KR102589566B1 - 강관 그라우팅용 정착 조성재 및 이를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강관을 천공홀에 정착 고정 시 공극을 최소화하고, 강관과 천공홀 사이의 충진성을 개선하여 압축강도 및 내구성을 높여 강관의 정착성을 증대시키며, 시공 기간을 단축하고 그라우팅 시공품질을 향상시킬 수 있는 강관 그라우팅용 정착 조성재 및 이를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 천공홀에 강관을 정착 고정시키기 위한 강관 그라우팅용 정착 조성재로서, 시멘트, 벤토나이트, 실리카, 조성재료 결속재 및 공극 채움재를 포함하고, 상기 조성재료 결속재는 셀룰로오즈 나노 파이버이며, 상기 공극 채움재는 물과 반응하여 발포되는 발포체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강관 그라우팅용 정착 조성재가 제공된다.
Description
본 발명은 강관 그라우팅용 정착 조성재 및 이를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관을 천공홀에 정착 고정 시 공극을 최소화하고, 강관과 천공홀 사이의 충진성을 개선하여 압축강도 및 내구성을 높여 강관의 정착성을 증대시키며, 시공 기간을 단축하고 그라우팅 시공품질을 향상시킬 수 있는 강관 그라우팅용 정착 조성재 및 이를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법에 관한 것이다.
강도와 자립도가 낮은 연약 지반에서 터널을 굴착할 때에는 굴착과 함께 지반을 보강해야 한다.
이러한 보강방법으로 가장 널리 사용되는 것이 그라우팅 공법이다. 터널 보강을 위한 그라우팅 공법은 터널 굴착 전에 그라우트재를 터널의 배면의 지반에 주입하여 원지반의 강도를 증대시킴으로써 터널 굴착면을 안정화시키고 붕괴를 방지한다.
터널 그라우팅 보강공법들 중 가장 널리 사용되는 강관다단 그라우팅 공법이 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도 1은 전체 공정과 함께 터널의 길이방향의 단면을 도시한 것이다. 도 2는 터널이 막장면을 전방에서 촬영한 사진이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 강관다단 그라우팅 공법은 굴착 예정인 터널 막장면에서 천공을 수행한다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 아치형 터널의 경우 아치(크라운부)를 따라 연속적으로 천공을 수행한다. 천공이 수행된 지반은 터널 형성 후 터널의 배면 영역이 된다. 천공 각도는 대략 5~10도 정도로 형성한다. 천공 후에는 다수의 분사공이 형성되어 있는 강관을 천공홀에 삽입하고 씰재(seal material) 주입관을 설치한다. 다만, 실재 주입관은 강관의 외측에 별도로 설치할 수도 있지만, 실재를 강관을 통해 주입할 수도 있다. 그리고 천공홀 전단을 밀폐하는 코킹 작업을 수행한다.
천공홀이 밀폐되면 천공홀 내벽과 강관 사이의 공간에 실재를 주입하여 겔 상태로 경화시킨다. 이후 강관을 통해 그라우트재(주입재)를 가압하여 공급하면, 주입재는 겔 상태로 경화된 실재를 관통하면서 지반으로 주입되어 지반 내 균열을 메우고 지반을 일체화시켜 강도를 강화시킨다. 그라우트재가 경화되면 막장면을 발파하여 굴착한다. 지반 보강을 수행하였는바, 발파 과정에서 천정이 붕괴되는 등의 원치 않는 사고를 방지할 수 있고, 발파 설계에 따른 안정적 발파 굴착이 가능하다.
강관다단 보강은 터널의 진행방향을 따라 연속적으로 수행되며, 강관은 대략 12m 정도를 사용하는데, 강관 설치 시 길이방향을 따라 일부가 겹치게 설치하므로, 최종적으로 강관이 설치된 모습은 도 3에 도시된 바와 같다. 도 3은 강관다단 그라우팅 공법에서 터널의 길이방향을 따라 연속적으로 강관이 설치된 모습을 나타내는 도면이다.
상기한 강관다단 그라우팅 공법을 적용하는 데 있어서 가장 큰 기술적 이슈 중 하나는 그라우팅에 이용되는 씰재에 관한 것이다.
씰재는 강관과 천공홀 사이에 주입되어 겔화됨으로써 추후 그라우트재가 지반에 밀실하게 주입되게 하는 기능을 수행한다. 위 기능이 제대로 발현되기 위해서 씰재에 요구되는 기능은 아래와 같다.
