KR20090103366A - 지반천공장치 및 이를 이용한 지반천공방법 - Google Patents

Abstract

지반천공장치 및 이를 이용한 지반천공방법이 개시된다. 외주면의 단면이 다각형인 아웃 케이싱과, 상기 아웃 케이싱이 지반에 삽입되도록 상기 아웃 케이싱에 결합하여 상기 아웃케이싱의 길이방향으로 타격을 가하는 타격발생기와, 상기 아웃 케이싱을 관통하여 삽입될 수 있도록 형성된 비트부와, 상기 비트부와 연결되어 상기 비트부에 외부로부터 전달된 회전력을 전달하는 연결로드를 포함하는 지반천공장치를 제공함으로써, 다양한 형태의 다각형 아웃 케이싱을 지반에 삽입할 수 있다.

Description

지반천공장치 및 이를 이용한 지반천공방법{GROUND BORING APPARATUS AND BORING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 건설 분야에 사용되는 지반천공장치 및 이를 이용한 지반천공방법에 관한 것이다.

지반 속에 긴 구멍을 뚫는 기술을 천공, 또는 보링이라고도 한다. 천공을 통하여 강관을 심거나, 고결체를 삽입함으로써 지중 벽체를 형성할 수 있다. 천공 방법에는 여러 종류가 제안되고 있으나, 도 1은 종래의 대표적인 천공방법으로 아웃 케이싱(강관: 1)과 비트부(2)를 이용한 천공시스템이다.

도 1과 같이 아웃 케이싱(1)의 내부에 비트부(2)가 회전하면서, 바닥면의 토사나 암반을 분쇄한다. 분쇄물은 비트부(2)와 연결된 연결로드(3)로 주입된 공기가 고압으로 분사되면서 아웃 케이싱(1)의 상부로 출사된다.

이때, 비트부(2)의 회전방향과 반대되는 방향으로 아웃 케이싱(1)이 회전함으로써, 아웃 케이싱(1)은 지중에 삽입된다.

그러나, 이러한 종래 방식으로 아웃 케이싱(1)을 이웃하여 복수 개로 삽입할 경우 가이드되는 구조물이 없어, 도 2와 같이 서로 이웃한 아웃 케이싱(1)들의 하단 배열이 불규칙하게 되어 완벽한 지중 벽체를 형성하기 힘들게 된다.

그러나, 종래의 아웃 케이싱(1)의 경우는 지중 삽입시, 회전하기 때문에 외주에 구조적으로 홈이나 돌출부를 형성할 수 없었으며, 외주면은 원형이어야만 했다.

본 발명은, 지반에 외주면의 단면이 다각형인 아웃 케이싱을 이용한 지반천공장치 및 지반천공방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 외주면의 단면이 다각형인 아웃 케이싱과, 상기 아웃 케이싱이 지반에 삽입되도록 상기 아웃 케이싱에 결합하여 상기 아웃 케이싱의 길이방향으로 타격을 가하는 타격발생기와, 상기 아웃 케이싱을 관통하여 삽입될 수 있도록 형성된 비트부와, 상기 비트부와 연결되어 상기 비트부에 외부로부터 전달된 회전력을 전달하는 연결로드를 포함하는 지반천공장치가 제공된다.

상기 아웃 케이싱의 외주면은 사각형일 수 있다. 또한, 상기 아웃 케이싱의 내주면의 단면은 관통된 원형일 수 있다.

한편, 상기 타격발생기는 상기 아웃 케이싱의 측면을 파지하도록 설치된 클램프와, 상기 클램프에 타격을 인가하는 구동부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, (a) 외주면의 단면이 다각형인 아웃 케이싱을 준비하는 단계, (b) 연결로드의 말단에 비트부가 연결되어 상기 아웃 케이싱에 삽입되는 단계, (c) 상기 아웃 케이싱에 결합된 타격발생기를 작동하여, 상기 아웃 케이싱을 길이방향으로 타격시키고, 상기 비트부를 회전시킴으로써 지반을 천공하는 단계를 포함하는 지반천공방법이 제공된다.

