KR20150143026A - 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치 - Google Patents

지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 지반경화체기둥의 시공을 위한 분사물을 원거리로 분사할 수 있도록 함으로써 시공성과 시공품질을 향상시킬 수 있고, 직경이 큰 지반경화체기둥의 시공을 안정적으로 수행할 수 있고 내구성이 향상되도록 함으로써 공기가 단축되고 시공비용을 절감할 수 있는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐은 지반경화체기둥 형성용 분사노즐에 있어서, 내부 중심에 관통홀이 형성된 노즐몸체; 및 상기 노즐몸체의 관통홀에 삽입, 결합되고 중심에 분사홀이 관통된 내부노즐을 포함하고, 상기 분사홀의 내주면에 나선상으로 분사홈이 요입, 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치는 지반경화체기둥의 형성을 위한 분사물이 유입되는 분사물주입로드의 최하단에 설치되고 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치에 있어서, 상기 분사노즐의 일측 및 타측 단부가 설치되는 내통과 외통이 구비된 최선단로드부재를 구비하되, 상기 최선단로드부재는 지반경화체기둥의 시공 직경을 증가시킬 수 있도록 상기 외통에 볼록하게 돌출되는 연장돌부가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치에 따르면, 분사노즐의 내부노즐이 마찰계수가 상대적으로 낮은 세라믹 소재로 형성되어 있고 분사홀이 대경부, 경사부 및 소경부를 갖는 구조로 형성되어 있을 뿐만 아니라 분사홀의 내주면에 나선상의 분사홈이 형성되어 분사물을 선회시킴으로써 분사물을 원거리로 분사시킬 수 있는 효과가 있다. 그리고, 최선단주입로드의 외통에 볼록하게 연장돌부가 돌출되어 있으므로 지반경화체기둥의 시공 직경을 증가시킬 수 있다.

Description

지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치{INJECTION NOZZLE FOR GROUND HARDENING PILE AND FRONT DEVICE THEREWITH}
본 발명은 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 지반경화체기둥의 시공을 위한 분사물을 원거리로 분사할 수 있도록 함으로써 시공성과 시공품질을 향상시킬 수 있고, 직경이 큰 지반경화체기둥의 시공을 안정적으로 수행할 수 있고 내구성이 향상되도록 함으로써 공기가 단축되고 시공비용을 절감할 수 있는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치에 관한 것이다.
일반적으로, 지반경화체기둥의 시공법은 연약지반의 개량, 지중의 연직차수벽 구축, 지반의 안정화 작업이나 구축물의 기초 및 지보공을 조정하기 위해 시공하는 기술이다.
상기한 지반경화체기둥의 시공법은 지반굴착장치에 의해 시행되는 것으로 상단에 스위벨(Swivel)과 선단에 분출구를 환상으로 한 크라운을 설치한 주입관을 지중에 향하여 삽입하고, 스위벨을 통하여 경화제를 주입관에 도입하여 선단의 환상분출구로부터 분출하면서 주입관을 상승시켜서 지반경화층을 조성하는 지반경화제 주입방법에 의해 시공하고 있다.
이러한 지반경화체기둥과 관련한 기술로는 대한민국 특허공보 공고번호 제10-1992-0001473호로 개시되어 있는 '지반경화재 주입공법'과, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0491876호로 개시되어 있는 '지반굴착장치를 이용한 지반개량 및 연직차수벽 구축을 위한 유씨엠공법과 유시엠공법에 적용되는 지반굴착장치의 굴착로드' 등이 있다.
그리고, 지반경화체기둥과 관련한 기술로서 대한민국 등록특허 등록번호 제10-0100984호에는 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이 '지반경화체기둥 형성방법 및 그 장치'에 관한 기술이 개시되어 있다.
이러한 지반경화체기둥 형성장치에 관해 보다 구체적으로 설명하면, 조작기구(1)로 대상지반(S)에 분사물주입로드(2)를 삽입한 다음 최선단로드부재(3)에 설치된 분사노즐(3a)로부터 경화재 및 청수 등을 고압 분출하면서 주입로드(2)를 회전상승시켜, 대상지반(S) 속에 기반경화체기둥(P)을 조성하도록 된 지반경화체기둥 형성방법에 있어서, 최선단로드부재(3)에 설치되는 분사노즐(3a)을 상, 하 일직선상으로 배치하고서, 조작기구(1)로 주입로드(2)를 일정한 각도(α)만큼의 중심각을 이루는 범위내에서 정, 역회전시키면서 상승하도록 되어 있다.
