대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치 및 공법

대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치 및 공법{Slime disposal device and method of construction for large caliber Basic file construction}

본 발명은 풍력발전기 및 교각 등과 같은 대형 구조물을 위한 토목공사에서 워터제트와 압축공기 및 굴착스크류를 이용하여 지중 또는 해저의 슬라임을 원활하게 제거함으로써 대구경의 기초파일을 시공할 수 있도록 하는 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치 및 공법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 구성 간소화로 경량화 할 수 있으면서도 케이싱 내의 슬라임을 효과적으로 배출하여 대구경 천공이 가능하게 한 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치 및 공법을 제공코자 하는 것이다.

일반적으로 슬라임 제거장비는 지중 또는 해저에 교각 또는 풍력발전기 등의 기초파일을 시공하기 위해서 지정된 위치의 슬라임을 제거(배출)하기 위해서 사용한다.

그러나 종래에는 일정한 지름의 기초파일을 시공하기 위한 슬라임만 제거할 수 있는 것으로, 이는 풍력발전기 및 교각 등과 같은 대형 구조물에 필요한 대구경의 기초파일을 시공할 수 없는 시공상의 한계를 갖게 되었다.

특히 종래에는 바이브로햄머 등과 같은 진동수단을 이용하여 굴착 후 슬라임을 제거해야 하므로 소음 및 충격이 발생하여 작업효율을 저하시키는 문제점을 갖게 되었다.

또한, 종래에는 대구경의 기초파일을 시공하기 위한 슬라임을 원활하게 제거할 수 없으므로 시공기간이 증가하고 활용범위를 제한하는 문제점을 갖게 되었다.

그리고 종래에는 설계 시방에 따라서 다양한 지름을 갖는 대구경의 기초파일을 시공할 수 없는 문제점을 갖게 되었다.

한편 종래에는 단단한 지반에는 원활한 슬라임 제거작업을 수행할 수 없는 문제점을 갖게 되었다.

아울러 종래에는 슬라임의 교반효율이 저하되어 기초파일의 시공품질을 저하시키는 문제점을 갖게 되었다.

상기와 같은 종래 문제점을 해결코자 본 발명자는 대한민국 등록특허공보(B1)10-1377560호(2014.03.27.)의 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치 및 공법을 제안한 바 있다.

상기한 선행기술의 경우 중앙에 지중 또는 해저에 관입하는 케이싱이 위치하도록 설치하는 받침대와; 상기 받침대의 하부 일측에 지중 또는 해저에 관입하여 고정하는 다수의 핀파일과; 상기 케이싱의 상단에 안착하는 작업대와; 상기 작업대의 하부에 형성하여 상기 케이싱의 상단을 고정하는 고정부재와; 상기 케이싱의 내부에 설치하는 배출호퍼와; 상기 배출호퍼의 상부에 설치하여 슬라임을 외부로 배출하는 배출관과; 상기 배출호퍼의 상부 일측에 연결하여 고압수를 상기 배출호퍼의 내부로 분사하는 워터제트 분사관과; 상기 배출호퍼의 상부 타측에 설치하여 압축공기를 상기 배출호퍼의 내부로 분사하는 압축공기 분사관과; 상기 작업대의 상부에 이동할 수 있도록 굴착장비를 마련하되, 상기 굴착장비의 전방에는 수직방향으로 리더를 설치하고, 상기 리더를 따라서 상하방향으로 이동할 수 있도록 구동부재를 설치하며, 상기 구동부재의 하부에 설치하여 회전할 수 있도록 로드를 설치하고, 상기 로드의 하부에 굴착스크류를 형성하며, 상기 로드의 외경에 다수의 워터제트 분사노즐을 구비하는 것이다.

상기와 같은 종래 기술의 경우 슬라임 제거에 따른 효율성 향상과 공기단축 등의 효과를 기대할 수 있는 유용한 발명이다.

