KR101056417B1 - 소일네일링용 가압식 패커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반을 보강하거나, 별도의 굴착 및 매립 작업 없이 앵커를 대체할 수 있도록 하는 소일네일링용 가압식 패커에 관한 것으로, 중공을 형성하며 네일(110)이 관통하도록 된 패커(120')와, 패커(120')를 관통해 고정되고 상기 중공에 위치되는 배출구(131)를 구비하며 홀(H)과 연통하는 일부가 탈부착 되는 마개(132)로 폐구된 주입관(130')과, 패커(120')를 관통해 고정되는 배기관(140)을 포함한다.

Description

소일네일링용 가압식 패커{Packer of the Soil-nailing}

본 발명은 연약지반을 보강하거나, 별도의 굴착 및 매립 작업 없이 앵커를 대체할 수 있도록 하는 소일네일링용 가압식 패커에 관한 것이다.

소일네일링 공법이란, 흙속에 보강재를 삽입하여 안정을 도모하는 지반보강공법의 하나로, 보강재를 프리스트레싱 없이 촘촘한 간격으로 원지반에 삽입하여 원지반 자체의 전체적인 전단강도를 증대시키고 공사 도중이나 공사가 끝난 뒤에 예상되는 지반의 변위를 가능한 억제하는 역타(Top Down)식 절토면 보강토 공법이다.<[출처] 소일네일링공법 [Soil Nailing Method] 작성자 silliest>

소일네이링 공법은 통상적으로 널리 이용되고 있는 굴착지보 구조물과 비교해 볼 때 다음과 같은 특성을 지니고 있다.

첫째, 원지반 자체를 주된 구조적 요소로 이용하고 있어 가시설 비용이 들지 않으며 건물외벽과 합벽시공이 가능하여 거푸집 및 되메우기 작업이 생략된다. 그 밖의 주요소인인 네일도 상대적으로 가격이 저렴하다. 또한 쇼크리트와 전면판도 단지 전면에 존재하여 흙의 붕괴를 방지하기 위한 국부적인 역할을 수행하므로 두께가 상대적으로 얇아 경제적이다.

둘째, 소일네일링은 간단한 천공 및 그라우팅 장비로 시공이 가능하다.

셋째, 상부에서 하부로 지반굴착과 병행하여 작업이 이루어지므로 설계시와 상이한 지층특성이 나타날 겨우 즉각적으로 네일의 설치간격과 길이 등을 조정이 가능하므로 현장적응성이 뛰어나다.

넷째, 네일이 설치되어 있는 하나하나가 블록형태로 외압에 대해 지지토록 되어 있으므로, 주변지반의 거동에 적절하게 대응되게 된다. 특히, 수직 및 부등침하에 효과적이므로, 지진이 자주 발생되는 지역에서도 매우 적합한 공법을 보고되고 있다.

한편, 소일네일링 공법은 중력식 공법과 가압식 공법으로 구분된다. 상기 중력식 공법은 도 1(종래 소일네일링 공법에 의해 시공된 사면 모습을 개략적으로 도시한 단면도)에 도시한 바와 같이, 몰탈(M)을 홀(H)에 단순 주입해서 양생하는 방법이고, 상기 가압식 공법은 몰탈(M)을 홀(H)에 강제로 밀어넣어 주입 및 양생하는 방법이다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 소일네일링 공법이 적용되는 사면(S)에 네일(11)을 삽입할 홀(H)을 천공하고, 네일(11)을 삽입한 후 패커(12)를 이용해 홀(H)의 선단을 폐구한다. 이렇게 폐구된 홀(H)에 몰탈(M)을 주입하고, 이를 양생한다. 이때, 중력식 공법에 의한 몰탈(M) 주입은 몰탈(M)의 자중에 의해 이루어지도록 해서, 몰탈(M)을 고압으로 공급하기 위한 별도의 몰탈공급수단이 반드시 요구되지 않는다.

한편, 가압식 공법에 의한 몰탈(M) 주입은 고압으로 몰탈(M)을 공급하는 몰탈공급수단에 의해 몰탈(M)을 홀(H)에 주입하므로, 몰탈(M)과 홀(H) 간의 결속이 견고해지는 효과가 있다.

계속해서, 가압식 공법을 사면(S) 보강에 적용하기 위해서는 몰탈공급수단이 가하는 압력에 저항해 홀(H)의 폐구 상태를 유지할 수 있는 고효율 패커가 요구된다.

도 2는 종래 가압식 소일네일링 공법에 적용되는 보강용 조립체를 도시한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 보강용 조립체를 이용해 시공되는 모습을 순차 도시한 단면도이고, 도 5는 네일과 주입관을 나란히 고정하기 위한 스페이서의 모습을 개략적으로 도시한 도면인 바, 이를 참조해 설명한다.

