KR20070074995A

KR20070074995A - 복수의 해머를 갖는 지반 개량용 교반 장치 및 이를 이용한지반 개량 공법

Info

Publication number: KR20070074995A
Application number: KR1020060003228A
Authority: KR
Inventors: 조현준
Original assignee: 조현준
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2007-07-18

Abstract

본 발명은 지반 개량용 교반 장치에 관한 것으로, 내부에 공기공급관이 형성되고 구동모터에 의해 회전하는 오거축과, 상기 오거축의 선단이 하방으로 소정길이만큼 연장된 후, 상기 연장된 선단에 하부가 개방되게 형성되되 내부가 복수의 중공원통형 수용부로 이루어진 중공원통형 케이싱과, 상기 각각의 수용부의 내측에 소정의 결합수단에 의해 상기 공기공급관에 연이어 통하게 결합된 복수의 공지의 굴착해머를 포함하는 것을 특징으로 한다.

오거축, 수용부, 케이싱, 굴착해머

Description

복수의 해머를 갖는 지반 개량용 교반 장치 및 이를 이용한 지반 개량 공법{AGITATING DEVICE FOR IMPROVING GROUND WITH PLURAL HAMMERS AND METHOD FOR IMPROVING GROUND USING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 지반 개량용 교반장치의 정면도,

도 2는 본 발명에 따른 지반 개량용 교반장치의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 지반 개량용 교반장치의 일부 분해 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 지반 개량용 교반장치의 오거축 선단에 장착되는 굴착 해머로서 공압식 굴착 해머의 확대 단면도,

도 5는 도 4의 공압식 굴착 해머를 구성하는 구성요소들 중 내측 실린더의 사시도, 및

도 6은 도 4의 공압식 굴착 해머를 구성하는 구성요소들 중 해머비트의 사시도이다.

본 발명은 지반 개량용 교반 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 복수의 해머를 갖는 지반 개량용 교반 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 지반 위에 직접 구조물을 건설하고자 할 때 그 지반이 지형적인 특성상 임해성 점성토, 층적 점성토 등 연약토로 이루어진 연약지반일 경우에는 그 지반을 개량하여 보강하는 작업을 하고, 하천, 저수지, 제방, 쓰레기 매립장 등 차수를 필요로 하는 경우에는 지중에 연직차수벽을 형성하는 작업을 하고 있다.

이러한 연약지반 개량 및 연직차수벽 형성에 사용되는 지반 개량용 교반 장치는, 통상 개량 대상 지반을 원하는 깊이까지 파고 들어가면서 시멘트풀, 고화재 등의 고결약제(固結藥劑)를 분사하여 개량 대상 지반토와 고결약제를 교반함으로써 지반을 개량하거나 차수벽을 형성한다.

그러나, 개량 대상 지반을 파고 들어가는 작업을 함에 있어, 개량 대상 지반 내에 풍화암, 연암 등의 암반층이나 호박돌 등의 전석층이 존재하는 경우, 이러한 암반층이나 전석층을 파고 들어가 개량해야 한다.

본 출원인이 출원하여 2004년 3월 24일자로 공개된 국내특허공개 제10-2004-0025527호에 개시되어 있는 종래의 지반 개량용 교반장치는, 암반층이나 전석층의 파쇄 및 굴착을 위해 굴착날개와 함께 오거축의 하단에 공압식 굴착해머를 채택하고 있다.

이 굴착해머는 그 상면이 공압에 의해 왕복 이동하는 피스톤에 의해 타격되며, 피스톤의 타격에 의해 하면에 마련된 다수의 돌기에 의해 암반층 등을 타격하는 해머비트를 포함한다.

또한, 이 해머비트는 오거축에 스플라인 결합되어 있으므로, 피스톤의 타격에 의해 상하로 이동하면서 동시에 오거축과 함께 회전한다.

그러나, 이러한 종래의 지반 개량용 교반장치에 의하면, 하나의 오거축에 1개의 굴착해머가 장착되므로 보통 직경이 6인치 또는 8인치인 굴착해머가 사용된다. 이렇게 직경이 큰 굴착해머를 사용하게 되면, 암반층 등에 닿는 면적이 크게 되므로 타격 강도가 작게 되는 문제가 있다.

