KR20080107618A

KR20080107618A - 패커장치 및 이를 이용한 소일 네일링 시공방법

Info

Publication number: KR20080107618A
Application number: KR1020070055586A
Authority: KR
Inventors: 최경집
Original assignee: 주식회사 지오텍코리아
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2008-12-11

Abstract

본 발명은 패커장치 및 이를 이용한 소일 네일링 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 가압식 소일 네일링 시공 후에 천공홀로부터 인출하여 반복적으로 사용할 수 있는 패커장치 및 이를 이용한 소일 네일링 시공방법에 관한 것이다.

패커, 소일 네일링

Description

패커장치 및 이를 이용한 소일 네일링 시공방법{Packer apparatus, and construction methods for soil nailing using the same}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패커장치를 나타낸 분해 사시도.

도 2는 도 1의 패커장치를 나타낸 정면도.

도 3은 도 1의 패커장치를 나타낸 종단면도.

도 4는 도 1의 패커장치를 나타낸 종단면도로서, 패커부가 압축된 상태를 나타낸 도면.

도 5는 도 1의 패커장치가 천공홀에 설치된 것을 나타낸 단면도.

도 6은 도 1의 패커장치가 천공홀에 설치된 것을 나타낸 단면도로서, 패커부가 압축된 상태를 나타낸 도면.

도 7은 도 1의 패커장치가 천공홀에 설치된 것을 나타낸 단면도로서, 천공홀에 그라우팅액이 주입된 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 보강재 20 : 패커부

30 : 삽입평판 60 : 결합부

100 : 패커장치

일반적으로, 소일 네일링(soil nailing) 공법은 지반에 네일을 삽입하고 그라우팅을 실시하여 지반의 전단 저항력과 네일의 인발 저항력을 활용하는 지반 보강공법이다. 소일 네일링 공법은 절취사면 또는 굴착면에 대한 유연한 지보 등을 목적으로 널리 사용되고 있다.

소일 네일링 공법에는 중력식과 가압식이 있다.

중력식은 천공홀을 굴착한 후 보강재를 삽입하고 그라우팅액을 주입하는 것으로서, 그라우팅액 주입시에 별도의 압력을 가하지 않는 공법이다. 중력식 소일 네일링 공법은 지반보강 효과가 명확히 규명되어 있지 않고, 수축현상을 보완하기 위하여 3회 이상 반복하여 그라우팅 공정을 실시하여야 하므로 번거롭고 시공기간이 길어져 시공성이 저하되며, 지반 보강체에 구조적인 결함을 유발시킬 수 있다는 문제점을 가지고 있다.

가압식은 그라우팅액 주입시에 소정의 압력을 가하는 공법이다. 가압식은 천공홀의 입구를 패커 등을 이용하여 밀폐하고 소정의 압력을 가하여 그라우팅액을 천공홀에 주입함으로써 정착부의 유효직경 및 마찰 저항력을 증가시킬 수 있다. 가압식은 마찰 저항력이 그라우팅 주입 압력에 비례하여 선형적으로 증대하기 때문에 중력식에 비하여 그 효과가 뛰어나다는 장점이 있다.

가압식 소일 네일링 공법은 대한민국 등록특허 제493927호, 등록실용신안 제344956호 등에 그 구성이 개시되어 있다. 가압식 소일 네일링 공법은 천공홀에 보강재를 삽입하고 천공홀의 입구를 밀폐시킨 후, 그라우팅액을 압력을 가하면서 주입한다.

