역순환 굴착장치를 위한 고정대{STABILIZER FOR REVERSE CIRCULATING DRILL MACHINE}
본 발명은 역순환 굴착장치를 위한 고정대에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 역순환 굴착공법시 굴착공내에서 드릴 파이프 및 보강 파이프 등의 로드를 지지하기 위한 역순환 굴착장치를 위한 고정대에 관한 것이다. 일반적으로 말뚝기초는 기초공 밑의 지반이 상부 구조물을 충분히 지지할 수 없어서 직접 기초로 시공하기 곤란한 경우에 가장 많이 사용되는 공법이다. 이 공법은 피어(Pier) 또는 케이슨(Caisson) 기초에 비하여 공사비가 적게 들고, 시공도 쉬우며, 공기가 짧아지는 등의 이점이 있다. 말뚝기초에는 다양한 공법이 있지만 근래에 들어 역순환 굴착공법(Reverse Circuation Drill Method; RCD 공법)이 많이 사용되고 있다. 이와 같은 역순환 굴착공법은, 도 1에서 보는 바와 같이, 상부 연약층에 8~10M의 스탠트 파이프{550, stand pipe; 케이싱(casing) 또는 케이싱 튜브(casing tube)라고도 함}를 압입설치하고 지하수위보다 2M 이상의 정수압(0.2kg/㎠)과 굴착중 발생되는 자연 이수(slurry)에 의해 공벽이 유지되도록 하면서 특별 제작된 회전 비트(530, 540; 굴삭용 비트)로 굴진, 굴착하는 방법으로서 굴착된 토사를 굴착공(600)내에 기 투입된 이수와 혼합한 후 드릴 파이프(512) 등의 로드(510)를 통해 흡입, 배출하여 적절한 침전지에 굴착 토사만 침전을 시킨 후 이수를 굴착공으로 역순환시키는 공법이다. 도 1에서 보는 바와 같이, 역순환 굴착공법을 위해 사용되는 역순환 굴착장치(500, Reverse Circuation Drill Machine)는 드릴 비트(530)와 롤러 비트(540, roller bit; roller cutters) 등을 사용하여 필요한 깊이까지 굴착공(600)을 굴착한다. 이와 같은 역순환 굴착장치(500)는 다른 공법의 장치와 달리 드릴 파이프(512)를 보충하면서 연속된 굴착이 가능하다. 이때 굴착공(600)을 굴착할 때 암반 굴착시 또는 불균일한 지반에서는 로드(510)의 중심이 흐트러지고 롤러 비트(540)가 연약한 방향으로 기울어지는 문제점이 발생된다. 이를 방지하기 위해 사용되는 보조기구가 고정대(520, stabillizer)이다. 이 고정대(520)는 로드(510)의 각부에 결합되어 굴착공(600)에 투입되므로써 굴착시 비틀림이 발생되어 로드(510)가 기우는 경우 굴착공(600) 내벽에 접촉하면서 로드(510)가 기울어지지 않도록 한다. 도 1에서 보는 바와 같이 로드(510)는 드릴 파이프(512), 고하중 보강대(514) 및 보강 파이프(516)로 이루어지는데, 고정대(520)는 로드(510)의 위치에 따라, 도 2에서 보는 바와 같이, 드릴 파이프(512)상에 결합되는 파이프 고정대(522), 보강 파이프(516)상에 결합되는 고하중 고정대(524) 및 드릴 비트(530) 상부에 결합되는 드럼 고정대(526)로 이루어진다.
한편 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 종래 역순환 굴착장치(500)를 위한 고정대(520)는 파이프 고정대(522), 고하중 고정대(524) 및 드럼 고정대(526)로 이루어져 있지만, 이들은 동일하게 양단이 로드(510)에 결합되는 고정대 파이프(700)를 갖고, 이 고정대 파이프(700)의 외주면상에 직접 고정되어 회전되는 가이드(720)을 구비하여 구성된다. 이때 가이드(720)는 고정대 파이프(700)상에 형성된 슬리브(710)상에 결합된 부싱(730)과 트러스트 베어링 플레이트(740)에 의해 지지되어 회전가능하게 된다. 이와 같은 구성을 갖는 고정대(520)는 굴착공(600)을 굴착할 때 로드(510)의 중심이 흐트러지고 롤러 비트(540)가 연약한 방향으로 기울어질 때 굴착공(600) 내벽에 접촉하면서 로드(510)가 기울어지지 않도록 하여 굴착공(600)이 직방향으로 형성되도록 한다. 