KR20180022219A - 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치 및 그 시공방법 - Google Patents

팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치는, 대상지반의 천공부에 삽입되며, 분사구가 일정간격을 두고 형성되는 강관; 및 상기 강관의 외주면에 일정간격을 두고 다단으로 설치되며, 주입관을 통해 주입되는 유체에 의해 팽창하여 상기 강관의 외주측에서 상기 천공부를 다단의 공간으로 분획하는 팽윤성 부재;를 포함하며, 상기 주입관을 통해 상기 강관의 내부로 주입되는 보강재가 상기 팽윤성 부재에 의해 분획된 다단의 공간으로 상기 분사구를 통해 분사되도록 상기 분사구에는 보강재의 분사 조절을 위한 분사 개폐밸브가 설치되는 구성이다.
따라서, 본 발명은 강관의 외주면에 일정간격을 두고 팽윤성 부재를 구비함으로써, 팽윤성 부재의 팽창을 통해 천공부의 그라우팅이 이루어질 공간이 다단으로 분획되어 강관 내에 주입된 보강재가 분사구를 통해 천공부의 각 공간에 순차적으로 분사되기 때문에 그라우팅의 밀도를 높일 수 있어 지반보강 효율을 극대화시킬 수 있다.

Description

팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치 및 그 시공방법{Grouting equipment for ground reinforcement using swellable packer and it's construction method}
본 발명은 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치 및 그 시공방법에 관한 것이다.
최근까지 대도시에서 도시 인구증가와 교통난 등의 문제해결의 일환으로 지하철, 통신구 및 공동구 등과 같은 지하구조물들의 건설을 많이 추진해 왔기 때문에 과거와는 달리 터널 노선결정에 상당한 제약을 받고 있으며, 시공 조건이 매우 열악한 곳에서의 지하구조물의 건설 수요도 늘고 있어 도시터널 구조물의 설치를 위한 지하 공간 확보시 안정성의 문제가 대두되고 있다.
일반적으로, 지하공간은 토사 또는 암반으로 구성되어 있는 지반을 굴착하여 확보하게 되는데, 이때 굴착면을 구성하는 지반이 안정하지 않으면 붕괴 등의 위험성을 안고 있어 굴착을 진행할 수 없다. 따라서, 지하 공간 굴착시 필수적으로 지하공간이 안정되도록 다양한 방법으로 지반의 보강 및 강화를 시키고 있으며, 이러한 공법으로 네일링 공법, rock bolt, anchor, 강관 다단 그라우팅 등이 사용되고 있다.
또한, 지반보강을 행할 때 천공하여 형성된 천공부에 투입된 보강재에 의한 보강뿐만 아니라 터널 벽 주변의 그라우팅 효과를 필요로 하는 경우 그라우팅 공법을 시행해 왔다.
하지만, 종래의 그라우팅 기술은 팩커를 강관의 내부에 일정간격 두고 삽입하여 강관의 내부 공간을 다단으로 분획하고, 분획된 각 공간으로 서로 다른 길이를 가지는 주입관을 각각 삽입하여 강관의 각 공간에 보강재를 동시에 주입시킨 후에, 강관의 분사공을 통해 보강재가 천공홀 내에 분사됨으로써 대상지반에 대한 그라우팅이 이루어지는 방식이었다.
따라서 종래의 그라우팅 기술은 서로 다른 길이를 가지는 주입관 및 주입관의 각각에 설치되는 주입펌프를 마련해야하기 때문에 이에 소요되는 비용이 증가하며, 분획된 강관의 각 공간에 주입관을 각각 삽입하기 위한 공정이 추가로 이루어져야 하는 번거로운 문제점이 있었다.
또한, 종래의 그라우팅 기술은 강관 내부의 각 공간에 보강재가 균일한 압력으로 각각 주입되지만, 분사구를 통해 분사된 보강재가 강관 외부와 천공홀 사이에서 결국에는 서로 혼합되기 때문에 그라우팅이 균일하게 이루어지기 힘들뿐만 아니라, 천공부의 깊이에 따라 다양한 대상지반의 특성(누수량 또는 투수도 등)에 적합하도록 그라우팅 조건(보강재의 배합비, 주입량 및 주입압 등)을 다르게 설정해야할 경우, 이에 대한 조절이 용이하지 못한 문제점이 있었다.
그리고, 종래의 그라우팅 기술은 대상지반에 천공부가 경사지게 시공되는 경우 강관의 외부로 분사되어 그라우팅되는 보강재가 어느 한 방향으로 모이게 되면서, 지반보강을 위한 그라우팅이 균일하게 이루어지기 힘든 문제점이 있었다.
등록특허공보 제10-1500667호(공개일 2015.03.09.)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은 강관의 외주면에 일정간격을 두고 팽윤성 부재를 구비함으로써, 천공부에 삽입되는 강관의 외주측에서 천공부를 다단의 공간으로 분획할 수 있으며, 분획된 각 공간으로 주입관 및 주입펌프를 이용하여 대상지반의 특성에 적합한 다양한 보강재를 주입하여 강관의 내부 및 외부의 천공부 각 공간으로 그라우팅이 이루질 때에 그라우팅의 밀도를 높임으로써 지반보강 효율을 높이고, 대상지반에 천공부가 경사지게 시공될 경우에도 천공부 내 강관의 외부로 분사되는 보강재가 어느 한 방향으로 모이는 현상을 방지함으로써, 그라우팅 효과를 극대화시킬 수 있는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치 및 그 시공방법을 제공하는데 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치는, 대상지반의 천공부에 삽입되며, 분사구가 일정간격을 두고 형성되는 강관; 및 상기 강관의 외주면에 일정간격을 두고 다단으로 설치되며, 주입관을 통해 주입되는 유체에 의해 팽창하여 상기 강관의 외주측에서 상기 천공부를 다단의 공간으로 분획하는 팽윤성 부재;를 포함하며, 상기 주입관을 통해 상기 강관의 내부로 주입되는 보강재가 상기 팽윤성 부재에 의해 분획된 다단의 공간으로 상기 분사구를 통해 분사되도록 상기 분사구에는 보강재의 분사 조절을 위한 분사 개폐밸브가 설치되는 구성이다.
