KR20160080168A

KR20160080168A - 파일 보강장치 및 이를 이용한 시공방법

Info

Publication number: KR20160080168A
Application number: KR1020140191659A
Authority: KR
Inventors: 강상욱
Original assignee: 강상욱
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-07-07

Abstract

본 발명은 파일 주변의 지반을 보강하기 위한 파일보강장치와 이을 이용한 시공방법에 관한 것으로, 지반에 홈을 천공하는 단계(S10); 홈에 파일을 삽입하고, 몰탈(121)을 주입하는 단계(S11); 파일을 구심으로 파일보강장치로 일정 반경(d2)의 지반을 정지하는 단계(S12); 정지된 지반에 고화제를 주입하는 단계(S13); 및 고화제가 고화되는 단계(S14);를 포함하여 이루어짐으로써, 종래와 같이 미개량되는 부위가 전혀 존재하지 않으면서 파일 주위 전체가 개량 및 보강되고, 궁극적으로 보강된 지반과 파일의 지지력이 항상 일정하게 유지되도록 한 것이다.

Description

파일 보강장치 및 이를 이용한 시공방법{Pile reinforcement device and Construction method using pile reinforcement device}

본 발명은 파일 주변의 지반을 보강하기 위한 장치 및 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파일이 삽입된 지반의 주위를 더욱 강화시키면서 그 보강효율이 현저히 상승하도록 한 파일보강장치 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

통상적으로 연약지반(soft ground)이라 함은 지반 자체가 상부 구조물로부터 전해오는 하중을 견딜 수 없거나 혹은 예측 침하량이 허용치를 넘는 경우로서, 연약한 점토, 느슨한 사질토, 유기질토 등이 이에 속하며, 이러한 연약한 점성토나 유기질토로 구성된 지반 위에 도로, 교량, 건물 등이 그대로 놓이면 전단면 침하량이 과대하여지고, 지지력이 부족하여 안전상의 문제가 생기며, 최근에 와서 쓰레기가 중요한 환경문제가 되고 있을 뿐만 아니라, 쓰레기 매립에 의해 이루어진 지반을도로나 건축물의 기초로 활용하고자 하는 방안도 강구되고 있어, 이러한 지반에서도 과도한 침하와 지지력의 부족이 예상되므로 연약지반 처리대책이 요구된다.

이와 같은 연약지반을 기초로 하는 구조물의 안정성과 침하문제에 대한 대책 중 흔히 사용되는 성토하중을 지지층에 도달하는 공법(PILE이용 공법)은, 공장에서 미리 생산된 강관 파일, PHC 파일, PC 파일, 및 RC 파일 등을 타입공법(타격, 진동)이나 매입공법 등의 방법으로 시공하게 되며, 이러한 파일은 그 지반의 상태에 따라 타격 후에 연속으로 이어 타격되며, 적정하게 타격된 뒤에는 지방 상부로 돌출된 파일을 적절히 절단하고, 그 끝 부분을 보강하게 되는바, 이렇게 파일 끝을 정리하면서 보강하는 것을 두부정리(頭部整理)라 하며, 이러한 두부를 정리 및 보강한 다음에는 그 상부에 수평 방향으로 철근을 배근하고, 기초 콘크리트를 타설하여 항타한 파일과 타설된 콘크리트에 의해, 이에 짓게 되는 구조물의 안정적으로 지지하도록 하는 것이다.

한편, 지중에 삽입되는 파일은 설치 구역의 지반의 무르기 정도와, 설치 후 받게 되는 연직 하중 및 수평 하중을 감안하여 설계된다. 따라서, 된 외력에 대해서는 파일이 충분히 지지한다.

하지만, 시간의 경과 및 주위 지반의 변화 등에 의해 설치 지반의 상태가 악화되면, 지반과 파일 간의 밀착력이 저하되면서 연직 하중 및 수평 하중을 감당하지 못하는 심각한 문제가 발생하였다.

이를 개선하기 위해 종래에는 대한민국 등록특허 제1144505호(발명의 명칭:팽이파일과 강관파일이 결합된 기초지반 안정화 공법)에 개시된 바와 같이, 파일의 개방된 상부에 팽이파일을 삽입하여 파일들 사이의 지반을 견고히 유지하여 부등침하를 방지하였다.

또한, 일본 특개 2011-117215호에 개시된 바와 같이, 지반에 파일을 삽입하기 위한 홈을 형성하고, 이 홈은 호퍼를 이용하여 상부가 넓고 하부가 좁은 형상으로 천공하였다.

