KR102540710B1 - 대단면 dcm 교반장치의 에어 및 슬러리 토출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대단면 DCM 교반장치의 에어 및 슬러리 토출장치에 관한 것으로, 대단면 DCM 교반장치에 있어서, 상기 에어 및 슬러리 자동 개폐장치는 에어공급관과 직교되게 연결되어 토출구의 끝단까지 연장되는 에어분사관; 상기 에어분사관의 내부에 에어통로를 두고 삽입되어 에어공급시에 에어의 압력으로 전진하여 에어출구를 개방하고 에어공급이 되지 않을 때 내측단의 제1스프링의 압축력으로 후퇴되어 에어출구를 차단하는 에어노즐; 및 상기 에어분사관의 에어출구 측 외주면에 슬라이드되게 설치되고, 에어분사관의 외면에 끼워 연결시킨 제2스프링의 압축력에 의해 슬러리가 공급되지 않을 때 슬러리 토출구를 차단하고, 슬러리가 공급될 때 제2스프링을 탄발시키면서 슬러리 토출구를 개방하는 개폐구;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

대단면 DCM 교반장치의 에어 및 슬러리 토출장치{Air and slurry discharge device of large-scale DCM agitator}

본 발명은 대단면 DCM 교반장치의 에어 및 슬러리 토출장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 심층혼합처리공법에 의한 대단면의 지중개량체의 형성을 위해 지중에 주입되는 슬러리를 고압의 압축공기를 통해 개량 영역 전체에 균일하게 주입 살포시켜 토사와의 교반효과를 높임으로써 대단면 지중개량체의 품질을 향상시키고 토출구에 역류방지장치를 설치하여 토사 및 슬러리가 굴착교반로드의 내부로 역류되는 것을 방지하도록 한 대단면 DCM 교반장치의 에어 및 슬러리 토출장치에 관한 것이다.

일반적으로 점토나 실트와 같은 토질로 된 연약지반은 지하수위가 높고 포화되어 있으며, 지지력이 낮아 구조물 등의 안정과 침하에 큰 문제를 발생시키므로 이를 개량하기 위한 물리적이거나 화학적인 연약지반 개량공법이 사용된다.

DCM(Deep Cement Mixing) 공법으로 불리는 심층혼합처리공법은 상기와 같은 연약지반을 개량하는 공법 중의 하나로 시멘트와 물을 주성분으로 하는 슬러리를 연약지반(점성토, 사질토, 유기질토) 또는 투수 계수가 높은 모래자갈층이나, 풍화토 등의 지중에 상부와 하부 토출방식과 일정한 압력으로 주입하면서 교반 혼합하여 화학적으로 고체화시켜 연약지반을 개량하는 것으로, 특히 연약지반과 슬러리가 혼합하면서 발생하는 수화반응을 통해서 물리적 화학적으로 고형화된 파일 형태의 지중개량체를 시공하게 되고, 상기와 같은 지중개량체에 의해 연약지반을 강화시키게 된다.

이와 같은 심층혼합처리공법은 통상적으로 로드와, 지중토사 및 고화재를 교반시키기 위한 교반날개 및, 로드의 내부를 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.

또한, 지중개량체에 대한 규모는, 자중과 이에 작용하게 될 상부의 하중, 토압, 수압 등의 외부 하중에 충분히 견딜 수 있는 단면으로 설정되어야 하는 데, 특히, DCM 개량 단면적이 증가할수록 공기 단축 효과 및 경제성 증가 효과가 크므로 근래에는 D1000mm∼1300mm의 중대단면 DCM이 수많은 현장 설계에 반영되고 있고 D1600mm이상의 대단면 DCM에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다.

그러나, 대단면의 지중개량체를 형성하는 대단면 DCM의 경우 슬러리를 공급하는 주입통로가 상대적으로 커지게 되므로 천공수, 압축공기와 함께 공급되는 슬러리의 살포 압력이 낮아 토사의 입자 사이로 슬러리가 균일하게 침투하지 못하여 교반효과가 저조한 문제점이 있다.

또한, 공기와 슬러리가 토출되는 토출구는 개방된 상태에 있으므로 지중에 주입시킨 슬러리 또는 압축공기가 로드의 내부로 역류하여 주입효과를 감소시키고 토출구가 토사에 의해 막히게 되는 문제가 있다.

