유닛의 수직 왕복 운동 속도 제어를 통해 진동을 차등 제어할 수 있는데, 유량이 높을수록 진동 유닛의 수직 왕복 운동 속도를 높이고, 유량이 낮을수록 진동 유닛의 수직 왕복 운동 속도를 낮출 수 있다.
다른 예시로, 진동의 주파수는 5 내지 15Hz 범위에서 설정될 수 있으므로, 유량이 높은 경우 15Hz에 가까운 주파수를 갖는 진동을 제공하고, 유량이 낮은 경우 5Hz에 가까운 주파수를 갖는 진동을 제공할 수 있다.
여기서 보다 바람직하게는 유량뿐만 아니라 압력의 고저를 더 반영하여 유입된 그라우트재에 진동을 차등 제공하는 것도 가능한데, 동일한 유량이 높은 압력으로 들어온다는 것은 진파 발생 장치(10) 내부에 보다 빠르게 그라우트재가 유입된다는 것을 의미하므로, 보다 높은 진동 에너지를 제공할 수 있다. 이를 위해서는 진동 유닛의 수직 왕복 운동 속도를 높이거나, 높은 주파수의 진동을 제공할 수 있다.
이와 같이 유량 뿐 아니라 압력의 고저가 반영되는 경우, 컨트롤러(200)에 포함되는 진동 제어부(230)는 유량 및 압력의 고저에 따라 진파 발생 장치(10)의 내부에 유입된 그라우트재에 진동을 차등 제공하도록 진동부(110)에 포함된 진동 유닛의 수직 왕복 운동 속도를 차등 조절할 수 있다.
동일한 유량이 낮은 압력으로 들어온다는 것은 진파 발생 장치(10) 내부에 보다 느리게 그라우트재가 유입된다는 것을 의미하므로, 보다 낮은 진동 에너지를 제공할 수 있다. 이를 위해서는 진동 유닛의 수직 왕복 운동 속도를 낮추거나, 낮은 주파수의 진동을 제공할 수 있다. 즉 유량 뿐 아니라 압력을 더 반영하여 그라우트재에 진동을 차등 제공하는 것이 가능하다.
이와 같이 진파 발생 장치(10)를 통해 진동이 제공되면, 그라우트재 입자가 들뜬 상태가 되어 여기 상태로 만들어 간극이 막히는 시간을 지연시켜, 그라우트재의 침투성과 주입범위를 향상시킬 수 있다.
(S4) 주입 단계
이어서, 상술한 진파 발생 장치(10)를 이용하여 보강 대상에 그라우트재를 주입한다. 다시 말해 진파 발생 장치(10)에서 토출된 그라우트재를 보강 대상에 주입하여, 그라우팅 공법을 마무리한다.
따라서 이와 같은 진파 발생 장치(10)를 통해 그라우트재를 보강 대상에 주입할 시 침투성이 향상되어 포틀랜드 시멘트를 주입재료로 사용해도 마이크로 시멘트로서의 주입 성능을 충분하게 발휘할 수 있고 이같이 마이크로시멘트 사용 시 약 2~5배의 주입 효과를 증대할 수 있고, 무기질계 주입재료 사용으로 지하수에 의한 용탈 현상이 방지되어 우수한 내구성을 자랑할 수 있다.
이때 보강 대상에 그라우트재가 주입되는 주입 속도는 유량에 의해 차등 제어될 수 있는데, 상술한 바와 같이 컨트롤러(200)에 포함된 유량 기록부(210)에 유량이 실시간으로 기록되는 경우, 기록된 유량에 따라 그라우트재의 주입 속도를 자동 제어할 수 있다. 다시 말해 유량이 높은 경우 주입 속도를 높이고, 유량이 낮은 경우 주입 속도를 낮추는 방식으로 제어가 가능하다. 이를 위해 컨트롤러(200)에 포함되는 주입 속도 제어부(240)는 유량에 따라 그라우트재의 주입 속도를 차등 제어할 수 있다.
더 나아가 유량계(70)와 함께 압력계(80)가 구비되어 유량 뿐 아니라 유입 압력이 더 기록되는 경우, 보강 대상에 그라우트재가 주입되는 주입 속도는 유량 및 압력에 의해 차등 제어될 수 있는데, 상술한 바와 같이 컨트롤러(200)에 포함된 유량 기록부(210)에 유량이 실시간으로 기록되고, 압력 기록부(220)에 압력이 실시간으로 기록된 경우, 기록된 유량 및 압력에 따라 그라우트재의 주입 속도를 자동 제어할 수 있다. 다시 말해 유량 및 압력이 높은 경우 주입 속도를 높이고, 유량 및 압력이 낮은 경우 주입 속도를 낮추는 방식으로 제어가 가능하다. 이를 위해 컨트롤러(200)에 포함되는 주입 속도 제어부(240)는 유량 및 압력에 따라 그라우트재의 주입 속도를 차등 제어할 수 있다.
