KR20190126538A - 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치 및 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법 - Google Patents
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Abstract
흙과 호박돌, 자갈이 혼재하는 도로 및 철도 토공노반 또는 암버럭으로 시공된 도로 및 철도 토공노반 등의 사면 보강을 위해서 굴착토를 배토하지 않고 굴착공 내에서 보강심재와 교반 굴착토를 이용하여 지중보강체를 형성하되, 중공로드의 선단에 스크류형 드릴비트를 장착함으로써 굴진 시 굴착 효율을 높일 수 있고, 굴착토의 원활한 움직임을 유도하여 교반 효율을 높일 수 있으며, 또한, 보강심재 두부에 스크류 및 나사선을 형성함으로써, 중공로드와 나사체결된 보강심재를 굴착심도에서 중공로드로부터 간단하게 분리시킬 수 있고, 또한, 중공로드의 선단에 조임방지 팁을 형성함으로써 중공로드와 보강심재 간의 나사선 결합시 중공로드의 회전에 의해 과도하게 조여지는 것을 방지할 수 있는, 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치 및 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 비배토 굴착교반장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 도로, 철도 토공노반 등의 사면 보강시, 굴착토를 배토하지 않고 굴착공 내에서 보강심재와 교반 굴착토를 이용하여 지중보강체를 시공하기 위한 비배토 굴착교반장치 및 그 방법에 관한 것이다.
국내의 경우, 전국토의 70% 이상이 산지로 구성되어 있고, 철도 사면이 전국적으로 많이 분포하고 있으며, 이중에서도 과거에 만들어진 철도 사면들은 사면의 지질 및 지반 공학적 특성 등을 고려하지 않고 단지 강도에만 근거하여 표준경사를 적용하는 방식으로 설계 및 시공된 경우가 대부분이다. 따라서 대부분의 철도 사면들은 아직까지 불안정한 상태로 남아 있는 경우가 많다. 또한, 국내의 경우, 연평균 강우량(1,000㎜~1,283㎜)의 2/3 정도가 여름철에 집중되는 기후 특성 때문에 사면 붕괴가 발생하기 쉬운 취약한 자연조건에 놓여 있으며, 최근 지구의 온난화 현상으로 인하여 국지성 호우에 의한 선로나 그 연변 사면의 붕괴는 유실이라는 큰 문제로 부각되고 있다.
철도는 다른 교통수단과 달리 우회할 수 있는 교통수단이 아니기 때문에 유실이 발생하면 복구하기 전까지 많은 비용이 소요되며, 긴급 복구가 절실하게 요구된다. 또한, 국지성 호우나 게릴라성 집중 호우에 의한 선로나 그 연변 사면의 붕괴나 유실로 인하여 이를 복구하기 위해 소요되는 비용이 점점 증가하고 있고, 그 피해 또한 크며, 유지보수가 만만치 않은 실정이다. 이러한 선로를 복구하기 위해서 현재까지의 긴급 보수 방법으로는 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 그 품질관리와 유지보수면에서도 많은 문제가 발생하고 있다.
또한, 철도노반은 궤도를 충분히 견고하게 지지하고 적당한 탄성을 부여하며, 상부노반 연약화를 방지하고, 노상으로 열차 하중을 분산 및 전달하는 기능을 가지고 있다. 이러한 철도노반이 사용년수의 경과, 열차의 반복 충격하중, 우수의 침입 등에 의해 내구성과 지지력이 저하됨으로써 도상자갈의 노반으로의 관입에 따른 침하 등에 의해 궤도틀림을 유발할 수 있고, 이로 인한 안전사고가 발생될 수 있다.
따라서 안전, 신속, 정확한 물류 수송과 열차 운행상의 안정성 확보를 위해 철도노반의 내구성 및 지지력을 강화할 수 있는 적극적인 대책 수립이 요구되며, 기존선 개량, 신설 및 고속전철 건설로 천연골재 부족에 따른 대체 골재로서 활용할 수 있는 노반 재료의 확보와 함께 궤도 생력화를 통한 궤도 보수 주기 연장 및 설계, 시공의 표준화 또는 최적화로 철도신설 및 보선업무의 효율화가 요구된다.
한편, 해외 선진국의 경우, 재래노반의 지지력 증대를 위한 노상 및 노반 개량 공법으로 배수공법, 고결 공법 노반 기능 보강법 등 다양한 공법을 개발하여 활용하고 있으나, 국내의 경우, 고속철도에만 쇄석강화 노반을 적용하고 있기 때문에 분니, 침하 및 지지력 저하 문제를 계속 야기하고 있는 실정이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 철도 노반을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로, 노반(10) 상에 도상(31), 침목(32)이 설치되어, 레일을 따라 열차(33)가 운행된다. 이러한 노반(10)은 안전율 확보를 위하여 1.0:1.5~2.0의 기울기를 갖는 사면(20)으로 되어 있기 때문에 선로의 높이(H)가 높아질수록 많은 면적의 부지를 차지한다. 즉, 현재 철도 및 도로의 노반(10)의 측면은 안전을 확보하기 위하여 1.0:1.5~2.0의 경사법면(20)을 이루고 있기 때문에 이러한 사면(20)이 차지하는 부지의 넓이는 노반의 성토 높이(H)에 비례하여 점점 넓어지게 된다.
예를 들면, 높이(H)가 5m인 경우에 30m의 복선 폭(L)을 점유하거나, 또는 높이(H) 10m인 경우에 53m의 복선 폭(L)을 점유하도록 노반(10)을 형성할 수 있다. 또한, 철도선로를 구축하는 경우, 천연지반을 잘라 내거나 또는 성토(Embanking)에 의해서 노반(10)을 형성하는 것이 많고, 그 사면(Slope)을 법면(face of slope)이라 한다. 이러한 사면(20)의 각도가 크면 우천시 무너지기 쉽다는 문제점이 있다.
한편, 강안이나 호안, 또는 구릉을 깎아 평탄하게 조성한 부지나 도로를 시공하는 지역에는 대부분 절토사면이 존재한다. 이러한 절토사면은 인공적인 절토작업에 의해 주로 형성되기 때문에, 절취되어 노출된 사면을 그대로 방치할 경우, 공기 접촉, 우수 침투 등의 계속적인 풍화 진행으로 인하여 사면 붕괴의 위험성이 예상된다. 즉, 사면의 응집력이 약하여 많은 양의 우수가 침투될 경우, 사면이 쉽게 부서져 내려 사태가 유발되기도 한다.
