KR20120116105A

KR20120116105A - 그라우팅 주입관 겸용 보강파일 및 이를 이용한 지반보강방법

Info

Publication number: KR20120116105A
Application number: KR1020110033656A
Authority: KR
Inventors: 송석민
Original assignee: (주)바우테크
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-10-22
Also published as: KR101239207B1

Abstract

본 발명은 콘크리트 포장도로 및 토목?건축물의 골조(이하 "구조물"로 칭함) 하부에 연약지반으로 발생된 침하 및 공극에 그라우트재를 주입시켜 보강시키는 그라우팅 주입관 겸용 보강파일 및 이를 이용한 지반보강방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 보강파일의 내부에는 상부 주입구와 연결된 배출유로를 형성하고, 측면으로는 상기 배출유로와 연통된 토출구를 형성하여 지반에 보강파일을 삽입한 후에 토출구로 그라우트재를 토출시켜 주변지반의 지지력을 보강시키고, 상기 그라우트재를 토출한 보강파일은 인발없이 지반에 매입되게 함으로써 지반을 더욱 보강되게 한 것이다. 특히 보강파일은 정삼각형 단면을 스크류형태로 비틀리게하여 축방향으로 나선 굴곡을 형성함으로써 작은 단면으로 축방향 및 굽힘에 대한 저항을 증대시켜 반복 진동으로 인한 보강파일의 인출?입과 상부 압축력으로 인한 보강파일의 좌굴을 방지해 구조물의 하부 지반을 안정시키는 그라우팅 주입관 겸용 보강파일 및 이를 이용한 지반보강방법에 관한 것이다.

Description

그라우팅 주입관 겸용 보강파일 및 이를 이용한 지반보강방법{REINFORCING PILE COMBINED WITH GROUTING PIPE AND REINFORCING METHOD USING IT}

일반적으로 구조물의 하부구조는 지반 상부에 석재를 깔아서 다짐을 하는 동상방지층 혹은 잡석다짐층(이하 "잡석다짐층"으로 칭함)과, 상기 잡석다짐층 상부에 1차적으로 콘크리트를 타설하여 형성된 린콘크리트기층 혹은 버림콘크리트층(이하 "버림콘크리트층"으로 칭함)과, 상기 버림콘크리트 상부에 콘크리트를 타설하여 콘크리트표층 및 기초슬래브(이하 "기초슬래브"로 칭함)로 이루어진다. 또한, 콘크리트포장 도로에서는 린콘크리트층과 콘크리트표층 사이에는 비닐층을 더 형성하여 두 층이 분리되는 구조로 되어 있다.

이러한 구조물의 하부구조는 지반 또는 잡석다짐층의 다짐불량, 유실 및 침하 등에 의해서 버림콘크리트층 하부에 공극이 빈번히 발생되고 있으며, 상기 공극은 장기적으로 구조물의 하부구조를 약화시켜 구조물의 침하, 균열 및 부등침하로 인한 기울어짐 등을 발생시키게 된다.

물론 구조물이 침하된 경우에는 덧씌우거나, 침하된 부분을 부분적으로 철거하고 재 타설, 또는 침하층 및 부등침하층에 그라우트재를 주입하여 융기하는 방법으로 복원이 가능하다. 그러나 결함이 발생되어 침하로 인한 도로 파손과 부등침하로 인한 주요구부재의 파손이 진행된 이후에 취하는 방법이라 고가의 보수가 요구되는 단점이 있다.

따라서, 구조물의 침하 및 부등침하를 방지하기 위해서는 버림콘크리트층 하부에 공극이 발생되면 침하 및 부등침하 이전에 공극을 제거하여 지지력을 보강하는 방법이 이루어져야 한다. 대표적인 방법으로는 버림콘크리트층 하부의 공극부분에 수직 또는 전단 방향으로 천공을 하고 이에 주입관을 삽입한 다음 주입관을 통해 그라우트재를 고압 토출시키고, 주입관을 뽑은 다음 천공부분을 메우는 방법이 있다.

그러나 상기 방법은 토출된 그라우트재가 어느 정도 응고된 후에 주입관을 인발하기 때문에 인발시 큰 에너지가 소모되는 문제점이 있으므로, 이를 해결하는 새로운 보강방법에 대한 연구가 필요하다.

