KR102637263B1 - 방조제용 그라우팅 공법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방조제용 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 결합재와 물이 혼합된 혼합액과, 바인더 졸로 구성된 보조액을 혼합하여 겔 형태의 주입재를 구성한 뒤, 바이브레이션 패커를 이용하여 주입재를 천공홀 내로 공급함과 동시에 진동을 가함으로써 암반 또는 지반에 형성된 미세공극이나 틈새에 주입재의 충전이 원활하게 이루어지게 하는 방조제용 그라우팅 공법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 방조제용 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 결합재와 물이 혼합된 혼합액과, 바인더 졸로 구성된 보조액을 혼합하여 겔 형태의 주입재를 구성한 뒤, 바이브레이션 패커를 이용하여 주입재를 천공홀 내로 공급함과 동시에 진동을 가함으로써 암반 또는 지반에 형성된 미세공극이나 틈새에 주입재의 충전이 원활하게 이루어지게 하는 방조제용 그라우팅 공법에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 바와 같이, 저수지 및 방조제 공사, 항만공사 등을 수행하는 과정에서 미세균열, 부등침하, 공동 등이 확인되면 시멘트 모르타르, 페이스트, 현탁액 등의 주입재(그라우팅재)를 주입하여 틈이나 공동을 메우기 위한 그라우팅 작업이 기본적으로 실시된다.
상기 주입재를 공급하는 방식으로는, 중력을 사용한 방식, 펌프를 이용한 주입하는 방식, 압축과 이완을 반복하여 펄스(pulse)를 갖도록 주입재를 주입하는 방식 등이 있다.
이와 같이 펄스를 가지면서 주입재를 주입하는 종래의 가진식 주입장치는 압축행정을 반복하는 피스톤을 갖는 구조로 되어 있었다. 즉, 피스톤이 전, 후진하는 압축행정으로 인해 주입재가 강한 압력을 갖는 압축상태가 되기도 하고, 상대적으로 약한 압력을 갖는 이완상태가 되기도 하면서 주입되는 것이다.
그런데 상기와 같이 피스톤을 사용한 방식은 주입재의 공급이 균일하지 못할 뿐만 아니라, 특히, 펄스의 주기를 짧게 하는 데에 한계가 있으며, 그 한계치가 기대에 미치지 못하는 경우가 많았던 것이다. 또한, 펄스의 주기를 조절하는 것도 쉽지 않은 문제점이 있었다.
그리하여 개발된 특허 제 10-1179241호의 "회전식 주입재 진동 주입장치"가 공개 되었다.
그 구성은 펄스를 가지면서 주입재가 공급되도록 함에 있어서, 펄스의 주기를 매우 짧게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 펄스의 주기를 조절하는 것도 용이하도록 함으로써, 주입재가 펄스를 가지고 공급되어 주입될 수 있도록 함을 특징으로 한 것이다.
상기 구성의 문제점은 주입재 유입관으로 유입된 주입재가 주입재 유동로를 거치면서 주입재 유출구로 배출될 때, 주입재 유입관에서 가해진 압력을 가지고 배출되기 때문에, 유입시 가해진 압력보다 배출될 때의 압력이 낮아지게 되고, 또한, 자체적으로 토출압을 조절할 수 없어 주입재의 주입압력을 지층의 상태에 따라 미세하게 변화 시켜야 하는 그라우팅의 특성상 지반 및 지층의 변화가 심한 곳에서 지층의 현장여건에 맞추어 주입하기가 곤란하고, 회전식 주입재 진동장치에서 주입재를 주입하는 주입패커까지의 거리가 멀어지면 펄스의 효과가 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 위와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 결합재와 물이 혼합된 혼합액과, 바인더 졸로 구성된 보조액을 혼합하여 겔 형태의 주입재를 구성한 뒤, 바이브레이션 패커를 이용하여 주입재를 천공홀 내로 공급함과 동시에 진동을 가함으로써 암반 또는 지반에 형성된 미세공극이나 틈새에 주입재의 충전이 원활하게 이루어지게 하는 방조제용 그라우팅 공법을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법은 천공 장비를 이용하여 대상 암반 및 지반에 천공홀을 형성하는 천공 공정(S10); 및 상기 천공홀에 바이브레이션 패커를 삽입하여 상기 대상 