상기 강관의 외주면에는, 상기 유체에 의해 팽창되는 상기 팽윤성 부재를 지지하기 위한 지지부재와, 상기 분사구와 상기 천공부 내주면의 접촉을 방지하기 위한 간격재가 일정간격을 두고 설치되는 구성이다.
상기 팽윤성 부재는 상기 유체와 접촉할 경우 팽창하는 고흡수성 고분자 재질로 마련되는 구성이다.
상기 팽윤성 부재는 상기 주입관으로부터 상기 강관의 내부로 주입되는 유체가 상기 분사구를 통해 분사시 접촉되면서 팽창하는 구성이다.
상기 주입관에는 상기 유체 또는 보강재가 주입되는 주입구 및 주입된 상기 유체 또는 보강재가 토출되는 토출구가 형성되며, 상기 주입구의 일측에는 상기 유체 또는 보강재의 주입 조절을 위한 주입 개폐밸브가 설치되는 구성이다.
상기 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치는, 상기 강관 내에 삽입된 주입관을 고정 위치시키기 위해 상기 강관의 내부로 일정간격을 두고 배치되는 팩커;를 더 포함하는 구성이다.
상기 팩커는 팩커팽창용 주입관을 통해 주입되는 유체에 의해 팽창 가능하도록 마련되며, 상기 팩커팽창용 주입관은 상기 보강재 주입관과 동시에 상기 강관 내부에 삽입되는 구성이다.
한편, 상기 다른 목적 달성을 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 시공방법은, (a) 지반보강 대상지반에 천공부를 형성하는 공정; (b) 상기 (a)공정을 통해 형성된 천공부에 분사구가 일정간격을 두고 형성되는 강관을 삽입하는 공정; (c) 상기 천공부의 입구와 상기 강관 사이의 틈새를 밀폐시키기 위해 코킹재를 이용하여 코킹하는 공정; (d) 상기 강관에 유체를 주입하여 상기 강관의 외주면에 일정간격을 두고 설치되는 팽윤성 부재를 팽창시켜 상기 강관의 외주측에서 상기 천공부를 다단의 공간으로 분획하는 공정; 및 (e) 상기 강관의 내부에 주입관을 이용하여 보강재를 주입시키고, 상기 강관의 분사구에 설치되는 분사 개폐밸브의 개폐상태를 개별적으로 조절하여 상기 천공부의 각 공간에 상기 보강재를 분사시키는 공정;을 포함하는 공정이다.
상기 강관의 외주면에는, 상기 유체에 의해 팽창되는 상기 팽윤성 부재를 지지하기 위한 지지부재와, 상기 분사구와 상기 천공부 내주면의 접촉을 방지하기 위한 간격재가 일정간격을 두고 설치되는 공정이다.
상기 팽윤성 부재는 상기 유체와 접촉할 경우 팽창하는 고흡수성 고분자 재질로 마련되는 공정이다.
상기 (d)공정은, (d1) 상기 강관에 상기 주입관을 삽입시켜 상기 주입관을 통해 상기 강관의 내부로 유체를 주입하는 공정; 및 (d2) 상기 (d1)공정을 통해 상기 강관의 내부로 주입된 유체를 동시에 상기 분사구를 통해 상기 강관의 외주측으로 분사시켜 상기 팽윤성 부재를 동시에 팽창시킴으로써 상기 강관의 외주측에서 상기 천공부를 다단의 공간으로 분획하는 공정;을 포함하는 공정이다.
상기 (e)공정은, (e1) 상기 주입관을 고정 위치시키기 위한 팩커를 상기 강관의 내부에 일정간격을 두고 배치시켜 상기 강관의 내부를 다단의 공간으로 분획하는 공정; (e2) 상기 주입관을 상기 강관 내에 삽입하여 상기 주입관을 순차적으로 상기 강관의 각 공간으로 이동시키면서, 상기 주입관을 통해 상기 보강재를 상기 강관의 각 공간에 주입하는 공정; 및 (e3) 상기 (e2)공정을 통해 상기 강관의 각 공간으로 순차적으로 주입되는 상기 보강재를 상기 분사구를 통해 상기 천공부의 각 공간에 분사시켜 대상지반을 보강하는 공정;을 포함하는 공정이다.