한편, 첨부도면 도2는 종래 최선단로드부재를 설명하기 위한 도1b의 A부 종단면 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도2를 참조하면, 종래 최선단로드부재(3)는 경화재 및 청수 등이 공급되는 파이프 형상의 내통(31), 이 내통(31)의 둘레에 이격거리(s1)를 갖도록 배치되는 외통(32), 및 내통(31)과 외통(32)에 설치되는 분사노즐(3a)로 구성되어 있다.
그리고, 내통(31)에는 분사노즐(3a)의 내측 부분이 용접되는 내부홀(31a)이 형성되어 있고, 외통(32)에는 내부홀(31a)과 대응하여 분사노즐(3a)의 외측 부분이 용접되는 외부홀(32a)이 형성되어 있다.
분사노즐(3a)은 금속재로 형성되고 내부 중심에 관통홀이 형성된 노즐몸체(3a1)와, 초경합금으로 형성되어 노즐몸체(3a1)의 관통홀에 삽입, 결합되고 중심에 분사홀(3a3)이 관통된 내부노즐(3a2)로 구성되어 있다.
전술한 바와 같은 종래 분사노즐(3a)은 경화제 등의 분출이 가능하여 지반경화체기둥의 시공은 가능 하지만, 이하와 같은 다양한 문제점을 수반하고 있다.
먼저, 종래 분사노즐(3a)은 내통(31)과 외통(32) 사이의 이격거리(s1)가 좁아 분사홀(3a3)의 길이가 짧으므로 경화제의 분출시에 분출각도가 커지게 되어 경화제를 원거리로 분사할 수 없게 되면서 지반경화체기둥의 직경을 크게 형성할 수 없는 단점이 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 전술한 종래 분사노즐(3a)을 적용할 경우 통상 2,000mm 이상의 직경을 갖는 지반경화체기둥의 시공은 현실적으로 불가능하고, 설계기준에 맞는 적정한 직경으로 시공할 수 없어서 시공불량을 초래하는 단점이 있다.
그리고, 종래 분사노즐(3a)은 내부노즐(3a2)이 경도가 높은 텅스텐(중석)을 주원료로 하는 초경합금으로 형성된 것으로 고가의 금속을 주원료로 하여 제조되므로 제조비용이 비싸고, 이러한 합금소재는 비교적 마찰계수가 큰 금속을 이용하여 제조된 것이므로 쉽게 마모되는 단점이 있다.
한편, 전술한 바와 같은 종래 분사노즐의 단점을 해결하기 위한 방안으로 분사노즐(3a)을 외통(32)의 외부로 돌출, 연장시켜 경화제를 원거리 분사하는 방안이나, 외통(32)의 외면에 주변 지반을 제거하는 칼날 형태의 돌출부재(미도시)를 설치하여 지반을 넓게 절토하는 방안이 시도되었으나, 최선단로드부재(3)의 회전시에 쉽게 마모되므로 휴지시간의 증가로 시공성이 저하되고 내구성의 결여로 인해 시공비용이 상승되는 단점이 있었다. 그리고, 외통(32)의 외부로 분사노즐(3a)이나 돌출부재가 돌출될 경우 과부하가 발생되어 최선단로드부재(3)의 회전불량이 발생되므로 원활한 시공이 불가능한 단점이 있었다.
