KR20160003585A

KR20160003585A - 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법 및 그라우팅 파이프

Info

Publication number: KR20160003585A
Application number: KR1020150176861A
Authority: KR
Inventors: 문동춘; 나기천
Original assignee: 문동춘
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2016-01-11
Also published as: KR101911897B1

Abstract

본 발명은 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그라우트액 파이프와 경화제 파이프가 구분되어 형성되고 말단부에서 그라우트액과 경화제가 혼합되는 그라우팅 주입파이프에 시간이 경과함에 따라 그라우트액의 주입속도와 경화제의 주입속도를 변경하여 동심원상 망상구조를 소성시켜 지반강화 또는 구조물 복원을 시키는 효과가 있는 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 의한 그라우팅 파이프는 그라우트액 파이프 내부에 경화제 파이프가 위치하며, 경화제 파이프의 내부에는 유공관이 위치하여 경화제가 배출될 때는 유공관이 경화제 파이프 외부로 노출되어 경화제가 유공관의 배출공으로 배출되도록 하여 경화제 파이프의 말단이 경화제 주입시에만 열려 경화제와 그라트액의 주입이 정지되었을때 반응되지 않도록 차단하는 것을 특징으로 하는 그라우팅 파이프에 관한 것이다.

Description

다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법 및 그라우팅 파이프{REINFORCING FOUNDATION OR STRUCTURE RESTORATION METHOD USING A MULTI-INJECTION SYSTEM AND GROUTING PIPE}

본 발명은 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그라우트액 파이프와 경화제 파이프가 구분되어 형성되고 말단부에서 그라우트액과 경화제가 혼합되는 그라우팅 주입파이프에 시간이 경과함에 따라 그라우트액의 주입속도와 경화제의 주입속도를 변경하여 동심원상 망상구조를 소성시켜 지반강화 또는 구조물 복원을 시키는 효과가 있는 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법에 관한 것이다.

또한, 본 발명에 의한 그라우팅 파이프는 그라우트액 파이프 내부에 경화제 파이프가 위치하며, 경화제 파이프의 내부에는 유공관이 위치하여 경화제가 배출될 때는 유공관이 경화제 파이프 외부로 노출되어 경화제가 유공관의 배출공으로 배출되도록 하여 경화제 파이프의 말단이 경화제 주입시에만 열려 경화제와 그라트액의 주입이 정지되었을때 반응되지 않도록 차단하는 것을 특징으로 하는 그라우팅 파이프에 관한 것이다.

대한민국 공개특허 제10-2002-0092257호(특허출원 10-2002-0042753호)에는 다점주입에 의한 부등침하구조물의 복원공법이 개시되어 있으며, 대한민국 등록특허 제10-0475443호(특허출원 10-2004-0019359호)에는 구조물 하부의 지반보강공법이 개시되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 다점주입에 의한 부등침하구조물의 복원공법과 구조물 하부의 지반보강공법은, 시멘트 페이스트의 겔화와 경화시간을 조절할 수 없으므로 연속된 시멘트 페이스트의 주입에도 복원력 발생이 주입된 양과 비교하여 복원이 되지 않으며, 시멘트 페이스트와 경화제가 불균질하게 혼합되어 경화 강도가 부위마다 서로 달라 구조물이 복원된 이후에도 부분적으로 침하되어 재시공 해야 되는 등의 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법은,

침하된 구조물의 하부 또는 침하된 지반의 하부에 그라우트액 파이프와 경화제 파이프가 구분되어 형성되고 말단부에서 그라우트액과 경화제가 혼합되는 그라우팅 주입파이프를 다수개 설치하는 주입파이프 설치단계와;

설계된 순서에 따라 상기 그라우팅 주입파이프에 그라우트액과 경화제를 주입하는 그라우팅 주입단계와;

상기 침하된 구조물 또는 침하된 지반이 복원되면, 상기 그라우팅 주입단계를 종료하는 종료단계;를 갖되,

상기 그라우팅 주입단계에서,

시간의 경과에 따라 그라우팅 주입파이프에는,

그라우트액의 주입속도는 일정하게 하고 경화제의 주입속도를 높이거나, 그라우트액의 주입속도를 낮게 하고 경화제의 주입속도를 일정하게 하거나, 그라우트액의 주입속도를 낮게 하고 경화제의 주입속도를 높여 그라우트액과 경화제를 주입하는 것을 특징으로 한다.