종래 가압식 소일네일링 공법에 적용되는 보강용 조립체(100)는 홀(H)에 삽입되는 네일(110)과, 홀(H)의 개구된 선단을 폐구하는 패커(120)와, 홀(H)로 몰탈(M)의 이송이 이루어지는 주입관(130)과, 홀(H)의 공기를 배기하는 배기관(140)으로 구성된다.

네일(110)은 패커(120)를 관통해 홀(H)로 삽입되는 것으로, 통상적인 철근이 활용될 수 있다.

패커(120)는 홀(H)의 개구된 선단을 폐구하는 구성으로, 홀(H)에 삽입 가능하면서 중공을 갖는 입체 형상을 이룬다. 이를 위한 패커(120)는 홀(H)의 길이방향으로 서로 이격 배치되는 제1,2실링재(121, 122)와, 제1,2실링재(121, 122)를 감싸면서 외부와 차단된 상기 중공을 형성시키는 커버(123)와, 패커(120)의 중공으로 충진재(W)를 이송하는 투입관(124)으로 구성된다. 제1,2실링재(121, 122)는 관통하는 투입관(124)과 주입관(130)과 배기관(140)를 고정하면서 커버(123)와 더불어 상기 중공을 형성시키고, 아울러 홀(H)의 선단을 폐구하는 기능을 수행한다. 한편, 커버(123)는 양쪽 가장자리가 제1,2실링재(121, 122)의 둘레를 따라 단단히 고정될 수 있다.

제1,2실링재(121, 122)와 커버(123)는 다양한 방법으로 서로 체결될 수 있을 것이나, 바람직하게는 제1,2실링재(121, 122)의 둘레를 감싸고 있는 커버(123)의 외면을 철재 링(125)으로 단단히 조여 묶어서, 제1,2실링재(121, 122) 및 커버(123) 간의 연결은 물론 제1,2실링재(121, 122) 및 커버(123)의 틈새를 최소화한다. 한편, 커버(123)는 부직포가 적용될 수 있다.

여기서, 패커(120)와 주입관(130)과 배기관(140)이 조립돼 이루어진 조립체는 종래 가압식 패커로 명명될 수 있다.

이상 설명한 종래 보강용 조립체(100)를 이용한 소일네일링 공법을 순차 설명한다.

사면 천공단계;

보강재가 삽입될 사면(S)의 일 지점을 천공하여 홀(H)을 형성시킨다.

이때, 활용되는 천공장비는 주지,관용 장비이고, 이를 이용해 진행되는 천공작업은 공지,공용의 기술이므로, 천공과정에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

보강용 조립체 삽입단계;

앞서 천공된 홀(H)에 보강용 조립체(100)를 삽입한다.

보강용 조립체(100)는 네일(110), 패커(120), 주입관(130) 및 배기관(140)이 완전히 조립된 후 홀(H)에 일체로 삽입될 수도 있고, 상기 구성들이 분리된 상태에서 일정한 순서에 따라 순차적으로 삽입돼 조립될 수도 있다. 그러나, 패커(120)를 관통하는 네일(110), 주입관(130) 및 배기관(140)이 패커(120)와 상호 치밀하게 밀착되어야 하는 필수 사항이 있으므로, 홀(H)에는 완전히 조립된 보강용 조립체(100)가 삽입되는 것이 바람직하다.

충진재 주입단계;

도 3(a)과 같이 패커(120)의 중공으로 투입관(124)을 통해 충진재(W)를 강제로 압입한다. 물론, 충진재(W)의 강제 압입을 위해서는 별도의 충진재공급수단이 구비되어야 한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 투입관(124)은 일단이 충진재공급수단과 연결되고, 타단이 패커(120)의 중공에 위치하면서, 상기 충진재공급수단으로부터 공급되는 충진재(W)가 패커(120)의 중공에 곧바로 유입되도록 한다.

통상적으로 충진재(W)는 점도가 높고 밀도가 큰 재질이 활용되었고, 이러한 재질을 만족하는 합성수지가 충진재(W)의 재료로 적용되었다.

상기 충진재공급수단에 의해 충진재(W)는 패커(120)의 중공에 고압으로 유입되고, 도 3(b)과 같이 패커(120)는 홀(H)의 내벽과 밀착하도록 부풀어오른다.

투입관 폐구단계;

충진재(W)의 지속적인 공급을 통해 패커(120) 중공이 충진재(W)로 충분히 채워지고 그 내압이 최고에 이르면, 상기 충진재(W)는 투입관(124)을 역류하게 된다. 이 경우, 작업자는 투입관(124)의 일단을 도 4(a)에 도시한 바와 같이 폐구부재(D)로 폐구해서, 상기 중공의 충진재(W)가 투입관(124)을 통해 재유출되는 것을 차단한 후 다음 과정을 속행한다.

몰탈 주입단계;

도 4(a)에 도시한 바와 같이, 주입관(130)에 몰탈공급수단을 연결해서, 상기 몰탈공급수단이 주입관(130)으로 몰탈(M)을 공급하도록 한다.

