KR20180026359A - 지중고압분사장비를 이용한 지중에서의 추출/충진 방법에 의한 지반 침하 방지, 현장지반 안정화 및 토양정화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 토양정화 방법은 다수의 분사 노즐을 구비한 삼중관로드를 포함하는 토양정화 장치를 이용하여 천공지점에 토양정화 장치를 준비하는 제1단계; 삼중관로드를 회전시켜 천공하면서 분사 노즐을 통해 공기와 액체를 분사시키는 제2단계; 상기 액체는 물 또는 정화약액인 것이 바람직하며, 로드를 원하는 심도까지 천공한 후 굴착지점의 오염토를 공기와 액체로 교란시켜 오염원인 스컴(오염물질)을 부상시키는 제3 단계; 상기 삼중관로드를 회전시켜 교란된 지층에 공기와 충진제를 분사 충진하는 제4 단계; 상기 충진제가 가득차면, 삼중관로드의 분사를 중단하고, 로드를 상하로 움직여 충진제를 다져주어 현장지반을 안정화하는 제5 단계를 더 포함하며, 상기 충진제는 지오라이트, 세사, 선별토사, 고화제, 청토, 떡모래 중 하나 이상인 토양정화 및 현장지반 안정화 방법으로써, 오염원을 효율적으로 제거 및 정화하고 누출된 미세토에 의한 지반 침하를 저감 하여 주변 구조물(탱크등) 및 건물에 영향을 최소화 하여 안정성을 극대화 할 수 있다.

Description

지중고압분사장비를 이용한 지중에서의 추출/충진 방법에 의한 지반 침하 방지, 현장지반 안정화 및 토양정화 방법{Method for Field soil stabilization and remediation of polluted soil by Extraction / filling method using PMI-system}

본 발명은 중금속, 유류, 유기인등으로 오염되어 있는 토양 오염부지 정화를 위하여 지중 천공 후 고압으로 정화약액을 분사주입시키는 토양정화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 유류로 오염되어 있는 토양 오염부지 중 공장이나 도심지역과 같이 시설물들이 밀집되어 있어 굴착을 통한 정화 공법 적용이 어려운 지역과 같은 지중 처리가 필요한 부지에서 토양 조건에 따라 결정되는 반응범위를 고려하여 충진물질의 형태를 다양하게 적용하여 일정간격을 두어 이동하면서 천공 작업과 정화약액 및 충진물질 주입을 연속적으로 수행하여 단시간에 안정적으로 오염된 토양을 정화 처리할 수 있는 지중고압분사장비(PMI-system)를 이용한 지중에서의 추출/충진 방법에 의한 지반 침하 방지, 현장지반 안정화 및 토양정화 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 토양 조건에 따라 충진물질의 형태를 다양하게 적용하는 지중고압분사장비(PMI-system)를 이용한 지중에서의 추출/충진 방법에 의한 지반 침하 방지, 현장지반 안정화 및 토양정화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 지하의 유류저장시설, 석유화학공장 관련 산업체, 기타 유류의 불법매립폐기 등에 의해 주로 발생하는 유류물질 유출은 인간을 포함한 모든 육상 생태계의 생존기반인 토양을 오염시킨다.

토양오염은 오랜 시간 동안 오염물질의 누출이 지속되어도 빠른 기간 내에 그 영향이 나타나지 않으나, 일단 오염이 되면 토양 자체의 사용 불능은 물론 지하수와 인근 하천에까지 오염이 확산되어 생태계에 악영향을 초래한다.

이러한 유류오염토양을 정화하기 위한 기술은 크게 생물학적 방법과 물리화학적 방법 등으로 구분할 수 있다.

물리화학적 방법은 오염물질의 물리적, 화학적 성질을 이용하여 정화하는 방법으로서, 토양 세척, 소각, 고형화, 안정화 및 용매 추출 등의 방법이 있는데, 복원 기간이 짧은 반면 처리 비용이 많이 들고 2차적인 환경오염을 유발할 수 있는 단점이 있다.

생물학적인 방법은 석유계 탄화수소 분해 균주인 미생물을 이용하여 유류를 분해하여 제거하는 방법으로서, 토양 경작, 콤포스팅(composting), 바이오벤팅(bioventing), 식물 복원 등의 방법이 있는데, 처리 비용이 상기 물리화학적 방법에 비하여 저렴하고 2차적인 환경오염을 유발하지 않으나 오염토양을 복원하는데 기간이 오래 걸린다.