그러나 선행기술의 경우 받침대 상측으로 중량의 굴착장비가 안착되어야 하는 바, 고정량에 견딜 수 있는 내구성을 요하게 되는 등의 문제점이 있고, 장비의 대형화로 인해 설치나 이동에 많은 어려움이 었었다.

이에 본 발명자는 상기한 종래 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장비 및 공법등에서의 문제점을 일소코자 본 발명을 연구 개발한 것으로서, 본 발명에서는 지중에 관입되는 케이싱 내에 위치하도록, 리더에 의해 승강하도록 장치된 석션파이프에 워터제트가 분사되는 굴착로드를 설치하여 리더가 원형 레일을 따라서 원운동 하거나, 실린더 작동에 의해 수평 이동할 때 케이싱 내에서 석션파이프와 함께 이동할 수 있도록 하는 간단한 구성으로 장치를 경량화 하면서도 케이싱 내의 슬라임을 효과적으로 배출하여 대구경 천공이 가능하게 한 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치 및 공법을 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

과제 해결수단으로 본 발명에서는, 지중 또는 해저에 관입하는 케이싱의 상부에 위치되며 하측으로 케이싱의 외주연에 배치되어 케이싱과 결합되는 복수의 하부 클램프가 구비된 도넛 형상의 받침판과; 상기 받침판의 내측으로 설치된 링 형상의 하부레일 및 하부레일에 세워진 수개의 서포트 상측에 고정되는 링 형상의 상부레일과; 상기 받침판의 내측에 위치되며 외연에 하부레일을 따라서 구름운동하는 지지바퀴가 지지대에 고정된 상태로 제공되는 작업발판과; 상기 하부레일과 상부레일을 따라서 구름운동하는 바퀴가 구비되며, 바퀴 중 어느 하나에 동력을 제공하는 모터가 결합된 지지대차와; 상기 지지대차에 고정되는 리더와; 상기 리더에 수직방향으로 결합된 수직조절실린더와; 상기 수직조절실린더에 클램핑된 상태로 작업발판을 통해서 케이싱 쪽으로 삽입되어 하강하는 석션파이프와; 상기 석션파이프와 함께 배관되어 석션파이프 하단의 배출호퍼 내에 압축공기와 워터제트를 공급분사하는 압축공기공급관 및 워터제트공급관과; 상기 석션파이프의 하단에 수평으로 결합된 설치대판과; 상기 설치대판에 회전 가능하게 설치되며 외연에 스크루가 형성되고 축직각방향으로 워터제트를 분사하는 분사노즐이 복수로 형성된 굴착된 굴착로드와; 상기 굴착로드를 회전시키도록 설치대판에 설치한 로드구동모터와; 상기 굴착로드의 상단과 스위벨로 결합되며 받침판 외부에 위치하는 링에 권취되어 워터제트를 공급하는 워터제트공급관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서는 상기 대차와 리더 사이의 상하측을 수평조절실린더로 상호 결합하여 상기 리더에 결합되어 있는 석션파이프가 작업발판에 장방향으로 형성된 작동구멍을 통해서 위치 이동될 수 있도록 하였다.

또한 본 발명에서는 상기 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치를 이용한 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거공법으로서;

시공위치의 지중 또는 해저에 케이싱을 관입하는 공정과; 조립상태의 슬라임 제거장치를 크레인으로 들어 상기 케이싱의 상단에 받침판을 수평상태로 올려 클램핑하는 공정과; 로드구동모터를 이용하여 분사노즐을 통해서 워터제트를 고압으로 분사하는 굴착로드를 구동시켜 토사를 반죽하고, 모터를 구동시여 상부레일과 하부레일을 따라서 움직이도록 설치되어 있는 대차가 레일을 따라서 서서히 이동시키며, 대차의 상하단에 설치되어 있는 수평조절실린더를 인입시키는 작동을 동시에 행하여 케이싱 내에서 굴착로드가 파형으로 케이싱 중심을 기준으로 공전하도록 하고 굴착로드가 케이싱 중심을 기준으로 1공전한 상태에서 로드에 설치되어 있는 수직조절실린더를 하강시키는 작업을 교대로 행하여 교반하는 공정과; 워터제트분사관을 통해서 고압수를 상기 배출호퍼로 공급하고 압축공기분사관을 통해서 압축공기를 배출호퍼로 공급하여 슬라임이 상기 배출관을 통해서 외부로 배출하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거공법을 제공한 것이다.

