KR20160109395A - Ｓｅｍ 굴착용 교반 로드 및 이를 이용한 ｓｅｍ 굴착 교반 혼합 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 SEM 굴착용 교반 로드 및 이를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 SEM 공법을 이용하여 굴착 및 교반 시 교반 로드 주변의 슬라임을 저감시키고, 주변 압밀도를 증가시켜 고강도를 제공할 수 있게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 오거 모터에 의하여 회전작동되는 3축의 교반 로드가 구비되고, 상기 3축의 교반 로드의 외주면에는 적어도 하나의 정방향 및 역방향 스크류로 이루어진 스크류가 형성되며, 상기 3축의 교반 로드 중 중앙에 위치되는 제1 교반 로드는 상기 제1 교반 로드에 대하여 양측에 위치되는 제2 및 제3 교반 로드보다 짧은 길이를 가지는 SEM 굴착용 교반 로드를 개시한다.

Description

ＳＥＭ 굴착용 교반 로드 및 이를 이용한 ＳＥＭ 굴착 교반 혼합 장치{AGITATING ROAD FOR EXCAVATING USING SOIL EARTH CEMENT MIXING METHOD AND MIXING AGITATOR USING THE SAME}

본 발명의 일 실시예는 SEM 굴착용 교반 로드 및 이를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연약 지반을 개량하거나 지중에 연직 차수벽(흙막이)을 구축할 때에는 주로 오거 드라이브와, 오거 드라이브로부터 동력을 전달받아 동력을 분배하는 기어 박스와, 기어 박스의 하측에 수직 방향으로 연결되어 회전하는 다수의 굴착 교반 로드를 포함한다. 상기 굴착 교반 로드는 기어 박스에 직접 연결된 연결 로드, 연결 로드에 결합되어 지반을 교반하는 교반 로드, 및 교반 로드에 연결되어 지반을 굴착하는 굴착 로드를 포함한다.

일반적으로, 굴착 교반 로드를 이용한 굴착 교반 혼합 장치의 설치 및 작동 구조를 간략하게 설명하자면, 이동과 동력 전달이 가능한 크레인에 대략 수직 방향으로 프레임이 설치되고, 프레임에는 수직 방향으로 리더가 설치된다. 또한, 상기 리더의 상단 측에는 와이어 케이블에 의해 상, 하 이동이 가능한 오거 드라이브가 설치된다. 물론, 상기 와이어 케이블은 크레인에 설치된 윈치에 의해 권출 또는 권취되며, 오거 드라이브는 리더를 따라 상, 하 방향으로 이동한다. 더불어, 상기 크레인이 오거 드라이브에 전원을 공급한다. 또한, 상기 오거 드라이브의 출력축에 다수의 기어들이 치합된 기어 박스가 결합되며, 기어 박스에는 다수의 출력축이 구비된다. 더불어, 상기 각 출력축에 굴착 교반 로드가 장착된다. 이와 같이 구성되어 오거 드라이브가 동작하면, 기어 박스에 구비된 다수의 출력축이 회전하게 된다. 그러면, 상기 출력축에 연결된 굴착 교반 로드가 회전하며 굴착 및 교반을 하게 된다. 즉, 굴착 로드가 지반을 굴착하고, 교반 로드가 굴착된 토사를 개량재와 함께 교반하게 된다.

또한, 종래의 굴착 교반 혼합 장치는 3개의 굴착용 교반 로드를 1조로 하여 굴착 단면이 오버래핑되도록 배치되어 있다. 그러나, 이러한 배치 구조를 사용하여 굴착할 경우, 양측에 설치된 교반 로드에 비하여 중앙에 설치된 교반 로드에 의하여 굴착되는 부분이 미굴착 영역이 형성되어, 이러한 미굴착 영역을 통하여 침출수가 외부로 유출되어 확산되거나, 토사가 유출되는 현상이 발생될 수 있고, 이로 인하여 지반이 붕괴될 수 있다는 문제점이 있었다.

