KR102580037B1 - 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치는 시멘트와 물을 수용하는 제1탱크부재와, 시멘트의 조기 강도 발현을 위한 내구성 약액을 수용하는 제2탱크부재와, 모래를 수용하는 제 3 탱크부재와, 상기 제1탱크부재와 제 3 탱크부재로부터 전달되는 시멘트와 물과 모래를 선택적으로 교반하여 혼합하기 위한 혼합장치와, 상기 제2탱크부재로부터의 내구성 약액과 상기 혼합장치로부터의 시멘트페이스트를 가압 이송하기 위한 가압이송장치와, 지반을 천공하고 천공된 영역에 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 천공및주입장치와, 상기 가압이송장치와 천공및주입장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, 상기 천공및주입장치는 동력을 발생시키기 위한 동력발생부와, 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 주입부를 포함하며, 상기 주입부는 상기 약액과 시멘트페이스트를 유입하기 위한 유입부와, 상기 유입부로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 유동시키고 배출하기 위한 배출관을 포함하되, 상기 배출관은 중공 원기둥 형상으로 형성되는 두 개의 유동관들을 동심원적으로 포함하여 형성되며, 상기 배출관의 하부에는 몰타르 배출부가 형성되며, 상기 배출관에는 서로 다른 높이에서 약액과 시멘트페이스트를 함께 배출하기 위한 배출부가 복수 개 형성되며, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선은 서로를 향하여 기울어지게 형성되어 서로 교차되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 시멘트페이스트와 내구성 약액을 함께 분사하여 분사 압력을 높임으로써 지반 침삭력을 높이고, 미리 지정된 일정한 거리에서는 침삭력이 상쇄되로록 함으로써, 지중에 균일한 직경의 지반 보강체를 형성할 수 있다.
또한, 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액에 부가하여 고압공기를 함께 강하게 분사하여 지반 침삭력을 높이되, 미리 지정된 일정한 거리에서는 침삭력이 상쇄되로록 함으로써, 지중에 균일한 직경의 지반 보강체를 형성하여 지지강도를 높일 수 있고, 분사압력을 지나치게 높이지 않으면서도 지정된 압력으로 지반을 침삭하도록 구성됨으로써, 슬라임의 유출을 감소시켜 친환경성을 높일 수 있다.
또한, 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액에 부가하여 몰타르를 분사함으로써, 지반 침삭력을 높이고 지중에 균일한 직경의 지반 보강체를 형성할 수 있으며, 배출부를 유동하는 시멘트페이스트와 내구성 약액과 고압공기에 작용되는 유동저항을 감소시켜 분사 압력을 높일 수 있고, 시멘트페이스트를 구성하는 시멘트와 물을 신속하면서도 균일하게 혼합할 수 있다.

Description

중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치 및 방법{ECO FRIENDLY METHOD AND APPARATUS FOR GROUND REINFORCEING OF MIDDLE HIGH PRESSURE CROSS INJECTION TYPE}

본 발명은 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치 및 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 시멘트페이스트와 조기 강도 발현을 위한 내구성 약액을 함께 분사하여 지반 침삭력을 높이되, 일정한 거리에서 침삭력이 상쇄되로록 함으로써, 지반 보강체가 지중에 균일한 직경으로 형성되어 전체적인 지지강도를 높이고, 슬라임 배출을 감소시키도록 구성되는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치에 관한 발명이다.

기초공사란 건물이나 교량, 댐 같은 구조물을 지반 위에 구축하고자 하는 경우, 구조물 자체 무게에 의한 수직방향의 하중과 지진 또는 바람에 의해 구조물에 가해지는 수평방향의 하중을 지반으로 전달하기 위한 공작물을 형성하는 작업을 의미한다.

지반 내 지하수의 유입을 차단하기 위한 차수벽을 형성하는 경우나 연약 지반을 개량하는 경우, 지반 내에 콘크리트 보강체를 형성하는 작업을 수행하며, 형성된 보강체에서 지면으로부터 돌출된 보강체의 상단부는 소정의 높이로 절단 제거된다.

상기와 같은 연약지반 개량이나 차수벽을 형성하기 위해 보강체를 형성하는 방법은 도 1 에 도시된 바와 같다.

먼저, 시멘트페이스트와 내구성 약액을 주입하기 위한 주입장치(100)에 설치되는 천공관(110)의 비트(120)로써, 도 1(a)에서와 같이 소정의 지중 심도까지 삭공하여 공간을 형성한다.

이러한 상태에서, 도 1(b)와 (c)에 도시되는 바와 같이, 천공관(110)의 하부에 형성되어 있는 분사노즐부(130)를 통해 시멘트페이스트와 내구성 약액을 분사하여 보강체를 형성하는 방법이 이용되고 있다.

즉, 상기 천공관 하부의 비트(120)를 통해 지반에 원기둥 형태의 공간을 형성한 상태에서, 상기 천공관(110)을 상승시키면서 시멘트페이스트와 내구성 약액을 분사하여 지반을 침삭하여 공간을 확장시킴과 동시에, 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액을 상기 공간에 충진한다.

그리하여, 도 1(d)와 같이, 지반 내에 원기둥 형태의 보강체(150)를 형성하여 차수벽으로써 이용하거나 연약 지반을 개량하게 된다.

그런데, 상기 분사노즐부(130)를 상승시키면서 지반을 침삭하는 과정에서, 상기 분사노즐부(130)를 통해 분사되는 압력이 불규칙적으로 변동될 수 있다.

이러한 경우, 최종적으로 형성되는 보강체(150)가 높이 방향을 따라 일정한 직경을 가지는 원기둥 형태로 형성되지 못하고, 불규칙적인 직경을 갖는 구조물로 형성된다.

이에 의해, 결국 수직 하중과 수평 하중에 견디는 강도가 저하되는 원인이 되며, 특히 지진과 같은 수평 하중 작용 시 이에 견디는 강도를 현저히 저하시키게 된다.

또한, 상기 분사노즐부(130)를 통해 분사되는 압력이 지나치게 높을 경우에도, 침삭되는 지반의 경계가 불규칙적으로 형성되고, 슬라임의 과다한 유출 등 환경에 바람직하지 못한 문제를 야기할 수 있다.

