KR200228331Y1 - 지반개량장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 절삭토와 슬라임의 순탄한 지상 토출과 주입로드 주위 공간이 절삭토와 슬라임에 의해 막혔을 때의 신속한 개통에 의한 지반개량의 효율성 제고, 최종 경도치가 낮아 저투수성이 염려되는 지반에 대한 개량효과의 증진에 역점을 둔 지반개량장치를 제공하기 위하여, 상단에 스위벨이 장착된 주입로드와, 상부에는 절삭수 노즐과 공기노즐을 장착하고 하부에는 경화제 노즐을 장착한 채 주입로드의 하단에 조합되는 모니터와, 모니터의 하단에 조립되는 비트로 된 지반개량장치에 있어서, 주입로드는 주면에 나선익(11)이 부착된 주입로드(10)로 하고, 역테이퍼진 비트(20)의 저면에는 절삭수 유로와 상통하는 제2 절삭수 노즐(21)를 설치한 것이다.

Description

지반개량장치{SOIL IMPROVING APPARATUS}

본 고안은 연약지반을 초고압 절삭수로 절삭할 때 발생하는 절삭토와 절삭에 쓰인 물을 초고압 공기에 의한 에어 리프트작용을 이용하여 지상으로 토출시키고 상기 원통형 구멍에 경화제를 고압 분사하여 원주상의 구조체를 구축하는 데 쓰이는 지반개량장치에 관한 것이며, 특히 절삭토와 슬라임의 순탄한 지상 토출과 주입로드 주위 공간이 절삭토와 슬라임에 의해 막혔을 때의 신속한 개통에 의한 지반개량의 효율성 제고, 최종 경도치가 낮아 저투수성이 염려되는 지반에 대한 개량효과의 증진에 역점을 둔 지반개량장치에 관한 것이다.

특허공보 제90-6932호와 92-1473호 및 1474호 등의 지반개량장치와 공법 은 미리 천공된 지반 내에 초고압수와 공기를 분사하여 토양을 절삭하여 원통형 구멍을 내면서 그라우트제를 고압분사하여 원주상의 구조체를 구축하므로서 지반을 보강하는 것으로, 주입로드의 하단에는 절삭용 청수를 초고압으로 분사하는 고압수 노즐과 고압수 노즐을 포위하듯이 설치되어 절삭토와 절삭에 쓰인 물을 지상으로 토출시킬 초고압 공기를 분사하는 공기노즐은 모니터의 상부에 설치되어 있고, 모니터의 하부에는 경화제를 고압으로 분사하는 경화제 노즐이 장착되어 있다.

도 5와 같이 지반 내에 틈(ㄱ)이 존재하여 물이 잘 스며드는 토양에 대하여 고압 제트분사공법으로 지반을 개량할 때에는 그 틈(ㄱ)으로 그라우트제(b)의 일부가 압력여과효과에 의해 누출되는 현상이 나타나게 된다. 이렇게 사라지는 분량에 상응하여 그라우트재를 보충하게 되는 데, 그러다보면 앞서 지반 내 틈으로 유출된 그라우트제(ㄴ)가 후속 분사되는 그라우트제의 충전압에 밀려 지표로 표출되는 수가 있다. 틈(ㄱ)이 지표까지 연장된 경우다.

지반 내에 그라우트제를 분사하면 지반 내 토양과 뒤섞이면서 일정량의 그라우트제가 토양에 섞여 지상으로 유출되는 흔한 일이다. 이것을 슬라임이라고 하는 데, 지상으로 향하는 슬라임의 토출압력은 기둥 주위의 토양밀도를 증가시킨다.

이 현상은 지반개량과정에서 고무적인 영향을 끼치는 부산물인 데, 그라우팅으로 형성되는 지반 내 원주체의 간격을 적절히 조정함으로서 개량되지 아니한 주위 토양의 다짐상태를 높여주는 데 기여하기도 하지만, 만약에 지상으로 토출되던 슬라임으로 인하여 주입로드(ㄷ) 주위의 공간(ㄹ)이 일시적 또는 완전히 막혀버리면 지반 내의 횡틈으로 유입된 그라우트제에 의하여 그라우트막(ㅁ)이 형성될 수가 있다. 그라우트막은 토양이 파괴되고 그라우트제가 채워진 곳에서 경화제 노즐 주위에 과다한 압력이 조성될 때 흔히 발생하기 쉬운 데, 이를 촉발하는 다른 원인은 절석토와 슬라임 때문에 주입로드 주위의 공간 이 막혀버려서 지상으로의 토출을 방해하는 현상이다.