몰탈(M)은 주입관(130)을 통해 홀(H)에 지속적으로 주입되고, 홀(H)의 공기는 배기관(140)을 통해 배기된다.

배기관 폐구단계;

몰탈(M)이 홀(H)을 완전히 채우면, 주입관(130)을 통해 지속적으로 주입되는 상기 몰탈(M)은 배기관(140)을 통해 외부로 배출된다.

작업자는 이러한 배출을 확인하고 폐구부재(D)를 이용해 배기관(140)을 폐구한다. 이때, 주입관(130)을 통한 몰탈(M)의 주입을 지속하는데, 이렇게 주입되는 몰탈(M)은 배기관(140)을 통해 더 이상 배출될 수 없으므로, 도 4(b)에 도시한 바와 같이 홀(H)의 둘레로 유출된다. 따라서, 홀(H)의 둘레로 유출된 몰탈(M)은 양생하면서 돌기(P)로 형성되고, 이를 통해 사면(S)은 견고한 지지력을 보강하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 가압식 소일네일링 공법은 패커(120)에 의해 선단이 폐구된 홀(H)로 몰탈(M)을 강제 주입해서, 주입되는 몰탈(M)이 홀(H)의 내벽을 통해 사면(S) 내측에 깊숙이 투입되고, 이를 통해 사면(S) 보강을 보다 효과적으로 이룰 수 있다는 장점이 있다.

그런데, 앞서 언급한 바와 같이 홀(H)에 주입되는 몰탈(M)이 사면(S) 내측에 안정적으로 투입되기 위해서는 패커(120)의 밀폐기능이 효과적이어야 한다. 물론, 이를 위해 별도의 충진재공급수단을 필수적으로 활용해서 패커(120)의 중공에 충진재(W)를 강제 주입했다. 하지만, 충진재(W)와 몰탈(M)의 공급은 각각 별도의 충진재공급수단과 몰탈공급수단에 의해 이루어지므로, 서로 다른 기능을 수행하는 두 대 이상의 공급수단이 종래 공법에서 반드시 요구되었고, 이를 통한 시공 비용의 상승 또한 불가피했다.

게다가, 이러한 경제적 불합리함 외에도, 충진재(W) 주입 후에야 비로소 몰탈(M) 주입이 이루어지므로, 홀(H)에 대한 몰탈(M) 주입과정에서 패커(120)의 패킹 성능이 저하될 수 있었다. 물론, 패커(120)의 저하된 패킹 성능을 보완하기 위해 투입관(124)의 일단을 막고 있는 폐구부재(D)를 해체하고 충진재공급수단을 이용해 충진재(W)의 재충전을 진행할 수도 있을 것이나, 이럴 경우 다른 장소의 소일네일링 시공이 중단되는 불리함이 있고, 더불어 재충전에 의한 시간적 비용적 소비가 가중되는 비효율성이 있었다.

참고로, 네일(110)과 주입관(130)은 상호 나란하게 고정 배치되어야 하므로, 홀(H)에 삽입된 네일(110)과 주입관(130)은 하나 이상의 스페이서(150)에 의해 고정될 수 있다. 이러한 기능을 하는 스페이서(150)는 중앙에 네일(110)이 관통하는 중앙홀(151)이 형성되고, 가장자리에는 주입관(130)이 관통하는 외곽홀(152)이 형성된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로, 패커의 패킹 성능을 항시 최상으로 유지시키면서도, 시공시 활용되는 중장비의 종류를 최소화하고, 시공의 연속성이 보장되는 소일네일링용 가압식 패커의 제공을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

중공을 형성하며 네일이 관통하도록 된 패커와, 패커를 관통해 고정되고 상기 중공에 위치되는 배출구를 구비하며 홀과 연통하는 일부가 탈부착 되는 마개로 폐구된 주입관과, 패커를 관통해 고정되는 배기관을 포함하는 가압식 패커이다.

상기의 본 발명은, 외부로부터 공급되는 몰탈이 패커의 중공에 형성된 배출구를 통해 상기 중공으로 1차 주입되고, 상기 패커의 중공에 충분한 몰탈이 주입되면 2차로 홀에 주입되면서 충진될 수 있으며, 이 과정에서 작업의 중단이 없는 연속성을 유지하면서 한 대의 몰탈공급수단을 이용해 패커의 팽창과 홀의 충진을 일시에 진행할 수 있으므로, 소일네일링 시공에 대한 획기적인 시간적 비용적 절감을 기대할 수 있는 효과가 있다.

또한, 홀로의 몰탈 주입과정에서 패커 중공으로의 가압도 동시에 이루어지므로, 홀로의 몰탈 유입시 상기 패커는 패킹 성능이 최상으로 유지되는 효과가 있다.