암반 및 지반에 주입재를 주입하는 그라우팅 공정(S20);을 포함하고, 상기 주입재는, 결합재와 물이 혼합된 혼합액과, 바인더 졸로 구성된 보조액의 혼합으로 이루어지고, 상기 혼합액의 결합재는 CSA시멘트 10 중량% 내지 20 중량%, 고로슬래그 40 중량% 내지 50 중량%, 보통포틀랜드 시멘트 30 중량% 내지 40 중량%, 및 수용성 폴리머계 증점제 0.3 중량% 내지 0.6 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 CSA 시멘트는, 명반석(Alunite)를 사용하여 제조된 것으로 칼슘설포알루미네이트(3CaO·3Al2O3·CaSO4), 칼슘랑베나이트(2CaSO4·K2SO4) 및 칼슘실리케이트(2CaO·SiO2)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 보조액의 바인더 졸은 실리카졸에 포타슘 하이드록사이드 수용액을 첨가하여 제조되고, 상기 실리카졸은 콜로이드 실리카와 증류수를 1.5 : 1 비율로 혼합하여 제조되고, 상기 콜로이드 실리카의 40 중량%인 실리카 고형분이 상기 콜로이드 실리카에 포함되며, 상기 포타슘 하이드록사이드 수용액은 포타슘 하이드록사이드와 증류수가 1:2 비율로 혼합되어 형성되고, 상기 실리카졸의 35 중량% 만큼의 상기 포타슘 하이드록사이드 수용액이 상기 실리카졸에 첨가되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 그라우팅 공정(S20)에서는, 상기 혼합액과 상기 보조액을 부피비 10:1로 혼합하여 유동성이 있는 겔을 형성한 뒤, 지반에 주입할 수 있다.
한편, 상기 그라우팅 공정(S20)에서는, 바이브레이션 패커(200)를 천공홀에 삽입시킨 뒤, 패커 몸체(210)를 팽창시켜 천공홀 내주면을 가압하는 것으로 바이브레이션 패커(200)를 고정할 수 있다.
한편, 상기 그라우팅 공정(S20)에서는, 바이브레이션 패커(200)를 고정시킨 후, 기설정된 압력으로 주입재를 천공홀 내로 주입하게 되며, 주입 이후 설정된 시간이 초과한 이후, 진동 발생기(230)가 동작되게 함으로써 주입재에 진동을 가할 수 있다.
한편, 상기 그라우팅 공정(S20)에서는, 바이브레이션 패커(200)의 최하단에 구비된 진동 발생기(230)의 진동이 진동 조절 감속기(260)에 의해 조절될 수 있다.
한편, 상기 그라우팅 공정(S20)에서는, 바이브레이션 패커(20)와 연결된 그라우팅 장치(1)의 개폐밸브(60)의 구동 주기를 설정하고, 설정된 주기에 따라 개폐밸브(60)가 주입재 배출관(22)을 개폐함에 따라 주입재가 바이브레이션 패커(200)로 공급될 수 있다.
한편, 상기 그라우팅 공정(S20)에서는, 바이브레이션 패커(20)와 연결된 그라우팅 장치(1)의 토출량 회전 조절 볼륨 스위치(33)를 조작하는 것으로 그라우팅 장치(1)로부터 배출되는 주입재의 양을 조절할 수 있다.
한편, 상기 그라우팅 공정(S20)은, 바이브레이션 패커(20)를 단계적으로 상승시킴으로써 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 결합재와 물이 혼합된 혼합액과, 바인더 졸로 구성된 보조액을 혼합하여 겔 형태의 주입재를 구성한 뒤, 바이브레이션 패커를 이용하여 주입재를 천공홀 내로 공급함과 동시에 진동을 가함으로써 암반 또는 지반에 형성된 미세공극이나 틈새에 주입재의 충전이 원활하게 이루어지는 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 주입재가 겔 형태로 구성되기 때문에 1주입 1공정의 방식으로 그라우팅 공사가 가능하기 때문에 다른 공법에 비해 소요되는 비용 및 시간이 감소되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 충격식 주입 그라우팅 장치를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 충격식 주입 그라우팅 장치의 주입재 배출관에 장착된 개폐밸브가 폐쇄된 상태를 확대하여 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 충격식 주입 그라우팅 장치의 주입재 배출관에 장착된 개폐밸브가 개방된 상태를 확대하여 나타내는 단면도.
