KR20070092429A - 지중 벽체 시공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지면에 수직 갱도를 굴착하고 다시 옆 방향으로 지중을 굴착하면서 발생하는 토사에 소일 시멘트, 벤토나이트 등의 고화재와 혼합시켜 배출함으로써, 지중에 연속 벽체를 축조하는 지중 벽체 시공 장치에 관한 것으로서, 이 장치는 자주식 크레인의 마스트에 수직으로 승강 이동 가능하게 연결 관체를 배치하고, 이 연결 관체의 하단에는 외주에 커터 비트, 믹싱 바 등이 무수히 부착된 무한 체인이 설치된 마운팅 패널이 연결되어서 상기 체인의 회전 구동으로 지중을 굴착하고 옆 방향으로 이동하면서 연속으로 벽체를 타설할 수 있는 굴착 어셈블리로 이루어지고, 상기 1쌍의 마운팅 패널 사이에서 최하측에 대향 배치되어 지면에 수직 갱도를 굴착하게 되는 1쌍 2조의 하이드로릭 밀과, 상기 마운팅 패널의 사이에서 상기 체인을 2열로 순환 주행 가능하도록 1쌍 2조로 배치되는 종동 스프로켓과 구동 스프로켓, 및 상기 마운팅 패널의 내측에 설치되어서 상기 체인이 좌우로 흔들리지 않고 순환 주행하도록 지지하여 주는 가드를 갖춘 구성으로 된 것이다.

지중 연속 벽, 연속 토류 벽체, 지중 굴착 벽체 성형,

Description

지중 벽체 시공 장치{construction machine forming wall in underground}

도 1은 통상의 자주식 크레인에 탑재된 본 발명 장치의 예를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명이 주요 구성을 도시하는 분해 사시도.

도 3은 본 발명 장치의 조립상태 저면도.

도 4는 본 발명 장치의 조립상태 정면도.

도 5는 본 발명에 의한 지중 굴착 상황을 설명하기 위한 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2: 자주식 크레인 4: 마스트

6: 연결 관체 8: 굴착 어셈블리

10: 마운팅 패널 12: 하이드로릭 밀

14: 종동 스프로켓 16: 구동 스프로켓

18: 체인 20: 비트

22: 믹싱 바 24: 유체 공급라인

26, 30: 유압모터 28, 32: 출력 축

34: 부싱 36: 가드

280, 320: 부싱 시트 282: 휠 부착면

322: 스프로켓 부착면

일본국 공개특허 평 5-280043호, 일본국 공개특허 평 11-71751호, 일본국 공개특허 2001-323456호, 대한민국 공개특허 10-2006-0001953호,

본 발명은 토목 또는 건축공사의 기초단계에서 지중에 연속하는 벽체를 축조하여 지반 강화를 도모해야 할 필요성이 있는 지점의 지중에 연속하는 벽체를 일괄 시공할 수 있는 지중 벽체 시공 장치에 관한 것이다.

지중에 연속하는 벽체를 시공하는 경우, 통상은 스크루 또는 윙 플레이트가 부착된 로드를 수직 방향으로 세운 상태에서 회전시켜 지중으로 관입하고 인발할 때 주입재와 원 지반의 흙을 교반 하여 혼합하는 과정을 통해 지중에 원주형 또는 오버 랩 되는 주열(柱列) 모양의 벽면을 시공하고 있다. 그러나 이 방법은 지층의 특성에 따라 심도별로 상이한 지반 개량체(改良體)로 형성되는 문제가 있고, 또 주열 모양의 벽체는 오버 랩 되는 부분이 토압에 견디지 못하는 취약부로 남게 된다.

또 특수한 형태의 선단에 부착된 분사노즐로 고화재(固化材)를 고압 분사하면서 좌우로 요동시켜서, 분사되는 고화재가 일정의 벽면을 형성하게 하는 4각 제트 공법도 알려져 있으나, 이 방법도 지층의 특성에 따라 심도별로 상이한 지반 개량체로 형성되고, 굴착-고압분사-교반의 과정을 통해 형성되는 벽면의 두께는 일정하지 않아 토압에 잘 견디지 못하는 문제가 있다.

