KR20040005756A

KR20040005756A - 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템

Info

Publication number: KR20040005756A
Application number: KR1020030091565A
Authority: KR
Inventors: 설강준
Original assignee: 설강준
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2004-01-16
Also published as: KR100564368B1

Abstract

본 발명은 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시멘트를 주성분으로 하는 B형 약액을 그라우팅 로드의 내부로 주입시키기 전에 규산을 주성분으로 하는 A형 약액이 "Y"자형으로 이루어지는 특수선단 연결배관을 통하여 압축공기와 함께 B형 약액측으로 분사되도록 함으로서, 압축공기에 의한 A형 약액의 일차적인 혼합 후에 각각의 약액이 2차적으로 균일하게 혼합되도록 함과 동시에 펌프의 토출압력과 압축공기의 분사압력에 의하여 높은 이송력으로 공급되는 약액이 그 공급과정에서 발생하는 마찰열에 의한 수분증발과 규산성분의 환전치환으로 점성이 높은 졸(Sol) 상태가 되어 지반을 통한 혼합약액의 주입시에는 저압주입이 가능하도록 하며, 이로 인하여 토압에 의한 혼합약액의 역류나 주입력의 저하를 초래하지 않고 균일하게 혼합된 약액이 지반의 공극을 통하여 빠르고 치밀하게 침투되도록 함으로서 동일한 겔(Gel)타임 조건하에서 하나의 그라우팅 홀을 통한 혼합약액의 침투범위 및 시공된 차수벽의 강도를 향상시킬 수 있도록 한 컴펙션 그라우팅 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 혼합약액과 함께 분사되는 압축공기가 토사를 어느 정도 치환시키도록 하여 혼합약액의 침투공간을 확보한 상태에서 혼합약액의 저압주입이 이루어지도록 함으로서, 하나의 그라우팅 홀을 통한 혼합약액의 침투범위와 차수벽의 강도향상에 보다 크게 기여하여 동일 시공면적에 대한 차수벽의 시공횟수와 그 시공단가를 절감시킬 수 있고, 펌프의 토출압력과 압축공기의 분사압력에 따른 혼합약액의 원활한 압밀이송에 의하여 시멘트를 주성분으로 하는 B형 약액의 부배합(된반죽)이 가능하도록 함으로서, B형 약액에 별도의 무기계 또는 유기계 약품을 첨가하거나 규산량을 증가시키지 않더라도 혼합약액의 겔(Gel)타임을 6초대 정도로 빠르게 하여 약액의 경제적인 관리를 이루어냄과 동시에 시멘트의 혼합량 증가 및 그에 따른 규산량의 감소에 의한 알칼리 성분의 용탈방지로 차수벽의 시공강도와 그 내구성을 크게 향상시키면서도 환경오염 방지에 기여할 수 있도록 한 컴펙션 그라우팅 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 B형 약액의 부배합(된반죽)에 따른 급결재로서의 혼합약액을 사용하더라도 펌프의 토출압력과 압축공기의 분사압력에 의하여 졸(Sol)화 상태의 약액을 막힘이 없이 그라우팅 로드를 통하여 압밀시킬 수 있도록 함으로서, 혼합약액의 고결현상에 의하여 급결재에는 적용할 수 없었던 단관로드 형태의 1쇼트(Shot) 방식(기존에는 급결재 용으로 이중관 로드를 사용하여 이중관 로드의 중앙부에서 약액이 혼합되는 1.5쇼트 방식이나 이중관 로드의 하단부에서 약액이 혼합되는 2쇼트 방식을 적용함)을 적용하더라도 혼합약액의 원할한 주입이 가능하도록 하며, 이로 인하여 차수벽 시공설비를 단순화시켜 그 시공단가를 절감시키는 데 보다 더 크게 기여할 수 있도록 함과 동시에 "Y"자형으로 이루어지는 특수선단 연결배관을 통한 약액의 혼합비율과 압축공기의 주입 및 그 주입속도를 선택적으로 조절하는 것에 의하여 급결재나 완결재로서의 약액을 선택적으로 교반주입시킬 수 있도록 함으로서 각종 지반개량시공에 보다 광범위하게 적용할 수 있도록 한 컴펙션 그라우팅 시스템에 관한 것이다.

Description

차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템{Compaction grouting system for a construction of water-proof wall}

또한, 본 발명은 B형 약액의 부배합(된반죽)에 따른 급결재로서의 혼합약액을 사용하더라도 펌프의 토출압력과 압축공기의 분사압력에 의하여 졸(Sol)화 상태의 약액을 막힘이 없이 그라우팅 로드를 통하여 압밀시킬 수 있도록 함으로서, 혼합약액의 고결현상에 의하여 급결재에는 적용할 수 없었던 단관로드 형태의 1쇼트(Shot) 방식(기존에는 급결재 용으로 이중관 로드를 사용하여 이중관 로드의 중앙부에서 약액이 혼합되는 1.5쇼트 방식이나 이중관 로드의 하단부에서 약액이 혼합되는 2쇼트 방식을 적용함)을 적용하더라도 혼합약액의 원할한 주입이 가능하도록 하며, 이로 인하여 차수벽 시공설비를 단순화시켜 그 시공단가를 절감시키는 데 보다 더 크게 기여할 수 있도록 함과 동시에 "Y"자형으로 이루어지는 특수선단연결배관을 통한 약액의 혼합비율과 압축공기의 주입 및 그 주입속도를 선택적으로 조절하는 것에 의하여 급결재나 완결재로서의 약액을 선택적으로 교반주입시킬 수 있도록 함으로서 각종 지반개량시공에 보다 광범위하게 적용할 수 있도록 한 컴펙션 그라우팅 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 아파트나 빌딩 또는 교량과 같은 각종 구조물의 시공을 위해서는 구조물의 시공이 요구되는 지반을 일정 심도만큼 굴삭하여 구조물의 시공토대가 되는 기초 터파기 공사를 행하게 되는 데, 이와 같은 기초 터파기 공사시 지하수나 침투수가 굴삭된 지반을 통하여 용출될 경우 기초 터파기 작업이 매우 난해하게 될 뿐만 아니라 시공하고자 하는 구조물의 강도와 그 안전성에도 좋지 못한 영향을 미치게 되므로, 기초 터파기 공사전에 개량지반의 둘레에 걸쳐 차수벽을 선시공함으로서 기초터의 내부로 지하수나 침투수가 용출되는 것을 차단시킨 다음 기초 터파기 작업 및 기초옹벽 시공을 행하게 된다.

상기와 같은 차수벽의 시공에 일반적으로 사용되는 공법으로는, H빔을 항타 또는 천공 삽입시킨 다음 터파기를 진행하면서 각 H빔의 사이에 토류판을 적층시키는 토류벽 공법과, 시트파일(강널패널)을 지반에 항타 및 압입시켜 시트파일에 의한 벽체를 형성시키는 시트파일 공법과, 현장타설용 말뚝을 이용하여 소정의 직경을 가지는 구멍을 주열식으로 지반에 천공시킨 다음 주입식 모르타르에 의하여 벽체를 형성시키는 C.I.P(Cast-In Placed Pile) 공법과, 계획된 심도까지 주열식으로 지반에 구멍을 천공시킨 다음 그 천공된 구멍의 내부로 콘크리트나 모르타르 등을 주입하여 벽체를 형성시키고 그 벽체를 통하여 H빔을 응력재로 삽입시키는S.C.W(Soil Cemant Wall) 공법 등이 알려져 있다.

