지반 개량 장치{Apparatus for reinforcing grund}
본 발명은 특허등록 제10-0111294호를 개량 발전시킨 것으로서, 더욱 상세하게는 주입로드에 구비되어 초고압수와 압축공기를 초고압으로 분사하는 절삭유체분사노즐이 각도 조절 가능하게 설치됨에 따라, 초고압수와 압축공기의 분사각도를 지질조사를 통해 사전에 획득한 대상 지반의 지질 상태 정보에 대응되게 조절한 후 지반 개량 작업을 행함으로써, 토양의 절삭과 배출이 원활하게 이루어져 강도와 밀도가 우수하고 직경이 충분한 양질의 개량지반을 조성할 수 있도록 한 지반 개량 장치에 관한 것이다.
[문헌 1] 국내 특허공고 제90-006932호, 1990.09.25.자 공고. [문헌 2] 국내 특허공고 제92-0001457호, 1992.02.14.자 공고. [문헌 2] 국내 특허등록 제10-0111294호, 1996.10.09.자 등록.
초기 지반 개량 공법은 지반 개량 장치의 주입로드를 대상 지반의 내부로 소정 심도까지 관입시켜 천공한 후 외부로 인출하면서 물을 고압 분사하여 대상 지반의 지중토양을 넓게 절삭하여 공동을 형성시킴과 동시에 경화제를 공동 내부로 주입하여 개량지반을 조성한다. 그러나 초기 지반 개량 공법은 절삭된 지중토양이 외부로 원활하게 배출되지 않고 경화제와 함께 혼입된 상태로 경화되어 개량지반을 조성하므로 개량지반의 강도 및 밀도가 낮아 지반 개량이 제대로 되지 않는 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해소하기 위하여, 문헌 1의 지반 개량 공법이 안출되었는데, 이는 주입로드의 중간부에서 고압 분사되어 형성되는 워터커튼을 통해 주입로드의 상측부에서 고압으로 분사되는 물과 공기에 의해 절삭되는 지중토양과 주입로드의 하측부에서 분사되는 고압으로 분사되는 경화제를 상하로 분리시켜 지중토양을 외부로 배출하고 경화제를 공동에서 교반하여 개량지반을 조성하는 공법이다. 그러나 문헌 1의 지반 개량 공법은 주입로드의 상측부와 중간부에서 물을 고압으로 분사하는 두 개의 물분사노즐이 상호 연통됨에 따라 압력 손실이 발생하여 물의 분사 압력이 떨어지므로 지반 절삭을 원활하지 않아 개량지반의 직경이 충분히 확보되지 않는 문제점이 있었다.
이러한 문헌 1의 문제점을 해소하기 위하여, 문헌 2의 지반 개량 공법이 안출되었는데, 이는 주입로드의 중간부 양측에서 하나의 유체는 중앙으로 고압 분사되고 다른 하나의 유체는 그 외측으로 고압 분사되면서 지중토양을 넓게 절삭하여 직경이 넓은 개량지반을 조성하는 공법이다. 그러나 문헌 2의 지반 개량 공법 역시 지중토양의 외부 배출이 원활하지 않아 지중토양과 경화제가 함께 혼입되면서 경화됨에 따라 개량지반의 직경은 크지만 그 강도와 밀도가 낮아 지반 개량이 제대로 되지 않는 문제점이 있었다.
상기한 문헌 2의 문제점을 해소하기 위하여, 문헌 3의 지반 개량 공법이 안출되었는데, 이는 주입로드의 중간부에 설치된 절삭유체분사노즐을 통해 초고압수와 압축공기를 동시에 분사함과 동시에 주입로드의 하측부에 설치된 경화제분사노즐을 통해 경화제를 분사하여 개량지반을 조성하는 공법이다. 즉, 문헌 3의 지반 개량 공법은 초고압수와 압축공기의 동시 분사에 의한 압력 증대를 통해 지중토양의 절삭을 원활하게 하고 초고압수와 압축공기의 분사 압력에다가 절삭유체분사노즐과 경화제분사노즐의 사이에서 발생하는 경화제의 와류 현상에 의한 압력이 더해지면서 지중토양의 배출을 용이하게 한 것이다. 따라서 지중토양의 절삭과 배출이 원활하게 되면서 충분한 직경을 가지면서 향상된 강도 및 밀도를 가진 개량지반의 조성이 가능하게 된다.