[선행기술문헌]

등록특허공보 제20-0354614호 '지반보강 교반혼합장치의 천공용 교반비트'

공개특허공보 제10-2006-0011141호 '개량형 종방향 원위치 교반혼합장치'

본 발명의 일 실시예는 SEM 공법을 이용하여 굴착 및 교반 시 교반 로드 주변의 슬라임을 저감시키고, 주변 압밀도를 증가시켜 고강도를 제공할 수 있는 SEM 굴착용 교반 로드 및 이를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 SEM 굴착용 교반 로드는 오거 모터에 의하여 회전작동되는 3축의 교반 로드가 구비되고, 상기 3축의 교반 로드의 외주면에는 적어도 하나의 정방향 및 역방향 스크류로 이루어진 스크류가 형성되며, 상기 3축의 교반 로드 중 중앙에 위치되는 제1 교반 로드는 상기 제1 교반 로드에 대하여 양측에 위치되는 제2 및 제3 교반 로드보다 짧은 길이를 가질 수 있다.

상기 정방향 스크류와 역방향 스크류는 서로 이격되도록 위치될 수 있다.

상기 교반 로드의 외주면에는 상기 정방향 스크류와 역방향 스크류 사이에 상기 교반 로드의 길이방향으로 형성된 적어도 하나의 교반 날개가 구비될 수 있다.

상기 제2 및 제3 교반 로드는 제1 교반 로드와 순차적으로 토사를 굴착하도록 동작할 수 있다.

상기 제1 교반 로드의 선단은 상기 제2 및 제3 교반 로드의 선단에 대비하여 토사면과의 거리가 클 수 있다.

상기 제1 교반 로드와 제2 및 제3 교반 로드는 상호간을 연결하는 연결바가 형성될 수 있다.

상기 제1 교반 로드의 연결바에는 상기 제1 교반 로드의 상하 높이를 조절하는 회전바가 구비될 수 있다.

상기 3축의 교반 로드의 선단에는 복수 개의 고경질 팁과 시멘트 용액을 토출하는 토출구를 구비한 비트가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 SEM 굴착 교반 혼합 장치는 SEM 굴착용 교반 로드와, 상기 SEM 굴착용 교반 로드를 구동하는 구동 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드 및 이를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치는 교반 로드의 외주연의 스크류의 형상을 정방향과 역방향을 각각 병행하여 가지고 있기 때문에, 교반 로드 주변의 슬라임을 저감시키고, 주변 압밀도를 증가시켜 고강도를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드 및 이를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치는 SEM 공법을 이용하여 굴착 및 교반 시 미굴착 영역을 가지지 않도록 하고 있기 때문에, 지반이 붕괴되는 현상을 방지할 수 있고, 차수벽과 강화벽의 효용성을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A영역을 확대한 도면이다.
도 3은 도 1의 SEM 굴착용 교반 로드의 실시 가능한 형태의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드의 원리를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 5g는 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치의 동작의 일 예를 나타내는 순서도이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 A영역을 확대한 도면이며, 도 3은 도 1의 SEM 굴착용 교반 로드의 실시 가능한 형태의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드의 원리를 나타내는 도면이며, 도 5a 내지 5g는 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치의 동작을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치의 동작의 일 예를 나타내는 순서도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치는 SEM 굴착용 교반 로드(105)와, SEM 굴착용 교반 로드(105)를 구동하는 구동 수단(101, 103, 104)을 포함한다.

보다 구체적으로는, 본 SEM 굴착용 교반 로드(A)를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치는 지반에 굴착력이 생성되도록 장비를 작동시키는 오거 모터(103)와, 오거 모터(103)에 작동됨과 더불어 그 선단에 굴착을 위한 비트(114)가 설치된 다수 개의 SEM 굴착용 교반 로드(105)와, 오거 모터(103)의 회전력을 인가받아 SEM 굴착용 교반 로드(105) 각각에 회전력을 전달하는 분할 변속기(104)로 이루어진 굴착 및 교반 설비가 크레인(101)에 설치된 승하강 이송 가이드(102)에 고정된 구조를 가진다.

