KR20070039476A

KR20070039476A - 분사교반공법 및 분사교반장치

Info

Publication number: KR20070039476A
Application number: KR1020067014818A
Authority: KR
Inventors: 요시노부 고이와; 유코 고이와; 히데오 야노
Original assignee: 에이코 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2007-04-12
Also published as: WO2006051865A1; JPWO2006051865A1; CN1914380A; CN100535257C

Abstract

본 발명은 배니를 산업폐기물 또는 일반잔토로서 처리하지 않고, 입경이 큰 고형물을 배제한 후에 경화재 등의 지반개량용 매체에 혼합하여 건축구축재료로서 재이용한 말뚝의 분사교반공법 및 분사교반장치를 제공한다.

복수개의 분사부를 설치한 다중관 로드를 지반 안에서 회전시키면서 끌어올리며, 제 3 분사부로부터 압축공기와 물을 분사하여 지반개량 범위를 원통형으로 분사절삭하고, 절삭한 배니를 굴삭구멍을 통하여 지표로 배출시키는 동시에, 제 1 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 분사하고, 또한 제 2 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 굳히는 반응재를 분사하여, 소정 직경의 말뚝을 구축하는 분사교반공법에 있어서, 지표로 배출시킨 배니로부터 일정 입경 이상의 고형물을 분리제거하고 지반개량용 매체와 혼합하여 혼합매체를 형성하며, 압송펌프로 압송하여 제 1 분사부로부터 분사하는 말뚝의 구축공법이다.

분사교반, 배니, 말뚝

Description

분사교반공법 및 분사교반장치{JETTING AND AGITATING CONSTRUCTION METHOD AND JETTING AND AGITATING DEVICE}

본 발명은 연약한 지반에 지반개량용 매체를 함침시켜 말뚝을 구축하는 분사교반공법 및 분사교반장치에 관한 것으로, 특히 배니(排泥)를 산업폐기물 또는 일반잔토로서 처리할 수도 있는데, 일반잔토로서는 처리하지 않고 건축구축재료로서 재이용한 말뚝의 분사교반공법 및 분사교반장치에 관한 것이다.

종래부터, 건축, 토목공사에 있어서 본공사에 앞서 연약한 지반을 경화시키기 위하여 지반경화제를 지반에 함침시켜 지반을 경화하는 공법이 이용되고 있다. 이와 같은 지반개량을 목적으로 한 방법으로서 여러가지 공법이 제안되고 있는데, 특히 작업성이나 확실성이라는 이점때문에 분사교반공법이 널리 이용되고 있다.

분사교반공법에는 보링 머신(boring machine)이라는 분사교반장치가 사용되고 있다. 보링 머신은 스핀들을 회전시키면서 승강시키는 공급진입장치와, 스핀들에 지지된 다중관 로드(multi-tube rod)와, 믹서나 교반기(agitator)로 혼합된 지반개량재를 고압으로 압송하는 고압펌프와, 고압펌프를 구동하는 유압유니트와, 지반경화재에 공기를 혼입하는 압축기(compressor), 믹서에 물을 공급하는 물탱크로 이루어진다.

분사교반공법으로서는, 다중관 로드에 설치한 분사부로부터 압축공기와 물을 분사하여 지반을 절삭한 후, 시멘트밀크를 주성분으로 하는 지반개량용 매체와, 지반개량용 매체의 경화를 촉진하는 반응재를 분사하여 교반하고, 소정 직경의 말뚝을 구축하는 공법이 개발되고 있다. 이 공법은 대상으로 하는 지반 안에 지반과 경화재의 기둥형상 교반부를 형성하고, 지반경화재의 경화에 의해 더미(pile) 형상의 고형물을 지반 안에 조성하여 말뚝을 구축하는 공법이다. 이 때, 지반경화재와 치환한 토양의 일부가 흙탕물로서 공기와 함께 외부로 배출된다. 절삭에 의해 발생한 수분을 포함한 배니는, 굴삭구멍을 통하여 지표로 배출되어 산업폐기물로서 운반처리할 필요가 있다. 종래의 분사교반공법으로 배출된 다량의 배니를 산업폐기물로서 처리하면, 폐기물 처리에 따른 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 현장에서의 작업도 번잡해져 결과적으로 분사교반공법 전체에 필요한 비용이 증대된다는 문제가 있었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 배니를 일반잔토로서 처리할 수 있도록 하는 것을 목적으로, 배니에 경화재 등의 지반개량용 매체가 포함되지 않도록 분사교반공법을 개량해가고 있다. 하지만, 배니를 완전히 일반잔토로서 처리하는 것은 불가능하다는 문제가 남고, 또한 배출하는 잔토의 폐기처리는 어떻게 해도 해결할 수 없는 문제로 남아 있다.

조성에 따라 발생하는 배니를 산업폐기물 또는 일반잔토로서 폐기처리하지 않고, 건축이나 구축의 재료로서 다시 이용하는 방법이 있다면, 효과적으로 폐물을 소재로서 이용할 수 있어 지구환경에 이로운 건축구축공법이 될 것이다. 이와 같이 환경에 이로운 분사교반공법 및 분사교반장치의 개발이 기대되고 있다.

또한, 종래의 분사교반공법에서는 지반 안에 분사노즐로부터 지반경화재와 함께 공기를 분사하여 토양과 지반경화재를 교반한다. 이것이 에어젝션(혼기(混氣)제트 현상)이라고 불리는 현상이며, 지반경화재로서 사용되는 시멘트밀크가 외부로 빨려나간다. 이에 의해, 지반 안의 지반경화재의 일부가 경화전에 굴삭구멍으로부터 빨려나가 결과적으로 외부로 배출된다.