이같은 역류 문제를 해소하기 위해 토출구에 고무패킹막을 부착한 특허 제10-0797845호가 개시되고 있으나 이 구조는 슬러리 토출속도 및 분사를 감소시키는 단점이 있다.

<선행기술문헌>

등록특허 10-2345231호, 2021. 12. 29 공고

등록특허 10-0797845호, 2008. 01. 24. 공고

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 데 있는 것으로, 슬러리의분사압력을 높인 에어와 함께 1행정으로 동시 주입하여 슬러리가 개량영역 전체에 균일하게 살포되게 하고 강한 압력으로 분사되는 에어(압축공기)에 의해 흙입자의 유동성을 높여 슬러리의 교반효율을 높임으로써 대단면 DCM시공을 가능하게 하는 대단면 DCM 교반장치의 에어 및 슬러리 토출장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 토출구에 역류방지장치를 설치하여 토출구의 막힘 현상을 최소화함으로써 에어와 슬러리의 주입을 원활하게 한 대단면 DCM 교반장치의 에어 및 슬러리 토출장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 가장 바람직한 실시예에 의하면, 굴착로드의 외주에 교착 설치된 다수개의 교반날개;
상기 굴착로드의 내부에 설치되어 슬러리를 주입시키는 슬러리 공급관;
상기 슬러리 공급관에 별도로 분리 설치된 에어공급관;
상기 슬러리 공급관과 에어공급관으로 공급되는 슬러리와 에어를 토출하는 슬러리 토출구; 및,
상기 슬러리 토출구의 내부에는 에어 및 슬러리의 공급시 에어출구와 슬러리 토출구를 개방하고, 에어 및 슬러리가 공급되지 않을 때 자동으로 에어출구와 슬러리 토출구를 차단하여 막힘과 역류를 방지하는 에어 및 슬러리 자동 개폐장치가 설치된 대단면 DCM 교반장치에 있어서,
상기 에어 및 슬러리 자동 개폐장치는 에어공급관과 직교되게 연결되어 토출구의 끝단까지 연장되는 에어분사관;
상기 에어분사관의 내부에 에어통로를 두고 삽입되어 에어공급시에 에어의 압력으로 전진하여 에어출구를 개방하고 에어공급이 되지 않을 때 내측단의 제1스프링의 압축력으로 후퇴되어 에어출구를 차단하는 에어노즐; 및 상기 에어분사관의 에어출구 측 외주면에 슬라이드되게 설치되고, 에어분사관의 외면에 끼워 연결시킨 제2스프링의 압축력에 의해 슬러리가 공급되지 않을 때 슬러리 토출구를 차단하고, 슬러리가 공급될 때 제2스프링을 탄발시키면서 슬러리 토출구를 개방하는 개폐구;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 대단면 DCM 교반장치의 에어 및 슬러리 토출장치가 제공된다.

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이와 같은 본 발명에 따르면, 슬러리와 함께 공급되는 고압의 압축공기에 의해 흙입자의 유동성을 높여 교반 영역의 흙이 부드럽게 상승하여 주변의 변위를 작게함으로써 오거의 부하를 낮추어 주고 흙 입자의 사이로 슬러리의 침투가 원활하게 이루어져 교반효과를 높이고 지중개량체의 품질을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 대단면 DCM 시공을 가능하게 할 뿐 아니라 이로 인해 대단면 DCM 시공시 기존 장치 및 설비를 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 토출구에 자동 에어 개폐 기능을 가진 역류방지장치가 설치되어 토출구의 막힘을 최소화하고 역류를 방지하게 되며, 이로 인해 슬러리의 주입효과를 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 굴착로드의 일부 단면예시도
도 2는 굴착로드의 일부 확대 단면도
도 3은 토출구의 확대 단면도
도 4는 슬러리 토출구와 에어출구가 차단된 상태의 확대단면도
도 5는 슬러리 토출구와 에어출구가 개방된 상태의 확대단면도
도 6은 슬러리 토출구가 교반날개의 하부에 수직으로 설치된 상태의 다른 실시예도
도 7은 도 6의 슬러리 토출구의 확대단면도

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.

본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 불필요한 기술 내용에 대해서는 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확한 전달을 위해 설명을 생략한다.