본 발명에서 제공하는 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치를 사용할 경우 하기와 같은 효과가 있다.

굴착과정에서 주변에 충격을 주지 않으므로 진동 및 소음이 발생하지 않으므로 작업환경을 개선할 수 있고, 소음 등으로 인한 민원발생이 없다.

토사, 점토, 모래, 사질토, 풍화토, 풍화암 등과 같은 연약지반의 연경도(Consistency)에 관계없이 슬라임을 원활하게 제거할 수 있으므로 시공기간을 단축할 수 있다.

장비를 경량으로 구성할 수 있으므로 운반 및 설치가 용이하다.

장치의 구성이 단단하므로 염가 제작이 가능하다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치의 바람직한 일 실시례를 보인 사시도
도 2는 도 1의 배면사시도
도 3은 본 발명에서 제공하는 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치의 구성을 보인 단면도
도 4는 본 발명에 의해 케이싱 내에서 굴착로드가 이동하는 상태를 보인 평면도

이하 본 발명에서 제공하는 본 발명에서 제공하는 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치의 실시례를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1, 도 2는 본 발명에서 제공하는 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치의 바람직한 일 실시례를 보인 사시도 및 배면사시도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에서 제공하는 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치의 구성을 보인 단면도이며, 도 4는 본 발명에 의해 케이싱 내에서 굴착로드가 이동하는 상태를 보인 평면도를 도시한 것이다.

본 발명에서 제공하는 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치(1)는 지중에 관입되는 케이싱(2) 내에 위치하도록, 리더(15)에 의해 승강하도록 장치된 석션파이프(18)에 워터제트가 분사되는 굴착로드를 설치하여 리더(15)가 원형 레일을 따라서 원운동 하거나, 실린더 작동에 의해 수평 이동할 때 케이싱(2) 내에서 석션파이프와 함께 이동할 수 있도록 하는 간단한 구성으로 장치를 경량화 하면서도 케이싱(2) 내의 슬라임을 효과적으로 배출할 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

본 발명의 구성은 지중 또는 해저에 관입하는 케이싱(2)의 상부에 위치된 상대로 케이싱(2)에 클램핑 상태로 고정되는 받침판(3)을 마련한다.

상기 받침판(3)의 도넛형상으로 이루어지며, 하측으로는 복수의 하부 클램프(4)가 구비되어 케이싱(2) 상부에 받침판(3)이 올려진 상태로 고정될 수 있게 한다. 또한 상기 받침판(3)은 내측 상부에 링 형상으로 하부레일(5)을 형성하여 받침판(3)의 내구성을 보장할 수 있도록 한다.

상기 하부레일(5)의 상측으로는 수개의 서포트(6) 하단을 고정하고, 서포트(6) 상단에는 상기 내측 하부레일(5)과 대응하는 상부레일(7)을 고정 설치한다.

이때 상기 하부레일(5)과 상부레일(7)은 단면이 H빔과 같이 구성 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 서포트(6)는 상부레일(7)을 안전하게 지지할 수 있도록 설치하며, 본 발명에서는 4개가 도시되어 있으나, 장치 전체 크기 등에 따라 가감될 수 있음은 당연하다.

상기 받침판(3)의 내측으로는 이격된 상태로 작업발판(8)을 설치하며, 작업발판(8)의 지지는 작업발판(8) 사방으로 지지대(9)를 형성하고, 지지대(9)의 단부에 하부레일(5)의 안쪽으로 결합되는 지지바퀴(10)를 설치하여 작업발판(8)이 하부레일(5)에 지지된 상태로 자전할 수 있도록 하며, 중심에는 장방향으로 작동구멍(8a)을 형성한다.