그러나 이와 같은 종래 역순환 굴착장치(500)를 위한 고정대(520)는 고장이 자주 발생하고 유지보수가 어려운 문제점이 있다. 이와 같은 고정대(520)의 고장은 가이드(720)를 지지하고 있는 부싱(730)과 트러스트 베어링 플레이트(74)의 파손이 주류를 이루고 있다. 여기서 부싱(730)은 청동, 플라스틱{MC, PVC 등}, 나무 등이 사용되고 있으나, 고장이 잦고 가공비가 높으며 조립구조가 복잡해서 유지보수가 어렵다. 그리고 고중량의 가이드(720)가 취약한 구조의 트러스트 베어링 플레이트(740)에 의해 지지되므로 열악한 작업환경하에서 트러스트 베어링 플레이트(740)의 파손이 자주 발생하고 이 또한 유지보수가 어려운 문제점이 있는 것이다. 본 발명은 이와 종래 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 가이드(720)의 회동부분에서 발생되는 파손을 효과적으로 방지할 수 있고 유지보수가 용이한 새로운 형태의 역순환 굴착장치를 위한 고정대를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 역순환 굴착공법시 굴착공내에서 로드를 지지하기 위한 역순환 굴착장치를 위한 고정대에 있어서, 양단이 상기 로드에 결합되는 파이프와; 상기 파이프의 외주면에 결합되고, 상기 파이프의 둘레로 상기 굴착공내에 삽입되도록 상기 굴착공의 내경보다 작은 외경을 갖는 프레임 및; 상기 프레임의 외주면상에서 상기 프레임에 대해 회동가능하도록 결합되고, 상기 프레임의 외주면보다 큰 외경을 갖도록 상기 프레임의 외주면 둘레로 설치되는 롤링부재를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대에서 상기 롤링부재는 양끝단에서 중간면으로 기울기를 갖도록 형성된 가이딩 경사면을 더 구비할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대에서 상기 롤링부재는 상기 프레임의 외주면상에 외측으로 돌출되도록 결합되고, 상기 프레임 외주면 둘레에 이격되어 설치되는 다수개의 지지블록 및; 상기 지지블록에 결합되는 핀에 의해 회동가능하도록 결합되는 롤러를 구비할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대에서 상기 롤러와 핀 사이에는 부싱이 개재될 수 있다. 도 3은 본 발명에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대(10)는 파이프(20), 프레임(30), 롤링부재(50)를 구비하여 이루어진다. 여기서 파이프(20)는 양단이 굴착공내로 삽입되는 로드(510, 도 7 참조)에 순차적으로 결합되도록 구성된다. 이때 로드(510)에 파이프(20)를 연결시키기 위한 구성 및 굴착시 결합시키는 방법은 일반적인 연순환 굴착장치와 동일하게 구성할 수 있을 것이다. 프레임(30)은 파이프(20)의 외경보다 크고 굴착하고자 하는 굴착공(600, 도 7 참조)의 내경보다 작은 외경을 갖도록 형성되는 것으로, 파이프(20)의 중간부분에서 파이프(20)의 외주면에 결합된다. 그리고 롤링부재(50)는 프레임(30)의 외주면상에서 프레임(30)에 대해 회동가능하도록 결합되고, 프레임(30)의 외주면(32)보다 큰 외경을 갖도록 프레임(30)의 외주면(32) 둘레로 설치된다. 또한 롤링부재(50)의 양측에는 양끝단으로부터 중간면으로 기울기를 갖는 가이딩 경사면(52)을 형성하여, 굴착시 굴착공(600)내로 고정대(10)가 삽입되거나 굴착공(600)내로부터 고정대(10)가 인출될 때 굴착공(600)의 입구 또는 내측에서 그 주변이 걸리지 않도록 한다. 이때 본 발명에 따른 고정대(10)는 종래 고정대(520, 도 1 참조)와 다른 프레임(30)과 롤링부재(50)를 갖는 것을 특징으로 한다. 