이러한 절토사면에서의 사태 유발을 방지하도록 사면의 토압력에 저항하는 벽체, 즉, 옹벽을 사면 둘레 상에 구축함으로써, 토사의 유실을 방지하고 사태 유발을 미연에 차단할 수 있다.
이러한 절토사면에 대한 사면 보강 방안으로서, 종래에는 현장타설 콘크리트 옹벽 공법이 주로 이용되지만, 이러한 현장타설 콘크리트 옹벽 공법의 경우 거푸집을 설치하고 해체하는데 과도한 작업인력 및 공사비용이 소요되기 때문에 시공 경제성이 저해될 수밖에 없었다. 이와 동시에 거푸집 내에 타설된 콘크리트 옹벽이 완전히 경화 양생되기까지 거푸집을 존치시켜야 했으므로, 공사기간이 장시간 소요되는 문제점이 수반되었다. 이러한 콘크리트 옹벽 공법의 문제점을 해결하기 위한 하나의 방안으로서, 영구 앵커(Permanent Anchor)를 이용한 옹벽 시공 공법이 소개되었다.
일반적인 지반보강 공법으로서, 파일(Pile) 공법, 소일네일링(Soil Nailing) 공법, 어스앵커(Earth Anchor) 공법이 있다. 이러한 공법들은 모두 유압드릴이나 각종 굴착 천공기를 이용하여 굴착 천공작업을 수행하고, 지반보강재로서 파일, 네일, 강선 등을 천공홀에 삽입한 후 그라우팅재를 주입하는 과정으로 진행된다. 이러한 지반보강 공법은 굴착 천공작업과 지반보강재 설치작업으로 구별되는 공정으로 이루어지기 때문에 공사기간이 지연되고, 별도의 케이싱 설치 및 제거작업이 요구되는 단점이 있다.
이러한 굴착 천공방법은 굴착되는 토사의 처리방법에 따라 배토(Displacement) 방법과 비배토(Non-Displacement) 방법으로 구분할 수 있다. 배토 방법은 굴착 토사를 배토시키는 방법이고, 비배토 방법은 굴착 토사를 배토시키지 않고 주변으로 압밀하는 방법인데, 배토 방법이 굴착 효과에 유리하지만, 비배토 방법은 지반의 안정화에 유리한 것으로 알려져 있다. 지금까지 배토 방법과 비배토 방법은 사용하는 굴착 천공기에 의해 결정되었다. 다시 말하면, 보통 스크류날개가 연속 형성되는 배토형 중공로드를 구비한 굴착 천공기를 이용하여 배토 방법을 구현하고, 또한, 보통 스크류날개가 연속 형성되지 않는 비배토형 중공로드를 구비한 굴착 천공기를 이용하여 비배토 방법을 구현하고 있다.
도 2는 종래의 기술에 따른 앵커 및 쏘일네일 보강 공법시 천공에 의한 침하가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
일반 앵커 및 쏘일네일 보강 공법시, 도 2의 a)에서 도면부호 A로 도시된 천공에 의한 침하가, 도 2의 b)에 도시된 바와 같이, 발생할 수 있다. 즉, 일반적인 보강 굴착은 앵커나 쏘일네일을 설치하면서 굴착하는데, 굴착시 공벽 붕괴 등의 위험이 있고, 굴착 시 상부 침하위험이 있기 때문에 운행중인 노반 사면 절취용으로는 부적합하다. 또한, 전체 시공 시 소요시간이 많이 필요하여 운행중인 노선의 보강 등에는 부적합하다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2018-56호에는 "유선형 지지구조를 갖는 교반 천공장치 및 그 시공방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 종래의 기술에 따른 굴착교반장치를 나타내는 도면으로서, 도 3a는 사시도이고, 도 3b는 측면도이며, 도 3c는 보강심재를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 굴착교반장치는, 중공로드(51), 드릴비트(52), 중심유지날개(53) 및 교반날개(54)를 포함하며, 이때, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 드릴비트(52)에 시멘트 밀크 배출구(52a)가 형성되며, 상기 중공로드(51) 내부를 관통하도록 보강심재(60)가 결합되며, 또한, 상기 보강심재(60)는, 도 3c에 도시된 바와 같이, FRP 파이프(61), 선단고정구(62), 선단 덮개(63), 엣지핀(64) 및 핀 고정구(65)를 포함한다.
종래의 기술에 따른 굴착교반장치는 보강심재의 선단고정구(62)와 드릴비트(52)에 의하여 지반을 회전 굴착하면서 형성된 교란된 굴착토와 시멘트 밀크 배출구를 통해 토출된 그라우팅재를 교반날개(54)를 이용하여 중공로드(51)의 전진과 후진 시에 교반시킨다. 이에 따라, 굴착토를 배토시키지 않으면서 보강심재(60)가 남겨진 지반보강체를 시공할 수 있다. 또한, 종래의 기술에 따른 굴착교반장치의 경우, 중공로드(51)에 의한 굴착 시 중심유지날개(53)에 의하여 굴착중심이 흔들리지 않기 때문에 시공 및 품질관리에 유리하며, 이때, 보강심재(51)가 간단한 타격으로 지반보강체 내부에서 중공로드(51)로부터 분리될 수 있고, 보강심재(51)가 지반에 안착되어 소일시멘트와 같은 지반보강체를 시공할 수 있다.