또한, 이 외에도 도 1a 내지 도 1c에서와 같이, 시공 후 별도의 장치를 이용하여 파일(10) 주위의 지반을 입방 미터(m³)의 일정 면적을 갖는 개량지반(20)을 반복 작업으로 다수 형성하였다. 이때, 개량지반(20)은 땅을 굴착하면서 흙과 함께 시멘트 몰탈 등과 같은 고화제를 섞어서 형성시키고, 통상적으로 대략 원형 또는 사각형 형상을 이루었다.

하지만, 지반을 개량하는 동안 파일(10)의 파손을 방지하고, 개량지반(20)들 간의 중첩을 회피하여 지반 개량작업이 이루어지기 때문에 파일(10) 주변에 개량되지 않은 넓은 비개량 구역들이 발생하였고, 이는 궁극적으로 파일(10)의 파손 위험이 잔존할 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 지반 개량작업은 지반을 천공한 후 파일(10)을 삽입하기 전에 시행되기도 하였지만, 이 경우 파일(10) 삽입 작업이 조금이라도 지연되면 개량지반(20)이 고화되기 때문에 파일(10) 삽입작업에 큰 문제점이 되었다.

KR1144505 10

JP

2011-117215

A

상기된 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명은, 파일 시공 후 파일을 구심점으로 회전하면서 주위 지반을 정지(整地)하면서 고화제를 교반함으로써, 개량 작업하는 동안 파일의 파손 염려가 완전히 제거되고, 파일 주변 전체가 개량되며, 궁극적으로 장기간 이후에도 지반과 파일의 연직 및 수평 지지력이 견고히 유지되도록 한 지반보강공법 및 이를 실현하기 위한 지반보강장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기된 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파일보강장치는 파일이 설치된 주변 지반을 보강하는 장치에 있어서, 파일에 끼워져 회전하도록 설치된 중공인 회전체; 및 지반을 정지하기 위해 회전체로부터 일정 길이만큼 돌출되어 형성된 블레이드;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 회전체는 파일을 감싸도록 끼워지고, 파일을 따라 이동하도록 설치되며, 파일이 회전체의 회전 중심이 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 지반에 형성된 홈에 파일을 삽입되고, 파일과 홈 사이에 몰탈이 주입된 상태에서, 회전체가 지면에서 몰탈이 주입된 깊이까지 이동하는 경우, 회전체의 내경은 몰탈의 외경보다 작고, 외주연 전체에 다수의 블레이드가 장착되거나, 회전체가 지면에서 홈의 저면까지 이동하는 경우, 회전체의 내경은 몰탈의 외경보다 크고, 상부에 다수의 블레이드가 장착되며, 하부에 상부 블레이드보다 더 작은 크기의 블레이드가 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 회전체 상부에 외향 굴절된 플랜지를 파지하고, 동력원의 힘을 전달하여 회전체를 회전시키는 체결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 회전체의 외벽을 따라 고화제를 수용할 수 있는 수용공간이 형성되고, 수용공간과 통하도록 체결부재의 내부에 통로가 형성되며, 통로에 고화제를 주입하기 위해 주입관이 연결되고, 이 통로는 주입관과 연결되는 입구는 체결부재의 외벽 전체에 형성되고, 수용공간)과 연결되는 출구는 다수의 슬롯으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 회전체에 동력원과 연결된 회전축이 직접 체결되고, 고화제가 유동하도록 회전축의 내부유동로와, 회전체의 내부에 설치되면서 고화제를 외측으로 토출하도록 장착된 주입관이 상호 통하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

또, 회전체와 파일은 회전체의 측면에 형성된 결합홈에 파일의 외면으로부터 돌출된 결합돌기가 결합/해제가 가능하도록 체결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 블레이드는 후부가 전부보다 일정 각도()로 하향 기울어져 배치된 것을 특징으로 한다.

그리고, 회전체에는 블레이드를 교체하기 위해 블레이드가 탈착되는 결합돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 회전체의 중공인 내측에는 외벽으로부터 일정 길이(L1)만큼 이격되어 내벽이 형성된 것을 특징으로 한다.