이 때문에, 원하는 직경의 말뚝을 구축하기 위해 필요한 지반경화재의 양이 부족하여, 충분한 거리까지 지반경화재가 함침되지 않는 현상이 발생하여, 실제로 예상하였던 직경보다 작은 직경의 말뚝이 되어버리는 사태가 발생한다.

또한, 시멘트밀크와 함께 굴삭구멍으로부터 배출되는 배니는 산업폐기물로서 처리해야 하기 때문에, 현장에서의 작업이 번잡해져 경비가 높아지는 결과를 낳았다(예를 들어, 일본특허제2717503호, 일본특허제2844284호, 일본특허공개2003-379126호).

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 분사교반공법은 배니를 산업폐기물 또는 일반잔토로서 처리할 수도 있으며, 또한 잔토로서 처리하지 않고, 입경(粒徑)이 큰 고형물을 배제한 후에 경화재 등의 지반개량용 매체에 혼합하여 건축구축재료로서 재이용한 말뚝의 분사교반공법 및 분사교반장치를 제공하는 것, 및 지반경화재의 경화를 촉진하여 지반경화재의 유출을 방지하고 원하는 직경의 말뚝을 구축하는 동시에, 조성에 따른 배니를 일반잔토로서 처리할 수 있는 분사교반공법 및 분사교반장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 분사교반공법 및 분사교반장치는, 하단에 시멘트밀크를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를 분사하는 제 1 분사부와, 반응재를 분사하는 제 2 분사부를 설치하고, 또한 상기 제 1 및 제 2 분사부보다 상단에 압축공기와 물을 혼합분사하는 마주보는 개구로 이루어지는 제 3 분사부를 설치한 다중관 로드를 지반 안에 압착진입 또는 공급진입시키고, 지반 안으로부터 상기 다중관 로드를 회전시켜 끌어올리면서, 소정의 범위내로 상기 제 3 분사부로부터 압축공기와 물을 분사하여 지반개량범위를 원통형으로 분사절삭하고, 절삭한 배니를 굴삭구멍을 통하여 지표로 배출시키는 동시에, 상기 제 1 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 분사하고, 또한 제 2 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 굳히는 반응재를 분사하며, 소정 직경의 말뚝을 구축하는 분사교반공법으로서, 지표로 배출시킨 물을 포함하는 진흙으로 이루어지는 상기 배니로부터 일정 입경 이상의 고형물을 분리제거하고, 상기 지반개량용 매체와 혼합하여 혼합매체를 형성하며, 압송펌프로 압송하여 제 1 분사부로부터 지반개량용 매체로서 분사하는 구성이다.

고형물의 분리방법은, 배니로부터 입경이 큰 토사를 분리하는 토사분리공정과, 배니와 지반개량용 매체를 혼합하는 혼합공정과, 배니를 혼합한 지반개량용 매체를 압송하는 압송공정으로 이루어지는 구성이다.

또한, 본 발명의 분사교반공법은 시멘트밀크와 토사를 혼합한 지반개량용 매체를 분사하는 제 1 분사부와, 반응재를 분사하는 제 2 분사부를 설치하고, 또한 상기 제 1 및 제 2 분사부보다 상단에 압축공기와 물을 혼합분사하는 마주보는 개구로 이루어지는 제 3 분사부를 설치한 다중관 로드를 지반 안에 압착진입 또는 공급진입시키고, 지반 안으로부터 상기 다중관 로드를 회전시켜 끌어올리면서, 소정의 범위내로 상기 제 3 분사부로부터 압축공기와 물을 분사하여 지반개량범위를 원통형으로 분사절삭하고, 절삭한 배니를 굴삭구멍을 통하여 지표로 배출시키는 동시에, 상기 제 1 분사부의 노즐로부터 시멘트밀크와 토사를 혼합한 지반개량용 매체를 압송펌프로 압송하여 분사하고, 또한 제 2 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 굳히는 반응재를 분사하여 소정 직경의 말뚝을 구축하는 구성이기도 하다.

더욱이, 하단에 시멘트밀크를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를 분사하는 제 1 분사부와, 반응재를 분사하는 제 2 분사부를 설치하고, 또한 상기 제 1 및 제 2 분사부보다 상단에 압축공기와 물을 혼합분사하는 마주보는 개구로 이루어지는 제 3 분사부를 설치한 다중관 로드를 지반 안에 압착진입 또는 공급진입시키고, 지반 안으로부터 상기 다중관 로드를 회전시켜 끌어올리면서, 소정의 범위내로 상기 제 3 분사부로부터 압축공기와 물을 분사하여 지반개량범위를 원통형으로 분사절삭하고, 절삭한 배니를 굴삭구멍을 통하여 지표로 배출시키는 동시에, 상기 제 1 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 분사하고, 또한 제 2 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 굳히는 반응재를 분사함으로써 소정 직경의 말뚝을 구축하는 분사교반장치로서, 토사 및/또는 일정 입경 이하의 배니를 혼합한 지반개량용 매체를 다중관 로드로 가압송출하기 위하여 압송펌프를 장비한 구성이다.

또한, 본 발명의 분사교반장치는 지반개량용 매체를 보다 고압으로 압송하기 위하여, 복수개의 압송펌프를 병렬로 접속한 구성이다.