또 다른 예로서 지면을 소정 깊이로 굴착하고 콘크리트 거푸집을 시공하여 축조하거나 또는 굴착용 송곳(auger drill)으로 지면에 수직 굴을 파면서 전진하면, 다음 작업조가 굴착 된 구멍에 콘크리트를 타설하여 벽체가 형성되게 하는 방법도 행해지고 있다. 그러나 이 방법은 지중에 축조되는 벽체가 연속 성형 되는 것이 아니기 때문에 이음매가 생길 수밖에 없고, 이 이음매를 통해 누수가 발생하여 지반이 취약하게 되는 문제점이 생기며, 또한 공정이 복잡하고 공기도 길기 때문에 바람직한 방법이라 할 수 없다.

상술한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 지중에서 벽체를 연속 형성할 수 있는 방법과 장치가 최근 들어 여러 구조로 개발 시행되고 있다.

예로서, 일본국 공개특허 평성 5-280043호는 자주 차량에 설치된 붐의 끝 부분에 가이드 포스트가 수직으로 배치되고, 이 가이드 포스트의 상 하단에는 구동 스프로켓과 아이들 스프로켓 사이에서 순환 구동되는 무한체인이 설치되어 있고, 이 무한체인은 외주에 커터 비트와 비트를 무수히 갖춘 지중 연속 벽용 굴착장치를 개시하고 있다.

개시된 장치는 먼저 지중으로 굴착하고 다시 옆 방향으로 이동하면서 굴착 된 흙에 고화재를 혼합시켜 벽체로 축조되게 하는 것이므로 지중에 연속 벽을 축조할 수 있는 구성으로 된 것이다.

그러나 개시된 굴착 장치는 무한체인 1줄로 지면 및 지중을 굴착하는 구성이므로 투입되는 고화재와 흙이 잘 혼합되지 않아 지중에서 축조되는 벽체의 견고성에 손색이 있다.

또, 무한체인 1줄로 수직방향의 갱도 굴착과 옆 방향 이동을 겸하여 굴착하는 구성이므로, 굴착 시에 무한체인이 지중으로부터 받는 부하가 대단히 클 뿐만 아니라 공사 진척 속도도 느린 단점이 있다.

또, 일본국 공개특허 평성 11-71751호는 굴착 공에 크레인으로 승강 조작되는 교반기를 진입시키고, 소일 시멘트를 굴착 공에 주입하면서 교반기로 혼합하여 지중에 소일 시멘트 벽체가 축조되게 하는 방법을 개시하고 있으나, 이 방법은 미리 굴착 된 구멍에 교반기를 투입하여 시공하는 것이고, 또 교반기는 지면의 옆 방향으로 이동할 수 없는 것이기 때문에 지중에 연속하는 벽체를 신속하게 시공할 수 있는 기능은 가지고 있지 않다.

일본국 공개특허 2001-323456호에도 지중에 연속하는 벽체를 시공할 수 있는 장치가 개시되어 있다.

개시된 장치는, 신축 가능한 지주의 하단에 부착된 프레임으로 굴착 교반용 날이 무수히 달린 무한체인을 옆으로 나란하게 복수 조 배치하고, 또한 프레임의 내측에는 유체 토출구를 설치한 구성을 보여 주고 있다.