그리고, 일반적으로 지반 개량용 교반장치에 장착되는 6인치 직경의 굴착해머는 가격이 600만원 정도이고, 8인치 직경의 굴착해머는 가격이 800만원 정도인데, 4인치 직경의 굴착해머는 가격이 200만원 정도이다. 따라서, 6인치 또는 8인치 직경의 굴착해머 1개를 사용하는 것은, 4인치 직경의 굴착해머 2개를 사용하는 것에 비해 가격 대비 굴착 직경이 작다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 타격 강도가 크면서도 가격 대비 굴착 직경이 크도록 구성된 지반 개량용 교반 장치를 제공하는 데에 그 하나의 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전술한 지반 개량용 교반 장치를 이용한 지반 개량 공법을 제공하는 데에 그 다른 하나의 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 지반 개량용 교반 장치는, 내부에 공기공급관이 형성되고 구동모터에 의해 회전하는 오거축과, 상기 오거축의 선단이 하방으로 소정길이만큼 연장된 후, 상기 연장된 선단에 하부가 개방되게 형성되되 내부가 복수의 중공원통형 수용부로 이루어진 중공원통형 케이싱과, 상기 각각의 수용부의 내측에 소정의 결합수단에 의해 상기 공기공급관에 연이어 통하게 결합된 복수의 공지의 굴착해머를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 지반 개량 공법은, 전술한 지반 개량용 교반 장치를 이용하여 지반을 개량하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 지반 개량용 교반 장치의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지반 개량용 교반 장치는, 오거축(21)의 선단에 형성된 중공원통형 케이싱(10) 내에 중공원통형 수용부(110)가 복수개 형성되고, 이 복수의 중공 원통형의 수용부(110)의 각각에 공지의 복수의 굴착해머(200)가 각각 장착된 것이다.

본 실시예에서는 중공원통형 수용부(110)와 굴착해머(200)가 각각 2개 형성된 것으로 예시하였다.

지반 개량용 교반장치에서 오거축(21)은 보통 3개로 이루어져 있는데, 본실시예에서는 3개의 오거축(21)들 중 중앙에 위치되는 오거축(21)에는 고결약제 공급관(21a)이 형성되며 굴착날개(24)가 설치되고, 양측에 위치되는 오거축(21)에는 굴착해머(200)와 이송 스크루(130)가 설치된 것으로 예시하였다. 3개의 오거축(21)은 공지의 연결대(300)에 의해 서로 연결되어 있다.

고결약제 공급관(21a)은 중앙의 오거축(21)의 내부에 축방향으로 형성되어 있고, 굴착날개(24)는 중앙의 오거축(21)의 선단에 설치되어 있다. 굴착날개(24)의 선단 저면에는 굴착비트(24a)가 형성되어 있다. 그리고, 굴착해머(200)는 양측 의 오거축(21)의 선단에 설치되어 있고, 이송 스크루(130)는 양측의 오거축(21)의 굴착해머(200)의 케이싱 외주면에 설치되어 있다.

본 실시예에서는, 양측 오거축(21)의 선단이 하방으로 소정길이만큼 연장된 후, 이 연장된 선단에 하부가 개방된 중공원통형 케이싱(10)이 형성되어 있다. 이 케이싱(10)의 내부에는 중공원통형 수용부(110)가 복수개 형성되어 있다.

양측 오거축(21)의 내부에는 공기공급관(120)이 축방향으로 형성되어 있다.

또한, 도 3에 예시된 바와 같이, 수용부(110)의 상부 내측 중앙에는 오거축(21)의 공기공급관(120)에 연이어 통하게 암나사부(115)가 형성되어 있다. 굴착해머(200)의 후단에는 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이 수나사부(216a)가 형성되어 있다. 수용부(110)의 암나사부(115)와 굴착해머(200)의 수나사부(216a)는 수용부(110)와 굴착해머(200)를 상호 결합시키는 결합수단으로서 기능하며, 이러한 상호 결합수단은 이에 제한되지 않고 다른 어떠한 결합수단이라도 가능함을 알 수 있을 것이다.