또한, 지반 안에 다중관 로드를 공급진입시켜, 상기 지반 안으로부터 상기 다중관 로드를 회전시키면서 끌어올리는 동시에, 상기 다중관 로드에 설치된 분사노즐로부터 고압으로 시멘트를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를 지반 안에 분사시켜 지반을 교반하고 소정 직경의 말뚝을 구축하여 지반을 개량하는 공법으로서, 상기 다중관 로드의 하단부에 각각 노즐을 설치한 분사부를 상하로 설치하고, 하단측의 분사부에는 서로 반대방향으로 분사하는 분사노즐을 설치하며, 소정의 조성 길이의 범위내에서, 상단측의 분사부로부터 압축공기와 함께 물을 분사하여 지반개량역을 절삭하고, 그 배니를 굴삭구멍을 통하여 지표로 배출시켜 상기 배니를 일반잔토로서 처리하는 동시에, 상기 지반개량역의 영역에 하단측의 분사부가 도달하고 나서, 지반개량역의 영역에서 하단측 분사부의 한 쪽 분사노즐로부터 시멘트밀크를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를, 다른 쪽 분사노즐로부터 상기 시멘트밀크를 굳히는 성질이 있는 반응재를 분사하여 상기 지반개량용 매체를 상기 반응재에 의해 조기에 경화시켜, 혼기 제트 현상의 발생을 방지하여 시멘트밀크의 유출을 방지하고, 소정 직경의 말뚝을 구축하는 구성이다.

더욱이, 유압 펌프를 내장한 구동장치와, 다중관 로드를 승강/회전시키는 공급진입장치를 구비하고, 지반 안에 다중관 로드를 공급진입시켜, 상기 지반 안으로부터 상기 다중관 로드를 회전시키면서 끌어올리는 동시에, 상기 다중관 로드에 설치된 분사노즐로부터 고압으로 시멘트를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를 지반 안에 분사시켜 지반을 교반하여 소정 직경의 말뚝을 구축하는 분사교반장치로서, 상기 다중관 로드의 최하단부에 각각 노즐을 설치한 분사부를 서로 일정 간격으로 상하로 설치한 모니터부를 설치하고, 상기 모니터부의 상부측 분사부에 압축공기와 함께 물을 분사하는 분사노즐을 설치하며, 상기 모니터부의 하부측 분사부에 서로 반대 방향으로 분사하는 한쌍의 분사노즐을 설치하고, 시멘트밀크를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를 상기 하부측 분사부의 한쪽 분사노즐로부터 고압으로 분사하고, 시멘트밀크를 굳히는 성질이 있는 반응재를 상기 하부측 분사부의 다른쪽 노즐로부터 고압으로 분사한 구성이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 분사교반공법 및 분사교반장치는 상기와 같은 구성을 가짐으로써, 아래와 같은 효과를 나타낸다.

1. 본 공법에 의해 배출되는 배니를 재활용하여 지반개량용 매체에 혼입하여 사용할 수 있기 때문에, 폐재를 자원으로서 재이용하여, 자원을 유효하게 활용할 수 있으며, 또한 환경에도 뛰어난 공법이다. 더욱이, 배니를 산업폐기물 또는 일반잔토로서도 처리할 필요가 없어졌기 때문에, 산업폐기물 처리비용을 절약할 수 있는데다가 분사교반공법 전체에 따른 비용을 경감할 수 있다. 또한, 배니 중에 경화제를 포함하지 않도록 고안되어 있기 때문에, 경화제의 불필요한 사용도 절감할 수 있다는 효과도 있다.

2. 고형물의 분리는 토사의 분리와, 배니의 지반개량용 매체로의 혼합과, 혼합매체의 압송으로 이루어지며, 산업폐기물인 진흙을 효율적이면서 저가로 재이용할 수 있는 재료로 복원한다.

3. 지반개량용 매체에 배니 이외의 일반적인 토사를 재료로서 혼합시킬 수 있기 때문에, 보다 강도 높은 말뚝을 구축할 수 있다.

4. 어느 정도의 입경을 가지며 점성도 높은 지반개량용 매체를 혼합형성하여 분사할 수 있기 때문에, 배니라도 어느 정도의 입경이면 재료로서 재활용할 수 있는 분사교반장치를 제공할 수 있다. 또한, 배니 이외의 흙이나 모래를 포함한 지반개량용 매체를 분사할 수도 있다.

5. 펌프를 복수개 병렬로 사용함으로써, 입경이 큰 혼합물을 포함한 지반개량용 매체라도 고압으로 분사할 수 있다.

6. 시공중에 경화재인 시멘트밀크의 유출을 방지할 수 있기 때문에, 설계된 소정 직경의 말뚝을 구축할 수 있다. 시멘트밀크의 유출을 방지할 수 있기 때문에, 시멘트밀크가 충분히 함침한 큰 직경의 말뚝을 구축할 수 있다.

7. 시멘트밀크를 반응재에 의해 조기에 경화시키기 때문에, 시멘트밀크가 외부로 유출하지 않아, 유출하는 진흙을 일반잔토로서 처리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 분사교반장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 다중관 로드의 일부 단면도이다.

도 3은 본 발명의 분사교반공법에서의 배니처리의 흐름도이다.

도 4는 실시예에 따른 압송펌프를 복수개 접속한 접속예를 나타내는 구성도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사교반공법에 사용하는 분사교반장치의 실시예를 나타내는 개념도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사교반공법의 분사교반장치의 모니 터부를 나타내는 도면으로, (a)는 횡단면도, (b)는 종단면도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분사교반공법의 동작순서를 나타내는 개념도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사교반공법의 동작순서를 나타내는 개념도이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사교반공법의 동작순서를 나타내는 개념도이다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사교반공법의 동작순서를 나타내는 개념도이다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분사교반공법의 분사교반장치의 모니터부를 나타내는 도면으로, (a)는 횡단면도, (b)는 종단면도이다.