그러나 이러한 구성의 굴착 장치도 1줄의 무한체인에 의존하여 지면을 수직으로 굴착하고 옆 방향으로 이동하면서 지중에 벽체를 축조하는 장치이기 때문에 상술한 문제점, 즉 무한체인이 갱도 굴착과 옆 방향 굴착을 겸하게 되는 구성이기 때문에 굴착 시에 받는 부하가 크고, 이에 따라 공사 진척 속도가 느린 단점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2006-0001953호에 개시된 굴착 교반 장치는, 2개의 무 한체인을 쌍으로 대향 배치하여 놓고, 이들 무한체인을 상호 마주보는 방향으로 회전 구동시키게 되어 있어서, 굴착 되는 흙이 양 무한체인 사이를 통해 순환 배출되면서 상기 양 무한체인 사이로 비치된 고화재 주입장치를 통해 공급되는 고화재와 혼합되어 지중에 연속 벽이 축조되게 하는 구성으로 되어 있다.

이 장치는 상술한 1줄의 무한체인을 갖춘 구성에 비하여 지면 굴착 효과가 우수하다. 그러나 2줄의 무한체인을 대향 배치한 구성으로도 수직방향의 갱도 굴착을 순조롭게 할 수는 없는 것이므로, 여전히 지면에서의 부하가 크고 공사 진척속도가 느리다는 문제점은 해결하지 못하고 있다.

본 발명은 지면에 수직 갱도를 굴착하고 다시 옆 방향으로 이동하면서 굴착 되는 흙에 소일 시멘트, 벤토나이트 등의 고화재를 혼합시켜 지중에 연속 벽체를 축조함에 있어서, 상기 수직 갱도를 신속하게 굴착할 수 있는 구성을 갖춘 지중 벽체 시공 장치를 제공하여 공사의 진척 속도를 대폭 향상시키고자 함에 그 목적을 두고 있다.

상기의 목적을 구현하는 본 발명은 자주식 크레인의 마스트에 수직으로 승강 이동 가능하게 연결 관체를 배치하고, 이 연결 관체의 하단에는 외주에 커터 비트, 믹싱 바 등이 무수히 부착된 무한 체인이 설치된 마운팅 패널이 연결되어서 상기 체인의 회전 구동으로 지중을 굴착하고 옆 방향으로 이동하면서 연속으로 벽체를 타설할 수 있는 굴착 어셈블리로 이루어진 지중 벽체 시공 장치에 있어서, 상기 1 쌍의 마운팅 패널 사이에서 최하측에 대향 배치되어 지면에 수직 갱도를 굴착하게 되는 1쌍 2조의 하이드로릭 밀과, 상기 마운팅 패널의 사이에서 상기 체인을 2열로 순환 주행 가능하도록 1쌍 2조로 배치되는 종동 스프로켓과 구동 스프로켓, 및 상기 마운팅 패널의 내측에 설치되어서 상기 체인이 좌우로 흔들리지 않고 순환 주행하도록 지지하여 주는 가드를 갖춘 구성으로 된다.

또, 본 발명의 장치는 상술한 구성에서 상기 마운팅 패널의 내부에서 상기 2조로 대향 배치되는 하이드로릭 밀의 대치 간격이, 상기 2조로 배치되는 체인의 대치 간격보다 좁게 설정하여 놓는 것이 좋다.

또, 본 발명의 장치는 상술한 구성에서 상기 마운팅 패널의 내측에 2조로 배치되는 체인의 회전 속도 관계가, 진행 방향 앞쪽의 체인이 진행 방향 뒤쪽의 체인보다 빠르게 회전 구동하도록 설정하여 두는 것이 좋다.

이하 본 발명을 첨부 도면에 따른 바람직한 실시 예로서 상세히 설명한다.

본 발명에 관련된 장치는, 도 1의 도시와 같이 자주식 크레인(2)의 마스트(4)에 나란하게 수직으로 승강 이동할 수 있게 배치되는 연결 관체(6)의 하단에 부착되는 굴착 어셈블리(8)로 구성된다.

상기 자주식 크레인(2)은 통상의 크레인과 동일하게 자체 엔진의 힘으로 움직일 수 있는 것이면 무방하고, 연결 관체(6)는 굴착 깊이에 맞춰 연달아 접속 연결될 수 있는 구조의 것을 사용한다.

