KR102514273B1 - 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치와 이 장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치 및 이를 이용한 지반 개량공법 - Google Patents
케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치와 이 장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치 및 이를 이용한 지반 개량공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 비균질한 지반에서도 확실하고, 완벽하게 지반이 개량되도록 시멘트밀크와 내구성 약액인 실리카졸을 주입재로 사용하며, 로드 단부에 장착되는 특수 선단 특수모니터를 이용하여 주입재를 중고압의 방사상으로 분사한 후, 지반을 절삭 및 파쇄시킴과 동시에 로드의 회전 인발로 대상지반을 균일하게 개량하여 개량체를 형성하여 반영구적인 차수벽 및 기초파일을 형성하고, 시공시 발생하는 슬라임을 산업폐기물로 처리하지 않고 되메우기, 성토재 또는 보조기층재 등으로 재활용할 수 있도록 한 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치와 이 장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치 및 이를 이용한 지반 개량공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치는 황산이 저장된 황산탱크와; 규산에 일정량의 물을 가수하여 혼합 저장된 규산수탱크와; 상기 황산탱크와 규산탱크에 저장된 황산 및 규산수가 호스를 통해 각각 유입되는 케미컬 펌프와; 상기 케미컬 펌프를 통해 유입된 황산과 규산수가 호스에 의해 배출됨과 동시에 상기 황산과 규산수가 혼합되는 실리카졸 믹서로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치는 최상단에 위치되며, 시멘트밀크 주입구와 실리카졸 주입구가 형성된 스위벨과; 상기 스위벨의 하부와 일체로 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구와 실리카졸 주입구가 각각 연통되도록 형성된 로드와; 상기 로드에 연결됨과 동시에 다수개의 시멘트밀크 분사노즐과 실리카졸 분사노즐이 형성되고, 최하단 내측면에 체크밸브가 설치된 특수모니터와; 상기 특수모니터의 하단부에 나사 결합되는 굴착비트로 구성됨을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용한 지반 개량공법은 회전충격식 천공기에 중고압 제트 그라우트 분사장치를 설치하는 단계; 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용하여 지반을 일정한 깊이 및 직경으로 굴착하는 단계; 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치에 시멘트밀크와 실리카졸을 주입함과 동시에 상향으로 선회 인발하면서 시멘트밀크 분사노즐과 실리카졸 분사노즐을 통해 시멘트밀크와 실리카졸을 분사하면서 지반을 교란시켜 지중에 주상형 개량체를 형성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
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Description
본 발명은 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치와 이 장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치 및 이를 이용한 지반 개량공법에 관한 것으로, 특히 비균질한 지반에서도 확실하고, 완벽하게 지반이 개량되도록 시멘트밀크와 내구성 약액인 실리카졸을 주입재로 사용하며, 로드 단부에 장착되는 특수 선단 특수모니터를 이용하여 주입재를 중고압의 방사상으로 분사한 후, 지반을 절삭 및 파쇄시킴과 동시에 로드의 회전 인발로 대상지반을 균일하게 개량하여 개량체를 형성하여 반영구적인 차수벽 및 기초파일을 형성하고, 시공시 발생하는 슬라임을 산업폐기물로 처리하지 않고 되메우기, 성토재 또는 보조기층재 등으로 재활용할 수 있도록 한 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치와 이 장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치 및 이를 이용한 지반 개량공법에 관한 것이다.
대부분의 주입공법은 일반적으로 가능한 한 지반을 교란시키지 않고, 절리나 균열 또는 토립자들 사이의 공극에 주입재를 침투 주입시켜 지반을 개량하는 방식을 취하고 있다.
이와 같은 침투주입은 점성토 지반과 같은 불투수성 지반에는 적용이 곤란하고, 실질적으로 지반의 불균질성으로 인해 주입재의 침투방향과 주입범위를 예측할 수 없는 맥상 또는 할렬주입 형태로 개량되는 큰 결점이 있다.
이러한 주입공법들의 결점을 보완하기 위해 개발된 공법이 제트 그라우트(Jet Grout) 공법이다.
상기한 제트 그라우트 공법은 지반 내에서 400~600kg/㎠에 이르는 고압의 분류수(噴流水)를 분사하여 지반을 절삭 및 파쇄함으로써 형성된 공극에 주입재를 충전하여 원주 형상의 주상형 개량체를 형성하거나, 또는 직접 주입재를 200~400kg/㎠의 압력으로 분사하여 지반을 절삭 및 파쇄시키고, 절삭 및 파쇄된 토사와 주입재는 혼합경화되어 원주 형상의 주상형 개량체를 형성하는 공법이다.
상기한 제트 그라우트 공법은 대상지반에 목적하는 개량경을 인위적으로 조절할 수 있으므로 종래의 주입공법에 비하여 개량효과가 확실하다는 장점을 갖고 있어, 최근에는 각종 건설현장의 지반개량공법으로 널리 사용되고 있다.
근래에 와서는 시설물이 대형화되고, 가용 지면이 점차 부족해짐에 따라 매립지 또는 간척지 등 연약지반의 활용도가 증대되고 있다.