상기 (e)공정은, (e1') 외주면에 일정간격을 두고 유체 배출구가 형성되는 팩커팽창용 주입관과 상기 주입관을 나란히 병렬로 배치시킨 후, 상기 팩커 내부에 상기 유체 배출구가 배치되고 상기 팩커 외부에 상기 주입관의 토출구가 배치되도록 상기 팩커를 상기 팩커팽창용 주입관과 상기 주입관에 연결시켜 상기 강관에 삽입하는 공정; (e2') 상기 팩커팽창용 주입관에 상기 유체를 주입하여 상기 유체 배출구로부터 상기 팩커 내부로 배출되는 상기 유체를 통해 상기 팩커를 팽창시켜 상기 강관의 내부를 다단의 공간으로 분획하는 공정; 및 (e3') 상기 (e2')공정을 통해 분획된 상기 강관의 각 공간으로 상기 주입관을 통해 상기 보강재를 주입하여 상기 천공부의 각 공간으로 상기 보강재를 상기 분사구를 통해 분사시켜 대상지반을 보강하는 공정;을 포함하는 공정이다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 강관의 외주면에 일정간격을 두고 팽윤성 부재를 구비함으로써, 팽윤성 부재의 팽창을 통해 천공부의 그라우팅이 이루어질 공간이 다단으로 분획되어 강관 내에 주입된 보강재가 분사구를 통해 천공부의 각 공간에 순차적으로 분사되기 때문에 그라우팅의 밀도를 높일 수 있어 지반보강 효율을 극대화시킬 수 있다.
둘째, 천공부의 각 공간에 보강재가 순차적으로 분사되어 각 공간에 해당하는 대상지반의 특성(투수도 등)에 적합한 그라우팅이 개별적으로 이루어지기 때문에 강관에 주입되는 보강재의 배합비, 주입량 및 주입압을 정밀하게 조절할 수 있어 대상지반의 그라우팅 효과를 극대화시킬 수 있다.
셋째, 대상지반에 경사지게 형성된 천공부에 설치될 경우에도 천공부의 입구가 코킹부를 통해 밀폐되고, 천공부의 각 공간이 팽윤성 부재의 팽창을 통해 분획되기 때문에 분사구를 통해 분사되는 보강재가 어느 한 방향으로 모이는 현상을 방지할 수 있어 대상지반에 대한 그라우팅이 균일하게 이루어질 수 있다.
넷째, 하나의 주입관 및 주입펌프를 이용하여 유체를 주입함으로써 팽윤성 부재를 팽창시킨 이후에, 강관 내에 보강재를 주입시킬 수 있기 때문에 대상지반의 그라우팅을 위한 구성을 단순화시킬 수 있고, 이에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
도1은 천공부 내에 삽입된 본 발명의 실시예에 따른 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치를 도시한 것이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 팽윤성 부재의 팽창을 통해 강관의 외측에서 천공부가 다단의 공간으로 분획된 상태를 도시한 것이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 주입관의 이동 및 보강재의 주입을 통해 천공부의 각 공간별 그라우팅이 이루어지는 것을 도시한 것이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 강관에 형성된 분사구 및 분사 개폐밸브를 도시한 것이다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 이에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이다. 여기서, 본 발명의 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이므로, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않도록 다른 형태로 구체화될 수 있다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호로 표시된 부분들은 동일한 구성 요소들을 의미하며, 도면들에 있어서 층 또는 공간의 길이와 두께는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 덧붙여, 제 1 구성 요소가 제 2 구성 요소 "상"에 있다고 기재되는 경우, 상기 제 1 구성 요소가 상기 제 2 구성 요소와 직접 접촉하는 상측에 위치하는 것뿐만 아니라, 상기 제 1 구성 요소와 상기 제 2 구성 요소 사이에 제 3 구성 요소가 위치하는 경우도 포함한다.
여기서, 상기 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소를 설명하기 위한 것으로, 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 다만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서는 제 1 구성 요소와 제 2 구성 요소는 당업자의 편의에 따라 임의로 명명될 수 있다.
본 발명의 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예를 들어, 단수로 표현된 구성 요소는 문맥상 명백하게 단수만을 의미하지 않는다면 복수의 구성 요소를 포함한다. 또한, 본 발명의 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
덧붙여, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
< 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치에 관한 설명>
도1은 천공부 내에 삽입된 본 발명의 실시예에 따른 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치를 도시한 것이며, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 팽윤성 부재의 팽창을 통해 강관의 외측에서 천공부가 다단의 공간으로 분획된 상태를 도시한 것이고, 도3은 본 발명의 실시예에 따른 주입관의 이동 및 보강재의 주입을 통해 천공부의 각 공간별 그라우팅이 이루어지는 것을 도시한 것이며, 도4는 본 발명의 실시예에 따른 강관에 형성된 분사구 및 분사 개폐밸브를 도시한 것이다.
도1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치에 대해 설명하면, 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치는 강관(110) 및 팽윤성 부재(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
강관(110)은 보강재의 분사를 위한 분사구(111)가 외주면에 길이방향을 따라 일정간격을 두고 형성되며, 보강 및 차수가 필요한 대상지반을 천공하여 형성된 천공부(H)에 삽입되는 구성이다.
팽윤성 부재(120)는 도1에 도시된 바와 같이, 강관(110)의 길이방향을 따라 외주면에 일정간격을 두고 다단으로 설치되어 팽창 가능하도록 마련되며, 팽창을 통해 강관(110)의 외주측에서 천공부(H)를 다단의 공간으로 분획하기 위한 구성이다.
여기서, 팽윤성 부재(120)는 분사구(111)를 통한 유체(예를 들어, 물)의 분사시 접촉되면서 팽창할 수 있도록 고흡수성 고분자 재질로 마련될 수 있다. 여기서, 고흡수성 고분자는 물과 접촉시 물을 흡수하여 팽창하는 재료로서 전분계, 셀룰로오스계, 폴리비닐알코올계, 아크릴계 등으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 고흡수성 고분자는 아크릴산 비닐 알코올 공중합체, 아크릴산 소다 중합체, 아크릴산 소다 아크릴아미드 공중합체, 녹말 폴리아크릴산 공중합체 등을 주원료로 하고, 다른 재료를 배합해 소정의 형상으로 성형한 것이다. 특히, 아크릴산 비닐 알코올 공중합체를 주성분으로 하고, 에틸렌 초산비닐 알코올, 고무 등을 배합하여 성형한 것을 이용할 수 있다.