굴착 어셈블리(8)는 본 발명에 관련된 장치의 실체를 구성하는 것으로서, 도 2의 도시와 같이 스터드 볼트가 끼워져 연결되는 스터드 관체(9)를 사이에 두고 1 쌍의 마운팅 패널(10)이 대향 배치된 채로 고정된다.

이들 1쌍의 마운팅 패널(10) 사이에서 최하측에는 하이드로릭 밀(12)이 1쌍 2조로 배치되고, 또한 이에 인접한 위치에는 종동 스프로켓(14)과 구동 스프로켓(16)이 각각 1쌍 2조로 대향 설치되어서 그 외주로 걸쳐진 체인(18)을 순환 주행시키게 되어 있다.

체인(18)의 외주에는 지중 굴착을 위한 비트(20)와, 굴착 된 흙을 고화재와 혼합시키기 위한 믹싱 바(22)가 무수히 부착되고, 또한 상기 하이드로릭 밀(12)과 구동 스프로켓(16)에 동력으로서 유압을 공급하기 위한 유체 공급라인(24)이 한쪽 마운팅 패널(10)의 안쪽 면에 의지하여 부설된다.

상기 유체 공급라인(24)은 흙과 간섭되지 않도록 커버 등으로 격리시켜 보호받게 하는 것이 좋다.

하이드로릭 밀(12)은 그 내측에 위치하는 유압모터(26)에 의해 구동된다.

유압모터(26)의 출력 축(28)은 약간 큰 지름의 부싱 시트(280), 그리고 상기 하이드로릭 밀(12)의 중심 통공에 일치하는 외경의 휠 부착면(282)을 가진 형상으로 되어 있다.

상기 구동 스프로켓(16)도 마찬가지로 내측에 수용되는 유압모터(30)의 힘으로 회전 구동하게 되어 있고, 이 유압모터(30)의 출력 축(32)도 역시 상술한 하이드로릭 밀(12)의 유압모터(26)와 동일하게 부싱 시트(320), 구동 스프로켓(16)의 중심 통공에 일치하는 외경의 스프로켓 부착면(322)을 갖춘 형상으로 되어 있다.

두말할 것 없이, 상기 유체 공급라인(24)을 통해 공급되는 유압은 상기 유압 모터(26)(30)로 제공되어 이들을 회전 구동시키는 동력으로 된다.

본 발명에서, 상기 하이드로릭 밀(12)과 종동 스프로켓(14), 구동 스프로켓(16)은 1쌍을 동축상으로 배열하고 있어서 그 사이에는 부싱(34)이 개재되어 상기 부싱 시트(280)(320)에 의해 각각 회전 가능하게 지지되어 있다.

대향 배치되는 1쌍의 체인(18) 사이로는 연결 관체(6)의 하단부가 위치하여 종래의 장치에서와 동일하게 고화재를 주입시킬 수 있다.

도 3은 상기 하이드로릭 밀(12)이 부싱(34)을 개재하여 1쌍 2조로 배열된 예를 보여 주고 있다.

부싱(34)은 양측에 위치하는 하이드로릭 밀(12)의 내부에 설치되는 유압모터(26)의 부싱 시트(280)로 자유 접촉상태로 지지되는 것이므로 양 하이드로릭 밀(12)의 회전 구동에 장애를 유발하지 않는다.

또, 상기 하이드로릭 밀(12)은 유압모터(26)의 출력 축(28)에 형성된 휠 부착면(282)으로 고정 지지되는 것이므로 부싱(34)과는 아무런 관계없이 회전 구동하게 된다.

이와 같은 회전 구동 메커니즘은 1쌍 2조로 배치되는 상기 구동 스프로켓(16)에서도 동일하다.

도 4는 상술한 굴착 어셈블리(8)의 정면도로서, 본 발명에서는 하이드로릭 밀(12)의 대치 간격(W1)을 체인(18)의 대치 간격(W2)보다 좁게 설정하여, 상기 체인(16)으로 가해지는 부하의 영향을 줄이고 있다.