또한, 본 발명에서 에어는 포괄적으로 표현한 것으로서 압축공기를 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 굴착로드의 일부 단면예시도이고, 도 2는 굴착로드의 일부 확대 단면도이며, 도 3은 토출구의 확대 단면도이고, 도 4는 슬러리 토출구와 에어분사구가 차단된 상태의 확대단면도이며, 도 5는 슬러리 토출구와 에어분사구가 개방된 상태의 확대단면도이고, 도 6은 슬러리 토출구가 교반날개의 하부에 수직으로 설치된 상태의 다른 실시예도이며, 도 7은 도 6의 슬러리 토출구의 확대단면도이다.

본 발명의 대단면 DCM 교반장치의 에어 및 슬러리 토출장치는 슬러리 토출구의 구조를 개량하여 슬러리와 압축공기를 각각의 라인에서 동시 토출시키되 슬러리를 압축공기에 의해 보다 강한 압력으로 살포함으로써 우수한 교반능력으로 고강도의 대단면 지중개량체를 시공할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은 슬러리 토출구에 역류방지장치를 설치하여 슬러리와 토사 및 에어가 역류되지 않도록 한 데 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 다축 굴착로드(100)를 도시한 것으로서, 다수개의 교반날개(101)가 교착된 굴착로드(100)는 심층혼합처리장비의 로드유닛의 최하부에 연결 설치되고 내부에는 지중 굴착 또는 인발시 슬러리를 주입시킬 수 있도록 슬러리공급관(110)과 연결된 슬러리 토출구(120)가 설치되며, 상기 슬러리 토출구(120)에는 슬러리공급관(110)의 외부에 별도로 설치된 보다 소경의 에어공급관(130)이 내입 설치되어 있다.

도 2 내지 도 5에 도시한 본 발명의 일 실시예는 슬러리 토출구(120)가 수직의 슬러리공급관(110)에 교차되도록 굴착로드(100)의 원주방향을 따라 수평으로 설치되어 슬러리를 대략 수평방향으로 분사하는 구조의 예시로서, 상기 슬러리 토출구(120)는 슬러리공급관(110)에 연결되는 측은 슬러리공급관(110)과 동일 직경으로 이루어지고 반대쪽의 출구는 좁아지는 직경의 동심레듀사(200)로서 구성되어 굴착로드(100)를 관통하도록 설치된다.

이같이 동심레듀사(200)로 구성된 슬러리 토출구(120)는 슬러리공급관(110)보다 축소되는 작은 직경의 출구를 통해 슬러리가 보다 강한 압력으로 배출되는 작용을 하게 된다.

여기서, 동심레듀사(200)의 출구의 크기는 입구보다 약 절반정도의 직경으로 구성되는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 슬러리 토출구(120)에 내입 설치된 에어공급관(130)에는 에어 및 슬러리 자동 개폐장치(300)가 설치된다.

상기 에어 및 슬러리 자동 개폐장치(300)는 에어공급관(130)과 직교되게 연결되어 슬러리 토출구(120)의 끝단까지 연장되는 에어분사관(310)과, 상기 에어분사관(310)의 내부에 에어통로(311)를 두고 삽입되어 압축공기의 공급시에 압축공기의 압력으로 전진하여 에어출구(312)를 개방하고 압축공기의 공급이 되지 않을 때 내측단의 제1스프링(313)의 압축력으로 후퇴되어 에어출구(312)를 차단하는 에어노즐(314)로 구성된다.

여기서, 상기 에어분사관(310)의 에어출구(312)는 내측에서 외측으로 확장되는 제1테이퍼면(315)이 형성되고, 또한, 에어노즐(314)의 선단부는 제1테이퍼면(315)에 대응하는 제2테이퍼면(316)이 형성되어 에어출구(312)의 차단시 제1테이퍼면(315)과 제2테이퍼면(316)의 긴밀한 밀착으로 차단 효과를 높이게 된다.