이에 본 발명에 따른 그라우팅 주입관 겸용 보강파일 및 이를 이용한 지반보강방법은,

토출구가 형성된 보강파일을 통해 구조물 하부구조에 형성된 공극에 그라우트재를 주입하여 공극을 제거하고, 내부에 삽입된 보강파일은 뽑아내지 않고 그대로 매립되게 함으로써 지지력을 강화시키도록 하는 장치 및 방법의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 보강파일의 단면을 다각형으로 하고 외면에 나선굴곡을 형성함으로써 작은 단면으로 반복 진동으로 인한 보강파일의 인출?입과 상부 압축력으로 인한 보강파일의 좌굴을 방지하는 제품의 제공을 다른 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 그라우팅 주입관 겸용 보강파일은,

다각형 단면을 갖는 강관인 본체와; 상기 본체 상단의 주입구로부터 내부로 길게 형성된 배출유로와; 상기 본체 측면에 형성되고 상기 배출유로와 연통된 다수의 토출구와; 상기 본체 하단에 장착되어 지면으로 삽입이 용이하게 한 상광하협의 다각뿔인 첨두부재를 포함하여 구성된다.

상기 본체는 양 단중 일측단부에 외주면에 나사산이 형성된 연결나사부를 돌출형성하고, 타측단부에는 상기 연결나사부와 대응되는 연결너트부를 형성하여 다수의 본체가 연속적으로 연결되도록 하고, 다수개가 연결된 본체 최상단의 연결나사부에 그라우트재 공급관을 연결하고, 본체 최하단에 첨두부재를 결합시키는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명에 따른 그라우팅 주입관 겸용 보강파일을 이용한 지반보강방법은,

다각형 단면을 갖는 강관으로 다수개가 축방향으로 연속 결합되는 본체와, 상기 본체 상단의 주입구로부터 내부로 길게 형성된 배출유로와, 상기 본체 측면에 형성되고 상기 배출유로와 연통된 다수의 토출구와, 상기 본체 하단에 장착되어 지면으로 삽입이 용이하게 한 상광하협의 다각뿔인 첨두부재를 포함하여 구성되고, 상기 본체는 외면의 다각형 모서리가 축방향을 따라 회전되어 나선으로 형성되게 하고, 본체 상단에는 외주면에 나사선이 형성된 연결부가 더 돌출되어 그라우트재 공급관과 연결되는 그라우팅 주입관 겸용 보강파일을 이용한 지반보강방법에 있어서, 구조물의 상부로부터 버림콘크리트층 하부의 공극 방향으로 경사지도록 그라우트재 공급관과 연결된 그라우팅 주입관 겸용 보강파일을 삽입하는 보강파일 삽입단계와; 상기 공급관으로 그라우트재를 공급하여 보강파일의 토출구를 통해 버림콘크리트층 하부 공극으로 그라우트재를 토출시켜 공극을 메워 지반을 강화시키는 그라우트재 토출단계와; 상기 그라우트재 공급관만 제거하고 보강파일은 지반에 잔존시켜 강화된 지반을 더욱 보강시키는 단계; 를 포함하여 이루어진다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 그라우팅 주입관 겸용 보강파일 및 이를 이용한 지반보강방법은,

토출구가 형성된 보강파일을 통해 구조물 하부에 형성된 공극에 그라우트재를 주입하여 공극을 제거하고, 내부에 삽입된 보강파일은 뽑아내지 않고 그대로 매립되게 함으로써 인근지반을 강화시키는 효과가 있다.

또한, 보강파일의 단면을 다각형으로 하고 외면에 나선굴곡을 형성함으로써 작은 단면으로 반복 진동에 의해 보강파일이 축방향으로의 인출?입되는 것을 방지하고, 상부 압축력으로 인한 보강파일의 좌굴을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 보강파일을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보강파일의 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 지반보강방법을 나타낸 블록도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 보강파일을 도시한 사시도이고, 도 2는 보강파일의 분해사시도이다.

