KR20060082972A - 밀크그라우팅을 이용하여 가압을 할 수 있는 패커를이용한 그라우팅공법 및 패커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀크그라우팅을 이용하여 가압을 할 수 있는 패커를 이용한 그라우팅공법 및 패커에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이형밸브(20)의 그라우팅호스연결부(21)는 그라우팅호스(102)에 연결하고, 에어호스연결부(22)는 에어호스(101)에 연결하는 공정(S10)과; 상기 그라우팅호스연결부(21)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 열어 그라우팅호스(102)에 밀크그라우팅을 압력 3-5㎏/㎠의 저압 그라우팅을 시행 하며 동시에 에어호스연결부(22)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 열어 에어호스(101)로 공기를 배출하게 되는 공정(S20)과; 밀크그라우팅이 충진되면 상기 그라우팅호스연결부(21)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 잠근 후 에어호스(101)로 밀크그라우트를 주입하는 공정(S30)과; 상기 주입이 끝난 후 에어호스연결부(22)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 잠근 후 그라우팅호스연결부(21)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 열어 천공홀(200)내로 밀크그라우트를 고압(통상 12-20㎏/㎠)의 압력을 주어 가압주입하는 공정(S40)이 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 패커를 현장에 적용시에는 시공기간을 단축할 수 있으며, 그라우팅 호스를 통해 주입된 시멘트 밀크가 가압되도록 압력식으로 시멘트 밀크를 주입하므로서 그라우팅 정착부의 유효직경 및 전단저항력을 증가시킬 수 있으며, 적은 비용으로 효율적으로 시공할 수 있어 경제적이다.

패커, 패킹부재, 지지윙, 패킹섬유, 와이형밸브

Description

밀크그라우팅을 이용하여 가압을 할 수 있는 패커를 이용한 그라우팅공법 및 패커 {Grouting method using paker can pressure with milk grouting and paker}

도 1은 본 발명에 따른 패커의 패킹부재의 구조를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 패커의 패킹부재에 지지윙이 부착된 형상을 도시한 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 패커의 패킹부재에 지지윙이 부착된 형상을 도시한 정면도.

도 4는 본 발명에 따른 패커의 패킹부재에 지지윙이 부착된 형상을 도시한 측단면도.

도 5는 본 발명에 따른 패커의 지지윙의 접힌구조를 도시한 사시도.

도 6a는 밀크그라우팅이 주입되기 전의 와이형밸브가 장착된 패커의 형상을 도시한 도면.

도 6b는 밀크그라우팅이 주입된 후의 와이형밸브가 장착된 패커의 형상을 도시한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 패커가 다수 장착된 실시예를 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 와이형밸브가 복수개로 장착된 구조를 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 와이형밸브의 구조를 도시한 도면.

도 10은 본 발명의 와이형밸브가 다수개 연결된 구조를 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 패킹섬유의 형상을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 패커 11 : 패킹부재

12 : 지지윙 13 : 패킹섬유

20 : 와이형밸브 21 : 그라우팅호스연결부

22 : 에어호스연결부 23 : 잠금장치

24 : 커플러 100 : 쏘일네일

101 : 에어호스 102 : 그라우팅호스

111 : 네일홀 112 : 그라우팅호스홀

113 : 에어호스홀 121 : 절편

200 : 천공홀 201 : 지압판

300 : 스페이서

본 발명은 쏘일네일용 패커에 관한 것으로, 특히 몸체의 중심에 쏘일네일이 장착되는 네일홀과 시멘트 밀크가 주입되는 그라우팅호스홀과 에어호스홀이 형성된 패킹부재와, 상기 패킹부재의 외주면으로 원형으로 형성되어 있는 지지윙과, 상기 양쪽의 패킹부재와 지지윙의 외주면을 둘러싸며 부착되어 시멘트밀크가 투입됨에 따라 팽창과 수축이 가능한 패킹섬유로 구성된 패커에 관한 것이다.

일반적으로, 산업이 발달함에 따라 단지 조성이나 신도시 건설 등으로 산지와 같은 급경사지를 개발하는 것이 불가피한 실정이며, 따라서 토지의 이용도를 높이고 주거단지의 안정성과 쾌적성을 확보하면서 시공성, 경제성 및 환경 보전성을 충족시킬 수 있는 사면안정 대책공법의 확립이 요구되고 있다.

