KR20070116448A - 네일 압력 그라우팅 팩커장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반 보강을 위해 천공후 네일을 삽입하고 압력 그라우팅할 수 있도록 하는 팩커장치에 관한 것으로서, 상기 천공홀에 삽입된 네일(17)의 외주면에 삽입되어 상기 네일(17)의 천공홀 입구측 선단에 네일고정핀(51)으로 고정된 중공형 파이프(50)와; 상기 중공형 파이프(50)의 좌측 외주면에 형성된 나사부(50a)에 나합된 스크류핸들(60)과; 상기 스크류핸들(60)의 측면이면서 상기 중공형 파이프(50)의 외주면에 위치한 케이싱 접속관(61)과; 상기 케이싱 접속관(61)에 일측단이 연결되어 내부에 중공형 파이프(50)를 수용하는 중공형의 케이싱(62)과; 상기 중공형의 케이싱(62)의 타측단에 케이싱 단부링(71)을 매개로 연결되고, 그 중간 및 외측단에 가이드링(72)이 밀착 연결된 다수의 고무튜브(70)와; 상기 고무튜브(70)의 외측단에 연결됨과 동시에 상기 중공형 파이프(50)의 천공홀 내부측에 위치하는 단부 외주면에 나사 결합된 단부어댑터(80)로 구성된 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성된 본 발명은 네일이 삽입된 천공홀을 팩커로 패킹하는데 있어서, 팩커를 반복하여 재사용이 가능하고, 그라우팅시는 네일링 홈 내를 여러 번 재주입하여 완벽한 충진이 가능하며, 연암 이상의 양호한 지반에서는 팩커 전체 크기가 1m 이내로 작게 만들 수 있어서 작업이 용이하다. 압력 그라우팅의 비용을 현격히 줄이므로써, 연암 이상의 지반에서 불연속면의 맥상 그라우팅을 시도할 수 있게 되었다.

Description

네일 압력 그라우팅 팩커장치 및 그 시공방법{Packer apparatus for nail pressure grouting and construction method thereof}

도1은 본 발명의 고무튜브형 네일이 삽입된 팩커를 도시한 단면도,

도2는 본 발명의 고무튜브형 네일이 삽입된 팩커의 외부부품인 케이싱을 도시한 단면도,

도3a는 본 발명의 고무튜브형 팩커의 내부부품인 중공 파이프를 도시한 단면도,

도3b는 본 발명의 에어튜브형 팩커의 내부부품인 중공파이프를 도시한 단면도,

도4는 본 발명의 고무튜브형 팩커가 팽창하기 전 상태를 도시한 단면도,

도5는 본 발명의 고무튜브형 팩커가 팽창한 후의 상태를 도시한 단면도,

도6a는 도4의 A부를 상세히 도시한 분해단면도 및 각 측면도,

도6b는 도4의 B부를 상세히 도시한 분해단면도 및 각 측면도,

도6c는 도4의 C부를 상세히 도시한 분해단면도 및 각 측면도,

도6d는 도4의 D부를 상세히 도시한 분해단면도 및 각 측면도,

도6e는 도4의 E부를 상세히 도시한 분해단면도 및 각 측면도,

도7은 종래의 케이싱과 고무튜브형 팩커를 이용한 다단그라우팅장치를 개략 적으로 도시한 측단면도,

도8은 도7의 A-A의 단면을 나타낸 도면,

도9a는 종래의 케이싱에 개방부가 형성되어 있는 것을 도시한 도면,

도9b는 종래의 케이싱에 개방부가 입구의 일부에만 형성되어 있는 것을 개략적으로 도시한 도면,

도10은 도7의 고무튜브형 팩커와 케이싱이 부착되어 있는 것을 도시한 B-B단면도,

도11은 도7의 고무튜브형 팩커가 주변지반과 밀착되어 있는 구조를 도시한 C-C단면도,

도12는 종래의 또 다른 팩커 장치를 도시한 단면도,

도13은 종래의 또 다른 팩커 장치를 도시한 일부 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