그러나, 상기 토류벽 공법의 경우는 그 구조와 시공이 간단하고 공사기간이 비교적 짧게 된다는 장점에 비하여 차수의 기능이 다른 공법에 비하여 현저히 떨어지게 될 뿐만 아니라 토류판의 적층작업시 안전사고의 발생위험이 매우 높게 되는 문제점이 있었으며, 상기 시트파일 공법의 경우는 재질적인 강도와 내구성이 높고 차수벽과 토류벽의 역할을 충분히 수행할 수 있다는 장점에 비하여 시트파일의 항타 및 압입시 상당한 소음이 발생하게 되고 시트파일을 설치할 수 지반이 모래나 뻘층과 같은 연약지반으로 한정되는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 C.I.P 공법의 경우는 터파기 구조물과의 근접시공이 가능하므로 터파기의 폭을 최소화 할 수 있고, 토류판의 시공이 불필요하므로 안전사고의 위험이 적다는 장점에 비하여 기둥간의 연결성이 불량하여 차수성이 저하되므로 각 기둥 사이에 누수에 대한 별도의 보조수단이 필요할 뿐만 아니라 토사의 유실량이 비교적 크게 되는 문제점이 있었으며, 상기 S.C.W 공법의 경우는 다른 공법에 비하여 차수성 및 강도가 우수하고 토사의 유실이 적으며, 함수비가 높은 연약지반에도 시공이 가능한 장점은 있으나, 그 시공지반이 토사지역으로 한정되고, 다른 공법에 비하여 내구성이 저하되는 등의 문제점을 가지고 있는 것이었다.

상기와 같이 토류판이나 시트파일 및 콘크리트나 모르타르 벽체를 이용한 종래의 차수벽 공법이 가지는 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 크롤러 크레인에 오거머신이나 보링머신이 장착된 것과 같은 각종 지반굴착장비를 이용하여 지반의 내부로 일정 깊이의 구멍을 천공시킨 다음, 그 천공된 구멍을 따라 시멘트나 모르타르 및 급결재나 완결재 등의 약액과 같은 그라우트(Grout)재를 압밀시킴으로서, 지반의 공극을 통하여 상기 그라우트재를 맥상으로 침투시켜 지반의 투수성 감소 및 강도보강을 동시에 이루어 낼 수 있도록 한 약액주상주입공법(소위, C.G.M 공법 : Chemical Grouting Method)이 알려져 있다.

상기와 같은 약액주상주입공법의 대표적인 예로는, 지반 천공용 케이싱과 맨젯튜브(주입관 삽입용 PVC호스) 사이의 공간부에 시멘트계 약액을 실링재로 충진시킨 다음, 상기 케이싱을 제거함과 동시에 멘젯튜브의 내부에 주입관을 삽입시켜 상기 주입관으로 규산계 약액을 압밀시킴으로서, 멘젯튜브의 하단부를 통하여 각각의 약액이 혼합 분사되도록 한 L.W(Labiles Wasserglass) 공법과, 지반굴착장비에 이중관 로드를 설치하여 그 이중관 로드를 1단계만큼 인발시킴으로서 로드의 하단부에 특수선단장치(Rocket)가 돌출되도록 한 다음, 로드의 내관과 외관을 통하여 규산계 약액과 시멘트계 약액을 공급시킴으로서 각각의 약액이 특수선단장치에서 혼합 및 분사되도록 한 S.G.R(Space Grouting Rocket) 공법과, 지반굴착장비에 이중관 로드를 설치하되 그 로드의 선단에 회전상승이 가능한 제트노즐을 장착하여, 제트노즐로부터 초고압의 제트에어가 주입재와 함께 수평방향으로 분사되도록 함으로서, 제트에어에 의한 지반의 파쇄와 동시에 파쇄된 토사가 주입재와 혼합 및 경화되도록 한 J.S.P(Jumbo Special Pile) 공법이 알려져 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 약액주상주입공법 중 L.W 공법은 지반에 천공된 구멍과 맨젯튜브 사이의 공간을 시멘트계 약액인 실링재로 봉하도록 되어 있는 데, 이러한 실링재가 시멘트의 현탁액이므로 그 주입이 가능할 정도로 실링재가 충분히 응집되기까지 약 24시간 정도의 긴 시간이 소요되며, 이로 인하여 실링재의 주입후 약 24시간 이후에 규산계 약액을 고결재로 추가 주입하여 혼합약액을 분사시켜야 할 뿐만 아니라 상기 고결재 또한 주입관이 막히는 현상을 방지하기 위하여 겔(Gel)타임이 수 십분 정도인 완결형 고결재를 주입시켜야 함으로서 차수벽의 시공에 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 수맥차단과 같이 긴급을 요하는 차수벽의 시공에는 적용이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 천공된 구멍과 멘젯튜브 사이의 공간에 충진된 시멘트계 약액인 실링재가 고결재인 규산계 약액의 주입과정에서 지반의 상부로 누출되지 않도록 지반상에 별도의 밀폐처리를 하여야 함으로서 차수벽의 시공작업이 까다롭게 될 뿐만 아니라 그 시공단가 또한 상승되는 문제점이 있었고, 고결재의 주입압력만으로 실링재를 고결재와 함께 지반의 공극으로 침투시켜야 하기 때문에 혼합약액의 침투성이 매우 저하되는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 종래의 L.W 공법은 지중균열이 존재하거나 누수간극이 비교적 큰 지반에는 다소 유효하지만 토사의 입도가 미세한 세사층이나 점토층에는 공법의 적용이 어려운 문제점이 있었다.

그리고, 종래의 S.G.R 공법이나 J.S.P 공법의 경우에는 특수선단장치를 이용하여 약액의 침투공간을 미리 확보시킨 상태에서 혼합약액을 주입시킬 수 있기 때문에 L.W 공법에 비하여 약액과 지반의 접촉면적을 크게 하여 약액을 보다 빠르고 균질하게 지반상으로 침투시킬 수 있다는 장점은 있으나, 약액의 주입을 이루어내기 위하여 그라우팅 로드를 다중관의 형식으로 제작함과 동시에 그 하단부에 로켓이나 제트노즐과 같은 특수선단장치를 설치하여야 함으로서 그라우팅 로드 자체가매우 고가일 뿐만 아니라 그 로드를 이용한 차수벽의 시공작업 또한 매우 까다롭게 되고, 이로 인하여 차수벽 시공을 위한 전체적인 시공단가가 크게 상승하는 문제점이 있었으며, J.S.P 공법의 경우 지반의 천공작업을 제트에어에 의하여 수행하도록 함으로서, 자갈층이나 전석층으로 이루어지는 지반에는 차수벽의 시공이 매우 어려운 문제점이 있었고, 모래층이나 세사층으로 이루어지는 지반에 상기 공법을 적용하여 차수벽을 시공하더라도 규산계 약액을 이루는 알칼리 성분의 용탈이 심하여 차수벽의 강도가 쉽게 저하될 뿐만 아니라 지하수의 오염과 같은 환경문제를 야기시키는 것이었다.