그러나 문헌 3의 지반 개량 공법은, 절삭유체분사노즐에서 분사되는 초고압수와 압축공기는 대상 지반의 지질상태와는 관계없이 동일한 각도로 분사되면서 지중토양을 절삭 및 배출하고 있다. 즉, 대상지반의 지중토양은 그 지질상태에 따라 경도와 유동성이 모두 다르게 나타나지만, 초고압수와 압축공기의 분사각도는 변화없이 모두 동일한 조건 하에서 분사하고 있다. 따라서 대상지반의 지질상태에 따라 지중토양의 절삭과 배출은 물론이고 경화제의 주입도 원활하지 않게 되는 경우가 발생하므로 양질의 개량지반의 조성이 어려운 문제점이 있다. 예를 들어, 대상 지반의 지중토양이 점성토 등과 같이 상대적으로 경도는 낮고 유동성이 높은 경우, 물과 공기의 분사각도가 작으면 지중토양의 절삭으로 생기는 공극이 쉽게 메워지므로 지중토양의 절삭과 배출은 물론이고 경화제의 주입이 원활하지 않아 개량지반을 제대로 조성할 수 없다. 그리고 대상 지반의 지중토양이 사질토 등과 같이 상대적으로 경도는 높고 유동성이 낮은 경우, 물과 공기의 분사각도를 크면 분사압력이 떨어지므로 지중토양의 절삭과 배출은 물론이고 경화제의 주입도 원활하지 않아 개량지반을 제대로 조성할 수 없다. 따라서 지반 개량 작업시 대상 지반의 다양한 지질상태에 관계없이 지중토양의 절삭과 배출이 원활하게 하여 양질의 개량지반을 조성할 수 있는 기술에 대한 연구개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 대상 지반의 다양한 지질상태에 관계없이 지중토양의 절삭과 배출이 원활하게 이루어져 강도와 밀도가 우수하면서 직경이 넓은 양질의 개량지반을 조성할 수 있는 지반 개량 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 본체;와 상기 본체의 일측에 회전 운동하면서 수직으로 승강 운동 가능하게 설치되고, 내부에 초고압수관과 압축공기관 및 경화제관이 설치되며, 중간부에 초고압수관과 압축공기관에 연통되는 복수 개의 절삭유체분사노즐이 설치되고, 하측부에 경화제관에 연통되는 복수 개의 경화제분사노즐이 설치되며, 하단부에 굴착비트가 설치된 주입로드;로 구성된 지반 개량 장치에 있어서, 상기 절삭유체분사노즐은, 상기 주입로드의 중간부에 각도조절구에 의해 각도 조절 가능하게 설치되되, 상기 각도조절구는, 상기 초고압수관과 상기 압축공기관에 연통되게 설치되고 내측에 암나사가 형성된 결합부와, 일단 내측에 수나사가 형성되어 상기 결합부의 내측에 각도 조절 가능하게 나사식으로 결합되고 타단에 상� � 절삭유체분사노즐이 일체로 고정 설치된 각도조절부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 삭제 상기 굴착비트는 상기 주입로드의 하단부에 설치되고 상광하협의 원추 형상을 가진 몸체부; 상기 몸체부의 외면에 일정간격으로 돌출되게 설치된 복수 개의 돌부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 삭제 삭제
상기한 구성에 의한 본 발명은, 대상 지반의 지질상태에 대응되게 초고압수와 압축공기를 동시에 분사하는 절삭유체분사노즐의 분사각도를 조절하여 지반 개량 작업을 행함에 따라, 주입단계시 대상 지반의 지질상태에 관계없이 지중토양을 원활하게 절삭 및 배출함은 물론 경화제도 원활하게 주입함으로써 강도와 밀도가 우수하고 직경이 넓은 양질의 개량지반을 조성할 수 있는 효과가 있다. 그리고 본 발명은, 굴착비트가 상광하협의 원추 형상을 가진 몸체부의 외주면에 복수 개의 돌부가 일정간격으로 돌설됨에 따라, 천공단계시 강한 굴착력을 발휘함으로써 대상 지반 내부에 공동을 보다 용이하게 형성시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 지반 개량 장치의 주입로드에 대한 분사 모식도.