이러한 연약지반의 지지력 보강과 히빙 방지, 종래 구조물의 보호 및 언더피닝, 댐 등의 누수 방지 등을 비롯하여 특히 지하철, 지하차도 공사 등 도시의 토목공사에서 악화되고 있는 교통사정, 협소한 도로, 혼잡한 지하 매설물 등의 악조건을 안전하게 극복하고, 신속하며 신뢰할 수 있는 공사를 위한 중요한 역할을 하고 있다.
그러나 상기한 제트 그라우트 공법은 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 종래의 제트 그라우트 공법은 워터제트 등으로 절삭하는 공종과 시멘트밀크를 충전 또는 주입하는 공종이 거의 동시에 이루어지는데 지반절삭의 보조로 사용된 압축공기가 지상으로 배출될 때 시멘트밀크와 함께 배출된다.
이와 같이 압축공기와 함께 시멘트밀크 및 절삭토가 혼합된 액상의 슬라임(slime)이 지상으로 대량 배출된다.
이와 같이 건설공사에서 지상으로 배출된 슬라임은 양생 후, 통상 산업폐기물로 분류되며, 이러한 산업폐기물의 처리 및 처분은 법률에 의해 배출 사업자가 스스로 책임을 지고 적정하게 처리하도록 명시되어 있다.
그러나 상기한 슬라임은 산업폐기물이므로 처리비용이 많이 든다는 이유로 불법투기가 많고, 매립처분장 확보가 어렵고, 적정한 처리가 곤란하기 때문에 이에 대한 규제가 강화되고 있다.
이에 대하여 근년에는 상기한 슬라임과 같은 산업폐기물을 처리하는 장소의 환경문제나 처리장 부족의 문제 등으로 인하여 제트 그라우트 공사에서도 슬라임과 같은 산업폐기물을 발생시키지 않는 공법이 요구되고 있는 실정이다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 비균질한 지반에서도 확실하고, 완벽하게 지반이 개량되도록 시멘트밀크와 내구성 약액인 실리카졸을 주입재로 사용하며, 로드 단부에 장착되는 특수 선단 특수모니터를 이용하여 주입재를 중고압의 방사상으로 분사한 후, 지반을 절삭 및 파쇄시킴과 동시에 로드의 회전 인발로 대상지반을 균일하게 개량하여 개량체를 형성하여 반영구적인 차수벽 및 기초파일을 형성하고, 시공시 발생하는 슬라임을 산업폐기물로 처리하지 않고 되메우기, 성토재 또는 보조기층재 등으로 재활용할 수 있도록 한 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치와 이 장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치 및 이를 이용한 지반 개량공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치는 황산이 저장된 황산탱크와; 규산에 일정량의 물을 가수하여 혼합 저장된 규산수탱크와; 상기 황산탱크와 규산탱크에 저장된 황산 및 규산수가 호스를 통해 각각 유입되는 케미컬 펌프와; 상기 케미컬 펌프를 통해 유입된 황산과 규산수가 호스에 의해 배출됨과 동시에 상기 황산과 규산수가 혼합되는 실리카졸 믹서로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치는 최상단에 위치되며, 시멘트밀크 주입구와 실리카졸 주입구가 형성된 스위벨과; 상기 스위벨의 하부와 일체로 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구와 실리카졸 주입구가 각각 연통되도록 형성된 로드와; 상기 로드에 연결됨과 동시에 다수개의 시멘트밀크 분사노즐과 실리카졸 분사노즐이 형성되고, 최하단 내측면에 체크밸브가 설치된 특수모니터와; 상기 특수모니터의 하단부에 나사 결합되는 굴착비트로 구성됨을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용한 지반 개량공법은 회전충격식 천공기에 중고압 제트 그라우트 분사장치를 설치하는 단계; 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용하여 지반을 일정한 깊이 및 직경으로 굴착하는 단계; 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치에 시멘트밀크와 실리카졸을 주입함과 동시에 상향으로 선회 인발하면서 시멘트밀크 분사노즐과 실리카졸 분사노즐을 통해 시멘트밀크와 실리카졸을 분사하면서 지반을 교란시켜 지중에 주상형 개량체를 형성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치와 이 장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치 및 이를 이용한 지반 개량공법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 알칼리성인 시멘트밀크와 산성의 실리카졸을 이용하여 지반을 개량함으로써, 중성의 슬라임이 발생되고, 압축공기를 사용하지 않아 슬라임 배출량이 감소되어 산업폐기물 처리비용이 절감되는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 슬라임의 pH값이 9∼10 정도로 중성화에 가깝게 나타남으로써, 이 슬라임을 지반의 되메우기, 성토재, 보조기층재 등으로 재활용할 수 있는 친환경적인 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 종래공법에서 지반절삭의 보조로서 사용된 압축공기를 배제함으로써 시멘트밀크가 압축공기와 함께 지반으로 배출되는 결점을 원천적으로 차단시키는 효과가 있다.
넷째, 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 시멘트밀크 분사노즐을 120°로 개구된 세 방향으로 6∼12개를 특수모니터의 외관에 형성함으로써, 지반 개량시간을 종래공법에 비하여 1/3∼1/4 정도 단축시키는 효과가 있다.