따라서, 내벽과 외벽 사이에 파일이 끼워지고, 내벽은 중공인 파일의 내부에 삽입되며, 파일과 함께 회전체의 회전 중심이 되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 지반보강장치는 회전체에 장착되고, 정지된 지반에 고화제를 주입하도록 배치된 주입관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 주입관은 회전체의 내면 또는 외면을 따라 장착되고, 블레이드측으로 고화제를 토출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 주입관은 블레이드의 하면으로 분기되며, 토출구가 형성된 분기관을 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 분기관은 블레이드의 길이방향으로 연장되고, 블레이드의 하향 기울어진 경사각()으로 인해 전부와 후부 간에 형성된 두께(t)보다 같거나 작은 외경을 갖는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 지반보강장치를 이용하여 지반을 보강하기 위한 공법에 있어서, 지반에 홈을 천공하는 단계(S10); 홈에 파일을 삽입하고, 몰탈을 주입하는 단계(S11); 파일을 구심으로 일정 반경(d2)의 지반을 정지하는 단계(S12); 정지된 지반에 고화제를 주입하는 단계(S13); 및 고화제가 고화되는 단계(S14);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 정지하는 단계(S12)에서, 파일을 구심으로 블레이드가 회전하면서 일정 반경(d2) 내의 지반을 파헤치는 것을 특징으로 한다.

또한, 정지하는 단계(S12)에서, 넓은 상부에서 점감하여 좁은 하부를 이루는 상광하협의 형상인 것을 특징으로 한다.

그리고, 몰탈을 주입하는 단계(S11)에서, 몰탈은 홈과 파일 사이에 주입되고, 홈의 저면에서 정지할 지반의 깊이 정도까지 주입하거나, 홈의 저면에서 지면까지 주입되는 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 지반을 천공하여 파일을 삽입한 후, 파일을 구심으로 하여 파일 주변의 상부 지반을 정지하면서 고화제를 주입함으로써, 종래와 같이 미개량되는 부위가 전혀 존재하지 않으면서 파일 주위 전체가 개량 및 보강되고, 궁극적으로 보강된 지반과 파일의 지지력이 항상 일정하게 유지되는 효과가 있다.

또한, 회전체가 파일에 끼워져 회전하면서 블레이드로 파일의 주변 지반을 정지함으로써, 파일을 구심으로 하여 주변 전체가 정지되는 효과가 있다.

또한, 블레이드에 의해 지반이 정지되는 동안 고화제를 주입하여 흙과 섞이도록 하여 지반을 보강함으로써, 고화제와 흙의 충분한 교반이 블레이드에 의해 자연히 이루어지는 효과가 있다.

또한, 회전체로부터 블레이드가 교체됨으로써, 파일의 직경 및 길이에 따라 주변 지반의 개량범위를 변경할 수 있고, 이는 파일의 제원에 따른 최적의 개량의 범위를 얻을 수 있는 효과가 있다.

그리고, 회전체의 내부에 내경안내부가 길이방향으로 형성됨으로써, 사각형을 포함한 다각형의 파일인 경우 다각형의 내경을 구심으로 회전체가 회전할 수 있고, 이는 파일의 형상과 무관하게 파일을 구심으로 주변 지반을 개량 및 보강할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 파일 주변 지반을 개량한 개량지반이 개략적으로 도시된 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지반보강공법이 도시된 순서도이다.
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 순서도에 따른 지반보강공법의 공정도이다.
도 4는 도 3d의 실시 예가 도시된 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 3e에서 다른 종류의 파일이 삽입된 상태가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 지반보강공법을 구현하기 위한 지반보강장치가 개략적으로 보여진 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 지반보강장치와 파일 간의 결합구조가 도시된 측단면도이다.
도 8은 도 6에서 회전체 및 체결부재의 다른 실시 예가 도시된 측단면도이다.
도 9a는 도 6에 도시된 블레이드가 도시된 사시도이다.
도 9b 및 도 9c는 도 6에 도시된 블레이드 및 주입관이 도시된 측면도 및 사시도이다.
도 10은 도 6에 도시된 지반보강장치에서 회전체와 블레이드의 변형된 결합구조가 도시된 측면도이다.
도 11은 도 6에 도시된 회전체의 변형된 예가 도시된 측단면도이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 11의 파일주변의 지반을 보강하기 위한 파일보강장치의 다양한 사용상태도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<공법>

도 2는 본 발명에 따른 지반보강공법이 도시된 순서도이고, 도 3a 내지 도 3e는 도 2의 순서도에 따른 지반보강공법의 공정도이며, 도 4는 도 3d의 실시 예가 도시된 도면이고, 도 5a 내지 도 5c는 도 3e에서 다른 종류의 파일이 삽입된 상태가 도시된 도면이다.

본 발명에 따른 지반보강공법은 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 지반을 천공한다(S10). 파일(100)을 설치할 장소에서 어스 드릴(earth drill) 또는 오거(auger) 등의 천공장치를 이용하여 도 3a에서와 같이 지반에 파일(100)을 설치하기 위한 홈(110)을 천공한다.