도 2는 도 1의 "A"부 확대도.
도 3은 본 발명의 지반 개량 공법의 시공 순서도.
도 4는 본 발명의 지반 개량 공법의 시공 상태 전개도.
본 발명에 따른 지반 개량 장치는 지반 개량을 목적으로 사용되는 것으로, 대상 지반을 천공한 후 그 내부를 더욱 넓게 지중토양을 절삭 및 배출함과 동시에 경화제를 주입하여 적정 강도와 밀도 및 직경을 가진 개량지반을 조성하는 장치이다. 즉, 대상 지반을 천공하여 발생한 공동을 초고압수와 압축공기로 확대 절삭함과 동시에 절삭된 지중토양을 외부로 배출하면서 공동으로 경화제를 주입하여 지중토양과 경화제를 치환함으로써 개량지반을 조성하기 위한 장치이다. 이러한 본 발명에 따른 지반 개량 장치는 본체와; 상기 본체의 일측에 회전 운동하면서 수직으로 승강 가능하게 설치되고, 내부에 초고압수와 압축공기와 경화제를 각각 공급하는 물공급관과 공기공급관 및 경화제공급관이 구비되며, 중간부에 물공급관과 공기공급관에 연통되어 초고압수와 압축공기를 동시에 초고압으로 분사하는 절삭유체분사노즐이 설치되고, 하측부에 경화제공급관에 연통하는 경화제를 고압으로 분사하는 경화제분사노즐이 설치되며, 하단부에 굴착비트가 구비된 주입로드로 구성된 것이다. 특히, 본 발명에 따른 지반 개량 장치는 대상 지반의 다양한 지질상태에 대응되게 초고압수와 압축공기의 분사각도를 가변적으로 조절함으로써 지중토양의 절삭 및 배출과 경화제의 주입이 원활하게 이루어져 양질의 개량지반을 조성할 수 있는 것이 큰 특징이다. 이러한 특징은 그 주입로드의 중간부에 설치된 절삭유체분사노즐의 각도를 일정한 범위 내에서 가변적으로 조절할 수 있는 구조에 의한 것이다. 따라서 지반 개량 공법시 상기 절삭유체분사노즐의 각도를 대상 지반의 지질상태에 대응되게 조절하는 단계를 추가함으로써 대상 지반의 다양한 지질상태에도 불구하고 그 내부에 양질의 개량지반을 조성할 수 있게 된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 지반 개량 장치의 주입로드에 대한 분사 모식도이고, 도 2는 도 1의 "A"부 확대도이며, 도 3은 본 발명의 지반 개량 공법의 시공 순서도이고, 도 4는 본 발명의 지반 개량 공법의 시공 상태 전개도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지반 개량 장치(100)를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 바람직한 살시예에 따른 지반 개량 장치(100)는, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 본체(110), 주입로드(120), 초고압수관(130), 압축공기관(140), 경화제관(150), 절삭유체분사노즐(160), 경화제분사노즐(170) 및 굴착비트(180)로 구성된다.
먼저, 상기 본체(110)는 도 4에 도시된 바와 같이, 대상 지반에 안착되는 것으로, 이는 그 일측에 설치되어 회전 운동하면서 수직으로 승강 운동하는 주입로드(120)를 지지하는 역할을 하는 것이다.