한편, 상기와 같이 물리화학적 방법 및 생물학적 방법으로 분류되는 토양정화 기술은, 기술이 적용되는 방법에 따라 지상처리법(Ex-situ 법)과 지중처리법(In-situ 법)으로 구분될 수 있다.

지상처리법(Ex-situ 법)은 토양 내 오염물질의 분포 및 토양의 물리/화학적 특성을 파악하여 처리하고자 하는 범위의 오염된 토양을 굴착한 후, 적절한 세척액을 사용하여 굴착된 오염토양을 세척 장치가 있는 곳에서 세척하는 방법으로서, 굴착처리법이라고도 하며, 일반적으로 실시되는 토양 세척이 이에 속한다.

지중처리법(In-situ 법)은 지중에 관정을 삽입하여 약품, 산화제, 미생물 등을 주입하여 원위치에서 직접 처리하는 기술로서, 세척 용액 주입정, 세척 용액 배출정, 세척 유출수 처리시설, 펌프 및 휘발물질 처리 시설 등을 오염된 부지에 설치한 후 처리하고자 하는 오염토양 내에 세척수를 주입, 순환시키는 방식이다.

물리적화학적 방법 중 지중처리법(In-situ 법)에 적용 가능한 기술로는 화학적 산화(chemical oxidation), 토양증기추출(SVE, soil vapor extraction), 공기주입확산(air sparging), 토양세정(soil flushing), 바이오슬러핑(Bio-slurping) 등이 있고, 생물학적 방법 중 지중처리법(In-situ 법)에 적용 가능한 기술로는 토양경작(land farming), 바이오벤팅(bioventing), 바이오리액터(bioreactor) 등이 있다.

일반적으로 지중고압주입 방식을 이용하는 종래의 토양지중처리법(In-situ 법)은 주입정 설치를 통해 고정된 위치에서 정화약액을 주입하여 오염토양을 정화하므로 오염토양을 한 번에 처리할 수 있는 범위가 좁아 오염토양의 범위가 넓을 경우에는 적용하기 어려우며, 도 1에 도시된 바와 같이, 주입정을 회전 상승시키면서 정화약액을 주입하므로 지표면으로 스컴(오염물질)(scum)이 발생하게 되어 작업장 부근을 어지럽히고 오염시키는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 출원인에 의해 특허 10-1429471호에 토양정화 방법 및 장치가 개시되어 있다.

또한, 다른 종래기술로 일본 특허공개 2002-219444에 개시되어 있는 바와 같이, 오염토양을 파내어 이것을 소각하고, 함유되어 있는 오염물질을 제거하고 난 다음 매립하는 방법이나, 일본 특허공개 평7-31955에 개시되어 있는 바와 같이 시멘트 슬러리를 고압 분사 교반 충진공법에 의해, 오염토양을 고화시켜 오염된 부분을 불용화시키는 방법이 채택되고 있다.

그러나 이러한 종래의 기술에서 오염토양을 파내어 소각하고 난 다음 매립하는 방법은, 건물에 근접한 장소에서는 채용할 수 없고, 또 작업도 대규모가 되므로 처리비용이 높아지는 문제가 있다. 또 시멘트 슬러리의 고압분사 교반 충진공법은 땅속에 고화된 대량의 시멘트 층이 매설된 상태가 되므로, 지하수가 시멘트성분에 의해 오염되고, 지하수맥을 차단하거나 지반침하 등이 발생하는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 토양 조건에 따라 충진물질의 형태를 다양하게 적용하여 지반을 안정화하면서 토양정화를 하는 지중고압분사장비(PMI-system)를 이용한 지중에서의 추출/충진 방법에 의한 토양정화 및 현장지반 안정화 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 천공 작업과 정화약액 및 충진물질 주입을 연속적으로 수행할 수 있는 지중 고압 분사 장비(PMI-system)를 이용한 지중에서의 추출/충진 방법에 의한 토양정화 및 현장지반 안정화 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 천공부터 로드 제거까지의 공정 시간을 줄일 수 있으며, 천공 및 정화약액 주입시 발생하는 스컴(오염물질)을 동시에 처리할 수 있으며, 충진제 주입을 통해 현장지반 안정화 및 지반 침하를 방지할 수 있도록 하는 지중고압분사장비(PMI-system)를 이용한 지중에서의 추출/충진 방법에 의한 토양정화 및 현장지반 안정화 방법을 제공하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 토양정화 및 현장지반 안정화 방법은,