**부호의 설명**

10: 분사교반장치 20: 분사교반공법

22: 수분분리공정 24: 토사분리공정

26: 혼합공정 28: 압송공정

30: 구동장치 40: 압착진입장치

50: 다중관 로드 52: 제 1 분사부

54: 제 2 분사부 56: 제 3 분사부

60: 배니 62: 굴삭구멍

70: 압송펌프 72: 제 1 압송펌프

74: 제 2 압송펌프 76: 모터

78: 지반개량용 매체도관 79: 토출구

101: 분사교반장치 102: 구동장치

103: 다중관 로드 104: 공급진입장치

105: 모니터부 108: 지반

109: 압축공기와 초고압수 110: 배출진흙

111: 굴삭구멍

112: 시멘트를 주성분으로 하는 지반개량용 매체

113: 반응재 151,152,153,154: 원통체

161,162,171,172: 분사노즐(분사부) 181: 교반된 지반

182: 말뚝

이하, 본 발명에 따른 분사교반공법 및 분사교반장치를 도면에 나타내는 실시예에 따라 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 분사교반장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 다중관 로드의 일부 단면도이며, 도 3은 본 발명의 분사교반공법에서의 배니처리의 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압송펌프를 복수개 접속한 접속예를 나타내는 구성도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사교반공법에 사용하는 분사교반장치의 실시예를 나타내는 개념도이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사교반공법의 분사교반장치의 모니터부를 나타내는 도면으로, (a)는 횡단면도, (b)는 종단면도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분사교반공법의 동작순서를 나타내는 개념도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사교반공법의 동작순서를 나타내는 개념도이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사교반공법의 동작순서를 나타내는 개념도이다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사교반공법의 동작순서를 나타내는 개념도이다. 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분사교반공법의 분사교반장치의 모니터부를 나타내는 도면으로, (a)는 횡단면도, (b)는 종단면도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 분사교반공법(20)에서 사용하는 분사교반장치(10)는 구동장치(30)와, 압착진입장치(40)(공급진입장치)와, 다중관 로드(50)와, 별도로 장비되는 분리수단으로 이루어진다. 또한, 도시하지 않았지만, 필수적 구성요소로서 다중관 로드 안에 물, 압축공기, 지반개량용 매체, 반응재를 각각 압송하기 위한 각 펌프를 별도로 구비하고 있다.

구동장치(30) 및 압착진입장치(40)에 대해서는 종래기술과 마찬가지의 것을 사용하면 충분하므로, 구체적인 것에 대해서는 필요에 따라 상세히 설명한다.

다중관 로드(50)는 도 2에 나타내는 바와 같이 직경이 다른 4개의 파이프체로 구성되어 있으며, 각 파이프체 사이의 간격(A~D)을 통하여 각각 물, 압축공기, 지반개량용 매체, 반응재를 각각이 혼합되지 않으면서 별개로 압송할 수 있다. 또한, 각 파이프체에는 지반개량용 매체를 분사하는 제 1 분사부(52), 반응재를 분사하는 제 2 분사부(54), 물과 압축공기를 혼합하여 분사하는 제 3 분사부(56)가 설치되어 있다.

본 발명의 분사교반공법(20)에 대하여 도 3을 사용하여 종래의 분사교반공법과의 차이점을 설명한다. 본 발명의 분사교반공법 및 장치의 특색은, 종래의 분사교반공법에서는 폐기처리되었던 폐기물 또는 일반 진흙인 배니(60)를 재이용한다는 점에 있으며, 이 점이 종래기술과의 명확한 차이점이다. 배니를 재이용한다는 점 이외에 대해서는 종래와 거의 마찬가지 구성이므로, 배니의 재이용에 관한 특징있는 구조에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 분사교반공법(20)은 배니로부터 입경이 큰 토사를 분리하는 토사분리공정(24)과, 배니와 지반개량용 매체를 혼합하는 혼합공정(26)과, 배니를 혼합한 지반개량용 매체를 압송하는 압송공정(28)으로 이루어진다. 이 공정이 존재한다는 점에서 종래의 분사교반공법과 크게 다르다. 한편, 도 3의 흐름도에서 제 1 공정으로서 기재되어 있는 수분분리공정(22)은 종래의 분사교반공법에서도 이루어지고 있다.

다중관 로드(50)를 지반 안의 임의의 깊이까지 압착진입시키고, 다중관 로드를 회전시켜 끌어올리면서 공급진입시키고, 제 3 분사부(56)로부터 소정의 범위에 도달하는 압축공기와 물을 분사시켜 회전하는 다중관 로드를 중심으로 한 원통형의 절삭부를 형성한다. 절삭파쇄에 의해 발생한 작은 돌과 흙과 물로 이루어지는 진흙은, 굴삭구멍(62)을 통하여 지표로 배출된다. 지표로 배출된 진흙(배니)은 먼저 수분분리공정(22)에서 수분과 고형물로 분리된다. 이 실시예의 분사교반공법(20)에서는 수분과 토사를 분리하는 장치를 사용하여 배니로부터 수분을 제거하고 있다.

이어서, 토사분리공정(24)에서는 수분을 제거한 배니(60)로부터, 적절한 분 리수단을 이용하여 일정 이상의 입자형상의 물질을 제거한다. 지반의 절삭에 의해 배출된 배니(60)는 절삭시에 사용한 물 외에 큰 돌 등의 고형물 또는 이물을 포함하고 있는 상태이다. 후술하는 분사교반장치(10)에서는 비교적 입경이 큰 입자모양 물질을 포함한 상태이더라도 분사할 수 있는 것을 특징으로 하고 있지만, 큰 돌 등의 고형물을 포함하는 상태에서는 압송하기가 어렵다. 따라서, 배니를 활용하기 위해서는, 지반개량용 매체와 혼합하기 전에 이 입경이 큰 이물들을 제거할 필요가 있다.

