KR20030042594A - 유압식 해머를 이용한 지반 다짐공법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유압식 해머를 이용한 지반 다짐공법 및 그 장치에 관한 것으로서, 굴삭기를 가동하여 개량할 대상의 지층으로 이동시키는 단계와; 상기 이동된 굴삭기로부터 다짐판을 개량할 대상의 지면에 밀착시킨 후 유압해머를 가동시켜 상기 유압해머 내부의 추를 지면으로부터 1~1.2m 높이로 상승시키는 단계와; 상기 유압해머에 의해 상승된 추를 연속 반복적으로 자유 낙하시켜 다짐판에 충격을 가하여 발생하는 충격에너지로 지반을 개량 다짐하는 것과 아울러, 무한궤도를 갖는 굴삭기의 전방 영역으로부터 소정 간격을 두고 연설되며 수직 방향으로 설치된 리더와; 상기 리더로부터 안내되어 와이어에 의해 이동되며 내부에 추가 설치된 유압해머와; 상기 유압해머의 하부 영역에 설치되어 상기 추에 의해 가격되는 다짐판을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 지반진동 및 소음을 최소화하여 구조물 근접시공이 가능하며 시공성, 적용성 및 경제성 우수한 유압식 해머를 이용한 지반 다짐공법 및 그 장치가 제공된다.

Description

유압식 해머를 이용한 지반 다짐공법 및 그 장치{Ground Compaction Method Using The Hydraulic Impact Pile Hammer Installed Foot}

본 발명은, 유압식 해머를 이용한 지반 다짐공법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 말뚝 항타용 유압해머를 이용하여 지반을 개량할 수 있는 공법을 제안함으로써 지반진동 및 소음을 최소화하여 구조물 근접시공이 가능하며 시공성, 적용성 및 경제성이 우수한 유압식 해머를 이용한 지반 다짐공법 및 그 장치에 관한 것이다.

삼면이 바다로 둘러싸이고 국토면적이 좁은 우리나라는 산업발전과 경제 성장에 따라 막대한 양의 부지가 필요하게 되었다. 그러나 제한된 양의 지반조건이 좋은 육상지역만으로는 그 수요를 충족시킬 수 없어 해안 및 내륙지역의 연약한 부지에 대한 개발이 절실히 요청되고 있는 실정이다.

일반적으로 연약한 해안 및 내륙 지역을 개발하기 위해서는 연약한 지층 및 매립 층의 지반개량이 필요하다.

연약한 지반의 지반개량공법으로는 치환공법, 압밀·배수공법, 다짐 공법, 화학적·열적 고화방법, 보강공법 등이 있다. 여기서 상기 공법 중 다짐공법은 지반을 다져서 밀도를 증대시키는 공법으로 층다짐공법, 동다짐 공법, 대형 진동해머 다짐 공법 등으로 나눌 수 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 층다짐공법은 1회 다짐 두께에 한계가 있어 개량 두께가 두꺼운 경우는 분할 매립 및 다짐을 실시하여야 하므로 공사기간 및 공사비가 증대할 우려와 아울러, 1회 다짐 두께가 약 30cm∼50cm로 제한되어 있어 개량 층 두께가 상기 두께보다 두꺼운 경우 분할하여 다짐을 실시하여야 하므로 시공성이 저하되고 공기가 증가하는 단점이 있다.

동다짐공법은 10∼20ton의 무거운 추를 10∼40m의 높이에서 낙하시켜 이때 발생하는 충격에너지로 지반을 다지는 공법으로 개량심도는 대략 5∼20m 정도이지만 시공중 과도한 진동이 발생하여 주변구조물에 손상을 주는 폐단이 있다. 그리고, 상기에서와 같이 10∼20ton의 무거운 추를 10∼40m의 높이에서 낙하시키므로 시공중 과도한 진동이 발생하고, 진동은 지표면을 따라 널리 퍼지므로 인접 구조물에 심각한 피해를 초래 할 수 있으며, 따라서 진동에 의한 영향도를 고려하여 동다짐의 한계를 설정하거나, 낙하고를 낮추던가 진동을 감소하기 위해 진동차단벽이나 도랑(Trench)을 설치해야 한다는 문제점을 가지고 있다.