하지만, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 드릴비트(52)가 유선형 형상으로 형성되기 때문에 굴진 효율이 낮고, 또한, 상기 드릴비트(52)의 회전 시 입자가 큰 자갈 등에 대한 대처하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 한쪽 방향으로 굴착토의 이동을 유도하는 교반날개(54)의 형상으로 인해서 교반 효율이 낮다는 문제점이 있다. 또한, 도 3c에 도시된 바와 같이, 보강심재(60)의 연결 및 조립이 복잡하고, 상기 보강심재(60)가 굴착공 내에 안정적으로 안착되지 않을 우려가 있다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 도로, 철도 토공노반 등의 사면 보강을 위해서 굴착토를 배토하지 않고 굴착공 내에서 보강심재와 교반 굴착토를 이용하여 지중보강체를 형성하되, 스크류형 드릴비트에 의한 굴착과 동시에 보강심재를 지반에 잔존시킨 후, 그라우팅재를 주입하여 지반을 보강하되, 중공로드의 선단에 스크류형 드릴비트를 장착함으로써 굴착 및 교반 효율을 높일 수 있는, 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 보강심재 두부에 스크류 및 나사선을 형성함으로써, 중공로드와 나사체결된 보강심재를 굴착심도에서 중공로드로부터 분리시키고, 굴착 및 교반 과정에서 굴착공 내에 보강심재를 안착시킬 수 있는, 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 중공로드의 선단에 조임방지 팁을 형성함으로써 중공로드와 보강심재 간의 나사선 결합시 중공로드의 회전에 의해 과도하게 조여지는 것을 방지할 수 있는, 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치는, 도로 또는 철도 토공노반의 사면 보강을 위해서 굴착토를 배토하지 않고 굴착공 내에서 보강심재와 교반 굴착토를 이용하여 지중보강체를 형성하는 비배토 굴착교반장치에 있어서, 선단부에 조임방지 팁이 형성된 파이프 형태의 강관으로서, 그 내부에 보강심재가 삽입될 수 있는 중공부가 길이방향으로 연속하여 형성된 중공로드; 비배토 굴착교반 효율을 높이도록 스크류 형상으로 제작되며, 상기 중공로드의 선단에 결합된 스크류형 드릴비트; 및 보강심재 몸통부 및 보강심재 두부로 이루어지고, 지반 내 근입되도록 상기 보강심재 두부가 스크류 형태로 형성되며, 굴진시 함께 회전하도록 상기 보강심재 두부에 형성된 나사선이 상기 중공로드와 체결되는 보강심재를 포함하되, 상기 중공로드는 상기 보강심재 두부의 나사선이 과도하게 조여지는 것을 방지하도록 상기 중공로드의 선단부에 형성되는 조임방지 팁이 형성되며; 그리고 굴진 시 상기 중공로드가 정회전할 때 상기 중공로드 선단에 나사체결되어 고정되고, 후진 시 상기 중공로드가 역회전하면 상기 중공로드와 상기 보강심재가 분리되어 상기 보강심재가 굴착공 내에 남겨지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 중공로드의 중공부 주위에 그라우팅재 주입관이 내부에 길이방향으로 형성되며, 상기 그라우팅재 주입관과 연통되는 선단부에는 그라우팅 토출구가 형성되어 그라우팅재가 상기 중공로드의 선단부에서 외부로 토출될 수 있다.
여기서, 상기 보강심재는, 상기 중공로드 내부 중공에 삽입되는 보강심재 몸통부; 및 선단부, 스크류 및 나사선으로 이루어지고, 상기 보강심재 몸통부의 선단부에 형성되며, 상기 중공로드로부터 노출되어 지반에 근입 및 정착하는 보강심재 두부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 보강심재 두부는 상기 중공로드의 선단부 단부면에 상기 중공로드에 삽입된 보강심재 몸통부가 상기 중공로드의 선단부에 고정시키면서 상기 중공로드의 회전 시 상기 보강심재 두부에 형성된 스크류가 드릴 역할을 하고, 최종 굴착심도에 상기 중공로드가 도달했을 때 상기 보강심재를 잔류시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 보강심재 두부에 형성된 스크류에 상기 중공로드의 선단부에 형성된 조임방지 팁이 접하면서 과도한 조임력이 상기 보강심재 두부에 전달되지 않도록 방지할 수 있다.
여기서, 상기 스크류형 드릴비트는, 상기 중공로드의 선단에 결합되는 드릴비트 몸통부; 상기 드릴비트 몸통부 외주면에 스크류 형상으로 형성되는 드릴비트 스크류; 및 상기 드릴비트 스크류의 선단에 부착되는 오거 팁을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 오거 팁이 전면에 형성된 드릴비트 스크류가 상기 중공로드의 선단부에 일체로 형성되어 큰 입자를 파쇄하면서 굴착할 수 있다.
본 발명에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치는, 상기 스크류형 드릴비트의 후방에 위치하고, 교반 효율을 높이도록 상기 중공로드의 외주면에 톱니 형상으로 형성되는 교반날개를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 교반날개는 상기 중심유지날개 후방의 중공로드 외주면에 일체로 형성되며, 상기 중공로드의 굴착 및 인발과정(전진 및 후진)에서 그라우팅재가 교란된 지반에 토출된 이후에 서로 교반시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치는, 상기 스크류형 드릴비트의 후방에 위치하고, 비배토 굴착교반장치가 굴착공 내에서 중심을 유지하도록 상기 중공로드의 외주면에 형성되어 상기 중공로드 회전과 분리되어 거동하는 중심유지날개를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법은, 도로 또는 철도 토공노반의 사면 보강을 위해서 굴착토를 배토하지 않고 굴착공 내에서 보강심재와 교반 굴착토를 이용하여 지중보강체를 형성하는 비배토 굴착교반 방법에 있어서, a) 중공로드, 스크류형 드릴비트, 중심유지 날개, 교반날개 및 보강심재로 이루어진 비배토 굴착교반장치를 지반의 굴착면에 초기 세팅하는 단계; b) 회전장치를 이용하여 상기 비배토 굴착교반장치의 중공로드를 정회전 전진시키는 단계; c) 상기 보강심재의 보강심재 두부가 굴착심도에 도달할 때까지 상기 교반날개에 의해 그라우팅재와 굴착토를 1차 교반시키는 단계; d) 상기 굴착심도 도달시 상기 비배토 굴착교반장치를 역회전 후진시켜 상기 중공로드와 나사체결된 보강심재를 분리시키는 단계; 및 e) 상기 중공로드와 보강심재가 분리된 상태에서 상기 비배토 굴착교반장치를 계속 역회전 후진시키면서 상기 교반날개에 의해 그라우팅재와 굴착토를 2차 교반시키는 단계를 포함하되, 상기 b) 단계에서 상기 중공로드의 선단에 조임방지 팁이 형성되어 상기 보강심재와 나사체결된 중공로드의 회전에 의해 과도하게 조여지는 것을 방지하고; 그리고 굴진 시 상기 중공로드가 정회전할 때 상기 중공로드 선단에 나사체결되어 고정되고, 후진 시 상기 중공로드가 역회전하면 상기 중공로드와 상기 보강심재가 분리되어 상기 보강심재가 굴착공 내에 남겨지는 것을 특징으로 한다.