또 좁은 대치 간격(W1)으로 배치된 하이드로릭 밀(12)은 지면에서 수직 갱도 를 굴착할 때 넓은 범위로 파헤치게 되어 체인(18)이 지중으로 쉽게 진입할 수 있다.

또, 나란히 2줄로 배열되는 체인(18)의 순환 경로 상에 가드(36)가 배치될 수도 있다. 이 가드(36)는 체인(18)이 순환 구동 중에 좌우로 흔들리는 일이 없게 지지하고 안내하는 역할을 한다.

도 5는 상술한 구성의 본 발명 장치로 지중을 굴착하면서 벽체를 축조하는 예를 설명하는 개략도이다.

본 발명의 장치는 굴착 어셈블리(8)의 최하측에 위치하는 1쌍 2조의 하이드로릭 밀(12)이 상호 바깥쪽 방향으로 회전 구동하면서 지면에 대한 수직 갱도의 굴착을 담당하고, 또 1쌍 2조로 배치된 체인(18)은 구동 스프로켓(16)에 의해 상호 안쪽 방향으로 회전 구동하면서 지중의 옆 방향 굴착을 담당하게 된다.

이와 같이 하이드로릭 밀(12)과 체인(18)의 회전 방향을 반대로 설정한 이유는, 상기 하이드로릭 밀(12)에 의해 굴착 된 흙이 양 체인(18) 사이로 진입하여 지중의 옆 방향 굴착으로 파생되는 흙과 엉킴으로써 지중 벽체의 축조를 방해하는 일이 없게 하기 위함이다.

최하단부의 하이드로릭 밀(12)은 대상 지층에 수직 갱도를 굴착할 때에 체인(18)과는 달리 관입이 어려운 자갈층도 쉽게 관통하고, 단단한 지층까지 깊숙하게 굴착할 수 있어서 연속 벽의 하단을 지지층에 소켓-인(socket-in) 하기가 수월하다.

그리고 양 체인(18)의 배열 폭보다 넓은 범위로 굴착을 진행하게 되는 것이 므로 상기 체인(18)의 커터 비트 등이 지층에 수직방향으로 접촉하는 일이 없게 하여 보호해 주는 작용도 겸한다.

양 체인(18) 중에서 도면의 화살표 A로 나타낸 진행방향의 앞쪽으로 놓인 체인(18)은 원 지반 토를 굴착하고, 상하 지층 사이를 교반 하게 되므로 발생 되는 토사는 균질 한 혼합체로 되는 것이며, 또한 진행방향의 뒤쪽에 배치된 체인(18)은 굴착 교반 된 원 지반토의 토사에 연속 관체(6)를 통하여 주입되는 고화재를 고르게 혼합하여 전 지층이 고루 혼합된 상태의 균질 한 벽체로 형성되게 한다.

한편, 상기 양 체인(18)의 회전속도 관계는 진행방향의 앞쪽에 놓이는 체인(18)을 그 뒤쪽에 놓이는 체인(18)보다 2배속으로 회전하도록 설정하여 놓는 것이 바람직하며, 이렇게 해 놓으면 지중 벽면을 긁어 나오는 원 지반의 토사를 마운팅 패널(10)의 내부에서 고화재와 충분히 혼합되게 할 수 있다.

더 상세하게 설명하면, 본 발명에서 굴착 어셈블리(8)가 지중의 옆 방향으로 이동하면서 굴착할 때, 진행방향의 앞쪽 체인(18)에 의해 원 지반의 토사는 긁혀 나오는 즉시로 교반 되고, 그 일부는 체인(18)을 타고 마운팅 패널(10)의 내부로 진입하게 되고, 또 일부는 체인(18) 사이의 틈을 통해 진입하게 된다.

마운팅 패널(10)의 내부로 진입한 토사는 고화재와 혼합되면서 진행방향의 뒤쪽으로 토출되고, 그로 인하여 지중에 연속하는 벽체가 형성되는 것이다.

