연약지반개량 및 연직차수벽 구축을 위한 유씨엠공법용 굴착비트{Excavator bit using UCM method}
본 발명은 오가장치(Auger Machine)로부터 회전동력을 전달받는 로테이터에 1축이나 2축 또는 3축 등으로 다단 연결되는 굴착로드의 최하단에 장착되는 연약지반개량 및 연직차수벽 구축을 위한 유씨엠공법(UCM : Underground Chemical Mixing Method)용 굴착비트에 관한 것이다. 일반적으로 연약지반을 개량할 때에는 주로 오가장치와 이 오가장치로부터 동력을 전달받아 회전작동하는 로테이터(Rotator) 및 로테이터의 하측에 수직상으로 차례로 연결되는 연결로드, 교반로드, 굴착비트로 구성된 지반굴착장치를 사용하고 있다. 상기 지반굴착장치의 설치 및 작동구조를 간략하게 설명하면 다음과 같다. 지상에서 운행되는 크롤러 크레인의 지지암에 의해 지상에서 수직상으로 높게 세워지는 리더(Leader)와, 이의 상단측에 와이어케이블로서 상,하 이동이 가능하게 매달아놓은 상태로 오가장치를 설치한 다음 상기 오가장치의 출력축에 수개의 기어들이 서로 치합된 상태로 장착되어 있는 로테이터를 설치하며, 상기 로테이터의 각 출력축에는 원통상으로 된 복수개의 연결로드를 수직상으로 다단 연결시키며, 또한 최하단측 연결로드에는 교반로드와 굴착비트를 차례로 연결시킨 다음 상기 오가장치를 작동시키면 로테이터의 각 출력축들이 회전작동하게 되므로서 그 출력축들 각각에 수직상으로 연결된 연결로드와 교반로드 및 굴착비트가 회전하게 된다. 상기와 같이 로테이터의 구동에 의하여 회전작동을 하는 굴착비트는 지반을 굴착하게 되며, 굴착비트 위에 연결된 교반로드는 굴착비트에 의해 굴착된 토사를 교반하게 된다. 종래 기술에서는 연약지반을 개량하고자 할 때에는 먼저 오가장치의 내부에 장착된 스위벨(Swivel)을 통해 시멘트몰탈과 같은 1종류의 유체만을 공급하므로서 시멘트몰탈이 로테이터의 내부 중심에 설치된 공급통로와, 연결로드, 교반로드 각각의 내부에 설치된 공급관을 통해 굴착비트를 통해 배출되게 하므로서 굴착되는 토사에 시멘트몰탈을 배출시켜서 토사와 시멘트몰탈을 혼합시키도록 하고 있으나, 이러한 종래 기술은 굴착공사를 할 때 굴착비트를 통해 시멘트몰탈만을 배출시키기 때문에 굴착되고 있는 굴착공 내부로 배출된 시멘트몰탈이 토사에 고르게 혼합되지 않게 되는 문제점이 있다. 그 이유 중의 하나로서, 토사는 결속력이 우수하고 또 수분을 함유하고 있을 때에는 응집력이 더욱 강한 상태이기 때문에 굴착비트로 지반을 굴착할 때 토사가 덩어리상태로 굴착될 경우 그 덩어리상태의 토사는 교반로드의 교반날개가 교반작동할 때에도 잘게 부서지지 않기 때문에 시멘트몰탈이 덩어리진 토사에 침투하지 못하게 되어 시멘트몰탈이 토사에 고르게 혼합되지 못하게 되는 것이며, 이에 따라 지반개량이 제대로 이루어지지 않게 된다는 것이 문제점으로 지적되고 있었다. 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 지반개량장치가 본원 발명자에 의하여 특허출원 제2003-10894호(이하 선행발명이라 함)로 제안된 바 있다. 상기한 선행발명은 연결로드와 교반로드 및 굴착비트 각각의 내부에 설치된 복수개의 공급관을 통해 시멘트몰탈과 공압 및 약품(고화제 등)을 개별적으로 공급하여 굴착비트 외주에 돌출 형성된 복수의 굴착날개 각각에 형성된 배출통로를 통해서 시멘트몰탈 및 약품이 공압과 함께 배출되도록 구성되어 있으나, 선행발명에서는 시멘트몰탈과 약품들은 개별적인 통로를 통해 각기 다른 굴착날개로 이송 배출된 후 굴착비트의 외부 즉, 굴착날개에 의해 굴착되고 있는 토사에 혼합되도록 구성되어 있다. 그러나 시멘트몰탈과 약품이 각기 다른 통로를 통해 따로따로 배출될 경우에는 굴착날개의 교반작동으로 시멘트몰탈과 약품을 토사에 고르게 섞이지 않게 된다는 것을 알게 되었다.