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 지반경화체기둥의 시공을 위한 분사물을 원거리로 분사할 수 있도록 함으로써 시공성과 시공품질이 향상되도록 한 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 직경이 큰 지반경화체기둥의 시공을 안정적으로 수행할 수 있고 내구성이 향상되도록 함으로써 공기가 단축되고 시공비용을 절감할 수 있도록 한 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐은 지반경화체기둥 형성용 분사노즐에 있어서, 내부 중심에 관통홀이 형성된 노즐몸체; 및 상기 노즐몸체의 관통홀에 삽입, 결합되고 중심에 분사홀이 관통된 내부노즐을 포함하고, 상기 분사홀의 내주면에 나선상으로 분사홈이 요입, 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 내부노즐은 세라믹 소재에 의해 형성되고 상기 분사홀은 분사물이 유입되는 대경부, 상기 대경부와 연이어 원추형으로 형성되는 경사부, 및 상기 경사부와 연이어 형성되어 분사물이 배출되는 소경부로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 소경부는 1.5 내지 6.0㎜ 범위의 내경과, 상기 소경부의 내경(d)에 대해 200 내지 500% 범위의 길이를 갖도록 형성되고, 상기 분사홀의 전체 길이(D)는 상기 소경부의 내경(d)에 대해 1,000 내지 2,000% 범위의 길이가 되도록 형성되며, 상기 경사부는 10 내지 20°의 각도를 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 노즐몸체는 파이프 형상을 갖는 몸체의 배출측 단부 외면에 결합링부가 돌출되고 그 내면에 걸림링부가 돌출된 구조로 이루어지고, 상기 내부노즐은 상기 경사부와 상기 소경부의 경계부위에 상기 걸림링부에 안착되는 안착턱이 형성되고, 유입측 단부에 마찰방지용 돌출링부가 형성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치는 지반경화체기둥의 형성을 위한 분사물이 유입되는 분사물주입로드의 최하단에 설치되고 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치에 있어서, 상기 분사노즐의 일측 및 타측 단부가 설치되는 내통과 외통이 구비된 최선단로드부재를 구비하되, 상기 최선단로드부재는 지반경화체기둥의 시공 직경을 증가시킬 수 있도록 상기 외통에 볼록하게 돌출되는 연장돌부가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 연장돌부는 상기 분사노즐의 길이를 증가시킬 수 있도록 상기 분사노즐의 설치부위에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 연장돌부는 호 형상의 단면 구조를 갖도록 돌출되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 연장돌부는 나선상의 스크류 형태로 돌출된다.
아울러, 상기 분사노즐은 상기 최선단로드부재의 상부에 설치되는 상부 분사노즐과, 상기 최선단로드부재의 하부에 설치되는 하부 분사노즐을 포함하고, 상기 상부 분사노즐은 배출측 단부가 상기 최선단로드부재의 회전방향으로 경사짐과 동시에 상향으로 경사지게 배치되고, 상기 하부 분사노즐은 배출측 단부가 상기 최선단로드부재의 회전방향으로 경사짐과 동시에 하향으로 경사지게 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치에 의하면, 분사노즐의 내부노즐이 마찰계수가 상대적으로 낮은 세라믹 소재로 형성되어 있고 분사홀이 대경부, 경사부 및 소경부를 갖는 구조로 형성되어 있을 뿐만 아니라 분사홀의 내주면에 나선상의 분사홈이 형성되어 분사물을 선회시킴으로써 분사물을 원거리로 분사시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치에 의하면, 최선단주입로드의 외통에 볼록하게 연장돌부가 돌출되어 있으므로 지반경화체기둥의 시공 직경을 증가시킬 수 있다. 그리고, 최선단주입로드에 연장돌부가 형성됨에 따라 내통과 외통 사이의 이격거리가 커져서 길이가 길고 원거리 분사가 가능한 분사노즐을 자유롭게 설치할 수 있으므로 지반경화체기둥의 시공성과 시공품질을 향상시킬 수 있고, 대경의 지반경화체기둥을 효과적으로 시공할 수 있을 뿐만 아니라 설계기준에 맞는 다양한 시공이 가능한 장점이 있다. 아울러, 연장돌부는 단면 형상이 호 형상으로 돌출되어 있으므로 최선단로드부재의 회전시에 마찰저항이 최소화되어 쉽게 마모되지 않으므로 충분한 내구성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도1a 내지 도2는 종래 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치를 설명하기 위한 도면,
도3a 및 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 설명하기 위한 도면,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 나타낸 단면도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐의 변형예를 나타낸 단면도,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치를 개략적으로 나타낸 사시도,
도7a 및 도7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치를 설명하기 위한 단면도,
도8a 내지 도8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치의 제1 변형예를 설명하기 위한 도면,
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치의 제2 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 설명하기 위한 도면으로 도3a는 사시도이고 도3b는 분리사시도이다. 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 나타낸 단면도이다.
도3a 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐은 지반경화체기둥 시공시에 경화재, 청수, 압축공기 등의 시공재료(이하 '분사물'이라 칭함)를 고압 분출하기 위한 것으로, 지반경화체기둥 시공시에 지반굴착장치(미도시, 도1a 참조)와 같은 조작기구에 연이어 설치되는 분사물주입로드(미도시, 도1a의 도면부호 '2' 참조)의 최하단에 장착된 선단장치(100, 도6 참조)의 최선단로드부재(110)에 복수 개가 설치되어 있다.