상기 그라우팅 주입파이프에는 그라우트액과 경화제의 주입과 정지가 반복되며, 주입중에는 그라우트액과 경화제의 주입속도가 변경되지 않는 것이 바람직하다.

상기 그라우팅 주입파이프는, 그라우트액 파이프의 내부에 경화제 파이프가 위치하며, 상기 경화제 파이프의 말단부 측면에는 다수의 배출공이 형성된 것이 바람직하다.

상기 경화제 파이프는, 상기 경화제 파이프의 말단부에 위치하는, 말단이 폐쇄된 유공관과;

상기 경화제 파이프와 상기 유공관 사이에 개재되어, 경화제가 배출되지 않을 때는 유공관이 경화제 파이프 내부로 수납되고, 경화제가 배출될 때는 유공관이 경화제 파이프 외부로 노출되어 경화제가 유공관의 배출공으로 배출되도록 하는 탄성수단;을 갖는 것이 바람직하다.

상기 경화제 파이프의 내부에는 상부 스토퍼가 형성되어 있고, 상기 경화제 파이프의 하부 말단에는 내부로 향하여 상기 유공관의 외경까지 연장된 하부 스토퍼가 형성되어 있으며, 상기 유공관의 상부에서 외곽으로 향하여 경화제 파이프의 내경까지 연장된 지지날개가 형성되어 있으며, 상기 지지날개는 상부 스토퍼의 하부에 위치하며, 상기 탄성수단은 상기 지지날개와 상기 하부 스토퍼 사이에 위치한 압축스프링인 것이 바람직하다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 그라우팅 주입파이프은,

그라우트액 파이프와;

상기 그라우트액 파이프의 내부에 위치하는 경화제 파이프와;

상기 경화제 파이프의 말단부에 위치하는, 말단이 폐쇄된 유공관과;

상기 경화제 파이프와 상기 유공관 사이에 개재되어, 경화제가 배출되지 않을 때는 유공관이 경화제 파이프 내부로 수납되고, 경화제가 배출될 때는 유공관이 경화제 파이프 외부로 노출되어 경화제가 유공관의 배출공으로 배출되도록 하는 탄성수단;을 갖는다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법은, 그라우트액과 경화제의 양을 조절하여 그라우팅의 겔화와 경화시간을 조절할 수 있어 지중에서 겔상태의 소성영역내에 그라트액과 경화제가 겔상태로 존재하고 완전 고결전까지 연속적 주입으로 소성영역을 동심원상 망상구조로 형성시켜 부피 팽창에 의한 복원력을 발생시켜, 침하된 지반 또는 침하된 구조물을 정밀 복원시키는 효과가 있다.

또한, 그라우팅 주입파이프는, 그라우트액 파이프의 내부에 경화제 파이프를 위치시키고 경화제 파이프의 선단부를 유공관 형태로 형성시켜 그라우트액과 경화제가 균질하게 혼합되어 경화강도가 일정하게 하는 효과가 있다.

나아가, 그라우트액 파이프의 내부에 위치한 경화제 파이프의 선단부에 유공관이 형성되어 경화제 주입시 유공관이 노출되고 경화제 주입 정지시 유공관이 수납되도록 하므로써 그라우트액과 경화제의 결합에 의해 유공관의 통공이 폐색되는 것을 방지하는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 시스템 개략도.
도2는 본 발명에 따른 일실시예를 도시한 시공 흐름도.
도3은 그라우팅 파이프의 종래기술 개념도.
도4는 본 발명에 따른 그라우팅 파이프의 개념도.
도5는 본 발명에 따른 그라우팅시 지반내에 형성되는 소성영역의 동심원상 망상구조 예시도.
도6은 본 발명에 따른 그라우팅 파이프의 작동 상태도.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 이들 도면은 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이하 도면에서 그라우트액은 B액, 경화제는 A액으로 표시되어 있다.

도1은 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 시스템 개략도이다.

도1을 살펴보면, 그라우트액 탱크(10)와 경화제 탱크(20)가 위치하며, 그라우트액 탱크(10)에서 그라우트액 펌프(30), 그라우트액 밸브자동개폐장치(50), 그라우트액 주입호스(55)를 통하여 주입관(80)으로 연결된다. 그라우팅 파이프(80)는 도4 또는 도6의 형태로 구성되며, 그라우트액 주입호스(55)는 도4의 그라우트액 파이프(110)로 연결되어 그라우트액이 주입된다.