씰재는 유동성이 충분하여 강관과 천공홀 사이로 용이하게 주입될 수 있어야 하지만, 주입 후에는 빠른 시간 내에 겔화되어 그라우트재가 주입할 수 있는 조건을 형성해야 한다. 씰재가 느리게 겔화되면 본 주입재인 그라우트재를 주입할 수 없으므로 공기가 지연되는 문제가 있다.
씰재의 겔화는 유동성이 저하되어 더 이상 흐르지 않는 상태를 말하며, 이 상태의 씰재는 그라우트재를 주입할 때에 그라우트재와 섞이지 않아 그라우트재가 지반으로 원활히 주입될 수 있도록 한다. 씰재의 겔화가 이루어지지 않은 상태에서 그라우트재를 주입하면 씰재와 그라우트재가 혼합되어 그라우트재의 성능이 떨어지고, 주입압이 원하는 부위로의 집중되지 못하고 천공홀 전체로 소산되어 원하는 주입을 할 수 없게되는 단점이 있다.
그라우트재는 씰재의 겔화 이후 경화가 이루어지기 전까지만 주입이 가능하므로, 씰재는 겔화 이후 경화에 이르기까지 충분한 시간을 가져야 한다.
또한, 씰재는 블리딩 또는 재료분리에 의하여 2차 공극이 형성되지 않아야 한다. 일반적으로 천공홀은 상방으로 경사지게 형성되는데, 씰재의 재료 분리로 인하여 천공홀의 상측에는 물만 남고 하측에 고형분이 모여 2차 공극이 발생하기 때문이다.
종래에는 씰재로 시멘트와 벤토나이트와 물을 혼합하여 사용하였다. 벤토나이트의 팽윤성을 이용하여 천공홀에 주입후 씰재가 급격하게 팽창하여 겔 상태로 경화될 수 있기 때문이다. 또한, 시멘트는 벤토나이트의 유동성을 억제시킬 수 있기 때문에 씰재에 포함시켰다.
그러나 벤토나이트와 실재를 주재료로 하는 종래의 씰재는 시멘트 내 칼슘 성분이 벤토나이트에 흡착되면서 벤토나이트의 팽윤성을 저하시키는 문제가 발생하는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위하여 종래에는 벤토나이트와 물을 먼저 교반한 후 시멘트를 교반하여 주입하는 방법을 사용하기도 하였는데, 이 경우 씰재에서 물비가 너무 높아져서 경화 시간이 지연될 뿐만 아니라 블리딩이 발생하여 빈 공간(2차 공극)이 발생하는 우려가 있다.
또한, 이런 경우에 경화시간을 앞당기기 위하여 규산소다를 첨가하기도 하는데 씰재의 경화강도가 높아져 추후 그라우트재의 주입에 문제가 되기도 하며, 장기적으로 볼 때에는 규산소다가 지하수에 의하여 용탈되어 주변 수계에 영향을 미치는 문제가 있다.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 강관을 정착 고정시키기 위한 구성부들 사이의 충진성을 개선하고, 블리딩 저감을 통해 공극 최소화를 도모하여 압축강도 및 내구성을 높여 강관의 정착성을 증대시키며, 시공기간을 단축하고 그라우팅 시공품질을 향상시킬 수 있는 강관 그라우팅용 정착 조성재 및 이를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 천공홀에 강관을 정착 고정시키기 위한 강관 그라우팅용 정착 조성재로서, 시멘트, 벤토나이트, 실리카, 조성재료 결속재 및 공극 채움재를 포함하고, 상기 조성재료 결속재는 셀룰로오즈 나노 파이버이며, 상기 공극 채움재는 물과 반응하여 발포되는 발포체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강관 그라우팅용 정착 조성재가 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 공극 채움재는 폴리이소시아네이트와 폴리올을 포함하고, 분말 제형이나 소정 입경을 갖는 입자 제형 또는 액상 제형의 수성연질발포물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 공극 채움재는 폴리이소시아네이트와 폴리올을 포함하고, 분말 제형이나 소정 입경을 갖는 입자 제형 또는 액상 제형의 수성연질발포물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 수성연질발포물질은 셀룰로오즈 나노 파이버 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 수성 연질발포물질은 가수분해물질로 이루어지는 소정 두께의 가수분해 코팅층이 코팅 형성될 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 시멘트는 분말도가 3,800 ~ 4,500㎠/g인 시멘트이고, 상기 벤토나이트는 SiO2/Al2O3 4.5~7.6중량%, SiO2함량 60~70중량%, Fe2O3함량 1~4.5중량%, MgO함량 3~5중량%, 입도 250mesh통과분 75%이상, 팽윤도(cc/2g) 8~24, 가비중 075~090g/cc을 갖는 것이고, 상기 실리카는 밀도 221g/㎤, 입자크기 