도 1은 종래 소일네일링 공법에 의해 시공된 사면 모습을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 종래 가압식 소일네일링 공법에 적용되는 보강용 조립체를 도시한 사시도이고,
도 3 및 도 4는 도 2의 보강용 조립체를 이용해 시공되는 모습을 순차 도시한 단면도이고,
도 5는 네일과 주입관을 나란히 고정하기 위한 스페이서의 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 가압식 소일네일링 공법에 적용되는 보강용 조립체를 도시한 사시도이고,
도 7은 본 발명에 따른 보강용 조립체에 구성되는 마개 모습을 도시한 단면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 주입관의 다른 실시예를 도시한 단면도이고,
도 9는 본 발명에 따른 주입관의 또 다른 실시예를 도시한 단면도이고,
도 10은 본 발명에 따른 제1,2실링재의 모습을 도시한 단면도이고,
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 보강용 조립체를 이용해 시공되는 모습을 순차 도시한 단면도이고,
도 13은 본 발명에 따른 주입관의 배출구를 선택적으로 개폐하는 차단부재의 모습을 도시한 사시도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거해 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 가압식 소일네일링 공법에 적용되는 보강용 조립체를 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 보강용 조립체에 구성되는 마개 모습을 도시한 단면도인 바, 이를 참조해 설명한다.

본 발명에 따른 보강용 조립체(100')는 홀(H)에 삽입되는 네일(110)과, 홀(H)의 개구된 선단을 폐구하는 패커(120')와, 배출구(131)를 형성하고 탈부착 가능한 마개(132)가 부착된 주입관(130')과, 홀(H)의 공기를 배기하는 배기관(140)으로 구성된다. 이때, 본 발명에 따른 가압식 패커는 패커(120')와 주입관(130')과 배기관(140)이 상호 조립돼 이루어진다.

네일(110)은 종래 소일네일링 공법에서 사용되었던 철근이 활용될 수 있다. 또한, 상기 철근에 상응하는 물리적 성질을 갖는 재질이라면 다양하게 변형실시될 수도 있으므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

패커(120')는 홀(H)의 개구된 선단을 폐구하는 구성으로, 홀(H)에 삽입 가능하면서 중공을 갖는 입체 형상을 이룬다. 이를 위한 패커(120')는 다음과 같이 실시될 수 있다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 패커(120')는 홀(H)의 길이방향으로 서로 이격 배치되는 제1,2실링재(121, 122)와, 제1,2실링재(121, 122)를 감싸면서 외부와 차단된 상기 중공을 형성시키는 커버(123)로 구성된다. 제1,2실링재(121, 122)는 관통하는 주입관(130')과 배기관(140)를 고정하면서 커버(123)와 더불어 상기 중공을 형성시키고, 아울러 홀(H)의 선단을 폐구하는 기능을 수행한다. 한편, 커버(123)는 양쪽 가장자리가 제1,2실링재(121, 122)의 둘레를 따라 단단히 고정될 수 있다.

통상적으로 홀(H)은 드릴 등과 같은 천공장비를 이용해 형성시키고, 상기 천공장비는 원형으로 사면(S; 도 1 참고)을 뚫게 되므로, 이에 대응해서 제1,2실링재(121, 122) 및 커버(123)로 이루어진 패커(120')는 원기둥 형상으로 제작될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 제1,2실링재(121, 122)와 커버(123)는 다양한 방법으로 서로 체결될 수 있을 것이나, 바람직하게는 제1,2실링재(121, 122)의 둘레를 감싸고 있는 커버(123)의 외면을 철재 링(125)으로 단단히 조여 묶어서, 제1,2실링재(121, 122) 및 커버(123) 간의 연결은 물론 제1,2실링재(121, 122) 및 커버(123)의 틈새를 최소화한다. 한편, 커버(123)는 부직포가 적용될 수 있다.

계속해서, 제1,2실링재(121, 122)는 완전한 입체형상으로 제작될 수도 있을 것이나, 이에 한정하지 않고 부직포 등과 같은 피륙을 활용해 엮어 묶는 방식으로 제작될 수도 있을 것이다. 즉, 피륙을 활용해 주입관(130')과 배기관(140)을 치밀하게 감아 고정하고, 주입관(130')과 배기관(140)이 피륙에 의해 완전히 감싸지면 홀(H)의 내경에 상응하는 외경이 될 때까지 상기 피륙을 감아서 충분한 외경의 제1,2실링재로 완성하며, 커버(123)의 양쪽 가장자리를 제1,2실링재에 연결해서 중공이 형성되도록 하는 것이다. 이때, 피륙으로 된 제1,2실링재와 커버(123)는 재봉 또는 용접 등으로 연결될 수도 있고, 앞서 언급한 링(125) 등으로 연결될 수도 있다. 또한, 클립 또는 핀 등과 같은 공지,공용의 체결부재가 상기 연결의 매개가 될 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명에 따른 패커(120')는 제1,2실링재(121, 122)와 커버(123)가 일체로 형성될 수도 있다. 즉, 중공을 형성하면서 홀(H)의 선단을 폐구할 수 있는 형상이라면, 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형실시될 수 있는 것이다.