따라서 본 발명은 상기에서 지적되고 있는 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연결로드 및 교반로드 각각의 내부에 설치된 복수개의 공급관을 통해서는 시멘트몰탈을 비롯하여 약품(고화제, 규산 등) 및 공압이 개별적으로 공급되다가 굴착비트의 내부에서 시멘트몰탈과 약품 및 공압이 혼합된 상태에서 굴착비트의 외주에 형성된 굴착날개 각각의 배출통로를 통해 배출되도록 하는 수단으로서 공압과 함께 배출되는 시멘트몰탈과 약품이 토사에 고르게 혼합될 수 있도록 하는데 목적을 두고 있으며, 또한 굴착비트의 외주에 형성된 복수의 굴착날개들이 덩어리상태로 굴착되는 토사덩어리를 분쇄하는 기능을 겸할 수 있도록 하는 수단으로 덩어리진 토사를 잘게 부서뜨려서 시멘트몰탈과 약품이 토사와의 교반작동이 잘 이루어질 수 있도록 하므로 서 유씨엠공법으로의 시공효율을 높일 수 있도록 하는데 다른 목적을 두고 발명한 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 몸체에는 시멘트몰탈을 공급하는 몰탈공급관과 약품(고화제 등)을 공급하는 약품공급관 및 공압을 공급하는 공압공급관들이 설치되어 있으며, 외주에는 상기한 각 공급관으로부터 공급되는 시멘트몰탈과 약품 및 공압을 배출시키는 배출통로와 노즐공이 형성된 복수개의 굴착날개가 구성되어 있는 굴착비트에 있어서, 상기 각 굴착날개에 형성된 배출통로와 연통하는 위치에 형성되며, 상기의 몰탈공급관, 약품공급관, 공압공급관들로부터 각기 개별적으로 공급되는 시멘트몰탈, 약품, 공압들이 혼합되면서 각 굴착날개의 배출통로와 노즐공을 통해 외부로 배출시킬 수 있도록 몸체의 하단 내부에 단일공간으로 형성된 혼합실을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 것이며, 또한 상기 굴착비트의 외주에 형성된 복수개의 굴차날개 각각의 가장자리에는 토사덩어리를 분쇄시키기 위한 복수의 분쇄홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명을 설명하기 위한 실시예들의 정면도 및 측면도. 도 4는 본 발명의 굴착비트 정면도. 도 5는 본 발명의 굴착비트 평면도. 도 6은 본 발명의 굴착비트 단면도. 도 7은 도 6의 AA선 단면도. ※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 1 : 굴착장치 11 : 오가장치 12 : 로테이터 13 : 멀티스위벨 14 : 연결로드 15 : 교반로드 2 : 크롤러 크레인 3 : 스테이 4 : 리더 5 : 굴착비트 5a : 몰탈공급관 5b : 약품공급관 5c : 공압공급관 51 : 수조인트 52 : 몸체 53 : 하부마감판 53a,55b : 노즐공 54 : 혼합실 55 : 굴착날개 55a : 배출통로 56 : 분쇄홈
본 발명의 실시예를 첨부한 도면으로 설명하면 다음과 같다. 도 1 내지 도 3은 본 발명을 설명하기 위한 실시예들의 정면도 및 측면도이며, 도 4는 본 발명의 굴착비트 정면도이고, 도 5는 본 발명의 굴착비트 평면도이며, 도 6은 본 발명의 굴착비트 단면도이고, 도 7은 도 6의 AA선 단면도를 도시한 것이다. 도면부호 1은 굴착장치를 나타내는 것으로, 상기 굴착장치(1)는 지상에 주행하는 크롤러 크레인(2)의 지지암(21) 및 스테이(3)에 의하여 수직상으로 고정 설치되는 리더(4)에 상,하로 이동가능하게 설치되는 오가장치(11)와, 상기 오가장치의 출력축으로부터 회전동력을 전달받는 로테이터(12)와, 상기 로테이터의 하단에 형성된 복수의 출력축 각각에 하나씩 연결 설치되는 복수의 멀티스위벨(13)과, 상기 멀티스위벨 각각에 하나 이상 상,하로 다단조립되는 복수의 연결로드(14)와, 상기 연결로드 각각의 최하단측에 연결 조립되는 복수의 교반로드(15) 및 상기 교반로드 각각의 하단에 연결되는 굴착비트(굴착로드 또는 오가헤드라고도 함)(5)로 구성된다. 