사면 안정공법으로 가장 널리 이용되고 있는 쏘일네일링(Soil Nailing)은 지반보강공법으로서, 사면보강 및 굴착면에 대한 유연한 지보 등의 목적으로 유럽 및 미국지역에서 널리 활용되고 있다. 이와 같은 쏘일네일링 공법은 네일을 프리스트레싱 없이 비교적 촘촘한 간격으로 원지반에 삽입하여 원지반 자체의 전체적인 전단강도를 증대시키고 공사도중이나 완료후에 예상되는 지반의 변위를 가능한 억제하는 공법이라 할 수 있다.

그러나 종래의 쏘일네일링 공법은 중력식 그라우팅을 적용하기 때문에 고결시간이 길고, 수축현상을 보완하기 위해 3~6회 정도의 그라우팅 작업을 반복 실시하기 때문에 시공성이 저하되어 공사기간이 길어지며, 주입압을 유지할 수 없어 충진상태 확인 및 품질관리가 용이하지 못한 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 특허출원 제 99-51043호에 '가압 그라우팅을 이용한 쏘일네일링 공법 및 그 장치'가 소개되어 있다. 그러나, 상기 가압 그라우팅을 이용한 쏘일네일링 공법 및 그 장치는 파이프 보강재를 별도로 사용하며, 파이프 보강재의 사용으로 연결용 전환 아답터가 추가로 필요하고, 파이프 보강재의 직경에 맞추어서 간격재를 별도로 제작해야 하며, 패커가 고정식이기 때문에 굴착깊이와 지형에 따라 대처 능력이 부족하고, 파이프의 선단부외에 측면에도 다수의 주입용 구멍이 있어 시멘트 밀크 주입시 일정한 주입압력 및 기밀성 유지가 어려운 단점이 있다.

본 고안은 쏘일네일링 공법에 적용되는 패커기에 관한 것으로서, 특히 천공된 구멍의 긴밀한 밀폐 및 압력에 의한 그라우팅을 통해 시공성을 향상시키는데 적당한 압력식 쏘일네일링용 패커기에 관한 것이다.

일반적으로, 산업이 발달함에 따라 단지 조성이나 신도시 건설 등으로 산지와 같은 급경사지를 개발하는 것이 불가피한 실정이며, 따라서 토지의 이용도를 높이고 주거단지의 안정성과 쾌적성을 확보하면서 시공성, 경제성 및 환경 보전성을 충족시킬 수 있는 사면안정 대책공법의 확립이 요구되고 있다.

사면 안정공법으로 가장 널리 이용되고 있는 쏘일네일링(Soil Nailing)은 지반보강공법으로서, 사면보강 및 굴착면에 대한 유연한 지보 등의 목적으로 유럽 및 미국지역에서 널리 활용되고 있다.

이와 같은 쏘일네일링 공법은 네일을 프리스트레싱 없이 비교적 촘촘한 간격으로 원지반에 삽입하여 원지반 자체의 전체적인 전단강도를 증대시키고 공사도중이나 완료후에 예상되는 지반의 변위를 가능한 억제하는 공법이라 할 수 있다.

특히, 굴착지 대체구조물의 경우, 중량 콘크리트 벽체, 엄지말뚝벽체 및 현장타설 슬러리벽체 등 다른 공법들과 비교할때 쏘일네일링 공법은 저렴한 공사비, 경량의 시공장비, 현장여건 및 지반조건의 적응성, 유연성 등 상대적인 장점을 지니고 있으며, 지진 등 동적하중의 경우에도 과다한 변위 없이 저항능력을 충분히 발휘할 수 있다는 특징을 갖는다.

본 고안은 패커식 쏘일 네일체에 관한 것으로서, 보다 상세히는 토류벽체와 사면안정공법에 사용되어지는 네일(Nail)에 토체에 저항할 수 있는 패커체(Packer)를 일체로 구성하고, 이를 천공홀 내부에 설치하여 패커체의 외면과 천공홀내면에 저압의 그라우팅을 1차로 실시한 후, 2차적으로 패커체의 내면에 압력 그라우팅을 실시하여 소정의 마찰저항(Skin Friction)을 유발하는 패커식 쏘일 네일체(Packer Type Soil Nailing)에 관한 것이다.

토지조성, 도로, 철도공사 등에 수반하여 설치하는 사면은 그 연장, 면적이 크기 때문에 자연재해를 받기 쉽고, 귀중한인명의 손실 및 가옥의 손실 등을 초래하여 산업, 국민생활에 불안을 가져오는 경우가 많다. 이에 대한 사면안정공법이 요구되고 있다.