이러한 팽윤성 부재(120)를 팽창시키기 위해 강관(110) 내에는 주입관(140)이 삽입될 수 있다. 또한, 주입관(140)은 대상지반에 보강재를 주입하기 위한 용도로도 사용될 수 있다.
이를 위해, 주입관(140)에는 유체 또는 보강재가 주입되는 주입구(141) 및 주입된 유체 또는 보강재가 토출되는 토출구(142)가 형성될 수 있다. 또한, 주입구(141)에는 유체 또는 보강재를 주입을 위한 주입펌프(미도시)가 설치될 수 있고, 주입구(141)의 일측에는 유체 또는 보강재의 주입 조절을 위한 주입 개폐밸브(143)가 설치될 수 있다.
그리고, 분사구(111)에는 도4에 도시된 바와 같이, 유체 또는 보강재의 분사 조절을 위한 분사 개폐밸브(114)가 설치되어 주입관(140)을 통해 강관(110)의 내부로 주입되는 유체가 분사구(111)를 통해 강관(110)의 외추측으로 분사됨으로써 팽윤성 부재(120)가 팽창할 수 있다.
아울러, 팽윤성 부재(120)는 주입관(140)으로부터 강관(110)의 내부로 주입되는 유체는 분사 개폐밸브(114)를 통한 분사 조절에 의해 분사됨에 따라 거의 동시에 팽창할 수 있다.
여기서, 본 발명은 주입관(140)을 통해 보강재를 주입시키기 이전에 팽윤성 부재(120)를 팽창시키기 위해 유체를 먼저 주입하여, 주입된 유체가 분사구(111)를 통해 강관(110)의 외주측으로 분사됨에 따라 천공부(H)를 다단의 공간으로 분획하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명은 하나의 주입펌프와 하나의 주입관(140)을 이용하여 강관(110) 내부로 주입된 유체를 분사구(111)를 통해 분사시켜 팽윤성 부재(120)를 팽창시킨 이후에, 강관(110) 내부로 보강재를 주입시킨다.
추가적으로, 주입관(140)으로부터 강관(110)의 내부로 주입되는 유체는 분사구(111)를 통해 천공부(H)에 분사되어 보강재의 주입 전에 천공부(H) 내 이물질 등을 제거하기 위한 수단으로도 활용될 수 있다.
한편, 천공부(H)에는 강관(110)을 삽입한 후에, 강관(110)과 천공부(H) 입구 사이의 틈새를 코킹재를 이용하여 밀폐시키기 위한 코킹부(C)가 형성될 수 있다. 여기서, 코킹재는 천공부(H) 내 지하수의 누수 및 유체의 유출 방지를 위해 급결시멘트나 우레탄계 재질로 마련될 수 있다.
그리고, 강관(110)의 외주면에는 팽윤성 부재(120)의 팽창에 의해 분획된 다단의 공간으로 보강재가 분사구(111)를 통해 순차적으로 분사될 경우, 팽창된 팽윤성 부재(120)를 지지하기 위한 지지부재(112)가 설치될 수 있다. 이를 위해, 지지부재(112)는 팽윤성 부재(120)의 양측에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 강관(110)의 외주면에는 분사구(111)와 천공부(H)의 내측면 간의 접촉을 방지하기 위한 간격재(113)가 일정간격을 두고 설치될 수 있다.
즉, 간격재(113)는 분사구(111)가 천공부(H)의 내주면에 접촉되거나 천공부(H) 내 지하수 등으로 인해 분사구(111)가 막혀 강관(110)에 주입된 보강재의 분사가 제대로 이루어지지 않는 것을 방지하기 위해 설치되는 것이다.
팽윤성 부재(120)는 실시하기에 따라 보강재의 분사가 이루어지는 천공부(H)를 다단의 공간으로 분획하기 위해 강관(110)의 길이방향을 따라 일정간격을 두고 설치된 제 1 팽윤성 부재(120a), 제 2 팽윤성 부재(120b) 및 제 3 팽윤성 부재(120c)로 구성될 수 있다.
여기서, 제 1 팽윤성 부재(120a), 제 2 팽윤성 부재(120b) 및 제 3 팽윤성 부재(120c)는 도2에 도시된 바와 같이, 강관(110)의 내부로 보강재가 주입되기 전에 주입관(140)으로부터 주입되는 유체가 분사구(111)를 통해 분사되면, 이를 흡수하여 거의 동시에 팽창함으로써 강관(110)의 외주측에 해당하는 천공부(H)의 공간을 다단의 공간으로 분획할 수 있다.
따라서, 강관(110)의 외주측과 천공부(H) 사이의 그라우팅이 이루어질 공간은 도2에 도시된 바와 같이, 제 1 팽윤성 부재(120a), 제 2 팽윤성 부재(120b) 및 제 3 팽윤성 부재(120c)의 팽창을 통해 제 1 공간(R1), 제 2 공간(R2), 제 3 공간(R3) 및 제 4 공간(R4)으로 분획될 수 있다.
다시 말해, 제 1 팽윤성 부재(120a)에 의해 제 1 공간(R1)이 형성되고, 제 1 팽윤성 부재(120a) 및 제 2 팽윤성 부재(120b)의 사이에 제 2 공간(R2)이 형성되며, 제 2 팽윤성 부재(120b) 및 제 3 팽윤성 부재(120c)의 사이에 제 3 공간(R3)이 형성되고, 제 3 팽윤성 부재(120c)와 코킹부(C)의 사이에 제 4 공간(R4)이 형성되는 것이다.