또한, 상기 아웃 케이싱의 내주면의 단면은 관통된 원형이며, 상기 (c)단계 이후에, (d)상기 아웃 케이싱 내부에 일측에 돌기가 형성된 빔을 삽입함으로써, 빔의 타측의 모서리가 상기 아웃 케이싱 내벽과 밀착되는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 빔은 H형태이며, 상기 (d)단계 이후에, (e)상기 빔의 타측과 상기 아웃 케이싱의 내벽으로 이루어진 공간에 충진재를 삽입하는 단계, (f)나머지 상기 아웃 케이싱 내부 공간에 레미콘을 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 충진재는 모래, 토사 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.

한편, 상기 아웃 케이싱의 내주면의 단면은 관통된 원형이며, 상기 (c)단계 이후에, (g)상기 아웃 케이싱 내부에 일측에 돌기가 형성되며, 타측에는 반달형으로 공간을 차지하는 충진재가 결합된 빔을 삽입함으로써, 상기 빔의 타측과 상기 아웃 케이싱의 사이에 형성되는 공간이 채워지도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 빔은 H형태이며, 상기 (g)단계 이후에, (h)상기 아웃 케이싱의 나머지 공간에 레미콘을 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 충진재는 스트로폼, 비닐로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.

이상의 구성과 같이, 타격발생기를 사용하여 다각형인 아웃 케이싱을 지반에 삽입할 수 있어 아웃 케이싱들 간의 접촉면이 넓어진다. 또한, 아웃 케이싱 내부에 삽입되는 빔의 일측에는 충진재를 채우는 공정을 진행함으로써 후에 빔을 쉽게 외부로 노출시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 지반천공장치의 단면도.

도 2는 종래기술에 따른 지반천공방법으로 형성된 지중 벽체의 사시도.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지반천공장치의 아웃 케이싱의 하단부 종단면도와 상기 아웃 케이싱에 내재되어 있는 비트부 및 연결로드의 사시도.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 아웃 케이싱의 상단부에 결합된 타격발생기의 측면도.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 아웃 케이싱의 사시도.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 아웃 케이싱으로 지반에 벽체를 형성한 단면도.

도 7은 본 발명의 제3 실시예로서 내부 단면은 원형이며 외부 단면은 사각형인 아웃 케이싱의 단면도.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다양한 아웃 케이싱의 단면도.

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 지반천공방법의 순서도.

도 10내지 도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 지반천공방법의 공정도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30: 지반천공장치 31: 아웃 케이싱

32: 비트부 33: 연결로드

34: 타격발생기

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하되, 이는 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로써 본 발명의 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지반천공장치의 아웃 케이싱의 하단부 종단면도와 상기 아웃 케이싱에 내재되어 있는 비트부 및 연결로드의 사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 아웃 케이싱의 상단부에 결합된 타격발생기의 측면도를 보여준다.

도 3, 4를 참조하면, 본 실시예의 지반천공장치(30)는 아웃 케이싱(31)과,상기 아웃 케이싱(31)이 지반에 삽입되도록, 상기 아웃 케이싱(31)에 결합하여 상기 아웃 케이싱(31)의 길이방향으로 타격을 가하는 타격발생기(34)와, 상기 아웃 케이싱(31)을 관통하여 삽입될 수 있도록 형성된 비트부(32)와, 상기 비트부(32)와 연결되어 상기 비트부(32)에 외부로부터 전달된 회전력을 전달하는 연결로드(33)를 포함한다.

본 실시예의 지반천공장치(30)의 작동 방법을 설명하면, 우선, 외부의 동력을 전달받아 회전하는 연결로드(33)의 말단에 비트부(32)가 결합된다. 열결로드(33)와 비트부(32)는 착탈가능하게 결합될 수도 있고, 일체적인 주조로 만들어질 수도 있다.

비트부(32)의 끝에는 초경합금으로 제작된 돌기가 복수개로 되어 있으며, 이러한 돌기들이 지반의 암석을 파쇄함으로서 천공이 이루어 지게 된다. 도 3과 같이, 연결로드(33)의 말단에 결합된 비트부(32)는 아웃 케이싱(31)을 관통하여 설치된다. 이렇게 결합된 아웃 케이싱(31)과 비트부(32)를 천공하고자 하는 지반에 위치시키고, 지반 천공작업을 시작한다.