분리수단으로서 사용하는 장치는, 대형 이물을 제거할 수 있으면 어떠한 장치이어도 좋다. 예를 들어, 체에 걸러 제거하는 등의 방법으로 분리하면 충분하다. 이 실시예에서는 수분을 제거한 배니를 약 5mm 정도의 메쉬를 사용하여 체에 걸러, 5mm 이상의 돌이나 모래를 제거하고 있다.

한편, 대형 돌을 가지지 않는 비교적 입경이 작은 모래나 흙으로 이루어지는 지반인 경우에는, 분리수단을 사용할 필요가 없는 경우도 있을 수 있다. 이와 같은 경우에는 토사분리공정(24)을 생략하는 것도 가능하다.

혼합공정(26)에서는 토사분리공정(24)에서 큰 돌이나 모래를 제거한 배니(60)를, 시멘크밀크를 주성분으로 하는 지반개량용 매체와 혼합하여 혼합매체를 형성한다. 혼합비는 지반의 조성이나 시행목적 등을 고려하여 적절히 결정할 수 있기 때문에, 특별히 혼합비는 일정 값으로 한정되지 않는다. 또한, 필요에 따라 시멘크밀크 이외의 약제 등을 혼합할 수 있으며, 모두 본 발명의 범위에 포함된다.

압송공정(28)은 혼합공정(26)에서 형성한 혼합매체를 종래의 분사교반공법과 마찬가지로 다중관 로드(50)의 제 1 분사부(52)로 압송하는 공정이다. 압송공정 이후에는 종래의 분사교반공법과 마찬가지의 방법에 의해 말뚝의 시행이 실현된다.

이어서 도 1 및 도 2를 사용하여 본 발명의 분사교반장치(10)에 대하여 설명한다. 이 실시예의 분사교반장치(20)는 구동장치(30)와, 압착진입장치(40)와, 다중관 로드(50)로 이루어지며, 기본적인 구성은 종래의 분사교반장치의 거의 비슷하다. 단, 본 발명에서는 입경이 큰 배니와 시멘크밀크를 혼합한 지반개량용 매체를 분사하기 위하여, 다중관 로드(50)의 직경이나 노즐의 직경을 적절히 변경할 필요가 있다. 한편, 그 밖의 점에 대해서는 대체로 종래의 분사교반장치와 마찬가지이기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.

제 1 및 제 2 분사부로서 2개의 노즐이 설치되어 있다. 2개의 노즐은 상하로 설치되어 있는 경우도 있다. 시멘크밀크 등의 경화제를 주체로 하는 지반개량용 매체를 분사하는 제 1 분사부(52)와, 물 글라스나 규산소다 등을 포함하는 반응재를 분사하는 제 2 분사부(54)로 이루어진다. 노즐의 형상은 배니의 입경이나 지반개량용 매체의 점성을 고려하여 결정한다. 지반개량용 매체에 배니를 혼합한 혼합매체를 분사할 수 있으면, 특별히 그 형상은 한정되지 않는다. 도 2에 나타내는 실시예에서 지반개량용 매체를 분사하는 제 1 분사부(52)의 노즐은 다중관 도르의 안쪽 파이프에 접속되어 있으며, 반응재를 분사하는 제 2 분사부(54)의 노즐은 다중관 로드의 바깥쪽 파이프에 접속되어 있다. 안쪽 파이프는 배니를 혼합한 지반개량용 매체가 문제없이 흐를 수 있을 정도의 직경으로 설정하면 좋다.

본 실시예에서 지반개량용 매체는, 다중관 로드(50)의 가장 안쪽의 파이프를 통하여 압송되어, 제 1 분사부(52)로부터 분사되는 구성이다. 지반경화용 매체를 다중관 로드에 압송하기 위한 압송펌프가 접속되어 있다. 압송펌프는 다중관 로드 및 노즐의 직경이나 지반경화용 매체의 입경 및 점성을 고려하여, 적절한 압력을 얻을 수 있는 펌프를 선택하는 것이 바람직하다.

한편, 종래의 분사교반공법에서는 송출하는 지반경화용 매체의 입경이 작고 점성도 낮기 때문에, 일반적인 고압 펌프를 사용하였다. 하지만, 일반적으로 널리 사용되고 있는 고압펌프는, 비교적 입경이 작고 점성이 낮은 송출물(지반경화용 매체)은 압송할 수 있었지만, 입경이 크고 점성이 높아진 송출물(배니가 혼합된 지반경화용 매체)을 압송하는 것은 어려웠다. 따라서, 본 실시예에서는 압송펌프를 사용한 구성을 채용하고 있다.

또한, 일반적인 압송펌프를 단독으로 사용하는 것만으로도 지반을 교반하는데 충분할 만큼의 압력을 얻을 수 있지만, 배니를 혼합한 지반개량용 매체의 성분이나 입경, 점성에 따라서 충분한 압력을 얻기 위해서는, 복수개의 펌프를 병렬로 접속할 필요가 있다.

도 4에 나타내는 다른 실시예에서 압송펌프(70)는, 제 1 압송펌프(72)와 제 2 압송펌프(74)를 1대의 모터(76)에 접속하고, 각 펌프의 토출구와 접속하는 동시에, 1 개구의 토출구(79)를 구비한 지반개량용 매체도관(78)으로 이루어지는 구성을 채용하고 있다. 양쪽의 펌프로부터 압송된 지반개량용 매체는, 지반개량용 매체도관의 합류부에서 합류하여 토출구로부터 송출된다. 단체(單體)의 압송펌프만을 사용한 경우에 비하여, 보다 고압으로 지반개량용 매체를 압송할 수 있다. 한편, 각 펌프나 모터는 기존의 제품을 활용할 수 있는데, 모터는 복수개의 펌프를 구동시키는 것이 가능한 성능을 가진 모터로 변경할 필요가 있다.