추가적으로, 본 발명은 팩커(150)를 더 포함할 수 있는데, 이러한 팩커(150)는 주입관(140)을 고정 위치시키기 위해 강관(110)의 내부에 일정간격을 두고 삽입되어 배치되는 구성이다. 즉, 팩커(150)는 강관(110)의 내부로 주입관(140)이 삽입되면, 주입관(140)의 외주면을 감싸게 되어 안정적으로 고정 위치시킴으로써 주입관(140)을 통해 보강재가 강관(110)의 내부로 원활하게 주입되는 것이다.
또한, 팩커(150)는 천공부(H)의 각 공간에 대응되도록 강관(110)의 내부 공간을 분획하는 역할을 하며, 강관(110)의 내부 각 공간과 천공부(H)의 각 공간이 대응되도록 팽윤성 부재(120)가 설치된 위치와 대응되는 위치의 강관(110) 내부에 일정간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다.
그리고, 주입관(140)은 팩커(150)에 의해 강관(110) 내에서 고정 위치되기는 하지만, 외압에 의해 강관(110) 내에서 강관(110)의 길이방향을 따라 천공부(110)의 후단(입구반대) 쪽에서 천공부(110)의 선단(입구) 쪽으로 이동 가능하게 마련될 수 있다.
즉, 강관(110)의 내부 공간은 팩커(150)를 통해 다단의 공간으로 분획되어 토출구(142)가 위치된 강관(110)의 내부 공간에만 주입관(140)을 통해 주입된 보강재가 토출되기 때문에 주입관(140)은 강관(110) 내에서 이동 가능하게 마련되어 제 1 공간(R1), 제 2 공간(R2), 제 3 공간(R3) 및 제 4공간(R4)에 보강재가 분사구(111)를 통해 순차적으로 분사될 수 있다.
따라서, 천공부(110)의 후단(입구반대) 쪽에서 천공부(110)의 선단(입구) 쪽으로 보강재가 분사구(111)를 통해 분사되도록 천공부(H)의 각 공간에 대응되는 강관(110)의 내부 공간에 보강재를 순차적으로 주입시킬 수 있는 것이다.
추가적으로, 본 발명은 실시하기에 따라 팩커(150)가 팩커팽창용 주입관(160)을 통해 주입되는 유체에 의해 팽창 가능하도록 마련될 수 있다. 여기서, 팩커팽창용 주입관(160)은 상기 강관(110)의 내부에 삽입되며, 외주면에 팩커(150)의 내부로 유체를 배출하는 유체 배출구(161)가 형성되어 있다.
또한, 팩커팽창용 주입관(160)에는 유체가 주입되는 유체 주입구(162)가 형성될 수 있고, 유체 주입구(162)의 일측에는 유체의 주입조절을 위한 유체 개폐밸브(163)가 설치될 수 있다.
따라서, 팩커(150)는 주입펌프를 통해 팩커팽창용 주입관(160)으로부터 주입되는 유체가 내부로 주입되어 팽창함으로써 강관(110)의 내부가 다단의 공간으로 분획된다.
즉, 도3a에 도시된 바와 같이, 팩커팽창용 주입관(160)과 주입관(140)을 나란히 병렬시킨 후 유체 배출구(161)가 팩커(150) 내부에 배치되고 주입관(140)의 토출구(142)가 팩커(150) 외부에 배치되도록 팩커(150)를 팩커팽창용 주입관(160)과 주입관(140)에 연결하여 동시에 강관(110) 내에 삽입한다.
여기서, 팩커팽창용 주입관(160)은 천공부(H)의 후단측에 위치한 팩커(150)부터 천공부(H)의 선단(입구)측에 위치한 팩커(150)를 순차적으로 팽창시킴으로써 제 1 공간(R1), 제 2 공간(R2), 제 3 공간(R3) 및 제 4공간(R4)에 대응되는 강관(110)의 내부 각 공간이 분획되도록 팩커팽창용 주입관(160)은 상기한 주입관(140)과 마찬가지로 강관(110) 내에서 이동 가능하게 마련될 수 있다.
이후에, 주입펌프를 주입관(140)에 연결하여 천공부(H)의 후단측에 해당하는 강관(110)의 내부공간부터 주입관(140)을 통해 보강재를 순차적으로 주입하여 분사구(111)를 통해 천공부(H)의 각 공간에 순차적으로 보강재를 강관(110)의 외주측으로 분사시킴으로써, 전술한 바와 같은 대상지반을 보강하는 과정이 이루어진다. 즉, 하나의 주입펌프와 두 개의 주입관을 이용하여 대상지반에 대한 그라우팅이 이루어질 수 있는 것이다.