다음으로, 천공에 파일(100)을 삽입하고, 일정 높이까지 몰탈(121)을 주입한다(S11). 도 3b에서와 같이, 지반의 홈(110)에 파일(100)을 삽입하고, 파일(100)의 외면과 홈(110) 사이의 틈에 몰탈(121)을 주입하고, 경화시킨다. 이때, 몰탈(121)은 다음 공정에서의 정지(整地)작업을 위한 깊이까지만 주입한다. 이는, 다음 공정의 정지작업으로 일정 깊이의 지반을 정지시키면서 개량시키기 때문이다.

그리고, 파일(100) 외면과 홈(110) 사이의 틈에는, 일정 높이의 몰탈(121)이 주입된 상태에서 추후 지반 정지작업시 고화제가 섞인 흙이 들어가 메우게 된다. 그러므로, 몰탈부(120)에서의 몰탈(121) 주입 높이는 정확하게 측정하지 않아도 무관하다.

다음으로, 파일(100)을 구심으로 하여 일정 높이의 상부 지반에 대한 정지작업을 한다(S12). 도 3c 및 도 3d에서와 같이, 파일(100)을 구심으로 회전하는 다수의 블레이드(320)에 의해 지반이 파헤쳐지면서 정지된다. 여기서, 정지작업으로 개량되는 개량지반(200)의 깊이(D2)는 도 3e에서와 같이, 파일(100) 직경(D1)의 대략5~10배 정도이다. 이 깊이(D2)는 통상적으로 설치된 파일(100)에 연직 하중 및 수평 하중을 받는 깊이이고, 이 깊이(D2)만큼 지반이 개량되어야 바람직하며, 물론 더 얇게 또는 더 깊게 형성될 수 있다.

또한, 파일(100)을 구심으로 하여 일정 직경(d2)만큼의 지반이 정지되고, 이는 파일(100)을 구심으로 다수의 블레이드(320)를 회전시킴으로써 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 개량지반(200)은 파일(100)을 중심으로 일정 반경(d2)의 원을 형성하기 때문에, 이로 인해 도 1a 및 도 1b의 종래와 같이 개량된 지반의 평면상 형태가 전혀 다르고, 종래와 같이 파일(100) 주변에 개량되지 않은 부분을 완전히 제거하여 파일(100) 주변 전체를 모두 개량할 수 있다. 즉, 도 3f에서와 같이, 파일(100)을 중심으로 원형의 개량지반(200)을 형성할 수 있다. 이러한 정지작업을 구현하기 위한 지반보강장치(300)는 후술한다.

또한, 미개량된 지반없이 파일(100) 주변 전체를 개량하게 되면, 지반과 파일(100) 간의 밀착력이 우수해지고, 이로 인해 동일한 연직 하중 및 수평 하중에 대해 종래보다 더 작은 반경(d2)의 개량지반(200)을 형성할 수 있다. 즉, 도 3f에서와 같이 파일(100)을 중심으로 주변의 개량지반(200)까지의 반경을 측정하였을 때, 개량지반(200)의 반경(d2)은 종래의 개량지반의 반경(d1)보다 작게 형성된다. 여기서, 개량지반(200)의 측면 형상은 상광하협이고, 넓은 상부에서 점감하여 좁은 하부가 형성된 형상이다. 이는, 하중이 작은 부위에 집중되거나 깊이에 따라 하중의 크기가 급변하지 않도록 하고, 하중이 고르게 분포되도록 하기 위함이다.

또한, 몰탈(121)까지 주입한 후, 도 3d의 경우, 몰탈(121)까지만 지반보강장치(300)의 회전체(310)가 이동하였지만, 도 4를 참조하면, 경화된 몰탈(121)을 통과하여 회전체(310)가 홈(110)의 저면까지 이동하면서 지반을 개량할 수도 있다. 이는 회전체(310)의 내경을 확대함으로써 가능하다.

그리고, 홈(100)에 삽입되는 파일(100)의 경우, 도 3b에서와 같이 일반 강관 또는 콘크리트 파일 이외에도 도 5a 내지 도 5c에서와 같이, 회전관입말뚝, 상부 확경 파일 및 상,하부 확경 파일 등을 사용할 수 있다.

다음으로, 정지작업을 지속하면서 고화제를 주입한다(S13). 1차적으로 정지작업을 시행하여 정지작업을 한 후, 도 3d에서와 같이 개량지반(200)의 깊이별로 고화제 및 물을 주입하고, 블레이드(320)가 계속 회전하면서 흙과 고화제 및 물이 잘 섞이도록 한다. 여기서, 정지작업 시작과 함께 고화제를 주입할 수도 있고, 개량할 지반을 모두 정지한 후, 고화제를 주입하여 교반할 수도 있다.