본 발명의 목적은, 시멘트페이스트와 내구성 약액을 함께 중고압으로 분사하여 분사 압력을 높임으로써 지반 침삭력을 높이되, 미리 지정된 일정한 거리에서는 침삭력이 상쇄되도록 함으로써, 중고압 스프레이 방식으로써 지중에 균일한 직경의 지반 보강체가 형성되도록 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액에 부가하여 고압공기를 함께 강하게 분사하고 일정 거리에서 상쇄되도록 함으로써, 과도한 재료 투입과 슬라임 배출 없이 지반 침삭력을 높이고, 지중에 균일한 직경의 지반 보강체가 형성되도록 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 분사압력을 지나치게 높이지 않으면서도 지정된 압력으로 지반을 침삭하도록 구성됨으로써, 슬라임의 유출을 감소시키도록 구성되는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액에 부가하여 몰타르를 분사함으로써, 지반 침삭력을 높이고 지중에 균일한 직경의 지반 보강체가 형성되도록 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배출부를 유동하는 시멘트페이스트와 내구성 약액과 고압공기에 작용되는 유동저항이 감소되도록 구성되는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 분사물의 교차점을 조절함으로써 목표로 하는 지반 보강체의 직경을 용이하게 조절할 수 있도록 구성되는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 몰타르를 구성하는 시멘트와 모래가 신속하면서도 균일하게 혼합되도록 구성되는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치는 시멘트와 물을 수용하는 제1탱크부재와, 시멘트의 조기 강도 발현을 위한 내구성 약액을 수용하는 제2탱크부재와, 모래를 수용하는 제 3 탱크부재와, 상기 제1탱크부재와 제 3 탱크부재로부터 전달되는 시멘트와 물과 모래를 선택적으로 교반하여 혼합하기 위한 혼합장치와, 상기 제2탱크부재로부터의 내구성 약액과 상기 혼합장치로부터의 시멘트페이스트를 가압 이송하기 위한 가압이송장치와, 지반을 천공하고 천공된 영역에 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 천공및주입장치와, 상기 가압이송장치와 천공및주입장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, 상기 천공및주입장치는 동력을 발생시키기 위한 동력발생부와, 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 주입부를 포함하며, 상기 주입부는 상기 약액과 시멘트페이스트를 유입하기 위한 유입부와, 상기 유입부로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 유동시키고 배출하기 위한 배출관을 포함하되, 상기 배출관은 중공 원기둥 형상으로 형성되는 두 개의 유동관들을 동심원적으로 포함하여 형성되며, 상기 배출관의 하부에는 몰타르 배출부가 형성되며, 상기 배출관에는 서로 다른 높이에서 약액과 시멘트페이스트를 함께 배출하기 위한 배출부가 복수 개 형성되며, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선은 서로를 향하여 기울어지게 형성되어 서로 교차되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배출관의 중심부에는 상기 시멘트페이스트를 유동시키기 위한 시멘트페이스트유동관이 설치되고, 상기 시멘트페이스트유동관의 외측에는 상기 내구성 약액을 유동시키기 위한 약액유동관이 설치된다.

여기서, 상기 배출부는 상기 시멘트페이스트를 배출하기 위한 시멘트페이스트배출부와, 상기 약액을 배출하기 위한 약액배출부를 포함하며, 상기 시멘트페이스트의 외부에서 상기 약액이 배출되도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 약액배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 외부를 감싸도록 형성되며, 상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부의 중심선은 서로 일치되도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 약액배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 상하 대칭 형태로 형성되되, 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 기울어지게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 약액배출부를 통해 배출되는 내구성 약액이 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선과 만나는 지점은, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선들이 만나는 지점과 동일하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부는 하나의 노즐 내에 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성된다.

한편, 고압공기를 수용하는 제 4 탱크부재와, 상기 약액유동관의 외부에 동심원적으로 설치되는 고압공기유동관을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 배출부는 고압공기를 배출하기 위한 고압공기배출부를 포함하며, 상기 약액의 외부에서 상기 고압공기가 배출되도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 고압공기배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성된다.

또한, 상기 고압공기배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 외부를 감싸도록 형성되며, 상기 고압공기배출부와 시멘트페이스트배출부의 중심선은 서로 일치되도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 고압공기배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 상하 대칭 형태로 형성되되, 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 기울어지게 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 고압공기배출부를 통해 배출되는 고압공기가 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선과 만나는 지점은, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선들이 만나는 지점과 동일하게 형성된다.

또한, 상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부와 고압공기배출부는 하나의 노즐 내에 형성될 수 있다.

한편, 상기 가압이송장치 내부에는 모래에 충격을 가하기 위한 파쇄부재가 설치되며, 상기 파쇄부재는 금속재 구와 상기 금속재 구를 탄성지지하기 위한 탄성지지부재를 포함하여, 상기 금속재 구가 유동 통로에서 진동되도록 설치되되, 상기 금속재 구의 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 몰타르배출부는 상기 배출관의 하단부에서 측방을 향하여 몰타르를 배출하도록 구성된다.

그리고, 상기 고압공기배출부 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성될 수 있다.

또는, 상기 고압공기배출부의 내부 표면에는 나선 방향의 오목부가 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법은 시멘트와 물을 제 1 탱크부재에 수용하는 단계와, 시멘트의 조기 강도 발현을 위한 내구성 약액을 제 2 탱크부재에 수용하는 단계와, 상기 제 1 탱크부재로부터 전달되는 시멘트와 물을 혼합장치를 이용하여 교반함으로써 혼합하는 단계와, 상기 제 2 탱크부재로부터의 내구성 약액과 상기 혼합장치로부터의 시멘트페이스트를 가압이송장치를 통해 가압 이송하는 단계와, 상기 약액과 시멘트페이스트를 천공및주입장치의 주입부에 형성되는 유입부로 유입하는 단계와, 상기 유입부로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 배출관을 통해 유동시키고 배출하는 단계를 포함하며, 상기 배출관은 중공 원기둥 형상으로 형성되는 두 개의 유동관들을 동심원적으로 포함하여 형성되며, 상기 약액과 시멘트페이스트는 상기 배출관에서 서로 다른 높이에 형성된 배출부를 통해 배출되며, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선은 서로를 향하여 기울어지게 형성되어 서로 교차되도록 구성된 상태에서 상기 약액과 시멘트페이스트가 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배출관의 중심부에는 상기 시멘트페이스트를 유동시키기 위한 시멘트페이스트유동관이 설치되고, 상기 시멘트페이스트유동관의 외측에는 상기 내구성 약액을 유동시키기 위한 약액유동관이 설치되며, 상기 배출부는 상기 시멘트페이스트를 배출하기 위한 시멘트페이스트배출부와, 상기 약액을 배출하기 위한 약액배출부를 포함하며, 상기 시멘트페이스트의 외부에서 상기 약액이 배출되도록 구성된다.

여기서, 상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부는 하나의 노즐 내에 형성되며, 상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성되며, 상기 약액배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 외부를 감싸도록 형성되며, 상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부의 중심선은 서로 일치되도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 약액배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 상하 대칭 형태로 형성되되, 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 기울어지게 형성될 수 있다.

또한, 상기 약액배출부를 통해 배출되는 내구성 약액이 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선과 만나는 지점은, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선들이 만나는 지점과 동일하게 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성된다.