즉, 본 발명은 도3a에 도시된 바와 같이, 제 1 공간(R1)에 위치된 토출구(142)를 통해 제 1 공간(R1)에 해당하는 강관(110)의 내부 공간으로 보강재가 주입됨으로써 제 1 공간(R1)에 위치한 분사구(111)의 개방을 통해 제 1 공간(R1)에 보강재의 분사가 이루어진다. 이후에, 주입관(140)을 도3b에 도시된 바와 같이, 제 2 공간(R2)으로 이동시킴으로써 제 2 공간(R2)에 위치된 토출구(142)를 통해 제 2 공간(R2)에 해당하는 강관(110)의 내부 공간으로 보강재가 주입됨으로써 제 2 공간(R2)에 위치한 분사구(111)의 개방을 통해 제 2 공간(R2)에 보강재의 분사가 이루어진다. 이와 같은 방식으로, 도3c 및 도3d에 도시된 바와 같이, 제 3 공간(R3) 및 제 4공간(R4)에 보강재의 분사가 순차적으로 이루어지기 때문에 천공부(H)의 각 공간에 이루어지는 그라우팅의 밀도를 높일 수 있어 지반보강 효율을 극대화시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치는 천공부(H)의 각 공간에 보강재가 순차적으로 분사됨으로써 각 공간에 해당하는 대상지반의 특성(누수량 또는 투수도 등)에 적합하도록 각 공간에 대한 그라우팅이 개별적으로 이루어지기 때문에 주입되는 보강재의 배합비, 주입량 및 주입압을 정밀하게 조절할 수 있어 각 공간별 그라우팅 효과를 극대화시킬 수 있다.
< 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 시공방법에 관한 설명>
도1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 시공방법이 어떠한 공정으로 이루어지는지에 대해 이하에서 상세하게 설명하도록 한다.
(a) 천공부 형성공정
본 공정에서는 대상지반에 따라 천공 위치, 천공 각도 및 천공 직경 등을 설정하여 대상지반에 천공된 천공부(H)가 형성되는 과정이 이루어진다.
여기서, 대상지반에 천공이 이루어질 천공 위치를 설정하고, 설정된 위치에 시추공을 이용하여 지층 분석을 마친 후에 천공을 실시한다. 또한, 대상지반의 상태 및 현장 상황에 적합한 천공 각도 및 천공 직경을 설정하여 대상지반을 천공함으로써 천공부(H)가 형성될 수 있다.
(b) 천공부 내 강관 삽입공정
본 공정에서는 상기 (a)공정을 통해 형성된 천공부(H) 내에 보강재의 분사를 위한 분사구(111)가 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 형성된 강관(110)을 삽입하는 과정이 이루어진다.
또한, 강관(110)에는 팽윤성 부재(120)를 지지하기 위해 팽윤성 부재(120)의 양측에 지지부재(112)가 설치될 수 있으며, 분사구(111)와 천공부(H)의 내주면 간의 접촉을 방지하기 위한 간격재(113)가 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 설치될 수 있다.
(c) 천공부 입구 코킹공정
본 공정에서는 천공부(H)의 입구와 강관(110) 사이의 틈새를 밀폐시키기 위해 코킹재를 이용하여 코킹(Caulking)하는 과정이 이루어진다.
여기서, 코킹재는 천공부(H) 내 지하수의 누수 및 유체의 유출 방지를 위해 급결시멘트나 우레탄계 재질로 마련될 수 있다. 또한, 코킹재를 통해 고킹이 이루어지는 코킹부(C)의 길이는 실시하기에 따라 천공부(H)의 입구(선단)를 효율적으로 밀폐시키기 위해 30cm 내외로 마련될 수 있다.
(d) 팽윤성 부재 팽창 및 천공부 분획공정
본 공정에서는 강관(110) 또는 천공부(H)에 유체를 주입하여 강관(110)의 외주면에 일정간격을 두고 설치되는 팽윤성 부재를 팽창시켜 강관(110)의 외주측에서 천공부(H)를 다단의 공간으로 분획하는 과정이 이루어진다.
구체적으로, 먼저 (d1)공정으로서, 강관(110)에 주입관(140)을 삽입시켜 주입관(140)을 통해 강관(110) 내부로 유체를 주입한다.
여기서, 주입관(140)에는 유체 또는 보강재가 주입되는 주입구(141) 및 주입된 유체 또는 보강재가 토출되는 토출구(142)가 형성될 수 있다. 또한, 주입구(141)에는 유체 또는 보강재 주입을 위한 주입펌프가 설치될 수 있고, 주입구(141)의 일측에는 유체 또는 보강재의 주입 조절을 위한 주입 개폐밸브(143)가 설치될 수 있다.
다음에, (d2)공정으로서, 상기 (d1)공정을 통해 강관(110)의 내부로 주입된 유체를 분사 개폐밸브(114)의 조절에 따라 동시에 분사구(111)를 통해 분사시켜 팽윤성 부재(120)를 거의 동시에 팽창시킴으로써 강관(110)의 외주측에서 천공부(H)를 다단의 공간으로 분획한다.
여기서, 팽윤성 부재(120)는 분사구(111)를 통한 유체(예를 들어, 물)의 분사시 접촉되면서 팽창할 수 있도록 고흡수성 고분자 재질로 마련될 수 있다.
그리고, 강관(110)의 외주측에서 천공부(H)를 다단의 공간으로 분획하기 위해 팽윤성 부재(120)는 실시하기에 따라 제 1 팽윤성 부재(120a), 제 2 팽윤성 부재(120b) 및 제 3 팽윤성 부재(120c)를 강관(110)의 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 설치할 수 있다.
따라서, 강관(110)의 외주측에 해당하는 천공부(H)의 그라우팅이 이루어질 공간은 도2에 도시된 바와 같이, 제 1 팽윤성 부재(120a), 제 2 팽윤성 부재(120b) 및 제 3 팽윤성 부재(120c)를 팽창시킴으로써 제 1 공간(R1), 제 2 공간(R2), 제 3 공간(R3) 및 제 4 공간(R4)으로 분획할 수 있다.
(e) 보강재 주입 및 분사공정
본 공정에서는 강관(110)의 내부에 삽입되는 주입관(140)을 이용하여 보강재를 주입시키고 강관(110)의 분사구(111)에 설치되는 분사 개폐밸브(114)의 개폐상태를 개별적으로 조절하여 강관(110)의 외주측에 해당하는 천공부(H)의 각 공간에 보강재를 분사시키는 과정이 이루어진다.