끝으로, 고화제가 주입된 지반이 고화되도록 기다린다(S14). 흙과 고화제 및 물이 잘 섞이면 블레이드(320)를 제거한 후 일정 시간 동안 방치하여 고화제가 고화되도록 하면 도 3e 및 도 3f에서와 같이 개량지반(200)은 완성된다.

<장치>

도 6은 본 발명에 따른 지반보강공법을 구현하기 위한 지반보강장치가 개략적으로 보여진 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 지반보강장치와 파일 간의 결합구조가 도시된 측단면도이며, 도 8은 도 6에서 회전체 및 체결부재의 다른 실시 예가 도시된 측단면도이고, 도 9는 도 6에 도시된 블레이드가 도시된 사시도이고, 도 9b 및 도 9c는 도 6에 도시된 블레이드 및 주입관이 도시된 측면도 및 사시도이며, 도 10은 도 6에 도시된 지반보강장치에서 회전체와 블레이드의 변형된 결합구조가 도시된 측면도이고, 도 11은 도 6에 도시된 회전체의 변형된 예가 도시된 측단면도이며, 도 12a 내지 도 12c는 도11의 지반보강장치의 사용상태도이다.

본 발명에 따른 지반보강공법을 구현하기 위한 지반보강장치(300)는 도 6에 도시된 바와 같이, 회전체(310), 블레이드(320) 및 주입관(330)을 포함하여 이루어진다.

회전체(310)는 파일(100)의 상부에 끼워져 파일(100)을 따라 상,하로 이동하고, 동력원(이하, 모터(340)라 함)에 의해 고속 회전하는 부재로서, 도면에서와 같이 하면이 개방되고, 상면이 폐쇄되거나 개방된 중공의 원통 형상이다. 이 회전체(310)는 홈(110)에 삽입된 파일(100)의 상부에 일부 삽입된 후 회전하면서 깊숙히 삽입된다.

물론, 이 회전체(310)는 파일(100)을 중심을 이루어 회전하고, 파일(100)에 끼워진 상태로 삽입되거나 인출되면서 회전하는 동안 회전체(310)의 내면과 파일(100)의 외면 간의 간섭이 발생할 수 있으며, 이 간섭 등을 통해 회전체(310)의 회전 중심이 이탈하는 것이 방지된다. 이와 같이, 발생할 수 있는 회전체(310)의 내면과 파일(100)의 외면 간의 간섭시 발생하는 충격 등을 최소화하기 방지하기 위해, 회전체(310)와 파일(100) 사이에 베어링(미도시)이 설치될 수도 있고, 이때 베어링은 파일(100) 외면과 이격되거나 접촉되는 상태가 되도록 회전체(310)의 내면에 상호 이격되어 다수 설치된다.

또한, 모터(340)에 의해 회전하는 회전체(310)는 도 7에서와 같이 체결부재(350)를 매개로 모터(340)와 체결된다. 상세하게는, 회전체(310)의 상부 외면으로부터 외향 돌출된 플랜지(311)와, 이 플랜지(311)를 파지할 수 있도록 제작된 체결부재(350)가 상호 체결되고, 체결부재(350)는 모터(340)의 회전축(341)이 결합된다.

따라서, 모터(340)는 체결부재(350)를 회전시킴으로써, 체결부재와 결합된 회전체(310)를 회전시킨다. 물론, 체결부재(350)가 배제된 상태에서 모터(340)가 직접 회전체(310)를 회전시키도록 설치될 수 있음은 당연하다.

여기서, 회전체(310)는 도 8a에서와 같이 외벽을 따라 고화제를 수용할 수 있는 수용공간(330)이 형성되고, 이 회전체(310)의 상부에 결합된 체결부재(350)의 내부에는 수용공간(310a)으로 고화제가 유동할 수 있는 통로(351)가 형성되며, 이 통로(351)에 연결부재(352)를 매개로 주입관(330)이 연결된다. 여기서, 주입관(330)과 연결되는 통로(351)의 입구는 체결부재(350)의 외벽을 따라 외벽 전체에 동일선상으로 형성되고, 수용공간(310a)과 연결되는 통로(351)의 출구는 다수의 슬롯(미도시)으로 형성되도록 한다. 따라서, 주입관(330)에서 주입된 고화제는 체결부재(350)의 통로(351)을 통해 회전체(310)의 수용공간(310a)에 일시 저장된 후 외부로 토출되어 흙과 교반된다.

또한, 외부에 저장된 고화제를 주입관(330)으로 유동시키기 위한 변형 예로, 도 8b를 보면, 회전체(310)에 회전축(341)이 직접 결합되고, 회전축(341)의 내부 유동로를 따라 유동하는 고화제가 회전체(310)의 상부를 관통하여 측부에 내장된 주입관(330)을 통해 블레이드(320)의 근처에서 토출되는 구조로 이루어진다. 이때, 주입관(330)은 도 8c에서와 같이, 주입관(330)이 회전체(310)의 외부로 노출되어 고정될 수도 있다.