다수의 분사 노즐을 구비한 삼중관로드를 포함하는 토양정화 장치를 이용하여 오염된 토양을 정화하고 현장지반을 안정화 하는 방법으로서,

천공지점에 토양정화 장치를 준비하는 제1단계;

삼중관로드를 회전시켜 천공하면서 분사 노즐을 통해 공기와 액체를 분사시키는 제2단계;

로드를 원하는 심도까지 천공한 후 굴착지점의 오염토를 공기와 액체로 교란시켜 오염원인 스컴(오염물질)을 부상시키는 제3 단계를 포함하며, 상기 액체는 물 또는 정화약액인 것이 바람직하다.

상기 방법은,

상기 삼중관로드를 회전시켜 교란된 지층에 공기와 충진제를 분사 충진하는 제4 단계;

상기 충진제가 가득차면, 삼중관로드의 분사를 중단하고, 로드를 상하로 움직여 충진제를 다져주어 현장지반을 안정화하는 제5 단계를 더 포함한다.

상기 충진제는 지오라이트, 세사, 선별토사, 고화제, 청토, 떡모래 중 하나 이상인 것이 바람직하다.

이때, 상기 제3단계는 상기 액체를 분사시키기 전에 로드를 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2단계 또는 제3단계는 지표면에 부상하는 스컴(오염물질)을 포집, 흡수 및 저장하는 스컴(오염물질)처리 단계를 더 포함할 수 있다.

특히, 상기 토양정화 장치는 다수의 분사 노즐을 구비하여 삼중관로드에 결합 또는 분리되는 탈착분사부를 더 포함하여 구성되며, 이에 따라 상기 제1단계는 탈착분사부의 개수를 조절하여 삼중관로드에 결합시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1단계는 분사 노즐의 위치와 간격을 조절하여 탈착분사부를 삼중관로드에 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 건조 토양의 경우 상기 충진제 중 하나 이상과 물을 섞은 액상 충진제를 사용하며, 보통 토양의 경우 상기 충진제 중 떡모래를 사용한다.

또한, 습윤 토양의 경우 상기 제2단계에서 썩션 펌프를 이용하여 수분을 배출하는 단계를 더 포함하고, 고형 충진제를 사용하여 충진한다.

또한, 토양에 지하수가 기준값 이상으로 많은 경우 웰스크린을 설치하여 지하수를 밖으로 배출하는 제6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에서는 유류오염물질에 의해 오염된 부지에서 굴착 장비의 접근이 어렵거나 굴토가 불가능한 경우에도 토양정화 작업을 효과적으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 토양 천공 후 약품을 주입하여 지중 오염된 토양을 정화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 정화후 충진물질을 주입하여 지반 안정성을 향상할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 토양 조건에 따라 충진물질의 형태를 액체, 고체, 떡모래 형태등 다양한 형태로 선택적으로 적용이 가능하여 지반 안정성을 향상할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 작업 중에 발생하는 스컴(오염물질)을 효과적으로 포집할 수 있어 작업부지가 크게 흐트러지거나 오염되지 않아 토양정화 장치의 이동 및 작업을 용이하게 하며, 이에 따라 작업 효율이 크게 향상된다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 현장 조건에 따라 분사 노즐이 구비된 탈착분사부의 분사 노즐의 위치와 간격, 탈착분사부의 길이와 개수를 조절하여 로드에 설치할 수 있어, 정화약액의 주입 범위를 탄력적으로 조절할 수 있다.

도 1은 지중고압주입 방식을 이용하는 종래의 토양지중처리법에서 스컴(오염물질)이 발생하는 원리를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 토양정화 장치의 전체 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 토양정화 방법에서 습윤 토양에서의 충진제 투입 천공의 공정을 나타낸 도면.
도 4는 치환제인 모래, 자갈, 토사 등의 입경과 구분기준을 나타낸 표.
도 5는 본 발명에 따른 토양정화 장치의 스컴(오염물질)포집커버의 구성 및 동작 방법을 나타낸 도면.
도 6는 본 발명에 따른 토양정화 방법의 순서도.
도 7(a) 내지 (f)는 본 발명에 따른 토양정화 방법을 상세히 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 토양정화 방법에 의한 절삭반경과 영향반경을 비교하여 나타낸 도면.
도 9은 본 발명에 따른 토양정화 방법에 의한 삼중관 로드로 물, 공기 및 충진제를 분사하는 개념을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 명칭에는 동일 부호를 사용하기로 한다.