주입관(130')은 그라우팅 자재인 몰탈(M)을 홀(H)에 이송하는 수단으로, 외부에 비치된 별도의 몰탈공급수단으로부터 정해진 압으로 공급받는 몰탈(M)을 홀(H) 안쪽으로 주입한다. 이를 위해 주입관(130')의 일단은 상기 몰탈공급수단과 연결되고, 타단은 홀(H) 안쪽에 비치된다. 여기서, 주입관(130')은 상기 몰탈공급수단으로부터 공급된 몰탈(M)을 홀(H)로 전달하면 족할 것이므로, 주입관(130')은 특정한 물리적 성질이 요구되지 않을 것이다. 따라서, 주입관(130')은 단단한 관 형상일 수도 있고, 연성을 갖는 통상적인 호스 형상일 수도 있을 것이다. 그러나, 주입관(130')은 막힘없는 원활한 몰탈(M) 공급을 위해, 홀(H)에 주입된 몰탈(M)의 압에 저항하도록 되는 것이 바람직하다.

한편, 패커(120)의 중공을 통과하는 주입관(130')의 해당 부분에는 배출구(131)가 형성된다. 따라서, 상기 몰탈공급수단으로부터 몰탈(M)이 주입관(130')으로 공급되면, 홀(H) 방향으로 상기 몰탈(M)이 이동됨과 동시에 상기 중공으로 우선적인 주입이 이루어진다.

또한, 홀(H)에 위치한 주입관(130')의 타단에는 주입관(130')을 폐구하는 마개(132)가 구비된다. 이때, 마개(132)는 주입관(130')과의 탈부착 가능한 구조를 이룬다. 이는 상기 몰탈공급수단으로부터 공급되는 몰탈(M)이 주입관(130') 내에 일정 압을 초과하면 마개(132)가 주입관(130')으로부터 분리되어 상기 타단이 개구되도록 하기 위함이다.

마개(132)는 주입관(130')을 폐구하면서 탈부착 가능한 구조를 이룬다면 본 발명에 따른 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있을 것이나, 본 실시예에서는 다음과 같은 구조를 이루도록 했다.

마개(132)는 주입관(130')의 타단을 덮는 밑판(132a)과, 주입관(130') 내측으로 삽입가능하도록 밑판(132a)에 돌출 형성되는 삽입체(132b)로 구성된다.

밑판(132a)은 주입관(130')의 타단을 충분히 덮을 수 있는 면적을 갖는데, 주입관(130')의 타단을 폐구하는 형상이라면 그 형상은 제한되지 않을 것이다. 참고로, 밑판(132a)은 도시한 바와 같이 가장자리가 주입관(130')의 선단에 걸리도록 돌출되게 형성되어서, 주입관(130')에 삽입되는 깊이가 작업자의 구분없이 동일할 수 있도록 한다.

삽입체(132b)는 주입관(130')으로 삽입될 수 있도록 밑판(132a)으로부터 돌출 형성된 것으로, 내측에 공간이 형성될 수 있는 관 형상을 이룰 수 있다. 따라서, 주입관(130')을 따라 이송된 몰탈(M)이 삽입체(132b)로 삽입되면서 삽입체(132b)에 압을 가하게 되고, 이를 통해 삽입체(132b)는 주입관(130') 내면에 밀착되는 방향으로 부풀어오르게 된다. 물론, 이러한 힘은 주입관(130')과 마개(132) 간의 고정성을 높이게 된다. 참고로, 주입관(130')의 내면과 접하는 삽입체(132b)의 선단 외면은 경사지게 형성되어서, 주입관(130')으로의 마개(132) 압입이 안내되도록 한다.

이상 설명한 마개(132)는 일정 압까지 가해지는 몰탈(M) 주입에 저항해서 주입관(130')의 타단을 폐구하는 것인데, 상기 압을 초과할 경우엔 마개(132)가 도 7(b)와 같이 이동하면서 결국에는 주입관(130')을 개구하게 되고, 이를 통해 상기 몰탈(M)은 홀(H) 안으로 유입될 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 주입관의 다른 실시예를 도시한 단면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 주입관의 또 다른 실시예를 도시한 단면도인 바, 이를 참조해 설명한다.

본 발명에 따른 주입관(130')은 몰탈(M)의 배출을 차단하는 마개(132')가 주입관(130')의 타단에 위치하는데 한정하지 않는다. 즉, 도 8(a)에 도시한 바와 같이, 주입관(130') 내벽에 마개(132')를 형성시켜서, 일정 압 이상의 가압이 이루어지면 도 8(b)에 도시한 바와 같이 마개(132')가 주입관(130')으로부터 분리되도록 하는 것이다.