그리고, 도 8c와 같이, 회전체(310)와 파일(100)의 결합구조는 회전체(310)의 측면에 대략 꺽쇠형태로 형성된 결합홈(310b)에 파일(100)의 상부에 돌출 형성된 결합돌기(101)이 끼워져 결합하도록 이루어진다. 여기서, 결합홈(310b)는 일자형태 또는 "T"자 형태 등이 가능하고, 이외에도 결합홈(310b)과 결합돌기(101)가 결합 및 해제가 가능한 다양한 형태가 가능하다.

한편, 블레이드(320)는 회전체(310)를 따라 회전하면서 지반을 절삭하고 파헤쳐 지중에 공극을 발생시키는 부재로, 도 6에서와 같이 회전체(310)의 외면으로부터 돌출하도록 다수 형성된다. 이 블레이드(320)는 도 9a에서와 같이, 평면상 대략 직사각형 형상이면서 회전하는 방향의 전면(前面)에 다수의 돌기(321)이 형성된다. 이러한 블레이드(320)가 회전체(310)의 원주방향으로 다수 장착되고, 상호 이웃한 블레이드(320)는 지그재그 형태를 이룬다. 이 블레이드(320)는 대략 단면이 사각형인 육면체가 바람직하고, 이외에 회전하면서 흙을 절삭할 수 있도록 회전하는 방향의 일면이 날카롭게 첨예한 부위로 제작될 수도 있다. 여기서, 돌기(321)은 지반을 보다 더 용이하게 파헤치기 위해 형성된 부재이다.

또한, 블레이드(320)는 도 9b에서와 같이, 측면상에서 보면 후부가 전부보다 일정 각도로 하향 기울어져 배치된다. 이는, 블레이드(320)가 회전하면서 돌기(321)와 함께 흙을 절삭할 때, 부드러운 작업이 이루어지도록 하고, 절삭한 흙을 들어올려 들뜨게 하기 위함이다. 이때의 경사각은 대략 10~15도를 이루도록 하고, 이 경사각은 회전체(310)의 분당 회전수에 대해 회전시 저항하는 흙으로부터 블레이드(320)가 파손되지 않고, 절삭한 흙을 들뜨게 할 때, 하방 압력으로부터 블레이드(320) 및 돌기(321)의 파손을 방지하기에 적당한 각도이다. 물론, 블레이드(320)의 경도 및 강도 등에 따라 경사각은 변경될 수 있다.

한편, 주입관(330)은 블레이드(320)가 흙을 절삭하여 공극을 생성시키면, 그 공극 사이로 시멘트계 고화제와 물을 주입시키기 위한 부재로, 지상의 저장탱크(미도시)로부터 고화제를 공급받도록 연결되고, 회전체(310)의 내면 또는 외면을 따라 지중으로 연결된 다음 정리된 지반으로 고화제를 토출하도록 설치된다.

그리고, 주입관(330)은 적어도 하나가 배치되고, 주입관(330)의 개방된 단면에서 고화제가 토출될 수도 있다. 또한, 주(主) 주입관(330) 1개에 부(副) 주입관(330) 다수가 설치되고, 주 주입관(330)으로부터 고화제가 부 주입관(330)으로 유동한 다음 지중에 토출될 수도 있다.

이 주입관(330)은 도 9b 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 일 예로 회전체(310)의 길이방향으로 외면에 부착되고, 블레이드(320)들 중 몇 개의 블레이드(320)에 분기관(331)이 분기되도록 설치된다. 물론, 분기관(331)이 배제되면서 주입관(330)에서 적어도 하나의 토출구를 통해 직접 고화제가 토출될 수도 있다. 여기서, 주입관(330)은 중공인 회전체(310)의 내면에 부착되고, 여러 개소에서 분기관(331)이 회전체(310)의 외벽(313, 도 11 참조)을 관통하여 외부에 노출되게 설치될 수도 있다.

또한, 분기관(331)은 일정 경사각()으로 배치된 블레이드(320)의 후부에 장착되고, 블레이드(320)의 전부와 후부 간에 형성된 두께(t) 이내의 외경을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 분기관(331)의 위치 및 외경의 제한은 흙이 절삭되는 동안 블레이드(320)에 의해 분기관(331)의 파손이 최대한 방지되고, 절삭시 토압의 저항을 최소화하기 위함이다.