한편, 제 4 탱크부재 내에 고압공기를 수용하는 단계와, 상기 약액유동관의 외부에 동심원적으로 설치되는 고압공기유동관을 통해 고압공기를 유동시키는 단계와, 상기 고압공기배출부를 통해 고압공기를 배출하는 단계를 포함하며, 상기 약액의 외부에서 상기 고압공기가 배출되도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 고압공기배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부와 고압공기배출부는 하나의 노즐 내에 형성되며, 상기 고압공기배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 외부를 감싸도록 형성되며, 상기 고압공기배출부와 시멘트페이스트배출부의 중심선은 서로 일치되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 고압공기배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 상하 대칭 형태로 형성되되, 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 기울어지게 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 고압공기배출부를 통해 배출되는 고압공기가 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선과 만나는 지점은, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선들이 만나는 지점과 동일하게 형성된다.

또한, 상기 배출관의 하부를 통해 몰타르를 배출하는 단계를 포함하며, 상기 몰타르와 상기 내구성 약액은 선택적으로 배출될 수 있다.

그리고, 상기 가압이송장치 내부 유동통로에서 표면에 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성된 금속재 구를 진동시켜 모래를 파쇄하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 몰타르는 상기 배출관의 하단부에서 측방을 향하여 배출되도록 구성된다.

그리고, 상기 고압공기배출부 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성될 수 있다.

또는, 상기 고압공기배출부의 내부 표면에는 나선 방향의 오목부가 형성될 수 있다.

본 발명에 의해, 시멘트페이스트와 내구성 약액을 함께 분사하여 분사 압력을 높임으로써 지반 침삭력을 높이고, 미리 지정된 일정한 거리에서는 침삭력이 상쇄되로록 함으로써, 중고압 스프레이 방식으로써 지중에 균일한 직경의 지반 보강체를 형성할 수 있다.

또한, 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액에 부가하여 고압공기를 함께 강하게 분사하고 일정 거리에서 상쇄되도록 함으로써, 과도한 재료 투입과 슬라임 배출 없이 지반 침삭력을 높이고 지중에 균일한 직경의 지반 보강체가 형성되도록 하여 지지강도를 높일 수 있다.

또한, 분사압력을 지나치게 높이지 않으면서도 지정된 압력으로 지반을 침삭하도록 구성됨으로써, 슬라임의 유출을 감소시켜 친환경성을 높일 수 있다.

또한, 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액에 부가하여 몰타르를 분사함으로써, 지반 침삭력을 높이고 지중에 균일한 직경의 지반 보강체를 형성할 수 있다.

또한, 배출부를 유동하는 시멘트페이스트와 내구성 약액과 고압공기에 작용되는 유동저항을 감소시켜 분사 압력을 높일 수 있다.

또한, 분사물의 교차점을 조절함으로써 목표로 하는 지반 보강체의 직경을 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 시멘트페이스트를 구성하는 시멘트와 물을 신속하면서도 균일하게 혼합할 수 있다.

첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 종래 지반 개량 공법용 장치의 작업 과정을 도시하는 도면이며,
도 2 는 본 발명에 따른 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치의 구성도이며,
도 3 은 상기 장치의 작업 과정을 도시하는 도면이며,
도 4 는 상기 장치에 포함되는 배출관의 사시도이며,
도 5 는 상기 장치에 포함되는 배출부의 단면도이며,
도 6 은 상기 배출부의 단면도이며,
도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 배출부의 단면도이며,
도 8 은 상기 장치에 의해 형성되는 지반 보강체의 단면도이며,
도 9 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 배출관의 사시도이며,
도 10 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 배출부의 단면도이며,
도 11 은 상기 배출부의 단면도이며,
도 12 는 상기 배출부에 포함되는 고압공기배출부의 단면도이며,
도 13 은 상기 장치에 포함되는 가압이송장치의 내부 구성도이며,
도 14 는 본 발명에 따른 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법의 절차 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치의 구성도이며, 도 3 은 상기 장치의 작업 과정을 도시하는 도면이며, 도 4 는 상기 장치에 포함되는 배출관의 사시도이며, 도 5 는 상기 장치에 포함되는 배출부의 단면도이며, 도 6 은 상기 배출부의 단면도이며, 도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 배출부의 단면도이며, 도 8 은 상기 장치에 의해 형성되는 지반 보강체의 단면도이며, 도 9 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 배출관의 사시도이며, 도 10 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 배출부의 단면도이며, 도 11 은 상기 배출부의 단면도이며, 도 12 는 상기 배출부에 포함되는 고압공기배출부의 단면도이며, 도 13 은 상기 장치에 포함되는 가압이송장치의 내부 구성도이며, 도 14 는 본 발명에 따른 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법의 절차 흐름도이다.

도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치는 시멘트와 물을 수용하는 제1탱크부재(2)와, 시멘트의 조기 강도 발현을 위한 내구성 약액을 수용하는 제2탱크부재(4)와, 모래를 수용하는 제 3 탱크부재(6)와, 상기 제1탱크부재(2)와 제 3 탱크부재(6)로부터 전달되는 시멘트와 물과 모래를 선택적으로 교반하여 혼합하기 위한 혼합장치(20)와, 상기 제2탱크부재(4)로부터의 내구성 약액과 상기 혼합장치(20)로부터의 시멘트페이스트를 가압 이송하기 위한 가압이송장치(30)와, 지반을 천공하고 천공된 영역에 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 천공및주입장치(60)와, 상기 가압이송장치(30)와 천공및주입장치(60)를 제어하기 위한 제어장치(50)를 포함하며, 상기 천공및주입장치(60)는 동력을 발생시키기 위한 동력발생부(65)와, 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 주입부(70)를 포함하며, 상기 주입부(70)는 상기 약액과 시멘트페이스트를 유입하기 위한 유입부(77)와, 상기 유입부(77)로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 유동시키고 배출하기 위한 배출관(72, 74)을 포함하되, 상기 배출관(72, 74)은 중공 원기둥 형상으로 형성되는 두 개의 유동관(72, 74)들을 동심원적으로 포함하여 형성되며, 상기 배출관(70)의 하부에는 몰타르 배출부(75)가 형성되며, 상기 배출관(70)에는 서로 다른 높이에서 약액과 시멘트페이스트를 함께 배출하기 위한 배출부(80)가 복수 개 형성되며, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부(80)들의 중심선(CL1, CL2)은 서로를 향하여 기울어지게 형성되어 서로 교차되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 2 에 도시된 탱크부재(10)는 내부에 물과 시멘트를 수용하기 위한 상기 제1탱크부재(2)와 시멘트의 조기 강도 발현을 위한 내구성 약액을 수용하는 제2탱크부재(4) 및 모래를 수용하기 위한 제 3 탱크부재(6)를 포함한다.

상기 제1탱크부재(2) 내부에 물과 시멘트가 모두 수용될 수도 있으나, 2 개 이상의 탱크부재들이 상기 제1탱크부재(2)에 포함되고 물과 시멘트가 이들에 분리 수용된 상태에서 상기 혼합장치(20)로 공급되도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 탱크부재(10)가 고압공기를 수용하기 위한 제3탱크부재(8)를 포함할 수 있다.