다음으로, 상기 주입로드(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(110)의 일측에 회전 운동하면서 수직으로 승강 운동 가능하게 설치되는 것으로, 이는 대상 지반을 소정 심도까지 천공하여 공동을 형성하고 외부로부터 제공되는 초고압수와 압축공기 및 경화제를 통해 공동을 확대 절삭하고 개량지반(G)을 조성하는 역할을 한다. 즉, 주입로드(120)의 내부에는 외부로부터 제공되는 초고압수와 압축공기 및 경화제를 공급하는 초고압수관(130)과 압축공기관(140) 및 경화제관(150)이 설치되고, 주입로드(120)의 중간부에는 초고압수관(130)과 압축공기관(140)으로부터 공급되는 초고압수와 압축공기를 초고압으로 분사하는 절삭유체분사노즐(160)이 설치된다. 그리고 주입로드(120)의 하측부에는 경화제관(150)으로부터 공급되는 경화제를 고압으로 분사하는 경화제분사노즐(170)이 설치되고, 주입로드(120)의 하단부에는 대상 지반의 굴착 천공을 위하여 굴착비트(180)가 설치된다.
다음으로, 상기 초고압수관(130)은 도 1에 도시된 바와 같이, 주입로드(120)의 내부 일측에 설치되는 것으로, 이는 외부로부터 제공되는 초고압수를 주입로드(120)의 중간부 외측으로 초고압으로 분사 가능하게 공급하는 역할을 한다.
다음으로, 상기 압축공기관(140)은 도 1에 도시된 바와 같이, 주입로드(120)의 내부 타측에 설치되는 것으로, 이는 외부로부터 제공되는 압축공기를 주입로드(120)의 중간부 외측으로 초고압으로 분사 가능하게 공급하는 역할을 한다.
다음으로, 상기 경화제관(150)은 도 1에 도시된 바와 같이, 주입로드(120)의 내부 중앙에 설치되는 것으로, 이는 외부로부터 제공되는 경화제를 주입로드(120)의 하측부 외측으로 고압 분사 가능하게 공급하는 역할을 한다.
다음으로, 상기 절삭유체분사노즐(160)은 도 1에 도시된 바와 같아, 복수 개로 구성되어 주입로드(120)의 중간부에 설치되는 것으로, 이는 초고압수관(130)과 압축공기관(140)을 통해 외부에서 주입로드(120)의 중간부로 공급된 초고압수와 압축공기를 동시에 초고압으로 분사하는 역할을 한다. 여기서 절삭유체분사노즐(160)은 지중토양에 대한 절삭 및 배출 효율을 높이도록 초고압수관(130)에서 공급되는 초고압수는 중앙으로 분사하고 압축공기관(140)에서 공급되는 압축공기는 초고압수의 외측으로 분사하는 구조로 구성된다. 그리고 절삭유체분사노즐(160)은 대상 지반의 지질상태에 따라 초고압수와 압축공기의 분사각도 조절이 가능하도록 주입로드(120)의 중간부에 각도 조절 가능하게 설치된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 절삭유체분사노즐(160)은 주입로드(120)의 중간부에 결합 설치되는 각도조절구(190)에 의해 일정 범위 내에서 각도 조절 가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 상기 각도조절구(190)는 결합부(191)와 각도조절부(192)로 구성할 수 있다. 이때 상기 결합부(191)는 초고압수관(130)과 압축공기관(140)에 연통되게 설치되고 내측에 암나사가 형성된 구조이고, 상기 각도조절부(192)는 일단 내측에 수나사가 형성되어 상기 결합부(191)의 내측에 각도 조절 가능하게 나사식으로 결합되고 타단에 상기 절삭유체분사노즐(160)이 일체로 설치된 구조이다. 따라서 절삭유체분사노즐(160)을 주입로드(120)에 설치하기 위해 각도조절부(192)를 결합부(191)에 결합하는 과정에서 각도조절부(192)의 각도를 기설정된 각도로 조절하여 결합 고정시킴으로써 절삭유체분사노즐(160)의 각도를 용이하게 조절할 수 있다. 그러면 대상 지반의 지질상태를 나타내는 지중토양의 경도와 유동성 정보에 대응되게 초고압수와 압축공기의 분사각도가 조절되므로 지중토양의 절삭 및 배출과 함께 경화제의 주입을 원활하게 하여 양질의 개량지반(G)을 조성할 수 있다.