상기 SEM 굴착용 교반 로드(105)의 선단에는 비트(114)가 설치된다. 상기 비트(114)는 교반 로드(105)의 하단부에 각각의 상면이 경사진 원반형의 몸체가 연결 설치되고, 몸체의 하단부에 복수 개의 고경질 팁(114b)이 돌출된 상태로 설치되며, 몸체의 중앙부에 수직방향으로 주입제, 고화재 및 혼화제 등을 포함하는 시멘트 용액을 토출하는 토출구(114a)가 설치되어 굴착된 지반에 시멘트 용액을 공급한다. 이때, 상기 고경질 팁(114b)은 비트(114)의 선단에서 마모가 일어나는 부위라는 것을 고려할 때 몸체에 대하여 분리 제작되어 탈부착이 가능하도록 한다. 또한, 상기 비트(114)는 분리 제작되어 결합될 수도 있으나, 시공 중 충격을 직접 받는 부위이므로 고강도 탄소강 등으로 일체로서 제작될 수 있다. 또한, 상기 시멘트 용액은 오거 장치(미도시)로부터 공급되어 교반 로드(105)를 관통하며, 이어서 공급관(미도시)을 통하여 토출구(114a)에서 분출된다.

일 예로, 본 발명에서는 상기 시멘트 용액을 아래 표 1과 같이 배합할 수 있다.

다만, SEM의 시멘트 슬러리의 W/C비와 설계 배합비는 아래 표 1을 표준으로 하되, SEM 강도조건 토질과 지하수의 상황에 따라서 양질의 균일한 벽체가 축조되는 혼합조건을 가하여 결정되어야 한다.

토 질	배 합 비 (KG)			압축강도 (KG/CM2)
	시 멘 트	벤토나이트	물
보 통 토 사	400～700(550)	5～15(10)	800～1400(800)	20～80
사력토 및 풍화대	300～600(450)	10～30(15)	600～1200(600)	60～120

※( )안은 표준안, W/C : 100~200%

한편, 본 발명에서는 SEM 굴착용 교반 로드가 3축의 교반 로드인 것을 일 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 도 3에 도시된 바와 같이 1개, 5개 또는 그 이상의 다수 개의 SEM 굴착용 교반 로드가 구비될 수 있다.

상기 3축의 교반 로드(105)의 외주면에는 적어도 하나의 정방향 및 역방향 스크류로 이루어진 스크류(115)가 휘돌아 감싸면서 형성된다. 여기서, 상기 정방향 스크류와 역방향 스크류는 서로 이격되도록 위치된다. 즉, 상기 정방향 스크류와 역방향 스크류는 서로 연결되어 있지 않은 상태로 이격되어 위치된다.

또한, 상기 교반 로드(105)의 외주면에는 정방향 스크류와 역방향 스크류 사이에 교반 로드(105)의 길이방향으로 형성된 적어도 하나의 교반 날개(111)가 구비된다. 상기 교반 로드(105)에 부착된 교반 날개(111)는 교반된 토사가 튀는 것을 방지하고, 교반 날개(111) 이하의 레벨에서 토사의 교반이 활발히 일어나도록 하는 역할을 한다. 이때, 상기 스크류(115)에 의하여 교반된 흙이 외표면에 엉겨 붙을 경우 토출구(114a)에 의하여 분출된 고화재에 의하여 세척될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 3축의 교반 로드(105) 중 중앙에 위치되는 제1 교반 로드(105a)는 제1 교반 로드(105a)에 대하여 양측에 위치되는 제2 및 제3 교반 로드(105b, 105c)보다 짧은 길이를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 교반 로드(105a)의 선단은 제2 및 제3 교반 로드(105b, 105c)의 선단에 대비하여 토사면(10)과의 거리가 클 수 있다. 또한, 상기 제2 및 제3 교반 로드(105b, 105c)는 제1 교반 로드(105a)와 순차적으로 토사를 굴착하도록 동작할 수 있다. 즉, 도 4a 내지 4c에 도시된 바와 같이, 상기 제2 및 제3 교반 로드(105b, 105c)가 먼저 토사(11, 11b)를 굴착한 다음, 제1 교반 로드(105a)가 제2 및 제3 교반 로드(105b, 105c)가 굴착한 토사 사이(11a)를 굴착한다.

상기 제1 교반 로드(105a)와 제2 및 제3 교반 로드(105b, 105c)는 상호간을 연결하는 연결바(112)가 형성된다. 또한, 상기 제1 교반 로드(105a)의 연결바에는 제1 교반 로드(105a)의 상하 높이를 조절하는 복수 개의 회전바(113)가 구비될 수 있다.

이하에서는, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착 교반 혼합 장치의 동작을 구체적으로 설명하기로 한다.