즉 종래 고정대(520)는 가이드(720)가 고정대 파이프(700)의 둘레를 따라 회전되도록 구성되었지만, 본 발명은 파이프(20)에 프레임(30)을 용접, 볼트 및 너트 등을 통해서 일체화되도록 결합시키고, 이 프레임(30)의 외주면(32)상에 회동되는 롤링부재(50)를 결합시키는 것이다. 따라서 종래 고정대(520)는 고정대 파이프(700) 둘레를 따라 가이드(720)가 회전되도록 구성되므로 가이드(720) 전체의 하중이 부싱(730, 도 2a 참조) 및 트러스트 베어링 플레이트(740)에 미치면서 회전되도록 구성되어 있으므로 부싱(730)의 마모율이 높고, 부싱(730) 및 트러스트 베어링 플레이트(740)의 파손이 쉽게 일어나는 반면, 본 발명에 따른 고정대(520)는 굴착공(600, 도 7 참조)의 내벽에 부딪치는 부분인 프레임(30)의 외주면(32)상에 롤링부재(50)를 설치하여 충격에 따른 하중이 가능한 적게 작용하도록 하므로써 종래 문제점을 해결할 수 있는 것이다. 또한 종래 고정대(520)는 그 결합구조가 복잡하여 제작이 어렵고 부싱(730) 또는 트러스트 베어링 플레이트(740)이 마모되거나 파손되었을 때 이를 교체하거나 수리하는 것이 어려웠지만, 본 발명에 따른 고정대(10)는 롤링부재(40)가 프레임(30)의 외측면(32)상의 둘레에 설치되므로 구조가 비교적 간단하여 제작이 용이하고 유지보수가 쉬운 효과를 기대할 수 있다. 특히 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 롤링부재(40)에서 회전되는 요소를 고무재질의 롤러(50, 도 4 참조)로 구성하므로써 내구성을 더욱 높이면서 유지보수를 더욱 간편하게 할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 고정대(10)에서 프레임(30)과 롤링부재(50)는 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 구조뿐만아니라 각각 다른 형태의 구조를 적용하여 구성할 수 있을 것이다. 예컨대 롤링부재(50)는, 별도의 실시예로 언급하지는 않았지만, 프레임(30)의 외주면(32)상에 원형의 핀을 회전되도록 설치하고 전체 둘레를 둘러싸는 벨트 등으로 구성하거나, 프레임(30)의 외주면(32)상에서 회동되도록 원형의 핀만을 설치하여 구성할 수 있을 것이다. 이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 4 내지 도 7에 의거하여 상세히 설명하며, 도 1 내지 도 7에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면에서 일반적인 역순환 굴착장치를 위한 고정대로부터 용이하게 적용할 수 있는 기술적 내용에 대한 도시 및 상세한 설명은 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대를 설명하기 위한 도면들이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대에서 롤러를 프레임에 결합시키는 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대(10)는 파이프(20), 프레임(30), 롤링부재(40)를 구비하여 이루어진다. 파이프(20)는 굴착시 순차적으로 결합되어 연장되는 로드(510, 도 7 참조)에 결합시킬 수 있도록 양단에 플랜지(24)가 형성된다. 이 파이프(20)는 결합시키는 로드(510)의 크기에 맞추어 형성되고, 공기주입관(100) 등이 결합된다. 프레임(30)은 파이프(20)의 중심부분에 용접 등을 통해 파이프(20)와 일체로 구성되는 것으로, 외부 환체(31), 내부 환체(34), 외부 환체(31)와 내부 환체(34) 사이에서 이들에 용접 등을 통해 결합되어 이들을 결속시키는 보강대(36) 및 이 보강대(36)의 강도를 증가시키기 위한 보강리브(38) 등으로 이루어진다. 이와 같은 프레임(30)은 철판 및 철봉 등의 금속재를 용접 또는 나사 및 너트 등의 기계적 체결을 통해 구성할 수 있을 것이다. 