그리고, 지반경화체기둥 형성용 분사노즐(200)은 내부 중심에 관통홀(211)이 형성된 노즐몸체(210)와, 이 노즐몸체(210)의 관통홀(211)에 삽입, 결합되고 중심에 분사홀(221)이 관통된 내부노즐(220)로 구성되되, 분사홀(221)의 내주면에 나선상으로 분사홈(222)이 요입, 형성되어 있다.
여기서, 분사홈(222)은 대략 스크류 형상으로 분사홀의 내주면에 복수 개가 형성된 것으로서 고압 분출되는 분사물을 선회시킴으로써 원거리로 분사가 가능하는 역활을 수행한다.
노즐몸체(210)는 도4에 도시된 바와 같이 최선단로드부재(110)에 장착될 수 있고 내부에 내부노즐(220)의 장착을 위한 관통홀(211)이 형성된 구조라면 특별히 구조나 형태에 제한은 없지만, 본 실시예에서는 파이프 형상을 갖는 몸체의 배출측 단부 외면에 결합링부(212)가 돌출되고 내면에 걸림링부(213)가 돌출된 구조로 형성되어 있다.
그리고, 노즐몸체(210)는 체결방식에 의해 후술되는 최선단로드부재에 체결될 수 있도록 외주면 전후 부분에 나사부(215)가 형성되어 있지만, 용접방식으로 결합할 수 있게 구성할 수도 있으며 이 경우 나사부는 생략할 수 있다.
내부노즐(220)은 세라믹 소재에 의해 대략 파이프 형상으로 형성된 것으로, 중심에 형성되는 분사홀(221)은 분사물이 유입되는 대경부(221a), 이 대경부(221a)와 연이어 원추형으로 형성되는 경사부(221b), 및 경사부(221b)와 연이어 형성되어 분사물이 배출되는 소경부(221c)로 이루어져 있다. 그리고, 분사홀(221)의 내주면에 형성되는 분사홈(222)은 대경부(221a), 경사부(221b) 및 소경부(221c)에 전체적으로 형성될 수도 있지만 도4에서는 소경부와 경사부에만 분사홈이 형성된 형태를 도시하고 있다.
또한, 내부노즐(220)은 분사물을 원거리로 분사하여 직경이 큰 지반경화체기둥을 시공할 수 있도록 구성하는 중요하다. 물론, 동일한 분사압력하에서는 내부노즐의 전체 길이를 최대로 하고, 분사홀의 내경을 최소화할 경우 분사거리를 증가시킬 수 있지만 지반경화제기둥이 지반 내부에 시공되는 작업조건으로 인해 최선단로드부재의 외경을 무작정 크게 할 수 없다는 점을 고려하여야 한다.
상기한 고려사항을 반영하여 내부노즐(220)을 다양한 형태로 모델링 하여 분사노즐을 시제작하고 함수비 40%인 점토에 400bar의 압력으로 분사물을 분사하고 분사거리를 측정하였다. 측정결과, 직경 3,000mm 이상의 지반경화체기둥을 형성할 수 있는 분사거리 1,500mm 이상을 만족(최선단주입로드가 회전되면서 분사되므로 분사거리 1,500mm 이상이 되어야 함)하는 분사노즐(220)의 조건을 알 수 있었다. 이를 정리하면, 소경부(221c)의 내경은 1.5 내지 6.0㎜ 범위로 형성하고, 이 소경부의 길이는 내경(d)에 대해 200 내지 500% 범위의 길이를 갖도록 형성하며, 경사부(221b)의 각도는 10 내지 20°의 각도(Ø)를 갖도록 형성하는 한편, 분사홀의 전체 길이(D)는 소경부의 내경(d)에 대해 1,000 내지 2,000% 범위의 길이로 형성할 경우 분사거리 1,500mm 이상을 만족함을 알 수 있었다.
아울러, 내부노즐(220)은 소경부(221c)를 2.5㎜의 내경과 이 내경(d)에 대해 400% 범위의 길이를 갖도록 형성하고, 경사부(221b)를 13°의 각도를 갖도록 형성하는 한편, 분사홀(221)의 전체 길이(D)를 소경부(221c)의 내경(d)에 대해 1,300% 범위의 길이로 형성할 경우 전체적인 외관 부피가 작고 길이가 적당하여 최선단로드부재에 용이하게 설치할 수 있으면서도 분사물의 분사거리가 1,500mm 이상으로 측정되어 가장 바람직한 형태임을 확인할 수 있었다.