오거축(21)의 선단에 형성된 수용부(110)에 결합되는 굴착해머(200)는 공지된 것으로서, 본 실시예에서는 굴착해머로서 공압식 굴착해머(200)를 사용하는 것으로 예시하고 있지만, 유압식 굴착해머, 전동식 굴착해머 등을 적용해도 무방하다.

공압식 굴착해머(200)는, 도 4에 상세하게 도시된 바와 같이, 후단에 끼워진 결합 헤드(216)의 공기유입공(216b)을 통해서 압축공기가 유입되는 슬리브(210)와, 공기유입공(216b)을 통해 유입된 압축공기 및 스프링(182)의 작용에 의해서 결합 헤드(216)에 형성된 체크단부(216c)를 선택적으로 개폐하는 체크밸브(280)와, 이 체크밸브(280)가 길이방향으로 미끄럼 이동 가능하게 장착되는 밸브 가이드부(272)를 지니며 외주면에는 압축공기가 통과하는 다수의 요주홈(274)이 형성된 밸브 체스트(270)와, 후단의 외주면에는 밸브(260)가 끼워지고 원주방향으로는 다수의 원주공(254)이 형성되어 있는 밸브 시트(250)와, 이 밸브 시트(250)의 외주면을 따라 유입된 압축공기에 의해서 슬리브(210)의 내벽을 따라 길이방향으로 미끄럼 이동할 수 있게 장착되는 피스톤(230)과, 이 피스톤(230)의 후단부(233)가 미끄럼이동 가능하게 내장되는 내측 실린더(240)와, 피스톤(230)에 의해 가격되어 길이방향을 따라 반복적으로 이동하면서 선단의 다수의 돌기(222)에 의해서 암반층을 타격하는 해머비트(220)와, 이 해머비트(220)를 길이방향으로 이동할 수 있도록 슬리브(210)의 선단에 결합시키는 척(212)으로 이루어져 있다.

슬리브(210)의 후단에 결합되는 결합 헤드(216)의 후단 외주면에는 상기 수용부(110)의 암나사부(115)와 결합하기 위한 수나사부(216a)가 형성되어 있다. 또한, 결합 헤드(216)는 오링(284)을 개재하여 슬리브(210)의 후단에 밀봉적으로 나사 결합된다. 압축공기의 유입을 선택적으로 차단하는 체크밸브(280)의 밸브 후단부(280b)는 결합 헤드(216)의 체크단부(216c)를 폐쇄할 수 있는 구조로 이루어져 있으며, 밸브 선단부(280a)에는 스프링(282)이 끼워진다.

밸브 시트(250)의 후단에는 밸브 체스트(270)와의 기밀 유지를 위해서 오링(288)이 끼워져 있으며, 외주면에도 내측 실린더(240)와의 기밀 유지를 위한 오링(286)이 끼워져 있다. 피스톤(230)의 내부에는 밸브 시트(250)의 외주면을 따라 유 입된 압축공기가 피스톤(230)을 가격한 다음에 관통되는 관통공(234)이 형성되어 있다. 이 관통공(234)의 후단부는 밸브 시트(250)의 선단에 형성된 피스톤 가이드부(252)에 삽입되면서 길이방향을 따라 미끄럼 이동할 수 있도록 안내된다. 마찬가지로, 관통공(234)의 선단은 해머비트(220)의 후단에 형성된 피스톤 가이드부(228)에 삽입되면서 길이방향을 따라 미끄럼 이동할 수 있도록 안내된다.

피스톤(230)의 후단부(233)는 그 외주면이 내측 실린더(240)의 내벽을 따라 미끄럼 이동하고, 또한, 피스톤(230)의 중간 부분(236)도 그 외주면이 슬리브(210)의 내벽을 따라 미끄럼 이동하며, 선단부(232)를 통해서 해머비트(220)의 가격단부(226)를 직접적으로 가격한다. 피스톤(230)의 후단부(233)가 삽입되는 내측 실린더(240)의 선단에는 다수의 통공(242, 244)이 형성되어 있다. 해머비트(220)의 후단 외주면은 비트 링(214)에 의해 지지된 상태에서 길이방향을 따라 이동하게 된다. 해머비트(220)의 내부에는 피스톤(230)의 관통공(234)에 연이어 통하는 공기배출공(224)이 형성되어 있다.