다섯째, 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 특수모니터에서 분사노즐로 12개의 노즐 중 9개 분사노즐을 시멘트밀크 분사노즐용으로 외관에 수평으로 설치하고, 상기 시멘트밀크 분사노즐의 하부에 위치되는 실리카졸 분사노즐은 분사각도를 하향경사 15∼35°로 외관에 형성함으로써, 상기 시멘트밀크 분사노즐에서 분사된 시멘트밀크가 1차로 지반을 절삭 및 파쇄시켜 주상형 개량체의 바깥쪽 가장자리의 울퉁불퉁한 형태로 절삭 및 파쇄가 이루어지고, 지반 절삭 및 파쇄가 덜된 부분은 실리카졸로 2차 지반 절삭 및 파쇄하여 평활면이 형성됨으로써, 소요 개량경 조성뿐만 아니라 차수벽과 같은 겹침 등의 연속 시공시 주상형 개량체와 주상형 개량체 사이를 확실하게 시공할 수 있는 효과가 있다.
여섯째, 종래공법은 분사노즐 개수가 2∼4개인 이유로 로드 인발높이가 1step 당 4∼8cm이지만 본 발명은 다수개의 분사노즐을 사용함으로 로드 인발높이를 1step 당 10∼15cm으로 시공함으로써, 시공시간을 단축해 공정 및 공사비를 절감시키는 효과가 있다.
일곱째, 본 발명은 다수개의 분사노즐을 이용하여 알칼리성 시멘트밀크를 지중에 70∼130kg/㎠의 중고압으로 분사시킴과 동시에 실리카졸을 실리카졸 분사노즐을 통해 분사 혼합시킴으로써 지반 및 지하수에 미치는 환경오염이 없고, 유속이 빠른 지반에서도 주입재의 경화속도를 촉진해 주입재의 유실 없이 확실하고 완벽한 지반개량이 가능한 장점이 있다.
여덟째, 본 발명은 소구경 천공 후 시멘트밀크 및 실리카졸을 중고압으로 분사하여 원하는 직경의 개량체를 조성할 수 있는 지반 개량공법으로 지장물 매설구간과 구조물 근접 시공구간 등에서 효율적으로 시공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치를 도시한 계통도,
도 2는 도 1의 실리카졸 믹서를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 스위벨 및 로드를 도시한 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 로드를 도시한 단면도,
도 5a, 5b는 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 특수모니터의 내관을 조립한 상태를 도시한 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 특수모니터의 내관을 분해한 상태를 도시한 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 특수모니터의 외관을 조립한 상태를 도시한 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용하여 지반을 개량하는 순서를 도시한 시공순서도.
도 2는 도 1의 실리카졸 믹서를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 스위벨 및 로드를 도시한 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 로드를 도시한 단면도,
도 5a, 5b는 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 특수모니터의 내관을 조립한 상태를 도시한 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 특수모니터의 내관을 분해한 상태를 도시한 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 특수모니터의 외관을 조립한 상태를 도시한 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용하여 지반을 개량하는 순서를 도시한 시공순서도.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[주입재]
본 발명에 따른 주입재는 실리카졸(S)과 시멘트밀크(C)로 구성된다.
여기서, 전자인 실리카졸(S)은 규산소다 3호 10∼60중량%와 물 40∼90중량%로 이루어진 규산수와 상기 규산수 100중량%에 대하여 황산 4∼8중량% 혼합한 재료이다.
즉, 상기 실리카졸(S)은 규산소다 3호 10∼60중량%와 물 40∼90중량%로 이루어진 규산수와 상기 규산수 100중량%에 대하여 황산 4∼8중량% 농도의 황산수를 규산수 1: 황산수 1로 혼합하여 pH를 0.6∼1.6으로 제조한 것이다.
여기서, 상기한 같이 희석된 10% 미만의 황산은 유해화학물법에 인증 없이 현장에서 자유롭게 물질의 이동할 수 있고, 유독 화학물 사고없이 작업이 가능함을 밝혀둔다.
후자인 시멘트밀크(C)는 200ℓ용량부내에 시멘트 60∼120중량부와 중탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨 2∼8중량부, 나머지 물로 이루어진다.
[실리카졸 현장 제조장치]
도 1은 본 발명에 따른 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치를 도시한 계통도이고, 도 2는 도 1의 실리카졸 믹서를 도시한 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치는 황산이 저장된 황산탱크(10)와; 규산에 일정량의 물을 가수하여 혼합 저장된 규산수탱크(20)와; 상기 황산탱크(10)와 규산수탱크(20)에 저장된 황산 및 규산수가 호스(30)를 통해 각각 유입되는 케미컬 펌프(40)와; 상기 케미컬 펌프(40)를 통해 유입된 황산과 규산수가 호스(30)에 의해 배출됨과 동시에 상기 황산과 규산수가 혼합되는 실리카졸 믹서(50)로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치는 황산탱크(10)와 규산수탱크(20)가 호스(30)를 통해 케미컬 펌프(40)와 연결되고, 상기 케미컬 펌프(40)와 실리카졸 믹서(50)가 호스(30)를 통해 연결된 장치이다.
여기서, 상기 황산탱크(10)와 규산수탱크(20)는 황산 및 규산수를 저장하는 탱크이다.
그리고 상기 케미컬 펌프(40)는 케미컬 펌프(40)는 황산펌프(42)와 규산수펌프(44)로 구성된다.
여기서, 상기 케미컬 펌프(40)는 도 1에 도시된 바와 같이, 종류가 다른 케미컬 유체인 황산과 규산수를 독립형 펌프로 송출하도록 병렬시킨다.