그리고, 내부노즐(220)은 노즐몸체(221)로부터 쉽게 이탈되지 않도록 경사부(221b)와 소경부(221c)의 경계부위에 걸림링부(213)에 안착되는 안착턱(223)이 형성되어 있다.
한편, 내부노즐(220)은 분사물의 분사시 마찰저항을 최소화하여 원거리 분사가 가능하도록 금속에 비해 상대적으로 마찰계수가 작은 세라믹 성형체로 형성하는 것이 중요하다.
보다 구체적으로 설명하면, 내부노즐(220)은 세라믹 분말과 바인더 등을 혼합하고 이를 성형 및 소성하여 제조한 것으로 본 실시예에서는 SiC가 주성분(SiC 함량 90%이하, 기공율 3 ~ 10%)인 세라믹 성형체로 형성되어 있지만, 이에 제한되는 것은 아니며 성형 및 소성된 상태에서 마찰계수가 낮고, 강성이 우수한 세라믹소재라면 적용할 수 있는 것으로 예컨대 공지된 통신용 연결슬리브 제작용 세라믹소재, 치아용 임플란트 제작용 세라믹소재, 산업용 노즐제작용 세라믹소재 등을 이용할 수 있다. (일본특허 2240207A, 일본특허 1240608A, 한국등록특허 10-0368274 등 참조)
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도5를 참조하면, 변형예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐(200)은 노즐몸체(210)과, 이 노즐몸체(210)에 결합되고 내부 중심에 분사홀(221)이 형성된 내부노즐(220)로 구성되고, 분사홀(221)은 분사물이 유입되는 대경부(221a), 대경부(221a)와 연이어 원추형으로 형성되는 경사부(221b), 및 경사부(221b)와 연이어 형성되어 분사물이 배출되는 소경부(221c)로 이루어지되, 대경부(221a)의 유입측 단부에 마찰방지용 돌출링부(224)가 더 형성되어 있다.
도5에 도시된 바와 같이 대경부(221a)의 유입측 단부에 마찰방지용 돌출링부(224)가 형성되어 있게 되면 분사물이 고압으로 대경부로 유입되는 과정에서 마찰저항이 지속적으로 작용되더라도 금속으로 형성된 노즐몸체(210) 부분을 보호하여 쉽게 마모되거나 손상되지 않게 되므로 분사노즐의 전체적인 내구성을 향상시킬 수 있다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치를 개략적으로 나타낸 사시도, 도7a 및 도7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치를 설명하기 위한 단면도로서, 도7a는 도6의 B부 종단면의 일부를 나타낸 단면도, 도7b는 도6의 B부 횡단면을 나타낸 단면도이다.
도6 내지 도7b를 참조하면, 본 발명에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치(100)는 분사물주입로드(미도시)의 최하단에 장착되고 분사물이 고압 분출되는 분사노즐(200)이 설치되어 지반경화체기둥을 실질적으로 형성하는 장치로서, 분사노즐(200)이 설치되는 최선단로드부재(110), 이 최선단로드부재(110)의 최하단에 설치되어 지반을 굴착하는 비트부(120), 및 최선단로드부재(110)의 내부에 설치되는 체크밸브(미도시)가 구비되어 있다.
최선단로드부재(110)는 외관의 형상이 대략 원통 형상을 갖도록 형성된 것으로 내부에 분사노즐(200)의 양쪽 단부가 설치되는 내통(111)과 외통(112)이 구비되어 있다. 내통(111)은 최선로드부재(110)의 중심에 상하로 배치되는 파이프 형상의 부재이고, 외통(112)은 내통의 외부에 이격거리(s2)를 갖도록 이격, 배치되어 있다.
그리고, 체크밸브는 분사물주입로드(미도시, 도1a의 도면부호 2 참조)를 통해 최선단로드부재(210)의 내부로 유입된 분사물의 하방 유출을 차단하는 밸브로서, 내통으로 유입된 분사물의 하방유출이 방지되도록 폐쇄되고 반대방향으로 개방되는 통상의 체크밸브가 내통의 하부에 설치되어 있다.