또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 발명의 기타 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 토양정화 장치의 전체 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 토양정화 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(10)와 저장탱크부, 고압펌프(30), 컴프레서(40), 로드(2) 및 탈착분사부(60)를 포함하여 구성된다.

상기 본체(10)는 상기 저장탱크부를 포함한 기타 모든 구성 장비들을 작동시키는 구성으로서, 모든 구성 장비들을 운반할 수 있게 무한궤도방식으로 주행이 가능한 이동식일 수 있다.

상기 저장탱크부는 물과 액체와 충진제를 저장하는 구성으로서, 물을 저장하는 제1저장탱크(21)와 액체를 저장하는 제2저장탱크(22)와 충진제를 저장하는 제3저장탱크(23)를 포함한다. 상기 액체는 미생물 또는 정화약액이거나 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 충진제는 지오라이트, 세사, 선별토사, 고화제, 청토, 떡모래 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.

상기 고압펌프(30)는 상기 저장탱크부에 저장된 물 및 액체 중 적어도 어느 하나를 상기 로드(2)에 고압으로 이송시키는 구성으로서, 토출압 100 내지 600 kgf/cm2의 범위에서 사용하는 것이 바람직하며, 충진제공급장치(31)는 상기 로드(50)에 고압으로 이송시키는 구성으로서, 토출량을 0.45 m3/min 이상 범위에서 사용하는 것이 바람직하며, 상기 컴프레서(40)는 상기 로드(2)에 고압의 공기를 주입하는 구성으로서, 토출압 7 kgf/cm2 이상, 토출량 10.3 m3/min 이상의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 특히 상기 고압펌프(30)는 액체 또는 충진제 이송시 과도한 주입압이 걸리지 않도록 압력 완화 밸브(pressure release valve)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 로드(2)는 일방향으로 연속 회전하거나 양방향으로 왕복 회전하여 토양을 천공하는 구성으로서, 상기 본체(10)에 장착되며, 천공 작업 외에도 유체를 지중으로 고압 분사할 수 있도록 내부에 고압펌프(30), 상기 컴프레서(40) 및 분사 노즐(61)과 각각 연결되는 배관을 구비하며, 이에 따라 상기 고압펌프(30)로부터 액체 또는 충진제를 공급받고, 상기 컴프레서(40)로부터 공기를 공급받아 분사 노즐(61)로 이들을 이송시킨다. 특히 상기 로드(2)는 천공 작업을 할 수 있도록 단부에 드릴비트(drill bit) 형상으로 형성된 굴착부(52)를 포함한다.

이때 굴착부(52)의 형상과 탈착분사부(60)의 형태도 다양하게 변형이 가능하며, 도 2 내지 도 9의 여러 가지 형태에 국한되지 않는다.

탈착분사부(60)는 상기 로드(2)에 결합 또는 분리되는 구성으로서, 상기 로드(2)의 배관(51)과 연결되어 공기, 액체 및 충진제 중 어느 하나 이상을 측방 또는 하방으로 분사시키는 다수의 분사 노즐(61)을 구비한다. 상기 탈착분사부(60)는 필요에 따라 상기 로드(2)에 다수가 결합될 수 있다. 특히, 상기 분사 노즐(61)은 고압의 분사 압력에도 견딜 수 있도록 강도를 갖는 세라믹 노즐로 구성하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 탈착분사부(60)는 현장 조건, 즉 천공 깊이에 따라 분사 노즐(61)의 개수와 배치 간격을 조절할 수 있다. 특히, 상기 탈착분사부(60)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 외주연에 180°간격으로 배치된 1쌍의 분사 노즐(61)을 다수 구비하되, 인접한 노즐(61) 쌍 간에는 90°간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