지반개량용 매체도관(78)으로부터 송출된 지반개량용 매체는 다중관 로드(50)를 통하여 노즐로부터 분출된다. 이와 같이 복수개의 펌프를 사용함으로써, 지반을 교반하는데 충분한 압력을 얻을 수 있다.

이 실시예에서는 절삭에 의해 배출된 배니(60)를 그 장소에서 지반개량용 매체와 혼합하여 압송하고 있지만, 같은 현장으로 한정되지 않고 이전에 다른 현장에서 배출된 배니를 활용할 수도 있다. 이에 의해, 산업폐기물의 처리비용의 절감으로 이어진다. 또한, 본 발명에 의해 비교적 입경이 큰 입자모양 물질을 포함한 지반개량용 매체이더라도, 분사교반공법에 사용할 수 있기 때문에, 배니 이외의 다른 흙이나 모래를 혼합하는 것도 가능해진다. 예를 들어, 시멘트를 직접 사용하는 것도 가능하며, 본 발명의 분사교반장치에 의해 각종 바리에이션(variation)을 가진 지반개량용 매체의 사용이 가능해진다.

이에 의해, 종래는 가설 말뚝의 시행에 한정된 공법이었지만, 모래를 넣으면 모르타르나 콘크리트 말뚝을 실현할 수 있기 때문에, 영구 말뚝의 공법으로서도 이용할 수 있다.

제 2 분사부(54)는 제 1 분사부로부터 분사된 지반개량용 매체를 조기에 경화시키는 성질을 가진 반응재를 분사하는 노즐이다. 이 실시예에서는 반응재에 물글라스계의 규산소다를 사용하고 있는데, 지반개량용 매체를 경화시키는 것이 가능하다면, 특별히 화합물의 조성으로 한정되지는 않고, 적절한 물질을 사용할 수 있 다. 한편, 규산소다를 사용한 경우에는 약 50~60초에 고화시킬 수 있는 것이 실험에 의해 판명되어, 급속한 고화를 필요로 하는 공사에서 특히 효과적이다.

즉, 해양에서의 시행이 필요시되는 해저지반의 개량공사에서는, 배니에 시멘트 등의 경화제가 포함되어 있지 않으면, 해양 투기(投棄)는 가능하지만 공사에 따른 해양 오염을 야기한다는 점에서 문제가 있다. 더구나, 경화제가 혼입되어 있는 경우에는 해양에 투기할 수 없기 때문에, 배니의 운반에 필요 이상의 상당한 비용이 들게 된다.

이에 대하여 본 발명의 분사교반공법을 해저지반의 개량공사에 사용하면, 폐기물인 배니를 가공함으로써 지반개량용 매체에 혼합하여 재이용할 수 있기 때문에 해양오염을 방지할 수 있게 된다. 또한, 경화속도가 빠르기 때문에 충분히 지반개량을 위한 경화의 목적을 달성할 수 있다. 더욱이 건축현장에 따라서는 철도와 같이 막차가 끊긴 후 첫차 출발까지의 짧은 시간으로 공사시간이 한정되어 있는 현장도 있는데, 상기와 같이 단시간에 경화가 완성되기 때문에, 말뚝의 구축이 가능해진다는 효과도 있다.

도 5는 본 발명의 분사교반공법에 사용하는 분사교반장치를 나타내며, 도 6의 (a), (b)는 분사교반장치의 모니터부를 나타낸 것이다.

도 5에서, 부호 101은 보링머신이라고 불리는 분사교반장치로, 이 분사교반장치(101)는 유압펌프를 내장한 구동장치(102)와, 다중관 로드(3)를 승강·회전운동시키는 공급진입장치(104)를 구비하고 있다. 상기 다중관 로드(103)의 최하단부에는 모니터부(105)가 연결되어 있고, 이 모니터부(105)는 도 6의 (a),(b)에 나타 내는 바와 같이, 상기 다중관 로드(103)에 연속하는 서로 동심형상의 4중 원통체(151,152,153,154)로 구성되며, 상기 다중관 로드(3)와 함께 승강·회전 조작되는 것이다.

이 모니터부(105)는 상하부에 서로 일정 간격, 예를 들어 약 1~2m를 두고 각 한쌍의 분사노즐(161,162,171,172)(분사부)이 설치되어 있다.

상부측 분사노즐(161,162)은 모니터부(105)의 바깥쪽 원통체(151,152)에 설치되며, 하부측 분사노즐(171,172)은 모니터부(105)의 안쪽 원통체(153,154)에 설치되어 있다. 상부측 분사노즐(161,162)은 모니터부(105)의 서로 반대측에 서로 반대방향을 향하여 설치되어 있다. 이 상부측 분사노즐(161,162)들에는, 원통체(152,153) 상호 사이로부터 초고압수를, 원통체(151,152) 상호 사이로부터 압축공기가 공급되도록 구성되어 있다.

상기 안쪽의 원통체(153,154)는 바깥측의 원통체(151,152)로부터 하부측으로 연장되어 나가게 설치되어 있으며, 분사노즐(171)은 원통체(154)의 내부에 연결되어, 시멘트를 주성분으로 하는 지반개량용 매체가 공급되도록 구성되어 있다.

한편, 분사노즐(172)은 안쪽의 원통체(153,154) 상호 사이에 연결되어, 지반개량용 매체의 주성분인 시멘크밀크를 굳히는 성질이 있는 반응재가 공급되도록 구성되어 있다.

시멘크밀크를 굳히는 성질이 있는 반응재로서는 물글라스계의 규산소다가 사용된다. 규산소다의 비율은 물에 대하여 30~50%의 비율로 용액이 만들어진다.