0.1~10㎛, 비표면적 160,000 ~ 200,000㎠/g인 실리카흄으로 이루어지고, 상기 시멘트, 벤토나이트, 실리카흄, 재료 결속재 및 공극 채움재는 기본 조성으로서 시멘트, 벤토나이트, 실리카 흄, 조성재료 결속재를 각각 16 ~ 55중량%, 16 ~ 25중량%, 10 ~ 65중량%, 3 ~ 10중량%의 조성비로 하고, 상기 공극 채움재는 상기 기본 조성 100중량부에 대하여 1 ~ 2중량부를 포함하며, 상기 셀룰로오즈 나노 파이버는 폭이 5 ~ 500nm인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 천공홀에 강관을 정착 고정시키는 강관 그라우팅 시공 방법으로서, 천공홀에 강관을 삽입 설치하는 강관 설치 단계; 상기 강관과 천공홀의 입구 사이를 코킹 수단으로 코킹하는 입구 코킹 단계; 상기 강관과 천공홀 사이에 강관 정착 조성재를 주입하고 경화시키는 정착조성재 주입 단계; 및 상기 강관을 통해 그라우트재를 주입하는 본주입재 주입 단계:를 포함하며, 상기 정착조성재 주입 단계에서 이용되는 강관 정착 조정재는, 시멘트, 벤토나이트, 실리카, 조성재료 결속재 및 공극 채움재를 포함하고, 상기 조성재료 결속재는 셀룰로오즈 나노 파이버이며, 상기 공극 채움재는 물과 반응하여 발포되는 발포체인 것을 특징으로 하는 강관 그라우팅 시공 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 정착조성재 주입 단계에서 상기 공극 채움재는 상기 시멘트, 벤토나이트, 실리카흄, 조성재료 결속재의 기본 조성이 투입되는 주입 호스의 배출부에 분지(分枝) 연결된 분지 공급호스를 통해 주입되도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 본주입재 주입 단계 이전이며, 상기 정착조성재 주입 단계 이후 상기 천공홀과 강관 사이로 수성연질폼을 주입하여 정착조성재의 상층부에서 발포되도록 하는 발포체 주입 발포 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 강관 그라우팅용 정착 조성재 및 이를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 천공홀에 강관을 정착 고정시키기 위한 구성요소인 천공홀과 강관 사이, 천공홀의 토립자 사이, 및 그라우팅 조성물 사이의 충진성을 향상시키고, 블리딩 저감을 통해 공극 최소화를 도모하여 압축강도 및 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 압축강도와 내구성의 향상으로 강관의 정착성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 압축강도와 내구성을 증진시킬 수 있으면서도 시공기간을 단축할 수 있고, 그라우팅 시공품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 강관다단 그라우팅 공법의 전체 공정과 함께 터널의 길이방향의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 터널이 막장면을 전방에서 촬영한 사진이다.
도 3은 강관다단 그라우팅 공법에서 터널의 길이방향을 따라 연속적으로 강관이 설치된 모습을 나타내는 도면이다.
도 2는 터널이 막장면을 전방에서 촬영한 사진이다.
도 3은 강관다단 그라우팅 공법에서 터널의 길이방향을 따라 연속적으로 강관이 설치된 모습을 나타내는 도면이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 강관 그라우팅용 정착 조성재 및 이를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 강관 그라우팅용 정착 조성재는, 지반의 강도 증대를 위하여 천공홀에 강관을 정착 고정시키도록 주입되는 강관 그라우팅용 정착 조성재로서, 시멘트, 벤토나이트, 실리카(실리카흄), 조성재료 결속재 및 공극 채움재를 포함한다.
본 발명에서 상기 시멘트, 벤토나이트, 실리카(규소), 재료 결속재 및 공극 채움재는 기본 조성으로서 시멘트, 벤토나이트, 실리카(실리카흄), 조성재료 결속재를 각각 16 ~ 55중량%, 16 ~ 25중량%; 10 ~ 65중량%, 3 ~ 10중량%의 조성비로 하하며,
상기 공극 채움재는 상기 기본 조성 100중량부에 대하여 1 ~ 2중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
시멘트는 분말도가 3,800 ~ 4,500㎠/g인 시멘트이며, 현장 여건에 따라 분말도(3,800 ~ 9,500 ㎠/g)가 다른 시멘트로 대체될 수 있다.