여기서, f) 상기 보강심재의 후단을 굴착면의 정착판에 정착시키고, 상기 굴착토와 교반된 그라우팅재를 경화시켜 지중보강체를 완성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 f) 단계에서 상기 비배토 굴착교반장치의 굴착교반에 의해서 굴착토와 그라우팅재가 교반되고, 상기 그라우팅재가 경화됨으로써 소일시멘트가 형성되어, 상기 소일시멘트의 중앙에 보강심재가 설치된 지중보강체를 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 흙과 호박돌, 자갈이 혼재하는 도로 및 철도 토공노반 또는 암버럭으로 시공된 도로 및 철도 토공노반 등의 사면 보강을 위해서 굴착토를 배토하지 않고 굴착공 내에서 보강심재와 교반 굴착토를 이용하여 지중보강체를 형성하되, 중공로드의 선단에 스크류형 드릴비트를 장착함으로써 굴진 시 굴착 효율을 높일 수 있고, 굴착토의 원활한 움직임을 유도하여 교반 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 보강심재 두부에 스크류 및 나사선을 형성함으로써, 중공로드와 나사체결된 보강심재를 굴착심도에서 중공로드로부터 간단하게 분리시킬 수 있고, 굴착 및 교반 과정에서 굴착공 내에 보강심재를 용이하게 안착시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 중공로드의 선단에 조임방지 팁을 형성함으로써 중공로드와 보강심재 간의 나사선 결합시 중공로드의 회전에 의해 과도하게 조여지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스크류형 드릴비트의 후방에 설치되는 후속 교반날개를 톱니 형태로 형성함으로써 교반 효율을 추가로 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 철도 노반을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 앵커 및 쏘일네일 보강 공법시 천공에 의한 침하가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 종래의 기술에 따른 유선형 지지구조를 갖는 교반 천공장치인 굴착교반장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 보강심재를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 스크류형 드릴비트를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 중심유지날개를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 교반날개를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 보강심재 스크류와 스크류형 드릴비트의 조임방지 팁을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 굴착교반을 통해 시공된 지중보강체를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법의 동작흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 앵커 및 쏘일네일 보강 공법시 천공에 의한 침하가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 종래의 기술에 따른 유선형 지지구조를 갖는 교반 천공장치인 굴착교반장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 보강심재를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 스크류형 드릴비트를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 중심유지날개를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 교반날개를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 보강심재 스크류와 스크류형 드릴비트의 조임방지 팁을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 굴착교반을 통해 시공된 지중보강체를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법의 동작흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치(100)]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치의 측면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 보강심재를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치(100)는, 중공로드(110), 스크류형 드릴비트(120), 중심유지날개(130), 교반날개(140) 및 보강심재(150)를 포함하며, 상기 보강심재(150)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 보강심재 몸통부(151) 및 보강심재 두부(152)로 이루어지며, 상기 보강심재 두부(152)는 선단부(152a), 스크류(152b) 및 나사선(152c)을 포함한다.
중공로드(110)는 파이프 형태의 강관으로 형성되며, 그 내부에는 보강심재(150)가 삽입될 수 있는 중공부가 길이방향으로 연속하여 형성되어 있다. 이러한 중공로드(110)의 선단부는, 후술하는 도 6에 도시된 보강심재 두부(152)의 나사선(152c)과 체결되고, 선단부 외주면에 스크류형 드릴비트(120)가 장착되며, 또한, 외주면에 중심유지날개(130) 및 교반날개(140)가 각각 장착된다. 특히, 후술하는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 중심유지날개(130) 장착을 위해 원형의 플랜지부가 이격되어 외주면을 감싸도록 돌출 형성된다. 이에 따라, 상기 중공로드(110)의 외주면을 따라 이격되어 형성된 플랜지부 사이에 중심유지날개(130)의 몸통부가 감싸도록 장착된다.
상기 중공로드(110)의 중공부 주위에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 그라우팅재 주입관이 내부에 길이방향으로 별도로 형성되며, 이러한 그라우팅재 주입관과 연통되는 선단부에는 그라우팅 토출구(도시되지 않음)가 형성됨으로써, 그라우팅재(160)가 상기 중공로드(110)의 선단부에서 외부로 토출될 수 있다.
따라서 상기 중공로드(110)는 내부 중공에 보강심재 몸통부(151)를 수용하면서 회전장치(도시되지 않음)에 의하여 회전하게 되며, 이에 따라 외주면에 장착된 스크류형 드릴비트(120), 교반날개(140) 및 보강심재(150)는 함께 회전하게 된다.
스크류형 드릴비트(120)는, 후술하는 도 7에 도시된 바와 같이, 드릴비트 몸통부(121), 드릴비트 스크류(122) 및 오거 팁(123)으로 이루어지며, 이때, 상기 오거 팁(123)이 전면에 형성된 드릴비트 스크류(122)가 상기 중공로드(110)의 선단부에 일체로 형성되어 큰 입자를 파쇄하면서 굴착하는데 유리하다.
중심유지날개(130)는 상기 스크류형 드릴비트(120)의 후방에 위치하며, 상기 중공로드(110)와 함께 회전하지 않고, 상기 중공로드(110)의 회전 중심을 잡아주는 역할을 하며, 후술하는 도 8에 도시된 바와 같이, 몸통부와 블레이드를 포함한다. 구체적으로, 상기 중심유지날개(130)의 몸통부는 상기 중공로드(110) 외주면을 따라 이격되어 형성된 플랜지부 사이에 중공로드(110)를 감싸도록 장착되며, 예를 들면, 2개의 반원형 관 형태를 결합하여 형성될 수 있다.
교반날개(140)는 상기 중심유지날개(130) 후방의 중공로드(110) 외주면에 일체로 형성되며, 상기 중공로드(110)의 굴착 및 인발과정(전진 및 후진)에서 그라우팅재(160)가 교란된 지반에 토출된 이후에 서로 교반시키는 역할을 한다.