천공홀을 밀폐시키기 위해서는 패커가 사용되는데, 패커는 천공홀에 삽입된 후, 발포우레탄 약액(급결성 팽창제) 또는 시멘트 밀크(그라우팅액)에 의하여 팽창됨으로써 천공홀을 밀폐시킨다. 상기 패커는 발포우레탄 약액(급결성 팽창제) 또는 시멘트 밀크(그라우팅액)에 의하여 팽창된 후 원상회복 즉, 수축될 수 없기 때문에 재사용될 수가 없고 천공홀에 삽입된 채로 지반에 매설된다. 즉, 상기 패커는 재사용될 수 없다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가압식 소일 네일링 시공 후에 천공홀로부터 인출하여 반복적으로 사용할 수 있는 패커장치 및 이를 이용한 소일 네일링 시공방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 재사용이 가능한 패커장치는, 압축력에 의하여 횡방향으로 팽창하는 패커부와, 패커부에 압축력을 가하는 압축부;를 구비하고, 패커부는, 보강재가 삽입될 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 관통공; 천공홀 내부의 공기가 빠져나올 수 있도록 종방향 으로 관통되어 형성된 제1 배기공; 천공홀 내부로 그라우팅 액을 주입할 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 주입공; 및 압축부의 연결부재가 삽입될 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 연결공;을 구비하고, 압축부는, 제1 관통공과 연통되는 제2 관통공, 제1 배기공과 연통되는 제2 배기공, 제1 주입공과 연통되는 제2 주입공, 및 제1 연결공과 연통되는 제2 연결공이 각각 형성되고, 패커부를 가압할 수 있도록 연결부재와 수직으로 결합되는 제1 압축평판; 제1 연결공에 삽입되고, 패커부의 길이보다 긴 길이를 가지며, 외주면에 나사산이 형성된 연결부재; 연결부재의 끝단에 설치되고, 내주면에 상기 나사산과 형합되는 나사산이 형성된 너트부재; 및 패커부를 가압할 수 있도록 연결부재와 수직으로 결합되며, 제1 관통공과 연통되는 제3 관통공, 제1 배기공과 연통되는 제3 배기공, 제1 주입공과 연통되는 제3 주입공이 각각 형성된 제2 압축평판;을 구비한다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 재사용이 가능한 패커장치는, 압축력에 의하여 횡방향으로 팽창하는 패커부와, 패커부에 압축력을 가하는 압축부;를 구비하고, 패커부는, 보강재가 삽입될 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 관통공; 천공홀 내부의 공기가 빠져나올 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 배기공; 천공홀 내부로 그라우팅 액을 주입할 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 주입공; 및 압축부의 연결부재가 삽입될 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 연결공;을 구비하고, 압축부는, 제1 연결공에 삽입되고, 패커부의 길이보다 긴 길이를 가지며, 외주면에 나사산이 형성된 연결부재; 및 연결부재의 양쪽 끝단에 설치되고, 내주면에 상기 나사산과 형합되는 나사산이 형성된 너트부재;를 구비한다.

바람직하게, 적어도 두 개 이상의 패커부가 연결부재에 의하여 서로 연결된다.

바람직하게, 상기 패커장치는, 패커부와 패커부 사이에 설치되고, 제1 관통공과 연통되는 제4 관통공, 제1 배기공과 연통되는 제4 배기공, 제1 주입공과 연통되는 제4 주입공, 제1 연결공과 연통되는 제4 연결공이 각각 형성된 삽입 평판을 구비한다.

본 발명의 다른 측면인 소일 네일링 시공방법은, (a) 지반에 천공홀을 굴착하는 단계; (b) 패커장치의 제1 관통홀에 보강재를 설치한 후, 패커장치를 천공홀에 삽입하는 단계; (c) 너트부재를 회전시켜 패커부가 횡방향으로 팽창되도록 하여 패커부가 천공홀의 내벽에 밀착되어 고정되도록 하고 보강재가 패커부에 의하여 고정되도록 하는 단계; (d) 제1 주입공을 통하여 그라우팅액을 천공홀에 주입하고 천공홀 내부의 공기는 제1 배기공을 통하여 외부로 배출하는 단계; (e) 제1 배기공을 통하여 그라우팅액이 배출되기 시작하면 배기밸브를 닫은 후, 미리 정해진 압력이 될 때까지 그라우팅액을 계속 주입하는 단계; 및 (f) 그라우팅액을 주입한 후, 미리 정해진 시간이 경과되면 너트부재를 풀어 패커부가 원래의 상태로 복원되도록 하고 패커장치를 천공홀 외부로 인출하는 단계;를 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패커장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 상기 패커장치를 나타낸 정면도이며, 도 3은 상기 패커장치를 나타낸 종단면도이다.

도면을 참조하면, 패커장치(100)는 압축력에 의하여 횡방향으로 팽창하는 패커부(20)와, 패커부(20)에 압축력을 가하는 압축부(60)를 구비한다.

패커부(20)는 보강재(10)가 삽입될 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 관통공(21)과, 천공홀 내부의 공기가 빠져나올 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 배기공(22)과, 천공홀 내부로 그라우팅 액을 주입할 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 주입공(23) 및, 압축부(60)의 연결부재(69)가 삽입될 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 연결공(24)을 구비한다. 한편, 본 명세서에서 종방향이라 함은 연결부재(69)가 삽입되는 방향을 뜻하고, 횡방향이라 함은 종방향과 수직을 이루는 방향을 뜻한다.