벤토나이트는 팽윤제로 시멘트 결합재의 수화반응 지속을 위한 수분제공에 효과적인 재료가 된다.
벤토나이트는 Na-벤토나이트로서, SiO2/Al2O3 4.5~7.6중량%, SiO2함량 60~70중량%, Fe2O3함량 1~4.5중량%, MgO함량 3~5중량%, 입도 250mesh통과분 75%이상, 팽윤도(cc/2g) 8~24, 가비중 0.75~0.90g/cc을 가지는 것이 바람직하다.
이러한 벤토나이트는 16 ~ 25중량% 사용하며, 16중량% 미만이면 팽윤 성능이 낮아 수화반응지속에 효과적인 영향을 주기 어렵고, 25중량% 초과하면 과한 혼입량에 의해 유동성 저하로 주입작업에 어려움을 준다.
그리고 실리카는 실리카흄을 이용하는 것이 바람직하며, 실리카흄은 밀도 221g/㎤, 입자크기 0.1~10㎛, 비표면적 160,000 ~ 200,000㎠/g, SiO2함량 90%이상, Al2O3함량 0.6%이상의 특성을 가지는 고미분말의 재료로, 압축강도 기여한다. 실리카흄은 10 ~ 65중량% 사용하는데, 10중량% 미만이면 압축강도 발현이 어려워지고, 65중량% 초과하면 OPC 대비 고가의 재료를 과량 사용하는 것이 되어 경제성이 떨어진다.
계속해서, 상기 조성재료 결속재는 셀룰로오즈 나노 파이버(Cellulose Nano Fibrillate : CNF)로 이루어지며, 본 발명에서는 폭이 5 ~ 500nm인 셀룰로오즈 나노 파이버를 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 조성재료 결속재는 기본 조성의 시멘트, 벤토나이트, 실리카흄 간의 결속력을 증대시킨다.
다음으로, 상기 공극 채움재는 물과 반응하여 발포되는 발포체로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 공극 채움재는 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate)와 폴리올을 포함하고, 분말 제형(또는 소정 입경 제형) 또는 액상 제형의 수성연질발포물질로 이루어진다.
상기 폴리이소시아네이트는 이소시아네이트 작용기를 가지는 단량체들의 단중합체(monopolymer) 또는 공중합체(copolymer)를 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 이소시아네이트 작용기를 가지는 단량체는 메틸렌 디페닐렌 디이소시아네이트(MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 부틸렌 디이소시아네이트, 트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이오시아네이트(NDI), p-페닐렌 디이소시아네이트(PPDI), 1,4-시클로헥산 디이소시아네이트(CDI), 톨리딘 디이소시아네이트(TODI) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 공극 채움재는 상기한 수정연질발포물질에 셀룰로오즈 나노 파이버를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 공극 채움재는 상기한 기본 조성과 물의 혼합물로 이루어진 조성재료를 투입하면서, 상기 공극 채움재를 공급하여 상기 혼합물과 함께 빠른 속도로 공급 채움재가 투입되고, 이러한 공극 채움재는 물을 원료로 하여 발생하는 이산화탄소를 촉매(발포 촉매)로 발포되면서 기본 조성들 및 강관과 천공홀 및 기본 조성 사이(또는 물성 분리층) 및 천공홀의 토립자 사이로 침투하여 공극을 채우게 되며, 특히 셀룰로오즈 나노 파이버를 더 포함하는 경우, 셀룰로오즈 나노 파이버는 바인더로서의 기능을 제공하여 조직 치밀성을 증대시키고, 재료 간의 결속력을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 공극 채움재는 다른 실시 예로서 상기한 실시 예들, 즉 수성연질발포물질로만 구성되는 경우 및 수성연질발포물질에 셀룰로오즈 나노 파이버가 더 포함되어 구성되는 경우에서 외측이 가수분해물질로 코팅한 가수분해 코팅층을 갖는 것으로 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 가수분해 코팅층은 물과 반응하여 가수분해가 가능하고 바람직하게는 친환경물질로 이루어지는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
이러한 가수분해 코팅층을 갖는 공극 채움재는 상기한 바와 같이 기본 조성과 별개로 마련되어 기본 조성이 투입되는 과정에서 투입될 수 있고, 투입 직전에 기본 조성에 혼합되어 투입될 수 있다. 후자의 경우, 즉 상기 가수분해 코팅층을 갖는 공극 채움재가 기본 조성과 혼합되어 투입되는 경우, 기본 조성은 물과 이미 배합된 혼합물의 상태이므로, 상기 가수분해 코팅층은 물과 반응하여 가수분해되는 시간이 어느 정도 확보될 수 있는 층 두께로 형성된다.