17 : 네일 50 : 중공형 파이프

51 : 네일고정핀 52 : 마개

53 : 고정핸들 54 : 그라우트 주입관

55 : 케이싱 고정링 60 : 스크류핸들

61 : 케이싱 접속관 62 : 중공형의 케이싱

70 : 고무튜브 71 : 케이싱 단부링

72 : 가이드링 80 : 단부어댑터

81 : 스토퍼링 82 : 잠금볼트

83 : 연결니플 84 : 어댑터

90 : 베어링 91 : 스페이서

101 : 에어호스 102 : 에어튜브형 팩커

본 발명은 네일 압력 그라우팅 팩커장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 가압 그라우팅이 필요한 소일 네일링을 할 경우, 입구부만 패킹을 하여 가압그라우팅을 손쉽게 할 수 있도록 한 네일 압력 그라우팅 팩커장치 및 그 시공방법에 관한 것이다.

도7은 종래의 케이싱과 고무튜브형 팩커를 이용한 다단그라우팅장치를 개략적으로 도시한 측단면도이며, 도8은 도7의 A-A의 단면을 나타낸 도면이고, 도9a는 종래의 케이싱에 개방부가 형성되어 있는 것을 도시한 도면이며, 도9b는 종래의 케이싱에 개방부가 입구의 일부에만 형성되어 있는 것을 개략적으로 도시한 도면이고, 도10은 도7의 고무튜브형 팩커와 케이싱이 부착되어 있는 것을 도시한 B-B단면도이고, 도11은 도7의 고무튜브형 팩커가 주변지반과 밀착되어 있는 구조를 도시한 C-C단면도이다.

상기 도7, 도8, 도9a, 도9b, 도10 및 도11에서 도시된 바와 같이, 터널, 사면 및 지반을 보강하는 그라우팅장치에 있어서, 길이 방향으로 일부가 개방된 개방부(13)가 형성된 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10) 내에 중앙에 길이 방향으로 삽입 되고, 다수의 센터라이저(도시안됨)가 일정 간격으로 삽입된 네일(17)과, 상기 케이싱(10)내에 그라우트재를 주입하기 위한 그라우팅 주입관(15)과, 상기 그라우팅 주입관(15)의 선단부에 장착되어 주입된 그라우트재의 역류를 방지하는 고무튜브형 팩커(20)와, 상기 케이싱(10) 내에 길이 방향으로 삽입된 가압호스(25) 및 디스챠지 파이프(30)로 구성되어 있다.

상기 종래 공법은 다단 그라우팅을 할 수 있는 장치를 전제로 개발 된 것이나, 압력 네일링 공법은 1m~2m 간격으로 조밀하게 네일을 설치하는 경우는 인접한 네일끼리 반복그라우팅을 하는 효과에 의해서 다단 그라우팅의 필요성이 없게 되어 입구만 간단히 팩킹을 하는 공법이 필요하게 되었다.

또한 종래의 공법이 그라우팅 주입관(15)과 가압호스(25) 디스챠지파이프로 구성되어 파이프가 서로 간섭되고 복잡하여 작업이 매우 어려웠다.

도12 및 도13은 종래의 또 다른 팩커 장치를 도시한 단면도 및 일부 사시도로서, 상기한 도12 및 도13의 그라우팅 장치는 네일(17)을 천공홀에 삽입후 패커충진호스(40)를 통하여 우레탄을 네일링 입구에 발포하여 패킹을 하고, 그라우팅 주입관(15)을 통하여 그라우팅을 하였다. 이 공법은 패킹 비용이 비싸고 그라우트재가 재료 분리에 의해 물이 분리되어 홈내에 공간을 형성하여도 이 공간을 채우기 위한 재주입이 불가하고, 균열이 많은 지반에서는 그라우팅시 압이 차지 않고 계속 주입이 될 때가 있다. 이 때에는 그라우팅을 멈춘 후, 시간 경과후 재주입을 하여야 하나, 불가능하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 가압 그라우팅이 필요한 소일 네일링을 할 경우, 입구부만 패킹을 하여 가압그라우팅을 손쉽게 할 수 있도록 한 네일 압력 그라우팅 팩커장치 및 그 시공 방법을 제공하는 데 있다.