구체적으로, 먼저 (e1)공정으로서, 강관(110) 내에 삽입되는 주입관(140)을 고정 위치시키기 위한 팩커(150)를 강관(110) 내부에 일정간격을 두고 배치시켜 강관(110)의 내부를 다단의 공간으로 분획한다.
여기서, 팩커(150)는 토출구(142)가 위치된 공간에만 보강재가 주입되도록 팽윤성 부재(120)가 설치된 위치와 대응되는 위치의 강관(110)의 내부에 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 팩커(150)는 제 1 공간(R1), 제 2 공간(R2), 제 3 공간(R3) 및 제 4공간(R4)에 순차적으로 보강재가 분사되도록 이와 대응되는 강관(110)의 내부 공간을 다단으로 분획하는 것이다.
다음에, (e2)공정으로서, 주입관(140)이 강관 내에 삽입하여 주입관(140)을 순차적으로 강관(110)의 각 공간으로 이동시키면서, 보강재를 강관(110)의 각 공간에 주입한다.
다음에, (e3)공정으로서, 상기 (e2)공정을 통해 강관(110)의 각 공간으로 순차적으로 주입되는 보강재를 분사구(111)를 통해 천공부(H)의 각 공간에 분사시켜 대상지반을 보강하는 과정이 이루어진다.
추가적으로, 본 공정은 실시하기에 따라 먼저 (e1')공정으로서, 외주면에 일정간격을 두고 유체 배출구(161)가 형성되는 팩커팽창용 주입관(160)과 주입관(140)을 나란히 병렬시킨 후, 유체 배출구(161)가 팩커(150) 내부에 배치되고 토출구(142)가 팩커(150) 외부에 배치되도록 팩커(150)를 팩커팽창용 주입관(160)과 주입관(140)에 연결시켜 동시에 강관(110) 내에 삽입한다.
다음에, (e2')공정으로서, 팩커팽창용 주입관(160)에 유체를 주입하여 유체 배출구(161)로부터 배출되는 유체를 통해 팩커(150)를 팽창시켜 강관(110)의 내부를 다단의 공간으로 분획한다.
여기서, 팩커팽창용 주입관(160)은 천공부(H)의 후단측에 위치한 팩커(150)부터 천공부(H)의 선단(입구)측에 위치한 팩커(150)를 순차적으로 팽창시킴으로써 제 1 공간(R1), 제 2 공간(R2), 제 3 공간(R3) 및 제 4공간(R4)에 대응되는 강관(110)의 내부 각 공간이 분획되도록 팩커팽창용 주입관(160)은 상기한 주입관(140)과 마찬가지로 강관(110) 내에서 이동 가능하게 마련될 수 있다.
다음에, (e3')공정으로서, 상기 (e2')공정을 통해 분획된 강관(110)의 각 공간으로 주입펌프를 연결시킨 주입관(140)을 통해 보강재를 순차적으로 주입하여 천공부(H)의 각 공간에 순차적으로 보강재를 분사구(111)를 통해 강관(110)의 외주측으로 분사시킴으로써, 전술한 바와 같은 대상지반을 보강하는 과정이 이루어진다. 즉, 하나의 주입펌프와 두 개의 주입관을 이용하여 대상지반에 대한 그라우팅이 이루어질 수 있는 것이다.
즉, 본 발명은 도3a에 도시된 바와 같이, 제 1 공간(R1)에 위치된 토출구(142)를 통해 제 1 공간(R1)에 해당하는 강관(110)의 내부 공간으로 보강재를 주입하고 제 1 공간(R1)에 위치한 분사구(111)를 개방시켜 제 1 공간(R1)에 보강재를 분사한다. 이후에, 주입관(140)을 도3b에 도시된 바와 같이, 제 2 공간(R2)으로 이동시킴으로써 제 2 공간(R2)에 위치된 토출구(142)를 통해 제 2 공간(R2)에 해당하는 강관(110)의 내부 공간으로 보강재를 주입하고 제 2 공간(R2)에 위치한 분사구(111)를 개방시켜 제 2 공간(R2)에 보강재를 분사한다. 이와 같은 방식으로, 도3c 및 도3d에 도시된 바와 같이, 제 3 공간(R3) 및 제 4공간(R4)에 보강재를 분사시키는 공정이 순차적으로 이루어지기 때문에 천공부(H)의 각 공간에 이루어지는 그라우팅의 밀도를 높일 수 있어 지반보강 효율을 극대화시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 시공방법은 천공부(H)의 각 공간에 보강재를 순차적으로 분사시킴으로써 각 공간에 해당하는 대상지반의 특성(누수량 또는 투수도 등)에 적합하도록 각 공간에 대한 그라우팅이 개별적으로 이루어지기 때문에 주입되는 보강재의 배합비, 주입량 및 주입압을 정밀하게 조절할 수 있어 각 공간별 그라우팅 효과를 극대화시킬 수 있다.