상기 내구성 약액은 예를 들어, 친환경 성질을 갖는 실리카 졸(Silica Sol)일 수 있으며, 상기 실리카 졸은 규산소다 수용액에 의해 형성된다.

상기 실리카 졸은 강한 접착력을 보이며, 실리카 졸이 혼합된 시멘트는 수밀성과 내열성 및 해수에 대한 화학적 저항성이 큰 특성을 갖는다.

상기 실리카 졸에 대한 연구 논문에 의하면, 실리카 졸이 혼합된 시멘트의 경우, 타설 이후 초기 72시간 이내에 일축 압축 강도가 일반 시멘트에 비해 3 내지 5배의 고강도로 발현되고, 양생 후 대략 28일 경과 시 일반 시멘트에 비해 약 1.3배 정도 높은 강도를 갖는 것으로 알려져 있다.

이러한 특성은 실리카 졸의 접착력에 기인한 것이며, 차수성을 요구하는 현장에서의 적용이 더욱 바람직하다.

상기 제1탱크부재(2)와 제 3 탱크부재(4)에 수용되는 시멘트와 물과 모래는 상기 혼합장치(20)로 공급되어, 상기 혼합장치(20) 내의 교반부재(미도시)를 통해 혼합된다.

상기 혼합장치(20)에 의해 시멘트와 물 및 첨가제들이 혼합되어 형성되는 시멘트페이스트와, 상기 시멘트페이스트에 모래가 추가적으로 혼합되어 형성되는 몰타르는 상기 가압이송장치(30)에 의해 상기 천공및주입장치(60)로 공급된다.

그리고, 상기 내구성 약액 역시 상기 가압이송장치(30)에 의해 높은 압력 상태에서 상기 천공및주입장치(60)로 공급된다.

상기 제어장치(50)는 상기 가압이송장치(30)와 천공및주입장치(60)를 제어한다.

상기 가압이송장치(30)와 천공및주입장치(60)를 통해 내구성 약액과 시멘트페이스트 및 몰타르가 100 내지 200 kg/㎠ 의 중고압으로 분사되도록 제어될 수 있다.

도 3(a)에서와 같이, 상기 천공및주입장치(60)는 먼저 배출관(70)의 단부에 설치되는 비트(71)를 이용하여 지반에 원기둥 형태의 공간을 천공하고, 이후 상기 주입부(70)를 회전 상승시키면서 천공된 영역에 내구성 약액과 시멘트페이스트 또는 몰타르를 주입한다.

상기 주입부(70)를 회전 상승시키는 동안 하부의 배출영역(170)으로부터 내구성 약액과 시멘트페이스트와 몰타르를 함께 중고압으로 분사함으로써, 천공된 원기둥 형태의 공간을 도 2(b)에서와 같이 소정의 설계 폭으로 확장시키고, 상기와 같이 확장된 공간에 내구성 약액과 시멘트페이스트 및 몰타르를 주입한다.

상기 천공및주입장치(60)는 본 장치의 이동과 상기 주입부(70)를 회전시키기 위한 동력을 발생시키는 동력발생부(65)와, 약액과 시멘트페이스트 및 몰타르를 주입하기 위한 주입부(70)를 포함한다.

그리하여, 상기 약액과 시멘트페이스트 및 몰타르에 의해 확장된 공간 내부로, 시멘트페이스트 및 몰타르와 함께 약액을 충진함으로써 보강체(90)를 형성하게 된다.

상기 주입부(70)는 내구성 약액과 시멘트페이스트 및 몰타르를 배출관(72, 74)으로 유입시키기 위한 유입부(77)와, 상기 유입부(77)로 유입된 약액과 시멘트페이스트 및 몰타르를 유동시키고, 형성된 공간으로 시멘트페이스트와 약액을 배출하기 위한 배출부(80)를 포함한다.

도 4 에서와같이, 상기 주입부(70)는 중공 원기둥 형상으로 형성되는 두 개의 유동관(72, 74)들을 동심원적으로 포함하여 형성된다.

여기서, 최내부에 배치되는 유동관(72)을 통해서는 시멘트페이스트가 유동되며, 그 외부에 배치된 유동관(74)을 통해서는 내구성 약액 또는 몰타르가 택일적으로 유동될 수 있다.

상기 몰타르는 상기 유동관(74) 하단부에 형성되는 배출개구(75)를 통해 측방으로 분사 배출된다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 배출관(72, 74)에는 서로 다른 높이에서 약액과 시멘트페이스트를 함께 배출하기 위한 배출부(80)가 복수 개 형성된다.

그리고, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부(80)들의 중심선(CL1, CL2)은 서로를 향하여 기울어지게 형성되어, 미리 지정된 일정한 거리에 위치하는 교차점(CP)에서 서로 교차되도록 구성된다.

도 6 에 도시되는 바와 같이, 상기 배출부(80)는 상기 시멘트페이스트를 배출하기 위한 시멘트페이스트배출부(82)와, 상기 약액을 배출하기 위한 약액배출부(84)를 포함한다.

상기 시멘트페이스트배출부(82)는 상기 시멘트페이스트유동관(72)의 내부 공간과 연통되어, 상기 시멘트페이스트유동관(72)을 통해 유동되는 시멘트페이스트를 분사 배출하도록 구성된다.

그리고, 상기 약액배출부(84)는 상기 약액유동관(74)의 내부 공간과 연통되어, 상기 약액유동관(74)을 통해 유동되는 내구성 약액을 분사 배출하도록 구성된다.

상기 배출부(80)는 노즐과 같은 형태로 형성되며, 상기 시멘트페이스트배출부(82)와 약액배출부(84)는 상기 노즐 내에서 공간으로 형성된다.

상기 시멘트페이스트배출부(82)는 상기 배출부(80)의 중심부에서, 시멘트페이스트의 유동 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 가지는 공간으로 형성된다.

그리하여, 결과적으로 상기 시멘트페이스트배출부(82)는 상기 배출부(80)의 중심부에서, 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 직경을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성된다.

그리고, 상기 약액배출부(84)는 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 외부를 감싸도록 형성되되, 약액의 유동 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 공간으로 형성된다.

그리하여, 상기 약액배출부(84)는 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 외부에서 소정의 직경을 갖는 반지 형태의 공간으로 형성되되, 약액의 진행 방향을 따라 상기 직경이 점차적으로 작아지는 노즐 형태의 공간으로 형성된다.

상기 약액배출부(84)는 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선(CL1)에 대해 상하 대칭 형태의 공간으로 형성되되, 상기 약액배출부(84) 공간의 수평방향 중심선은 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 수평방향 중심선(CL1)과 일치되도록 형성된다.

그리고, 상기 약액배출부(84)는 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선(CL1)에 대해 소정의 각도 기울어지게 형성된다.