보강심재(150)는 보강심재 몸통부(151) 및 보강심재 두부(152)로 이루어지며, 상기 보강심재 몸통부(151)는 상기 중공로드(110) 내부 중공에 삽입되고, 상기 중공로드(110)로부터 노출된 보강심재 두부(152)에 스크류(152b)를 형성함으로서, 보강심재(150)의 근입 및 정착에 유리하도록 하되, 이때, 상기 보강심재 두부(152)에 형성된 스크류(152b)에 상기 중공로드(110)의 선단부에 형성된 조임방지 팁(111)이 접하면서 과도한 조임력이 상기 보강심재 두부(152)에 전달되지 않도록 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 중공로드(110)에 설치된 조임방지 팁(111)은 보강심재 두부에 형성된 스크류(152b)와 접촉하여, 상기 중공로드(110)의 정회전시 보강심재 두부(152)의 나사선(152c)이 과도하게 조여지는 것을 방지하므로, 상기 중공로드(110)의 역회전 시에 상기 중공로드(110)와 보강심재(150)의 분리를 원활하게 한다. 또한, 상기 보강심재 두부(152)는 스크류 형태로 형성되어 상기 보강심재(150)의 지반 내 근입을 원활하게 할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치(100)는 균질한 교반이 가능하며, 스크류형 드릴비트(120)를 사용함으로써 굴착 효율을 높일 수 있고, 톱니형 교반날개(140)로 인해 교반 효율을 증진시킬 수 있다. 또한, 중공로드(110)와 보강심재 두부의 나사결합으로 상기 중공로드(110) 선단에 보강심재(150)를 고정시킬 수 있고, 굴착 후 상기 중공로드의 역회전을 이용하여 보강심재(150)를 효과적으로 굴착공 내에 안착시킬 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 스크류형 드릴비트를 구체적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 스크류형 드릴비트(120)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 드릴비트 몸통부(121), 드릴비트 스크류(122) 및 오거 팁(123)으로 이루어지며, 상기 중공로드(110)의 선단에 설치되어 굴착 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 드릴비트(120)는 스크류 형상으로 형성되어, 굴착 시 굴착토의 전후방 움직임을 유도하므로 교반 효과를 증대시킬 수 있다. 또한, 상기 스크류형 드릴비트(120)의 드릴비트 몸통부(121)는 상기 중공로드(110)의 선단 외주면에 필요에 따라 용이하게 장착될 수 있다.
또한, 상기 스크류형 드릴비트(120)는 상기 중공로드(110) 선단 외주면에 방사형으로 일체로 형성되어 상기 중공로드(110)와 함께 회전 시 지반을 회전 굴착 하는 기본 기능을 갖는다. 상기 스크류형 드릴비트(120)의 전면부 표면에는 다수의 오거 팁(123)이 장착되어 있다. 이때, 상기 오거 팁(123)의 각도 조절로 전방부에 있는 토사뿐만 아니라 암 제거가 매우 용이한 구조로 형성된다. 즉, 상기 드릴비트(120)의 스크류(122) 선단에 장착된 오거 팁(123)으로 굴진 시 자갈 등의 큰 입자를 파쇄할 수 있기 때문에 토사 지반뿐만 아니라 호박돌 함유 자갈층, 암버럭 등 다양한 지반조건에 활용할 수 있다.
또한, 상기 중공로드(110)의 선단부에 형성된 그라우팅 토출구(도시되지 않음)에 의하여 그라우팅재(160)가 굴착토에 보다 효과적으로 토출되며, 상기 중공로드(110)와 함께 스크류형 드릴비트(120)도 회전하가 때문에 교반 효과가 매우 뛰어나 품질관리에 매우 유리하게 된다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 중심유지날개를 구체적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 중심유지날개(130)는, 굴착 시 각 날개의 끝부분이 지반에 근입되어 4방향에서 비배토 굴착교반장치(100)를 지지하여 굴착 과정에서 상기 비배토 굴착교반장치(100)가 굴착공 내에서 중심을 유지할 수 있게 한다.
이때, 상기 중심유지날개(130)는 상기 중공로드(110)의 회전과 분리되어 거동하며, 상기 중공로드(110)의 회전에 의해 회전하지 않는다.
이때, 상기 중심유지날개(130)의 몸통부는 상기 중공로드(110)의 회전 시 함께 회전하지 않기 때문에 굴착 시 지반에 상기 중심유지날개(130)의 블레이드가 박혀 있게 된다. 구체적으로, 상기 중심유지날개(130)의 블레이드는 몸통부 외주면에 방사형으로 연장된 날개부로서 전술한 스크류형 드릴비트(120)에 의하여 형성되는 굴착직경보다 직경이 커지도록 연장길이를 가짐으로써 굴착토 주변에 박힌 상태에서 상기 중공로드(110)의 회전중심을 잡아주는 지지대 역할을 하게 된다.
이때, 굴착방향으로 삽입저항이 발생할 수 있기 때문에 상기 중심유지날개(130)의 블레이드의 단부는 예를 들면, 삽입저항이 크지 않도록 유선형 모따기를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중심유지날개(130)는 블레이드가 다수 형성된 2개의 반원형 몸통부가 상기 중공로드(110)의 양측 플랜지부 사이를 감싸도록 설치하고, 상기 블레이드에 형성된 체결홀에 연결볼트를 이용하여 상기 중공로드(110)에 일체화시킬 수 있다.
상기 중심유지날개(130)는 별도의 체결수단 없이 상기 블레이드를 이용하여 상기 중공로드(110)에 설치할 수 있고, 이에 따라 회전저항이 감소하게 되며, 또한, 상기 중심유지날개(130)의 블레이드가 겹쳐져 지지강성도 충분히 확보할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 교반날개를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 교반날개(140)는 상기 스크류형 드릴비트(120)와 중심유지날개(130)의 후방에 위치하여 상기 스크류형 드릴비트(120)에 의해 교반된 굴착토를 후속 교반하는 역할을 한다. 이때, 도시된 바와 같이, 상기 교반날개(140)는 교반 효율 향상을 위해 톱니 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
이러한 교반날개(140)는 굴착된 굴착토 등을 교반하도록 상기 중심유지날개(130)의 후단에 소정 간격으로 다수 배치되며, 서로 직교하는 교반날개(140)가 상기 중공로드(110)의 외주면에 2개씩 결합하며, 이때, 각각 톱니형으로 형성함으로써 교반 효율을 증진시킬 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 보강심재 스크류와 스크류형 드릴비트의 조임방지 팁을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서, 보강심재 두부(152)의 결합부를 나사선(152c) 형태로 제작하여 굴진 시 상기 중공로드(110)가 정회전할 때는 중공로드(110) 선단에 보강심재 두부가 고정되고, 후진 시에는 상기 중공로드(110)가 역회전하면 상기 중공로드(110)와 보강심재(150)가 분리되어 상기 보강심재(150)가 굴착공 내에 남겨지게 한다.