또한, 경화제 탱크(20)에는 경화제 펌프(40), 경화제 밸브자동개폐장치(60), 경화제 주입호스(65)를 통하여 그라우팅 파이프(80)로 연결되되, 보다 상세하게는 도4의 경화제 파이프(120)로 연결되어 경화제가 주입된다.

중앙처리장치(70)는 그라우트액 펌프(30)와 경화제 펌프(40)의 토출압력을 조절하고, 그라우트액 밸브자동개폐장치(50)와 경화제 밸브자동개폐장치(60)를 제어하여 다수의 그라우팅 파이프(80)에 경화제과 그라우트액의 주입속도(주입압력)와 주입중지 등을 제어한다.

어느 하나의 그라우팅 파이프(80)에는 시간이 경과함에 따라 그라우트액의 주입속도가 일정하다면 경화제의 주입속도가 높아지거나, 경화제의 주입속도가 일정하다면 그라우트액의 주입속도가 감소하거나, 경화제의 주입속도가 높아지고 그라우트액의 주입속도가 감소되도록 제어된다.

즉, 어느 하나의 그라우팅 파이프(80)에서 그라우트액의 주입속도가 1,000㎖/분 이라면, 주입시작시 경화제의 주입속도는 100㎖/분, 1시간 경과후에는 200㎖/분, 2시간 경과후에는 300㎖/분, 3시간 경과후에는 500㎖/분 으로 변화하거나,

어느 하나의 그라우팅 파이프(80)에서 경화제의 주입속도가 100㎖/분 이라면, 주입시작시 그라우트액의 주입속도는 1,000㎖/분, 1시간 경과후에는 500㎖/분, 2시간 경과후에는 300㎖/분, 3시간 경과후에는 200㎖/분 으로 변화하거나,

어느 하나의 그라우팅 파이프(80)에서 주입시작시 그라우트액의 주입속도가 1,000㎖/분이고 경화제의 주입속도는 100㎖/분이며, 1시간 경과후에는 그라우트액의 주입속도는 800㎖/분 경화제의 주입속도는 150㎖/분, 2시간 경과후에는 그라우트액의 주입속도는 600㎖/분 경화제의 주입속도는 200㎖/분, 3시간 경과후에는 그라우트액의 주입속도는 400㎖/분 경화제의 주입속도는 250㎖/분 으로 변화할 수 있다.

상기와 같은 그라우트액의 주입속도와 경화제의 주입속도를 변화시켜 지중에 동심원상 망상구조 소성영역(100)을 형성시켜 침하된 지반 또는 구조물을 정밀하게 복원시킬 수 있다.

도2는 본 발명에 따른 일실시예를 도시한 시공 흐름도이다.

위치측정단계(S10)에서는 침하된 지반 또는 구조물의 위치를 측량한다.

위치 측정은 위치별 침하량을 파악하여 그라우트 주입관(80)의 위치, 그라우트량 등을 계산하기 위한 것이다.

레이저 레벨기 설치단계(S12)는 지반 또는 구조물의 적절한 위치에 레이저 레벨기를 설치하여 지반 또는 구조물의 복원상태를 확인하거나 추가 복원 높이 등을 계산하기 위하여 설치한다.

천공단계(S20)는 침하된 지반 또는 침하된 구조물의 하부를 설계된 갯수만큼 천공하도록 한다.

그라우팅 파이프 설치단계(S30)에서는 천공단계(S20)에서 지반에 뚫린 천공으로는 그라우팅 파이프(80)를 설치한다.

고압펌프 및 주입호스 연결단계(S35)에서는 그라우팅 파이프 설치단계(S30)에서설치한 그라우팅 파이프(80)와 고압펌프(30, 40)를 주입호스(55, 65)로 연결하는 단계이다.

기계적인 설치가 완료되면 중앙제어시스템 가동단계(S40)에서 시스템을 가동하여 고압펌프(30, 40)와 밸브자동개폐장치(50, 60)을 제어한다.

S50단계에서는 그라우팅이 시작된다.

레이저레벨기 측량단계(S52)에서는 레이저 측정기(90)가 작동하여 자동 측량을 시작한다.

A액과 B액 주입단계(S54)에서는 경화제과 그라우트액이 설계량만큼 주입되며, 주입중지단계(S60)에 도달하면 경화제과 그라우트액의 주입이 중지된다.

복원여부 검측단계(S70)에서는 레이저 측정기(90)으로부터 측량되어 중앙처리장치(70)로 전달된 데이터를 이용하여 지반 또는 구조물의 복원상태가 어떠한지를 실시간으로 감시한다.