바람직하게는, 도 6 에서 상하로 배치되는 상기 약액배출부(84)들의 상부 공간의 중심선(CL3)과 하부 공간의 중심선(CL4)들은 상기 교차점(CP)에서 서로 만나도록 구성된다.

그리하여, 상기 약액배출부(84)를 통해 배출되는 내구성 약액이 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선과 만나는 지점이, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부(80)들의 중심선(CL1, CL2)들이 만나는 지점(CP)과 동일하게 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 배출부(80)를 통해 시멘트페이스트와 내구성 약액이 함께 분사 배출될 수 있으며, 이때 상기 시멘트페이스트의 외부에서 상기 내구성 약액이 배출된다.

그러므로, 매우 높은 고압 분사가 아닌 중고압 분사를 통해서도 지반을 침삭할 수 있다.

상기 배출부(80)를 통한 배출 압력은 상기 배출부(80)로부터의 거리가 멀어질수록 급격히 저하되는데, 상기와 같이 약액배출부(84)를 통해 배출되는 내구성 약액이 상기 시멘트페이스트배출부(82)를 통해 배출되는 시멘트페이스트와 소정의 지정된 위치에서 만나도록 구성됨으로써, 상기 지정된 위치에서의 압력을 높일 수 있다.

따라서, 본원발명에서와 같이 시멘트페이스트와 약액이 서로 만나서 압력을 상승시키도록 구성되지 않는 경우에 비해, 배출 압력 조절을 통한 설계 직경 형성에 유리한 효과를 발휘할 수 있다.

상기와 같이 시멘트페이스트배출부(82)와 약액배출부(84)가 유동 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 공간을 갖는 노즐과 같이 형성되어, 약액과 시멘트페이스트를 강한 속도로 분사할 수 있다.

그리고, 시멘트페이스트의 외부를 감싸면서 내구성 약액이 함께 강하게 분사됨으로써, 시멘트페이스트 또는 내구성 약액이 단독으로 분사되는 경우와 비교하여 지반 침삭력을 현저히 높일 수 있다.

그리하여, 높은 속도로 함께 분사 배출되는 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액에 의해, 비트에 의해 삭공된 공간 주변 지반을 침삭함으로써 공간을 확장한다.

그리고, 인접하여 상하로 배치되는 두 배출부(80)들로부터 상기와 같이 분사되는 시멘트페이스트와 내구성 약액이 상기 교차점(CP)에서 교차되어 부딪히도록 함으로써, 지반을 침삭하는 분사력이 상기 교차점(CP) 부분에 집중되도록 구성된다.

상기 교차점(CP)은 형성하고자 하는 지반 보강체의 반경과 동일하게 설정되며, 그리하여 시멘트페이스트와 내구성 약액의 분사력이 상기 교차점(CP)에 집중되도록 함으로써, 도 8 에서와 같이 균일한 직경을 갖는 지반 보강체(90)를 형성할 수 있다.

상기와 같이, 시멘트페이스트와 내구성 약액을 분사한 후 유동관(74)을 통해 몰타르를 유동시켜, 상기 약액배출부(84)와 배출개구(75)를 통해 분사 배출한다.

상기 몰타르는 시멘트페이스트에 모래가 혼합되어 형성되는데, 분사 배출되는 상기 모래에 의해 지반을 강하게 침삭할 수 있다.

그리하여, 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액의 분사에 의해 소정의 직경으로 형성된 공간 내부에 몰타르를 분사함으로써, 더욱 균일한 직경의 지반 보장체(90)를 형성할 수 있다.

도 7 에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 시멘트페이스트배출부(82)와 약액배출부(84)의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부(81, 83)들이 형성될 수 있다.

상기 불규칙적인 미세한 오목부는 예를 들어 샌드 블러스팅 가공 방식에 의해 상기 배출부들(82, 84)의 내부 표면에 불규칙적으로 형성될 수 있다.

그리하여 상기 배출부들(82, 84)의 내부 표면과 시멘트페이스트, 약액 및 몰타르가 접촉되는 표면을 미세하게 감소시킴으로써, 마치 골프공의 표면에 형성되는 딤플과 같은 효과를 발휘하여, 내부 유동 저항을 감소시키도록 구성된다.

도 9 에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는, 내구성 약액을 유동시키기 위한 유동관(74)의 외부에 상기 제 4 탱크부재(8)로부터의 고압공기를 유동시키기 위한 고압공기유동관(76)이 동심원적으로 배치될 수 있다.

그리고, 도 10 과 11 에 도시되는 바와 같이, 상기 배출부(80)는 고압공기를 배출하기 위한 고압공기배출부(86)를 포함하며, 상기 고압공기배출부(86)는 상기 고압공기유동관(76)의 내부 공간과 연통되도록 구성된다.

상기 고압공기배출부(86)는 상기 시멘트페이스트배출부(82) 및 약액배출부(84)와 함께 하나의 노즐(80) 내에 형성될 수 있다.

그리하여, 상기 약액배출부(84)를 통해 분사 배출되는 약액의 외부에서 상기 고압공기가 배출되도록 구성된다.

그리하여, 상기 고압공기배출부(86) 역시 상기 약액배출부(84)의 외부에서 소정의 직경을 갖는 반지 형태의 공간으로 형성되되, 고압공기의 유동 진행 방향을 따라 상기 직경이 점차적으로 작아지는 노즐 형태의 공간으로 형성된다.

그리고, 상기 고압공기배출부(86)는 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선(CL1)에 대해 상하 대칭 형태의 공간으로 형성되되, 상기 고압공기배출부(86) 공간의 수평 방향 중심선은 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선(CL1)과 일치되도록 구성될 수 있다.

또한, 도 11 에 도시된 바와 같이, 상기 고압공기배출부(86)를 형성하는 공간은 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선(CL1)에 대해 소정의 각도 기울어지게 형성될 수 있다.

바람직하게는, 도 11 에서 상하로 배치되는 상기 고압공기배출부(86)들의 상부 공간의 중심선(CL5)과 하부 공간의 중심선(CL6)들은 상기 교차점(CP)에서 서로 만나도록 구성된다.

그리하여, 상기 고압공기배출부(86)를 통해 배출되는 고압공기가 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선과 만나는 지점이, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부(80)들의 중심선(CL1, CL2)들이 만나는 지점(CP)과 동일하게 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 배출부(80)를 통해 시멘트페이스트와 내구성 약액 및 고압공기가 함께 분사 배출될 수 있으며, 이때 상기 시멘트페이스트의 외부에서 상기 내구성 약액과 고압공기가 함께 배출된다.

상기와 같이, 시멘트페이스트 외부에서 내구성 약액과 고압공기가 함께 분사됨으로써, 상기 시멘트페이스트를 중고압 분사를 통해 배출할 수 있다.