상기 보강심재 두부(152)의 나사선(152c)에 상기 중공로드(110)의 선단부가 나사체결되어 결합하고, 또한, 상기 중공로드(110)의 역회전에 의해 상기 보강심재 두부(152)로부터 분리된다. 즉, 선단부(152a)와 스크류(152b)를 구비한 보강심재 두부(152)는 비배토 굴착교반장치(100)의 정회전 및 역회전 방식으로 지중에 용이하게 잔류할 수 있다.
상기 보강심재 두부(152)는 상기 중공로드(110)의 선단부 단부면에 상기 중공로드(110)에 삽입된 보강심재 몸통부(151)가 중공로드 선단부에 고정시키면서 상기 중공로드(110)의 회전 시 상기 보강심재 두부(152)에 형성된 스크류(152c)가 드릴 역할을 하고, 최종 심도에 상기 중공로드(110)가 도달했을 때 상기 보강심재(150)를 잔류시키는 역할을 한다.
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 굴착교반을 통해 시공된 지중보강체를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치에서 굴착교반을 통해 시공된 지중보강체는, 도 11에 도시된 바와 같이, 보강심재(150)가 소일시멘트(170) 내에 안착된다. 즉, 비배토 굴착교반장치(100)에 의해 지반을 굴착한 후, 굴착공 내부에 토출되는 그라우팅재인 시멘트밀크가 굴착토와 교반하여 지중보강체를 형성한다.
즉, 상기 비배토 굴착교반장치(100)의 굴착교반에 의해서, 굴착토와 그라우팅재(160)가 교반되고, 상기 그라우팅재(160)가 경화됨으로써 소일시멘트(170)가 형성되고, 이러한 소일시멘트(170)의 중앙에 보강심재(150)가 설치됨으로써 지지강성을 충분히 확보할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 흙과 호박돌, 자갈이 혼재하는 도로 및 철도 토공노반 또는 암버럭으로 시공된 도로 및 철도 토공노반 등의 사면 보강을 위해서 굴착토를 배토하지 않고 굴착공 내에서 보강심재와 교반 굴착토를 이용하여 지중보강체를 형성하되, 중공로드의 선단에 스크류형 드릴비트를 장착함으로써 굴진 시 굴착 효율을 높일 수 있고, 굴착토의 원활한 움직임을 유도하여 교반 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 보강심재 두부에 스크류 및 나사선을 형성함으로써, 중공로드와 나사체결된 보강심재를 굴착심도에서 중공로드로부터 간단하게 분리시킬 수 있고, 또한, 중공로드의 선단에 조임방지 팁을 형성함으로써 중공로드와 보강심재 간의 나사선 결합시 중공로드의 회전에 의해 과도하게 조여지는 것을 방지할 수 있다.
[스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법]
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법의 동작흐름도이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법은, 먼저, 지중구조물, 옹벽, 철도노반 하부의 지반을 보강하기 위하여 터파기를 통해 형성된 굴착면에 가설벽체를 시공하면서 이러한 가설벽체의 배면에 보강심재와 그라우팅재를 서로 일체화시킨 지반 보강체, 예를 들면, 소일시멘트(170)를 시공하기 위해 굴착면에 본 발명의 실시예에 따른 비배토 굴착교반장치(100)를 초기 설정한다(S110). 이때, 상기 비배토 굴착교반장치(100)로서, 보강심재(150)는 보강심재 몸통부(151) 및 보강심재 두부(152)로 이루어지고, 상기 보강심재 두부(152)는 선단부(152a), 스크류(152b) 및 나사선(152c)으로 이루어지며, 상기 보강심재 몸통부(151)가 상기 중공로드(110) 내부를 관통하도록 배치되고, 상기 중공로드(110)의 선단부가 상기 보강심재 두부(152)의 나사선(152c)과 체결되며, 이때, 상기 중공로드(110)에는 스크류형 드릴비트(120), 중심유지날개(130) 및 교반날개(140)가 장착된다.
다음으로, 도 13의 b)에 도시된 바와 같이, 회전장치(도시되지 않음)를 이용하여 중공로드(110)를 정회전시킴으로써 본 발명의 실시예에 따른 비배토 굴착교반장치(100)를 하방 경사지게 전진시킨다(S120).
이때, 굴착면 배면의 지반슬라이딩(원호 활동파괴)에 대한 안정성을 향상시키고, 시공성 및 경제성을 향상시키기 위하여 비배토 굴착교반장치(100)에 의해 형성되는 지중 보강체가 개략 하방으로 20도 내외로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 비배토 굴착교반장치(100)의 전진은 중심유지날개(130)에 의하여 굴착중심을 효과적으로 유지할 수 있고, 상기 보강심재 두부(152)의 스크류(152b) 및 상기 스크류형 드릴비트(120)에 의하여 보다 적은 굴착에너지로 지반을 효과적으로 굴착할 수 있게 된다.
또한, 상기 스크류형 드릴비트(120)의 전면에 다수의 오거 팁(123)을 형성하고, 상기 오거 팁(123)의 각도를 조절하여 전방부에 있는 토사뿐만 아니라 암 제거가 매우 용이한 구조로 형성시키게 된다.
다음으로, 상기 보강심재(150)의 보강심재 두부(152)가 굴착심도에 도달할 때까지 상기 교반날개(140)에 의해 그라우팅재(160)와 굴착토를 1차적으로 교반시킨다(S130). 이때, 상기 비배토 굴착교반장치(100)의 전진시, 상기 보강심재 두부(152)의 스크류(152c) 및 상기 스크류형 드릴비트(120)의 배면으로 교란된 굴착토가 발생되는데, 이러한 과정에서 상기 중공로드(110)의 회전을 통해 그라우팅재(160), 예를 들면, 시멘트 밀크를 굴착토에 방사형으로 토출시킴으로써 굴착토와 그라우팅재(160)가 교반날개(140)에 의하여 1차적으로 교반된다.
