KR19980080170A - 수직 드레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양으로부터 유동체를 끌어내기 위한 수직 드레인에 관한 것으로서, 상기 드레인은, 유동체를 수용하기 위한 하나 이상의 채널을 갖는 긴 코어와; 상기 코어의 길이를 따라 연장되는 전기 전도 수단과; 상기 코어를 둘러싸는 필터를 포함하며, 상기 채널은 코어의 길이를 따라 연장되고, 강화될 지면으로부터 나온 유동체는 상기 필터를 통해 코어의 상기 채널 내로 이동하게 된다.

Description

수직 드레인

본 발명은 수직 드레인(vertical drain)에 관한 것으로, 특히 무른 지면을 강화시키는데 사용되는 수직 드레인에 관한 것이다.

어떤 지역을 개발하여 기간 시설물이나 건물들을 건설하기 이전에, 그러한 기간 시설물이나 건물들의 하중을 지탱할 수 있도록 개발 지역의 지면을 적절하게 강화시키는 것이 필요하다. 특히 매립지 상에서 건설을 하는 경우 이러한 지면강화는 반듯이 필요하다. 지면이 매립되는 많은 내륙 및 해안지역에서는 다량의 점토, 침적토(silty clay) 및 해양토(marine clay)가 발견된다. 이러한 약한 지면에는 다량의 수분을 함유하고 있으며, 건설작업 이전에 지반을 강화시키기 위하여 이러한 수분은 제거 되야 한다.

지반을 강화시키는 초기 방법에는 샌드 드레인(sand drain)의 사용을 수반하며, 이러한 샌드 드레인은 모래가 채워진 상태로 강화될 지반 내의 하부로 연장되는 수직 보어(bore)이다. 강화될 지반상의 상기 보어의 상부에는 다량의 모래와 같은 부가 하중이 가해지게 되며, 상기 지반 상의 모래에 의해 가해진 압력은 무른 토양 내에 함유된 수분을 강제적으로 샌드 드레인의 내부로 이동시켜 상기 샌드 드레인을 상승시키므로써 지반을 강화시키게 된다. 이러한 설비가 첨부된 도 1에 도시되어 있다.

상기 샌드 드레인을 사용하지 않는 상태에서, 지면상에 압력을 가하여 무른 토양의 하부를 강화시키기 위하여 부가 하중만을 가하는 경우, 건설 작업에 적합하도록 소정 수준, 즉 90내지 95%의 강도를 이루거나 완전히 안정화시키는데 에는 몇 년이 걸리게 된다. 그러나, 상기 샌드 드레인을 사용하므로써, 이러한 기간은 토양의 상태와 상기 샌드 드레인들 간의 간격 및 부가 하중의 무게에 따라 단지 몇 달 정도로 감소된다.

이러한 샌드 드레인은 소위 조립식 수직 드레인(pre-fabricated vertical drains; 이하 PVD로 약칭함)라 불리는 방법으로 대체되고 있다. 상기 PVD는 필터용 천(filter cloth)으로 감싸여진 가늘고 긴 플라스틱 파형 코어로 구성된다. 수분은 상기 필터용 천을 통해 상기 플라스틱 코어의 파형부로 자유롭게 이동하게 되며, 상기 파형부는 코어 내에서 일련의 긴 채널을 형성하게 된다. 따라서, 상기 수직 드레인 내의 수분은 강화될 지면상에 가해진 부가 하중의 압력에 의해 상기 채널을 통해 지면으로 상승되거나, 또는 진공 흡입 시스템을 사용하여 상기 수직 드레인과 함께 끌어올려지게 된다. PVD의 일 예가 첨부된 도 2A에 도시되어 있다.

상기 파형 코어를 대신하여 그물 형상의 구조물이 사용될 수 있다. 상기 그물 형상의 구조물을 혼합한 조립식 수직 드레인이 첨부된 도 2B에 도시되어 있다.