상기와 같이 시멘트페이스트배출부(82)와 약액배출부(84) 및 고압공기배출부(86)가 유동 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 공간을 갖는 노즐과 같이 형성되어, 약액과 시멘트페이스트 및 고압공기를 강한 속도로 분사할 수 있다.

그리고, 시멘트페이스트의 외부를 감싸면서 내구성 약액과 고압공기가 함께 강하게 분사됨으로써, 지반 침삭력을 현저히 높일 수 있다.

그리고, 인접하여 상하로 배치되는 두 배출부(80)들로부터 분사되는 고압공기가 상기 교차점(CP)에서 교차되어 부딪히도록 함으로써, 지반을 침삭하는 분사력이 집중되도록 구성된다.

도 12 에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 고압공기배출부(86)의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부(87)와 함께 나선 방향의 오목부(85)가 형성될 수 있다.

상기 미세한 오목부(87)에 의해 유동되는 고압공기에 작용되는 유동 저항을 감소시키도록 구성된다.

그리고, 상기 나선 방향의 오목부(85)에 의해 고압공기가 내구성 약액의 외부에서 회전되면서 유동되도록 함으로써, 분사 배출되는 내구성 약액과 시멘트페이스트에 외부의 이물질들이 충돌하여 분사 압력을 저하시키는 것을 방지하도록 구성된다.

한편, 도 13 에 도시된 상기 가압이송장치(30)는 혼합된 몰타르를 가압하여 상기 천공및주입장치(60)로 전달하기 위한 구성으로서, 상기 가압이송장치(30) 내부에는 모래에 충격을 가하기 위한 파쇄부재(32, 34)가 설치될 수 있다.

상기 가압이송장치(30)에는 도시되지 않은 가압펌프가 연결되어, 상기 가압펌프에 의해 작용되는 압력에 의해, 이송되는 몰타르가 강한 압력으로 상기 가압이송장치(30) 내부를 유동하여 상기 천공및주입장치(60)로 전달되도록 한다.

상기 파쇄부재(32, 34)는 금속재 구(32)와 상기 금속재 구(32)를 탄성지지하기 위한 탄성지지부재(34)를 포함하며, 상기 금속재 구(32)가 몰타르 유동 통로(36) 내에서 진동되도록 설치된다.

상기 가압펌프에 의해 몰타르는 상기 유동통로(36) 내부로 유동되는데, 이러한 과정에서 상기 금속재 구(32)는 몰타르에 의해 가해지는 압력에 의해 진동된다.

상기와 같이 금속재 구(32)가 진동됨으로써, 유동되는 몰타르 내부에 혼합된 모래에 충격을 가하게 되고, 그리하여 몰타르 내에 혼합된 모래가 더욱 잘게 분쇄되어 혼합되는 효과를 발휘할 수 있다.

상기 가압이송장치(30)에는 몰타르를 유입시키기 위한 복수 개의 유입부(31)들과 상기 유입부(31)들 각각에 연결되는 복수 개의 파쇄부재(32, 34)가 설치되어, 상기 복수 개의 파쇄부재(32, 34)를 거친 몰타르가 혼합되어 상기 천공및주입장치(60)로 공급된다.

그리하여, 복수 개의 파쇄부재들을 병렬적으로 이용하여 모래를 더욱 잘게 부수고, 이를 균일하게 혼합한 상태에서 상기 천공및주입장치(60)로 전달할 수 있다.

여기서, 상기 금속재 구(32)의 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부(322)들이 형성될 수 있다.

상기 미세한 오목부(322)는 예를 들어 샌드 블러스팅 가공 방식에 의해 형성될 수 있으며, 상기 금속재 구(32) 주위로 유동되는 몰타르의 유동 저항을 감소시킬 수 있다.

그리하여, 몰타르의 혼합 유동 효율을 높일 수 있으며, 상기 파쇄부재(32, 34)에서 몰타르가 적체되어 유동이 멈추는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 도 14 를 참조하여, 본 발명에 따른 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법을 설명하면 다음과 같으며, 상기 장치에 대한 설명과 중복된 부분은 생략한다.

본 발명에 따른 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법은 시멘트와 물을 제 1 탱크부재(2)에 수용하는 단계(단계 10)와, 시멘트의 조기 강도 발현을 위한 내구성 약액을 제 2 탱크부재(4)에 수용하는 단계(단계 20)와, 상기 제 1 탱크부재(2)로부터 전달되는 시멘트와 물을 혼합장치(20)를 이용하여 교반함으로써 혼합하는 단계(단계 30)와, 상기 제 2 탱크부재(4)로부터의 내구성 약액과 상기 혼합장치(20)로부터의 시멘트페이스트를 가압이송장치(30)를 통해 가압 이송하는 단계(단계 40)와, 상기 약액과 시멘트페이스트를 천공및주입장치(60)의 주입부(70)에 형성되는 유입부(77)로 유입시키는 단계(단계 50)와, 상기 유입부(77)로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 배출관(70)을 통해 유동시키고 배출하는 단계(단계 60)를 포함하며, 상기 배출관(70)은 중공 원기둥 형상으로 형성되는 두 개의 유동관(72, 74)들을 동심원적으로 포함하여 형성되며, 상기 약액과 시멘트페이스트는 상기 배출관(70)에서 서로 다른 높이에 형성된 배출부(80)를 통해 배출되며, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부(80)들의 중심선(CL1, CL2)은 서로를 향하여 기울어지게 형성되어 서로 교차되도록 구성된 상태에서 상기 약액과 시멘트페이스트가 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기된 바와 같이, 상기 배출관(72, 74)에는 서로 다른 높이에서 약액과 시멘트페이스트를 함께 배출하기 위한 배출부(80)들이 복수 개 형성된다.

그리고, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부(80)들의 중심선(CL1, CL2)은 서로를 향하여 기울어지게 형성되어, 미리 지정된 일정한 거리에 위치하는 교차점(CP)에서 서로 교차되도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 약액배출부(84)를 통해 배출되는 내구성 약액이 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선과 만나는 지점이, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부(80)들의 중심선(CL1, CL2)들이 만나는 지점(CP)과 동일하게 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 배출부(80)를 통해 시멘트페이스트와 내구성 약액이 함께 분사 배출될 수 있으며, 이때 상기 시멘트페이스트의 외부에서 상기 내구성 약액이 배출된다.

그러므로, 매우 높은 고압 분사가 아닌 중고압 분사를 통해서도 지반을 침삭할 수 있다.

상기와 같이 시멘트페이스트배출부(82)와 약액배출부(84)가 유동 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 공간을 갖는 노즐과 같이 형성되어, 약액과 시멘트페이스트를 강한 속도로 분사할 수 있다.

그리고, 시멘트페이스트의 외부를 감싸면서 내구성 약액이 함께 강하게 분사됨으로써, 시멘트페이스트 또는 내구성 약액이 단독으로 분사되는 경우와 비교하여 지반 침삭력을 현저히 높일 수 있다.