또한, 1대의 모터로 황산펌프(42)와 규산수펌프(44)를 동기시켜 황산과 규산수를 송출하는 유형의 이액형 케미컬 펌프로 구성할 수도 있다.
이 경우, 상기 모터는 양축형이다.
상기 양축형 모터는 모터축의 양단부가 로터의 회전중심에서 양쪽으로 돌출하여 하우징의 양측 커버를 관통하여 외부로 노출되고, 일측 모터축단에는 황산펌프(42)의 임펠러축이, 타측 모터축단에는 규산수펌프(44)의 임펠러축을 연결하여 동기한다.
특히, 모터 한 대로 2조의 황산펌프(42)와 규산수펌프(44)를 동시에 가동하는 유형의 케미컬 펌프(40)는 일측 펌프의 모터가 생략되므로 실리카졸 현장 제조장치의 콤팩트화가 가능하고, 실리카졸 현장 제조장치의 제작비도 또한 절감할 수 있다.
또한, 상기 케미컬 펌프(40)와 실리카졸 믹서(50)를 연결하는 호스(30)에는 유량계(70)가 설치된다.
이러한 유량계(70)의 계측에 의해 정확한 량의 용액이 공급되도록 한다.
한편, 상기 실리카졸 믹서(50)는 일정한 직경을 갖고, 상부의 규산수 주입구(52)와 하부의 배출구(54)를 가진 상광하협형 호퍼(56)가 형성되고, 상기 호퍼(56)의 내주면에 유체의 혼합 및 가속을 위한 나선형 유도홈(58)이 형성되며, 상기 호퍼(56)의 가운데에 황산주입구(62)가 설치되되, 상기 황산주입구(62)는 상부가 트인 원통(64)으로 형성되고, 상기 원통(64)의 하단에 유출공(66)이 다수개 형성되며, 상기 유출공(66)에 체크밸브(68)가 고정 설치된다.
즉, 상기 실리카졸 믹서(50)는 호퍼(56)와 황산주입구(62)로 구성된다.
전자인 호퍼(56)는 상광하협형 원통이며, 상부 측면에는 규산수 주입구(52)가 형성되고, 하부에는 배출구(54)가 형성되며, 상기 호퍼(56)의 내측에는 나선형 유도홈(58)이 형성된다.
후자인 황산주입구(62)는 상부가 트인 원통(64)으로 형성되고, 상기 원통(64)의 하단에 유출공(66)이 형성되며, 상기 유출공(66)에 체크밸브(68)가 고정 설치된다.
여기서, 상기 황산주입구(62)에 저장된 황산이 원통(64)의 하단 유출공(66)을 통해 호퍼(56) 내부로 직하로 유입되고, 상기 호퍼(56)의 규산수 주입구(52)를 통해 압입되는 규산수는 중력에 의해 하강함과 동시에 원심력에 의해 유도홈(58)을 따라 선회하면서 유속이 가속된다.
이러한 과정을 통해 황산과 규산수가 혼합되어, 최종적으로 황산과 규산수 혼합물인 실리카졸(S)이 호퍼(56)의 배출구(54)를 통해 배출된다.
[시멘트밀크 제조장치]
본 발명에 따른 시멘트밀크 제조장치는 중탄산나트륨과 물이 혼합 저장된 중탄산나트륨수 탱크(72)와 상기 중탄산나트륨수 탱크(72)에 호스(30)에 의해 연결되며, 시멘트와 물이 혼합 저장된 시멘트수 탱크(74)와 상기 중탄산나트륨수와 시멘트수가 혼합된 시멘트밀크(C)를 이송시키는 시멘트밀크 펌프(76)로 구성된다.
즉, 상기 시멘트밀크 제조장치는 중탄산나트륨과 물을 일정한 비율로 혼합하여 중탄산나트륨수 탱크(72)에 저장된 상태에서 호스(30)를 통해 상기 중탄산나트륨수 탱크(72)의 중탄산나트륨수를 이송시켜 시멘트수 탱크(74)로 이송시키면, 상기 시멘트수 탱크(74)에는 별도로 시멘트와 물이 혼합된 상태에서 중탄산나트륨수 탱크(72)의 중탄산나트륨수와 혼합되어 시멘트밀크(C)가 제조되며, 이와 같이 제조된 시멘트밀크(C)는 시멘트밀크 펌프(76)를 통해 압송되어 호스(30)를 통해 이송되도록 한 장치이다.
여기서, 상기 호스(30)에도 실리카졸 현장 제조장치와 마찬가지로 유량계(70)을 설치하여 시멘트밀크의 정량공급을 체크한다.
[중고압 그라우트 분사장치]
도 3은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 스위벨 및 로드를 도시한 예시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 로드를 도시한 단면도이며, 도 5a는 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 특수모니터의 내관을 조립한 상태를 도시한 예시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 특수모니터의 내관을 분해한 상태를 도시한 예시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치의 특수모니터의 외관을 조립한 상태를 도시한 예시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)는 최상단에 위치되며, 시멘트밀크 주입구(110)와 실리카졸 주입구(120)가 형성된 스위벨(100)과; 상기 스위벨(100)의 하부와 일체로 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(110)와 실리카졸 주입구(120)가 각각 연통되도록 형성된 로드(200)와; 상기 로드(200)에 연결됨과 동시에 다수개의 시멘트밀크 분사노즐(210)과 실리카졸 분사노즐(220)이 형성되고, 최하단 내측면에 체크밸브(310)가 설치된 특수모니터(300)와; 상기 특수모니터(300)의 하단부에 나사 결합되는 굴착비트(400)로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)는 스위벨(100), 로드(200), 특수모니터(300) 및 굴착비트(400)가 유기적으로 결합되어 이루어진 장치이다.