조립식 수직 드레인을 사용했을 경우, 토양 강화율은 60% 정도의 강화를 이룬 이후에 그 속도가 느려진다. 따라서, 더 나은 상태로의 강화를 이루기 위해 기다려야 하는 기간이 길어지게 되므로써, 대부분의 경우 비실용적이다. 이러한 강화 공정의 속도를 증대시키기 위하여, 강화될 지면상의 부가 하중을 증대시키기 방법이 알려져 있으나 이러한 해결책에는 강화될 지면상에서의 부가 하중의 불안정성, 부가 하중 재료의 부족, 더 많은 부가 하중을 가하기 위해 필요한 추가적인 시간 및 비용과 같은 문제점이 수반된다.

본 발명의 목적은 상술된바와 같은 문제점을 수반하지 않으며 토양의 강화 공정을 가속시킬 수 있는 개선된 수직 드레인을 제공하는 것이다.

도 1은 샌드 드레인(sand drain) 또는 조립식 수직 드레인을 사용하는 종래의 지면 강화 시스템의 개략적인 단면도.

도 2A는 공지된 조립식 수직 드레인의 단면도.

도 2B는 조립식 수직 드레인의 다른 형태를 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명을 구체화하는 수직 드레인의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 수직 드레인을 사용하여 지면을 강화시키는 상태를 나타내는 개략적인 단면도.

도 5는 본 발명에 따라 수직 드레인을 4각 그리드로 배열한 형상을 나타내는 개략적인 평면도.

도 6은 본 발명에 따른 수직 드레인을 3각 그리드로 배열한 형상을 나타내는 개략적인 평면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1 ; 수직 드레인 2 ; 플라스틱 코어

3 ; 합성 필터 천 4 ; 전기 전도성 스트립

5 ; 파형부

따라서, 본 발명은 토양으로부터 유동체(fluid)를 빼내기 위한 수직 드레인을 제공하며, 이러한 수직 드레인은 상기 유동체를 수용하기 위해 코어의 길이를 따라 연장된 하나 이상의 채널을 갖는 긴 코어와; 상기 코어의 길이를 따라 연장된 전기 전도 수단 및; 상기 코어를 둘러싸는 필터를 포함하며, 강화될 지면으로부터 나온 유동체는 필터를 통과하여 코어의 하나 이상의 채널로 이동된다.

또한, 본 발명은 전원의 음극 단자에 연결 가능한 다수의 수직 드레인과; 전원의 양극 단자에 연결 가능한 다수의 전기 전도 수단을 포함하는 수직 드레인의 어래이(array)를 제공한다.

또한, 본 발명은 토양으로부터 유동체를 뽑아 내므로써 토양을 강화시키는 방법을 제공하며, 이러한 방법은 전기 전도 수단을 갖는 수직 드레인의 어래이를 강화될 지면 내로 삽입시키는 단계와; 지면의 수경 강화(hydraulic consolidation)를 일으켜 유동체가 상기 수직 드레인을 통해 지면으로부터 빠져 나오도록 강화될 지면상에 부가 하중을 제공하는 단계와; 강화될 지면의 전기 침투성(electro-osmotic) 강화를 일으키도록 수직 드레인 내의 전기 전도 수단을 전원에 연결시키는 단계를 포함한다.

본 발명을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 첨부된 도면과 함께 실시예가 예제로서 설명된다.

[실시예]

도 3에 있어서, 본 발명에 따른 수직 드레인(1)은 파형 플라스틱 코어(2)를 포함하며, 합성 필터 천(3)으로 둘러싸여 있다. 도 3에 도시된 예제에 있어서, 상기 수직 드레인은 약 3㎜의 두께와, 100㎜의 호칭 치수 및 약 50ｍ 이상의 길이를 갖는다. 상기 수직 드레인은 200ｍ 이상의 감겨진 길이를 갖도록 제조된다. 플라스틱 코어를 제조하기 위한 바람직한 플라스틱 재료로는 폴리프로필렌(polypropylene)이나 폴리에틸렌(polyethylene), 또는 다른 압출 성형 플라스틱이 있다. 상기 합성 필터 천은 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 또는 다른 합성 섬유로 제조되는 것이 바람직하며, 수분이 상기 필터 천을 통해 플라스틱 코어의 파형부(5) 내로 스며들 수 있도록 충분한 다공성을 갖는다. 상기 합성 필터 천의 평균 기공 크기는 약 75 내지 200 미크론 정도이다.