특히, 동다짐 시공시 과도한 측방 변형이 발생하므로 구조물에 근접 하여 시공할 수 없으며, 시공 중 소음 공해 규제치 이상의 소음이 발생하여 민원 발생소지가 있으며, 비교적 대형크레인을 사용하므로 매우 느슨한 지반의 경우 장비진입성(trafficability) 확보를 위하여 지표에 자갈이나 쇄석 등을 포설 하여야 하는 폐단도 있다.

한편, 대형 진동해머를 이용한 지반 다짐공법은 약 180Kw 이상의 대형진동해머에 다짐판(Foot)을 부착하여 진동해머의 진동력에 의해 지반을 다지는 공법으로 개량심도는 약 1.5∼5m 정도이나 3m 이내의 심도에서는 적용성이 떨어지는 실정이다. 그리고, 대형 진동해머 다짐공법의 주 시공 장비인 대형진동해머는 국내에서생산이 되지 않으므로 수입에 의존해야 하고 주문으로 생산되므로 반입기간이 장기간 소요되며, 고장 발생시 장기간의 수리 소요시간이 발생한다는 단점과 아울러, 대형 진동해머 다짐공법은 장비조합이 복잡하여 구성장비들의 고장 가능성이 높아 작용효율이 저하되며, 다짐판의 중량이 무거워 타격점에 고정시키는데 많은 작업인원이 필요하며, 진동시 다짐판의 이동이 심하여 정확한 위치에 에너지 전달이 어렵다는 폐단도 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상기와 같은 종래 다짐공법들의 단점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서 개량 층의 두께에 제한 없이 사용할 수 있으며, 진동 및 소음이 적고 연약 층에서도 장비 진입성이 용이하고 장비가 국산으로 장비조달 및 수리가 용이하며 장비 구성이 단순·일체화되어 있어 시공성 및 안정성이 높은 말뚝 항타용 유압해머를 다짐 장비로 사용하는 유압식 해머를 이용한 지반 다짐공법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유압해머장비를 보인 측면도,

도 2는 본 발명에 의한 지반 다짐시 발생하는 진동을 도시한 참고도,

도 3은 본 발명에 의한 지반 다짐시 토립자의 미시적 거동을 도시한 참고도,

도 4는 본 발명에 의한 동적 콘 관입저항치(N_d)증가를 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명에 의한 다짐도 증가를 나타낸 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 다짐판의 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 유압해머장비 2 : 무한궤도

3 : 굴삭기 4 : 리더

5 : 와이어 6 : 유압해머

7 : 추 8 : 다짐판

21 : P파 22 : S파

23 : R파 32 : 토립자(추가)

상기 목적은, 본 발명에 따라, 굴삭기를 가동하여 개량할 대상의 지층으로 이동시키는 단계와; 상기 이동된 굴삭기로부터 다짐판을 개량할 대상의 지면에 밀착시킨 후 유압해머를 가동시켜 상기 유압해머 내부의 추를 지면으로부터 1~1.2m 높이로 상승시키는 단계와; 상기 유압해머에 의해 상승된 추를 연속 반복적으로 자유 낙하시켜 다짐판에 충격을 가하여 발생하는 충격에너지로 지반을 개량 다짐하는 것을 특징으로 하는 유압식 해머를 이용한 지반 다짐공법에 의해 달성된다.

한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면 상기 목적은, 무한궤도를 갖는 굴삭기의 전방 영역으로부터 소정 간격을 두고 연설되며 수직 방향으로 설치된 리더와; 상기 리더로부터 안내되어 와이어에 의해 이동되며 내부에 추가 설치된 유압해머와; 상기 유압해머의 하부 영역에 설치되어 상기 추에 의해 가격되는 다짐판을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압식 해머를 이용한 지반 다짐장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 추의 무게는 7~10톤 인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 다짐판의 형상은 원형, 팔각형, 사각형으로 형성된 것이 효과적이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 유압해머장비를 보인 측면도로서, 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 사용된 유압해머장비(1)는, 장비의 이동을 위한 무한궤도(2)를 갖는 통상의 굴삭기(3)를 개조한 것으로서, 상기 굴삭기(3)는 전방 영역으로부터 소정 간격을 두고 연설되며 수직 방향으로 설치된 리더(4)와, 상기 리더(4)로부터 안내되어 와이어(5)에 의해 이동되며 하부에 추가 설치된 유압해머(6)를 구비하고 있다.