또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 주입관(130')은 제1,2주입관(130a, 130b)과, 배출구(131)를 형성하고 내부에 마개(132c)가 형성되며 양단에 제1,2주입관(130a, 130b)이 연결되는 배출관(130c)으로 구성될 수 있다.

본 실시예는 현장에서 주입관(130')에 직접 배출구(131)를 천공하지 않고도, 제1,2주입관(130a, 130b)과 배출관(130c)의 연결을 통해 배출구(131)를 갖는 주입관(130')을 완성할 수 있도록 한다.

한편, 본 실시예에서의 마개(132c)는 도 8에 도시한 실시예의 마개(132')와 같이 배출관(130c) 내벽에 고정되어서, 일정 압 이상의 압력이 가해지면 배출관(130c) 내벽으로부터 분리되도록 하고, 이를 통해 몰탈(M)은 홀(H)로 주입된다.

도 10은 본 발명에 따른 제1,2실링재의 모습을 도시한 단면도인 바, 이를 참조해 설명한다.

본 발명에 따른 제1,2실링재(121, 122)는 전술한 바와 같이 패커(120')의 일 구성으로서, 네일(110)이 관통하는 제1홀(a)과, 주입관(130')과 배기관(140)이 각각 관통하는 다수의 제2홀(b)이 형성된다. 이때, 제1,2홀(a, b)은 네일(110)과 주입관(130') 및 배기관(140)과 서로 긴밀하게 접착해서, 패커(120')의 중공으로 주입되는 몰탈(M)이 누출되지 않도록 한다. 이를 위해 본 발명에 따른 실시예에서는 제1,2홀(a, b) 내면에 돌부(a1, b1)를 형성시켜서, 제1,2홀(a, b)의 내면과 네일(110)ㆍ주입관(130')ㆍ배기관(140)이 서로 긴밀하게 밀착되도록 한다.

도시한 실시예에서는 돌부(a1, b1)의 개수를 하나로 하였지만, 이에 한정하지 않고 다수 개의 돌부가 형성될 수도 있음은 물론이다.

참고로, 본 발명에 따른 제1,2실링재(121, 122)의 둘레면에는 맞물림홈(c)이 형성될 수 있다. 맞물림홈(c)은 제1,2실링재(121, 122)와 커버(123)를 서로 고정하는 링(125)이 맞물리면서, 제1,2실링재(121, 122)와 커버(123) 간의 결속을 높이게 된다.

도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 보강용 조립체를 이용해 시공되는 모습을 순차 도시한 단면도이고, 도 13은 본 발명에 따른 주입관의 배출구를 선택적으로 개폐하는 차단부재의 모습을 도시한 사시도인 바, 이를 참고해 본 발명에 따른 보강용 조립체(100')를 이용한 소일네일링 공법을 순차 설명한다.

사면 천공단계;

보강용 조립체(100')가 삽입될 사면(S)의 일 지점을 천공하여 홀(H)을 형성시킨다.

이때, 활용되는 천공장비는 주지,관용 장비이고, 이를 이용해 진행되는 천공작업은 공지,공용의 기술이므로, 천공과정에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

보강용 조립체 삽입단계;

앞서 천공된 홀(H)에 보강용 조립체(100')를 삽입한다.

보강용 조립체(100')는 네일(110), 패커(120'), 주입관(130') 및 배기관(140)이 완전히 조립된 후 홀(H)에 일체로 삽입될 수도 있고, 상기 구성들이 분리된 상태에서 일정한 순서에 따라 순차적으로 삽입돼 조립될 수도 있다. 그러나, 본 실시예에서는 패커(120')를 관통하는 네일(110), 주입관(130') 및 배기관(140)이 패커(120')와 상호 치밀하게 밀착되어야 하는 필수 사항이 있으므로, 홀(H)에는 완전히 조립된 보강용 조립체(100')가 삽입되도록 했다. 참고로, 본 발명에 따른 가압식 패커는 패커(120')와 주입관(130') 및 배기관(140)으로 구성된다.

한편, 홀(H)의 깊이와 보강용 조립체(100')의 길이가 서로 대응하도록 설계 및 시공되므로, 현장에서는 이를 고려해서 그 설치가 이루어질 것이다.

몰탈 주입단계;

주입관(130')에 몰탈공급수단을 연결해서, 상기 몰탈공급수단이 주입관(130')으로 몰탈(M)을 공급하도록 한다.

이렇게 공급되는 몰탈(M)은 주입관(130')을 따라 홀(H)로 이송되는데, 주입관(130')의 타단을 폐구하는 마개(132)에 의해 외부로 배출되지 못하는 주입관(130') 내부의 기존 공기는 주입관(130')의 내압을 높이고, 이렇게 높아진 내압으로 인해 상기 몰탈(M)은 패커(120')의 중공에 위치한 주입관(130')의 배출구(131)로 1차 배출된다. 결국, 상기 몰탈(M)은 도 11(a)에 도시한 바와 같이 패커(120')의 중공으로 1차 주입된다.

