KR20180134140A - 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법 - Google Patents

연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 연약지반에 소정 직경의 구멍을 뚫는 단계; 상기 연약지반 내부에 존재하는 수분을 밀어내기 위하여 상기 구멍에 연직배수재를 삽입하는 단계; 및 상기 연직배수재의 상부에 장착된 가압분사장치를 통해 상기 연직배수재의 내부로 석탄회를 투입하여 적층된 석탄회층을 가압하여, 상기 연약지반의 하부로부터 포졸란 반응이 발생되도록 유도하는 포졸란반응 유도단계를 포함하는 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법을 제공한다.
본 발명에 따른 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 의하면, 석탄회 골재를 사용함으로써 연약지반 내에서 뻘 층의 진흙과 석탄회 골재의 포졸란 반응이 유도되어 시멘트 또는 콘크리트를 타설하지 않고도 연약지반 내부의 강도를 증진시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 의하면, 시공 시 연직배수재와 지반으로 압력이 전달될 수 있는 가압펌프 및 투입펌프를 직접 연결함으로써, 성토 하중 없이 가압분사 방식만을 이용하여 등방압밀을 유도함으로써 지반의 부동침하 및 전단파괴를 방지할 수 있다. 그에 따라 종래의 샌드드레인 공법 등에서 발생될 수 있는 연약지반의 부등침하 또는 전단파괴 문제를 방지할 수 있다.

Description

연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법{Pressure injection method using bottom ash aggregate for modification of flimsy ground}
본 발명은 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연약지반에 연직배수재를 삽입한 후 석탄회 골재를 연속적으로 가압분사 타설하여 지반을 압밀하는 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 관한 것이다.
일반적으로, 연약지반이란 건조물의 기초로서 충분한 지지력이 없는 지반을 의미한다. 이러한 연약지반에 직접 건조물을 지으면 지반이 파괴되거나 큰 압밀침하가 생길 수 있다. 따라서 연약지반을 개량하여 어떠한 목적물을 건설하는 데 있어 안전상의 문제점을 제거하기 위한 것으로서, 성토재하공법, 연직배수공법, 샌드드레인(Sand drain) 공법 등의 연약지반 개량공법이 시행된다.
그 중 상기 샌드드레인 공법과 관련하여, 대한민국 등록특허 제80-000632호 등에서는, 케이싱을 지반 속에 삽입하고 그 속에 모래를 넣어 그 모래가 위로 솟아오르지 않도록 해서 케이싱을 인발하는 과정을 통해 시행되는 샌드드레인 공법에 관해 개시하고 있다.
상기 종래의 샌드드레인 공법은 비중이 높은 모래 또는 토사를 사용한다. 따라서 상기 종래의 샌드드레인 공법은, 연약지반을 이루는 뻘 층과 모래의 비중 차이로 인해 연약지반에 부등침하 및 전단파괴를 일으키는 문제점을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 모래에 비하여 다공질로써 비중이 낮으며(예, 모래:석탄회=1:0.6) 점토층과 포졸란 반응이 유도되어 말뚝을 용이하게 형성하는 석탄회 골재를 사용하여 하중에 의한 지반의 침하를 방지하고, 연약지반에 연직배수재를 삽입한 후 석탄회 골재를 연속적으로 가압분사 타설하여 지반을 압밀하는 연약지반 개량을 위한 석탄회 골재 사용 가압분사 공법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은, 연약지반에 소정 직경의 구멍을 뚫는 단계; 상기 연약지반 내부에 존재하는 수분을 밀어내기 위하여 상기 구멍에 연직배수재를 삽입하는 단계; 및 상기 연직배수재의 상부에 장착된 가압분사장치를 통해 상기 연직배수재의 내부로 석탄회를 투입하여 적층된 석탄회층을 가압하여, 상기 연약지반의 하부로부터 포졸란 반응이 발생되도록 유도하는 포졸란반응 유도단계를 포함하는 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법을 제공한다.
상기 가압분사장치는 상기 석탄회를 상기 연직배수재의 내부로 투입하여 석탄회층을 형성하는 투입펌프와, 상기 석탄회층을 가압하는 가압펌프를 포함하며, 상기 포졸란반응 유도단계는, 상기 투입펌프를 이용하여 상기 연직배수재의 내부로 석탄회를 투입 및 적층시키는 단계와, 상기 가압펌프를 이용하여 적층된 상기 석탄회층을 가압하는 단계와, 상기 연약지반의 하부로부터 포졸란 반응이 발생되는 포졸란 반응단계를 포함할 수 있다.