그 실시예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로드(2)에 길이가 1m인 탈착분사부(60) 2개가 나란히 연결되고, 각 탈착분사부(60)에는 2쌍, 즉 4개의 세라믹 노즐(61)이 90°간격마다 배치되어 지중에서 공기, 액체 및 충진제를 사방으로 분사할 수 있게 된다. 이 경우, 상기 세라믹 노즐(61) 쌍 간에는 0.5m의 거리를 유지하며, 각 세라믹 노즐(61)의 분사홈 직경은 2 내지 10 mm인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 토양정화 장치는 오염된 토양의 수직 길이에 따라 상기 탈착분사부(60)의 개수나 길이를 조절하여 상기 로드(2)에 결합할 수 있다. 예를 들면, 정화하려는 토양의 수직방향 길이가 3 m 라면, 길이가 1 m인 탈착분사부(60) 3개를 상기 로드(2)에 설치하거나, 길이가 3 m인 탈착분사부(60) 1개를 상기 로드(2)에 설치하여, 상기 로드(2)의 상하 이동 없이도 오염토양에 정화약액을 주입할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 토양정화 장치는 스팀을 공급하는 스팀공급부를 더 포함할 수 있다. 상기 스팀공급부는 물공급부; 상기 물공급부에서 공급되는 물을 가열하는 가열부; 상기 가열부에 의해 생성된 스팀을 외부로 배출하는 배출부를 포함하는 스팀공급장치로 구성될 수 있다. 이때, 로드(2)의 배관은 상기 고압펌프(30), 스팀공급부 및 컴프레서(40)와 각각 연결되며, 이에 따라 상기 분사 노즐(61)은 공기, 스팀, 액체 및 충진제 중 어느 하나 이상을 분사한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양정화 장치는 상기 분사 노즐(61)이 열풍을 분사할 수 있도록, 상기 컴프레서(40)에서 배출되는 공기를 가열하는 가열 수단을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 컴프레서(40)에서 배출되는 공기는 상기 가열 수단을 거쳐 상기 배관으로 공급되어, 최종적으로 상기 분사 노즐(61)을 통해 배출된다. 이에 따라 상기 분사 노즐(61)은 공기, 열풍, 스팀, 정화약액 및 충진제 중 어느 하나 이상을 분사한다. 또한, 열풍의 일부는 상기 저장탱크부로 공급되어 물 및 정화약액 중 적어도 어느 하나를 가열할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 토양정화 장치는 열풍과 가열된 물 또는 가열된 정화약액을 분사함으로써 토양정화 효율을 향상시킨다.

그리고 본 발명에서는 충진물질인 충진제의 형태는 액상, 고형 등 다양한 형태의 물질이 적용가능하다. 즉, 토양의 조건에 따라 충진물질의 형태를 달리할 수 있다.

예를 들어 건조 토양의 경우, 상기 충진제 중 하나 이상과 물을 섞은 액상 충진제를 사용하며, 상기 액상 충진제의 고액비(무게기준)는 1:3 ~ 1:4를 적용하고 이때의 함수율은 70~80%인 것을 특징으로 한다.

이 경우 고형, 떡모래 충진제에 비해 액상 충진제는 투입, 분사가 신속, 용이하고, 액상 충진제의 확산이 건조 토양에서 더 빠르고 토양 정화 효율 또한 높은 효과가 있으며, 다짐시 고체성분은 무게에 의하여 가라앉게 되므로 액상에 별도로 고형 또는 떡모래 충진제를 추가적으로 투입해가며 충진 및 다짐할 수 있는 장점이 있다. 액상 충진비의 고액비가 1:3 이하일 경우에는 분사가 어렵고 관이 막히는 경우가 생길 수 있어 이러한 액상 충진제의 장점이 약화될 수 있고, 1:4 이상일 경우에는 물의 비율이 지나치게 높아 지표면으로 올라오는 물의 양이 많아지므로 이를 처리하기 위한 공정이 더 필요한바 충진제의 투입효율이 저하되고 시간과 비용이 소요될 수 있다.

보통 토양의 경우에는 상기 충진제 중 떡모래를 사용한다.

습윤 토양의 경우, 상기 제2단계에서 썩션 펌프를 이용하여 수분을 배출하는 단계를 더 포함하고, 고형 충진제를 사용하여 충진한다.

이러한 토양의 수분 함량은 습도측정장비, 토양함수율측정장비 및 토양의 건조 전후 무게를 비교하여 판단할 수 있으며, 지역적 특성에 따라서 차이가 발생할 수 있다.

건조 토양 조건은 일반적인 토양 함수율을 감안하여 20% 이하를 말하나, 공법적용 가능성을 판단할 때 넓게는 30% 이하의 토양에서도 적용이 가능하다.