참고로, 패커(120')의 커버(123)는 부직포와 같은 통기성 재질로 되므로, 주입되는 몰탈(M)에 의한 상기 중공 내 공기는 커버(123)를 통해 원활히 배출될 것이다.

한편, 본 발명에 따른 소일네일링 공법에서는 패커(120')의 중공에 주입되는 자재가 우레탄 등과 같이 점도가 상대적으로 높은 재질이 아니고, 홀(H)에 주입되는 골재와 동일한 몰탈(M)이 적용된다. 그런데, 이러한 몰탈(M)은 우레탄 등과 같은 합성수지와 비교해 점도와 응집도 및 경화(양생) 시간이 현저히 낮으므로, 패커(120')에 발생한 틈새로 쉽게 유출될 수 있고, 몰탈(M)의 낮은 점도 및 응집도로 인해 그 유출가능 시간은 현저히 연장된다.

따라서, 본 발명에 따른 패커(120')는 일정한 연성 및 탄성을 갖는 재질인 것이 바람직하다. 더 구체적으로는 패커(120')의 양단을 각각 구성하는 제1,2실링재(121, 122)는 상기 일정한 연성 및 탄성을 갖도록 해서, 패커(120')의 중공으로 주입되는 몰탈(M)이 패커(120')의 틈새로 유출되더라도 몰탈(M)이 가하는 외력에 의해 틈새가 오히려 막히도록 변형될 수도 있다.

또한, 연성 및 탄성 재질로 제작되는 제1,2실링재(121, 122)에서 네일(110), 주입관(130') 및 배기관(140)이 관통하는 구멍의 직경은, 네일(110), 주입관(130') 및 배기관(140)의 직경에 비해 상대적으로 좁게 형성시켜서, 해당 구멍에 네일(110), 주입관(130') 및 배기관(140)을 각각 삽입할 경우, 네일(110), 주입관(130') 및 배기관(140)과 제1,2실링재(121, 122) 간의 틈새는 현저하게 좁아지도록 된다. 물론 이러한 좁아짐은 상기 틈새를 통한 몰탈(M)의 배출을 최소화시킨다.

작업자는 도 11(a)에 도시한 바와 같이, 주입관(130')을 통해 몰탈(M)을 지속적으로 공급하고, 이렇게 공급되는 몰탈(M)은 패커(120')의 중공에 형성된 배출구(131)를 통해 상기 중공으로 주입되되, 도 11(b)와 같이 상기 중공에 몰탈(M)이 충분히 채워지면 배출구(131)를 통한 몰탈(M)의 배출 비율이 현저히 감소하게 되고, 이를 통해 패커(120')의 내압은 증가하게 된다. 물론, 이러한 내압 증가는 패커(120')의 둘레를 팽창시키고, 이러한 팽창을 통해 패커(120')의 외면은 홀(H)의 내면과 긴밀히 밀착되면서 홀(H)을 폐구하게 된다.

패커(120')에 충분한 몰탈(M)이 주입되고, 도시한 바와 같이 커버(123)가 팽창하여 홀(H)을 폐구하면, 주입관(130')으로 유입되는 몰탈(M)은 배출구(131)가 아닌 주입관(130')의 타단으로 집중된다. 즉, 주입관(130')의 내압이 증가하면서 상기 타단으로 가해지는 힘이 증가하는 것이다. 계속해서, 주입관(130')의 내압이 증가하면 주입관(130')의 타단을 폐구하는 마개(132)는 도 7(b)와 같이 이동하고, 지속적인 내압 증가는 결국 마개(132)를 주입관(130')으로부터 완전히 분리시킨다. 물론, 마개(132)의 분리는 주입관(130') 내 몰탈(M)이 도 11(b)에 도시한 바와 같이, 홀(H) 안쪽으로 배출되도록 한다.

한편, 전술한 바와 같이 몰탈(M)이 홀(H) 안쪽으로 배출되더라도 배출구(131)를 통한 패커(120') 중공으로의 몰탈(M) 배출은 지속된다. 따라서, 패커(120')가 홀(H) 선단의 내면과 밀착되는 힘은 유지되거나 더욱 강화되어서, 홀(H)은 본 발명에 따른 패커(120')에 의해 보다 효과적으로 밀폐된다.

한편, 도 13에 도시한 바와 같이 배출구(131)는 차단부재(133)에 의해 일방향으로만 몰탈(M) 이동이 이루어지도록 할 수 있다. 이를 위한 차단부재(133)는 가요성 재질의 막 형태를 이루고, 도 13(a)과 같이 배출구(131) 전체 또는 일부를 덮으면서, 주입관(130')으로부터 배출되는 몰탈(M)에 대해서는 도 13(b)과 같이 간섭없이 배출구(131)를 연다. 그러나, 그 역방향에 대해서는 몰탈(M)의 이동에 간섭하도록 배출구(131)를 닫는다. 결국, 패커(120')의 중공으로 유입된 몰탈(M)은 재유출이 원활하지 못하므로, 한번 확장된 패커(120')는 몰탈(M) 공급이 중단되지 않는 한 쉽게 수축되지 않고, 이를 통해 홀(H)의 패킹을 효과적으로 수행한다.