여기서 체크밸브는 후술되는 하부 분사노즐(200b)과 접한 하방에 설치되는 것으로 내통으로 유입된 분사물의 하방 유출을 차단하여 분사노즐 방향으로만 이동되도록 하는 기능을 수행한다.
한편, 본 발명에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치는 지반경화체기둥의 시공 직경을 증가시킬 수 있도록 외통(112)에 볼록하게 돌출되는 연장돌부(112a)가 일체로 형성되는 것이 중요하다.
이때, 연장돌부(112a)는 지반 내부에 삽입된 최선단로드부재(110)의 회전시에 저항이 최소화되고 쉽게 마모되지 않도록 단면상에서 도시되는 형상이 대략 호 형상을 갖도록 만곡, 형성되어 있다. 그리고, 연장돌부(112a) 부분의 외경은 지반조건이나 설계된 지반경화체기둥의 직경에 따라 가감할 수 있지만 200mm를 기준으로 ±20% 범위의 외경을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 연장돌부(112a)는 원거리 분사가 가능한 분사노즐(200)의 설치시 편의성을 고려하여 분사노즐이 설치되는 부분에 형성되는 것이 중요하다. 그 이유에 대해 구체적으로 설명하면 직경이 큰 지반경화체기둥을 시공하기 위해서는 분사물을 원거리로 분사하여야 하고, 이를 위해서는 원거리 분사가 가능한 분사노즐(도4에 도시된 바와 같이 비교적 길이가 긴 분사노즐을 의미함)의 설치간격이 확보된 연장돌부(112a) 부분에 분사노즐을 설치하여야 하기 때문이다.
한편, 분사노즐(200)은 원거리 분사가 가능한 분사노즐이라면 특별히 형태나 구조에 제한 없이 선택, 설치할 수 있지만 본 실시예에서는 도4 및 도5에 도시된 형태로 제작된 것이 설치된다.
그리고, 상기 분사노즐(200)은 최선단로드부재(110)의 상부에 형성된 연장돌부(112a)에 설치되는 상부 분사노즐(200a)과, 최선단로드부재(110)의 하부에 형성된 연장돌부(112a)에 설치되는 하부 분사노즐(200b)로 구성되어 있다.
이때, 상부 및 하부 분사노즐(200a,200b)은 최선단로드부재(110)의 회전시에 지반을 구성하는 토사 등과 접촉시 마모되므로 이를 방지하기 위해 설치시에 외통(112)의 외부로 노출되지 않도록 한다. 예컨대 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이 상부 및 하부 분사노즐(200a,200b)의 외측 단부는 외통(112)의 외주면 보다 내측에 위치하도록 설치되어 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치의 작용을 간략하게 설명한다.
먼저, 지반 굴착장치(미도시)와 분사물의 공급을 위한 공급장치(미도시)를 시공현장에 배치하여 복수의 분사물주입로드를 설치하고 분사물주입로드의 최하단에 선단장치(100)를 접속한 후 지반 굴착장치를 작동시켜 지반 내부로 분사물주입로드를 삽입한다.
이후, 선단장치(100)를 회전시키면서 비트부(120)에 의해 지반을 굴착하고 지반경화체기둥의 시공 지점에 도달되면 상부 분사노즐(200a)을 통해 용수 및 압축공기를 고압, 분출하여 연약지반이 절삭되도록 하는 동시에 최선단주입로드(100)의 하부에 마련된 하부 분사노즐(200b)로 분사물을 분출되도록 하여 점차적으로 상승시키게 되면 지반경화체기둥이 형성된다.
전술한 바와 같은 지반경화체기둥의 시공과정에서 최선단주입로드(110)는 외통(112)에 볼록하게 연장돌부(112a)가 돌출되어 있으므로 자체적인 외경의 크기로 인해 지반의 절삭 직경을 증가시킬 수 있다. 이때, 연장돌부(112a)는 단면상의 형상이 대략 호 형상으로 형성되어 있으므로 최선단로드부재(110)의 회전시에 저항이 최소화되고 쉽게 마모되지 않는 작용효과가 발휘된다.
또한, 최선단주입로드(110)에 연장돌부(112a)가 형성되어 내통(111)과 외통(112) 사이의 이격거리(s2)가 비교적 크므로 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 분사물을 원거리로 분사할 수 있도록 길이가 길게 형성된 분사노즐(200)을 자유롭게 설치할 수 있다. 이로 인해 지반경화체기둥의 시공성과 시공품질을 향상시킬 수 있고, 3,000mm 이상의 직경을 갖는 지반경화체기둥을 효과적으로 시공할 수 있을 뿐만 아니라 설계기준에 맞는 다양한 시공이 가능하게 된다.