유압해머(6)의 내부 영역에는 무게 7~10톤인 추(7)가 설치되며 추(7)의 하부 영역에는 다짐판(8)이 설치되어 추(7)의 자유 낙하로 인해 가격된다.

한편, 본 발명에 따른 지반 다짐공법에 사용되는 다짐판(8)은 원형, 팔각형, 사각형이 있으며 지반 조건에 따라 다르게 사용된다.

직경 1∼1.5m, 두께 70∼100mm의 원형 다짐판은 호박돌, 굵은자갈층, 조립사질토, 건설쓰레기 매립지 지반에 사용되며 다짐면적은 작지만 큰 입자에 의한 다짐판 손상 때문에 호박돌이나 건설쓰레기 등 조립질 지반에 유리하고 다짐하중을 지반에 균등하게 분포시키므로 다짐 효율을 증대시킬 수 있다.

그리고, 1×1∼1.75×1.75m 두께 70∼100mm의 사각형 다짐판은 세립사질토, 점성토, 일반쓰레기 매립지 지반에 사용되며 세립질 지반에서는 다짐판 손상이 작으므로 다짐면적이 큰 사각형이 유리하며 지반 전체를 골고루 다질수 있다.

팔각형 다짐판은 1×1∼1.5×1.5m, 두께 70∼100mm로 형성되어 자갈층, 사질토의 지반에 사용되며 다짐효율은 원형과 사각형의 중간정도의 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 장비는 지반개량을 위한 다짐 작업을 위해 수행하는 장비로, 유압해머장비(1) 중 무한궤도(2)를 갖는 굴삭기(3)를 개량 대상 지층으로 이동하고 다짐판(8)을 개량할 지반의 지면에 밀착시킨 후 유압해머(6)를 가동한다.

가동된 유압해머(6)는 7∼10톤의 무게를 갖는 추(7)를 1∼1.2m 높이로 상승시킨 후 자유 낙하시켜 다짐판(8)에 충격을 가하고 다짐판(8)은 지반을 타격하여 이때 발생하는 충격에너지를 이용하여 지반을 개량한다. 이때 다짐판(8)을 연속적으로 타격 함에 따라 다짐판(8)이 지반을 타격하게 되고 또 이와 같은 타격이 반복적으로 수행됨에 따라 지반은 극히 효과적으로 개량되게 된다.

도 2는 본 발명에 의한 지반 다짐시 발생하는 진동을 도시한 참고도로서, 본 발명에 따른 유압해머장비(1)를 이용한 동적 다짐시 발생하는 진동에너지는 P(21), S(22), R(23)파의 복합체이며 이 중 P파(21)는 7%, S파(22)는 26%, R파(23)는 67%를 각각 분담하여 전파해 간다. 이때 P파(21)와 S파(22)는 헤미스페리컬 웨이브 프론트(Hemispherical Wave Front)의 형태로, R파(23)는 실린드리컬 웨이브 프론트(Cylindrical Wave Front)의 형태로 전파해 간다. 그러나 이러한 에너지의 전파는 지반 내에서 기하감쇠와 재료감쇠의 복합작용을 거쳐 에너지 손실이 발생한다.

P파(21)와 S(22)파의 경우 표면에서는 진동원과의 거리 r²에 반비례하며, 매질에서는 r에 반비례하고, R파(23)의 경우의 비율로 진폭이 감소하는 특성을 갖으며 P파(21)는 간극수압의 감소, 도 3에서 도시한 바와 같이, 입자간 변위(32)를 유발시키며, S파(22)는 입자에 전단력을 작용하여 조밀한 상태로 입자를 재배열시킨다. 즉 지반 진동은 토립자 사이의 상대 변위(32)를 유발하고, 이로 인해 지반의 간극비가 감소하여 지반이 개량된다.