패커부(20)는 천공홀과 대응되는 형상 예를 들면, 원통형상을 가진다. 패커부(20)는 압축력에 의하여 팽창할 수 있는 재질, 예를 들면 고무로 이루어진다. 또 한, 패커부(20)는 팽창에 의하여 천공홀에 긴밀하게 접촉될 수 있는 크기와 형상을 가진다.

제1 관통공(21)에는 보강재(10)가 삽입된다. 보강재(10)로는 이형철근이 사용될 수 있다.

제1 배기공(22)은 천공홀 내부의 공기가 외부로 배출되는 통로이고, 제1 주입공(23)은 그라우팅액이 천공홀에 주입되는 통로이다. 그라우팅액은 펌프 등에 의하여 소정 압력으로 천공홀에 주입된다. 도면에서 제1 주입공(23)은 3개가 형성되어 있으나, 제1 주입공(23)의 개수는 그라우팅액의 양 등을 고려하여 적절히 증감될 수 있다.

제1 주입공(23)을 통하여 그라우팅액이 주입되면 천공홀 내부의 공기는 외부로 배출된다. 그라우팅액이 천공홀에 완전히 충진되면 제1 배기공(22)을 통하여 그라우팅액이 배출되기 시작하는데, 이 때 배기밸브(66)를 닫고 그라우팅액을 천공홀에 계속 주입하면 그라우팅액이 천공홀 주위의 지반 속으로 침투하게 된다. 그라우팅액이 천공홀 주위의 지반 속으로 침투하게 되면 저항 마찰력이 증대하기 때문에 지반 보강의 효과가 그만큼 커진다.

제1 연결공(24)은 압축부(60)의 연결부재(69)가 관통되도록 형성된다. 도면에서 제1 연결공(24)은 네 개가 형성되어 있으나, 제1 연결공(24)의 개수는 연결부재(69)의 개수에 따라 증감된다. 따라서, 제1 연결공(24)의 개수는 패커부(20)에 인가하고자 하는 압축력의 크기, 패커부(20)의 재질 등을 고려하여 정해진다.

압축부(60)는 패커부(20)의 일측면에 설치되는 제1 압축평판(65)과, 패커 부(20)의 타측면에 설치되는 제2 압축평판(61)과, 제2 압축평판(61)에 설치된 연결부재(69) 및, 연결부재(69)에 체결되는 너트부재(68)를 구비한다.

제1 압축평판(65)은 제1 관통공(21)과 연통되는 제2 관통공(65a), 제1 배기공(22)과 연통되는 제2 배기공(65b), 제1 주입공(23)과 연통되는 제2 주입공(65c), 및 제1 연결공(24)과 연통되는 제2 연결공(65d)을 각각 구비한다. 제1 압축평판(65)은 패커부(20)를 효과적으로 가압할 수 있도록 너트부재(68)에 의하여 연결부재(69)와 수직으로 결합된다.

제2 압축평판(61)은 패커부(20)를 가압할 수 있도록 연결부재(69)와 수직으로 결합되며, 제1 관통공(21)과 연통되는 제3 관통공(61a), 제1 배기공(22)과 연통되는 제3 배기공(61b), 제1 주입공(23)과 연통되는 제3 주입공(61c)을 각각 구비한다.

연결부재(69)는 제1 연결공(24)에 삽입되고, 패커부(20)의 길이보다 긴 길이를 가지며, 제2 압축평판(61)에 수직으로 설치된다. 연결부재(69)의 외주면에는 나사산이 형성된다. 연결부재(69)의 개수는 패커부(20)에 인가하고자 하는 압축력의 크기와 패커부(20)의 재질 등을 고려하여 적절하게 증감될 수 있다.

연결부재(69)가 제1 연결공(24)에 삽입되면 제1,2,3 관통공(21)(65a)(61a)이 서로 연통되고, 제1,2,3 배기공(22)(65b)(61b)이 서로 연통되며, 제1,2,3 주입공(23)(65c)(61c)이 서로 연통되고, 제1,2 연결공(24)(65d)이 서로 연통된다. 따라서, 보강재(10)가 패커부(20)와 제1,2 압축평판(65)(61)을 관통할 수 있고, 그라우팅액이 천공홀로 공급될 수 있으며, 천공홀 내부의 공기가 외부로 배출될 수 있다.