110 : 강관 111 : 분사구
112 : 지지부재 113 : 간격재
114 : 분사 개폐밸브 120 : 팽윤성 부재
140 : 주입관 141 : 주입구
142 : 토출구 143 : 주입 개폐밸브
150 : 팩커 160 : 팩커팽창용 주입관
161 : 유체 배출구 162 : 유체 주입구
163 : 유체 개폐밸브 H : 천공부

Claims (13)

  1. 대상지반의 천공부에 삽입되며, 분사구가 일정간격을 두고 형성되는 강관; 및
    상기 강관의 외주면에 일정간격을 두고 다단으로 설치되며, 주입관을 통해 주입되는 유체에 의해 팽창하여 상기 강관의 외주측에서 상기 천공부를 다단의 공간으로 분획하는 팽윤성 부재;를 포함하며,
    상기 주입관을 통해 상기 강관의 내부로 주입되는 보강재가 상기 팽윤성 부재에 의해 분획된 다단의 공간으로 상기 분사구를 통해 분사되도록 상기 분사구에는 보강재의 분사 조절을 위한 분사 개폐밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강관의 외주면에는,
    상기 유체에 의해 팽창되는 상기 팽윤성 부재를 지지하기 위한 지지부재와,
    상기 분사구와 상기 천공부 내주면의 접촉을 방지하기 위한 간격재가 일정간격을 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 시공방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽윤성 부재는 상기 유체와 접촉할 경우 팽창하는 고흡수성 고분자 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 팽윤성 부재는 상기 주입관으로부터 상기 강관의 내부로 주입되는 유체가 상기 분사구를 통해 분사시 접촉되면서 팽창하는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주입관에는 상기 유체 또는 보강재가 주입되는 주입구 및 주입된 상기 유체 또는 보강재가 토출되는 토출구가 형성되며,
    상기 주입구의 일측에는 상기 유체 또는 보강재의 주입 조절을 위한 주입 개폐밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치는,
    상기 강관 내에 삽입된 주입관을 고정 위치시키기 위해 상기 강관의 내부로 일정간격을 두고 배치되는 팩커;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 팩커는 팩커팽창용 주입관을 통해 주입되는 유체에 의해 팽창 가능하도록 마련되며,
    상기 팩커팽창용 주입관은 상기 보강재 주입관과 동시에 상기 강관 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치.
  8. (a) 지반보강 대상지반에 천공부를 형성하는 공정;
    (b) 상기 (a)공정을 통해 형성된 천공부에 분사구가 일정간격을 두고 형성되는 강관을 삽입하는 공정;
    (c) 상기 천공부의 입구와 상기 강관 사이의 틈새를 밀폐시키기 위해 코킹재를 이용하여 코킹하는 공정;
    (d) 상기 강관에 유체를 주입하여 상기 강관의 외주면에 일정간격을 두고 설치되는 팽윤성 부재를 팽창시켜 상기 강관의 외주측에서 상기 천공부를 다단의 공간으로 분획하는 공정; 및
    (e) 상기 강관의 내부에 주입관을 이용하여 보강재를 주입시키고, 상기 강관의 분사구에 설치되는 분사 개폐밸브의 개폐상태를 개별적으로 조절하여 상기 천공부의 각 공간에 상기 보강재를 분사시키는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 시공방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 강관의 외주면에는,
    상기 유체에 의해 팽창되는 상기 팽윤성 부재를 지지하기 위한 지지부재와,
    상기 분사구와 상기 천공부 내주면의 접촉을 방지하기 위한 간격재가 일정간격을 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 시공방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 팽윤성 부재는 상기 유체와 접촉할 경우 팽창하는 고흡수성 고분자 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 (d)공정은,
    (d1) 상기 강관에 상기 주입관을 삽입시켜 상기 주입관을 통해 상기 강관의 내부로 유체를 주입하는 공정; 및
    (d2) 상기 (d1)공정을 통해 상기 강관의 내부로 주입된 유체를 동시에 상기 분사구를 통해 상기 강관의 외주측으로 분사시켜 상기 팽윤성 부재를 동시에 팽창시킴으로써 상기 강관의 외주측에서 상기 천공부를 다단의 공간으로 분획하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 시공방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 (e)공정은,
    (e1) 상기 주입관을 고정 위치시키기 위한 팩커를 상기 강관의 내부에 일정간격을 두고 배치시켜 상기 강관의 내부를 다단의 공간으로 분획하는 공정;
    (e2) 상기 주입관을 상기 강관 내에 삽입하여 상기 주입관을 순차적으로 상기 강관의 각 공간으로 이동시키면서, 상기 주입관을 통해 상기 보강재를 상기 강관의 각 공간에 주입하는 공정; 및
    (e3) 상기 (e2)공정을 통해 상기 강관의 각 공간으로 순차적으로 주입되는 상기 보강재를 상기 분사구를 통해 상기 천공부의 각 공간에 분사시켜 대상지반을 보강하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 시공방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 (e)공정은,
    (e1') 외주면에 일정간격을 두고 유체 배출구가 형성되는 팩커팽창용 주입관과 상기 주입관을 나란히 병렬로 배치시킨 후, 상기 팩커 내부에 상기 유체 배출구가 배치되고 상기 팩커 외부에 상기 주입관의 토출구가 배치되도록 상기 팩커를 상기 팩커팽창용 주입관과 상기 주입관에 연결시켜 상기 강관에 삽입하는 공정;
    (e2') 상기 팩커팽창용 주입관에 상기 유체를 주입하여 상기 유체 배출구로부터 상기 팩커 내부로 배출되는 상기 유체를 통해 상기 팩커를 팽창시켜 상기 강관의 내부를 다단의 공간으로 분획하는 공정; 및
    (e3') 상기 (e2')공정을 통해 분획된 상기 강관의 각 공간으로 상기 주입관을 통해 상기 보강재를 주입하여 상기 천공부의 각 공간으로 상기 보강재를 상기 분사구를 통해 분사시켜 대상지반을 보강하는 공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팽윤성 팩커를 이용한 지반보강 그라우팅 시공방법.
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