상기 플라스틱 코어의 파형부(5)는 수직 드레인을 따라 연장된 일련의 채널을 형성하며, 이러한 채널은 코어를 둘러싸는 합성 필터 천을 향해 개방되어 필터 천을 통해 스며든 수분이 하나 이상의 채널 내에 수용된다.

상기 파형 플라스틱 코어(2)는 압출성형에 의해 편리하게 제조되며, 이러한 압출성형 이후나 압출성형시에, 예를 들어, 구리선과 같은 하나 이상의 전기 전도 스트립(4)이 플라스틱 코어(2)의 길이를 따라 부착되거나 끼워진다. 상기 전기 전도 스트립(4)은 플라스틱 코어(2)의 길이를 따라 수직 드레인의 한쪽 단부로부터 수직 드레인의 다른 쪽 단부까지 연속적으로 연장된다.

본 발명에 따른 수직 드레인은 전기 전도 수지로부터 제조된 플라스틱 코어(2)를 사용하므로써 전기 전도 스트립(4)을 필요 없게 한다. 모든 플라스틱 코어(2)나 상기 플라스틱 코어의 선택 영역은 전기 전도성 수지로 제조된다. 이러한 전기 전도성 수지의 적절한 예로는 전기 전도성의 폴리프로필렌과 전기 전도성의 폴리에틸렌을 생산하기 위해 카본(carbon)과 함께 혼합된 폴리프로필렌계와 폴리에틸렌계 수지가 있다. 이러한 수지는 압출성형에 의해 쉽게 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 수직 드레인은, 사용할 때에, 강화될 지면 영역에 배열된 4각 그리드의 보어 내에 삽입된다. 상기 드레인의 그리드는 1.0 내지 1.5 사이의 간격으로 이격된 드레인의 행열 어래이를 형성한다. 이러한 배열이 도 4 및 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 고용량의 습식 전지와 같은 직류전원과, 현장 발전기 또는 그리드 공급부 연결기가 강화될 지면의 표면상에 노출된 커넥터 단자에 의해 수직 드레인에 연결된다. 상기 수직 드레인의 어래이에 있어서, 수직 드레인의 열(row)에는 음극 또는 양극의 단자가 번갈아 연결되어, 수직 드레인의 1번째 열은 애노드(anode) 열을 포함하고, 수직 드레인의 2번째 열은 캐소드(cathode) 열을 포함하는 형식으로 배열되게 된다.

강화될 지면 영역의 상부에는 부가 하중이 가해진다. 이러한 부가 하중을 제공하므로써, 부가 하중 아래쪽에서는 지면의 수경 강화 공정이 시작된다. 이러한 지면의 강화 공정이 시작될 때, 지면에 함유된 수분은 수직 드레인(1)의 합성 필터 천(3)을 통해 플라스틱 코어(2)의 파형부(5) 내로 이동하여 수직 드레인(1)의 상부로 빠져 나오므로써, 그 함유량이 감소된다. 앞서 기술된 마와 같이, 약 60%의 지면 강화가 일어난 이후, 지면의 수경 강화율은 크게 저하되기 시작한다. 그러나, 이러한 강화율은, 본 발명에 따른 수직 드레인을 사용하여, 수직 드레인(1)이 통과하는 지면의 전기 침투성 강화가 실행되므로써 재 가속될 수 있다. 상기 수직 드레인 어래이의 직류 전원 공급기가 스위치 온(on) 되므로써 전기 침투성 강화 공정이 시작된다. 이러한 전기 침투성 강화 공정은 수분을 캐소드 수직 드레인으로 끌어들이게 된다.