한편 상기 하부레일(5)과 상부레일(7)에는 상기 서포트(6)와 간섭 없이 설치 및 작동될 수 있도록 지지대차(11)를 설치한다.

상기 지지대차(11)는 상부와 하부에 각각 상부레일(7)과 하부레일(5)을 따라서 이동할 수 있는 바퀴(12)가 구비되며, 상부레일(7)을 따라서 이동하는 바퀴(12)들 중 어느 하나에는 동력을 제공할 수 있는 모터(13)를 설치하여 지지대차(11)가 상부레일(7) 및 하부레일(5)을 따라서 자주식으로 움직일 수 있도록 한다.

상기 지지대차(11)의 상단과 하단에는 받침판(3)의 중심쪽으로 향하도록 수평조절실린더(14)를 설치하며, 수평조절실린더(14)의 로드에는 리더(15)를 수직으로 고정 설치한다.

상기 리더(15)의 상단에는 수직조절실린더(16)가 설치되어 있으며, 수직조절실린더(16)의 로드에는 리더(15)를 따라서 슬라이드 이동하는 가이드고정구(17)가 설치되어 석션파이프(18)의 상단을 고정할 수 있도록 한다.

상기 석션파이프(18)는 소정길이를 갖는 단위부재를 연결하는 방법에 의해 길이가 연장되는 구성이며, 하단에는 확장된 배출호퍼(19)가 형성되며, 배출호퍼(19)에는 석션파이프(18)의 내부 혹은 외부로 함께 배관되어 있는 워터제트공급관(20) 및 압축공기공급관(21)의 단부가 설치되어 케이싱(2) 내부의 슬라임을 석션파이프(18)로 배출할 수 있도록 한다.

그리고 상기 케이싱(2)의 내부에 위치하는 석션파이프(18) 상에는 평판상의 설치대판(22)을 수평상태로 고정한다.

상기 설치대판(22)의 하측으로는 설치대판(22)의 상측에 설치되어 있는 로드구동모터(23)에 의해 구동되도록 굴착로드(24)를 설치하며, 굴착로드(24)는 외연에 스크루(24a)가 형성되고 축직각방향으로 워터제트를 분사하는 분사노즐(24b)이 복수로 형성된 구성으로 이루어져, 굴착과 함께 워터제트의 분사를 통해서 주변 토사를 슬라임 상태가 되도록 한다. 이때 로드구동모터(23)는 외부에 방수박스(25)를 씌워 분사노즐(24b)로 분사되는 워터제트 및 슬라임 등으로부터 전기적으로 안전성을 보장할 수 있도록 한다.

또한 상기 굴착로드(24)의 상단에는 스위벨(26)을 결합하여 받침판(3) 외부에 위치하는 드럼(27)에 권취되어 워터제트를 공급하는 워터제트공급호스(28)와 연결한다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치(1)는 5M이상의 대구경을 천공할 때 주로 사용될 수 있는 것으로, 본 발명을 사용하는 예를 하기에서 설명한다.

본 발명 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치(1)를 이용한 슬라임 제거공법은 케이싱(2)을 관입하는 공정(a), 조립상태의 슬라임 제거장치(1) 케이싱(2)에 설치하는 공정(b), 굴착로드(24)와 대차와 수평조절실린더(14) 및 수직조절실린더(16)를 작동시켜 케이싱(2) 내부의 토사를 교반하는 공정(c), 석션파이프(18)로 슬라임을 배출하는 공정(d)으로 대분된다.

케이싱(2)을 관입하는 공정(a)은 풍력발전기 및 교각 등과 같은 대형 구조물을 위한 토목공사에서 설계위치에 부합하도록 케이싱(2)을 지반에 관입시킨 상태에서, 본 발명의 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치(1)를 케이싱(2) 위에 설치하는 작업이 의해 이루어진다.