분사교반공법을 사용하여 말뚝을 구축하는 경우를 설명하면, 다중관 로 드(103)를 지반(108) 안으로 소정의 깊이까지 공급진입시키고 지반에 구멍을 뚫다(도 5 참조). 이어서, 다중관 로드(3)를 회전시키면서 소정의 속도, 예를 들어 1m를 15~16분 정도에 끌어올린다. 그리고, 끌어올리는 동시에 상부측 분사노즐(161,162)로부터 압축공기와 함께 초고압수(109)를 분사하고 지반(108)을 절삭한다(도 7 참조). 지반(108)의 절삭에 따라 발생하는 배출진흙(110)은 다중관 로드(103) 주위의 굴삭구멍(111)으로부터 리프트 효과에 의해 지표면으로 배출된다.

이 단계에서는 하부측 분사노즐(171,172)로부터는 아직 시멘트를 주성분으로 하는 지반개량용 매체 및 반응재를 분사하지 않는다. 상부측 분사노즐(161,162)이 분사를 개시한 지반의 깊이에 하부측 분사노즐(171,172)이 도달했을 때, 교반된 지반(181)에 하부측 분사노즐(171)로부터 시멘트를 주성분으로 하는 지반개량재(112)의 분사를 개시한다. 이와 동시에 하부측 분사노즐(172)로부터 시멘크밀크를 굳히는 성질이 있는 반응재(113)의 분사를 개시한다(도 8 참조). 하부측 분사노즐(172)로부터는 반응재(113)로서 물글라스계의 규산소다를 분사한다. 하부측 분사노즐(172)로부터는 반응재(113)를 연속 또는 간헐적으로 지반 안으로 분사한다.

상부측 분사노즐(161,162)로부터 압축공기와 함께 초고압수(109)를 분사하고, 지반(181)을 절삭하면서 하부측 분사노즐(171)로부터는 시멘트를 주성분으로 하는 지반개량용 매체(112)를, 하부측 분사노즐(172)로부터는 반응재(113)로서 물글라스계의 규산소다를 분사해간다(도 9 참조). 시멘트를 주성분으로 하는 지반개량용 매체(112)는 반응재에 의해 조기에 경화한다. 이 사이, 모니터부(105)는 다중관 로드(103)와 함께 회전되면서 서서히 끌려올라간다. 굴삭구멍(111)으로부터 지 상으로 배출되는 배출진흙(110)은 지반개량용 매체가 포함되어 있지 않기 때문에, 일반토사로서 처리할 수 있다.

그리고, 상부측 분사노즐(161,162)이 지반개량역의 상단에 도달하였다면, 상부측 분사노즐(161,162)로부터 분사하는 압축공기와 초고압수(109)의 분사를 정지하고, 그 후 하부측 분사노즐(171,172)로부터 지반개량용 매체(112)와 반응재(113)를 분사하여 지반개량역까지 끌어올린다(도 10 참조). 이 단계에서 배출되는 배니는 산업폐기물로서 처리한다. 이렇게 하여 하부측 분사노즐(171)로부터 분사된 지반개량용 매체(112)의 시멘크밀크는, 하부측 분사노즐(172)로부터 분사되는 반응재(113)에 의해 조기에 경화되어 말뚝(182)이 구축되어 가기 때문에, 혼기 제트 현상의 발생을 방지하고 지반개량용 매체(112)가 외부로 배출되지 않는다. 지반개량용 매체(112)는 반응재(113)에 따라 조기에 경화되기 때문에, 외부로 유출되지 않고 충분히 지반개량용 매체(112)가 함침한 큰 직경의 말뚝(82)을 구축할 수 있다.

도 11의 (a), (b)는 도 6과 같은 부분에는 같은 부호를 사용하여 나타내는 모니터부(115)의 다른 실시예로, 이 모니터부(115)는 분사노즐(171,172)의 위치를 상하로 어긋나게 하여 분사노즐(171)로부터 지반개량용 매체(112)를 분사하고 나서, 일정 시간후에 분사노즐(172)로부터 반응재(113)를 분사하도록 한 것이다. 이 실시예에 따르면, 어느 정도 지반개량용 매체(112)를 분사하고 나서 반응재(113)를 분사하기 때문에, 반응재(113)를 확실하게 지반개량용 매체(112)에 섞을 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않고, 예를 들어 상기 실시예에서는 시멘크밀크를 굳히는 성질이 있는 반응재로서, 물글라스계의 규산소다를 사용하였지 만, 다른 반응재를 사용할 수 있는 등, 당연히 그 밖에 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위내에서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.

본 명세서 내용중에 포함되어 있음.

Claims

하단에 시멘트밀크를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를 분사하는 제 1 분사부와, 반응재를 분사하는 제 2 분사부를 설치하고, 또한 상기 제 1 및 제 2 분사부보다 상단에 압축공기와 물을 혼합분사하는 마주보는 개구로 이루어지는 제 3 분사부를 설치한 다중관 로드를 지반 안에 압착진입 또는 공급진입시키고, 지반 안으로부터 상기 다중관 로드를 회전시켜 끌어올리면서, 소정의 범위내로 상기 제 3 분사부로부터 압축공기와 물을 분사하여 지반개량범위를 원통형으로 분사절삭하고, 절삭한 배니를 굴삭구멍을 통하여 지표로 배출시키는 동시에, 상기 제 1 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 분사하고, 또한 제 2 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 굳히는 반응재를 분사하며, 소정 직경의 말뚝을 구축하는 분사교반공법에 있어서,

지표로 배출시킨 물을 포함하는 진흙으로 이루어지는 상기 배니로부터 일정 입경 이상의 고형물을 분리제거하고, 상기 지반개량용 매체와 혼합하며, 혼합매체를 형성하고 압송펌프로 압송하여 제 1 분사부로부터 지반개량용 매체로서 분사하는 것을 특징으로 하는 분사교반공법.
제 1 항에 있어서,