습윤 토양은 토양 함수율이 30% 이상인 토양을 기준으로 하며, 보통 토양은 토양 함수율이 20~30%인 토양을 말한다.

필요에 따라 물과 충진제를 적절히 혼합하여 배합비율을 결정함으로써 이러한 다양한 형태의 충진제를 형성할 수 있다.

도 3은 습윤 상태에서의 양수 후 충진 공법을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 습윤상태의 토양에서는 썩션펌프를 사용하여 수분을 배출하고 충진하며, 이 경우 충진 완료시 지반의 침하를 방지하여 안정화시키고, 오염도를 저감시키는 효과가 있다.

한편, 토양에 지하수가 기준값 이상으로 많은 경우, 충진제 투입을 완료한 후 웰스크린을 설치하여 지하수를 밖으로 배출하는 제6단계를 더 포함하며, 충진제를 충진, 다짐하고 지반이 안정화될 수 있도록 지속적으로 보충 관리하여 지반 안정화 및 오염도를 저감시킨다.

지하수가 흐르는 대수층의 경우에는 40% 이상의 함수율을 가지고 있으며, 사질토 계열의 지역에서 지하수가 흐르는 경우가 많다. 상기 기준값은 심도를 기준으로 대수층의 천공지점이 지하수위보다 낮은 경우 지하수가 많은 것으로 본다.

본 발명에 따른 토양정화 및 현장지반 안정화 방법의 일실시예에서, 충진제의 입경은 1 mm 이하에서 0.05 mm 이상의 모래를 사용하며, 바람직하게는 아래와 같은 떡모래를 주로 사용한다.

떡모래는 입경이 0.59 mm ~ 0.074 mm 로 표준체 번호 #30 ~ #200의 입경을 갖는 모래로, 모래 위에 비행기가 착륙 가능할 정도로 지반 안정성 및 지반의 다짐이 우수하고, 배수가 잘되는 입경 사이즈로서 물속에서 금방 가라앉는 성질이 있어 수중 다짐이 빠른 특성을 가지고 있다.

구체적으로 자갈, 모래, 미사 등의 입경과 구분기준을 도 4에 도시하였다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양정화 장치는, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 탈착분사부(60)의 세라믹 노즐(61)을 통해 공기, 스팀, 액체 및 충진제를 지중으로 분사시 지표면에 부상하는 진탕된 스컴(오염물질)을 포집하는 스컴(오염물질)포집커버(70); 상기 스컴(오염물질)포집커버(70)에 포집된 스컴(오염물질)을 흡수하는 석션장치(80); 상기 석션장치(80)에 의해 흡수되는 스컴(오염물질)을 저장하는 스컴(오염물질)저장탱크(91)를 구비한 스컴(오염물질)수집차량(90)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

일반적으로 고압의 공기, 스팀, 액체를 지중에 분사할 경우, 지표면, 즉 천공의 입구로 스컴(오염물질)이 부상하게 된다. 특히, 다수의 천공지점이 있어 천공 및 분사주입 작업을 이동하면서 연속적으로 해야 할 경우, 스컴(오염물질)에 의해 오염된 부지의 청소작업을 병행해야 하며, 이에 따라 전체 작업효율이 크게 저하되는 문제가 생긴다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 토양정화 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스컴(오염물질)포집커버(70), 석션장치(80) 및 스컴(오염물질)수집차량(90)의 구성을 통해 천공 및 분사주입 작업시 발생되는 스컴(오염물질)을 동시에 처리할 수 있으므로 다수의 천공지점을 처리할 경우 작업 효율이 크게 향상된다.