한편, SEM(Soil Earth Cement Mixing Method) 연속벽 공법은 현위치 토사와 주입재 및 혼화제를 교반 혼합하여 주열식 및 단독으로 지반 보강을 조성하는 방법이므로 굴착 지반의 성질이 직접 공법의 시공성에 영향을 미치게 된다. 따라서, 굴착 및 교반 전에 굴착지반의 토질 및 지하수 등의 조사가 필요하다. 보다 구체적으로는, 토질 구성의 확인(사질토계, 점성토계, 사력토계, 특수토계의 어느 것에 속하는가?), 지하수위 투수성의 파악(배수 계획에 관련), 보일링 히빙의 검토, 해수의 영향(조석의 간만차 피압수, 복류수 등), 근처우물의 사용 상황 등을 조사하는 것이 필요하다.

우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 SEM 굴착 교반 혼합 장치를 토사면에 거치하고, 위치 측량하는 작업을 수행한다. 이러한 작업은, SEM 공법이 공사 착공후 지하 장애물 때문에 시공이 일시 중지가 되기도 하고, 또는 벽위치의 변경이 여유없이 되기도 하여 당초의 계획에 큰 변경을 일으키는 문제점을 사전에 방지하기 위함이다. 특히, 구조물 철거후의 현장이라든지 표토층이 매립되어 되메우기 등으로 구성되어 있는 부지에 대해서는 사전에 벽체 조성 계획 라인에 따라 충분한 탐색 파기를 하여야 한다. 이와 같이 위치 측량 작업이 완료되면, SEM의 계획 위치에 가이드를 설치한다. 가이드 설치 방법으로는 벽 계획선의 외면에 따라 병열 설치하는 방법, 벽 계획선의 내면에 따라 병열 설치하는 방법, 벽 계획선의 내외면에 따라 병열 설치하는 방법이 있다. 그런 다음, 계획벽 라인에 따라 가이드 정규가 설정되면, 가이드 정규에 표시한 벽심에 맞추어 3축 교반 로드를 설치하고 베이스 머신을 고정한 후 내장기에 의하여 베이스머신 리더를 수직으로 수정한다. 이때, 깊이 1m 내지 2m까지 굴착한 후 벽심이 동하는 수직도 등을 재확인한 후 시공을 개시한다.

그런 다음, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 SEM 굴착 교반 혼합 장치로 토사면에 천공하는 작업을 수행한다. 이때, 굴착 시공과 동시에 그라우팅 플랜트로 혼합된 시멘트 용액을 3축 교반 로드 선단에서 토출시켜 굴착공과 병행하여 연속 주입을 한다. 이때, 토질에서 계획된 필요 혼합액이 심도에 따라 토사내에 충분히 혼합되도록 굴착 속도(예를 들면, 1m/min)를 조정할 수 있다. 이때, 굴착작업시 S.E.M 구근과 토류판 사이의 공간은 뒷채움 콘크리트로 채워서 지반안정을 기하여야 한다.

도 5c에 도시된 바와 같이 상기 SEM 굴착 교반 혼합 장치의 천공이 완료된 다음에는, 도 5d에 도시된 바와 같이 SEM 굴착 교반 혼합 장치의 교반 로드를 인상한다. 즉, 본 SEM 굴착 교반 혼합 장치는 계획 심도까지 3축 교반 로드 선단이 도달한 후 약 3M정도를 천천히 3축 교반 로드를 상하시켜 토사와 시멘트 용액의 혼합을 강화시킨 후 다시 시멘트액의 토출을 계속하면서 정해진 인양속도를 유지하여 3축 교반 로드를 인양한다.

그런 다음, 도 5e 및 도 5f에 도시된 바와 같이, 3축 교반 로드를 하향 또는 인상하여 3축 교반 로드 중 제1 교반 로드를 통하여 제2 및 제3 교반 로드가 굴착한 토사 사이를 굴착하게 된다.

상기와 같은 작업을 통하여, 도 5g에 도시된 바와 같이, 상기 SEM 굴착 교반 혼합 장치의 시공이 완료되고, 굴착된 토사면의 미굴착 영역을 가지지 않도록 할 수 있다.