또한, 종래의 약액주상주입공법은 시멘트계 약액과 규산계 약액이 그라우팅 로드의 선단부에서 혼합 및 분사되도록 하였기 때문에 시멘트계 약액과 규산계 약액이 요구하는 정도의 배합비로 충분히 혼합된 상태에서 분사되지 못하는 문제점이 있었으며, J.S.P 공법 또한 특수선단장치로부터 분사되는 제트에어의 대부분이 지반을 치환하여 홀을 형성시키는 데 사용되고 각각의 약액을 골고루 혼합시키는 데에는 크게 기여하지 못하게 됨으로서, 약액의 정확한 배합범위와 약액의 주입에 따른 차수벽의 시공범위 및 그 강도와 겔(Gel)타임을 계획대로 시공하기가 매우 어렵게 되는 문제점이 있었으며,

또한, 시멘트계 약액과 규산계 약액을 해당 주입펌프의 송출력만으로 그라우팅 로드를 통하여 압밀시켜야 하기 때문에, 시멘트계 약액을 이루는 시멘트의 배합비가 부배합(된반죽)이 될수록 주입펌프의 주입효율 및 기계적 성능이 저하됨으로서, 시멘트계 약액을 묽은 반죽형식으로 공급할 수 밖에 없는 문제점이 있었고, 이로 인하여 차수벽의 강도와 겔(Gel)타임을 확보하기 위하여 규산계 약액의 투입량을 늘리거나 시멘트계 약액에 별도의 무기계 또는 유기계 약품을 첨가해야 하는 등 차수벽의 시공을 위한 약액의 관리가 까다롭고 비경제적인 문제점이 있었다.

또한, 그라우팅 로드를 통한 약액의 분사전에 약액을 미리 혼합시킨다 하더라도 약액의 분사전에는 약액이 졸(Sol)상태로 유지되고 약액의 분사후에는 혼합된 약액이 빠르게 겔(Gel)화되어야만 혼합약액의 원활한 주입과 그 침투성 및 차수벽의 강도를 향상시킬 수 있게 되는 데, 종래 약액주상주입공법의 경우 혼합약액의 겔(Gel)타임을 빠르게 하기 위하여 급결재를 사용하게 되면 그라우팅 로드의 내부에서 혼합약액이 경화되므로 약액의 원활한 주입이 어렵게 될 뿐만 아니라 약액의 맥상침투가 제대로 이루어지지 않아 개량되지 않는 지반 부분이 발생하게 되고, 이를 방지하기 위하여 겔(Gel)타임이 긴 완결재를 사용하게 되면 약액의 주입을 위한 계획범위가 매우 넓게 되어 차수벽의 시공기간이 길어지게 될 뿐만 아니라 시공면적에 비하여 다량의 약액을 공급하여야 함으로서 약액의 낭비를 초래하는 문제점이 있었다.

특히, 최근에 들어서는 약액의 정확한 주입범위와 주입에 따른 지반의 강도증대 효과 및 주입재의 내구성과 환경공해문제 등으로 인하여 지반개량에 따른 설계와 그 시공여건이 갈수록 까다로워지고 있는 데, 종래의 약액주상주입공법으로는 이러한 지반개량의 요구조건에 보다 확실하게 부응하기가 어려울 뿐만 아니라 각각의 공법이 적용될 수 있는 지반조건이 한정되어 있는 문제점으로 인하여 차수벽의 시공 및 그에 따른 지반개량을 보다 확실하게 이루어낼 수 있고 각종 지반여건에상관없이 보다 광범위하게 적용될 수 있는 새로운 공법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템은 시멘트를 주성분으로 하는 B형 약액을 그라우팅 로드의 내부로 주입시키기 전에 규산을 주성분으로 하는 A형 약액이 "Y"자형으로 이루어지는 특수선단 연결배관을 통하여 압축공기와 함께 B형 약액측으로 분사되도록 함으로서, 압축공기에 의한 A형 약액의 일차적인 혼합 후에 각각의 약액이 2차적으로 균일하게 혼합되도록 함과 동시에 펌프의 토출압력과 압축공기의 분사압력에 의하여 높은 이송력으로 공급되는 약액이 그 공급과정에서 발생하는 마찰열에 의한 수분증발과 규산성분의 환전치환으로 점성이 높은 졸(Sol) 상태가 되어 지반을 통한 혼합약액의 주입시에는 저압주입이 가능하도록 하며, 이로 인하여 토압에 의한 혼합약액의 역류나 주입력의 저하를 초래하지 않고 균일하게 혼합된 약액이 지반의 공극을 통하여 빠르고 치밀하게 침투되도록 함으로서 동일한 겔(Gel)타임 조건하에서 하나의 그라우팅 홀을 통한 혼합약액의 침투범위 및 시공된 차수벽의 강도를 향상시킬 수 있도록 하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명에 따른 컴펙션 그라우팅 시스템은 혼합약액과 함께 분사되는 압축공기가 토사를 어느 정도 치환시키도록 하여 혼합약액의 침투공간을 확보한 상태에서 혼합약액의 저압주입이 이루어지도록 함으로서, 하나의 그라우팅 홀을 통한혼합약액의 침투범위와 차수벽의 강도향상에 보다 크게 기여하여 동일 시공면적에 대한 차수벽의 시공횟수와 그 시공단가를 절감시킬 수 있고, 펌프의 토출압력과 압축공기의 분사압력에 따른 혼합약액의 원활한 압밀이송에 의하여 시멘트를 주성분으로 하는 B형 약액의 부배합(된반죽)이 가능하도록 함으로서, B형 약액에 별도의 무기계 또는 유기계 약품을 첨가하거나 규산량을 증가시키지 않더라도 혼합약액의 겔(Gel)타임을 6초대 정도로 빠르게 하여 약액의 경제적인 관리를 이루어냄과 동시에 시멘트의 혼합량 증가 및 그에 따른 규산량의 감소에 의한 알칼리 성분의 용탈방지로 차수벽의 시공강도와 그 내구성을 크게 향상시키면서도 환경오염 방지에 기여할 수 있도록 하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명에 따른 컴펙션 그라우팅 시스템은 B형 약액의 부배합(된반죽)에 따른 급결재로서의 혼합약액을 사용하더라도 펌프의 토출압력과 압축공기의 분사압력에 의하여 졸(Sol)화 상태의 약액을 막힘이 없이 그라우팅 로드를 통하여 압밀시킬 수 있도록 함으로서, 혼합약액의 고결현상에 의하여 급결재에는 적용할 수 없었던 단관로드 형태의 1쇼트(Shot) 방식(기존에는 급결재 용으로 이중관 로드를 사용하여 이중관 로드의 중앙부에서 약액이 혼합되는 1.5쇼트 방식이나 이중관 로드의 하단부에서 약액이 혼합되는 2쇼트 방식을 적용함)을 적용하더라도 혼합약액의 원할한 주입이 가능하도록 하며, 이로 인하여 차수벽 시공설비를 단순화시켜 그 시공단가를 절감시키는 데 보다 더 크게 기여할 수 있도록 함과 동시에 "Y"자형으로 이루어지는 특수선단 연결배관을 통한 약액의 혼합비율과 압축공기의 주입 및 그 주입속도를 선택적으로 조절하는 것에 의하여 급결재나 완결재로서의 약액을 선택적으로 교반주입시킬 수 있도록 함으로서 각종 지반개량시공에 보다 광범위하게 적용할 수 있도록 하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 규산과 물의 혼합액으로 이루어지는 A형 약액이 저장되는 혼합탱크와, 시멘트와 물의 혼합액으로 이루어지는 B형 약액이 저장되는 혼합탱크가 각각 분리 설치되고, 상기 각각의 혼합탱크는 규산펌프와 시멘트펌프가 설치된 약액주입용 배관에 의하여 차수벽 시공장비의 그라우팅 로드와 연결 설치되며, 상기 그라우팅 로드는 그 하단부에 형성된 분사공을 통하여 지반의 내부로 천공된 그라우팅 홀을 따라 혼합된 약액을 분사시키도록 설치된 것에 있어서, 상기 약액주입용 배관은 시멘트펌프에 의하여 B형 약액을 공급시키는 메인주입관과, 규산펌프에 의하여 A형 약액을 공급시키는 보조주입관으로 분할 설치되고, 상기 보조주입관의 선단 토출부는 메인주입관이 그라우팅 로드와 연결되기 전에 메인주입관측으로 연통되어 각각의 주입관이 하나의 혼합주입관을 형성하면서 그라우팅 로드와 연결 설치되며, 상기 보조주입관의 선단 토출부측에는 에어컴프레셔로부터 압축공기를 주입시키기 위한 에어분사관이 보조주입관과 연통되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템의 일실시예를 나타내는 장치도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 장치도.