본 발명에서 상기 가수분해 코팅층은 1mm ~ 2mm의 두께로 코팅되는 것이 바람직하며, 이는 가수분해물질의 가수분해 특성을 고려한 두께를 가질 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 강관 그라우팅용 정착 조성재를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법에 대하여 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 강관 그라우팅용 정착 조성재를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 강관 그라우팅용 정착 조성재를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법은, 지반의 강도 증대를 위하여 천공홀에 강관을 정착 고정시키기 위한 강관 그라우팅 시공 방법으로서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 강관 설치 단계(S100)와, 입구 코킹 단계(S200)와, 정착조성재 주입 단계(S300), 및 본주입재 주입 단계(S400)를 포함한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 강관 그라우팅용 정착 조성재를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법은, 지반의 강도 증대를 위하여 천공홀에 강관을 정착 고정시키기 위한 강관 그라우팅 시공 방법으로서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 지반을 천공하여 형성된 천공홀에 강관을 삽입 설치하는 강관 설치 단계(S100); 상기 강관과 천공홀의 입구 사이를 코킹 수단으로 코킹하는 입구 코킹 단계(S200); 상기 강관과 천공홀 사이에 강관 정착 조성재를 주입하고 경화시키는 정착조성재 주입 단계(S300); 및 상기 강관을 통해 본주입재(그라우트재)를 주입하는 본주입재 주입 단계(S400):를 포함한다.
상기 강관 설치 단계(S100)와 입구 코킹 단계(S200)는 공지의 방법을 채용할 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 정착조성재 주입 단계(S300)에서 강관 정착 조정재는 앞서 설명한 강관 그라우팅용 정착 조성재를 이용한다.
본 발명에서, 상기 공극 채움재는 기본 조성(시멘트, 벤토나이트, 실리카흄, 조성재료 결속재)와 함께 또는 별개로 투입될 수 있는데, 별개로 투입되는 경우, 상기 기본 조성이 투입되는 주입 호스의 배출부에 분지(分枝) 연결된 분지 공급호스를 통해 공극 채움재가 주입되도록 이루어진다.
그리고 상기 본주입재 주입 단계(S400) 또한 공지의 방법을 채용할 수 있다.
예를 들면, 상기 본주입재 주입 단계(S400)는 강관에 주입용 패커장치를 설치하며 주입펌프와 주입용 패커장치가 연결되면 주입 전 청정수를 보내어 관의 막힘 상태를 확인하고 주입은 패커장치를 강관의 선단부에서부터 효과적인 주입이 이루어지도록 수회에 걸쳐서 주입하는 다단주입 방법으로 시행할 수 있다.
상기 본주입재 주입 단계(S400)에서 이용되는 본주입재는 시멘트액, 모르타르액, 물유리액 등을 포함하여 공지의 그라우트재가 이용될 수 있으며, 상기한 정착 조성재가 이용될 수도 있다.