특히 내부 환체(34)와 외부 환체(31)는 금속판을 벤딩하여 용접시키므로써 구성할 수 있을 것이다. 물론 이와 같은 파이프(20)의 구성은 다른 다양한 형태로 변형할 수 있을 것이다. 이와 같은 프레임(30)은 파이프(20)에 용접 등을 통해 일체화되므로 로드(510)와 동일하게 회전되게 된다. 이때 외부 환체(31)의 외주면(32) 둘레에는 일정한 간격으로 이격되어 절개홀(33)들이 형성된다. 이 절개홀(33)들은 금속판을 벤딩하여 외부 환체(31)를 형성한 후에 절단하여 형성한다. 이 절개홀(33)들은 후술하는 롤링부재(40)의 롤러(50)와의 간섭을 피하기 위해 형성되는 것이다. 한편 롤링부재(40)는 프레임(30)의 외부 환체(31)의 외주면(32)상에서 프레임(30)에 대해 회동가능하도록 결합되고, 프레임(30)의 외부 환체(31)의 외주면(32)보다 큰 외경을 갖도록 프레임(30)의 외부 환체(31)의 외주면(32) 둘레로 설치되는 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정대(10)의 롤링부재(40)는 지지블록(42), 롤러(50), 핀(62)을 구비하여 이루어진다. 지지블록(42)은 롤러(50)를 지지하기 위해 프레임(30)의 외부 환체(31)의 외주면(32) 둘레에 일정한 간격으로 다수개가 설치되는 것이다. 이 지지블록(42)은 결합되는 롤러(50)가 사이에 위치되도록 프레임(30)의 외부 환체(31)의 외주면(32)상에서 형성된 절개홀(33)의 양측으로 대응되어 설치된다. 물론 이와 같은 지지블록(42)은 금속판을 외부 환체(31)의 외주면(32)상에 용접 등의 방법으로 고정하여 구성하게 된다. 이 지지블록(42)에는 롤러(50)가 회동되도록 개재되는 핀(62)이 결합되는 핀홀(44)이 형성된다. 그리고 각 지지블록(42)의 외측에는 상부에 가이딩 경사면이 각각 형성된 보강블록(46)을 덧대어 강도를 보강하도록 한다. 롤러(50)는 고무재질로 성형하여 형성한 것으로, 지지블록(42)에 결합되는 핀(62)에 의해 회동가능하도록 지지된다. 이 롤러(50)는 전술한 롤링부재(40)의 조건{즉 프레임(30)의 외부 환체(31)의 외주면(32)보다 큰 외경을 갖도록 프레임(30)의 외부 환체(31)의 외주면(32) 둘레로 설치되는 것}을 만족시키기 위해 핀(62)에 의해 지지블록(42)에 결합되었을 때 그 최외곽이 지지블록(42)의 최외곽보다 돌출되는 외경을 갖도록 한다. 따라서 도 5에서 보는 바와 같이 각 지지블록(42)에 롤러(50)를 결합시켰을 때 롤러(50)의 전체적인 최외곽 외경은 지지블록(42)보다 크게 된다(h). 물론 롤러(50)의 전체적인 최외곽 외경은 굴착공(600, 도 7 참조)의 내경보다는 작을 것이다. 이와 같은 롤러(50)는 양측에 가이딩 경사면(52)이 형성된다. 이 가이딩 경사면(52)은 굴착시 굴착공(600)내로 고정대(10)가 삽입되거나 굴착공(600)내로부터 고정대(10)가 인출될 때 굴착공(600)의 입구 또는 내측에서 그 주변이 걸리지 않도록 하여 고정대(10)에 충격이 가해지지 않도록 한다. 또한 롤러(50)는 핀(62)이 결합되는 롤링홀(54)상에 부싱(60)을 개재하여 롤러(50)가 원활이 회전하도록 하면서 이물질 등에 의한 핀(62)의 손상을 방지하도록 한다. 한편 롤러(50)를 지지하는 핀(62)은 핀(62)이 지지블록(42)에 결합된 후 임의로 이탈되는 것을 방지하기 위해 고정판(64)을 핀(62)의 머리측에 설치한다. 고정판(64)은 금속판 등을 사용하여 핀(62)의 머리측에 대고 지지블록(42)에 용접하므로써 핀(62)을 고정하도록 할 수 있을 것이다. 