복원여부 검측단계(S70)에서 복원이 충분하지 않은 경우에는 주입비율 변경단계(S80)를 거친후 경화제과 그라우트액 주입단계(S54)를 반복하며, 복원이 이루어진 경우에는 복원을 완료(S90)한다.

도3은 그라우팅 파이프의 종래기술 개념도이다.

도3을 살펴보면, 종래에는 그라우트액과 경화제를 주입하는 관은 2중관으로 되어 있으며, 보통 그라우트액이 주입되는 것이 그라우트액 파이프(외관, 110)이고, 경화제가 주입되는 것이 경화제 파이프(내관, 120)이다.

그라우트액 파이프(110)와 경화제 파이프(120)는 선단부에서 별다른 장치없이 개방되어 있다.(경화제와 그라우트액은 토출부 참조)

이와같이, 그라우트액 파이프(110)와 경화제 파이프(120)는 선단부에서 별다른 장치없이 개방되어 있으므로, 경화제와 그라우트액은 각각 별도로 뭉쳐 균질하게 경화되지 못하고 부분적으로 액상으로 존재하게 된다.([불균질 혼합체] 참조)

불균질하게 액상으로 존재하는 경화제와 그라우트액은 압력이 가해지면 미세한 극공을 통하여 뿔뿔히 흩어져 지반 또는 구조물의 재침하의 원인이 된다.

도4는 본 발명에 따른 그라우팅 파이프의 개념도이다.

도4를 도3과 비교하여 살펴보면, 경화제 파이프(120)에 경화제 배출공(122)이 뚫려 있다.

경화제 배출공(122)에서는 경화제가 다수의 배출공으로 배출되어 그라우트액과 균질하게 혼합된다.

도5는 본 발명에 따른 그라우팅시 지반내에 형성되는 소성영역의 동심원상 망상구조 예시이다.

도1 또는 도5에서 그라우팅시 지반내에 주입된 그라우트액과 경화제는 도면부호 100과 같이 동심원상의 망상구조를 갖는 소성영역을 형성한다.

도6은 본 발명에 따른 그라우팅 파이프의 작동 상태도이다.

도6을 살펴보면, 경화제 파이프(120)의 말단부에는 유공관(130)이 개재되어 있다.

경화제 파이프(120)의 내부에는 상부 스토퍼(124)가 형성되어 있고, 경화제 파이프(120)의 말단에는 하부 스토퍼(126)가 형성되어 있다.

상부 스토퍼(124)와 하부 스토퍼(126) 사이에 유공관(130)의 상부에서 외곽으로 연장된 지지날개(134)와 스프링(140)이 위치하고 있으며, 스프링(140)의 힘에 의하여 유공관(130)은 경화제 파이프(120)의 내부에 수납되어 있다.(주입전/주입후 참조)

도1의 고압펌프(40)와 밸브자동개폐장치(60)가 작동되어 경화제 파이프(120)로 경화제가 유입되면 스프링(140)의 힘을 이기고 유공관(130)이 경화제 파이프(120)의 말단부로 돌출되며 경화제 배출공(132)으로 경화제가 배출된다. 배출된 경화제는 그라우트액 파이프(110)를 통해 배출된 그라우트액과 혼합되며 경화된다.(주입중 참조)

도1의 고압펌프(40)가 작동중지되거나, 밸브자동개폐장치(60)에 의해 경화제 파이프(120)로 유입되던 경화제의 유입이 중지되면 유공관(130)은 스프링(140)의 힘에 의하여 경화제 파이프(120)의 내부로 수납되며 경화제과 그라우트액의 접촉이 차단된다.(주입전/주입후 참조)

10. 그라우트액 탱크 20. 경화제 탱크
30. 그라우트액 펌프 40. 경화제 펌프
50. 그라우트액 밸브자동개폐장치 55. 그라우트액 주입호스
60. 경화제 밸브자동개폐장치 65. 경화제 주입호스
70. 중앙처리장치 80. 그라우팅 파이프(주입관)
90. 레이저 측정기 100. 동심원상 망상구조 소성영역
110. 그라우트액 파이프 120. 경화제 파이프
122. 경화제 배출공 124. 상부 스토퍼
126. 하부 스토퍼 130. 유공관
132. 경화제 배출공 134. 지지날개
140. 스프링
S10. 위치측정단계 S12. 레이저 측정기 설치단계
S20. 천공단계 S30. 그라우팅 파이프 설치단계
S35. 고압펌프 및 주입호스 연결단계 S40. 중앙제어 시스템 가동단계
S50. 주입개시 S52. 레이저 측정기 측량단계
S54. 경화제와 그라우트액 주입단계 S60. 주입 중지단계
S70. 복원여부 검측단계 S80. 주입비율 변경단계
S90. 복원완료