구체적으로, 이러한 교반 작업은 계획된 굴착심도까지 진행하게 되며, 이에 따라, 상기 그라우팅재(170)와 배토되지 않은 굴착토는 소일시멘트(170)와 같은 지중보강체를 형성시키게 되고, 상기 보강심재 두부에 의하여 상기 중공로드(110)에 장착된 보강심재 몸통부(151)는 지중보강체 중심에 안착된다.
다음으로, 굴착심도 도달시 상기 비배토 굴착교반장치(100)를 역회전 후진시켜 상기 중공로드(110)와 나사체결된 보강심재(150)를 분리한다(S140). 구체적으로, 상기 보강심재(150)의 보강심재 두부(152)가 잔류된다.
다음으로, 도 13의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 중공로드(110)와 보강심재(150)가 분리된 상태에서 상기 비배토 굴착교반장치(100)를 계속 역회전 후진시키면서 상기 교반날개(140)에 의해 그라우팅재(160)와 굴착토를 2차적으로 교반시킨다(S150). 이때, 상기 보강심재(150)의 보강심재 두부(152)가 잔류되며, 잔류가 확인되면, 상기 비배토 굴착교반장치(100)를 계속 역회전시켜 후진시키게 된다(S140). 이러한 후진 과정에서 1차적으로 교반된 굴착토와 그라우팅재(160)는 상기 스크류형 드릴비트(120), 중심유지날개(130) 및 교반날개(140)에 의하여 2차적으로 교반되어 보다 효과적으로 지중보강체를 시공할 수 있다.
다음으로, 상기 보강심재(150)의 후단을 정착판(도시되지 않음)을 이용하여 굴착면의 가설벽체에 정착시킴으로써, 최종 지중보강체를 완성시키게 된다(S160). 이에 따라, 상기 지중보강체는 보강심재(150), 지중보강체와 원 지반과의 접촉부위가 1차 및 2차 교반에 의하여 마찰면적이 극대화됨으로써 서로의 결합력을 증대시키게 된다.
다시 말하면, 지반(200)에는 그라우팅재(160)와 굴착토가 서로 교반되어 상기 그라우팅재(160)가 경화되면, 전술한 도 11에 도시된 바와 같이, 소일시멘트(170)가 형성되고, 이러한 소일시멘트(170) 중앙에 보강심재(150)가 설치됨으로써 지지강성을 충분히 확보할 수 있고, 또한, 상기 중공로드(110)로부터 분리되어 잔존된 보강심재 두부(152)는 구근 역할을 함으로써 상기 보강심재(150)의 인발을 방지할 수도 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치 및 그 방법은, 지반 침하를 최소화할 필요성이 있는 시공 구간에 적용할 수 있으며, 굴착 및 교반 시 효율적인 교반이 가능하고, 흙과 입자가 큰 호박돌 및 자갈이 혼재하는 지반 등 다양한 조건의 지반을 굴착 및 보강할 수 있고, 엄격한 침하관리가 필요한 구간, 예를 들면, 철도 운행선에서 굴착교반을 통해 보강재를 용이하게 시공할 수 있다,
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 비배토 굴착교반장치
200: 지반
110: 중공로드 120: 스크류형 드릴비트
130: 중심유지날개 140, 140a, 140b: 교반날개
150: 보강심재 160: 그라우팅재(시멘트밀크)
170: 소일시멘트 111: 조임방지 팁
121: 드릴비트 몸통부 122: 드릴비트 스크류
123: 오거 팁 151: 보강심재 몸통부
152: 보강심재 두부 152a: 선단부
152b: 스크류 152c: 나사선
110: 중공로드 120: 스크류형 드릴비트
130: 중심유지날개 140, 140a, 140b: 교반날개
150: 보강심재 160: 그라우팅재(시멘트밀크)
170: 소일시멘트 111: 조임방지 팁
121: 드릴비트 몸통부 122: 드릴비트 스크류
123: 오거 팁 151: 보강심재 몸통부
152: 보강심재 두부 152a: 선단부
152b: 스크류 152c: 나사선
Claims (10)
- 도로 또는 철도 토공노반의 사면 보강을 위해서 굴착토를 배토하지 않고 굴착공 내에서 보강심재와 교반 굴착토를 이용하여 지중보강체를 형성하는 비배토 굴착교반장치에 있어서,
선단부에 조임방지 팁(111)이 형성된 파이프 형태의 강관으로서, 그 내부에 보강심재(150)가 삽입될 수 있는 중공부가 길이방향으로 연속하여 형성된 중공로드(110);
비배토 굴착교반 효율을 높이도록 스크류 형상으로 제작되며, 상기 중공로드(110)의 선단에 결합된 스크류형 드릴비트(120); 및
보강심재 몸통부(151) 및 보강심재 두부(152)로 이루어지고, 지반 내 근입되도록 상기 보강심재 두부(152)가 스크류 형태로 형성되며, 굴진시 함께 회전하도록 상기 보강심재 두부(152)에 형성된 나사선(152c)이 상기 중공로드(110)와 체결되는 보강심재(150)를 포함하되,
상기 중공로드(110)는 상기 보강심재 두부(152)의 나사선(152c)이 과도하게 조여지는 것을 방지하도록 상기 중공로드(110)의 선단부에 형성되는 조임방지 팁(111)이 형성되며; 그리고 굴진 시 상기 중공로드(110)가 정회전할 때 상기 중공로드 선단에 나사체결되어 고정되고, 후진 시 상기 중공로드(110)가 역회전하면 상기 중공로드(110)와 상기 보강심재(150)가 분리되어 상기 보강심재(150)가 굴착공 내에 남겨지는 것을 특징으로 하는 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치. - 제1항에 있어서, 상기 보강심재(150)는,
상기 중공로드(110) 내부 중공에 삽입되는 보강심재 몸통부(151); 및 선단부(152a), 스크류(152b) 및 나사선(152c)으로 이루어지고, 상기 보강심재 몸통부(151)의 선단부에 형성되며, 상기 중공로드(110)로부터 노출되어 지반에 근입 및 정착하는 보강심재 두부(152)를 포함하며,
상기 보강심재 두부(152)는 상기 중공로드(110)의 선단부 단부면에 상기 중공로드(110)에 삽입된 보강심재 몸통부(151)가 상기 중공로드(110)의 선단부에 고정시키면서 상기 중공로드(110)의 회전 시 상기 보강심재 두부(152)에 형성된 스크류(152c)가 드릴 역할을 하고, 최종 굴착심도에 상기 중공로드(110)가 도달했을 때 상기 보강심재(150)를 잔류시키는 것을 특징으로 하는 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치. - 제2항에 있어서,