도 3은 본 발명의 컴펙션 그라우팅 시스템에 적용되는 약액주입용 배관의 바람직한 실시예를 나타내는 부분확대도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 장치도.

도 5는 본 발명의 컴펙션 그라우팅 시스템에 적용되는 그라우팅 로드의 바람직한 실시예를 나타내는 일부확대 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 지반 2 : 그라우팅 홀 3 : 실링그라우트

4 : 로드잭 5 : 크롤러 크레인 6 : 유압드릴

7 : 리더 8 : 붐대 10,20 : 혼합탱크

11 : A형 약액 21 : B형 약액 12,22 : 투시창

13,23 : 개폐밸브 14,24 : 교반탱크 15,25 : 배출구

16 : 규산펌프 26 : 시멘트펌프 17: 감시대

31 : 메인주입관 32 : 보조주입관 33 : 에어분사관

34 : 에어컴프레셔 35 : 개폐밸브 36 : 혼합주입관

37 : 그라우팅 로드 38 : 분사공 39 : 연결부

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템의 일실시예를 나타내는 장치도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 장치도이며, 도 3은 본 발명의 컴펙션 그라우팅 시스템에 적용되는 약액주입용 배관의 바람직한 실시예를 나타내는 부분확대도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 장치도이며, 도 5는 본 발명의 컴펙션 그라우팅 시스템에 적용되는 그라우팅 로드의 바람직한 실시예를 나타내는 일부확대 단면도로서, 도면에 대한 부호의 설명중 미설명된 부호 10a 및 20a는 약액의 혼합용 모터, 16a 및 26a는 펌프의 압력게이지, 32a 및 33a는 개폐밸브를 나타내는 것이다.

본 발명에 따른 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템{이하, "C.C.G(Consistency Compaction Grouting) 시스템"이라 한다}은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 규산과 물의 혼합액으로 이루어지는 A형 약액(11)이 저장되는 혼합탱크(10)와, 시멘트와 물의 혼합액으로 이루어지는 B형 약액(21)이 저장되는 혼합탱크(20)가 각각 분리 설치되고, 상기 혼합탱크(10)(20)의 상부에는 탱크의 내부에 저장된 각각의 약액(11)(21)을 혼합시키기 위하여 그 하단 출력축에 도시되지 않은 회전날개를 구비하는 혼합용 모터(10a)(20a)가 고정 설치되어 있다.

또한, 상기 혼합탱크(10)(20)의 전방측에는 약액(11)(21)의 혼합상태와 그 저장수위를 파악할 수 있는 투시창(12)(22) 및 본 발명에 의한 C.C.G 시스템의 작동을 제어하기 위한 컨트롤 패널(18)이 설치되고, 혼합탱크(10)(20)의 바닥부에는 탱크의 내부에 저장된 각각의 약액(11)(21)을 배출시키기 위한 개폐밸브(13)(23)가 설치되어 있으며, 상기 개폐밸브(13)(23)로부터 연장되는 메인주입관(31)과 보조주입관(32)이 시멘트펌프(26)와 규산펌프(16)를 거쳐 본 발명의 요부를 이루는 약액주입용 배관을 형성하고 있다.

상기와 같이 본 발명에 의한 C.C.G 시스템의 요부를 이루는 약액주입용 배관의 연결구조는, 시멘트펌프(26)의 토출부측으로부터 연장되어 B형 약액(21)을 공급시키는 상기 메인주입관(31)과, 규산펌프(16)의 토출부측으로부터 연장되어 A형 약액(11)을 공급시키는 상기 보조주입관(32)이 각각의 펌프(16)(26)로부터 일정 길이만큼은 분할된 상태로 연장되다가, 상기 보조주입관(32)의 선단 토출부측이 메인주입관(31)으로 연통되어 각각의 주입관(31)(32)이 하나의 혼합주입관(36)을 형성하게 되며, 상기 보조주입관(32)의 선단 토출부측에는 에어컴프레셔(34)로부터 압축공기를 주입시키기 위한 에어분사관(33)이 보조주입관(32)과 연통되도록 설치된 구조로 이루어져 있다.

또한, 도면상에서는 한 쌍의 규산펌프(16)가 설치되어 2개의 보조주입관(32)이 해당 규산펌프(16)와 감시대(17)를 거쳐 하나의 배관을 형성한 다음, 다시 2개의 보조주입관(32)으로 분할되어 각각의 보조주입관(32)이 메인주입관(31)측으로 연통되도록 설치된 것으로 도시되어 있는 데, 이는 규산펌프(16)로 대부분 브란자형 펌프를 사용함에 따라 시멘트펌프(26)에 의한 B형 약액(21)의 토출압력과 규산펌프(16)에 의한 A형 약액(11)의 토출압력에 균형을 기하기 위한 것으로서, 시멘트펌프(26)의 경우 그 토출부측에 토출압력을 측정할 수 있는 압력게이지(26a)가 설치되고, 규산펌프(16)의 경우 감시대(17)측에 설치되는 각각의 보조주입관(32)에 그 토출압력의 측정을 위한 압력게이지(16a)가 설치되어, 각 펌프(16)(26)의 토출압력을 비교 분석할 수 있도록 되어 있다.

따라서, 본 발명에 의한 C.C.G 시스템에서 대용량의 규산펌프(16)를 1대만설치하여 사용할 경우에는 상기 에어분사관(33)이 보조주입관(32)측으로 연통된다는 조건하에서 하나의 보조주입관(32)만을 메인주입관(31)에 연결한 상태로 사용할 수도 있으며, 도면상 메인주입관(31)과 연통되는 2개의 보조주입관(32)중 하부에 위치하는 하나의 보조주입관(32)에만 에어분사관(33)이 연결 설치된 것으로 도시되어 있으나, 2개의 보조주입관(32)에 에어분사관(33)을 모두 연결시킬 수도 있으며, 각각의 보조주입관(32)과 에어주입관(33)에는 메인주입관(31)을 통한 A형 약액(11)과 압축공기의 유입을 필요에 따라 조정할 수 있도록 개폐밸브(32a)(33a)(35)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 메인주입관(31)측으로 보조주입관(32) 및 에어분사관(33)이 연통되어 형성된 하나의 혼합주입관(36)은 차수벽 시공장비의 그라우팅 로드(37)와 연결되는 데, 도 1상에서는 별도의 지반천공설비로 지반(1)을 천공시킨 다음 이와 같이 천공된 그라우팅 홀(2)을 따라 그라우팅 로드(37)를 상하로 이동시킬 수 있는 로드잭(4)이 설치된 것으로 도시되어 있고, 그라우팅 로드(37)의 하단에는 혼합된 약액을 하부로 분사시키는 한 쌍의 분사공(38)이 형성된 것으로 도시되어 있는 데, 이러한 로드잭(4)이나 그라우팅 로드(37)는 이미 공지되어 있는 기술적 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 C.C.G 시스템의 다른 실시예를 나타내는 것으로서, 약액주입용 배관을 포함한 전체적인 시스템의 구조는 본 발명의 일실시예와 동일하며, 단지 차이가 있는 점은 각 혼합탱크(10)(20)의 하부측에 약액(11)(21)을 2차적으로 교반시킬 수 있도록 날개형이나 스크류형과 같은 각종 교반기를 구비하는 교반탱크(14)(24)가 설치된다는 것과, 그라우팅 로드(37)의 하단부에 혼합된 약액을 수평으로 분사시킬 수 있는 다수 개의 분사공(38)이 형성된다는 것이다.