다음으로, 상기 경화제분사노즐(170)은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수 개로 구성되어 주입로드(120)의 하측에 설치되는 것으로, 이는 경화제관(150)을 통해 외부에서 주입로드(120)의 하측부로 공급되는 경화제를 고압으로 분사하는 역할을 한다.
다음으로, 상기 굴착비트(180)는 도 1에 도시된 바와 같이, 주입로드(120)의 하측부에 설치되는 것으로, 이는 주입로드(120)를 대상 지반 내부로 회전 하강시키면서 굴착 천공할 때 대상 지반을 굴착하는 역할을 한다. 이때 굴착비트(180)는 몸체부(181)와 복수 개의 돌부(182)로 구성되는 것이 바람직한데, 상기 몸체부(181)는 주입로드(120)의 하측부에 설치되되 상광하협의 원추형상을 갖는 구성이고, 상기 복수 개의 돌부(182)는 몸체부(181)의 외면에 일정간격으로 돌출되게 설치된 구성이다. 따라서 굴착비트(180)는 주입로드(120)가 회전 하강하면서 대상 지반을 굴착 천공할 때 그 몸체부(181)의 원추형상에 의해 굴진 저항을 최소화하면서 자연스럽게 하강 굴진함은 물론이고 그 돌부(182)에 의한 강한 파쇄 압력을 발휘하여 대상 지반을 효율적으로 굴착 천공할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지반 개량 공법을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지반 개량 공법은, 도 3에 도시된 바와 같이 지질조사단계(S101), 분사각도조절단계(S102), 천공단계(S103), 및 주입단계(S104)로 구성되는 것이 바람직하다.
먼저, 상기 지질조사단계(S101)는 대상 지반의 지질상태를 사전 조사하는 단계로서, 이는 지반 개량 장치(100)에서 초고압으로 분사되는 초고압수와 압축공기의 분사각도를 결정하기 위한 정보를 획득하는 단계이다. 즉, 지질조사단계(S101)에서는 대상지반의 지중토양에 대한 경도와 유동성 정보를 획득하는 단계이다. 이때 사전 조사는 다양한 방법이 알려져 있고, 이러한 방법 중에서 지중토양에 대한 경도와 유동성 정보를 정확하게 확인할 수 있는 방법이면 모두 가능하다. 그 중에서는 보링 등을 이용하여 대상 지반에 직접 시료를 자연 채취하여 얻은 원통형 시료를 분석하는 방법이 가장 바람직하다.
다음으로, 상기 분사각도조절단계(S102)는 지반 개량 장치(100)에서 초고압으로 분사되는 초고압수와 압축공기의 분사각도를 조절하는 단계로서, 이는 상기 지질조사단계(S101)에서 획득한 토양의 경도나 유도성 정보를 토대로 지반 개량 장치의 물분사노즐과 공기분사노즐의 분사각도를 조절하는 단계이다. 이를 위해서는 지반 개량 장치(100)의 주입로드(120)에 설치된 절삭유체분사노즐(160)의 각도를 조절함으로써 초고압수와 압축공기의 분사각도를 조절하는데, 이는 상기한 바와 같이 각도조절구(190)의 각도조절부(192)를 그 결합부(191)에 결합시키는 각도를 가변함으로써 간편하게 조절할 수 있고, 지반 개량 장치(100)의 셋팅 과정에 포함시켜 진행하면 된다. 여기서 절삭유체분사노즐(160)의 각도는 지중토양의 경도와 유동성 정보에 따라 다르게 조절하는데, 예를 들어 지중토양이 점성토 등과 같이 상대적으로 경도는 떨어지고 유동성은 좋은 경우에는, 지중토양을 신속하게 절삭 및 배출하면서 경화제를 빠르게 주입할 수 있도록 절삭유체분사노즐(160)을 경사진 각도로 조절하는 것이 바람직하다. 