상기 가압분사장치는 상기 가압펌프와 투입펌프를 연통시키는 연결실린더를 더 포함하며, 상기 포졸란반응 유도단계는, 상기 연결실린더를 통해 상기 연직배수재의 내부로 석탄회가 투입되며, 상기 연결실린더를 통해 상기 석탄회층으로 상기 가압펌프의 압력이 전달될 수 있다.
상기 포졸란 반응단계는, 상기 석탄회층을 가압하는 단계 이후, 상기 연직배수재를 소정 간격씩 상부로 인발하여, 상기 연약지반의 하부로부터 상부로 점진적으로 포졸란 반응이 전개될 수 있다.
상기 석탄회의 입경은, 0.075mm 내지 50mm일 수 있다.
상기 구멍의 직경은, 400mm 내지 900mm일 수 있다.
상기 투입펌프의 석탄회 투입 압력은 200bar 내지 300bar이며, 상기 가압펌프의 석탄회 가압 압력은 250bar 내지 350bar일 수 있다.
본 발명에 따른 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 의하면, 석탄회 골재를 사용함으로써 연약지반 내에서 뻘 층의 진흙과 석탄회 골재의 포졸란 반응이 유도되어 시멘트 또는 콘크리트를 타설하지 않고도 연약지반 내부의 강도를 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 의하면, 시공 시 연직배수재와 지반으로 압력을 전달할 수 있는 가압펌프 및 투입펌프를 직접 연결함으로써, 성토 하중 없이 가압분사 방식만을 이용하여 등방압밀을 유도함으로써 지반의 부동침하 및 전단파괴를 방지할 수 있다.
그에 따라 종래의 샌드드레인 공법 등에서 발생될 수 있는 연약지반의 부등침하 또는 전단파괴 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법의 흐름도,
도 2는 도 1에 나타낸 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법이 시행되기 전의 연약지반을 도시한 도면,
도 3은 도 1에 나타낸 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 따라 연약지반에 구멍이 뚫린 모습을 도시한 도면,
도 4는 도 1에 나타낸 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 따라 구멍에 연직배수재가 삽입된 모습을 도시한 도면,
도 5는 도 1에 나타낸 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 따라 가압분사장치를 통해 석탄회가 연직배수재의 내부로 투입된 모습을 도시한 도면,
도 6은 도 1에 나타낸 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 따라 가압분사장치를 통해 석탄회가 연약지반의 하부로 가압된 모습을 도시한 도면,
도 7은 도 1에 나타낸 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 따라 연직배수재가 인발된 모습을 도시한 도면이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법의 흐름도이며, 도 2 내지 7은 도 1에 나타낸 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법이 연약지반에 단계적으로 시행되는 모습을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법(이하‘가압분사 공법’이라 한다)을 실시하기 위해, 먼저 연약지반에 소정 직경의 구멍(1)을 뚫는다(S10).
상기 구멍(1)은, 천공기(미도시)를 연약지반에 삽입한 후 인발되는 과정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 천공되는 구멍(1)의 직경은 400mm 내지 900mm일 수 있다.
상기 구멍(1)의 직경은 오거 천공기의 드릴 크기에 의해 결정되는데, 드릴의 직경이 400mm 미만인 것은, 투입 압력에 비해 석탄재의 투입량이 현저하게 적으므로 공사기간이 증가되며, 드릴의 직경이 900mm를 초과하는 것은, 공사(오거 천공) 단가의 상승 요인으로 작용한다. 따라서 천공되는 구멍(1)의 직경은 400mm 내지 900mm인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 구멍(1)에 연직배수재(2)를 삽입한다(S20).
상기 연직배수재(2)는, 연약지반 내부에 존재하는 수분을 밀어내기 위한 것으로서, 원통 형상으로 형성될 수 있다.