본 발명의 다른 실시예에서 혼합탱크(10)(20)의 하부측에 교반탱크(14)(24)를 설치하는 이유는, 본 발명에 의한 C.C.G 시스템의 경우 메인주입관(31)을 통하여 공급되는 B형 약액(21)과 보조주입관(32)을 통하여 공급되는 A형 약액(11)이 압축공기에 의하여 혼합 및 분사되기 때문에 약액(11)(21)의 부배합(된반죽)이 가능하게 됨으로서, 메인주입관(31) 및 보조주입관(32)을 통한 약액(11)(21)의 주입을 보다 원활하게 수행할 수 있도록 각 혼합탱크(10)(20)의 하부에 교반탱크(14)(24)를 설치하는 것으로서, 각각의 교반탱크(14)(24)는 혼합탱크(10)(20)의 바닥부에 설치되는 개폐밸브(13)(23)에 의하여 혼합탱크(10)(20)와 연결되고, 상기 메인주입관(31)과 보조주입관(32)은 교반탱크(14)(24)의 바닥부에 설치된 배출구(15)(25)와 연결되어 있다.

상기와 같이 본 발명에 의한 C.C.G 시스템은 A형 약액(11)과 B형 약액(21)이 압축공기에 의하여 혼합 및 분사되기 때문에 약액(11)(21)의 부배합(된반죽) 특히, 시멘트를 주성분으로 하는 B형 약액(21)의 부배합(된반죽)이 가능하게 되는 데, 본 발명에 의한 C.C.G 시스템에 적용되는 약액의 표준배합비를 1루베(1m³)에 해당하는 지반공극채움을 기준으로 하여 그 겔(Gel)타임별로 표 1상에 기재하였다.

표 1 : C.C.G 시스템에 적용되는 약액의 표준배합비 (1루베 기준)

종류	A형 약액(500ℓ)	B형 약액(500ℓ)	비고
종류	규산소다 (ℓ)	물(ℓ)	비고	시멘트(kg)	벤토나이트또는 점토(Kg)	물(ℓ)
배합비	250	250	200	25	430	완결재 : 겔타임 40 ~ 60초∫급결재 : 겔타임 초극결 ~ 6초
	∫	∫	∫	∫	∫
	112	388	520	40	319

상기와 같이 A형 약액(11)을 이루는 규산소다의 혼합량을 500 리터(ℓ)용 혼합탱크(10)를 기준으로 112 ~ 250 리터(ℓ)로 하는 이유는, 규산소다의 혼합량이 적어질수록 약액의 제조에 소요되는 비용을 절감하고 알칼리 성분의 용탈에 의한 차수벽의 강도저하 및 환경오염을 방지하는 데에도 크게 기여할 수 있으나, 부배합(된반죽)으로 되는 B형 약액(21)의 시멘트 성분과 반응하여 혼합약액을 그 겔(Gel)타임이 6초대 미만인 초급결재로 조성할 수 있도록 그 혼합량이 최소 112 리터(ℓ) 이상이 되도록 하는 것이 바람직하며, 규산소다의 혼합량을 늘림과 동시에 시멘트의 혼합량을 줄임으로서 그 겔(Gel)타임이 6초대 미만인 급결재로부터 그 겔(Gel)타임이 60초 정도인 완결재에 이르기까지 각종 지반여건에 맞추어 다양한 종류의 약액을 조성할 수 있으나, 규산소다가 250 리터(ℓ)를 초과하여 혼합되는 것은 약액의 경제적인 관리에 부적합할 뿐만 아니라 알칼리 성분의 용탈로 인한 차수벽의 강도저하 및 환경오염 문제를 유발시킬 수 있으므로 바람직하지 못하다.

또한, B형 약액(21)의 경우 시멘트가 부배합(된반죽)으로 갈수록 차수벽의 겔(Gel)타임을 빠르게 하고 차수벽의 시공강도를 향상시키는 측면에서 바람직하지만, 시멘트펌프(26)에 의한 B형 약액(21)의 원할한 이송과 차수벽의 시공강도측면을 동시에 고려하여 물 430 리터(ℓ)에 200Kg의 시멘트를 혼합시키는 혼합비로부터 물 319 리터(ℓ)에 520Kg의 시멘트를 혼합시키는 부배합(된반죽)으로서의 혼합비내에서 각종 지반여건에 따라 시멘트의 혼합비를 선택적으로 조절하는 것이 바람직하며, 벤토나이트 또는 점토의 경우 시멘트의 재료분리를 방지하고 수분의 흡수에 따른 팽창성으로 B형 약액(21)이 공급관을 통하여 매끄럽게 흘러갈 수 있도록 윤활유의 역할을 하는 것으로서, 시멘트의 혼합량 증가에 맞추어 25Kg ~ 40kg의 범위내에서 그 혼합량을 조절시키는 것이 약액의 경제적인 관리와 약액의 혼합주입측면에서 바람직하다.

그리고, 상기 표 1에 기재된 표준혼합비는 본 발명의 C.C.G 시스템에 의한 차수벽의 시공시 혼합약액의 겔(Gel)타임이 40 ~ 60초대가 되는 완결형으로부터 그 겔(Gel)타임이 6초대 미만의 급결재에 이르기까지 혼합탱크(10)(20)의 용량이 500리터(ℓ)일 경우 각각의 약액(11)(21)이 저장되는 배합비의 실시예로서, 본 발명의 C.C.G 시스템에 위와 다른 용량의 혼합탱크를 사용할 수도 있으나, 혼합탱크의 용량에 상관없이 각각의 탱크에 저장되는 약액의 혼합비율은 요구하는 겔(Gel)타임으로 1루베(1m³)의 공극채움을 하고자 할 경우 상기 혼합비율내에서 혼합탱크 용량에 맞추어 용이하게 조절할 수 있다는 것을 밝혀두는 바이다.

상기와 같은 배합비율로 각각의 약액(11)(21)을 배합시키는 것과 함께 메인주입관(31)과 보조주입관(32) 및 에어분사관(33)의 연결상태 또한 약액(11)(21)의 혼합주입에 큰 영향을 미치게 되는 데, 도 3에 보다 구체적으로 도시되어 있는 바와 같이 B형 약액(21)을 주입시키는 메인주입관(31)의 직경이 A형 약액(11)을 주입시키는 보조주입관(32)의 직경보다 3배 내지 6배 정도로 크게 되도록 함과 동시에 각각의 주입관(31)(32) 및 에어분사관(33)이 2개의 "Y"자를 이루도록 연결시키는 것이 약액(11)(21)의 혼합주입에 가장 바람직하다.

상기와 같이 메인주입관(31)을 보조주입관(32)보다 3배 내지 6배 정도 크게 형성시키는 이유는, 메인주입관(31)을 통하여 공급되는 B형 약액(21)속으로 A형 약액(11)이 압축공기에 의하여 보다 용이하게 침투될 수 있도록 함으로서 각각의 약액(11)(21)이 골고루 혼합되도록 함과 동시에 A형 약액(11)과 B형 약액(21)이 그 혼합부에서 최초 계획된 겔(gel)타임에 맞추어 이상적인 혼합비율로 혼합되도록 한 것이며, 각각의 주입관(31)(32)과 에어분사관(33)을 "Y"자 형태로 연결시키게 되면 B형 약액(21)의 진행방향으로 A형 약액(11)이 압축공기와 함께 분사되어 약액(11)(21)의 균일한 혼합을 더욱 촉진시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 메인주입관(31)을 그대로 연장시켜 혼합주입관(36)으로 사용할 수도 있으나, 메인주입관(31)보다 작은 내경을 가지는 형태로 혼합주입관(36)을 형성시키게 되면 메인주입관(31)과 혼합주입관(36)의 연결부가 노즐의 형태를 이루게 됨으로서, 시멘트펌프(26)와 규산펌프(16)의 송출력 및 압축공기의 분사에 따른 약액(11)(21)의 주입속도가 메인주입관(31)과 혼합주입관(36)의 연결부에서 더욱 가속되도록 하는 것이 약액(11)(21)의 초기 압밀이송에 보다 바람직하다.