혹은 컨트롤러(200)에 별도로 포함된 데이터베이스가 유량 및 압력에 따른 적정 주입 속도에 대한 데이터를 데이터베이스화하여 저장하고, 유량 기록부(210) 및 압력 기록부(220)에 실시간으로 기록되는 유량 및 압력을 데이터베이스에 저장된 데이터와 비교 처리하여 실시간으로 기록된 유량 및 압력에 대응되는 주입 속도로 그라우트재를 보강 대상에 주입하게끔 제어하는 것 역시 가능함은 물론이다.
이와 같은 주입 공법은 진파가 제공된 그라우트재를 천공의 보강 대상에 주입하여 그라우팅 공법의 핵심이라 할 수 있는 침투성 및 주입범위를 더욱 강화하는 기능을 제공할 수 있으며, 나아가 진파 발생 장치(10) 내부에 유입된 그라우트재의 유량에 따라 진동이 차등 제공될 수 있어 입자에 대한 진동 제공 효율을 높일 수 있다는 효과가 있으며, 나아가 유량에 따라, 보다 바람직하게는 유량 및 압력에 따라 그라우트재의 주입 속도를 자동화하여 제어할 수 있도록 한 효과를 가진다.
나아가 상술한 설명에서의 진동 차등 제공을 위해 추가적 단계가 포함될 수 있는데, 이를 위해 그라우팅 주입 공법, 그 중에서도 바람직하게 그라우트재 유입 단계 및 진동 제공 단계 사이에는 유입 이미지 생성 단계, 입도 수치 산출 단계, 주파수 설정 단계가 더 포함될 수 있다.
유입 이미지 생성 단계는 진파 발생 장치(10)의 유입단에 설치된 포토센서를 통해 유입되는 그라우트재를 촬영한 유입 이미지를 생성하는 단계이다. 이때 유입단이라 함은 바람직하게 유입관(40)의 내부 또는 유입관(40)과 진파 제공실(30) 사이의 연결부 일 측일 수 있으며, 포토센서는 바람직하게 초소형 카메라일 수 있다.
따라서 유입관(40)의 내부 또는 진파 발생 장치(10)와 유입관(40)의 사이의 연결부 일 측에 설치된 초소형 카메라와 같은 포토센서를 이용하여 진파 발생 장치(10)의 내부로 유입되는 그라우트재의 이미지 또는 영상을 촬영하는 것이며, 이렇게 촬영된 이미지 또는 영상이 유입 이미지가 될 수 있다. 나아가 생성된 유입 이미지는 컨트롤러(200)에 전송되어 후술할 과정에서 분석된다.
이어서 이루어지는 입도 수치 산출 단계는 촬영된 유입 이미지를 분석하여, 유입 이미지 상에서 유입되는 그라우트재의 입도 수치를 산출하는 기능을 수행한다.
여기서 입도 수치라 함은 바람직하게 유입되는 그라우트재를 촬영한 유입 이미지 상에서 관찰되는 입자의 입도를 나타낸 것이라 할 수 있는데, 유입 이미지 상에서 관찰 가능한 개별 입자가 있는 경우(예를 들어 돌이나 불순물, 혹은 시멘트 가루가 뭉친 입자 등) 해당 입자가 어느 정도의 크기를 갖는지, 혹은 촬영된 유입 이미지 상에서의 입자의 평균 사이즈는 얼마인지를 파악하는 것이다.
그러나 입도 수치는 절대적 값이라기보다는 상대적 수치일 수 있으므로, 유입 이미지에서 관찰 가능한 입자의 직경이 몇 픽셀인지를 파악하는 방식을 통해 입도 수치가 산출될 수 있다. 이때 입도 수치의 단위 등에 있어서는 제한을 두지 않으나, 일 예시로 입도 수치는 상대적인 수치일 수 있으므로 단위가 없을 수 있다. 예를 들어 입도 수치는 0 내지 10 범위를 갖는 값일 수 있으며, 유입 이미지 상에서 관찰된 입자의 직경 평균이 클수록 10에 가깝게, 작을수록 0에 가깝게 설정될 수 있다.