여기서, 상기 스위벨(100)은 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)의 최상단에 위치됨과 동시에 측면 상단에 실리카졸 주입구(120)가 형성되고, 상기 실리카졸 주입구(120)에 일정간격 이격된 하부에 시멘트밀크 주입구(110)가 형성된 구조이다.
또한, 상기 로드(200)는 가운데에 배치되며, 실리카졸(S)이 압송되는 내관(230)과; 상기 내관(230)의 외주면에 배치됨과 동시에 시멘트밀크(C)가 압송되는 외관(240)으로 구성된다.
그리고, 상기 특수모니터(300)는 로드(200)에 연결됨과 동시에 다수개의 시멘트밀크 분사노즐(210)과 실리카졸 분사노즐(220)이 형성되고, 최하단 내측면에 체크밸브(310)가 설치된 구조이다.
여기서, 상기 특수모니터(300)의 내부에 제1주입관(320)이 설치되며, 상기 외관(240)으로 유입된 시멘트밀크가 교차이동하도록 특수모니터(300) 내부에 제2주입관(330)이 설치된다. 상기 제1주입관(320)과 제2주입관(330)은 X자 형상으로 형성되고, 스테인리스 재질로 형성된다.
즉, 상기 스위벨(100)과 로드(200)를 통해 내관(230) 및 제1주입관(310)으로 실리카졸(S)이 압송되고, 외관(240) 및 제2주입관(330)으로 시멘트밀크(C)가 압송된다.
상기 로드(200)와 연결되는 특수모니터(300) 부분에서는 X자 형태의 관으로 제1주입관(320)과 제2주입관(330)의 위치가 변경되는데 로드(200)의 내관(230)으로 압송되던 실리카졸(S)은 제2주입관(330)으로 관의 위치로 변경되고, 시멘트밀크(C)의 압송관은 외관(240)에서 압송되다가 제1주입관(320)의 위치로 변경되어 압송 후 각각의 시멘트밀크 분사노즐(210) 및 실리카졸 분사노즐(220)로부터 분사되도록 한다.
여기서, 상기 실리카졸(S)을 압송하는 관은 실리카졸(S) 자체가 산성이므로 일반적인 철관은 부식이 심하여 장시간 사용이 어려우므로 산성에 내구성이 강한 스테인리스 스틸관을 사용한다.
이와 같이 시멘트밀크(C) 및 실리카졸(S)을 압송시킨 후, 특수모니터(300)에서 유로를 변경시켜 분사되도록 한다.
이와 같이 시멘트밀크(C)의 압송관인 제1주입관(320)은 외관(240)으로 압송한 후, 특수모니터(300)에서 제2주입관(330) 쪽인 중앙으로 유로를 변경한 이유는 긴 분사노즐을 사용하여야 분사핵 각도가 좁아지면서 지반의 절삭 파괴력을 높일 수 있기 때문이다.
또한, 상기 특수모니터(300)에는 시멘트밀크 분사노즐(210)과 실리카졸 분사노즐(220)이 형성되되, 시멘트밀크 분사노즐(210)은 특수모니터(300)의 세방향으로 120° 각도로 길이방향으로 수평하게 일렬로 6∼12개가 형성되고, 상기 실리카졸 분사노즐(220)은 상기 시멘트밀크 분사노즐(210)로부터 일정길이 아래로 이격시켜 2∼3 방향에서 하향경사 15∼35°로 2∼3개 형성된다.
즉, 상기 시멘트밀크 분사노즐(210)을 120°로 개구된 세방향으로 6∼12개를 특수모니터(300)에 형성함으로써, 지반 개량시간을 종래공법에 비하여 1/3∼1/4 정도 단축시킬 수 있다.
또한, 상기 총 분사노즐 12개중에서 9개 분사노즐을 시멘트밀크(C)용으로 하여 시멘트밀크 분사노즐(210)을 특수모니터(300)에 수평으로 설치하고, 상기 시멘트밀크 분사노즐(210)의 하부에 위치되는 실리카졸 분사노즐(220)은 분사노즐 분사각도를 하향경사 15∼35°로 형성함으로써, 상기 시멘트밀크 분사노즐(210)에 의해 분사된 시멘트밀크(C)로 1차로 지반의 절삭 및 파쇄시켜 주상형 개량체의 바깥쪽 가장자리의 울퉁불퉁한 형태로 절삭 및 파쇄가 이루어지고, 2차로 지반 절삭 및 파쇄가 덜된 부분은 실리카졸(S)로 2차로 지반 절삭 및 파쇄로 1차의 시멘트밀크(C)에 의해 절삭 및 미파쇄된 부분이 실리카졸(S)의 하향 분사로 인하여 평활면이 형성됨으로써, 연속벽이나 차수벽 시공시 주상형 개량체(P)(파일)과 주상형 개량체(P)(파일) 사이의 벽면 간의 겹침(overlap)을 확실하게 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 로드(200)의 인발높이는 1step 당 10∼15cm으로 시공함으로써, 시공시간을 단축시켜 공사비를 절감시킬 수 있다.