도 4는 본 발명에 의한 C.C.G 시스템의 또 다른 실시예를 나타내는 것으로서, 약액주입용 배관을 포함한 전체적인 시스템의 구조는 본 발명의 다른 실시예와동일하며, 단지 차이가 있는 점은 지반(1)에 천공된 그라우팅 홀(2)을 따라 그라우팅 로드(37)를 상하로 이동시키기 위한 차수벽 시공장비로서 크롤러 크레인(5)의 붐대(8)상에 리더(7)를 설치하여 리더(7)를 따라 상하로 이동하는 유압드릴(6)에 상기 그라우팅 로드(37)를 설치함으로서 그라우팅 로드(37)가 그라우팅 홀(2)을 따라 회전 및 승하강이 가능하도록 설치된 점과, 도 5에 보다 구체적으로 도시되어 있는 바와 같이 그라우팅 로드(37)의 하단부에 혼합약액을 상하로 분사시킬 수 있는 분사공(38)이 형성된 점이다.

상기 크롤러 크레인(5)은 차수벽의 시공에 일반적으로 적용되는 장비로서 리더(7)에 설치된 유압드릴(6)에 오거머신이나 보링머신과 같은 천공장비를 장착하여 지반(1)을 계획심도만큼 천공한 다음, 오거머신이나 보링머신을 유압드릴(6)로부터 해체하고 그라우팅 로드(37)를 재장착시킴으로서 상기 그라우팅 로드(37)를 그라우팅 홀(2)을 따라 회전 상승 또는 회전 하강시키면서 혼합약액을 분사시키거나, 오거머신이나 보링머신의 내부에 그라우팅 로드(37)를 삽입하여 지반(1)의 천공 후 오거머신이나 보링머신을 회전상승시킴과 동시에 그라우팅 로드(37)를 통하여 혼합약액을 분사시킬 수 있도록 한 장비이다.

또한, 상기 그라우팅 로드(37)의 하단부에 혼합약액을 상하로 분사시키는 한 쌍의 분사공(38)을 로드(37)의 몸체를 따라 방사상(바람직하게는 4개 내지 8개 정도)으로 형성시키는 것은, 그라우팅 로드(37)를 상부로 회전이동시키면서 그라우팅 홀(2)을 따라 혼합약액을 분사시키는 스텝업(Step-up) 방식이나, 그라우팅 로드(37)를 하부로 회전이동시키면서 그라우팅 홀(2)에 혼합약액을 분사시키는 스텝다운(Step-down) 방식에서 1스텝(Step)에 의한 혼합약액의 분사면적을 최대화시킴으로서 하나의 그라우팅 홀(2)을 통한 차수벽의 시공기간을 보다 더 단축시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

다시 말해서, 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 그라우팅 로드(37)의 하단부에 혼합약액을 하부 또는 수평방향으로 분사시키는 일반적인 형태의 그라우팅 로드(37)를 사용하더라도 본 발명에 의한 C.C.G 시스템의 작동에는 아무런 지장을 초래하지 않지만, 본 발명에 의한 C.C.G 시스템의 경우 시멘트펌프(26) 및 규산펌프(16)의 송출압력과 압축공기의 분사압력에 의하여 혼합약액을 큰 초기 이송력으로 압밀시킬 수 있기 때문에, 1회의 분사만으로도 혼합약액이 지반의 토압을 극복하면서 보다 넓은 범위의 지반공극을 통하여 저압 침투될 수 있도록 상기에 설명되어진 형태의 분사공(38)을 형성시키는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 C.C.G 시스템을 이용한 차수벽의 시공방법 및 그 작용관계를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 의한 C.C.G 시스템의 각 혼합탱크(10)(20)에 A형 약액(11)과 B형 약액(21)을 각각 혼합 저장시킨 상태{본 발명의 다른 실시예에서는 혼합탱크(10)(20)로부터 교반탱크(14)(24)를 통하여 약액(11)(21)이 유동할 수 있도록 한 상태}에서, 각종 지반천공설비를 사용하여 차수벽을 시공하고자 하는 지반(1)상에 그라우팅 홀(2)을 천공시킨 다음, 이와 같이 천공된 그라우팅 홀(2)의 내부를 따라 그라우팅 로드(37)가 이동가능하도록 도 1 및 도 2에 도시된 로드잭(4)이나 도 4에도시된 크롤러 크레인(5)과 같은 차수벽 시공장비에 그라우팅 로드(37)를 장착함과 동시에 상기 그라우팅 로드(37)가 그 연결부(39)를 통하여 본 발명에 의한 C.C.G 시스템의 약액주입용 배관과 연결되도록 한다.

상기와 같은 상태에서 혼합탱크(10)(20)의 전방측에 설치된 컨트롤 패널(18)을 조작하여 시멘트펌프(26)와 규산펌프(16) 및 에어컴프레셔(34)를 작동시킴으로서, 메인주입관(31)과 보조주입관(32) 및 에어분사관(33)을 통하여 B형 약액(21)과 A형 약액(11) 및 압축공기가 공급될 수 있도록 시스템을 세팅하되, 최초 메인주입관(31)을 통하여 B형 약액(21)이 그라우팅 로드(37)측으로 공급되도록 한 후, 보조주입관(32)에 설치된 개폐밸브(32a)(35)와 에어분사관(33)에 설치된 개폐밸브(33a)를 순차적으로 개방시킴으로서 혼합주입관(36)을 통하여 A형 약액(11)과 B형 약액(21)의 혼합약액이 압축공기와 함께 압밀 공급되도록 한다.

상기와 같이 메인주입관(31)을 통하여 B형 약액(21)을 먼저 공급시킨 다음 A형 약액(11)과 압축공기가 B형 약액(21)과 혼합되도록 하는 이유는, A형 약액(11)이 혼합주입관(36)을 통하여 공급되는 과정에서 겔(Gel)화되어 혼합주입관(36)이 막히는 현상을 방지하기 위한 것으로서, 메인주입관(31)을 통하여 B형 약액(21)이 선공급된다는 조건하에서는 A형 약액(11)과 압축공기의 개방순서는 크게 구애를 받지 않아도 된다.

상기와 같이 메인주입관(31)과 보조주입관(32) 및 에어분사관(33)의 연결부를 통하여 각각의 약액(11)(21)이 압축공기와 함께 그라우팅 로드(37)를 통하여 압밀 공급되도록 한 상태에서 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 각 실시예에서는 로드잭(4)에 의하여 그라우팅 로드(37)를 서서히 상승(Step-up)시킴과 동시에 그 하단 분사공(38)을 통하여 분사되는 혼합약액에 의하여 그라우팅 홀(2)을 따라 실링 그라우트(3)에 의한 차수벽이 형성되도록 하고, 도 4에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에서는 유압드릴(6)에 의하여 그라우팅 로드(37)를 회전상승(Step-up) 또는 회전하강(Step-down)시키면서 그 하단 분사공(38)을 통하여 분사되는 혼합약액에 의하여 그라우팅 홀(2)을 따라 실링 그라우트(3)에 의한 차수벽이 형성되도록 함으로서 하나의 그라우팅 홀(2)에 대한 차수벽의 시공을 완료하게 된다.