상기한 오가장치(11)는 굴착장치(1)의 동력원으로서 로테이터(12)를 회전작동시키는 장치이며, 상기한 로테이터(12)는 1축이나 2축 및 3축으로 구성되는 연결로드(14)와, 연결로드의 최하단측에 연결되는 교반로드(15) 그리고 교반로드의 하단에 연결되는 굴착비트(5)를 회전작동시키는 것이며, 상기한 멀티스위벨(13)은 로테이터(12)의 각 출력축과 연결로드의 최상단 사이에 조립되어 로테이터의 회전동력을 연결로드에 전달시켜주는 작용을 담당함과 동시 외부로부터 공급되는 약품(고화제 등) 및 공압을 연결로드(14)의 내부에 설치된 파이프라인에 공급하는 작용을 담당한다. 그리고 상기 오가장치(11)와 로테이터(12) 사이에는 시멘트몰탈을 공급하기 위한 복수개의 싱글스위벨(도시 생략)이 설치되어 있다. 상기한 각 연결로드(14)와 교반로드(15) 각각의 내부에는 상기의 싱글스위벨들로부터 공급되는 시멘트몰탈을 안내하는 몰탈파이프라인(도시 없음)과, 상기의 멀티스위벨들로부터 공급되는 약품 및 공압을 안내하는 약품파이프라인 및 공압파이프라인(도시 없음)이 설치되어 있다. 본 발명의 특징은, 상기한 연결로드(14)와 교반로드(15) 각각에 설치된 몰탈파이프라인, 약품파이프라인, 공압파이프라인을 통해서 개별적으로 공급되는 시멘트몰탈과 약품 및 공압이 서로 혼합된 상태에서 외부로 배출될 수 있도록 상기 굴착비트(5)의 내부구조를 개선한 것에 있다. 이를 위해, 상기 굴착비트(5)는 교반로드(15)의 하단에 착탈가능하게 연결되는 수조인트(51)가 형성되어 있고, 상기한 수조인트의 하단에는 원통형으로 된 몸체(52)가 일체로 형성되어 있다. 상기한 수조인트와 몸체의 내부에는 상기의 몰탈파이프라인과 연결되는 몰탈공급관(5a)과, 약품파이프라인과 연결되는 약품공급관(5b) 및 공압파이프라인과 연결되는 공압공급관(5c)이 각각 설치되어 있는데, 상기의 각 공급관(5a)(5b)(5c)들의 상단은 수조인트(51)의 상단에 위치하여 교반로드(15)에 설치된 각 파이프라인들과 직결되어 있으며, 상기의 각 공급관들의 하단은 몸체(52)의 하단을 폐구하는 하부마감판(53)과는 적당한 간격으로 이격되는 위치까지만 연장되게 하므로서 상기 몸체(52)의 하단 내부 즉, 각 공급관(5a)(5b)(5c)들의 하단과 하부마감판(53) 사이에는 단일공간으로 된 혼합실(54)이 형성되게 한다. 따라서 상기 공급관(5a)(5b)(5c)들로부터 각기 개별적으로 공급되는 시멘트몰탈과 약 및 공압들은 단일공간으로 된 혼합실(54)로 유입됨과 동시 각각의 자체압력에 의하여 서로 혼합되는 것이다. 상기 굴착비트(5)의 외주에는 나선형으로 비틀어진 상태로 복수의 굴착날개(55)가 부착되어 있는데, 상기 각 굴착날개(55)의 하단부위로서 상기 혼합실(54)의 외주에 위치한 부분에는 혼합실(54)과 연통하는 배출통로(55a)가 형성되어 있는데, 상기한 배출통로(55a)들은 혼합실(54)에 대하여 거의 수평을 이루는 상태로 형성되어 있다. 또한 상기한 배출통로(55a)들의 끝단에는 각 굴착날개(55)들의 일측면과 단면 각각에 형성되는 노즐공(55b)(55c)과 연결되어 있다. 따라서 상기 혼합실(54)로 유입되는 시멘트몰탈, 약품, 공압들은 자체의 공급압력에 의하여 혼합되면서 복수의 굴착날개(55)에 형성된 배출통로(55a)으로 이동하여 노즐공(55b)(55c)을 통해 외부로 배출되는 것이다. 또한 상기 혼합실(54)의 바닥을 이루는 하부마감판(53)의 중심부에도 혼합실(54)로 유입된 시멘트몰탈, 약품, 공압들이 혼합된 상태로 배출시키기 위한 노즐공(53a)이 형성되어 있다. 