그리고, 분기관(331)은 블레이드(320)의 하면을 따라 블레이드(320)의 길이방향으로 연장되고, 이 분기관(331)에 다수의 토출구(332)가 형성된다. 여기서, 토출구(332) 대신 별도의 노즐을 장착하여 고화제의 토출력을 더욱 높여 정지된 지반에 고루 퍼져 나가게 할 수 있다.

한편, 회전체(310)와 블레이드(320)가 일체로 형성될 수도 있지만, 도 10에서와 같이, 회전체(310)와 블레이드(320)가 별도로 제작되어 상호 체결되는 것이 바람직하다. 이를 위해 회전체(310)의 외주면에는 짧게 돌출된 결합돌기(312)가 형성되고, 이 결합돌기(312)에 블레이드(320)가 나사결합 등을 포함한 통상의 방식으로 견고히 체결된다. 또한, 이 블레이드(320)의 길이를 다르게 하여 작업을 요하는 개량지반(200)의 반경(d2)에 따라 교체할 수도 있다. 그리고, 최하위의 블레이드(320)의 길이가 제일 짧고, 최상위 블레이드(320)의 길이가 제일 길게 하여 개량지반(200)의 측면 형상이 원만한 곡면을 이루는 상광하협으로 할 수 있다. 이는 하중이 작은 부위에 집중되거나 깊이에 따라 하중의 크기가 급변하지 않도록 하고, 하중이 고르게 분포되도록 하기 위함이다.

또한, 도 11은 회전체(310)의 다른 실시 예로, 회전체(310)의 내부에 길이방향으로 외벽(313)과 일정 간격(L1)을 갖는 내벽(314)이 더 형성된다. 이 내벽(314)은 파일(100)의 내경과 유사한 정도의 외경을 갖도록 형성되고, 이때 간격(L1)은 적어도 파일(100)의 두께보다는 더 넓어야 한다.

이러한 내벽(314)의 형성은, 도 6을 참조한 상술된 설명에서 회전체(310)의 외벽(313) 내면과 파일(100)의 외면이 간섭으로, 회전체(310)의 회전 중심이 이탈되지 않도록 하였지만, 도 11의 실시 예에서는 내벽(314)의 외면과 파일(100)의 내면과의 간섭으로 회전체(310)의 회전 중심이 이탈되지 않도록 하는 변형 예를 제시한 것이다. 즉, 파일(100)과 함께 회전체(310)의 중심축이 되는 부위를 도 6에서는 외벽(313)이 되고, 도 11에서는 내벽(314)이 된다. 이러한 내벽(314)을 구비한 회전체(310)는 도 12a에서와 같이 파일(100)을 회전체(310)의 내벽(314) 및 외벽(313) 사이에 끼워서 사용할 수도 있지만, 도 12b에서와 같이 파일(100)의 평면 형상이 사각형을 포함한 다각형인 경우에 매우 적합하고, 도 12c에서와 같이 회전체(310)의 외벽(313)을 관통하여 블레이드(320)가 형성되고, 이때 블레이드(320)는 내측 블레이드(322)와 외측 블레이드(323)로 이루어지고, 내,외측 블레이드(322,323)는 일체형일 수도 있고, 별도 제작되어 결합돌기(312)에 의해 장착될 수도 있다.

여기서, 회전체(310)의 외벽(313)을 블레이드(320)가 관통하여 형성된 경우, 넓은 직경의 지반을 정지하기 위해서는 블레이드(320)의 길이가 길어져야 하지만, 절삭되는 흙의 저항 역시 더욱 커져 블레이드(320)가 파손될 수 있고, 이를 방지하기 위해 제작된 것이다. 물론, 주입관(330)은 회전체(310)의 외벽(313) 양측으로 몰탈을 주입하도록 배치된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100:파일
101:결합돌기
110:홈
120:몰탈
200:개량지반
300:지반보강장치
310:회전체
310a:수용공간
310b:결합홈
311:플랜지
312:결합돌기
313:외벽
314:내벽
320:블레이드
321:돌기
330:주입관
331:분기관
332:토출구
340:모터
341:회전축
350:체결부재
351:통로
352:연결부재