상기 보강심재 두부(152)에 형성된 스크류(152b)에 상기 중공로드(110)의 선단부에 형성된 조임방지 팁(111)이 접하면서 과도한 조임력이 상기 보강심재 두부(152)에 전달되지 않도록 방지하는 것을 특징으로 하는 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치. - 제1항에 있어서,
상기 스크류형 드릴비트(120)는,
상기 중공로드(110)의 선단에 결합되는 드릴비트 몸통부(121);
상기 드릴비트 몸통부(121) 외주면에 스크류 형상으로 형성되는 드릴비트 스크류(122); 및
상기 드릴비트 스크류(122)의 선단에 부착되는 오거 팁(123)을 포함하는 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치. - 제4항에 있어서,
상기 오거 팁(123)이 전면에 형성된 드릴비트 스크류(122)가 상기 중공로드(110)의 선단부에 일체로 형성되어 큰 입자를 파쇄하면서 굴착하는 것을 특징으로 하는 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치. - 제1항에 있어서,
상기 스크류형 드릴비트(120)의 후방에 위치하고, 교반 효율을 높이도록 상기 중공로드(110)의 외주면에 톱니 형상으로 형성되는 교반날개(140)를 추가로 포함하며, 상기 교반날개(140)는 상기 중심유지날개(130) 후방의 중공로드(110) 외주면에 일체로 형성되며, 상기 중공로드(110)의 굴착 및 인발과정(전진 및 후진)에서 그라우팅재(160)가 교란된 지반에 토출된 이후에 서로 교반시키며,
상기 스크류형 드릴비트(120)의 후방에 위치하고, 비배토 굴착교반장치가 굴착공 내에서 중심을 유지하도록 상기 중공로드(110)의 외주면에 형성되어 상기 중공로드(110) 회전과 분리되어 거동하는 중심유지날개(130)를 추가로 포함하는 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반장치. - 도로 또는 철도 토공노반의 사면 보강을 위해서 굴착토를 배토하지 않고 굴착공 내에서 보강심재와 교반 굴착토를 이용하여 지중보강체를 형성하는 비배토 굴착교반 방법에 있어서,
a) 중공로드(110), 스크류형 드릴비트(120), 중심유지 날개(130), 교반날개(140) 및 보강심재(150)로 이루어진 비배토 굴착교반장치(100)를 지반(200)의 굴착면에 초기 세팅하는 단계;
b) 회전장치를 이용하여 상기 비배토 굴착교반장치(100)의 중공로드(110)를 정회전 전진시키는 단계;
c) 상기 보강심재(150)의 보강심재 두부(152)가 굴착심도에 도달할 때까지 상기 교반날개(140)에 의해 그라우팅재(160)와 굴착토를 1차 교반시키는 단계;
d) 상기 굴착심도 도달시 상기 비배토 굴착교반장치(100)를 역회전 후진시켜 상기 중공로드(110)와 나사체결된 보강심재(150)를 분리시키는 단계; 및
e) 상기 중공로드(110)와 보강심재(150)가 분리된 상태에서 상기 비배토 굴착교반장치(100)를 계속 역회전 후진시키면서 상기 교반날개(140)에 의해 그라우팅재(160)와 굴착토를 2차 교반시키는 단계를 포함하되,
상기 b) 단계에서 상기 중공로드(110)의 선단에 조임방지 팁(111)이 형성되어 상기 보강심재(150)와 나사체결된 중공로드(110)의 회전에 의해 과도하게 조여지는 것을 방지하고; 그리고 굴진 시 상기 중공로드(110)가 정회전할 때 상기 중공로드 선단에 나사체결되어 고정되고, 후진 시 상기 중공로드(110)가 역회전하면 상기 중공로드(110)와 상기 보강심재(150)가 분리되어 상기 보강심재(150)가 굴착공 내에 남겨지는 것을 특징으로 하는 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법. - 제7항에 있어서,
f) 상기 보강심재(150)의 후단을 굴착면의 정착판에 정착시키고, 상기 굴착토와 교반된 그라우팅재(160)를 경화시켜 지중보강체를 완성하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 f) 단계에서 상기 비배토 굴착교반장치(100)의 굴착교반에 의해서 굴착토와 그라우팅재(160)가 교반되고, 상기 그라우팅재(160)가 경화됨으로써 소일시멘트(170)가 형성되어, 상기 소일시멘트(170)의 중앙에 보강심재(150)가 설치된 지중보강체를 형성하는 것을 특징으로 하는 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반방법. - 제8항에 있어서, 상기 보강심재(150)는,
상기 중공로드(110) 내부 중공에 삽입되는 보강심재 몸통부(151); 및 선단부(152a), 스크류(152b) 및 나사선(152c)으로 이루어지고, 상기 보강심재 몸통부(151)의 선단부에 형성되며, 상기 중공로드(110)로부터 노출되어 지반에 근입 및 정착하는 보강심재 두부(152)를 포함하는 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법. - 제9항에 있어서,
상기 보강심재 두부(152)는 상기 중공로드(110)의 선단부 단부면에 상기 중공로드(110)에 삽입된 보강심재 몸통부(151)가 상기 중공로드(110)의 선단부에 고정시키면서 상기 중공로드(110)의 회전 시 상기 보강심재 두부(152)에 형성된 스크류(152c)가 드릴 역할을 하고, 최종 굴착심도에 상기 중공로드(110)가 도달했을 때 상기 보강심재(150)를 잔류시키며,y
상기 보강심재 두부(152)에 형성된 스크류(152b)에 상기 중공로드(110)의 선단부에 형성된 조임방지 팁(111)이 접하면서 과도한 조임력이 상기 보강심재 두부(152)에 전달되지 않도록 방지하는 것을 특징으로 하는 스크류형 드릴비트를 이용한 비배토 굴착교반 방법.
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