이와 달리, 사질토 등과 같이 지중토양이 상대적으로 경도는 좋고 유동성은 떨어지는 경우에는 지중토양을 더욱 강한 압력으로 절삭 및 배출하여 경화제를 주입할 수 있도록 절삭유체분사노즐(160)을 상기보다 적은 각도 또는 수평 각도로 조절하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 천공단계(S103)는 도 4에 도시된 바와 같이 대상 지반을 굴착 천공하는 단계로서, 이는 지반 개량 장치(100)의 주입로드(120)를 회전 하강시키면서 대상 지반의 소정 심도까지 굴착하여 그 내부에 공동을 형성시키는 단계이다. 이때 대상 지반은 주입로드(120)의 하단부에 설치되어 주입로드(120)와 일체로 회전 하강되는 굴착비트(180)에 의해 굴착 천공되면서 공동을 형성하게 된다. 그리고 주입로드(120)의 굴진과 동시에 주입로드(120)의 절삭유체분사노즐(160)에서는 저압으로 물과 공기를 분사하는 것이 바람직한데, 이는 저압으로 분사되는 물과 공기가 토양을 소량 절삭함과 동시에 주입로드와 토양 간의 마찰로 인해 발생하는 저항과 열을 줄이는 윤활작용과 냉각작용을 하여 주입로드(120)의 굴진을 원활하게 하기 위함이다. 또한, 굴착비트(180)는 상광하협의 원추형상을 가진 몸체부(181)와 상기 몸체부(181)의 외면에 돌설된 복수 개의 돌부(182)로 구성됨에 따라, 굴진 저항을 최소화하면서 자연스럽게 하강 굴진함과 동시에 강한 파쇄 압력을 발휘하여 대상 지반을 효율적으로 굴착하게 된다.
마지막으로, 상기 주입단계(S104)는 도 4에 도시된 바와 같이 대상 지반에 형성된 공동을 확대 절삭함과 동시에 그 하부에서 상부로 경화제를 주입하여 개량지반(G)을 형성하는 단계이다. 즉, 지반 개량 장치(100)의 주입로드(120)를 회전 상승시키면서 그 중간부에 설치된 절삭유체분사노즐(160)에서 초고압으로 분사되는 초고압수와 압축공기를 통해 공동이 확대되도록 지중토양을 절삭함과 동시에 그 하측부에 설치된 경화제분사노즐(170)에서 고압으로 분사되는 경화제를 분사하는 단계이다. 그러면 절삭된 지중토양은 초고압수와 압축공기의 작용에 의해 외부로 배출되고 경화제는 공동 내부에 채워지면서 공동은 개량지반(G)으로 치환되어 대상 지반 내부에 개량지반(G)이 조성된다. 이때 절삭유체분사노즐(160)의 각도가 대상 지반의 지질상태에 대응되게 조절된 상태이므로 초고압수와 압축공기에 의한 지중토양의 절삭 및 배출, 경화제의 주입이 원활하게 이루어지면서 강도와 밀도가 우수하고 충분한 직경을 가지는 양질의 개량지반(G)을 조성할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은, 초고압수와 압축공기를 초고압으로 분사하는 절삭유체분사노즐의 각도를 대상 지반의 지질상태에 대응되게 조절하여 지반 개량을 행함으로써 지중토양의 절삭 및 배출과 함께 경화제의 주입이 원활하게 이루어지면서 대상 지반 내부에 양질의 개량지반을 형성할 수 있다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예 뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.
100: 지반 개량 장치 110: 본체
120: 주입로드 130: 초고압수관
140: 압축공기관 150: 경화제관
160: 절삭유체분사노즐 170: 경화제분사노즐
180: 굴착비트 181: 몸체부
182: 돌부 190: 각도조절구
191: 결합부 192: 각도조절부
S101: 지질조사단계 S102: 분사각도조절단계
S103: 천공단계 S104: 주입단계
G: 개량지반 |