도8a 내지 도8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치의 제1 변형예를 설명하기 위한 도면으로서, 도8a는 도6의 A부 횡단면을 나타낸 단면도, 도8b는 도6의 B부 횡단면을 나타낸 단면도, 도8c는 도6의 A부 종단면을 나타낸 단면도, 도8d는 도6의 B부 종단면을 나타낸 단면도이다.
도8a 내지 도8d를 참조하면, 제1 변형예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치는 최선단로드부재(110)의 상부에 설치되는 상부 분사노즐(200a)과, 최선단로드부재(110)의 하부에 설치되는 하부 분사노즐(200b)을 구비하되, 상부 분사노즐(200a)은 배출측 단부가 최선단로드부재(110)의 회전방향으로 경사짐과 동시에 상향으로 경사지게 배치되고, 하부 분사노즐(200b)은 배출측 단부가 최선단로드부재(110)의 회전방향으로 경사짐과 동시에 하향으로 경사지게 배치되어 있다.
예컨대, 상부 분사노즐(200a)은 도8a 및 도8c에 도시된 바와 같이 배출측 단부가 최선단로드부재(110)의 회전방향으로 5° 정도의 각도와 상방으로 5° 정도의 각도를 갖도록 경사지게 설치되어 있고, 하부 분사노즐(200b)은 도8b 및 도8d에 도시된 바와 같이 배출측 단부가 최선단로드부재(110)의 회전방향으로 5° 정도의 각도와 하방으로 5° 정도의 각도를 갖도록 경사지게 설치되어 있다. 그리고, 상부 및 하부 분사노즐(200a,200b)의 설치각도는 상기한 각도에 제한되는 것은 아니며 토질, 작업속도 등의 작업조건에 따라 다양하게 변형하여 구성할 수 있음은 물론이다.
전술한 바와 같이 상부 분사노즐(200a) 및 하부 분사노즐(200b)이 최선단로드부재(110)의 회전방향으로 경사지게 설치되어 있게 되면 소경부(221c)를 통해 분사물이 분출되는 과정에서 회전방향인 대각방향으로 분출되므로 상부 및 하부 분사노즐이 일자형(최선로드부재의 중심에서 원심력방향으로 일자형으로 배치된 형태)으로 설치된 구조에 비해 분사물의 분출시 저항이 감소되므로 원거리로 분사물을 분출시킬 수 있다.
아울러, 상부 분사노즐(200a)이 도8c에 도시된 바와 같이 상방으로 경사지게 설치되어 있게 되면 시공시 지반에 채워져 있던 토사와 같은 슬러리 등의 부상을 촉진시켜 시공성이 향상되게 되고, 하부 분사노즐(200b)이 도8d에 도시된 바와 같이 하방으로 경사지게 설치되어 있게 되면 분사물의 분출시 하방으로 경사지게 분출됨에 따라 분사물을 지반으로 채워넣게 되므로 지반을 다져주는 역활을 수행하여 지반경화체기둥의 시공효율과 시공품질을 향상시키는 효과가 발휘된다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치의 제2 변형예를 설명하기 위한 도면으로서, 최선단로드부재의 다른 형태를 나타낸 사시도이다.
도9를 참조하면, 제2 변형예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치(100)는 분사노즐(200)이 설치되는 최선단로드부재(110), 이 최선단로드부재(110)의 최하단에 설치되어 지반을 굴착하는 비트부(120), 및 최선단로드부재(110)의 내부에 설치되는 체크밸브(미도시)가 구비되되, 상기 최선단로드부재(110)는 지반경화체기둥의 시공 직경을 증가시키는 것은 물론이고 굴착시 작업성이 향상되고 내구성이 보다 향상되도록 구성한 점에 특징이 있다.
이를 위해, 최선단로드부재(110)는 분사노즐(200)의 내측 및 외측 단부가 설치되는 내통(111)과 외통(112)이 이격거리(s2)를 갖도록 이격, 배치되고, 외통(112)에 연장돌부(112a)가 형성되어 있되, 이 연장돌부(112a)가 나선상의 스크류 형태로 돌출되어 있다.
여기서, 연장돌부(112a)는 회전시에 저항이 최소화되고 쉽게 마모되지 않도록 단면 형상이 대략 호 형상으로 돌출되어 있다.