이런 현상이 발생하면 지반 내의 제트 기류가 주위의 액체를 뚫고 나가지 못하고 주위 토양과의 혼합도 이뤄지지 않게 된다. 그 영향으로 더 이상 지반 내에서 원주체 형성작업의 진척도도 큰 영향을 받는다.

원주체가 형성되는 동안에 이러한 부작용이 잦거나 막힌 공간(ㄹ)을 뚫는 데 지체할 경우 그라우트막(ㅁ)은 심각한 문제가 초래될 수도 있다. 예를들면, 지면이 두꺼운 그라우트막에 의하여 들뜨게 될 수도 있고, 하수구나 다른 건물 의 지하로 뚫고 들어가서 그 건물공사에 치명타를 입힐 수도 있다는 것이다.

그런데, 종래의 평관형 주입로드로는 이 문제를 시의적절하게 해소할 수가 없었다.

한편, 지반 내에서 최종 경도치가 낮으면 지질의 저투수성을 초래하는 문제가 있다. 이런 지질에서 절삭된 토양으로부터 물을 없애기는 쉽지가 않다. 이 점에서 지반 내에서 처리된 곳의 그라우트 비율을 높이기 위한 별도의 대책마련이 요망된다.

본 고안의 목적은 지반 내에 절삭과 동시에 그라우팅할 때 천공으로 상승하는 절삭토와 슬라임에 의하여 천공 내 주입로드의 주위 공간이 막히더라도 이를 신속히 개통시킬 수 있고 절삭토와 슬라임의 지상 토출이 순탄하게 이뤄져서 지반개량공사의 효율성을 높일 수 있는 지반개량장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 지반 내 천공과 동시에 그라우트제를 충전하면서 저속 회전하며 일정한 속도로 인상되는 유로형 주입로드의 주면에 나선익을 부착하여 토출되는 절삭토와 슬라임의 지상 토출을 돕게 함과 동시에 슬라임에 의해 막힌 천공을 손쉽게 개통시킬 수 있게 한 지반개량장치에 의하여 달성할 수가 있다.

본 고안의 다른 목적은 지반 내에서 최종 경도치가 낮은 탓에 저투수성이 염려되는 경우라도 거기서 절삭된 토양의 물을 효과적으로 제거하여 그라우트의 압밀충전이 가능케 함으로서 지반 개량효과를 극대화할 수 있는 지반개량장치를 제공하는 것이다.

이 목적은, 모니터의 하단에 장착되는 역원추형 비트의 경사면상에 제2 절삭수 노즐을 장착하여 지반 내의 바닥을 향하여 대각선방향로 절삭수를 고압 분사케 함으로서 경도가 낮은 지반에 대한 절삭이 효율적으로 이뤄지게 해 그라우트제의 압밀충전에 의한 지반개량효과를 높일 수 있게 한 지반개량장치에 의하여 달성된다.

도 1은 지반개량예를 포함한 본 고안에 의한 지반개량장치의 정면도

도 2는 모니터와 경화제 노즐 장착형 비트의 결합상태를 나타낸 종단면 도

도 3은 모니터의 하단부와 비트의 분해 단면도

도 4는 종래의 일반적인 3유체 분사형 지반개량장치의 예시도

도 5는 지반 내에 물이 스며들기 쉬운 틈이 존재하는 경우의 그라우팅

예시도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 주입로드 11 : 나선익

20 : 비트 21 : 제2 절삭수 노즐

30 : 스위벨

도 1에서, 본 고안에 의해 새로 선을 뵈는 지반개량장치는 나선익(11)을 가진 주입로드(10)와, 제2 절삭수 노즐(21)이 장착된 비트(20)와 조합을 특징으로 한다.

나선익(11)은 오거 드릴의 나선익과 동등한 기능을 발휘하는 것으로, 지반을 절삭하면서 경화제를 주입하거나 절삭 후 절삭수의 공급을 중지하고 압축공기와 경화제만 주입하여 잔여 슬라임을 지속적으로 지상으로 토출시키면서 경화제를 압밀충전하여 원주상의 지지체를 구축하는 동안에 슬라임이 지상으로 원활히 토출되도록 유도하고, 또한 주입로드(10) 주위의 구멍이 슬라임에 의해 일시적으로 막혀서 지반개량작업에 지장을 받거나 완전히 막혀서 지반개량작업 자체가 불가능할 지경에 처했을 때 슬라임을 지상으로 긁어올려 지반개량작업이 순조롭게 이어질 수 있게 재개시키는 데 탁월한 기능을 발휘한다.