또한, 상기 에어분사관(310)의 에어출구(312) 측 외주면에는 토출구를 개방하고 차단하는 개폐구(400)가 슬라이드되게 설치되어 에어분사관(310)의 외면에 끼워 연결시킨 제2스프링(410)에 의해 슬러리가 공급될 때 제2스프링(410)을 탄발시키면서 개폐구(400)를 슬라이드시켜 슬러리 토출구(120)를 개방하고, 슬러리가 공급되지 않을 때 제2스프링(410)의 복귀력으로 후퇴하여 슬러리 토출구(120)를 차단하도록 구성되어 있다.

즉, 에어 및 슬러리 자동 개폐장치(300)는 에어출구(312) 및 슬러리 토출구(120)를 각각 개폐하는 개폐장치가 동시에 결합 설치되어 굴착작업시 공급되는 압축공기와 슬러리를 배출 압력으로 에어출구(312)와 슬러리 토출구(120)를 동시에 개방하여 지중에 주입시키고 굴착작업을 하지 않을 때에는 자동으로 에어출구(312)와 슬러리 토출구(120)를 동시에 차단하여 역류를 방지함과 동시에 막히는 것을 방지하게 된다.

도 6 및 도 7은 슬러리 토출구(120)가 교반날개(101)의 하부에 수직으로 설치되어 슬러리를 지반을 향해 수직방향으로 분사하는 구조에 적용된 본 발명의 다른 실시예로서 슬러리공급관(110)에 연결시킨 동심레듀사(200)의 출구측에 이와 동일 직경으로 된 ㄱ 자 형상의 토출관(500)이 교반날개(101)의 내부로 연장되도록 연결 설치되고, 지면을 향하는 상기 토출관(500)의 수직부 내부에 에어공급관(130)을 연결한 상기 에어 및 슬러리 자동 개폐장치(300)가 설치된다.

따라서, 슬러리와 에어는 토출관(500)을 거쳐 수직부에 설치된 에어 및 슬러리 자동 개폐장치(300)에 의해 에어출구(312)와 슬러리 토출구(120)를 통해 지반을 향해 수직방향으로 동시에 토출되어 토사와 교반되고, 슬러리와 압축공기가 공급되지 않을 때에는 에어출구(312)와 슬러리 토출구(120)가 차단되어 역류가 방지된다.

이 구조는 슬러리 토출구(120)를 교반날개(101)에 설치하기 위해 슬러리 토출구(120)의 동심레듀사(200)에 토출관(500)을 연결하여 교반날개(101)의 내부로 유도하고 이의 수직부에 상기한 에어 및 슬러리 자동 개폐장치(300)를 설치하여 슬러리와 압축공기를 수직방향으로 토출하는 것으로 에어 및 슬러리의 자동 개폐작동은 상기한 실시예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

이와 같은 본 발명에 따른 에어 및 슬러리 자동 개폐장치(300)의 작동을 보다 구체적으로 설명한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 슬러리와 에어가 토출되는 슬러리 토출구(120)는 이의 내측에 근접되게 설치된 에어 및 슬러리 자동 개페장치에 의해 개폐되는 데, 에어공급관(130)의 하단에 수평으로 연결된 에어분사관(310)의 내부에는 에어통로(311)를 두고 에어노즐(314)이 삽입되어 있으므로 에어공급관(130)으로 부터 공급되는 압축공기는 에어분사관(310)의 내부에서 에어노즐(314)과의 사이에 형성된 에어통로(311)를 통해 토출이 이루어진다. 그런데 에어노즐(314)은 내측단에 설치된 제1스프링(313)의 압축력으로 당겨져 후퇴한 상태에서 선단이 에어분사관(310)의 에어출구(312)를 차단하고 있으므로 압축공기가 공급되지 않을 때는 에어출구(312)가 개방되지 않는 반면에, 에어공급관(130)으로 부터 압축공기가 공급되면, 압축공기의 압력으로 에어노즐(314)이 제1스프링(313)의 압축력을 극복하면서 전진하여 에어출구(312)를 개방시키게 됨에 따라 압축공기의 분사가 이루어지게 된다.

여기서, 에어분사관(310) 선단의 에어출구(312)는 내측에서 외측으로 확장되는 제1테이퍼면(315)이 형성되고 에어노즐(314)의 선단부는 제1테이퍼면(315)에 대응하는 제2테이퍼면(316)이 형성되어 있으므로 에어출구(312)를 차단시 제1테이퍼면(315)과 제2테이퍼면(316)이 서로 긴밀하게 밀접되어 에어출구(312)를 보다 확실하게 차단함으로써 외부로 부터 이물질이 유입되는 문제는 발생하지 않게 된다.