도 5에는 내측 실린더(240)가 사시도로서 상세하게 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 밸브 시트(250)의 외주면에는 다수의 돌출부(256)에 의해서 다수의 요홈(258)이 제공되어 있다. 작동시에는 이 요홈(258)을 통해서 유입된 압축공기가 하방으로 공급된다. 또한, 내측 실린더(240)의 하부에는 다수의 통공(242, 244)이 형성되어 있다. 이 중에서, 상부의 제2열 통공(244)은 하부의 제1열 통공(242)과 원주방향으로 교차 배치되어 있으며, 제1열 통공(242)보다 적게 형성되어 있다.

도 6에는 해머비트(220)가 사시도로서 상세하게 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 해머비트(220)의 가격단부(226)의 외주면에는 다수의 돌출부가 구비되어 있다. 또한, 해머비트(220)가 길이방향으로 이동할 수 있도록 스플라인 결합되는 척(212)의 외주면에는 슬리브(210)의 선단에 나사 결합되는 나사부(212a)가 형성되어 있다.

이렇게 구성된 공압식 굴착해머에 있어서, 콤프레셔로부터 공기공급관(120)을 통해 공급된 압축공기가 결합 헤드(216)의 유입공(216b)을 통해서 유입되면, 공압에 의해 스프링(282)이 압축되면서 체크밸브(280)의 후단부(280b)에 의해 막혀 있던 체크단부(216c)가 개방된다. 개방된 틈새로 유입된 압축공기는 밸브 체스트(270)에 형성된 요홈(274) 및 밸브 시트(250)의 요홈(258)을 차례대로 지난 다음, 내측 실린더(240)의 제1열 통공(242)을 통해 피스톤(230)의 중간 부분(236)의 후단면에 충돌하게 된다. 이때, 내측 실린더(240)의 제2열 통공(244)은 피스톤(230)의 후단부(233)에 의해 막혀 있으므로, 압축공기는 제2열 통공(244)을 통해 피스톤(230)의 관통공(234)으로 유입되지 못한다.

압축공기가 내측 실린더(240)의 제1열 통공(242)을 통해 피스톤(230)의 중간 부분(236)의 후단면에 충돌하게 되면, 피스톤(230)은 내측 실린더(240)의 내벽을 따라 신속히 전진하면서 피스톤의 선단부(232)를 통해 해머비트(220) 후단의 가격단부(226)를 힘차게 가격하여 해머비트(220)를 전진시킨다.

개량 대상 지반층이 풍화암층, 연암층 등의 암반층이거나 호박돌 등의 전석층인 경우, 압축공기를 고압으로 공급하면, 해머비트(220)는 척(212)의 내벽을 따 라 고속으로 전진하면서 선단에 부착된 다수의 돌기(222)를 통해 암반층이나 전석층을 타격함으로써 암반층을 파쇄하게 된다. 암반층이나 전석층을 타격한 후 압축공기를 배출한 해머비트(220)는 반동에 의해 상방으로 후퇴한다.

피스톤(230)이 하방으로 전진하면 피스톤(230)의 후단부(233)에 의해 막혀 있던 제2열 통공(244)이 개방되고, 또한 압축공기는 계속 공급되므로, 피스톤(230)이 하방으로 전진된 상태에서는 압축공기가 제2열 통공(244)을 통해 피스톤(230)의 관통공(234)으로 유입된 후 공기배출공(224)을 통해 해머비트(220)의 하방으로 배출된다. 따라서, 공기배출공(224)을 통해 해머비트(220)의 하방으로 배출된 압축공기는 해머비트(220)에 의해 파쇄된 암반을 상방으로 밀어내는 역할을 하여 해머비트(220)가 굴착 작업을 계속 진행할 수 있도록 한다.