이와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정대(10)는 파이프(20)에 프레임(30)을 고정적으로 결합시키고 프레임(30)의 외측면(32)상에서 롤링부재(40)가 설치되도록 하는 본 발명의 기술적 사상아래 롤링부재(40)를 고무재로 형성된 롤러(50)를 통하여 구성하므로써 종래 기술에 비해 내구성이 상대적으로 뛰어나고 유지보수가 더욱 편리한 것이다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대를 사용하여 역순환 굴착시공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정대(10)를 사용한 역순환 굴착공법은 실질적으로 일반적인 역순환 굴착공법과 동일하다. 즉 본 발명에 따른 고정대(10)는 일반적인 역순환 굴착공법에 그대로 적용할 수 있는 것이다. 역순환 굴착공법은 먼저 바이브로 햄머(도시 않음) 또는 유압 자키를 이용해 스탠드 파이프(550)를 삽입해, 햄머그랍(도시 않음)를 이용해 파이프 내의 흙을 캐낸다. 이때 스탠드 파이프(550)를 예정된 깊이까지 삽입할 수 없는 경우에는 굴착하면서 삽입한다. 다음, 역순환 굴착장치(500)를 설치하고, 급수 등의 준비를 행한 후 드릴 비트(530), 롤러 비트(540) 등으로 굴착을 진행하면서 고하중 보강대(516), 고하중 보강대(514), 드릴 파이프(512) 등의 로드(510)를 보충하면서 필요한 깊이까지 굴착한다(a). 이때 로드(510)에는 각 부분에 적합한 본 발명에 따른 고정대(10)도 보충된다. 굴착공(600)의 굴착이 완료된 후 초음파에 의한 공벽측정 및 검척이 행해지고(b), 굴착공(600)내에 철근을 건입하여 고정시키며(c), 트레미 파이프를 연결하면서 굴착공(600)내에 설치하여 트레미 파이프를 통해 공저 침전물을 처리한 후(d, e), 트레미 파이프를 통해 굴착공(600)의 밑바닥부터 콘크리트를 타설한다(f, g). 이와 같이 콘크리트 타설이 완료되면 바이브레이션 햄머 또는 파워자키 등을 사용하여 스탠트 파이프(550)를 서서히 뽑아내므로써(h) 완료하게 된다. 상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 역순환 굴착장치를 위한 고정대에 의하면, 굴착공의 내벽에 부딪치는 부분인 프레임의 외주면상에 롤링부재를 설치하여 충격에 따른 하중이 가능한 적게 작용하도록 하고 마모 및 파손이 발생할 수 있는 구조를 제거하였으므로 열악한 사용환경에서도 내구성이 높아 유지보수에 대한 부담을 경감시킬 수 있다. 또한 구성이 비교적 간단하고 조립 및 분해가 용이하므로 제작 및 유지보수가 쉽고, 그 비용을 낮출 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 역순환 굴착장치에서 고정대가 적용되는 형태를 설명하기 위한 도면; 도 2a 내지 2c는 역순환 굴착장치에 사용되는 종래 고정대를 설명하기 위한 도면들; 도 3은 본 발명에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면; 도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대를 설명하기 위한 도면들; 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대에서 롤러를 프레임에 결합시키는 구성을 설명하기 위한 도면; 도 7은 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 역순환 굴착장치를 위한 고정대를 사용하여 역순환 굴착시공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. * 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * 10 : 고정대 20 : 파이프 24 : 플랜지 30 : 프레임 31 : (프레임) 외부 환체 32 : (프레임) 외주면 33 : 절개홀 34 : (프레임) 내부 환체 36 : 보강대 38 : 보강리브 40 : 롤링부재 42 : 지지블록 44 : 핀홀 50 : 롤러 52 : 가이딩 경사면 54 : 롤링홀 60 : 부싱 62 : 핀 64 : 고정판 100 : 공기주입관 |