Claims

파일(100)이 설치된 주변 지반을 보강하는 장치에 있어서,
상기 파일(100)에 끼워져 회전하도록 설치된 중공인 회전체(310); 및
상기 지반을 정지하기 위해 상기 회전체(310)로부터 일정 길이만큼 돌출되어 형성된 블레이드(320);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 회전체(310)는 상기 파일(100)을 감싸도록 끼워지고, 상기 파일(100)을 따라 이동하도록 설치되며, 상기 파일(100)이 상기 회전체(310)의 회전 중심이 되는 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제1항에 있어서,
지반에 형성된 홈(110)에 상기 파일(100)과 몰탈(121)이 주입된 상태에서,
상기 회전체(310)가 지면에서 몰탈(121)이 주입된 깊이까지 이동하는 경우, 상기 회전체(310)의 내경은 상기 몰탈(121)의 외경보다 작고, 회전체(310)의 외주면 전체에 다수의 블레이드(320)가 장착되거나,
상기 회전체(310)가 지면에서 상기 홈(110)의 저면까지 이동하는 경우, 상기 회전체(310)의 내경은 상기 몰탈(121)의 외경보다 크고, 상부에 다수의 블레이드(320)가 장착되며, 하부에 상부 블레이드(320)보다 더 작은 크기의 블레이드(320)가 장착된 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제1항에 있어서,
상기 회전체(310)가 모터에 체결부재(350)를 통해 체결되면서 회전되도록 설치되고, 상기 회전체(310)의 외벽을 따라 고화제를 수용할 수 있는 수용공간(310a)이 형성되고, 상기 수용공간(310a)과 통하도록 상기 체결부재(350)의 내부에 통로(351)가 형성되며, 상기 통로(351)에 고화제를 주입하기 위해 주입관(330)이 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제1항에 있어서,
상기 회전체(310)에 동력원과 연결된 회전축(341)이 직접 체결되고,
고화제가 유동하도록 상기 회전축(341)의 내부유동로와, 상기 회전체(310)의 내부에 설치되면서 상기 고화제를 외측으로 토출하도록 장착된 주입관(330)이 상호 통하도록 설치된 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제1항에 있어서,
상기 회전체(310)와 파일(100)은 상기 회전체(310)의 측면에 형성된 결합홈(310b)에 상기 파일(100)의 외면으로부터 돌출된 결합돌기(101)가 결합 또는 결합해제가 가능하도록 체결되는 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제1항에 있어서,
상기 블레이드(320)는 후부가 전부보다 일정 각도로 하향 기울어져 배치된 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제1항에 있어서,
상기 회전체(310)에는 상기 블레이드(320)를 교체하기 위해 상기 블레이드(320)가 탈착되는 결합돌기(312)가 형성된 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제1항에 있어서,
상기 회전체(310)의 중공인 내측에는 외벽(313)으로부터 일정 길이(L1)만큼 이격되어 형성된 내벽(314)이 형성된 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제8항에 있어서,
상기 내벽(314)과 외벽(313) 사이에 상기 파일(100)이 끼워지고, 상기 내벽(314)은 중공인 상기 파일(100)의 내부에 삽입되며, 상기 파일(100)과 함께 상기 회전체(310)의 회전 중심이 되는 것을 특징으로 하는 지반보강장치.
제1항에 있어서,
상기 회전체(310)에 장착되고, 정지된 지반에 고화제를 주입하도록 배치된 주입관(330)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제10항에 있어서,
상기 주입관(330)은 상기 회전체(310)의 내면 또는 외면을 따라 장착되어 상기 블레이드(320)측으로 고화제를 토출하는 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제11항에 있어서,
상기 주입관(330)은 상기 블레이드(320)의 하면으로 분기되며, 토출구(332)가 형성된 분기관(331)을 구비하는 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제12항에 있어서,
상기 분기관(331)은 상기 블레이드(320)의 길이방향으로 연장되고, 상기 블레이드(320)의 하향 기울어진 경사각()으로 인해 전부와 후부 간에 형성된 두께(t)보다 같거나 작은 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 파일보강장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 장치를 이용하여 지반을 보강하기 위한 공법에 있어서,
상기 지반에 홈(110)을 천공하는 단계(S10);
상기 홈(110)에 파일(100)과 몰탈(121)을 주입 설치하는 단계(S11);
상기 파일(100)을 구심으로 파일보강장치로 일정 반경(d2)의 지반을 정지하는 단계(S12);
상기 정지된 지반에 고화제를 주입하는 단계(S13); 및
상기 고화제가 고화되는 단계(S14);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 파일보강공법.
제14항에 있어서,
상기 정지하는 단계(S12)에서, 넓은 상부에서 점감하여 좁은 하부를 이루는 상광하협의 형상인 것을 특징으로 하는 파일보강공법.
제14항에 있어서,
상기 몰탈(121)을 주입하는 단계(S11)에서, 상기 몰탈(121)은 상기 홈(110)과 파일(100) 사이에 주입되고, 상기 홈(110)의 저면에서 상기 정지할 지반의 깊이 정도까지 주입하거나, 상기 홈(110)의 저면에서 지면까지 주입되는 것을 특징으로 하는 파일보강공법.