Claims

다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법에 있어서,
침하된 구조물의 하부 또는 침하된 지반의 하부에 그라우트액 파이프와 경화제 파이프가 구분되어 형성되고 말단부에서 그라우트액과 경화제가 혼합되는 그라우팅 주입파이프를 다수개 설치하는 주입파이프 설치단계와;
설계된 순서에 따라 상기 그라우팅 주입파이프에 그라우트액과 경화제를 주입하는 그라우팅 주입단계와;
상기 침하된 구조물 또는 침하된 지반이 복원되면, 상기 그라우팅 주입단계를 종료하는 종료단계;를 갖되,
상기 그라우팅 주입단계에서,
시간의 경과에 따라 그라우팅 주입파이프에는,
그라우트액의 주입속도는 일정하게 하고 경화제의 주입속도를 높이거나, 그라우트액의 주입속도를 낮게 하고 경화제의 주입속도를 일정하게 하거나, 그라우트액의 주입속도를 낮게 하고 경화제의 주입속도를 높여 그라우트액과 경화제를 주입하는 것을 특징으로 하는 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법.
제1항에 있어서,
상기 그라우팅 주입파이프에는 그라우트액과 경화제의 주입과 정지가 반복되며,
주입중에는 그라우트액과 경화제의 주입속도가 변경되지 않는 것을 특징으로 하는 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 그라우팅 주입파이프는,
그라우트액 파이프의 내부에 경화제 파이프가 위치하며,
상기 경화제 파이프의 말단부 측면에는 다수의 배출공이 형성된 것을 특징으로 하는 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법.
제3항에 있어서,
상기 경화제 파이프는,
상기 경화제 파이프의 말단부에 위치하는, 말단이 폐쇄된 유공관과;
상기 경화제 파이프와 상기 유공관 사이에 개재되어, 경화제가 배출되지 않을 때는 유공관이 경화제 파이프 내부로 수납되고, 경화제가 배출될 때는 유공관이 경화제 파이프 외부로 노출되어 경화제가 유공관의 배출공으로 배출되도록 하는 탄성수단;을 갖는 것을 특징으로 하는 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법.
제4항에 있어서,
상기 경화제 파이프의 내부에는 상부 스토퍼가 형성되어 있고,
상기 경화제 파이프의 하부 말단에는 내부로 향하여 상기 유공관의 외경까지 연장된 하부 스토퍼가 형성되어 있으며,
상기 유공관의 상부에서 외곽으로 향하여 경화제 파이프의 내경까지 연장된 지지날개가 형성되어 있으며,
상기 지지날개는 상부 스토퍼의 하부에 위치하며,
상기 탄성수단은 상기 지지날개와 상기 하부 스토퍼 사이에 위치한 압축스프링인 것을 특징으로 하는 다중주입시스템을 이용한 지반강화 또는 구조물 복원공법.
그라우팅 주입파이프에 있어서,
그라우트액 파이프와;
상기 그라우트액 파이프의 내부에 위치하는 경화제 파이프와;
상기 경화제 파이프의 말단부에 위치하는, 말단이 폐쇄된 유공관과;
상기 경화제 파이프와 상기 유공관 사이에 개재되어, 경화제가 배출되지 않을 때는 유공관이 경화제 파이프 내부로 수납되고, 경화제가 배출될 때는 유공관이 경화제 파이프 외부로 노출되어 경화제가 유공관의 배출공으로 배출되도록 하는 탄성수단;을 갖는 것을 특징으로 하는 그라우팅 주입파이프.
제6항에 있어서,
상기 경화제 파이프의 내부에는 상부 스토퍼가 형성되어 있고,
상기 경화제 파이프의 하부 말단에는 내부로 향하여 상기 유공관의 외경까지 연장된 하부 스토퍼가 형성되어 있으며,
상기 유공관의 상부에서 외곽으로 향하여 경화제 파이프의 내경까지 연장된 지지날개가 형성되어 있으며,
상기 지지날개는 상부 스토퍼의 하부에 위치하며,
상기 탄성수단은 상기 지지날개와 상기 하부 스토퍼 사이에 위치한 압축스프링인 것을 특징으로 하는 그라우팅 주입파이프.