한편, 본 발명에 의한 심도에 따른 동적 콘 관입시험은 다짐전 원지반 상태와 1, 2, 3차 시리즈 다짐 후에 각각 실시하였으며 결과는 도 4에 도시된 바와 같다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 심도 1∼5.1m 까지는 유압식 해머다짐이 진행됨에 따라 N_d치가 60∼140으로 증가하였다.

그리고, 본 발명에 따른 지반 다짐공법에서의 현장밀도 시험은 다짐전 원지반 상태와 1, 2, 3차 시리즈 다짐 후에 각각 실시하였으며 결과는 도 5에 도시된 바와 같다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 초기다짐도 83% 내외이며 () 3차 부지의 경우 최종 다짐이 완료된 후 다짐도는 95∼96%정도로 나타나 노상재료에 대한 다짐 설계기준 95%를 만족하였다.

본 발명에 따른 유압식 해머를 이용한 지반 다짐공법의 효과를 지배하는 것은 주로 추(7)의 무게, 낙하고, 타격회수이다. 따라서 낮은 낙하고를 갖는 본 발명에 따른 지반 다짐공법은 1회 다짐당 다짐에너지는 작으나 반복 작업이 용이하고 빠른 시간에 누적에너지를 크게 해줄 수 있으며 신속하고 정확한 반복 타격이 가능하다. 또한 대형 크레인을 필요로 하지 않으므로 작업성이 용이하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 본 공법의 1회 다짐당 다짐에너지는 8.4톤·m∼12톤·m로 기존 다짐공법에 비해 상당히 작으므로 방진홀 같은 부수적인 장치 없이 진동에 의한 주변 구조물 및 지반의 피해를 최소화 할 수 있고 개량 층의 두께가 얇은 곳에도 적용성이 좋으며 지하수위 위치에 따른 다짐의 영향이 적어 지하수위가 높은 현장에서 시공해도 시공성의 저하가 발생하지 않는 장점이 있다.

특히, 본 발명에 따른 지반 다짐공법은 1회 다짐당 다짐 에너지는 작지만 반복 타격이 용이하므로 빠른 시간에 누적 에너지를 크게 해 줄 수 있으므로 개량 층 두께에 영향을 받지 않는 한편, 다짐작업을 위한 유압 해머 장치의 장비조합이 단순하고, 일체화가 이루어져 작업시 작업자의 안전사고의 위험이 낮으며, 작업효율이 높으며 유압해머와 다짐판이 일체화되어 있어 원하는 타격점에 정확히 타격할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있으며, 해머는 국내 생산이 가능한 말뚝 항타용 유압해머를 사용함으로써 장비조달이 용이하고, 국내 경제의 활성화에도 기여할 수 있을 뿐만 아니라 수입대체 효과를 가져와 외화를 절약할 수 있는 유압식 해머를이용한 지반 다짐공법이 제공된다.

Claims (4)

1. 굴삭기를 가동하여 개량할 대상의 지층으로 이동시키는 단계와;

   상기 이동된 굴삭기로부터 다짐판을 개량할 대상의 지면에 밀착시킨 후 유압해머를 가동시켜 상기 유압해머 내부의 추를 지면으로부터 1~1.2m 높이로 상승시키는 단계와;

   상기 유압해머에 의해 상승된 추를 연속 반복적으로 자유 낙하시켜 다짐판에 충격을 가하여 발생하는 충격에너지로 지반을 개량 다짐하는 것을 특징으로 하는 유압식 해머를 이용한 지반 다짐공법.
2. 무한궤도를 갖는 굴삭기의 전방 영역으로부터 소정 간격을 두고 연설되며 수직 방향으로 설치된 리더와;

   상기 리더로부터 안내되어 와이어에 의해 이동되며 내부에 추가 설치된 유압해머와;

   상기 유압해머의 하부 영역에 설치되어 상기 추에 의해 가격되는 다짐판을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압식 해머를 이용한 지반 다짐장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 추의 무게는 7~10톤 인 것을 특징으로 하는 유압식 해머를 이용한 지반 다짐장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 다짐판의 형상은 원형, 팔각형, 사각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 유압식 해머를 이용한 지반 다짐장치.