상기 전기 침투성 강화가 발생되는 동안, 일정량의 수경 강화 작용이 계속해서 발생된다는 것을 알게 될 것이다. 캐소드 및 애노드용으로 사용되는 수직 드레인의 구조가 동일하기 때문에, 상기 수경 강화작용이 계속해서 발생되어 일정량의 수분이 에노드 수직 드레인에 모이게 된다. 상기 애노드 수직 드레인의 수분은 강화될 지면을 통해 캐소드 수직 드레인으로 끌려가게 된다. 따라서, 소량의 전기 에너지가 소비된다는 것을 생각할 수 있다. 본 발명에 따른 지면 강화 시스템의 한 실시예에 있어서, 캐소드 수직 드레인이 상술된 바와 같이 제조되는데 반하여, 수직 드레인 어래이의 애노드는 수분이 애노드에 모이게 되는 것을 방지하기 위하여 파형부가 없는 견고한 코어를 포함할 수도 있다.

상기 수직 드레인의 어래이가 4각 어래이로서 설명되었지만, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같은 삼각 그리드 형상의 다른 어래이 패턴이 사용될 수도 있다.

Claims (17)

1. 토양으로부터 유동체를 끌어내기 위한 수직 드레인으로서,

   상기 유동체를 수용하기 위한 하나 이상의 채널을 갖는 긴 코어와;

   상기 코어의 길이를 따라 연장되는 전기 전도 수단과;

   상기 코어를 둘러싸는 필터를 포함하며, 상기 채널은 코어의 길이를 따라 연장되고, 강화될 지면으로부터 나온 유동체는 상기 필터를 통해 코어의 상기 채널내로 이동하게 되는 것을 특징으로 하는 수직 드레인.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기 전도 수단은 전기 전도성이 있는 코어의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 드레인.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 코어는 수지로 만들어지는 것을 특징으로 하는 수직 드레인.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 수지는 전기 전도성이 있는 것을 특징으로 하는 수직 드레인.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기 전도 수단은 전기 전도성 스트립(strip)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 드레인.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 스트립은 코어의 채널 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 수직 드레인.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 스트립은 코어에 부착되거나 끼워지는 것을 특징으로 하는 수직 드레인.
8. 제 5 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 스트립은 구리선을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 드레인.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 코어는 압출성형되는 것을 특징으로 하는 수직 드레인.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 전기 전도성 수단은 압출성형된 코어의 일부인 것을 특징으로 하는 수직 드레인.
11. 전원의 음극 단자에 연결되며, 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 따른 다수의 수직 드레인과;

    전원의 양극 단자에 연결되는 다수의 전기 전도성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 드레인의 어래이(array).
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 전원의 양극에 연결되는 전기 전도성 수단은 토양으로부터의 유동체를 유용하기 위한 채널을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 수직 드레인의 어래이.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 전원의 양극 단자에 연결되는 전기 전도성 수단은 제 1 항 내지 제 10항 중의 어느 한 항에 따른 다른 수직 드레인의 전기 전도성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 드레인의 어래이.
14. 지면의 토양으로부터 유동체를 끌어내어 지면을 강화시키는 방법으로서,

    전기 전도 수단을 갖는 수직 드레인의 어래이를 강화될 지면 내로 삽입시키는 단계와; 지면에 수경 강화(hydraulic consolidation)를 유발시켜 유동체가 상기 수직 드레인을 통해 지면으로부터 빠져 나오도록 강화될 지면상에 부가 하중을 제공하는 단계와; 강화될 지면에 전기 침투성(electro-osmotic) 강화를 일으키도록 수직 드레인 내의 전기 전도 수단을 전원에 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지면 강화 방법.
15. 도 3 내지 도 6을 참조하여 상술된 바와 같은 수직 드레인.
16. 도 3 내지 도 6을 참조하여 상술된 바와 같은 지면 강화 방법.
17. 다른 새로운 특성이나 상술된 특성과의 결합에 의한 새로운 특성.