너트부재(68)는 연결부재(69)의 끝단에 설치된다. 너트부재(68)의 내주면에는 상기 나사산과 형합되는 나사산이 형성된다. 따라서, 너트부재(68)를 회전시키면 너트부재(68)가 연결부재(69)를 따라 이동하면서 제1 압축평판(65)을 눌러주게 된다.

한편, 이상에서는 패커부(20)의 양측면에 제1,2 압축평판(65)(61)이 각각 설치되고, 제2 압축평판(61)에 연결부재(69)가 설치된 압축부(60)를 설명하였으나, 압축부(60)는 연결부재(69)의 양끝단에 너트부재(68)를 설치함으로써 이루어질 수도 있다. 즉, 연결부재(69)의 양끝단에 너트부재(68)를 설치하고, 너트부재(68)를 회전시켜 너트부재(68)가 패커부(20)를 직접 가압함으로써 압축력을 가할 수도 있다.

바람직하게, 패커부(20)는 적어도 두 개 이상이 설치된다. 도면에는 세 개의 패커부(20)가 구비된 패커장치(100)가 도시되어 있으나, 패커부(20)의 개수는 필요에 따라 증감될 수 있다.

더욱 바람직하게, 패커부(20)와 패커부(20) 사이에는 삽입평판(30)이 설치된다. 삽입평판(30)에는 제1 관통공(21)과 연통되는 제4 관통공(31), 제1 배기공(22)과 연통되는 제4 배기공(32), 제1 주입공(23)과 연통되는 제4 주입공(33), 제1 연결공(24)과 연통되는 제4 연결공(34)이 각각 형성된다.

제4 관통공(31)에는 밀착용 링(38)이 설치될 수 있다. 밀착용 링(38)은 패커부(20)와 밀착됨으로써 그라우팅액이 삽입평판(30)과 패커부(20) 사이로 침투하는 것을 방지한다. 밀착용 링(38)은 삽입평판(30) 뿐만 아니라, 제1,2 압축평 판(65)(61)에도 설치될 수 있다.

그러면, 패커장치(100)를 이용한 소일 네일링 시공방법을 설명하기로 한다.

먼저, 도 5에 나타난 바와 같이, 천공홀(12)을 굴착하고, 패커장치(100)를 천공홀(12)에 삽입한다. 제2 주입공(65c)에는 주입관(67)이 연결되고, 주입관(67)은 그라우팅 저장부(미도시)와 연결된다. 제2 주입공(65c)에는 주입관(67)이 끼워지면 개방되고, 주입관(67)이 분리되면 닫히는 원터치 방식의 결합부재(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다.

이어서, 도 6에 나타난 바와 같이, 너트부재(68)를 회전시켜 패커부(20)를 팽창시킴으로써 패커부(20)를 천공홀(12)에 밀착시켜 패커장치(100)를 고정시킨다. 패커부(20)는 외부로 팽창될 뿐만 아니라, 제1 관통공(21)의 중심을 향해서도 팽창되기 때문에 보강재(10)가 패커부(20)에 의하여 고정된다.

패커부(20)의 팽창이 완료되면, 그라우팅액을 주입한다. 그라우팅액은 그라우팅 저장부와, 압축 펌프(미도시)와, 주입관(67)을 통하여 천공홀(12)에 주입된다. 주입관(67)에는 압력 게이지(미도시)가 설치된다. 그라우팅액은 압축 펌프에 의하여 가압된 상태로 공급된다.

그라우팅액을 주입하는 동안에는 배기밸브(66)를 개방하여 천공홀(12) 내부의 공기가 외부로 배출되도록 한다. 그라우팅액에 의하여 천공홀(12)이 완전히 채워지면 제2 배기공(65b)을 통하여 그라우팅액이 배출된다.

그라우팅액이 제2 배기공(65b)을 통하여 배출되기 시작하면 배기밸브(66)를 닫은 후에 주입관(67)에 설치된 압력게이지가 소정 압력을 나타낼 때까지 그라우팅 의 주입을 계속한다. 그라우팅액은 가압된 상태로 공급되기 때문에 천공홀(12) 주위의 지반 속으로 침투하여 지반과 일체가 된다.

그라우팅액의 주입이 완료되면 주입관(67)을 제2 주입공(65c)으로부터 분리한다. 한편, 미리 정해진 시간이 경과되면 즉, 그라우팅액이 어느 정도 경화되면 너트부재(68)를 풀어 패커부(20)가 원래의 상태로 회복되도록 한 후, 패커장치(100)를 천공홀(12) 외부로 꺼낸다.