상기 S20 단계 이후에는, 상기 연직배수재(2)의 상부에 장착된 가압분사장치(3)를 이용하여, 상기 연직배수재(2)의 내부로 석탄회(4)를 투입하고, 적층된 석탄회층(4)을 가압함으로써, 상기 연약지반의 하부로부터 포졸란 반응이 발생되도록 유도한다(S30).
포졸란 반응(Pozzolanic reaction)이란, 단독으로는 물과 반응하여 경화하는 성질이 없는 물질이, 석회와 수중에서 반응하여 경화하는 반응이다. 연약지반에 포졸란 반응이 발생되도록 하는 경우, 연약지반의 강도 및 경도를 증가시킬 수 있어, 연약지반이 구조물의 기초로서의 역할을 수행하도록 할 수 있다.
상기 가압분사장치(3)는, 투입펌프(31), 가압펌프(32) 및 연결실린더(33)를 포함할 수 있다.
상기 투입펌프(31)는, 석탄회(4)를 공급받아 이를 상기 연결실린더(33)로 공급한다. 상기 가압펌프(32)는, 상기 연결실린더(33) 내부에 존재하는 상기 석탄회(4)에 압력을 가하여, 상기 연결실린더(33)로부터 연직배수재(2)의 내부로 석탄회(4)가 분사되도록 한다. 상기 투입펌프(31)가 석탄회(4)를 투입시키고, 상기 가압펌프(32)가 투입된 석탄회(4)를 가압함으로써, 석탄회(4) 골재를 연속적으로 가압분사 타설하여 연약지반을 압밀할 수 있다.
여기서, 상기 투입펌프(31)의 석탄회 투입 압력은 200bar 내지 300bar일 수 있으며, 상기 가압펌프(32)의 석탄회 가압 압력은 250bar 내지 350bar일 수 있다.
석탄회(4)의 입경이 클 경우에 있어서, 상기 투입펌프(31)의 석탄회 투입 압력이 200bar 미만이며, 상기 가압펌프(32)의 석탄회 가압 압력이 250bar 미만인 경우, 석탄회(4)를 연직배수재(2) 내부에 투입하고 가압하는 압력이 충분하지 못하다. 반대로, 상기 투입펌프(31)의 석탄회 투입 압력이 300bar를 초과하고, 상기 가압펌프(32)의 석탄회 가압 압력이 350bar를 초과하는 경우, 상기 투입펌프(31)와 가압펌프(32)가 최대 허용압력을 초과하게 된다. 따라서 상기 투입펌프(31)의 석탄회 투입 압력은 200bar 내지 300bar로 하고, 상기 가압펌프(32)의 석탄회 가압 압력은 250bar 내지 350bar로 하는 것이 바람직하다.
상기 연결실린더(33)는, 상기 투입펌프(31)와 가압펌프(32)를 연통하도록 상기 투입펌프(31) 및 가암펌프(32)에 연결되는 것으로서, 상기 연결실린더(33)를 통해 상기 연직배수재(2)의 내부에 석탄회(4)가 투입되어 적층되고, 또한 상기 연결실린더(33)를 통해 상기 가압펌프(32)의 압력이 적층된 석탄회층(4)으로 전달된다.
상기 가압펌프(32)를 통해 석탄회(4)를 가압하는 경우, 연약지반에 가해지는 전단응력이 일정한 상태에서, 연약지반으로부터 간극수가 배출되도록 연약지반의 하부에 등방향의 압밀을 유도할 수 있다. 또한 이 경우, 석탄회(4) 골재가 연약지반의 하부에 골고루 분사되어 연약지반을 구성하는 뻘 혹은 점토와의 혼합 및 포졸란 반응을 유도함으로써, 연약층의 안정성을 극대화시키고, 지반 내의 부등침하 및 전단파괴를 방지할 수 있다.
상기 가압펌프(32)를 통해 석탄회층(4)에 가압이 이루어진 이후에는, 상기 연직배수재(2)를 소정 간격씩 상부로 점진적으로 인발할 수 있다. 이 경우, 상기 투입펌프(31), 가압펌프(32) 및 연결실린더(33)에 의해 다시 석탄회층(4)의 투입, 적층 및 가압이 이루어지게 되어, 연약지반의 하부로부터 상부로 점진적으로 포졸란 반응이 전개될 수 있다.