그리하여, 높은 속도로 함께 분사 배출되는 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액에 의해, 비트에 의해 삭공된 공간 주변 지반을 침삭함으로써 공간을 확장한다.

그리고, 인접하여 상하로 배치되는 두 배출부(80)들로부터 상기와 같이 분사되는 시멘트페이스트와 내구성 약액이 상기 교차점(CP)에서 교차되어 부딪히도록 함으로써, 지반을 침삭하는 분사력이 집중되도록 구성된다.

상기 교차점(CP)은 형성하고자 하는 지반 보강체의 반경과 동일하게 설정되며, 그리하여 시멘트페이스트와 내구성 약액의 분사력이 상기 교차점(CP)에서 집중되도록 함으로써, 균일한 직경을 갖는 지반 보강체(90)를 형성할 수 있다.

그리고, 상기 배출관(74)의 하부와 약액배출부(84)를 통해 몰타르를 분사 배출하는 단계를 포함하며, 이때 상기 몰타르는 상기 내구성 약액 분사 이후 분사 배출될 수 있다.

상기 배출관(74)의 하단부에서는 상기 몰타르가 측방을 향하여 분사 배출된다.

상기와 같이, 시멘트페이스트와 내구성 약액을 분사한 후 유동관(74)을 통해 몰타르를 유동시켜, 상기 약액배출부(84)와 배출개구(75)를 통해 분사 배출함으로써, 상기 몰타르에 혼합된 모래에 의해 지반을 강하게 침삭할 수 있다.

그리하여, 상기 시멘트페이스트와 내구성 약액의 분사에 의해 소정의 직경으로 형성된 공간 내부에 몰타르를 분사함으로써, 더욱 균일한 직경의 지반 보장체(90)를 형성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에서는, 제 4 탱크부재(8) 내에 고압공기를 수용하는 단계와, 상기 약액유동관의 외부에 동심원적으로 설치되는 고압공기유동관(76)을 통해 고압공기를 유동시키는 단계와, 상기 고압공기배출부(86)를 통해 고압공기를 배출하는 단계를 포함하며, 상기 약액의 외부에서 상기 고압공기가 배출되도록 구성될 수 있다.

상기와 같이, 상기 약액배출부(84)를 통해 분사 배출되는 약액의 외부에서 상기 고압공기가 배출되도록 구성됨으로서, 상기 시멘트페이스트를 중고압 분사를 통해 배출할 수 있다.

상기 고압공기배출부(86) 역시 상기 약액배출부(84)의 외부에서 소정의 직경을 갖는 반지 형태의 공간으로 형성되되, 고압공기의 유동 진행 방향을 따라 상기 직경이 점차적으로 작아지는 노즐 형태의 공간으로 형성된다.

그리고, 상기 고압공기배출부(86)는 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선(CL1)에 대해 상하 대칭 형태의 공간으로 형성되되, 상기 고압공기배출부(86) 공간의 수평 방향 중심선은 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선(CL1)과 일치되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기된 바와 같이, 상기 고압공기배출부(86)를 형성하는 공간은, 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선(CL1)에 대해 소정의 각도 기울어지게 형성될 수 있다.

그리고, 상하로 배치되는 상기 고압공기배출부(86)들의 상부 공간의 중심선(CL5)과 하부 공간의 중심선(CL6)들은 상기 교차점(CP)에서 서로 만나도록 구성된다.

그리하여, 상기 고압공기배출부(86)를 통해 배출되는 고압공기가 상기 시멘트페이스트배출부(82)의 중심선과 만나는 지점이, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부(80)들의 중심선(CL1, CL2)들이 만나는 지점(CP)과 동일하게 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 배출부(80)를 통해 시멘트페이스트와 내구성 약액 및 고압공기가 함께 분사 배출될 수 있으며, 이때 상기 시멘트페이스트의 외부에서 상기 내구성 약액과 고압공기가 함께 배출된다.

상기와 같이 시멘트페이스트배출부(82)와 약액배출부(84) 및 고압공기배출부(86)가 유동 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 공간을 갖는 노즐과 같이 형성되어, 약액과 시멘트페이스트 및 고압공기를 강한 속도로 분사할 수 있다.

그리고, 시멘트페이스트의 외부를 감싸면서 내구성 약액과 고압공기가 함께 강하게 분사됨으로써, 지반 침삭력을 현저히 높일 수 있다.

그리고, 인접하여 상하로 배치되는 두 배출부(80)들로부터 분사되는 고압공기가 상기 교차점(CP)에서 교차되어 부딪히도록 함으로써, 지반을 침삭하는 분사력이 집중되도록 구성된다.

또한, 상기 몰타르에 혼합되는 모래는 상기 가압이송장치(30) 내부 유동통로(36)에 배치된 금속재 구(32)를 진동시켜 파쇄되도록 구성될 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

따라서, 상기 배출부의 수량과 각도는 설계 목적에 부합되도록 다양하게 변형 실시될 수 있다.

따라서, 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

그리고, 본 발명의 목적 범위 내라면 그 모든 구성요소들이 하나 이상 선택적으로 결합되어 구성될 수도 있다.

상기된 "포함된다" 또는 "구성된다" 의 용어는 해당 구성 요소가 포함될 수 있음을 의미하는 것으로, 그 외 다른 구성 요소들을 추가적으로 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

2: 제 1 탱크부재
4: 제 2 탱크부재
6: 제 3 탱크부재
8: 제 4 탱크부재
10: 탱크부재
20: 혼합장치
30: 가압이송장치
50: 제어장치
60: 천공및주입장치
70: 주입부
80: 배출부
90: 지반보강체

Claims (36)