즉 유입 이미지 상에서 관찰된 입자의 직경의 상대적 크기를 나타내는 것이라 할 수 있으며, 이는 바람직하게 관찰된 입자의 직경을 파악하는 것일 수 있고 관찰된 입자가 여러 개인 경우 평균 직경을 파악하는 것일 수 있다.
따라서 입도 수치가 크다는 것은 유입되는 그라우트재를 촬영한 유입 이미지 상에서 관찰 가능한 입자가 많으며, 나아가 입자의 크기가 큰 것을 의미한다. 즉 크기가 큰 불순물이 섞여있거나 혹은 시멘트 가루 등이 큰 직경으로 뭉쳐있는 것을 의미할 수 있다. 입도 수치가 낮은 것은 그의 반대 경우를 의미할 수 있다.
주파수 설정 단계는 입도 수치를 기반으로 진파 발생 장치(10)의 진동 주파수를 차등 설정하는 단계이다. 여기서 바람직하게는 입도 수치가 높을수록 진동 주파수를 높이고, 입도 수치가 낮을수록 진동 주파수를 낮게 설정할 수 있다.
이와 같은 그라우팅 공법에서는 그라우트재에 포함된 입자의 사이즈를 포토센서를 기반으로 수치화한 뒤, 수치화한 값의 고저에 따라 진동 주파수를 차등 설정함으로써 진파 발생 장치(10)를 통해 제공되는 진동을 기반으로 그라우트재에 포함된 큰 입자를 쪼갤 수 있도록 함으로써 그라우트재 입자의 균일성을 높일 수 있는 장점이 있다.
더 나아가, 진파 발생 장치(10)의 유입단에서 그라우트재의 입도를 파악하는 상술한 구성에서 더 나아가 토출단에서도 그라우트재의 입도를 파악할 수 있는데, 이를 위해 그라우트 주입 공법은 토출 이미지 생성 단계를 더 포함할 수 있다.
토출 이미지 생성 단계는 바람직하게 주입 단계와 동시에 이루어지거나 주입 단계 이후에 이루어질 수 있는 것으로, 진파 발생 장치(10)의 토출단에 설치된 포토센서를 통해 토출되는 그라우트재를 촬영한 토출 이미지를 생성하는 기능을 수행한다. 이는 상술한 주입 이미지 생성 단계와 유사하나 진파 발생 장치(10)의 유입단이 아닌 토출단에 설치된 포토센서를 매개로 토출되는 그라우트재를 촬영하는 것이라 할 수 있다.
여기서 토출단이라 함은 토출부에 포함된 토출관(50) 내부, 혹은 진파 제공실(30)과 토출관(50)의 연결 부위가 될 수 있으며, 상술한 유입 이미지 설정 단계와 같이 토출관(50) 내부 또는 진파 제공실(30)과 토출관(50)의 연결 부위 일 측에 포토센서가 구비되어 토출되는 그라우트재의 영상 또는 이미지를 촬영하고, 이를 토출 이미지로서 컨트롤러(200)에 전송하는 것이라 할 수 있다.
이와 같이 토출 이미지가 생성되면, 입도 수치 산출 단계는 유입 이미지 뿐 아니라 토출 이미지를 더 분석하여 유입되는 그라우트재의 입도 수치 뿐 아니라 토출되는 그라우트재의 입도 수치를 더 산출하게 된다.
다시 말해 입도 수치 산출 단계는 상술한 분석 방식을 통하여 유입 이미지에 포함된, 유입되는 그라우트재에 포함된 입자들의 입도 수치를 분석함에서 더 나아가, 같은 방식으로 토출 이미지를 분석하여 토출 이미지에 포함된, 토출되는 그라우트재에 포함된 입자들의 입도 수치를 더 분석하게 된다.
이때 입도 수치 분석 방식은 상술한 입도 수치 산출 단계를 참조하면 되므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
나아가 이와 같이 유입되는 그라우트재의 입도 수치 및 토출되는 그라우트재의 입도 수치가 산출되면, 주파수 설정 단계는 유입되는 그라우트재의 입도 수치 및 토출되는 그라우트재의 입도 수치를 기반으로 진파 발생 장치(10)의 진동 주파수를 설정하게 된다.
예시로서 유입되는 그라우트재의 입도 수치가 높고 토출되는 그라우트재의 입도 수치가 모두 높은 경우, 유입되는 그라우트재의 입자 크기가 진동에 의해서도 감소하지 않는 것으로 판단되므로 진파 발생 장치(10)의 진동 주파수를 기준 주파수보다 높여 입자 크기를 감소시킬 수 있도록 한다. 이때 기준 주파수의 설정 방식이나 설정 대역에는 제한을 두지 않으며 진파 발생 장치(10) 관리자, 또는 컨트롤러(200)에 의해 기준 주파수가 설정될 수 있다.