따라서, 상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 그라우팅 장치를 간단하고 견고하게 만들고자 그라우팅 호스를 생략하고 네일의 직경보다 큰 내경을 가지는 중공파이프 내에 네일이 삽입될 수 있도록 형성되고, 그 직경 차이에 의한 틈으로 그 라우팅 액이 흐르도록 구성하였다. 이와 같은 본 발명에 따른 네일 압력 그라우팅 팩커장치는, 천공홀에 삽입된 네일의 외주면에 삽입되어 상기 네일의 천공홀 입구측 선단에 네일고정핀으로 고정된 중공형 파이프와; 상기 중공형 파이프의 좌측 외주면에 형성된 나사부에 나합된 스크류핸들과; 상기 스크류핸들의 측면이면서 상기 중공형 파이프의 외주면에 위치한 케이싱 접속관과; 상기 케이싱 접속관에 일측단이 연결되어 내부에 중공형 파이프를 수용하는 중공형의 케이싱과; 상기 중공형의 케이싱의 타측단에 케이싱 단부링을 매개로 연결되고, 그 중간 및 외측단에 가이드링이 밀착 연결된 다수의 고무튜브와; 상기 고무튜브의 외측단에 연결됨과 동시에 상기 중공형 파이프의 천공홀 내부측에 위치하는 단부 외주면에 나사 결합된 단부어댑터로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 고무튜브형 네일이 삽입된 팩커를 도시한 단면도이고, 도2 는 본 발명의 고무튜브형 네일이 삽입된 팩커의 외부부품인 케이싱을 도시한 단면도이며, 도3a는 본 발명의 고무튜브형 팩커의 내부부품인 중공 파이프를 도시한 단면도이며, 도3b는 본 발명의 에어튜브형 팩커의 내부부품인 중공파이프를 도시한 단면도, 도4는 본 발명의 팩커가 팽창하기 전 상태를 도시한 단면도이며, 도5는 본 발명의 팩커가 팽창한 후의 상태를 도시한 단면도이며, 도6a 내지 도6e는 도4의 A, B, C, D 및 E부를 상세히 도시한 분해단면도 및 각 측면도이다.

상기한 도면에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 팩커장치는, 천공홀에 삽입된 네일(17)의 외주면에 삽입되어 상기 네일(17)의 천공홀 입구측 선단에 네일고정핀(51)으로 고정된 중공형 파이프(50)와; 상기 중공형 파이프(50)의 좌측 외주면에 형성된 나사부(50a)에 나합된 스크류핸들(60)과; 상기 스크류핸들(60)의 측면이면서 상기 중공형 파이프(50)의 외주면에 위치한 케이싱 접속관(61)과; 상기 케이싱 접속관(61)에 일측단이 연결되어 내부에 중공형 파이프(50)를 수용하는 중공형의 케이싱(62)과; 상기 중공형의 케이싱(62)의 타측단에 케이싱 단부링(71)을 매개로 연결되고, 그 중간 및 외측단에 가이드링(72)이 밀착 연결된 다수의 고무튜브(70)와; 상기 고무튜브(70)의 외측단에 연결됨과 동시에 상기 중공형 파이프(50)의 천공홀 내부측에위치하는 단부 외주면에 나사 결합된 단부어댑터(80)로 구성된다.

상기 스크류핸들(60)과 케이싱 접속관(61)의 사이에는 고리 형상의 베어링(90)을 사이에 두고, 양측면에 한 쌍의 스페이서(91)가 삽입되어 있다. 상기 중공형 파이프(50)의 천공홀 입구측 단부는 마개(52)로 커버되고, 비스듬하게 고정핸 들(53)이 중공형 파이프(50)의 일측 외주면에 형성되어 있으며, 상기 고정핸들(53)과 대향되는 타측 외주면에는 그라우트 액을 주입하는 주입호스가 연결된 그라우트 주입관(54)이 연결되어 있다. 상기 중공형 파이프(50)의 외주면에는 다수개의 케이싱 고정링(55)이 설치되어 상기 중공형의 케이싱(62)과의 사이 간격을 일정하게 센터라이징하는 역할을 한다.