또한, 슬러리가 토출되는 토출구를 개폐하는 개폐구(400)는 에어분사관(310)의 외부에 설치한 제2스프링(410)의 압축력으로 당겨진 상태에 있으므로 토출구 역시 슬러리가 공급되지 않을 때에는 개폐구(400)에 의해 차단되어 있게 되고, 슬러리가 공급되면 슬러리의 압력으로 개폐구(400)가 전진하여 슬러리 토출구(120)를 개방시키게 됨에 따라 슬러리는 슬러리 토출구(120)를 통해 대략 수평방향으로 지중의 개량영역에 주입되며, 슬러리의 공급이 중단되면 슬러리의 압력이 가해지지 않아 개폐구(400)는 제2스프링(410)의 압축력으로 후퇴되어 슬러리 토출구(120)를 차단함으로써 토출구의 막힘을 방지하고 토사와 슬러리의 역류를 방지하게 된다.

한편, 이와같은 압축공기와 슬러리의 공급은 1행정으로 동시에 이루어지게 되는 데, 슬러리의 주입시 슬러리는 고압의 압축에어에 의해 강한 압력으로 살포되므로 지중의 개량영역 전체에 고르게 주입되어 토사와의 교반 효과가 증대되고, 특히 압축공기가 토사 입자의 유동성을 높여 지반을 부드럽게 하므로 주변의 변위가 작아지며, 이로 인해 오거의 부하를 낮추어 기존 장치 및 장비로서 대단면 DCM 시공을 가능하게 한다.

또한, 본 발명의 에어 및 슬러리 자동 개폐장치(300)는 내구성이 우수하고 녹이 슬지 않는 금속 소재로서 구성되므로 지중에서 작업시 쉽게 파손되지 않고 고장의 발생이 적으며 수명이 긴 장점이 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 고안의 사상으로 부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 굴착로드 101 : 교반날개 110 : 슬러리공급관 120 : 슬러리 토출구 130 : 에어공급관 200 : 동심레듀사 300 : 에어 및 슬러리 자동 개폐장치 310 : 에어분사관 311 : 에어통로 312 : 에어출구 313 : 제1스프링 314 : 에어노즐 315 : 제1테이퍼면 316 : 제2테이퍼면 400 : 개폐구
410 : 제2스프링 500 : 토출관

Claims (4)

1. 굴착로드의 외주에 교착 설치된 다수개의 교반날개;
   상기 굴착로드의 내부에 설치되어 슬러리를 주입시키는 슬러리 공급관;
   상기 슬러리 공급관에 별도로 분리 설치된 에어공급관;
   상기 슬러리 공급관과 에어공급관으로 공급되는 슬러리와 에어를 토출하는 슬러리 토출구; 및,
   상기 슬러리 토출구의 내부에는 에어 및 슬러리의 공급시 에어출구와 슬러리 토출구를 개방하고, 에어 및 슬러리가 공급되지 않을 때 자동으로 에어출구와 슬러리 토출구를 차단하여 막힘과 역류를 방지하는 에어 및 슬러리 자동 개폐장치가 설치된 대단면 DCM 교반장치에 있어서,
   상기 에어 및 슬러리 자동 개폐장치는 에어공급관과 직교되게 연결되어 토출구의 끝단까지 연장되는 에어분사관;
   상기 에어분사관의 내부에 에어통로를 두고 삽입되어 에어공급시에 에어의 압력으로 전진하여 에어출구를 개방하고 에어공급이 되지 않을 때 내측단의 제1스프링의 압축력으로 후퇴되어 에어출구를 차단하는 에어노즐; 및
   상기 에어분사관의 에어출구 측 외주면에 슬라이드되게 설치되고, 에어분사관의 외면에 끼워 연결시킨 제2스프링의 압축력에 의해 슬러리가 공급되지 않을 때 슬러리 토출구를 차단하고, 슬러리가 공급될 때 제2스프링을 탄발시키면서 슬러리 토출구를 개방하는 개폐구;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 대단면 DCM 교반장치의 에어 및 슬러리 토출장치.
   
   
   
   
   
   
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