그리고, 상기 다수개의 시멘트밀크 분사노즐(210)을 이용하여 시멘트밀크(C)를 지중에 70∼130kg/㎠의 중고압으로 분사시킴과 동시에 알칼리성분을 중화시키는 실리카졸(S)을 실리카졸 분사노즐(220)을 통해 동시에 분사 혼합시킴으로써 지반 및 지하수에 미치는 환경오염이 매우 적으며 유속이 빠른 지반에서도 경화재의 경화속도를 촉진시켜 경화재의 유실없이 확실하고 완벽한 지반개량이 가능하다.
한편, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 특수모니터(300)의 시멘트밀크 분사노즐(210)의 상부에는 오거날개(250)가 형성되고, 상기 오거날개(250)에는 분사노즐(260)이 형성된다.
이와 같은 오거날개(250)의 분사노즐(260)을 통해 실리카졸 및 시멘트밀크를 분사 혼합시킴으로써, 시멘트밀크(C)에 의해 절삭 및 미파쇄된 부분을 보다 확실하게 절삭함과 동시에 토입자의 재배열로 인한 지반의 추가 교란을 방지할 수 있다.
[지반 개량공법]
도 8은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용하여 지반을 개량하는 상태를 도시한 시공순서도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용한 지반 개량공법은 천공기(A)에 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 설치하는 단계; 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 이용하여 지반(G)을 일정한 깊이 및 직경으로 굴착하는 단계; 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)에 시멘트밀크(C)와 실리카졸(S)을 주입함과 동시에 상향으로 선회 인발하면서 시멘트밀크 분사노즐(210)과 실리카졸 분사노즐(220)을 통해 시멘트밀크(C)와 실리카졸(S)을 분사하면서 지반을 교란시켜 지중에 주상형 개량체(P)를 형성하는 단계로 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용한 지반 개량공법은 천공기(A)에, 최상단에 위치되며, 시멘트밀크 주입구(110)와 실리카졸 주입구(120)가 형성된 스위벨(100)과; 상기 스위벨(100)의 하부와 일체로 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(110)와 실리카졸 주입구(120)가 각각 연통되도록 형성된 로드(200)와; 상기 로드(200)에 연결됨과 동시에 다수개의 시멘트밀크 분사노즐(210)과 실리카졸 분사노즐(220)이 형성되고, 최하단 내측면에 체크밸브(310)가 설치된 특수모니터(300)와; 상기 특수모니터(300)의 하단부에 나사 결합되는 굴착비트(400)로 구성되고, 상기 로드(200)는 가운데에 배치되며, 실리카졸이 압송되는 내관(230)과; 상기 내관(230)의 외주면에 배치됨과 동시에 시멘트밀크가 압송되는 외관(240)으로 구성되며, 상기 특수모니터(300) 내부에 제1주입관(320)이 설치되며, 상기 외관(240)으로 유입된 시멘트밀크가 교차이동하도록 특수모니터(300) 내부에 제2주입관(330)이 설치되며, 상기 제1주입관(320)과 제2주입관(330)은 X자 형상으로 형성되며, 상기 시멘트밀크 분사노즐(210)은 특수모니터(300)의 세방향으로 120°로 길이방향으로 수평하게 일렬로 6∼12개가 형성되고, 상기 실리카졸 분사노즐(220)은 상기 시멘트밀크 분사노즐(210)로부터 일정길이 아래로 이격된 특수모니터(300)에서 세방향으로 하향경사 15∼35° 각도로 2∼3개 형성된 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 설치하고, 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 대상지반의 지면에서 하향으로 오른쪽으로 회전시키면 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)의 하단에 위치한 굴착비트(400)가 회전하면서 일정한 깊이 및 직경으로 천공홀을 형성한 후, 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)의 시멘트밀크 주입구(110)와 실리카졸 주입구(120)에 상기한 시멘트밀크 제조장치와 실리카졸 현장 제조장치에 의해 제조된 시멘트밀크(C)와 실리카졸(S)이 유입시킨 후, 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 상향으로 선회 인발시키면 시멘트밀크 분사노즐(210)과 실리카졸 분사노즐(220)을 통해 시멘트밀크(C)와 실리카졸(S)을 분사하면서 지반을 교란시켜 지중에 주상형 개량체(P)를 형성하는 것이다.
이와 같이, 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 상향으로 선회 인발하면서 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)의 시멘트밀크 분사노즐(210)을 통해 시멘트밀크(C)를 분사시켜 먼저 지반을 절삭 및 교란시킨 후, 상기 교란된 지반을 상기 시멘트밀크 분사노즐(210)의 하부에 위치한 실리카졸 분사노즐(220)에서 실리카졸(S)을 분사시켜 지반의 미절삭 부분 및 미파쇄된 부분을 추가 재차 파쇄토록 한다.