조립상태의 슬라임 제거장치(1) 케이싱(2)에 설치하는 공정(b)은 크레인을 이용하여 받침판(3) 하측으로 마련되는 하부 클램프(4)를 케이싱(2) 상단부 바깥쪽에 위치하도록 끼우고 받침판(3)을 수평상태가 되도록 하면 된다.

굴착로드(24)와 대차와 수평조절실린더(14) 및 수직조절실린더(16)를 작동시켜 케이싱(2) 내부의 토사를 교반하는 공정은 상기와 같이 케이싱(2) 상측에 본 발명의 대구경 기초파일 시공을 위한 슬라임 제거장치(1)를 설치한 상태에서 슬라임을 제거하는 방법으로는, 먼저 로드구동모터(23)를 이용하여 굴착로드(24)를 구동시키며, 이 과정에서 굴착로드(24)에 축직각방향으로 형성되어 있는 분사노즐(24b)을 통해서 워터제트를 고압으로 분사하여 회전하는 굴착로드(24) 주변의 토사를 슬라임 상태로 형성한다.

상기와 같이 굴착로드(24)를 구동하는 상태에서 모터(13)를 구동하여 상부레일(7)과 하부레일(5)을 따라서 움직이도록 설치되어 있는 지지대차(11)가 레일을 따라서 서서히 이동할 수 있도록 하며, 또한 동시에 지지대차(11)의 상하단에 설치되어 있는 수평조절실린더(14)를 인입 또는 인출시킨다.

이때 수평조절실린더(14)의 로드에 결합되어 있는 리더(15)가 수평조절실린더(14)에 의해 수평이동하게 되며, 리더(15)의 하단에 조립되어 있는 석션파이프(18)도 작업발판(8)에 형성되어 있는 장방향의 작동구멍(8a) 내에서 수평으로 이동된다.

상기와 같이 굴착로드(24)를 구동시킴과 동시에 상부레일(7) 및 하부레일(5)을 따라 대차를 이동시키며 수평조절실린더(14)를 인입시키는 동작을 행하게 되면, 굴착로드(24)는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 궤적을 그리면서 케이싱(2) 내부에서 이동하게 된다.

상기와 같이 케이싱(2) 내부를 1바퀴(12) 회전하면 이번에는 리더(15)에 설치되어 있는 수직조절실린더(16)가 일정구간 하강되고, 이 상태에서 상기와 같은 동작이 반복되면서 케이싱(2) 내부의 토사에 충분한 수분을 공급하여 슬라임 상태가 되도록 한다.

석션파이프(18)로 슬라임을 배출하는 공정(d)은, 케이싱(2) 내부에 생성된 슬라임을 석션파이프(18)를 통해서 외부로 배출하는 작업이다. 즉, 석션파이프(18)의 하부 배출호퍼(19) 쪽으로 워터제트공급관(20) 및 압축공기공급관(21)을 통해서 워터제트와 압축공기가 공급되면 슬라임이 더욱 묽어진 상태로 석션파이프(18) 내로 흡입되어 외부로 배출되는 것이다.

이상과 같이 구성 및 사용되는 본 발명의 경우 구성이 간단하여 저렴한 비용으로 제작이 가능하며, 경량으로 제작 가능하므로 운반 설치작업 등도 간편하게 이루어질 수 있는 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시례에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시례에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1:슬라임 제거장치 2:케이싱
3:받침판 4:하부 클램프
5:하부레일 6:서포트
7:상부레일 8:작업발판
8a:작동구멍 9:지지대
10:지지바퀴 11:지지대차
12:바퀴 13:모터
14:수평조절실린더 15:리더
16:수직조절실린더 17:가이드고정구
18:석션파이프 19:배출호퍼
20:워터제트공급관 21:압축공기공급관
22:설치대판 23:로드구동모터
24:굴착로드 24a:스크루
24b:분사노즐 25:방수박스
26:스위벨 27:드럼
28:워터제트공급호스