상기 단부어댑터(80)는 천공홀 내에 삽입된 내측 단부에 스토퍼링(81)과 잠금볼트(82) 및 주입호스를 연결하는 연결니플(83)이 삽입된 어댑터(84)로 구성되고, 상기 어댑터(84)의 일측단 내측홀은 그 내경이 좁아지는 형상으로 형성되어 천공홀 내에 주입된 그라우트가 역류하지 않도록 하는 것이다.

다음에 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 팩커장치의 작용 및 효과를 설명한다.

팩커인 상기 고무튜브(70)는 원통형의 고무로서, 중공형 파이프(50) 외부에 설치되고, 케이싱 단부링(71)과 가이드링(72)을 이용하여 압축시키면 고무의 직경 방향으로 부풀게 된다. 이 때의 하나의 고무튜브(70)의 직경과 길이의 비는 1:1.4 ~ 1:1.8 정도인 바, 튜브의 외경 95mm, 내경은 50mm, 길이는 140mm의 크기로 만들어진다.

상기 고무튜브(70)는 풍화암에서 경암 사이에 주로 팩커로서 사용된다.

상기에서는 고무튜브(70)로 된 팩커에 대하여만 설명하였지만, 팩커로서 고무튜브(70) 대신 에어팩커인 것도 본 발명의 개념에 포함된다. 이러한 에어팩커는 두꺼운 고무막으로 형성된 원통형의 튜브 내부에 에어를 주입하여 부피를 팽창시키 며, 직경의 팽창은 1.5~2.5배까지 가능하다. 팽창률이 크기 때문에 소성변형의 염려가 있는 토사지반에서 효과적이다. 팩커의 길이는 50cm 또는 100cm의 두 종류가 많이 쓰인다.

에어팩커의 구성의 자세히 설명하면, 본 기술의 요지인 네일을 삽입하여 그라우팅 할 수 있는 중공형 파이프(도3a)와 (도3b) 에어팩커형과 같이 구성된다.

도3b에 도시된 바와 같이, 중공형 파이프의 외주면에 에어튜브형 팩커(102)를 삽입장치하고 에어튜브형 팩커(102) 우측으로는 스토퍼링과 케이싱 단부링을 매개로 하여 중공형 파이프 손잡이까지 케이싱이 장착되고 케이싱과 중공 파이프 사이를 에어호스(101)가 에어튜브형 팩커(92)에 연결된다.

에어 팩커의 작동을 에어 호스로 공기를 주입하거나 물을 주입하여 부풀려지게 된다.

상기 고무튜브(70)형 팩커와 에어팩커에 있어서, 중공형 파이프(50)를 팩커의 중공부에 삽입하고 중공형 파이프(50)의 직경은 네일(17)의 직경보다 될 수 있는 한 큰 직경으로 하고, 그 내부에 네일(17)을 삽입하여 네일고정핀(51)으로 고정하고 중공형 파이프(50)에 그라우팅 주입호스를 연결하여 그라우팅시 그라우트 액은 중공형 파이프(50)와 네일(17) 사이로 흐르고, 중공형 파이프(50)의 일단에는 내경이 테이퍼진 어댑터(84)에 의해 중공형 파이프(50)의 선단 쪽을 막아서 어댑터(84)에 달린 연결니플(83)로 그라우트 액이 유도되어 그라우팅 호스로 흐르도록 한다.

상기 네일고정핀(51)은 두부가 나비모양의 볼트로서 중공형 파이프(50) 내부 로 삽입된 네일(17)을 고정하는 역할과 압력 그라우팅후 압력이 소산될 때까지 방치후 압력의 소산여부를 확인하기 위한 것으로, 네일고정핀(51)을 해체하여 오버플로우 발생여부로 확인하게 된다.