이때, 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)의 인발높이는 로드(200)를 기준으로 1step당 10∼15㎝로 이루어지고, 분사압력은 70∼130㎏f/㎠로 이루어짐으로써, 종래공법(400kgf/cm2)에서 보다 낮은 중압 및 중고압으로 시멘트밀크(C) 토출량을 150∼300ℓ/min으로 하고, 실리카졸(S) 토출량을 30∼75ℓ/min을 사용할 수 있다.
또한, 상기한 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용한 지반 개량공법에서는 시멘트밀크 분사노즐 6∼12개, 실리카졸 분사노즐 2∼3개를 사용하여 각 분사노즐에 걸리는 압력을 분산시켜 중압으로 분사할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 중고압 제트 그라우트 분사장치를 이용한 지반 개량공법은 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 사용하여 완결재인 시멘트밀크(C)와 급결재인 실리카졸(S)이 분사됨과 동시에 지중에서 만나 곧바로 경화되는 시스템으로 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 서서히 회전시키면서 1step씩 인발하여 지중의 대상지반을 균일하게 개량시켜 완벽한 주상형 개량체(P)의 차수벽 및 기초파일을 형성할 수 있는 작용효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에 기재한 바람직한 실시예는 예시적인 것으로서 한정적인 것은 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 나타나 있고, 그들 특허청구범위의 의미중에 들어가는 모든 변형예는 본 발명에 포함되는 것이다.
10: 황산탱크 20: 규산수탱크
30: 호스 40: 케미컬 펌프
42: 황산펌프 44: 규산수펌프
50: 실리카졸 믹서 52: 주입구
54: 배출구 56: 호퍼
58: 나선형 유도홈
62: 황산주입구 64: 원통
66: 유출공 68: 체크밸브
70: 유량계 72: 중탄산나트륨수 탱크
74: 시멘트수 탱크 76: 시멘트밀크 펌프
100: 스위벨 110: 시멘트밀크 주입구
120: 실리카졸 주입구 200: 로드
210: 시멘트밀크 분사노즐 220: 실리카졸 분사노즐
230: 내관 240: 외관
250: 오거날개 260: 분사노즐
300: 특수모니터 310: 체크밸브
320: 제1주입관 330: 제2주입관
400: 굴착비트 500: 커플러
A: 천공기 B: 중고압 제트 그라우트 분사장치
C: 시멘트밀크 G: 지반
S: 실리카졸 P: 주상형 개량체
30: 호스 40: 케미컬 펌프
42: 황산펌프 44: 규산수펌프
50: 실리카졸 믹서 52: 주입구
54: 배출구 56: 호퍼
58: 나선형 유도홈
62: 황산주입구 64: 원통
66: 유출공 68: 체크밸브
70: 유량계 72: 중탄산나트륨수 탱크
74: 시멘트수 탱크 76: 시멘트밀크 펌프
100: 스위벨 110: 시멘트밀크 주입구
120: 실리카졸 주입구 200: 로드
210: 시멘트밀크 분사노즐 220: 실리카졸 분사노즐
230: 내관 240: 외관
250: 오거날개 260: 분사노즐
300: 특수모니터 310: 체크밸브
320: 제1주입관 330: 제2주입관
400: 굴착비트 500: 커플러
A: 천공기 B: 중고압 제트 그라우트 분사장치
C: 시멘트밀크 G: 지반
S: 실리카졸 P: 주상형 개량체
Claims (12)
- 황산이 저장된 황산탱크(10)와; 규산에 일정량의 물을 가수하여 혼합 저장된 규산수탱크(20)와; 상기 황산탱크(10)와 규산수탱크(20)에 저장된 황산 및 규산수가 호스(30)를 통해 각각 유입되는 케미컬 펌프(40)와; 상기 케미컬 펌프(40)를 통해 유입된 황산과 규산수가 호스(30)에 의해 배출됨과 동시에 상기 황산과 규산수가 혼합되는 실리카졸 믹서(50)로 구성되고,
상기 실리카졸 믹서(50)는 일정한 직경을 갖고, 상부의 규산수 주입구(52)와 하부의 배출구(54)를 가진 상광하협형 호퍼(56)가 형성되고, 상기 호퍼(56)의 내주면에 유체의 혼합 및 가속을 위한 나선형 유도홈(58)이 형성되며,
상기 호퍼(56)의 가운데에 황산주입구(62)가 설치되되, 상기 황산주입구(62)는 상부가 트인 원통(64)으로 형성되고, 상기 원통(64)의 하단에 유출공(66)이 형성되며, 상기 유출공(66)에 체크밸브(68)가 고정 설치됨을 특징으로 하는 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치. - 삭제
- 삭제
- 최상단에 위치되며, 시멘트밀크 주입구(110)와 실리카졸 주입구(120)가 형성된 스위벨(100)과; 상기 스위벨(100)의 하부와 일체로 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(110)와 실리카졸 주입구(120)가 각각 연통되도록 형성된 로드(200)와; 상기 로드(200)에 연결됨과 동시에 다수개의 시멘트밀크 분사노즐(210)과 실리카졸 분사노즐(220)이 형성되고, 최하단 내측면에 체크밸브(310)가 설치된 특수모니터(300)와; 상기 특수모니터(300)의 하단부에 나사 결합되는 굴착비트(400)로 구성되고,
상기 시멘트밀크 분사노즐(210)은 특수모니터(300)의 세방향으로 120°로 길이방향으로 수평하게 일렬로 6∼12개가 형성되고, 상기 실리카졸 분사노즐(220)은 상기 시멘트밀크 분사노즐(210)로부터 일정길이 아래로 이격된 특수모니터(300)에서 세방향으로 하향경사 15∼35° 각도로 2∼3개 형성됨을 특징으로 하는 중고압 제트 그라우트 분사장치. - 제4항에 있어서,
상기 로드(200)는 가운데에 배치되며, 실리카졸이 압송되는 내관(230)과; 상기 내관(230)의 외주면에 배치됨과 동시에 시멘트밀크가 압송되는 외관(240)으로 구성됨을 특징으로 하는 중고압 제트 그라우트 분사장치. - 제4항에 있어서,