그리고, 본 변형예에서 적용되는 분사노즐(200)의 세부 구조 및 설치 형태는 전술한 실시예에서와 동일, 유사하게 적용하는 것이므로 구체적인 설명을 생략한다.
한편, 제2 변형예에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치(100)는 외통(112)에 나선상의 스크류 형태로 연장돌부(112a)가 돌출되어 있으므로 지반경화체기둥의 시공을 위한 굴착작업시에 연장돌부(112a)가 비트의 역활을 수행하여 굴착작업성이 향상되고 굴착공의 직경이 커져서 지반경화체기둥의 시공 직경을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 굴착시에 스크류 이동(나사 이동)을 하게 되므로 마찰저항이 감소되어 내구성이 향상되는 장점이 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 지반경화체기둥 형성용 분사노즐 및 이를 구비한 선단장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
100:선단장치 110:최선단로드부재
111:내통 112:외통
112a:연장돌부 120:비트부
200:분사노즐 200a:상부 분사노즐
200b:하부 분사노즐 210:노즐몸체
211:관통홀 212:결합링부
213:걸림링부 220:내부노즐
221:분사홀 221a:대경부
221b:경사부 221c:소경부
222:분사홈 223:안착턱
224:돌출링부 s2:이격거리

Claims (10)

  1. 지반경화체기둥 형성용 분사노즐에 있어서,
    내부 중심에 관통홀이 형성된 노즐몸체; 및
    상기 노즐몸체의 관통홀에 삽입, 결합되고 중심에 분사홀이 관통된 내부노즐을 포함하고,
    상기 분사홀의 내주면에 나선상으로 분사홈이 요입, 형성된 것을 특징으로 하는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부노즐은 세라믹 소재에 의해 형성되고 상기 분사홀은 분사물이 유입되는 대경부, 상기 대경부와 연이어 원추형으로 형성되는 경사부, 및 상기 경사부와 연이어 형성되어 분사물이 배출되는 소경부로 이루어진 것을 특징으로 하는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소경부는 1.5 내지 6.0㎜ 범위의 내경과, 상기 소경부의 내경(d)에 대해 200 내지 500% 범위의 길이를 갖도록 형성되고,
    상기 분사홀의 전체 길이(D)는 상기 소경부의 내경(d)에 대해 1,000 내지 2,000% 범위의 길이가 되도록 형성되며,
    상기 경사부는 10 내지 20°의 각도를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노즐몸체는 파이프 형상을 갖는 몸체의 배출측 단부 외면에 결합링부가 돌출되고 그 내면에 걸림링부가 돌출된 구조로 이루어지고,
    상기 내부노즐은 상기 경사부와 상기 소경부의 경계부위에 상기 걸림링부에 안착되는 안착턱이 형성되고, 유입측 단부에 마찰방지용 돌출링부가 형성된 것을 특징으로 하는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐.
  5. 지반경화체기둥의 형성을 위한 분사물이 유입되는 분사물주입로드의 최하단에 설치되고 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치에 있어서,
    상기 분사노즐의 일측 및 타측 단부가 설치되는 내통과 외통이 구비된 최선단로드부재를 구비하되,
    상기 최선단로드부재는 지반경화체기둥의 시공 직경을 증가시킬 수 있도록 상기 외통에 볼록하게 돌출되는 연장돌부가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연장돌부는 상기 분사노즐의 길이를 증가시킬 수 있도록 상기 분사노즐의 설치부위에 형성된 것을 특징으로 하는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 연장돌부는 호 형상의 단면 구조를 갖도록 돌출되는 것을 특징으로 하는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 최선단로드부재의 상부에 설치되는 상부 분사노즐과, 상기 최선단로드부재의 하부에 설치되는 하부 분사노즐을 포함하고,
    상기 상부 분사노즐은 배출측 단부가 상기 최선단로드부재의 회전방향으로 경사짐과 동시에 상향으로 경사지게 배치되고,
    상기 하부 분사노즐은 배출측 단부가 상기 최선단로드부재의 회전방향으로 경사짐과 동시에 하향으로 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 연장돌부는 나선상의 스크류 형태로 돌출된 것을 특징으로 하는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 분사노즐은 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 분사노즐이 선택되어 설치된 것을 특징으로 하는 지반경화체기둥 형성용 분사노즐을 구비한 선단장치.
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