이때, 도 3과 같이 비트부(32)는 회전을 하게 되고, 아웃 케이싱(31)은 길이방향으로 타격하게 된다. 본 실시예에서의 타격은 아웃 케이싱(31)의 길이 방향으로 이루어지는 직선운동으로, 타격에 의해서 이루어지는 직선운동도 포함하는 개념이다. 아울러, 아웃 케이싱(31)이 타격에 의하여 어느 정도 좌우로 흔들리는 범위도 본 실시예의 아웃 케이싱(31)의 타격운동에 포함되는 개념이다.

이러한, 아웃 케이싱(31)의 길이빙향의 타격으로 인하여, 아웃케이싱(31)은 비트부(32)가 제거한 공간을 쉽게 뚫고 들어가 지반에 삽입되게 된다. 이와 같이 아웃 케이싱(31)이 비트부(32)와 동일한 방향 도는 반대 방향으로 회전하지 않고, 길이 방향으로 타격함으로써, 아웃 케이싱(31)의 외주면은 원형일 필요가 없게 된다.

한편, 타격발생기(34)는 아웃 케이싱(31)에 착탈될 수 있는 장치로서, 타격을 발생시키는 구동부(342)와 아웃 케이싱(31)과 구동부(341)를 체결하는 클램프(341)로 크게 이루어진다. 구동부(34)의 내부에는 모터나 기타 내연기관이 구성되어 있다. 이러한 구동부(34)의 동력은 변환 과정을 거쳐, 타격운동으로 변환될 수 있다. 도 4는 아웃 케이싱(31)의 외주면에 타격발생기(34)가 결합된 상태를 보여준다.

본 실시예와 같이, 아웃 케이싱(31)이 회전하지 않고, 길이 방향으로 타격하여 지반에 삽입됨으로써, 아웃 케이싱(31)의 외주면은 다양하게 변형될 수 있다. 아웃 케이싱의 형태를 다양하게 변형할 수 있기 때문에 종래와 같이 외주면의 단면이 원형인 형태를 고집할 필요가 없게 된다.

이하 실시예에서는, 아웃 케이싱의 외주면의 형태를 변형시킨 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 아웃 케이싱의 사시도이며, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 아웃 케이싱으로 지반에 벽체를 형성한 단면도이다.

도 5는 외주면의 단면이 사각형인 아웃 케이싱(51)을 보여준다. 외주면이 원형이 아니라 평면의 형태를 가지기 때문에, 도 6과 같이 여러 개의 아웃 케이싱(51)을 연결하여, 지중에 삽입할 경우, 그 접촉면적이 증가하게된다. 이렇게 지중 벽체를 형성할 경우, 아웃 케이싱(51)의 접촉면 사이로 누수가 일어나거나, 토사가 밀려나오는 경우는 사라지게 된다.

본 실시예와 같이 아웃 케이싱(51)의 외주면의 단면이 사각형이더라도, 아웃 케이싱(51)은 제1 실시예의 타격발생기에 의해서 길이 방향으로 타격하는 방식으로 지반에 삽입되기 때문에 지반천공공정의 어려움은 없게 된다.

오히려, 이웃한 아웃 케이싱(51)의 접촉면 증가로 밀착력이 증가하는 장점이 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예로서 내부 단면은 원형이며 외부 단면은 사각형인 아웃 케이싱의 단면도이다. 원형의 기존 아웃 케이싱(712)을 사각형의 내부 케이싱(711)에 삽입하는 방식으로 제조될 수 있다.

도 7과 같이 내부의 단면을 원형으로 유지할 경우 외부의 토사에 의한 압력이 아웃 케이싱(71)에 작용하더라도 압력을 분산하여 형체를 유지할 수 있다. 또한, 기존에 사용하던 비트부를 삽입할 수 있다.

반면, 외부의 단면이 다각형(본 실시예는 사각형)으로 이루어질 경우, 제 2 실시예의 도 6과 같이 이웃한 아웃 케이싱간의 접촉면적을 증가시키게 되어, 토사나 물이 아웃 케이싱 사이로 스며드는 것을 방지하도록 한다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다양한 아웃 케이싱의 단면도이다.