도 4는 비교예 1과 실시예 3의 주입 성상을 볼 수 있는 사진.
도 5는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법의 순서도.
도 6는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법의 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 탑비트를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 바이브레이션 패커를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 바이브레이션 패커의 사용 상태를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 진동 발생기를 나타내는 도면.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법의 실험을 위해 사용되는 몰드의 실시예의 사진.
도 12는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법의 실험에 의해 획득된 공시체의 사진.
도 2는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 충격식 주입 그라우팅 장치의 주입재 배출관에 장착된 개폐밸브가 폐쇄된 상태를 확대하여 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 충격식 주입 그라우팅 장치의 주입재 배출관에 장착된 개폐밸브가 개방된 상태를 확대하여 나타내는 단면도.
도 4는 비교예 1과 실시예 3의 주입 성상을 볼 수 있는 사진.
도 5는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법의 순서도.
도 6는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법의 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 탑비트를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 바이브레이션 패커를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 바이브레이션 패커의 사용 상태를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 진동 발생기를 나타내는 도면.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법의 실험을 위해 사용되는 몰드의 실시예의 사진.
도 12는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법의 실험에 의해 획득된 공시체의 사진.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
본 발명은 방조제용 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 결합재와 물이 혼합된 혼합액과, 바인더 졸로 구성된 보조액을 혼합하여 겔 형태의 주입재를 구성한 뒤, 바이브레이션 패커를 이용하여 주입재를 천공홀 내로 공급함과 동시에 진동을 가함으로써 암반 또는 지반에 형성된 미세공극이나 틈새에 주입재의 충전이 원활하게 이루어지게 하는 방조제용 그라우팅 공법에 관한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 충격식 주입 그라우팅 장치를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 충격식 주입 그라우팅 장치의 주입재 배출관에 장착된 개폐밸브가 폐쇄된 상태를 확대하여 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법에 사용되는 충격식 주입 그라우팅 장치의 주입재 배출관에 장착된 개폐밸브가 개방된 상태를 확대하여 나타내는 단면도이다.
첨부된 도 1 내지 도 3에 따르면, 본 발명에 따른 충격식 주입 그라우팅 장치는 가압펌프(10)를 이용하여 충격식 주입 그라우팅 장치(1)의 수장실(20)로 주입재(11)을 유입할 수 있는 주입재 유입관(21)을 수장실(20)의 일측에 장착하여 구성된다.
또한, 상기 주입재 유입관(21)으로 유입된 주입재(11)을 배출하기 위한 주입재 배출관(22)을 수장실(20)의 타측에 장착하여 구성한다.
그리고 상기 수장실(20)에 유입된 주입재(11)에 압력이 가해지도록 공간(31)이 형성되게 수장실(20)의 내부에는 ∩자형의 공기압축판(30)을 형성하여 지지할 수 있게 주입재 유입관(21)의 단부와 연결하여 구성한다.
따라서 상기 수장실(20)의 내부에 장착되어 ∩자형으로 형성된 공기압축판(30)의 공간(31)에서 주입재가 가압펌프로부터 압력을 가지고 유입될 때 주입재가 소용돌이치면서 수장실(20) 내부 공기와 혼합되는 것을 방지하고 수장실(20) 바닥에서부터 주입재가 서서히 상승하게 함으로써 공기와 주입재가 직접 혼합되지 않고 공기가 상부에 모이도록 하여 압축공기가 발생하도록 구성한 것으로, 수장실(20) 내부로 유입된 주입재(11)은 공기압축판(30)의 양측을 통해 상부로 수장되면서 수장실(20) 내부의 공기(80)를 상부측에 압축시키게 되는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 주입재 유입관(21)의 일측에 상기 주입재 보관함(12)에 연결된 리턴관(13)이 연결되고, 상기 리턴관(13)의 일측에는 상기 수장실(20) 내부로 주입재(11)이 주입되어 상승할 때, 압축되는 공기(80)의 압력을 측정하여 수장실(20)의 내부 공기압력이 원하는 압력이상 걸리면 주입재(11)이 주입재 보관함(12)로 자동 리턴되게 하도록 토출압조절 및 압력 유지장치(34)가 설치됨으로써 토출압을 조절할 수 있도록 구성한 것이다.