한편, 본 발명의 그라우팅 시공 방법은 상기 본주입재 주입 단계(S400) 이전이며, 상기 정착조성재 주입 단계(S300) 이후, 바람직하게는 정착조성재가 겔화 상태에서 상기 천공홀과 강관 사이로 수성연질폼을 주입하여 정착조성재의 상층(입구측을 향하는 측)에서 발포되도록 하는 발포체 주입 발포 단계(S310)를 더 포함할 수 있다. 이는 수성연질폼의 발포 팽창압에 의해 겔화 상태의 정착조성재 형성층을 가압시켜 강관과 천공홀 벽 사이에서 더욱 밀도 있게 경화되도록 하고, 정착조성재 형성층이 존재하지 않은 강관과 천공홀 벽 사이는 발포층에 의해 메움되게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 강관 그라우팅용 정착 조성재 및 이를 이용한 강관 그라우팅 시공 방법에 의하면, 천공홀에 강관을 정착 고정시키기 위한 구성요소인 천공홀과 강관 사이, 천공홀의 토립자 사이, 및 그라우팅 조성물 사이의 충진성을 향상시키고, 블리딩 저감을 통해 공극 최소화를 도모하여 압축강도 및 내구성을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 압축강도와 내구성의 향상으로 강관의 정착성을 증대시킬 수 있으며, 이러한 압축강도와 내구성 증진을 도모하면서도 시공기간을 단축하고 그라우팅 시공품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S100: 강관 설치 단계
S200: 입구 코킹 단계
S300: 정착조성재 주입 단계
S310: 발포체 주입 발포 단계
S400: 본주입재 주입 단계
S200: 입구 코킹 단계
S300: 정착조성재 주입 단계
S310: 발포체 주입 발포 단계
S400: 본주입재 주입 단계
Claims (8)
- 천공홀에 강관을 정착 고정시키기 위한 강관 그라우팅용 정착 조성재로서,
시멘트, 벤토나이트, 실리카, 조성재료 결속재 및 공극 채움재를 포함하고,
상기 조성재료 결속재는 셀룰로오즈 나노 파이버이고,
상기 공극 채움재는 물과 반응하여 발포되는 발포체로 이루어지되, 폴리이소시아네이트와 폴리올을 포함하고, 분말 제형이나 소정 입경을 갖는 입자 제형의 수성연질발포물질로 이루어지고,
상기 수성연질발포물질은 셀룰로오즈 나노 파이버를 포함하며, 가수분해물질로 이루어지는 소정 두께의 가수분해 코팅층이 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는
강관 그라우팅용 정착 조성재.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 시멘트는 분말도가 3,800 ~ 4,500㎠/g인 시멘트이고,
상기 벤토나이트는 SiO2/Al2O3 4.5~7.6중량%, SiO2함량 60~70중량%, Fe2O3함량 1~4.5중량%, MgO함량 3~5중량%, 입도 250mesh통과분 75%이상, 팽윤도(cc/2g) 8~24, 가비중 075~090g/cc을 갖는 것이고,
상기 실리카는 밀도 221g/㎤, 입자크기 0.1~10㎛, 비표면적 160,000 ~ 200,000㎠/g인 실리카흄으로 이루어지고,
상기 시멘트, 벤토나이트, 실리카흄, 재료 결속재 및 공극 채움재는 기본 조성으로서 시멘트, 벤토나이트, 실리카 흄, 조성재료 결속재를 각각 16 ~ 55중량%, 16 ~ 25중량%, 10 ~ 65중량%, 3 ~ 10중량%의 조성비로 하고,
상기 공극 채움재는 상기 기본 조성 100중량부에 대하여 1 ~ 2중량부를 포함하며,
상기 셀룰로오즈 나노 파이버는 폭이 5 ~ 500nm인 것을 특징으로 하는
강관 그라우팅용 정착 조성재.
- 천공홀에 강관을 정착 고정시키는 강관 그라우팅 시공 방법으로서,
천공홀에 강관을 삽입 설치하는 강관 설치 단계;
상기 강관과 천공홀의 입구 사이를 코킹 수단으로 코킹하는 입구 코킹 단계;
상기 강관과 천공홀 사이에 강관 정착 조성재를 주입하고 경화시키는 정착조성재 주입 단계; 및
상기 강관을 통해 그라우트재를 주입하는 본주입재 주입 단계:를 포함하고,
상기 정착조성재 주입 단계에서 상기 공극 채움재는 상기 시멘트, 벤토나이트, 실리카흄, 조성재료 결속재의 기본 조성이 투입되는 주입 호스의 배출부에 분지(分枝) 연결된 분지 공급호스를 통해 주입되도록 이루어지고,
상기 정착조성재 주입 단계에서 이용되는 강관 정착 조정재는, 청구항 제1항 또는 청구항 제5항에 따른 강관 그라우팅용 정착 조성재를 이용하는 것을 특징으로 하는
강관 그라우팅 시공 방법.
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 본주입재 주입 단계 이전이며, 상기 정착조성재 주입 단계 이후 상기 천공홀과 강관 사이로 수성연질폼을 주입하여 정착조성재의 상층부에서 발포되도록 하는 발포체 주입 발포 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
강관 그라우팅 시공 방법.
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2023
- 2023-02-13 KR KR1020230018576A patent/KR102589566B1/ko active IP Right Grant
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