도 8의 (a)는 도 7의 아웃 케이싱을 여러 개 연결한 형태의 아웃 케이싱(81)을 보여준다. 도 8의 (b)는 돌기(811)와 가이드홈(812)이 외주면에 형성된 아웃 케이싱(82)을 보여준다. 이러한 아웃 케이싱(82)을 여러 개 연결하여 지중 벽체를 형성할 경우 맞물림이 견고하게 되어 아웃 케이싱(82)의 배열이 가지런하게 된다.

한편, 도 8의 (c)와 같이 톱니 형상의 외주면을 가지는 아웃 케이싱(82)이 만들어질 수 있다.

또한, 도 8의 (d)와 같이 아웃 케이싱(84)는 기존의 원형 케이싱에 ㄱ자 모형의 보조재를 결합시킬 수 있다.

이와 같이 도 8의 (a),(b),(c),(d)와 같은 다각형의 아웃 케이싱을 사용하더라도, 무리없이 지중 벽체를 형성할 수 있는 이유는 제1 실시예의 타격발생기를 이용하여 타격으로 아웃 케이싱을 지중에 삽입하기 때문이다.

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 지반천공방법의 순서도이며, 도 10내지 도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 지반천공방법의 공정도이다. 본 실시예의 지반천공방법을 설명함에 있어서, 앞서 설명한 제1 내지 제4 실시예의 도면도 아울러설명한다.

S51은 외주면의 단면이 다각형인 아웃 케이싱을 준비하는 단계이다. 도 10과 같이 아웃 케이싱(50)은 외주면이 사각형이다. 내주면의 단면은 도 10과 같이 원형의 케이싱을 하나 더 결합하느냐 여부에 따라서, 외주면의 단면과 같을 수도 있고 다를 수도 있다.

S52는 연결로드의 말단에 비트부가 연결되어 상기 아웃 케이싱에 삽입하는 단계이다. 본 실시예의 구조는 도 3과 같은 것으로서, 비트부는 지반을 천공하기 위하여 필요한 부분이다.

S53은 아웃 케이싱에 결합된 타격발생기를 작동하여 아웃 케이싱을 길이방향으로 타격시키고, 비트부를 회전시킴으로써 지반을 천공하는 단계이다. 이렇게 타격발생기를 이용하여 아웃 케이싱을 회전시키지 않고 지반에 삽입하는 방법에 대해서는 앞선 실시예에서 설명한 바이다.

지반에 아웃 케이싱(51)을 이웃하여 연속적으로 삽입하면, 도 11의 단면도와 같이 된다. 이때, 관통된 아웃 케이싱(51)의 내주면의 단면은 도 11과 같이 빔(51)이 삽입될 수 있는 관통된 원형이다. 빔(51)은 H형태일 수 있다.

도 13과 같이 빔(51)의 일측(521)에는 돌기(523)가 형성되어 있다. 돌기(523)는 H형태의 빔(52)이 아웃 케이싱(51)의 내벽에 삽입될 때, 일측(521)은 내벽과 이격거리를 유지하도록 하며, 반대로 타측(522)의 모서리는 내벽과 밀착되도록 한다. 결과적으로 도 11과 같이, H형태의 빔(52)이 삽입되면, 빔(52)의 타측(522)과 아웃 케이싱(52)의 내벽은 단면의 모향이 반달모양의 닫힌 형태가 된다.

이후, 도 12와 같이, 빔(52)의 타측과 아웃 케이싱(52)의 내벽의 단면이 형성하는 반달모양의 공간에는 충진재(53)을 채워넣고, 나머지 아웃 케이싱(52) 내부 공간에는 레미콘(54)을 채워넣을 수 있다. 레미콘(54)과 함께 철근을 채워넣을 수도 있다. 충진재(53)는 모래, 토사 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.

한편, 충진재(53)는 도 13의 (b)와 같이 H형태의 빔(52)의 타측(522)에 반달형으로 공간을 차지하도록 결합된 구조일 수 있다. 충진재(53)의 재질로는 스티로폼, 비닐, 합판 중 어느 하나일 수 있다. 도 13의 (b)와 같이 빔(52)의 타측(522)에 충진재(53)가 미리 결합된 경우에는, 빔(52)을 삽입 후, 남은 공간에 레미콘(54)을 충진시킬 수 있다.