상기 특수모니터(300) 내부에 제1주입관(320)이 설치되며, 외관(240)으로 유입된 시멘트밀크가 교차이동하도록 특수모니터(300) 내부에 제2주입관(330)이 설치됨을 특징으로 하는 중고압 제트 그라우트 분사장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1주입관(320)과 제2주입관(330)은 X자 형상으로 형성됨을 특징으로 하는 중고압 제트 그라우트 분사장치. - 삭제
- 제4항에 있어서,
상기 시멘트밀크 분사노즐(210)의 상부에는 오거날개(250)가 형성되고, 상기 오거날개(250)에는 분사노즐(260)이 형성됨을 특징으로 하는 중고압 제트 그라우트 분사장치. - 최상단에 위치되며, 시멘트밀크 주입구(110)와 실리카졸 주입구(120)가 형성된 스위벨(100)과; 상기 스위벨(100)의 하부와 일체로 연결되며, 상기 시멘트밀크 주입구(110)와 실리카졸 주입구(120)가 각각 연통되도록 형성된 로드(200)와; 상기 로드(200)에 연결됨과 동시에 다수개의 시멘트밀크 분사노즐(210)과 실리카졸 분사노즐(220)이 형성되고, 최하단 내측면에 체크밸브(310)가 설치된 특수모니터(300)와; 상기 특수모니터(300)의 하단부에 나사 결합되는 굴착비트(400)로 구성되고,
상기 시멘트밀크 분사노즐(210)은 특수모니터(300)의 세방향으로 120°로 길이방향으로 수평하게 일렬로 6∼12개가 형성되고, 상기 실리카졸 분사노즐(220)은 상기 시멘트밀크 분사노즐(210)로부터 일정길이 아래로 이격된 특수모니터(300)에서 세방향으로 하향경사 15∼35° 각도로 2∼3개 형성된 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 이용한 지반 개량공법으로서,
천공기(A)에 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 설치하는 단계;
상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 이용하여 지반(G)을 일정한 깊이 및 직경으로 굴착하는 단계;
상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)에 시멘트밀크(C)와 실리카졸(S)을 주입함과 동시에 상향으로 선회 인발하면서 시멘트밀크 분사노즐(210)과 실리카졸 분사노즐(220)을 통해 시멘트밀크(C)와 실리카졸(S)을 분사하면서 지반(G)을 교란시켜 지중에 주상형 개량체(P)를 형성하는 단계로 이루어지고,
상기 주상형 개량체(P) 형성단계는 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)를 상향으로 선회 인발하면서 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)의 시멘트밀크 분사노즐(210)을 통해 시멘트밀크(C)를 분사시켜 지반을 절삭 및 교란시킨 후, 상기 교란된 지반을 상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)의 실리카졸 분사노즐(220)을 통해 실리카졸을 분사시켜 지반(G)의 미절삭 부분 및 미파쇄된 부분을 추가 재차 파쇄하며,
상기 중고압 제트 그라우트 분사장치(B)의 인발높이는 로드(200)를 기준으로 1step당 10∼15㎝로 이루어지고, 분사압력은 70∼130㎏f/㎠로 이루어짐을 특징으로 하는 지반 개량공법. - 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220075443A KR102514273B1 (ko) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치와 이 장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치 및 이를 이용한 지반 개량공법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020220075443A KR102514273B1 (ko) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치와 이 장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치 및 이를 이용한 지반 개량공법 |
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|---|---|
| KR102514273B1 true KR102514273B1 (ko) | 2023-03-27 |
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|---|---|---|---|
| KR1020220075443A KR102514273B1 (ko) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | 케미컬 펌프를 이용한 실리카졸 현장 제조장치와 이 장치에 의해 제조된 실리카졸과 시멘트밀크를 분사하는 중고압 제트 그라우트 분사장치 및 이를 이용한 지반 개량공법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102514273B1 (ko) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20100096770A (ko) * | 2009-02-25 | 2010-09-02 | 이엔비나노텍(주) | 고속반응용 노즐을 이용한 나노기공 실리카, 황산나트륨 및불산 제조장치 및 그 제조방법 |
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| KR101545254B1 (ko) * | 2014-08-28 | 2015-08-20 | 최정옥 | 중압혼합분사 주입장치 및 이를 이용한 주상형 구조체 시공방법 |
| KR101984123B1 (ko) * | 2018-07-17 | 2019-05-30 | 임호균 | 내구성 약액을 이용한 차수벽 형성 및 지반 보강용 장치 |
-
2022
- 2022-06-21 KR KR1020220075443A patent/KR102514273B1/ko active IP Right Grant
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