상기 중공형 파이프(10)의 주입호스 연결 끝은 마개(52)가 형성 삽입되고 마개(52) 내부는 고무링(도시안됨)이 삽입되어 그라우트 액의 누수를 방지하고, 마개(52)는 마개 고정장치에 마개에 형성된 홈과 결합하여 연결된다.

중공형 파이프(50)는 취급이 용이하도록 중공형 파이프의 끝에 고정핸들(53)을 설치하고, 고무튜브형 팩커(70)를 잠글 때는 고정핸들(53)을 잡고 스크류핸들(60)을 돌리면 된다.

중공형 파이프(50)의 선단에 어댑터(84)는, 내부가 테이퍼진 것으로 네일(17)에 고무테이프를 2회 정도 감고 꽉 조이면서 잠그면 그라우트 액이 네일(17)을 타고 흐르지 않도록 되며, 우회되어 그라우트 호스를 연결하는 연결니플(83)로 그라우트 액이 흐르게 되며, 그라우트 액은 네일(17)의 선단까지 연결되어 끝단에서부터 충진되어 그라우팅되도록 구성되었다.

상기 중공형 파이프(50)에 삽입된 고무튜브(70)형 팩커장치는 케이싱 단부링(71)과 가이드링(72)으로 압축하는 장치로서, 고무튜브형 팩커의 외경보다 직경이 미소하게 크거나 같은 크기의 중공형의 케이싱(62)으로 나사 스크롤에 의해 스크류핸들(60)을 돌림에 의해 밀거나 풀어서 케이싱 단부링(71)을 작동하게 하여 팩커 역할을 하게 하는 것으로, 팩커의 자밍을 방지해주며, 상기 케이싱(62)이 고무튜브형 팩커를 길이 방향으로 압축시키는 역할을 하며, 공벽을 보호해 주는 역할을 한다.

네일(17) 압력 그라우팅 팩커 전체의 길이는 연약지반에서는 최대 1.7m에서 보통 암지반에서는 0.5m 까지 짧게 하여도 원지반이 원뿔형으로 파괴되는 일은 없다.

본 발명의 팩커장치는 반복주입과 5-7kg/㎠의 저압력으로 반복압력을 가하여 맥상그라우팅을 할 수 있다. 맥상 그라우팅은 지반 내 맥상의 틈으로 시멘트밀크를 투입하는 공법으로, 지반 내 틈이 클 경우는 압력이 발생하지 않고 무한히 주입되므로 그라우팅 액이 응결되는 시간(겔 타임)을 고려하여 겔 타임 동안 주입을 멈추거나 팩커를 제거했다가 천공입구부에 팩커를 재설치하여, 재주입함으로써 그라우팅 품질 향상이 가능하다. 종래의 강관다단 그라우팅은 천공홀 내의 관외부에 실링을 하여 그라우팅시에 그라우트 압력이 15kg/㎠ 이상의 압력이 되어야만 실링을 뚫고, 그라우팅이 되므로 갑작스럽게 압력이 원지반 사면에 작용하여 지반 변형이 될 수 있어 사면파괴를 유발할 수 있으나, 본 발명의 팩커는 저압(5-7kg/㎠)으로 압을 유지하면서 맥상그라우팅이 가능하다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 팩커장치에 의하면, 네일이 삽입된 천공홀을 팩커로 패킹하는데 있어서, 팩커를 반복하여 재사용이 가능하고, 그라우팅시는 네일링 홈 내를 여러 번 재주입하여 완벽한 충진이 가능하며, 연암 이상의 양호한 지반에서는 팩커 전체 크기가 1m 이내로 작아서 작업이 쉽다. 압력 그라우팅의 비용을 현격히 줄임으로써, 연암 이상의 지반에서 불연속면의 맥상 그라우팅을 시 도할 수 있게 되었다.

토사지반에서는 중공파이프 외주면에 에어튜브형 팩커를 장착하여 1.5~2.5배의 직경으로 에어튜브형 팩커의 부풀림이 가능해져 압력 그라우팅이 가능하게 되었다.