본 발명에서 고화재로는 생석회, 소일 시멘트, 벤토나이트 등을 사용할 수 있고, 강도가 요구되는 지중 연속 벽의 경우는 시멘트를, 또 차수가 목적인 경우는 벤토나이트를 주된 고화재로 사용한다.

본 발명의 장치에 따르면, 지중에 일정한 두께의 연속 벽을 시공할 수 있고, 물리적, 역학적 특성이 다른 지층을 수직방향에 따라 상하로 교반 하여 전 지층이 혼합된 균질 한 혼합체로 축조되며, 하부가 견고한 지지층으로 된 지형에서는 연속 벽의 하단을 지지층에 가깝게 끼워 넣어지도록 시공하여 상부의 하중이 지지층까지 전달되게 할 수 있다.

또, 모래층이나 폐기물 매립장의 경우와 같이 지하수, 침출수 등에 의한 지층의 유동을 막아 줄 필요가 있는 경우는 투수 계수가 낮은 견고한 지층까지 차단 벽으로 기능 하게 할 수 있으며, 지중에서 경사진 연속 벽으로의 시공도 가능하다.

본 발명이 특히 적합하게 이용될 수 있는 적지는, H빔 타설과 병행하여 가설 토류 벽 구조물에 적용할 수 있고, 연약지반의 지반 개량을 위한 격자형 시공에 적용 가능하고, 기존 하천 제방 등의 차수 벽 형성, 그리고 폐기물 처리장의 침출수 차단 벽, 연약지반의 절토 사면에 대한 연속된 경사 벽의 시공을 통한 보호 벽 타설 등이다.

본 발명의 적용 범위는 소일 시멘트에 의한 지중 연속 벽, 격자형 소일 시멘트 벽에 의한 지반 개량, 물막이벽, 굴착 사면의 안정화 등이며, 구체적인 실시 태양으로는 토류 임시시설, 연약지반의 지반 개량, 폐기물 매립장의 침출수 차단 벽, 연약지반 중에 타설되는 불 투수 차단 벽, 연약지반의 굴착 사면 벽면, 기존 다이크(dyke)의 불 투수 차단벽 등으로 정리될 수 있다.

Claims (3)

1. 자주식 크레인의 마스트에 수직으로 승강 이동 가능하게 연결 관체를 배치하고, 이 연결 관체의 하단에는 외주에 커터 비트, 믹싱 바 등이 무수히 부착된 무한 체인이 설치된 마운팅 패널이 연결되어서 상기 체인의 회전 구동으로 지중을 굴착하고 옆 방향으로 이동하면서 연속으로 벽체를 타설할 수 있는 굴착 어셈블리로 이루어진 지중 벽체 시공 장치에 있어서,

   상기 1쌍의 마운팅 패널 사이에서 최하측에 대향 배치되어 지면에 수직 갱도를 굴착하게 되는 1쌍 2조의 하이드로릭 밀과,

   상기 마운팅 패널의 사이에서 상기 체인을 2열로 순환 주행 가능하도록 1쌍 2조로 배치되는 종동 스프로켓과 구동 스프로켓, 및

   상기 마운팅 패널의 내측에 설치되어서 상기 체인이 좌우로 흔들리지 않고 순환 주행하도록 지지하여 주는 가드를 갖춘 구성으로 되어 있는 지중 벽체 시공 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 마운팅 패널의 내부에서 상기 2조로 대향 배치되는 하이드로릭 밀의 대치 간격이, 상기 2조로 배치되는 체인의 대치 간격보다 좁게 설정한 것을 특징으로 하는 지중 벽체 시공 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 마운팅 패널의 내측에 2조로 배치되는 체인은, 진 행 방향 앞쪽의 체인이 진행 방향 뒤쪽의 체인보다 빠르게 회전 구동하도록 설정한 것을 특징으로 하는 지중 벽체 시공 장치.

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