참고한 바와같이 본 발명에 따른 보강파일(10)은 다각형 단면을 갖는 본체(20)와, 상기 본체 내부에 형성되고 축상단의 주입구와 연통된 배출유로(30)와, 상기 본체측면에 형성되고 상기 배출유로와 연통되는 다수의 토출구(40)와, 상기 본체 하단에 장착되어 지면으로 삽입이 용이하게 한 상광하협의 다각뿔인 첨두부재(50)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 본체(20)의 단면은 다각형 중 모서리 부분의 돌출이 큰 삼각형 또는 사각형으로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 원형보다는 모서리의 수가 작을수록 보강파일이 자전되는 방향으로 큰 마찰력이 발생될 수 있으므로 삼각형 또는 사각형으로 형성하여 진동 또는 회전력전달에 의해 자전되어 상부로 돌출되는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한, 상기 본체는 외면의 다각형 모서리가 축방향으로 회전되는 나선으로 형성되도록 할 수 있다. 이와같이 외면의 모서리가 나선으로 형성되면 축방향으로 마찰력이 발생되어 축방향으로 인출되는 것을 방지할 수 있다.

아울러 상기 본체(20)의 하단에 장착되는 첨두부재(50)는 다각뿔로 형성하여 보강파일을 도로층 또는 구조물 하부로 직접 타격하여 삽입할 때 보강파일의 삽입이 용이하게 할 수 있다. 상기 첨두부재와 본체의 결합은 나사결합 또는 억지끼움 등 다양한 방법에 의해 이루어질 수 있으며, 도시된 분리형태 이외에 일체로 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 보강파일은 상기 첨두부재없이 본체 자체를 직접 삽입하도록 할 수 있으며, 미리 구멍을 천공하여 삽입이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

상기 배출유로(30)는 본체 상단의 주입구(21)로부터 본체 내부로 길게 형성되는 유로로서, 보강파일과 연결되는 공급관(60)을 통해 그라우트재를 공급받아 이송시키는 유로이다. 상기 배출유로(30)는 본체 축방향으로 형성되는 주유로(31)와, 상기 주유로로부터 외측방향으로 연통된 다수의 분기유로(32)로 구성된다. 이러한 주유로와 분기유로는 유로의 직경을 달리하여 그라우트재 토출이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다. 예컨대 주유로의 단면적을 분기유로의 전체단면적보다 크게 형성하여 압력 저하없이 고압으로의 토출이 이루어지도록 할 수 있다.

상기 본체(20)의 외면에 형성된 토출구(40)는 상기 분기유로(32)와 연통되어 있다. 상기 토출구는 다각형 본체 중 모서리가 아닌 평면에 형성되어 공극메움이 이루어지도록 한다.

상기한 구조를 갖는 보강파일(10)은 본체(20)는 양 단중 일측단부에 외주면에 나사산이 형성된 연결나사부(22)를 돌출형성하고, 타측단부에는 상기 연결나사부와 대응되는 연결너트부(23)를 형성하여 둘 이상의 본체가 연속적으로 연결해 보강파일의 길이를 조절하도록 할 수 있다.

이 때 상기 다수개가 연결된 본체 최상단의 연결나사부에 그라우트재 공급관을 연결하고, 본체 최하단에 첨두부재(50)를 결합시키도록 한다.

상기 보강파일은 본체 사이의 연결, 본체와 첨두부재의 연결, 본체와 그라우트재의 연결을 도시된 나사연결방식 이외에 억지끼움 등 다양한 수단으로 연결할 수 있다.

상기 그라우팅 주입관 겸용 보강파일을 이용한 지반보강방법은,

도 3을 참조한 바와같이 보강파일 삽입단계가 먼저 이루어진다. 상기 단계는 지반과, 석재를 깔아 다짐한 잡석다짐층과, 상기 잡석다짐층 상부에 타설되는 버림콘크리트층과, 상기 버림콘크리트층 상부에 콘크리트를 타설한 기초슬래브층으로 구성된 구조물의 하부구조 중 버림콘크리트층 하부의 잡석다짐층이나 지반이 침하되거나 유실되어 발생되는 공극을 메우기 위해 그라우트재를 주입시키기 위한 보강파일을 삽입하는 단계이다.

상기 보강파일은 먼저 천공한 다음 보강파일을 삽입하거나 보강파일을 직접 타격하여 강제 삽입할 수 있다. 이때 상기 보강파일은 그라우트재를 공급하는 공급관과 동일축상으로 연결하여 삽입이 이루어진다.