즉, 토양의 점성, 절삭수의 수압, 토압 등에 기인하여 도 7과 같이 주입로드 주위 공간이 막히면 삭공의 내부 압력이 상승하고 이에 밀린 그라우트제가 지반 내 틈을 비집고 유출되어 그라우트막을 이루는 좋지 못한 현상이 발생할 가능성이 있었는 데, 상기와 같은 나선익(11)의 작용은 앞서 설명한 바와 같이 지반 내의 틈으로 그라우트제의 일부가 스며들어가서 그라우트막을 형성함으로서 비롯되는 갖가지 부작용을 예방하는 데도 기여한다.

다시 말해, 절삭토와 슬라임의 원활한 지상배출은 삭공의 내부압력을 낮춰서 절삭수 노즐에서 분사되는 제트류를 방해하지 않으므로 지반 내 토양의 파괴가 원활히 이뤄지게 해 대경의 지지체를 형성할 수 있고 그라우트막이 생성되는 것을 억제하게 된다. 도면부호중 (30)은 스위벨을 표시한다.

도 2와 도 3에서, 주입로드(10)의 하단에 장착된 모니터(40)에서 절삭수 노즐(41)과 이것을 포위한 공기노즐(42)은 상부에 위치하고 하부에는 절삭수 노즐(44)에 포위된 경화제 노즐(43)이 체결되어 있다.

상기 모니터(40)의 하단에는 역원추형 비트(20)가 조립되어 있다. 비트(20)의 빗면에서 일점에는 아래를 향하여 대각선 방향으로 제2의 절삭수를 분사하도록 분사방향이 정해진 절삭수 노즐(21)이 장착되어 있고, 이 절삭수 노즐(21)용 유로(22)는 모니터(40) 내에 설치된 기존의 절삭수 유로(45)의 하단과 연결되어 있다.

비트(20)는 모니터(40) 보다도 더 소모성이 강한 부품이므로 수시교체의 필요성을 고려하여 나사체결식으로 구성한다. 이를테면, 모니터(40)의 하단에는 나사공(46)을 형성하고 비트(20)의 상단에는 나사뿔(23)을 형성하여 체결하는 것이다.

도 4에서, 제2 절삭수 노즐(21)은 지반 내의 삭공에서 주위의 경질 토양(A)과 바닥의 연질토양이 혼재할 경우 그 연질지반(B)을 빈틈없이 절삭함으로서 지반에 대한 천공속도를 가속시킬 수 있고, 또한 그렇게 천공된 지반에 완벽하게 경화제를 압밀충전시킬 수 있어 더욱 강력한 지지체를 구축하게 된다.

구체적으로 말하자면, 종래에는 비트측에 저압의 절삭수를 공급하여 절삭토를 제거하는 데만 주력하였는 데, 본 고안에서는 비트(20)의 제2 절삭수 노즐(21)에 절삭수(a)를 초고압으로 분사하여 1차로 절삭하고 경화제 노즐(43)측에서도 초고압의 절삭수(a)를 분사하여 기절삭된 지반을 확공하며, 지반에 대한 천공작업을 마치고 그라우트제를 주입할 때 확공부에 충전되는 그라우트제가 앞서 천공된 굴착면에서 파괴된 토사가 그라우팅의 속도를 최대한 방해하지 않으므로 확경된 원주상의 지지체를 얻을 수 있다. 또, 제2 절삭수 노즐(21)은 에어 리프팅으로 인한 낮은 최종경도치나 지질의 낮은 투수성 문제를 개선하는 데도 기여하게 된다.

이상 설명한대로 주면에 나선익이 주어진 주입로드를 사용하여 연약지반을 개량하면 지반의 절삭과 동시에 그라우팅할 때 천공으로 상승하는 절삭토와 슬라임에 의하여 천공 내에서 주입로드의 주위 공간이 막히더라도 이를 신속히 개통시킬 수 있고 절삭토와 슬라임의 지상 토출이 순탄하게 이뤄지므로 지반개량공사의 효율성을 높일 수 있다.

또, 모니터의 하단에 장착된 역원추형 비트의 경사면상에 제2 절삭수 노즐을 장착함으로서 지반 내에서 최종 경도치가 낮은 탓에 저투수성이 염려되는 경우에도 절삭된 토양의 물을 효과적으로 제거하여 그라우트의 압밀충전이 가능케 하므로 지반 개량효과를 극대화할 수 있다.

Claims (1)

1. 상단에 스위벨이 장착된 주입로드와, 주입로드의 하단에 조합되는 모니터와, 모니터의 하단에 조립되는 비트로 된 지반개량장치에 있어서, 주입로드는 주면에 나선익(11)이 부착된 주입로드(10)로 하고, 역테이퍼진 비트(20)의 저면에는 절삭수 유로와 상통하는 제2 절삭수 노즐(21)를 설치한 것을 특징으로 하는 지반개량장치.