상기와 같이 하나의 그라우팅 홀(2)에 대한 차수벽의 시공이 완료되면 상기에서 설명되어진 것과는 반대로 보조공급관(32)이나 에어분사관(33)에 설치된 개폐밸브(32a)(33a)(35)를 먼저 잠금과 동시에 규산펌프(16)와 에어컴프레셔(34)의 작동을 중지시킨 다음, 시멘트펌프(26)의 작동을 최종적으로 중지시킴으로서 혼합주입관(36)이나 그라우팅 로드(37)가 잔존하는 A형 약액(11)에 의하여 막히는 현상을 방지하도록 하며, 이와 같이 그라우팅 로드(37)를 통한 약액의 공급을 차단시킨 다음 인접하여 천공된 또 다른 그라우팅 홀(2)을 통하여 위에서 설명되어진 것과 동일한 방법으로 차수벽의 시공을 반복적으로 수행하게 되면, 개량하고자 하는 지반(1)의 둘레에 걸쳐 차수벽을 연결 시공할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 C.C.G 시스템을 사용하여 차수벽을 시공하게 되면, 메인주입관(31)과 보조주입관(32) 및 에어분사관(33)의 연결부를 통하여 각각의 약액(11)(21)이 압축공기와 함께 그라우팅 로드(37)로 공급되는 과정에서, 압축공기에 의하여 A형 약액(11)을 이루는 규산 입자가 물 입자와 먼저 균일하게 혼합되고, 이와 같이 균일한 혼합상태를 가지는 A형 약액(11)이 압축공기에 의하여 B형 약액(21)과 충돌되면서 B형 약액(21)의 시멘트 입자를 교란시킴과 동시에 규산 입자가 각 시멘트 입자 사이를 효과적으로 치고 들어가기 때문에 혼합주입관(36)을 통하여 A형 약액(11)과 B형 약액(21)이 골고루 혼합된 상태로 공급되며, 이로 인하여 A형 약액(11)과 B형 약액(21)의 배합비가 최초 계획된 배합비로 정확하게 조절됨으로서 요구하는 차수벽의 시공범위와 그 강도 및 겔(Gel)타임을 얻어낼 수 있게 된다.

또한, 상기와 같은 A형 약액(11)과 B형 약액(21)의 충돌 및 교란침투에 의하여 각각의 약액(11)(21)이 혼합되는 과정에서 마찰열이 발생하게 되는 데, 이와 같이 발생하는 마찰열이 수분을 일부 증발시킴과 동시에 첨가제로서의 벤토나이트 또는 점토가 수분을 일부 흡수하여 팽창하게 될 뿐만 아니라 약액(11)(21)의 혼합시 규산성분이 환전치환되어 혼합약액을 졸(Sol)상태로 조성하게 되며, 이로 인하여 각각의 펌프(16)(26)와 압축공기에 의하여 혼합주입관(36)을 통한 혼합약액의 이송을 원활하게 이루어낼 수 있을 뿐만 아니라 그라우팅 로드(37)의 분사공(38)을 통한 혼합약액의 분사시 혼합약액이 지반의 토압을 극복하면서 저압분사되어 지반(1)의 공극을 통하여 혼합약액이 빠르고 균일하게 침투할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 그라우팅 로드(37)의 선단 분사공(38)을 통하여 기체상의 압축공기와 액상의 혼합약액이 동시에 분사됨으로서, 종래의 S.G.R 공법이나 J.S.P 공법에 비하여 지반(1)의 교란범위가 더욱 넓어지게 되고, 이로 인하여 졸(Sol)상태의 혼합약액이 지반(1)의 공극을 통하여 더욱 빠르고 균일하게 침투되어 맥상의 범위가 매우 넓어지게 됨으로서, 하나의 그라우팅 홀(2)을 통한 차수벽의 시공면적을 극대화시켜 동일 시공면적에 대한 차수벽의 시공횟수와 그 시공단가를 절감시킬 수 있게 된다.

또한, 시멘트펌프(26)와 규산펌프(16)의 송출력 및 압축공기의 분사력에 의하여 혼합주입관(36) 및 그라우팅 로드(37)를 통한 혼합약액의 압밀 주입속도를 크게 증가시킬 수 있게 됨으로서, 표 1에 기재되어 있는 바와 같이 B형 약액(21)을 물 319 리터(ℓ), 시멘트 520Kg 정도의 부배합(된반죽)으로 조성하더라도 혼합주입관(36)을 통한 약액의 이송압력이 50kgf/cm²이상이 되어 그라우팅 로드(37)를 통한 혼합약액의 압밀주입을 용이하게 이루어낼 수 있게 되며, 이와 같이 B형 약액(21)의 부배합(된반죽)이 가능하게 됨으로서 종래의 다른 약액주상주입공법에 비하여 차수벽의 강도가 월등하게 향상될 뿐만 아니라, 졸(Sol)상태로 분사되는 혼합약액이 그 분사시점으로부터 6초 정도의 빠른 시간내에 겔(Gel)화 되어 실링 그라우트(3)에 의한 차수벽의 강도 또한 빠른 시간내에 확보할 수 있게 된다.

상기와 같이 시멘트를 주성분으로 하는 B형 약액(21)을 부배합(된반죽)으로 조성하게 되면, 알칼리성 약액인 규산성분의 혼합량이 60% 정도 상대적으로 줄어들게 됨으로서 차수벽의 시공 후 알칼리 성분의 용탈을 차단하여 지하수의 오염과 같은 환경오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 차수벽의 내구성 또한 증대시킬 수 있게 되며, 이로 인하여 종래의 약액주상주입공법을 모래층이나 세사층과 같은 지반에 시공할 경우 발생하는 차수벽의 붕괴현상을 방지할 수 있게 될 뿐만 아니라, B형 약액(21)에 첨가되는 벤토나이트 및 점토의 팽창성으로 인하여 혼합약액이 일정 수준의 점도를 유지하기 때문에 바닷물이나 근수의 영향을 거의 받지 않고 각종 지반(1)을 통하여 혼합약액을 용이하게 침투시킬 수 있게 되며, 혼합약액의 겔(Gel)타임을 시멘트의 첨가량에 의하여 급결재로 조성시킬 수 있게 됨으로서 기존의 공법에 첨가제로 적용하지 아니하였던 저가의 점토를 시공여건에 따라 벤토나이트 대신으로 사용할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 C.C.G 시스템에 적용되는 약액(11)(21)의 배합비율은 겔(Gel)타임이 6초대 미만의 초극결재이므로 겔(Gel)타임을 조절하지 못할 경우 혼합주입관(36)이 혼합약액에 의하여 막히게 될 수도 있으나, 상기에서 설명되어진 바와 같이 약액(11)(21)의 혼합시 압축공기에 의한 마찰열이 발생하므로 혼합약액을 졸(Sol)상태로 유지시킬 수 있게 됨과 동시에 상기 압축공기가 혼합주입관(36)의 내부에서 속을 형성함으로서 혼합주입관(36)이 막히는 현상이 발생하지 않게 되고, 이로 인하여 기존 공법에서 이중관 로드를 사용하여 이중관 로드의 중앙부에서 약액이 혼합되도록 한 1.5쇼트 방식이나 이중관 로드의 하단부에서 약액이 혼합되도록 한 2쇼트 방식과 같은 급결재용 주입방식 대신에 단관 형태의 간단한 구조를 가지는 그라우팅 로드(37)를 사용한 1쇼트(Shot) 방식을 적용하더라도 혼합약액의 원할한 압밀주입이 가능하게 됨으로서, 차수벽 시공을 위한 전체적인 설비를 간단하게 구성하여 차수벽의 시공단가를 절감시키는 데 보다 더 크게 기여할 수 있게 된다.