나아가 그라우트재의 입도 수치가 높고 토출되는 그라우트재의 입도 수치가 낮은 경우는 적절하게 입자 크기의 감소가 이루어졌다고 판단되므로 진파 발생 장치(10)의 진동 주파수를 기준 주파수 수준으로 유지할 수 있다.
또한 그라우트재의 입도 수치가 낮고 토출되는 그라우트재의 입도 수치가 낮은 경우는 입자 크기를 더 이상 감소시킬 필요가 없고, 과하게 진동이 가해지는 것으로 판단될 수 있으므로 진파 발생 장치(10)의 진동 주파수를 기준 주파수 미만으로 조절하는 것이 가능하다.
이외에도 예시 이외의 방식으로 진동 주파수를 차등 설정할 수 있음은 물론이며, 이는 유입되는 그라우트재의 입도 수치 및 토출되는 그라우트재의 입도 수치를 비교 처리할 수 있는 방법이라면 제한을 두지 않는다.
따라서 유입되는 그라우트재의 입도 수치와 토출되는 그라우트재의 입도 수치를 비교 처리하여, 이를 기반으로 진파 발생 장치(10)의 진동 주파수를 설정함으로써 입자의 사이즈를 적정 크기로 유지시킴과 동시에 진동을 통한 입자의 들뜬 상태로의 전환을 보다 효율적으로 수행할 수 있으며, 과한 에너지 낭비를 방지할 수 있다.
이때 상술한 주파수 설정 단계에서의 진동 주파수 설정 방식에 있어서는 제한을 두지 않으나, 가장 바람직하게는 수학식 1을 통해 유입되는 그라우트재의 입도 수치 및 토출되는 그라우트재의 입도 수치를 비교 처리하여 진동 주파수를 설정할 수 있다.
수학식 1, 
(
는 산출된 진동 주파수, 
은 기준 주파수, 
은 유입되는 그라우트재의 입도 수치, 
은 토출되는 그라우트재의 입도 수치)
수학식 1은 산출된 진동 주파수와 기준 주파수가 비례하도록 설정하되, 만일 진동 주파수가 기준 주파수에 선형적으로 비례한다는 것은 가해지는 진동에 의해 입도 수치가 직선적으로 감소한다는 것을 의미하나 이는 현실성이 떨어지므로, 하이퍼사인의 역함수를 취하여 비선형적 분포를 나타내도록 하되 입도 수치의 드라마틱한 변화가 없는 경우 진동 주파수가 기준 주파수에 근접하게 수렴될 수 있도록 보완 및 조절 처리함과 동시에 입도 수치와 연동되어 진동 주파수의 세기를 조절할 수 있도록 한 것이다.
예를 들자면, 기준 주파수가 10Hz이고 유입되는 그라우트재의 입도 수치를 6, 토출되는 그라우트재의 입도 수치를 4로 가정한다. 이 경우 수학식 1에 따라 제 1 주파수는,
이러한 본 발명의 수학식 1을 통한 주차수 차등 설정 방식은, 유입되는 그라우트재의 입도 수치 및 토출되는 그라우트재의 입도 수치를 함께 감안하고, 이를 기준 주파수에 반영하여 진동 주파수를 차등 조절할 수 있는 특성을 제공한다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
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10 : 진파 발생 장치 20 : 하우징
30 : 진파 제공실 31 : 진동 제공 영역
40 : 유입관 50 : 토출관
60 : 펌프 70 : 유량계
80 : 압력계 90 : 믹서
100 : 진파 발생부 110 : 진동부
111 : 진동봉 120 : 진동판
200 : 컨트롤러 210 : 유량 기록부
220 : 압력 기록부 230 : 진동 제어부
240 : 주입 속도 제어부
30 : 진파 제공실 31 : 진동 제공 영역
40 : 유입관 50 : 토출관
60 : 펌프 70 : 유량계
80 : 압력계 90 : 믹서
100 : 진파 발생부 110 : 진동부
111 : 진동봉 120 : 진동판
200 : 컨트롤러 210 : 유량 기록부
220 : 압력 기록부 230 : 진동 제어부
240 : 주입 속도 제어부
Claims (9)
- 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법으로서,
지반을 일정한 깊이 및 직경으로 천공하고, 상기 천공을 관찰하여 보강 대상을 설정하는, 보강 대상 설정 단계;
진파 발생 장치의 유입단에 설치된 유량계를 통해 유량을 파악하며 그라우트재를 유입시키는, 그라우트재 유입 단계;
상기 진파 발생 장치의 유입단에 설치된 포토센서를 통해 유입되는 그라우트재를 촬영한 유입 이미지를 생성하는, 유입 이미지 생성 단계;
상기 유입 이미지를 분석하여 상기 유입되는 그라우트재의 입도 수치를 산출하는, 입도 수치 산출 단계;
상기 유량 및 상기 입도 수치의 고저에 따라 상기 진파 발생 장치의 진동 주파수를 차등 설정하여 상기 유입된 그라우트재에 진동을 제공하는, 진동 제공 단계;