사면안정공법으로 가장 널리 이용되고 있는 쏘일네일링(Soil Nailing) 공법은 숏크리트(Shotcrete)와 Rock Bolt를 이용하여 터널을 굴착하는 NATM(New Austrian Tunneling Method)에서 유래된 원지반보강공법(In-situ Reinforcement of Soil)이다. 쏘일네일링 공법은 자연사면이나 굴착에 의한 인공사면의 안정성을 향 상 시키는 공법으로서, 인장응력, 전단응력 및 휨모멘트에 저항할 수 있는 보강재(Re-Bar) 즉, 네일을 지반내에 비교적 촘촘한 간격으로 삽입함으로써 원지반의 전체적인 전단 저항력과 활동 저항력을 증가시켜 사면의 안정을 확보함과 동시에 지반의 변위를 억제하는 공법이다.

종래의 대표적인 쏘일네일링 공법으로는 무압식(중력식)과 가압식이 있으며, 도 1은 무압식 쏘일 네일링 공법의 개념도로서, 무압식 쏘일 네일링 공법은 토사에 강봉(강관 및 이형철근) 형태의 네일을 삽입하여, 천공홀과 네일을 고정시켜주는 그라우팅체(Grouting Body : 통상 시멘트 밀크)를 형성시키고 그 전면에 숏크리트(Shotcrete) 처리를 하여 보강된 토체를 일체화하고 보강되지 않는 뒤쪽의 원지반과 구분시킴으로서 재래식의 중력식 옹벽(Retaining Wall)의 형태를 이루게 하는 공법이다.

상기 공법의 통상의 시공순서는 지반 천공, 네일의 삽입설치, 시멘트 밀크에 의한 그라우팅 및 전면 숏크리트 타설 등의 보강공정으로 구성되어지며, 천공홀은 수평과 10~20ㅀ의 하향경사로 시공되어진다. 이때 시멘트 밀크는 네일 삽입 후 천공홀내 저부로 수회(2~5)에 걸쳐 흘려 넣어야 한다.

그러나 무압식은 고결시간이 길고, 수축현상을 보완하기 위해 2~5회 정도의 그라우팅작업을 반복실시하기 때문에 시공성이 저하되어 공사기간이 긴 문제점이 있다.

도 2는 가압식 쏘일 네일링 공법의 개념도로서, 가압식 쏘일 네일링 공법은 압력 그라우팅에 의한 주변 지반 그라우팅체의 주면 마찰저항력의 향상과 네일체의 파이프 형태의 시공을 통한 휨강성의 개선을 주목적으로 한다. 가압식 쏘일 네일링 공법은 천공홀의 입구부에 가압그라우팅을 시공하기 위한 목적의 우레탄 및 시멘트 밀크 주입에 의한 패킹부재의 내설치와 이후 단계로 천공홀에 소정의 압력(6~15㎏/㎠)에 의한 그라우팅 공정으로 특징 지워진다. 가압식 쏘일네일링 공법은 토질 특성에 따른 주입압의 적용에 유의 하여야 하며, 한계 주입압을 넘는 주입압은 도리어 지반을 교란 시킬 우려가 있다.

본 발명은 상기 기술한 문제점을 해결하기 위하여, 패커에 지지윙과 패킹섬유를 장착하여 기밀하게 그라우팅을 할 수 있는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 와이형밸브의 그라우팅호스연결부는 그라우팅호스에 연결하고, 에어호스연결부는 에어호스에 연결하는 공정과; 상기 그라우팅호스연결부의 잠금장치의 밸브를 열어 그라우팅호스에 밀크그라우팅을 압력 3-5㎏/㎠의 저압 그라우팅을 시행 하는 공정과; 밀크그라우팅이 충진되면 상기 그라우팅호스연결부의 잠금장치의 밸브를 잠근 후 에어호스연결부를 에어호스에 연결하여 밀크그라우트를 주입하는 공정과; 상기 주입이 끝난 후 에어호스연결부의 잠금장치의 밸브를 잠근 후 그라우팅호스연결부의 잠금장치의 밸브를 열어 천공홀내로 밀크그라우트를 고압(통상 12-20㎏/㎠)의 압력을 주어 가압주입하는 공정이 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 밀크그라우팅을 이용하여 가압을 할 수 있는 패커를 이용한 그라우팅공법과 패커를 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선 첨부된 도면을 살펴보면, 도 1은 본 발명에 따른 쏘일네일용 패커의 패킹부재의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 쏘일네일용 패커의 패킹부재에 지지윙이 부착된 형상을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 쏘일네일용 패커의 패킹부재에 지지윙이 부착된 형상을 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 쏘일네일용 패커의 패킹부재에 지지윙이 부착된 형상을 도시한 측단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 지지윙의 접힌구조를 도시한 사시도이고, 도 6a는 밀크그라우팅이 주입되기 전의 와이형밸브가 장착된 패커의 형상을 도시한 도면이며, 도 6b는 밀크그라우팅이 주입된 후의 와이형밸브가 장착된 패커의 형상을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 패커가 다수 장착된 실시예를 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 와이형밸브가 복수개로 장착된 구조를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 와이형밸브의 구조를 도시한 도면이며, 도 10은 본 발명의 와이형밸브가 다수개 연결된 구조를 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 패킹섬유의 형상을 도시한 도면이다.