또한, 보조주입관(32)을 통하여 A형 약액(11)을 주입시키지 않을 경우에는 B형 약액(21)과 압축공기에 의하여 완결재로서의 주입재를 공급시킬 수 있게 되고, 보조주입관(32)을 통하여 A형 약액(11)을 압축공기와 함께 주입시킬 경우에는 각각의 약액(11)(21)과 압축공기에 의하여 급결재로서의 주입재를 공급시킬 수 있게 됨으로서 완결재와 급결재를 선택적으로 또는 반복적으로 교반주입시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 혼합약액의 압밀 주입속도와 압축공기의 유속을 조정하는 것만으로도 혼합약액의 겔(Gel)타임을 용이하게 조절할 수 있게 됨으로서, 본 발명에 의한 C.C.G 시스템 하나만으로도 각종 지반에 대한 차수벽의 시공 뿐만 아니라 각종 지반개량 작업에 광범위하게 적용할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 따른 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템은 시멘트를 주성분으로 하는 B형 약액을 그라우팅 로드의 내부로 주입시키기 전에 규산을 주성분으로 하는 A형 약액이 "Y"자형으로 이루어지는 특수선단 연결배관을 통하여 압축공기와 함께 B형 약액측으로 분사되도록 함으로서, 압축공기에 의한 A형 약액의 일차적인 혼합 후에 각각의 약액이 2차적으로 균일하게 혼합되도록 함과 동시에 펌프의 토출압력과 압축공기의 분사압력에 의하여 높은 이송력으로 공급되는 약액이 그 공급과정에서 발생하는 마찰열에 의한 수분증발과 규산성분의 환전치환으로 점성이 높은 졸(Sol) 상태가 되어 지반을 통한 혼합약액의 주입시에는 저압주입이 가능한 효과가 있으며, 이로 인하여 토압에 의한 혼합약액의 역류나 주입력의 저하를 초래하지 않고 균일하게 혼합된 약액이 지반의 공극을 통하여 빠르고 치밀하게 침투되도록 함으로서 동일한 겔(Gel)타임 조건하에서 하나의 그라우팅 홀을통한 혼합약액의 침투범위 및 시공된 차수벽의 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 혼합약액과 함께 분사되는 압축공기가 토사를 어느 정도 치환시키도록 하여 혼합약액의 침투를 위한 공간을 확보한 상태에서 혼합약액의 저압주입이 이루어지도록 함으로서, 하나의 그라우팅 홀을 통한 혼합약액의 침투범위와 차수벽의 강도향상에 보다 크게 기여하여 동일 시공면적에 대한 차수벽의 시공횟수와 그 시공단가를 절감시킬 수 효과가 있고, 펌프의 토출압력과 압축공기의 분사압력에 따른 혼합약액의 원할한 압밀이송에 의하여 시멘트를 주성분으로 하는 B형 약액의 부배합(된반죽)이 가능하도록 하는 효과가 있으며, 이로 인하여 B형 약액에 별도의 무기계 또는 유기계 약품을 첨가하거나 규산량을 증가시키지 않더라도 혼합약액의 겔(Gel)타임을 6초대 정도로 빠르게 하여 약액의 관리를 경제적으로 수행함과 동시에 시멘트의 혼합량 증가 및 그에 따른 규산량의 감소에 의한 알칼리 성분의 용탈방지로 차수벽의 시공강도와 그 내구성을 크게 향상시키면서도 지하수의 오염과 같은 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 B형 약액의 부배합(된반죽)에 따른 급결재로서의 혼합약액을 사용하더라도 펌프의 토출압력과 압축공기의 분사압력에 의하여 졸(Sol)화 상태의 약액을 막힘이 없이 그라우팅 로드를 통하여 압밀시킬 수 있도록 함으로서, 혼합약액의 고결현상에 의하여 급결재에는 적용할 수 없었던 단관로드 형태의 1쇼트(Shot) 방식을 적용하더라도 혼합약액의 원할한 주입이 가능한 효과가 있으며, 이로 인하여 차수벽 시공설비을 단순화시켜 그 시공단가를 절감시키는 데 보다더 크게 기여할 수 있게 됨과 동시에 "Y"자형으로 이루어지는 특수선단 연결배관을 통한 통한 약액의 혼합비율과 압축공기의 주입 및 그 주입속도를 선택적으로 조절하는 것에 의하여 급결재나 완결재로서의 약액을 선택적으로 교반주입시킬 수 있게 됨으로서 각종 지반개량시공에 보다 광범위하게 적용할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

규산과 물의 혼합액으로 이루어지는 A형 약액(11)이 저장되는 혼합탱크(10)와, 시멘트와 물의 혼합액으로 이루어지는 B형 약액(21)이 저장되는 혼합탱크(20)가 각각 분리 설치되고, 상기 각각의 혼합탱크(10)(20)는 규산펌프(16)와 시멘트펌프(26)가 설치된 약액주입용 배관에 의하여 차수벽 시공장비의 그라우팅 로드(37)와 연결 설치되며, 상기 그라우팅 로드(37)는 그 하단부에 형성된 분사공(38)을 통하여 지반(1)의 내부로 천공된 그라우팅 홀(2)을 따라 혼합된 약액을 분사시키도록 설치된 것에 있어서,

상기 약액주입용 배관은 시멘트펌프(26)에 의하여 B형 약액(21)을 공급시키는 메인주입관(31)과, 규산펌프(16)에 의하여 A형 약액(11)을 공급시키는 보조주입관(32)으로 분할 설치되고,

상기 보조주입관(32)의 선단 토출부는 메인주입관(31)이 그라우팅 로드(37)와 연결되기 전에 메인주입관(31)측으로 연통되어 각각의 주입관(31)(32)이 하나의 혼합주입관(36)을 형성하면서 그라우팅 로드(37)와 연결 설치되며,

상기 보조주입관(32)의 선단 토출부측에는 에어컴프레셔(34)로부터 압축공기를 주입시키기 위한 에어분사관(33)이 보조주입관(32)과 연통되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 A형 약액(11)은 500 리터(ℓ)용 혼합탱크(10)를 기준으로 규산소다 112 ~ 250리터(ℓ), 물 250 ~ 388리터(ℓ)가 혼합되어 저장되고, 상기 B형 약액(21)은 500리터(ℓ)용 혼합탱크(20)를 기준으로 물 319 ~ 430리터(ℓ)에 시멘트 200 ~ 520kg, 점토 또는 벤토나이트(Bentonite) 중에서 택일하여서 되는 첨가제가 25 ~ 40Kg이 혼합되어 저장되며,

상기 B형 약액(21)을 공급하는 메인주입관(31)의 직경은 A형 약액(11)을 공급하는 보조주입관(32)의 직경보다 3배 내지 6배 큰 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 각각의 혼합탱크(10)(20) 하부에는 혼합탱크(10)(20)로부터 유입되는 각각의 약액(11)(21)을 2차적으로 교반 저장하는 교반탱크(14)(24)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 그라우팅 로드(37)의 하단부에는 혼합된 약액을 상하로 경사지게 분사시키는 한 쌍의 분사공(38)이 그라우팅 로드(37)의 몸체를 따라 방사상으로 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 그라우팅 로드(37)의 하단부에는 혼합된 약액을 상하로 경사지게 분사시키는 한 쌍의 분사공(38)이 그라우팅 로드(37)의 몸체를 따라방사상으로 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 차수벽 시공을 위한 컴펙션 그라우팅 시스템.