또한, 상기 주입재 배출관(22)의 내부에는 타이머(40)와 토출량 회전 조절 볼륨 스위치(33)에 의해 구동하는 모터(50)의 축(51)에 개폐밸브(60)를 장착하여 구성한다.
이때 상기 개폐밸브(60)는 주입재 배출관(22)에 수직으로 밀착하여 모터(50)의 축(51)에 의해 수평으로 회전할 수 있도록 형성되고, 또 주입재(11)이 배출될 수 있게 서로 대향하여 통공(61)이 천공되어 있다.
즉, 개폐밸브(60)가 모터(50)의 동력을 전달받아 주입재 배출관(22) 내부에서 수평으로 회전할 때, 개폐밸브(60)에 서로 대향하여 천공된 통공(61)이 주입재 배출관(22)의 내면에 밀착하게 되면 주입재 배출관(22)이 폐쇄되고, 주입재 배출관(22)의 통로 측에 위치하게 되면 주입재 배출관(22)은 개방이 되도록 구성한 것이다.
그뿐만 아니라 수장실(20) 내부에 있는 공기(80)를 주입재(11)이 압축시킬 때, 공기(80)의 압력을 측정하기 위한 공기압력게이지(70)를 수장실(20)의 컨트롤 박스(35)에 형성하고, 수장실(20)을 사용한 후에 청소를 할 수 있도록 수장실(20)의 하부에는 배출구(23)가 형성되어 있다.
이때 공기압 및 토출압은 시공 시방서에 따라 조절하지만, 현장여건에 맞게 공기압을 설정하면 된다. 상기 공기압의 범위는 설정되어 있지 않으나 통상 1~10kgf/cm2 이다.
또한, 설치 및 이동의 편의를 위해 수장실(20) 하부에는 바퀴(25) 및 접이식 지지대(24)가 구성된다.
또한, 상기 주입재 배출관(22)은 주입패커(도면에 미도시) 입구측으로 토출하도록 구성한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 작동상태에 대한 실시 예를 도면을 통하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 먼저 주입재 보관함(12)에 제조된 주입재(11)을 보관한 후, 가압펌프(10)로 주입재 보관함(12)에 보관된 주입재(11)을 펌핑한다. 이때 주입재(11)은 수장실(20)의 일측에 장착된 주입재 유입관(21)을 따라 내부에 유입되어 수장하게 된다. 또한, 주입재 유입관(21)에 장착된 유입압력게이지(90)는 가압펌프(10)에서 고압으로 펌핑되는 주입재(11)의 유입압력을 체크한다.
이때 상기 유입압력게이지는 수장실(20)내로 들어오는 주입재(11)의 압력을 측정하기 위한 것이지 특정 유입압을 설정할 필요는 없는 것으로, 유입압이 크면 수장실(20)내로 주입재(11)이 보다 빠르게 채워지게 된다.
상기와 같이 수장실(20)의 내부로 유입된 주입재(11)은 주입재 유입관(21)의 단부에 연결된 ∩자형으로 이루어진 공기압축판(30)의 내부 공간(31)에 유입되면서 하부로 낙하되게 유도함과 동시에 압력이 가해진다.
상기 압력이 가해진 주입재(11)은 공기압축판(30)의 양측으로 상승되어 수장실(20) 내부의 공기(80)를 압축하게 된다, 이때 수장실(20)의 타측에 장착된 주입재 배출관(22)의 내부에 형성된 개폐밸브(60)는 폐쇄되어 있다.