Claims (6)

1. 지반 보강을 위해 지반을 천공한 후 네일을 삽입하고 압력 그라우팅을 할 수 있도록 하는 네일 압력 그라우팅 팩커장치에 있어서,

   상기 천공홀에 삽입된 네일(17)의 외주면에 삽입되어 상기 네일(17)의 천공홀 입구측 선단에 네일고정핀(51)으로 고정된 중공형 파이프(50)와;

   상기 중공형 파이프(50)의 좌측 외주면에 형성된 나사부(50a)에 나합된 스크류핸들(60)과;

   상기 스크류핸들(60)의 측면이면서 상기 중공형 파이프(50)의 외주면에 위치한 케이싱 접속관(61)과;

   상기 케이싱 접속관(61)에 일측단이 연결되어 내부에 중공형 파이프(50)를 수용하는 중공형의 케이싱(62)과;

   상기 중공형의 케이싱(62)의 타측단에 케이싱 단부링(71)을 매개로 연결되고, 그 중간 및 외측단에 가이드링(72)이 밀착 연결된 다수의 고무튜브(70)와;

   상기 고무튜브(70)의 외측단에 연결됨과 동시에 상기 중공형 파이프(50)의 천공홀 내부측에 위치하는 단부 외주면에 나사 결합된 단부어댑터(80)로 구성된 것을 특징으로 하는 팩커장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스크류핸들(60)과 케이싱 접속관(61)의 사이에는 고리 형상의 베어링(90)을 사이에 두고, 양측면에 한 쌍의 스페이서(91)가 삽입된 것을 특징으로 하는 팩커장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 중공형 파이프(50)의 천공홀 입구측 단부는 마개(52)로 커버되고, 비스듬하게 고정핸들(53)이 중공형 파이프(50)의 일측 외주면에 형성되어 있으며, 상기 고정핸들(53)과 대향되는 타측 외주면에는 그라우팅액을 주입하는 주입호스가 연결된 그라우트 주입관(54)이 연결되며, 상기 중공형 파이프(50)의 외주면에는 다수개의 케이싱 고정링(55)이 설치되어 상기 중공형의 케이싱(62)과의 사이 간격을 일정하게 센터라이징하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 팩커장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 단부어댑터(80)는 천공홀 내에 삽입된 내측 단부에 스토퍼링(81)과 잠금볼트(82) 및 주입호스를 연결하는 연결니플(83)이 삽입된 어댑터(84)로 구성되고, 상기 어댑터(84)의 일측단 내측홀은 그 내경이 좁아지는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 팩커장치.
5. 지반 보강을 위해 지반을 천공한 후 네일을 삽입하고 압력 그라우팅을 할 수 있도록 하는 네일 압력 그라우팅 팩커장치에 있어서,

   상기 천공홀에 삽입된 네일(17)의 외주면에 삽입되어 상기 네일(17)의 천공홀 입구측 선단에 네일고정핀(51)으로 고정된 중공형 파이프(50)와;

   상기 중공형 파이프(50)의 좌측 외주면에 형성된 나사부(50a)에 나합된 스크류핸들(60)과;

   상기 스크류핸들(60)의 측면이면서 상기 중공형 파이프(50)의 외주면에 위치한 케이싱 접속관(61)과;

   상기 케이싱 접속관(61)에 일측단이 연결되어 내부에 중공형 파이프(50)를 수용하는 중공형의 케이싱(62)과;

   공벽보호용 중공형의 케이싱(62)과 중공형 파이프(50)의 사이로 에어호스(101)를 연결하여 유체로서 가압할 수 있도록 연결된 에어튜브형 팩커(102)와;

   상기 에어튜브형 팩커(92)의 외측단에 연결됨과 동시에 상기 중공형 파이프(50)의 천공홀 내부측에 위치하는 단부 외주면에 나사 결합된 단부어댑터(80)로 구성된 것을 특징으로 하는 팩커장치.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,

   상기 팩커장치로 맥상그라우팅 시 그라우트 액의 반복 주입과 5 내지 7㎏/㎠의 반복압력을 가하는 것을 특징으로 하는 네일 압력 그라우팅용 시공방법.

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