또한, 상기 보강파일의 삽입방향으로는 공극 상부의 기초슬래브층으로부터 삽입하는 것 보다는 상기 하부에 공극이 형성된 기초슬래브층 부분을 피해서 측면으로부터 천공 또는 보강파일을 삽입하여 공극까지 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 보강파일의 삽입이 완료되면 그라우트재 토출단계가 수행된다.

상기 그라우트재 토출단계는 외부로부터 그라우트재를 공급관으로 주입하고, 상기 공급관으로 주입된 그라우트재를 보강파일을 통해 버림콘크리트층 하부의 공극으로 토출시키는 단계이다. 여기서 상기 공급관에서 배출되는 그라우트재는 보강파일 상단의 주입구를 통해 보강파일로 유입되고 배출유로를 따라 이송되면서 보강파일 측면에 형성된 토출구를 통해 인접 공극으로 토출되어 공극을 메움으로써 버림콘크리트층 하부의 지반이나 잡석다짐층을 보강하도록 한다.

다음으로 보강파일은 도로층 내에 잔존되고록 하여 그라우트재에 의한 지반을 강화시킴은 물론 보강파일에 의한 지반보강이 이루어지도록 하는 등 이중의 지반강화효과를 제공할 수 있다.

10 : 보강파일
20 : 본체
21 : 주입구 22 : 연결나사부
23 : 연결너트부
30 : 배출유로
31 : 주유로 32 : 분기유로
40 : 토출구
50 : 첨두부재
60 : 공급관

Claims

연약지반보강용이나 구조물 하부에 형성된 공극을 메우도록 그라우트재 공급관과 연결되어 그라우트재 주입용으로 사용되는 그라우트재 주입관 겸용 보강파일에 있어서,
다각형 단면을 갖는 강관인 본체(20)와;
상기 본체 상단의 주입구(21)로부터 내부로 길게 형성된 배출유로(30)와;
상기 본체 측면에 형성되고 상기 배출유로와 연통된 다수의 토출구(40)와;
상기 본체 하단에 장착되어 지면으로 삽입이 용이하게 한 상광하협의 다각뿔인 첨두부재(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그라우팅 주입관 겸용 보강파일.
제1항에 있어서,
상기 본체(20)는 외면의 다각형 모서리가 축방향을 따라 회전되어 나선으로 형성되게 한 것을 특징으로 하는 그라우팅 주입관 겸용 보강파일.
제1항에 있어서,
상기 본체(20)는 양 단중 일측단부에 외주면에 나사산이 형성된 연결나사부(22)를 돌출형성하고, 타측단부에는 상기 연결나사부와 대응되는 연결너트부(23)를 형성하여 다수의 본체가 연속적으로 연결되도록 하고, 다수개가 연결된 본체 최상단의 연결나사부에 그라우트재 공급관을 연결하고, 본체 최하단에 첨두부재(50)를 결합시키는 것을 특징으로 하는 그라우팅 주입관 겸용 보강파일.
다각형 단면을 갖는 강관으로 다수개가 축방향으로 연속 결합되는 본체와, 상기 본체 상단의 주입구로부터 내부로 길게 형성된 배출유로와, 상기 본체 측면에 형성되고 상기 배출유로와 연통된 다수의 토출구와, 상기 본체 하단에 장착되어 지면으로 삽입이 용이하게 한 상광하협의 다각뿔인 첨두부재를 포함하여 구성되고, 상기 본체는 외면의 다각형 모서리가 축방향을 따라 회전되어 나선으로 형성되게 하고, 본체 상단에는 외주면에 나사선이 형성된 연결부가 더 돌출되어 그라우트재 공급관과 연결되는 그라우팅 주입관 겸용 보강파일을 이용한 지반보강방법에 있어서,
구조물의 상부로부터 버림콘크리트층 하부의 공극 방향으로 경사지도록 그라우트재 공급관과 연결된 그라우팅 주입관 겸용 보강파일을 삽입하는 보강파일 삽입단계와;
상기 공급관으로 그라우트재를 공급하여 보강파일의 토출구를 통해 버림콘크리트층 하부 공극으로 그라우트재를 토출시켜 공극을 메워 지반을 강화시키는 그라우트재 토출단계와;
상기 그라우트재 공급관만 제거하고 보강파일은 지반에 잔존시켜 강화된 지반을 더욱 보강시키는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그라우팅 주입관 겸용 보강파일을 이용한 지반보강방법.