따라서 수장실(20) 내부의 공기(80)는 주입재(11)의 유입으로 수장실(20)의 상부에서 일정한 압력을 받게 된다. 이때 타이머(40)에 임의로 시간을 설정하여 수장실(20) 내부의 공기(80)에 일정압력이 도달하게 되면 주입재 배출관(22)의 내부에서 구동하는 개폐밸브(60)의 주기를 설정해 놓는다. 그러기 때문에 수장실(20) 내부에서 일정압력에 의해 압축된 공기(80)는 개폐밸브(60)가 개방되면 주입재(11)을 배출하며, 또한 토출량 회전 조절 볼륨 스위치(33)의해 서도 개폐밸브(60)를 조절하여 지반의 공동이나 갈리진 틈새로 주입이 되게 되는 것이다.
상기와 같은 작용에 의해 주입재(11)은 수장실(20) 내부 축압력으로 시차를 두고 반복하여 충격식 주입 그라우팅 장치(1)에서 배출되게 되는 것이다.
상기 충격식 주입 그라우팅 장치(1)의 수장실(20)에 주입된 주입재(11)이 주입재 배출관(22)을 통해 배출되는 과정을 도 2 및 도 3에 의하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 수장실(20)에 주입재(11)이 유입되어 수장되면서 공기(80)에 일정한 압력이 가해질 수 있도록 주입재배출관(22)의 내부에 장착된 개폐밸브(60)는 폐쇄된 상태로 개폐밸브(60)와 연결된 모터(50)가 구동하지 않고 정지된 상태이다.
따라서 개폐밸브(60)에 서로 대향하여 천공된 통공(61)이 주입재 배출관(22)의 양측면에 밀착하여 있기 때문에, 주입재(11)은 외측으로 배출이 되지 않고 수장실(20)에 수장되면서 공기(80)를 압축하게 되는 것이다.
그리고 도 3은 수장실(20)에 수장된 공기(80)가 주입재(11)의 유입으로 인한 상승 압력에 의해 압축이 되면서 미리 설정해 놓은 공기압력에 도달하게 되면 설정된 시간에 맞추어 타이머(40)가 작동하여 모터(50)가 구동된다. 또한, 이 모터(50)는 모터(50)의 축(51)과 연결된 개폐밸브(60)는 수평회전하면서 서로 대향하여 천공된 통공(61)을 주입재 배출관(22)의 통로와 일치시켜서 주입재(11)이 주입재 배출관(22)을 따라 주입재 배출관(22)과 연결된 주입패커(미도시)를 통해 지반의 공동이나 틈새로 침투 하게 되는 것이다.
또한, 충격식 주입 그라우팅 장치(1)을 사용한 후, 수장실(20)의 내부를 청소하기 위해 주입된 주입재는 수장실(20)의 하부에 형성된 배출구(23)를 통해 배출시켜 내부를 깨끗하게 청소할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 충격식 주입 그라우팅 장치에 의해 주입되는 주입재는 결합재와 물이 혼합되어 급결을 유도하는 혼합액과 상기 혼합액의 주입을 보조하는 보조액으로 이루어진다.
본 발명에 따른 충격식 주입 그라우팅 장치에 의해 주입되는 주입재는 상기 혼합액과 상기 보조액을 혼합하여 유동성이 있는 겔형태의 물질로 제조한다. 이후 상기 겔형태의 물질이 주입된다.
이에 비하여 기존에는 결합재와 물로 구성된 혼합액만이 사용되거나, 보조액으로서 물유리 희석액이 사용되어 혼합액과 동시에 주입되어 주입 후 겔 형성이 유도된다.
본 발명의 그라우팅 재료 조성물은 기존의 그라우팅 재료 조성물에 비하여 주입 시 해류의 흐름에 의한 그라우팅 재료의 유실을 최소화할 수 있다.
결합재와 물이 혼합된 혼합액에서 상기 결합재는 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate) 시멘트 10중량% 내지 20중량%, 고로슬래그 40중량% 내지 50중량%, 보통포틀랜드 시멘트 30중량% 내지 40중량%, 수용성 폴리머계 증점제 0.3 중량% 내지 0.6 중량%를 포함할 수 있다.
이때 물은 결합재 대비 150 중량부 내지 250 중량부일 수 있다.