그리고, 본 발명의 다른 특징은, 굴착비트(5)에 형성된 복수의 굴착날개(55)가 토사덩어리를 자체적으로 분쇄시킬 수 있게 하는 복수의 분쇄홈(56)을 형성한 것이 있다. 상기 분쇄홈(56)은 굴착날개(55)의 가장자리를 일부 절단하여서 형성시킨 구조로서, 상기의 분쇄홈(56)들은 굴착날개(55)의 회전작동시 토사덩어리를 잘게 부서뜨리게 된다. 이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명한다. 본 발명의 굴착장치(1)는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 같이 리더(3)에 설치된 오가장치(11)를 구동시켜서 굴착비트(5)로 지반을 굴착하는 것이며, 상기 굴착비트(5)가 지반을 굴착함에 따라 오가장치(11)를 조금씩 하강시키면서 굴착비트(5)를 굴착하고자 하는 깊이까지 지하에 관입시키게 되는데, 이때 굴착비트(5)로 지반을 굴착하면서 관입시킬 때에는 종래와 마찬가지로 굴착비트(5)의 공압공급관(5c)으로 공압만 공급하면서 굴착작업을 진행하게 된다. 상기 굴착비트(5)를 굴착하고자 하는 깊이까지 관입시킨 다음에는 오가장치(11)의 출력축을 굴착작동시와는 반대방향으로 회전작동시켜서 연결로드(14)와 교반로드(15) 및 굴착비트(5)를 역회전시키면서 인발하게 되는데, 이와 같이 굴착비트(5)를 인발하고자 할 때에는 상기한 싱글스위벨과 멀티스위벨(13)을 통해 시멘트몰탈과 약품 및 공압을 동시에 공급하게 되며, 이에 따라 상기 굴착비트(5)의 몰탈공급관(5a)과 약품공급관(5b) 및 공압공급관(5c)을 통해서는 시멘트몰탈과 약품 및 공압들이 동시에 혼합실(54)로 유입된다. 상기 혼합실(54)로 유입되는 시멘트몰탈과 약품 및 공압은 자체적으로 압력을 동반하고 있는 상태이므로 그것들이 단일공간으로 된 혼합실(54)로 유입되는 순간부터 자체압력에 의하여 소용돌이치면서 상호간에 혼합이 잘 이루어지는 상태가 되며, 이와 같이 혼합실(54)에서 혼합된 시멘트몰탈·약품·공압(이하 혼합물이라 함)들은 복수의 굴착날개(55) 각각에 형성된 배출통로(55a)를 따라 이동하여 노즐공(55b)(55c)를 통해 외부로 배출되는 것이며, 또한 하부마감판(53)에 형성된 노즐공(53a)으로도 배출되는데, 상기와 같이 노즐공(55b)(55c)(53a)으로 배출되는 혼합물은 압력을 동반한 채 굴착날개(55)들에 의하여 교반되고 있는 토사에 센 압력으로 배출되므로서 토사와의 혼합이 잘 이루어지게 되는 것이다. 또한 상기 굴착날개(55)들의 가장자리에 형성된 복수의 분쇄홈(56)들은 굴착작동시에도 덩어리상태로 굴착된 토사덩어리를 부서뜨리며, 또 인발작동시에도 굴착시 부서지지 않은 토사덩어리를 재차 부서뜨리게 되므로서 노즐공(55b)(55c)(53a)를 통해 세게 분출되는 혼합물은 토사와의 혼합이 원활하게 이루어지게 되는 것이다. 그리고, 상기 굴착날개(55)에 형성된 복수의 분쇄홈(56)들은 뻘층으로 이루어진 심층연약지반의 경우 굴착시 발생되는 다량의 토사덩어리을 분쇄하는데 탁월한 기능을 발휘하게 된다.
상기와 같은 본 발명에 의하면 오가장치와 로테이터 및 연결로드, 교반로드, 굴착비트로 이루어지는 굴착장치를 이용하여 연약지반을 개량하거나 또는 갯벌의 뻘층으로 이루어진 심층연약지반을 강화시키는 개량공사를 시공함에 있어 굴착된 토사에 굴착비트를 통해 시멘트몰탈, 약품(고화제, 규산 등), 공압들을 개별적으로 배출시키지 않고 굴착비트의 내부에 단일공간으로 형성된 혼합실에서 혼합시킨 상태에서 배출시키게 되므로서 상기한 시멘트몰탈, 약품을 토사에 고르게 혼합시킬 수 있게 되므로서 연약지반개량 및 연직차수벽 구축공사를 설계대로 시공할 수 있게 하는 효과가 있는 것이다. |