배기관 폐구단계;

몰탈(M)이 홀(H)을 완전히 채우면, 주입관(130')을 통해 지속적으로 주입되는 상기 몰탈(M)은 배기관(140)을 통해 외부로 배출된다.

작업자는 이러한 배출을 확인하고 폐구부재(D)를 이용해 배기관(140)을 폐구한다. 이때, 주입관(130')을 통한 몰탈(M)의 주입은 지속하는데, 이렇게 주입되는 몰탈(M)은 배기관(140)을 통해 더 이상 배출될 수 없으므로, 도 12에 도시한 바와 같이 홀(H)의 둘레로 유출된다. 따라서, 홀(H)의 둘레로 유출된 몰탈(M)은 양생하면서 돌기(P)로 형성되고, 이를 통해 사면(S)은 견고한 지지력을 보강하게 된다.

물론, 몰탈(M)이 홀(H)의 둘레로 유출되는 상황에서도, 주입관(130')으로 유입되는 몰탈(M)은 배출구(131)를 통해 패커(120')의 중공으로 유입되므로, 패커(120')는 더욱 강하게 팽창하면서 홀(H)의 선단을 밀폐하고, 이를 통해 몰탈(M)은 홀(H)의 둘레로 효과적으로 유출된다.

참고로, 사면(S)의 지반 상태에 따라 몰탈(M)의 주입 압을 달리 적용할 수 있다. 즉, 지반이 상대적으로 약한 경우에는 몰탈(M)의 주입 압을 상대적으로 약하게 해서 상기 지반의 붕괴를 방지하거나, 지반이 상대적으로 강한 경우에는 몰탈(M)의 주입 압을 상대적으로 강하게 해서 몰탈(M)과 지반 간의 결속을 더욱 견고히 할 수 있는 것이다. 이외에도, 소일네일링 공법을 적용하는 이유와, 그 용도 및 기타 다양한 목적에 따라 몰탈(M)의 주입 압은 달리 적용될 것이다.

마감단계;

몰탈(M)의 충분한 주입이 확인되면 주입관(130')을 폐구한다. 이후, 이웃하는 다른 보강용 조립체에 대한 몰탈(M) 주입을 지속하거나, 해당 사면(S)에 대한 최종 마감 작업을 진행한다.

10, 100, 100'; 보강용 조립체 11, 110; 네일
12, 120, 120'; 패커 121, 122; 제,2실링재
123; 커버 124; 투입관
125; 링 130, 130'; 주입관
131; 배출구 132; 마개
140; 배기관 150; 스페이서
D; 폐구부재 H; 홀
M; 몰탈 W; 충진재

Claims (5)

1. 중공을 형성하며 네일(110)이 관통하도록 된 패커(120')와, 패커(120')를 관통해 고정되고 상기 중공에 위치되는 배출구(131)를 구비하며 홀(H)과의 연통을 차단하는 마개(132)를 구비한 주입관(130')과, 패커(120')를 관통해 고정되는 배기관(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압식 패커.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 패커(120')는
   서로 이격 배치되는 제1,2실링재(121, 122)와, 제1,2실링재(121, 122)의 둘레에 감겨 고정되는 커버(123)로 구성된 것을 특징으로 하는 가압식 패커.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1,2실링재(121, 122)는 네일(110)이 관통하는 제1홀(a)과, 주입관(130')과 배기관(140)이 각각 관통하는 다수의 제2홀(b)을 형성하되, 제1홀(a), 제2홀(b) 또는 제1,2홀(a, b)의 내면에는 패커(120')로 주입된 몰탈(M)의 누출이 방지되도록 네일(110), 주입관(130') 또는 배기관(140)과 밀착되는 돌부(a1, b1)가 형성된 것을 특징으로 하는 가압식 패커.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1실링재(121), 제2실링재(122) 또는 제1,2실링재(121, 122)는 네일(110)과 주입관(130')과 배기관(140)을 피륙으로 감아 묶어 이루어진 것을 특징으로 하는 가압식 패커.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 마개(132)는
   주입관(130')의 홀(H) 내 개구된 단부를 덮어 폐구하고 가장자리가 주입관(130')의 선단에 걸리도록 돌출된 밑판(132a)과, 주입관(130') 내면에 밀착되도록 밑판(132a)에 돌출형성되고 선단 외면이 경사지게 형성된 삽입체(132b)로 구성된 것을 특징으로 하는 가압식 패커.

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