지반 개량용 교반장치에 압축공기를 공급하는 콤프레셔는 지반 개량용 교반장치에 별도로 장착되는 것으로, 본 명세서에서 상세하게 설명하지 않았으며, 오거축(21)의 공기공급관(120)이 콤프레셔에 연결되어 있음을 알 수 있을 것이다.

또한, 해머비트(220)의 하방으로 배출된 압축공기는 분쇄된 개량 대상 지반토를 이완시켜 교란하는 역할을 하므로 개량 대상 지반토를 보다 잘게 분쇄시킨다.

또한, 오거축(21)과 케이싱(10)의 외주면에는 이송 스크루(130)가 형성되어 있다. 오거축(21)의 회전에 따라 회전하는 이송 스크루(130)는 분쇄된 개량 대상 지반토를 상방으로 끌어올려 굴착날개(24)의 굴착비트(24a) 및 굴착해머(200)의 해머비트(220)가 굴착 작업을 계속 진행할 수 있도록 한다.

그리고, 굴착해머(200)의 내부의 공기 유동로에는 체크밸브가 설치될 수도 있다. 본 실시예에서는, 굴착해머(200)의 후단에 끼워진 결합 헤드(216)의 공기유입공(216b)에 체크밸브(290)가 설치된 것으로 예시하였다. 이 체크밸브(290)는 공기유입공(216b)를 통과하는 공기가 하방으로 흐를 때에는 개방되지만 상방으로 흐를 때에는 폐쇄하므로, 굴착해머(200)의 해머비트(220)로부터 분출된 공기가 개량 대상 지반에 부딪힌 후 흙이나 돌가루 등과 함께 오거축(21)의 공기공급관(120) 내로 역류하는 것을 방지하여 오거축(21)의 공기공급관(120)이 오염되는 것을 방지한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 지반 개량용 교반 장치에 의하면, 중공원통형 케이싱 내에 중공원통형 수용부가 2개 형성되고, 이 복수의 중공 원통형의 수용부의 각각에 공지의 굴착해머가 장착되는 구조에서는, 굴착해머로서 4인치 직경의 굴착해머 2개를 사용하게 되면, 암반층 등에 닿는 면적이 크게 되므로 타격 강도가 크게 되는 효과가 있음과 동시에, 2개의 4인치 굴착해머가 공전하게 되어 굴착직경이 커지게 되므로 600만원 내지 800만원 상당의 6인치 내지 8인치 직경의 굴착해머 1개를 사용하는 것보다 가격대비 굴착직경이 커지게 되는 효과가 있다.

Claims

내부에 공기공급관(120)이 형성되고 구동모터에 의해 회전하는 오거축(21)과,

상기 오거축(21)의 선단이 하방으로 소정길이만큼 연장된 후, 상기 연장된 선단에 하부가 개방되게 형성되되 내부가 복수의 중공원통형 수용부(110)로 이루어진 중공원통형 케이싱(10)과,

상기 각각의 수용부(110)의 내측에 소정의 결합수단에 의해 상기 공기공급관(120)에 연이어 통하게 결합된 복수의 공지의 굴착해머(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반 개량용 교반 장치.
제1 항에 있어서,

상기 중공원통형 수용부(110)와 상기 굴착해머(200)는 각각 2개인 것을 특징으로 하는 지반 개량용 교반 장치.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,

상기 결합수단은 상기 중공원통형 수용부(110)의 각각의 상부 내측 중앙에 형성된 암나사부(115)와 상기 굴착해머(200)의 후단에 형성된 수나사부(216a)로 이루어지고,

상기 암나사부(115)는 상기 공기공급관(120)에 연이어 통하게 형성된 것을 특징으로 하는 지반 개량용 교반 장치.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,

상기 오거축(21) 및 상기 케이싱(10)의 외주면에는 이송 스크루(130)가 형성된 것을 특징으로 하는 지반 개량용 교반 장치.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,

상기 굴착해머(200)의 내부의 공기 유동로에는 체크밸브(290)가 설치된 것을 특징으로 하는 지반 개량용 교반 장치.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 지반 개량용 교반 장치를 이용하여 지반을 개량하는 것을 특징으로 하는 공법.