1. 시멘트와 물을 수용하는 제1탱크부재와;
   시멘트의 조기 강도 발현을 위한 내구성 약액을 수용하는 제2탱크부재와;
   모래를 수용하는 제 3 탱크부재와;
   상기 제1탱크부재와 제 3 탱크부재로부터 전달되는 시멘트와 물과 모래를 선택적으로 교반하여 혼합하기 위한 혼합장치와;
   상기 제2탱크부재로부터의 내구성 약액과 상기 혼합장치로부터의 시멘트페이스트를 가압 이송하기 위한 가압이송장치와;
   지반을 천공하고 천공된 영역에 상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 천공및주입장치와;
   상기 가압이송장치와 천공및주입장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하며,
   상기 천공및주입장치는,
   동력을 발생시키기 위한 동력발생부와;
   상기 약액과 시멘트페이스트를 주입하기 위한 주입부를 포함하며,
   상기 주입부는 상기 약액과 시멘트페이스트를 유입하기 위한 유입부와;
   상기 유입부로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 유동시키고 배출하기 위한 배출관을 포함하되,
   상기 배출관은 중공 원기둥 형상으로 형성되는 두 개의 유동관들을 동심원적으로 포함하여 형성되며,
   상기 배출관의 하부에는 몰타르 배출부가 형성되며,
   상기 배출관에는 서로 다른 높이에서 약액과 시멘트페이스트를 함께 배출하기 위한 배출부가 복수 개 형성되며,
   인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선은 서로를 향하여 기울어지게 형성되어 서로 교차되도록 구성되고,
   상기 배출관의 중심부에는 상기 시멘트페이스트를 유동시키기 위한 시멘트페이스트유동관이 설치되고,
   상기 시멘트페이스트유동관의 외측에는 상기 내구성 약액을 유동시키기 위한 약액유동관이 설치되며,
   상기 배출부는 상기 시멘트페이스트를 배출하기 위한 시멘트페이스트배출부와, 상기 약액을 배출하기 위한 약액배출부를 포함하며,
   상기 시멘트페이스트의 외부에서 상기 약액이 배출되도록 구성되고,
   상기 약액배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 외부를 감싸도록 형성되며,
   상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부의 중심선은 서로 일치되도록 구성되고,
   상기 약액배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 상하 대칭 형태로 형성되되, 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 기울어지게 형성되며,
   상기 약액배출부를 통해 배출되는 내구성 약액이 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선과 만나는 지점은, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선들이 만나는 지점과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부는 하나의 노즐 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   고압공기를 수용하는 제 4 탱크부재와,
   상기 약액유동관의 외부에 동심원적으로 설치되는 고압공기유동관을 포함하는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 배출부는 고압공기를 배출하기 위한 고압공기배출부를 포함하며,
   상기 약액의 외부에서 상기 고압공기가 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 고압공기배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 고압공기배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 외부를 감싸도록 형성되며,
   상기 고압공기배출부와 시멘트페이스트배출부의 중심선은 서로 일치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 고압공기배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 상하 대칭 형태로 형성되되, 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고압공기배출부를 통해 배출되는 고압공기가 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선과 만나는 지점은, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선들이 만나는 지점과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부와 고압공기배출부는 하나의 노즐 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압이송장치 내부에는 모래에 충격을 가하기 위한 파쇄부재가 설치되며,
    상기 파쇄부재는 금속재 구와 상기 금속재 구를 탄성지지하기 위한 탄성지지부재를 포함하여, 상기 금속재 구가 유동 통로에서 진동되도록 설치되되,
    상기 금속재 구의 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰타르배출부는 상기 배출관의 하단부에서 측방을 향하여 몰타르를 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
14. 제 8 항에 있어서,
    상기 고압공기배출부 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
15. 제 8 항에 있어서,
    상기 고압공기배출부의 내부 표면에는 나선 방향의 오목부가 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 장치.
16. 시멘트와 물을 제 1 탱크부재에 수용하는 단계와;
    시멘트의 조기 강도 발현을 위한 내구성 약액을 제 2 탱크부재에 수용하는 단계와;
    상기 제 1 탱크부재로부터 전달되는 시멘트와 물을 혼합장치를 이용하여 교반함으로써 혼합하는 단계와;
    상기 제 2 탱크부재로부터의 내구성 약액과 상기 혼합장치로부터의 시멘트페이스트를 가압이송장치를 통해 가압 이송하는 단계와;
    상기 약액과 시멘트페이스트를 천공및주입장치의 주입부에 형성되는 유입부로 유입시키는 단계와;
    상기 유입부로 유입된 약액과 시멘트페이스트를 배출관을 통해 유동시키고 배출하는 단계를 포함하며,
    상기 배출관은 중공 원기둥 형상으로 형성되는 두 개의 유동관들을 동심원적으로 포함하여 형성되며,
    상기 약액과 시멘트페이스트는 상기 배출관에서 서로 다른 높이에 형성된 배출부를 통해 배출되며,
    인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선은 서로를 향하여 기울어지게 형성되어 서로 교차되도록 구성된 상태에서 상기 약액과 시멘트페이스트가 배출되도록 구성되고,
    상기 배출관의 중심부에는 상기 시멘트페이스트를 유동시키기 위한 시멘트페이스트유동관이 설치되고,
    상기 시멘트페이스트유동관의 외측에는 상기 내구성 약액을 유동시키기 위한 약액유동관이 설치되며,
    상기 배출부는 상기 시멘트페이스트를 배출하기 위한 시멘트페이스트배출부와, 상기 약액을 배출하기 위한 약액배출부를 포함하며,
    상기 시멘트페이스트의 외부에서 상기 약액이 배출되도록 구성되고,
    상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부는 하나의 노즐 내에 형성되며,
    상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성되며,
    상기 약액배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 외부를 감싸도록 형성되며,
    상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부의 중심선은 서로 일치되도록 구성되고,
    상기 약액배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 상하 대칭 형태로 형성되되, 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 기울어지게 형성되며,
    상기 약액배출부를 통해 배출되는 내구성 약액이 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선과 만나는 지점은, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선들이 만나는 지점과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부의 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부가 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
18. 제 16 항에 있어서,
    제 4 탱크부재 내에 고압공기를 수용하는 단계와;
    상기 약액유동관의 외부에 동심원적으로 설치되는 고압공기유동관을 통해 고압공기를 유동시키는 단계와;
    고압공기배출부를 통해 고압공기를 배출하는 단계를 포함하며,
    상기 약액의 외부에서 상기 고압공기가 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 고압공기배출부는 진행 방향을 따라 점차적으로 좁아지는 측단면 형상을 갖는 노즐 형태의 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 시멘트페이스트배출부와 약액배출부와 고압공기배출부는 하나의 노즐 내에 형성되며,
    상기 고압공기배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 외부를 감싸도록 형성되며,
    상기 고압공기배출부와 시멘트페이스트배출부의 중심선은 서로 일치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 고압공기배출부는 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 상하 대칭 형태로 형성되되, 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선에 대해 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 고압공기배출부를 통해 배출되는 고압공기가 상기 시멘트페이스트배출부의 중심선과 만나는 지점은, 인접하여 상하로 배치되는 두 개의 배출부들의 중심선들이 만나는 지점과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
23. 제 16 항에 있어서,
    상기 배출관의 하부를 통해 몰타르를 배출하는 단계를 포함하며,
    상기 몰타르와 상기 내구성 약액은 선택적으로 배출되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
24. 제 16 항에 있어서,
    상기 가압이송장치 내부 유동통로에서 표면에 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성된 금속재 구를 진동시켜 모래를 파쇄하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
25. 제 23 항에 있어서,
    상기 몰타르는 상기 배출관의 하단부에서 측방을 향하여 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
26. 제 18 항에 있어서,
    상기 고압공기배출부 내부 표면에는 불규칙적인 미세한 오목부들이 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
27. 제 18 항에 있어서,
    상기 고압공기배출부의 내부 표면에는 나선 방향의 오목부가 형성되는 것을 특징으로 하는 중고압 교차 분사형 친환경 지반 개량 공법용 방법.
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