구체적으로 상기 스컴(오염물질)포집커버(70)는 로드(2)가 관통하도록 통형상으로 형성되어 액체 또는 정화약액의 주입에 의해 발생되어 부상되는 스컴(오염물질)을 포집하고, 상기 석션장치(80)의 동력을 통해 이송관을 따라 스컴(오염물질)을 이송시키며, 스컴(오염물질)저장탱크(91)가 구비된 스컴(오염물질)수집차량(90)에 스컴(오염물질)을 최종 저장시킨다. 특히, 상기 스컴(오염물질)포집커버(70)는 개폐가 가능하도록 힌지와 잠금장치를 포함하여 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 토양정화 장치는 상기 고압펌프(30), 컴프레서(40) 및 로드의 배관에 연결되어 분사 압력을 조절할 수 있는 밸브 또는 압력 조절기 등을 포함하며, 그 외에도 공기, 열풍, 스팀, 액체 및 충진제의 분사 순서, 시간 및 압력을 조절할 수 있는 제어부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는 고압펌프(30), 컴프레서(40) 및 스팀공급부의 작동을 각각 제어하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 토양정화 방법에 대하여 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 토양정화 방법의 순서도 및 상세도면을 도 6 및 도 7에 도시하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토양정화 방법은 다수의 분사 노즐을 구비한 로드를 이용하는 직천공 방식으로서 이동식일 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 토양정화 방법은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 천공지점에 토양정화 장치를 준비(설치)하기 위하여 삼중관 분사로드를 장착하고(S10), 분사로드 천공 위치에 세팅(S20)을 하게 된다(도 7(a) 참조).

이후, 상기 토양정화 장치의 삼중관 분사로드를 회전시켜 천공하면서 분사 노즐을 통해 공기와 액체를 고압 분사시키는 단계(S30)(도 7(b) 참조); 상기 로드를 원하는 심도까지 천공한 후 오염원을 부상시키는 단계(S40)(도 7(c) 참조) 스컴(오염물질)을 포집 및 이송하는 단계(도 7(d) 참조); 로드를 회전시켜 교란된 지층에 삼중관 로드를 통한 공기와 충진제를 하방으로 분사 충진 및 지반다짐하는 단계(S50)(도 7(e) 참조)를 포함하며,

오염원이 제거된 것으로 판단되면, 로드 인발 완료 후 다음 천공지점으로 이동하는 단계(도 7(f) 참조)를 더 포함한다.

그리고 상기 S10 단계 내지 S50 단계는 다음 오염 토양의 정화를 위한 장소에서 반복 수행된다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 토양정화 방법에서 사용되는 상기 토양정화 장치는 다수의 분사 노즐을 구비하여 로드에 결합 또는 분리되는 탈착분사부를 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 따라 상기 S10단계는 현장 조건, 즉 천공 깊이에 따라 탈착분사부의 개수와 길이 및 분사 방향을 조절하여 로드에 결합시키는 단계(S11)와 분사 노즐의 위치와 간격을 조절하여 탈착분사부를 로드에 결합시키는 단계(S12)를 각각 더 포함할 수 있다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 S20 단계에서 회전 천공 및 고압기액분사 작업이 진행되면서 지중의 토양은 R1의 절삭반경을 이루며 절삭되고, 이어서 상기 S50 단계를 통해 지중에 충진제가 주입되며, 이에 따라 충진제가 주입되어 영향을 미치는 영향반경(R2)은 상기 절삭반경(R1)까지 도달한다. 또한, 충진제의 추가적인 분사 압력과 충진제의 확산 및 분산 현상에 의하여 상기 영향반경(R2)은 상기 절삭반경(R1)을 넘어 그 범위가 더 넓어질 수 있다.

한편, 상기 단계 S20에서 토양의 공극률이 증가됨에 따라, 상기 단계 S30에서는 로드를 상하로 이동시키거나 회전시킬 필요 없이, 제자리에 고정시킨 상태에서 충진제를 분사시킬 수 있어, 스컴(오염물질) 발생량과 충진제의 주입시간을 줄일 수 있으며, 이에 따라 전체 작업 효율이 향상된다.

특히, 상기 단계 S30 및 S50 단계는 지표면에 부상하는 스컴(오염물질)을 포집, 흡수 및 저장하는 스컴(오염물질)처리 단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 토양정화 방법은, 상기 단계 S30 및 S50 단계에서 발생되는 스컴(오염물질)을 동시에 처리할 수 있어, 다수의 천공지점이 있는 경우 작업 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

도 9은 본 발명에 따른 토양정화 방법에 의한 삼중관 로드로 물, 공기 및 충진제를 분사하는 개념을 나타낸 도면으로서, 삼중관 로드를 이용하여 물과 공기를 주입한 후 충진제와 공기를 이용하여 오염원을 추출하는 개념을 나타내었다,

도 9을 참조하면, 물(압력, 온도조절)과 정화약제 및 공기를 주입하여 미립자에 흡착된 오염원(중금속 등)을 추출하여 오염도를 저감한다.