도 14와 같이, 지반(100)에 아웃 케이싱(52)을 여러 개 삽입하여 지중 벽체를 이룬 뒤에는, 일부 지반을 제거하고, 노출된 아웃 케이싱(51) 수직으로 구조물을 형성하기 위하여 빔(52)을 둘러싸는 아웃 케이싱(51)을 일부 제거할 필요가 있다.

이때, 아웃 케이싱(51)을 제거하면, 도 14와 같이 충진재(53)가 노출된다. 충진재(53)는 앞서 설명한 바와 같이, 모래나 토사, 스티로폼 등과 같이 쉽게 제거할 수 있는 물질이므로 쉽게 빔(52)을 노출시킬 수 있다. 종래에는 아웃 케이싱(51)의 일부를 제거하면 콘크리트가 노출되었는바, 이 콘크리트를 제거하여야만 빔(52)을 노출시킬 수 있었다. 이러한 콘크리트를 제거하기 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하였다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

Claims (11)

1. 외주면의 단면이 다각형인 아웃 케이싱과;

   상기 아웃 케이싱이 지반에 삽입되도록, 상기 아웃 케이싱에 결합하여 상기 아웃케이싱의 길이방향으로 타격을 가하는 타격발생기와;

   상기 아웃 케이싱을 관통하여 삽입될 수 있도록 형성된 비트부와;

   상기 비트부와 연결되어 상기 비트부에 외부로부터 전달된 회전력을 전달하는 연결로드를 포함하는 지반천공장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 아웃 케이싱의 외주면은 사각형인 것을 특징으로 하는 지반천공장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 아웃 케이싱의 내주면의 단면은 관통된 원형인 것을 특징으로 하는 지반천공장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 타격발생기는,

   상기 아웃 케이싱의 측면을 파지하도록 설치된 클램프와;

   상기 클램프에 타격을 인가하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반천공장치.
5. (a) 외주면의 단면이 다각형인 아웃 케이싱을 준비하는 단계;

   (b) 연결로드의 말단에 비트부가 연결되어 상기 아웃 케이싱에 삽입되는 단계;

   (c) 상기 아웃 케이싱에 결합된 타격발생기를 작동하여, 상기 아웃 케이싱을 길이방향으로 타격시키고, 상기 비트부를 회전시킴으로써 지반을 천공하는 단계를 포함하는 지반천공방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 아웃 케이싱의 내주면의 단면은 관통된 원형이며,

   상기 (c)단계 이후에,

   (d)상기 아웃 케이싱 내부에 일측에 돌기가 형성된 빔을 삽입함으로써, 빔의 타측의 모서리가 상기 아웃 케이싱 내벽과 밀착되는 단계를 더 포함하는 지반천공방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 빔은 H형태이며,

   상기 (d)단계 이후에,

   (e)상기 빔의 타측과 상기 아웃 케이싱의 내벽으로 이루어진 공간에 충진재를 삽입하는 단계;

   (f)나머지 상기 아웃 케이싱 내부 공간에 레미콘을 삽입하는 단계를 더 포함하는 지반천공방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 충진재는 모래, 토사 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지반천공방법.
9. 제5항에 있어서,

   상기 아웃 케이싱의 내주면의 단면은 관통된 원형이며,

   상기 (c)단계 이후에,

   (g)상기 아웃 케이싱 내부에 일측에 돌기가 형성되며, 타측에는 반달형으로 공간을 차지하는 충진재가 결합된 빔을 삽입함으로써, 상기 빔의 타측과 상기 아웃 케이싱의 사이에 형성되는 공간이 채워지도록 하는 단계를 더 포함하는 지반천공방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 빔은 H형의 빔이며,

    상기 (g)단계 이후에,

    (h)상기 아웃 케이싱의 나머지 공간에 레미콘을 삽입하는 단계를 더 포함하는 지반천공방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 충진재는 스트로폼, 비닐, 합판으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지반천공방법.