상기의 도면에 도시된 바와 같이, 몸체의 중심에 쏘일네일(100)이 장착되는 네일홀(11)과 시멘트 밀크가 주입되는 그라우팅호스홀(12)과 에어호스홀(13)이 형성된 패킹부재(10)를 주요 구성요소로 한다.

그리고 상기 패킹부재(11)의 외주면으로 다수개의 절편(121)들이 원형으로 형성되어 있는 지지윙(12)이 부착되며, 상기 양쪽의 패킹부재(11)와 지지윙(12)의 외주면을 둘러싸며 부착되어 시멘트밀크가 투입됨에 따라 팽창과 수축이 가능한 패킹섬유(13)가 장착되게 되는 구조이다.

한편, 상기 패킹섬유(13)의 재질은 고무 또는 직물천 중에서 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기에서 알 수 있듯이, 본 발명의 패커(10)는 외주면에 지지윙(12)이 부착됨으로써 밀크그라우팅을 주입시 패킹섬유(13)가 팽창할 경우 상기 패킹섬유(13)가 훼손되거나 찢어지는 것을 방지할 수 있도록 지지해주는 역할을 하게 된다.

이하, 본 발명의 패커를 이용한 시공방법을 예시하면 다음과 같다.

먼저, 적정 위치의 지반을 굴착한 다음, 본 발명의 패커가 장착된 쏘일네일(100)을 설치하기 위해 벽면에 천공홀(200)을 천공하는 단계(S1)이다. 이때 천공시 지반에 따라 케이싱을 사용하여 천공할 수도 있다.

다음으로 상기와 같이 천공된 천공홀(200)에 상기 패커가 장착된 쏘일네일(100)을 삽입하여 설치하는 단계(S2)이다.

그리고 그라우팅호스(102)를 통해서 밀크그라우팅을 시작하는 단계(S3)이다

이후에는 양쪽의 패킹부재(11)의 사이에 설치되어진 패킹섬유(13)가 부풀어지게 된다.

즉, 상기 패킹섬유(13)가 최대한 팽창이 되면 패킹부재(11)의 상부에 형성된 그라우팅호스홀(112)로 밀크그라우트가 투입되면서 천공홀(200)내에 밀크그라우트가 충진되게 된다.

상기 그라우팅은 저압 그라우팅(통상 3㎏/㎠ 내외)을 수행하는 단계(S4)이다.

상기의 단계(S4)의 저압의 그라우팅은 느슨한 사질지반이나 점성토지반 및 지하수위이하의 천공홀의 공벽붕괴를 방지하며 아울러 여굴이 발생되는 지반의 천공에서 여굴 주위를 충진시켜 네일체와 지반과의 일체화를 이룰 수 있는 보호그라우트체가 형성된다.

다음으로 상기 패킹부재(11)에 삽입된 에어호스(101)로 압력 그라우팅을 시 행하는 단계(S5)이다. 이때 천공홀(200)내에 설치된 패커(10)내에 다양한 고압(통상 10~20㎏/㎠)의 압력을 주어 지압형 앵커체의 정착장 역할을 하는 지압형 네일의 기능를 가진다. 또한 그라우팅 주입관을 강관으로 설치하여 보강 네일의 역할을 할 수 있다.

이와 같이 그라우팅이 완료되면, 전면에 숏크리트(Shotcrete) 처리 등의 보강공정(S6)을 하면 본 고안의 패커식 쏘일네일을 이용한 쏘일네일링 시공방법이 완료된다.