도 6을 참고하면, 본 SEM 굴착 교반 혼합 장치의 동작을 간략하게 설명하자면, 우선 교반하고자 하는 공사현장에 교반 로드 내부에 공급관이 내장되고 외주면에 다수 개의 교반 날개 및 스크류가 부착된 플랜트 장비를 위치시키고(S1), 비트를 교반 로드에 장착한다(S2). 그런 다음, 상기 비트를 지면에 밀착하고 회전시키면서 천공작업을 수행하고 공급관을 통해 토출구에서 교반 용액이 분출되어 지반을 교반한다(S3). 이때, 교반 용액에는 에어, 물, 밀크 압송 등을 포함할 수 있다. 그런 다음, 공급관을 통하여 토출구에서 주입 재료가 분출되어 지반을 연속적으로 교반한다(S4). 이때, 주입 재료는 에어, 밀크, 혼화재, 기타 압송 등을 포함할 수 있다. 그런 다음, 3축 교반 로드를 인상 및 하향하면서 교반을 실시하고 필요시 보강재를 투입하게 된다(S5). 이러한 과정을 거쳐 굴착 및 교반 작업이 완료되고, 투입된 주입 재료(즉, 시멘트 용액)을 양생하는 과정을 거쳐 작업을 마감하게 된다(S6).

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 굴착용 교반 로드 및 이를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치는 교반 로드의 외주연의 스크류의 형상을 정방향과 역방향을 각각 병행하여 가지고 있기 때문에, 교반 로드 주변의 슬라임을 저감시키고, 주변 압밀도를 증가시켜 고강도를 제공할 수 있다. 또한, 본 SEM 굴착용 교반 로드 및 이를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치는 SEM 공법을 이용하여 굴착 및 교반 시 미굴착 영역을 가지지 않도록 하고 있기 때문에, 지반이 붕괴되는 현상을 방지할 수 있고, 차수벽과 강화벽의 효용성을 증대시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 SEM 굴착용 교반 로드 및 이를 이용한 SEM 굴착 교반 혼합 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

101: 크레인 102: 승하강 이송 가이드
103: 오거 모터 104: 분할 변속기
105: 교반 로드 111: 교반형 날개
112: 연결바 113: 회전바
114: 비트 115: 스크류

Claims (9)

1. 오거 모터에 의하여 회전작동되는 3축의 교반 로드가 구비되고, 상기 3축의 교반 로드의 외주면에는 적어도 하나의 정방향 및 역방향 스크류로 이루어진 스크류가 형성되며, 상기 3축의 교반 로드 중 중앙에 위치되는 제1 교반 로드는 상기 제1 교반 로드에 대하여 양측에 위치되는 제2 및 제3 교반 로드보다 짧은 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 SEM 굴착용 교반 로드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 정방향 스크류와 역방향 스크류는 서로 이격되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 SEM 굴착용 교반 로드.
3. 제1항에 있어서,
   상기 교반 로드의 외주면에는 상기 정방향 스크류와 역방향 스크류 사이에 상기 교반 로드의 길이방향으로 형성된 적어도 하나의 교반 날개가 구비되는 것을 특징으로 하는 SEM 굴착용 교반 로드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 및 제3 교반 로드는 제1 교반 로드와 순차적으로 토사를 굴착하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 SEM 굴착용 교반 로드.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 교반 로드의 선단은 상기 제2 및 제3 교반 로드의 선단에 대비하여 토사면과의 거리가 큰 것을 특징으로 하는 SEM 굴착용 교반 로드.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 교반 로드와 제2 및 제3 교반 로드는 상호간을 연결하는 연결바가 형성되는 것을 특징으로 하는 SEM 굴착용 교반 로드.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 교반 로드의 연결바에는 상기 제1 교반 로드의 상하 높이를 조절하는 회전바가 구비되는 것을 특징으로 하는 SEM 굴착용 교반 로드.
8. 제1항에 있어서,
   상기 3축의 교반 로드의 선단에는 복수 개의 고경질 팁과 시멘트 용액을 토출하는 토출구를 구비한 비트가 구비되는 것을 특징으로 하는 SEM 굴착용 교반 로드.
9. 제1항 내지 제8항에 기재된 SEM 굴착용 교반 로드와, 상기 SEM 굴착용 교반 로드를 구동하는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 SEM 굴착 교반 혼합 장치.

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