또한 이 경우, 연직배수재(2)의 주변의 목적하는 범위에 대해 목적하는 공법을 수행하여 연약지반의 안정성을 극대화할 수 있고, 그에 따라 구멍(1) 간 길이를 종래에 비해 길게 유지하여 시공비 및 공기를 절감할 수 있다.
한편, 석탄회(4)의 입경은 0.075mm 내지 50mm일 수 있다.
석탄회(4)의 입경이 0.075mm 미만인 경우, 석탄회(4)의 입경이 점토층을 구성하는 입자보다 더 미립이 된다. 따라서 연약지반 내 수분이 함유된 경우, 석탄회(4)의 입자분리현상으로 인해, 석탄회(4)의 점토층 입자와의 결합력이 부족해지는 단점이 존재한다. 반대로, 석탄회(4)의 입경이 50mm를 초과하는 경우, 석탄회(4)가 공기저항을 받게 되므로, 석탄회(4)를 투입하고 가압하는 투입펌프(31) 및 가압펌프(32)의 오작동을 유발할 수 있다. 따라서 석탄회(4)의 입경은 0.075mm 내지 50mm인 것이 바람직하다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 의하면, 석탄회(4) 골재를 사용함으로써 연약지반 내에서 뻘 층의 진흙과 석탄회(4) 골재의 포졸란 반응이 유도되어 시멘트 또는 콘크리트를 타설하지 않고도 연약지반 내부의 강도를 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법에 의하면, 시공 시 연직배수재(2)와 지반으로 압력이 전달될 수 있는 투입펌프(31) 및 가압펌프(32)를 직접 연결함으로써, 성토 하중 없이 가압분사 방식만을 이용하여 등방압밀을 유도함으로써 지반의 부동침하 및 전단파괴를 방지할 수 있다.
그에 따라 종래의 샌드드레인 공법 등에서 발생될 수 있는 연약지반의 부등침하 또는 전단파괴 문제를 방지할 수 있다.
1 : 구멍 2 : 연직배수재
3 : 가압분사장치 4 : 석탄회, 석탄회층
31 : 투입펌프 32 : 가압펌프
33 : 연결실린더

Claims (7)

  1. 연약지반에 소정 직경의 구멍을 뚫는 단계;
    상기 연약지반 내부에 존재하는 수분을 밀어내기 위하여 상기 구멍에 연직배수재를 삽입하는 단계; 및
    상기 연직배수재의 상부에 장착된 가압분사장치를 통해 상기 연직배수재의 내부로 석탄회를 투입하여 적층된 석탄회층을 가압하여, 상기 연약지반의 하부로부터 포졸란 반응이 발생되도록 유도하는 포졸란반응 유도단계를 포함하는 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압분사장치는 상기 석탄회를 상기 연직배수재의 내부로 투입하여 석탄회층을 형성하는 투입펌프와, 상기 석탄회층을 가압하는 가압펌프를 포함하며,
    상기 포졸란반응 유도단계는,
    상기 투입펌프를 이용하여 상기 연직배수재의 내부로 석탄회를 투입 및 적층시키는 단계와,
    상기 가압펌프를 이용하여 적층된 상기 석탄회층을 가압하는 단계와,
    상기 연약지반의 하부로부터 포졸란 반응이 발생되는 포졸란 반응단계를 포함하는 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가압분사장치는 상기 가압펌프와 투입펌프를 연통시키는 연결실린더를 더 포함하며,
    상기 포졸란반응 유도단계는,
    상기 연결실린더를 통해 상기 연직배수재의 내부로 석탄회가 투입되며, 상기 연결실린더를 통해 상기 석탄회층으로 상기 가압펌프의 압력이 전달되는 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 포졸란 반응단계는,
    상기 석탄회층을 가압하는 단계 이후, 상기 연직배수재를 소정 간격씩 상부로 인발하여, 상기 연약지반의 하부로부터 상부로 점진적으로 포졸란 반응이 전개되는 것을 특징으로 하는 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 석탄회의 입경은, 0.075mm 내지 50mm인 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구멍의 직경은, 400mm 내지 900mm인 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투입펌프의 석탄회 투입 압력은 200bar 내지 300bar이며, 상기 가압펌프의 석탄회 가압 압력은 250bar 내지 350bar인 연약지반 개량용 석탄회 골재 사용 가압분사 공법.
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