그리고 나서, 충진제(지오라이트, 고화제 등)를 이용하여 현장지반을 안정화한다. 따라서 오염도를 저감하고 지반 침하를 저감한다.

특히, 오염원을 효율적으로 제거 정화하고 누출된 미세토에 의한 지반 침하를 저감 하여 주변 구조물(탱크 등) 및 건물에 미치는 영향을 최소화 하여 안정성을 극대화할 수 있다.

그리고 오염농도를 효율적으로 저감하는 효과와 누출된 미세토에 의한 지반 침하를 충진제를 투입해 방지하고 지반 안정화를 모색하여, 주변 구조물의 안정성을 향상 시킬 수 있으므로, 인접 구조물이 있어 터파기가 어려운 오염 부지에서 탁월한 정화 작업 효과를 발휘할 수 있다.

10 : 이동식 본체 20 : 저장탱크부
21 : 제1저장탱크 22 : 제2저장탱크
23 : 제3저장탱크 30 : 고압펌프
31 : 충진제공급장치 40 : 컴프레서
50 : 로드 51 : 배관
60 : 탈착분사부 61 : 분사 노즐
70 : 스컴(오염물질)포집커버 80 : 석션장치
90 : 스컴(오염물질)수집차량 91 : 스컴(오염물질)저장탱크

Claims (14)

1. 다수의 분사 노즐을 구비한 삼중관로드를 포함하는 토양정화 장치를 이용하여,
   천공지점에 토양정화 장치를 준비하는 제1단계;
   삼중관로드를 회전시켜 천공하면서 분사 노즐을 통해 공기와 액체를 분사시키는 제2단계;
   로드를 원하는 심도까지 천공한 후 굴착지점의 오염토를 공기와 액체로 교란시켜 오염원인 스컴(오염물질)을 부상시키는 제3 단계;
   상기 삼중관로드를 회전시켜 교란된 지층에 공기와 충진제를 분사 충진하는 제4 단계;
   상기 충진제가 가득차면, 삼중관로드의 분사를 중단하고, 로드를 상하로 움직여 충진제를 다져주어 현장지반을 안정화하는 제5 단계를 더 포함하며,
   상기 액체는 물 또는 정화약액인 것이 바람직하며,
   상기 충진제는 지오라이트, 세사, 선별토사, 고화제, 청토, 떡모래 중 하나 이상인 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1단계는 분사 노즐의 위치와 간격을 조절하여 탈착분사부를 삼중관로드에 결합시키는 단계를 더 포함하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제3단계는 상기 액체를 분사시키기 전에 로드를 고정시키는 단계를 더 포함하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2단계 또는 제3단계는 지표면에 부상하는 스컴(오염물질)을 포집, 흡수 및 저장하는 스컴(오염물질)처리 단계를 더 포함하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 토양정화 장치는 다수의 분사 노즐을 구비하여 삼중관로드에 결합 또는 분리되는 탈착분사부를 더 포함하여 구성되며, 이에 따라 상기 제1단계는 탈착분사부의 개수를 조절하여 삼중관로드에 결합시키는 단계를 더 포함하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
6. 제 1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   건조 토양의 경우, 상기 충진제 중 하나 이상과 물을 섞은 액상 충진제를 사용하는 것을 특징으로 하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 액상 충진제의 고액비(무게기준)는 1:3 ~ 1:4인 것을 특징으로 하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 건조 토양 조건은 토양 함수율이 20% 이하인 것을 특징으로 하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
9. 제 1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   보통 토양의 경우, 상기 충진제 중 떡모래를 사용하는 것을 특징으로 하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 보통 토양은 토양 함수율이 20% 이상 30% 이하인 것을 특징으로 하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
11. 제 1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    습윤 토양의 경우, 상기 제2단계에서 썩션 펌프를 이용하여 수분을 배출하는 단계를 더 포함하고, 고형 충진제를 사용하는 것을 특징으로 하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 습윤 토양은 토양 함수율이 30% 이상인 것을 특징으로 하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
13. 제 1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    토양에 지하수가 기준값 이상으로 많은 경우, 웰스크린을 설치하여 지하수를 밖으로 배출하는 제6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 토양에 지하수가 기준값 이상으로 많은 경우는 심도를 기준으로 대수층의 천공지점이 지하수위보다 낮은 경우인 것을 특징으로 하는 토양정화 및 현장지반 안정화 방법.

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