상기 분리는 배니로부터 입경이 큰 토사를 분리하는 토사분리공정과, 배니와 지반개량용 매체를 혼합하는 혼합공정과, 배니를 혼합한 지반개량용 매체를 압송하 는 압송공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분사교반공법.
시멘트밀크와 토사를 혼합한 지반개량용 매체를 분사하는 제 1 분사부와, 반응재를 분사하는 제 2 분사부를 설치하고, 또한 상기 제 1 및 제 2 분사부보다 상단에 압축공기와 물을 혼합분사하는 마주보는 개구로 이루어지는 제 3 분사부를 설치한 다중관 로드를 지반 안에 압착진입 또는 공급진입시키고, 지반 안으로부터 상기 다중관 로드를 회전시켜 끌어올리면서, 소정의 범위내로 상기 제 3 분사부로부터 압축공기와 물을 분사하여 지반개량범위를 원통형으로 분사절삭하고, 절삭한 배니를 굴삭구멍을 통하여 지표로 배출시키는 동시에, 상기 제 1 분사부의 노즐로부터 시멘트밀크와 토사를 혼합한 지반개량용 매체를 압송펌프로 압송하여 분사하고, 또한 제 2 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 굳히는 반응재를 분사하여 소정 직경의 말뚝을 구축하는 분사교반공법.
하단에 시멘트밀크를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를 분사하는 제 1 분사부와, 반응재를 분사하는 제 2 분사부를 설치하고, 또한 상기 제 1 및 제 2 분사부보다 상단에 압축공기와 물을 혼합분사하는 마주보는 개구로 이루어지는 제 3 분사부를 설치한 다중관 로드를 지반 안에 압착진입 또는 공급진입시키고, 지반 안으로부터 상기 다중관 로드를 회전시켜 끌어올리면서, 소정의 범위내로 상기 제 3 분사부로부터 압축공기와 물을 분사하여 지반개량범위를 원통형으로 분사절삭하고, 절삭한 배니를 굴삭구멍을 통하여 지표로 배출시키는 동시에, 상기 제 1 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 분사하고, 또한 제 2 분사부의 노즐로부터 지반개량용 매체를 굳히는 반응재를 분사함으로써 소정 직경의 말뚝을 구축하는 분사교반장치에 있어서,

토사 및/또는 일정 입경 이하의 배니를 혼합한 지반개량용 매체를 다중관 로드로 가압송출하기 위하여 압송펌프를 장비한 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 3 항에 기재된 분사교반공법을 사용하는 분사교반장치.
제 4 항에 있어서,

상기 분사교반장치는 지반개량용 매체를 보다 고압으로 압송하기 위하여, 복수개의 압송펌프를 병렬로 접속한 것을 특징으로 하는 분사교반장치.
지반 안에 다중관 로드를 공급진입시켜, 상기 지반 안으로부터 상기 다중관 로드를 회전시키면서 끌어올리는 동시에, 상기 다중관 로드에 설치된 분사노즐로부터 고압으로 시멘트를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를 지반 안에 분사시켜 지반을 교반하고 소정 직경의 말뚝을 구축하여 지반을 개량하는 공법에 있어서,

상기 다중관 로드의 하단부에, 노즐을 설치한 분사부를 상하 2군데에 설치하고, 하단측의 분사부에는 서로 반대방향으로 분사하는 분사노즐을 설치하며, 소정의 조성 길이의 범위내에서, 상단측의 분사부로부터 압축공기와 함께 물을 분사하여 지반개량역을 절삭하고, 그 배니를 굴삭구멍을 통하여 지표로 배출시켜 상기 배니를 일반잔토로서 처리하는 동시에, 상기 지반개량역의 영역에 하단측의 분사부가 도달하고 나서, 지반개량역의 영역에서, 하단측 분사부의 한 쪽 분사노즐로부터 시멘트밀크를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를, 다른 쪽 분사노즐로부터 상기 시멘트밀크를 굳히는 성질이 있는 반응재를 분사하여 상기 지반개량용 매체를 상기 반응재에 의해 조기에 경화시켜, 혼기 제트 현상의 발생을 방지하여 시멘트밀크의 유출을 방지하고, 소정 직경의 말뚝을 구축하는 것을 특징으로 하는 분사교반공법.
유압 펌프를 내장한 구동장치와, 다중관 로드를 승강/회전시키는 공급진입장치를 구비하고, 지반 안에 다중관 로드를 공급진입시켜, 상기 지반 안으로부터 상기 다중관 로드를 회전시키면서 끌어올리는 동시에, 상기 다중관 로드에 설치된 분사노즐로부터 고압으로 시멘트를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를 지반 안에 분사시켜 지반을 교반하여 소정 직경의 말뚝을 구축하는 분사교반장치에 있어서,

상기 다중관 로드의 최하단부에 노즐을 설치한 분사부를 서로 일정 간격으로 상하로 설치한 모니터부를 설치하고, 상기 모니터부의 상부측 분사부에 압축공기와 함께 물을 분사하는 분사노즐을 설치하며, 상기 모니터부의 하부측 분사부에 서로 반대 방향으로 분사하는 한쌍의 분사노즐을 설치하고, 시멘트밀크를 주성분으로 하는 지반개량용 매체를 상기 하부측 분사부의 한쪽 분사노즐로부터 고압으로 분사하고, 시멘트밀크를 굳히는 성질이 있는 반응재를 상기 하부측 분사부의 다른쪽 노즐로부터 고압으로 분사하는 것을 특징으로 하는 분사교반장치.