그리고 본 발명의 와이형밸브를 이용할 경우의 시공순서는 다음과 같다.

우선, 와이형밸브(20)의 그라우팅호스연결부(21)는 그라우팅호스(102)에 연결하는 공정(S10)이 실시된다.

그리고 상기 그라우팅호스연결부(21)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 열어 그라우팅호스(102)에 밀크그라우팅을 압력 3-5㎏/㎠의 저압 그라우팅을 시행 하는 공정(S20)과; 밀크그라우팅이 충진되면 상기 그라우팅호스연결부(21)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 잠근 후 에어호스연결부(22)를 에어호스(101)에 연결하여 밀크그라우트를 주입하는 공정(S30)이 실시된다.

이후에 상기 주입이 끝난 후 에어호스연결부(22)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 잠근 후 그라우팅호스연결부(21)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 열어 천공홀(200)내로 밀크그라우트를 고압(통상 12-20㎏/㎠)의 압력을 주어 가압주입하는 공정(S40)이 순차적으로 진행되는 것이다.

본 발명의 패커를 이용한 쏘일네일링 시공방법은, 가압식 네일링 공법의 가 압 그라우팅압력이 지반의 한계 주입압을 넘을 때 도리어 지반이 교란되어 전단 강도가 저하되어지는 현상을 미연에 방지하고, 무압식 쏘일 네일링 공법의 중력식 옹벽의 형성이 어려운 점토지반 및 느슨한 사질토 지반에 쏘일 네일링 공법을 안정적 적용할 수 있도록 하며, 복수로 설치되는 패커체 내면에 다양하게 압력 그라우팅을 할 수 있음으로써, 마찰저항에 따른 다양한 주입압의 선택적 적용이 가능하여, 시공성, 안정성 및 경제성의 제고를 가능케 할 뿐 아니라 다양한 지반에 쏘일 네일링을 적용할 수 있게 된다

그리고 본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 패커식 쏘일 네일체를 이용한 공법은 종래의 쏘일 네일링공법 보다 탁월한 주면 마찰력의 확실한 확보를 통하여, 시공간격을 넓혀서 네일을 설치함으로써 경제성과 더불어 탁월한 시공성을 가질수 있으며, 종래의 쏘일 네일링 공법을 적용하기 어려운 느슨한 사질지반 및 포화된 점성토지반에서도 시공성을 확보할 수 있고 지하수위 이하에서도 충분히 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 밀크그라우팅 공법에 있어서, 와이형밸브(20)의 그라우팅호스연결부(21)는 그라우팅호스(102)에 연결하는 공정(S10)과; 상기 그라우팅호스연결부(21)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 열어 그라우팅호스(102)에 밀크그라우팅을 압력 3-5㎏/㎠의 저압 그라우팅을 시행 하는 공정(S20)과; 밀크그라우팅이 충진되면 상기 그라우팅호스연결부(21)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 잠근 후 에어호스연결부(22)를 에어호스(101)에 연결하여 밀크그라우트를 주입하는 공정(S30)과; 상기 주입이 끝난 후 에어호스연결부(22)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 잠근 후 그라우팅호스연결부(21)의 잠금장치(23)의 밸브(231)를 열어 천공홀(200)내로 밀크그라우트를 고압(통상 12-20㎏/㎠)의 압력을 주어 가압주입하는 공정(S40)이 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 밀크그라우팅을 이용하여 가압을 할 수 있는 패커를 이용한 그라우팅공법.
2. 몸체의 중심에 쏘일네일(100)이 장착되는 네일홀(111)과 시멘트 밀크가 주입되는 그라우팅호스홀(112)과 에어호스홀(113)이 형성된 패킹부재(11)와, 상기 패킹부재(11)의 외주면으로 부착되며 다수개의 절편(121)들이 원형으로 형성되어 있는 지지윙(12)과, 상기 양쪽의 패킹부재(11)와 지지윙(12)의 사이에 부착되어 시멘트밀크가 투입됨에 따라 팽창과 수축이 가능한 패킹섬유(13)를 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 밀크그라우팅을 이용하여 가압을 할 수 있는 패커.
3. 제1항에 있어서, 상기 패킹섬유(13)의 재질은 고무 또는 직물천 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 밀크그라우팅을 이용하여 가압을 할 수 있는 패커.

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