제1,2,3,4 배기공(22)(65b)(61b)(32)과, 제1,2,3,4 주입관(23)(65c)(61c)(33)과, 제1,2,4 연결공(24)(65d)(34)에 남아있는 그라우팅액은 완전히 경화되지 않은 상태이어서 제거될 수 있기 때문에 패커장치(100)는 재사용될 수 있다.

본 발명에 따른 패커장치 및 이를 이용한 소일 네일링 시공방법은 가압식 소일 네일링 시공 후에 패커장치가 천공홀로부터 인출되어 반복적으로 사용될 수 있기 때문에 경제적이라는 장점을 가진다.

Claims

압축력에 의하여 횡방향으로 팽창하는 패커부와, 패커부에 압축력을 가하는 압축부;를 구비하고,

패커부는,

보강재가 삽입될 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 관통공;

천공홀 내부의 공기가 빠져나올 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 배기공;

천공홀 내부로 그라우팅 액을 주입할 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 주입공; 및

압축부의 연결부재가 삽입될 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 연결공;을 구비하고,

압축부는,

제1 관통공과 연통되는 제2 관통공, 제1 배기공과 연통되는 제2 배기공, 제1 주입공과 연통되는 제2 주입공, 및 제1 연결공과 연통되는 제2 연결공이 각각 형성되고, 패커부를 가압할 수 있도록 연결부재와 수직으로 결합되는 제1 압축평판;

제1 연결공에 삽입되고, 패커부의 길이보다 긴 길이를 가지며, 외주면에 나사산이 형성된 연결부재;

연결부재의 끝단에 설치되고, 내주면에 상기 나사산과 형합되는 나사산이 형성된 너트부재; 및

패커부를 가압할 수 있도록 연결부재와 수직으로 결합되며, 제1 관통공과 연통되는 제3 관통공, 제1 배기공과 연통되는 제3 배기공, 제1 주입공과 연통되는 제3 주입공이 각각 형성된 제2 압축평판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 재사용이 가능한 패커장치.
압축력에 의하여 횡방향으로 팽창하는 패커부와, 패커부에 압축력을 가하는 압축부;를 구비하고,

패커부는,

보강재가 삽입될 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 관통공;

천공홀 내부의 공기가 빠져나올 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 배기공;

천공홀 내부로 그라우팅 액을 주입할 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 주입공; 및

압축부의 연결부재가 삽입될 수 있도록 종방향으로 관통되어 형성된 제1 연결공;을 구비하고,

압축부는,

제1 연결공에 삽입되고, 패커부의 길이보다 긴 길이를 가지며, 외주면에 나사산이 형성된 연결부재; 및

연결부재의 양쪽 끝단에 설치되고, 내주면에 상기 나사산과 형합되는 나사산이 형성된 너트부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 재사용이 가능한 패커장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

적어도 두 개 이상의 패커부가 연결부재에 의하여 서로 연결된 것을 특징으로 하는 재사용이 가능한 패커장치.
제3항에 있어서,

패커부와 패커부 사이에 설치되고, 제1 관통공과 연통되는 제4 관통공, 제1 배기공과 연통되는 제4 배기공, 제1 주입공과 연통되는 제4 주입공, 제1 연결공과 연통되는 제4 연결공이 각각 형성된 삽입 평판을 구비하는 것을 특징으로 하는 재사용이 가능한 패커장치.
(a) 지반에 천공홀을 굴착하는 단계;

(b) 패커장치의 제1 관통홀에 보강재를 설치한 후, 패커장치를 천공홀에 삽입하는 단계;

(c) 너트부재를 회전시켜 패커부가 횡방향으로 팽창되도록 하여 패커부가 천공홀의 내벽에 밀착되어 고정되도록 하고 보강재가 패커부에 의하여 고정되도록 하는 단계;

(d) 제1 주입공을 통하여 그라우팅액을 천공홀에 주입하고 천공홀 내부의 공기는 제1 배기공을 통하여 외부로 배출하는 단계;

(e) 제1 배기공을 통하여 그라우팅액이 배출되기 시작하면 배기밸브를 닫은 후, 미리 정해진 압력이 될 때까지 그라우팅액을 계속 주입하는 단계; 및

(f) 그라우팅액을 주입한 후, 미리 정해진 시간이 경과되면 너트부재를 풀어 패커부가 원래의 상태로 복원되도록 하고 패커장치를 천공홀 외부로 인출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소일 네일링 시공방법.