상기 진파 발생 장치에서 토출된 상기 그라우트재를 상기 유량에 따라 주입 속도를 차등 제어하며 상기 보강 대상에 주입하는, 주입 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 그라우팅 공법. - 제 1항에 있어서,
상기 그라우트재 유입 단계는,
상기 진파 발생 장치의 유입단에 설치된 압력계를 통해 유입되는 그라우트재의 압력을 더 파악하고,
상기 진동 제공 단계는,
상기 유량과 상기 입도 수치 및 상기 압력의 고저에 따라 상기 진파 발생 장치의 진동 주파수를 차등 설정하여 상기 유입된 그라우트재에 진동을 제공하고,
상기 주입 단계는,
상기 진파 발생 장치에서 토출된 상기 그라우트재를 상기 유량 및 상기 압력에 따라 주입 속도를 차등 제어하며 상기 보강 대상에 주입하는 것을 특징으로 하는, 그라우팅 공법. - 제 1항에 있어서,
상기 진파 발생 장치는,
유입관을 매개로 진동 제공 영역에 그라우트재를 공급하는 유입부와,
상기 진동 제공 영역에 공급된 상기 그라우트재에 진동 에너지를 전달하는 탄성 재질의 진동판과 상기 진동판을 진동시키는 진동부를 포함한 진파 발생부 및,
상기 진파 발생부의 출구에서 토출된 상기 그라우트재를 상기 보강 대상에 주입하는 토출부 및,
상기 진동부의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는, 그라우팅 공법. - 제 1항에 있어서,
상기 그라우팅 공법은,
상기 진파 발생 장치의 토출단에 설치된 포토센서를 통해 토출되는 그라우트재를 촬영한 토출 이미지를 생성하는, 토출 이미지 생성 단계를 더 포함하고,
상기 입도 수치 산출 단계는,
상기 토출 이미지를 분석하여 상기 토출되는 그라우트재의 입도 수치를 더 산출하며,
상기 진동 제공 단계는,
상기 유입되는 그라우트재의 입도 수치에 더하여 상기 토출되는 그라우트재의 입도 수치를 기반으로 상기 진파 발생 장치의 진동 주파수를 설정하는 것을 특징으로 하는, 그라우팅 공법. - 제 4항에 있어서,
상기 진동 제공 단계는,
다음의 수학식 1을 통해 상기 유입되는 그라우트재의 입도 수치와 상기 토출되는 그라우트재의 입도 수치를 기반으로 한 진동 주파수를 설정하는 것을 특징으로 하는, 그라우팅 공법.
수학식 1,
(는 산출된 진동 주파수,
은 기준 주파수,
은 유입되는 그라우트재의 입도 수치,
은 토출되는 그라우트재의 입도 수치)
- 삭제
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220082721A KR102459426B1 (ko) | 2022-07-05 | 2022-07-05 | 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102459426B1 true KR102459426B1 (ko) | 2022-10-27 |
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ID=83810354
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020220082721A KR102459426B1 (ko) | 2022-07-05 | 2022-07-05 | 진파력을 겸비한 자동 주입 그라우팅 공법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR102459426B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101007287B1 (ko) | 2008-04-02 | 2011-01-13 | 최영준 | 근접 가진 방식의 보강재 주입 공법 및 장치 |
| KR101282184B1 (ko) * | 2012-01-18 | 2013-07-04 | 주식회사 효원이앤씨 | 그라우팅 장치 |
| KR20190008606A (ko) * | 2017-07-17 | 2019-01-25 | 정덕교 | 팽창성 유-무기 복합 그라우팅 약액 조성물 및 이를 이용한 시공방법 |
| KR102399093B1 (ko) * | 2021-10-18 | 2022-05-17 | 주식회사 세기엔지니어링 | 진동의 균일성을 강화한 가진 발생 장치 및 이를 이용한 그라우팅 주입 공법 |
-
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- 2022-07-05 KR KR1020220082721A patent/KR102459426B1/ko active IP Right Grant
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