결합재 구성물질 중 CSA 시멘트는 국내 매장광물인 명반석(Alunite)를 사용하여 제조된다. 이와 같이 제조된 CSA 시멘트는 칼슘설포알루미네이트(3CaO·3Al2O3·CaSO4), 칼슘랑베나이트(2CaSO4·K2SO4) 및 칼슘실리케이트(2CaO·SiO2)를 포함할 수 있다.
이때 상기 결합재에 포함된 CSA 시멘트는 일반 CSA 시멘트 대비 낮은 온도인 섭씨 1,300도 이하에서 소성이 가능하며, 칼슘랑베나이트 성분이 존재하여 CSA시멘트의 일반적인 용도인 초속경 시멘트류 제조 시 활용이 어려워 단가가 낮은 것을 특징으로 한다.
여기에서 칼슘설포알루미네이트는 급결작용을 하여 결합재가 물과 혼합되었을 때 수중불분리성을 확보한다.
칼슘랑베나이트는 주재료인 고로슬래그의 수화활성화를 촉진시켜 결합재의 강도형성을 원활하게 할 수 있다. 이와 같은 칼슘랑베나이트는 보통 포틀랜드 시멘트 대비 가격이 낮고, 경화 후 내구특성이 우수한 고로슬래그의 사용량을 증가시킬 수 있는 역할을 한다.
칼슘실리케이트는 결합재 수화물의 강도형성에 기여한다.
결합재에 포함된 CSA 시멘트가 10중량% 미만인 경우, 급결성이 저하되어 수중 불분리성 확보가 어려우며, 20중량%를 초과하는 경우, 혼합액의 경화시간이 지나치게 단축되어 주입성 확보가 어려울 수 있다. 이에 따라 CSA 시멘트는 10중량% 내지 20중량% 만큼 사용한다.
보통 포틀랜드 시멘트와 고로슬래그는 결합재의 구성물질로서 사용된다.
보통포틀랜드 시멘트는 30중량% 내지 40중량% 사용하여 그라우팅 재료 조성물이 수화된 후 안정적인 강도특성을 확보하는 것에 기여한다.
고로슬래그는 수화 후 경화체의 장기강도 증진, 수밀성 증대 및 내화학성 증대 등 내구성능을 향상시키는 것에 기여한다. 결합재의 고로슬래그는 시멘트의 대채재료로서 널리 사용되는 3종 고로슬래그 미분말일 수 있다. 이 때 사용량은 40중량% 내지 50중량%로서 CSA 시멘트 함량이 증가하는 경우 고로슬래그 함량을 늘리고 CSA시멘트 함량이 감소하는 경우 고로슬래그의 함량을 줄이는 것이 바람직하다.
수용성 폴리머계 증점제는 결합재가 물과 혼합되어 시멘트 밀크(Cement milk) 형태인 혼합액이 제조되었을 때 혼합액의 점도를 향상시켜 수중불분리성 확보를 돕는 역할을 할 수 있다. 수용성 폴리머계 증점제는 주입환경 조건에 따라 0.3 중량% 내지 0.6 중량%만큼 결합제에 포함될 수 있다.
이 때 결합재는 작업성 확보를 위해 무수구연산 등 지연제를 더 포함할 수 있다. 지연제는 CSA 시멘트 함량의 0.1 중량% 내지 0.3 중량% 만큼 사용될 수 있다.
한편, 보조액으로서 기존 그라우팅 재료에서는 물유리가 사용되는 것이 일반적이나, 본 발명은 보조액으로서 바인더 졸을 사용한다. 이 때 바인더 졸은 수분산된 실리카졸에 포타슘하이드록사이드가 용해되어 수용액상인 형태이다. 이와 같은 바인더 졸은 이산화규소(SiO2)가 미세 입자형태로 물에 녹아 있는 실리카졸에 포타슘 하이드록사이드(KOH) 수용액을 첨가하여 제조된다.
상기 실리카졸은 콜로이드 실리카와 증류수를 1.5 : 1 중량비로 혼합하여 제조한다. 이 때 콜로이드 실리카의 40중량%인 실리카 고형분이 콜로이드 실리카에 포함될 수 있다.
포타슘 하이드록사이드(KOH) 수용액은 포타슘 하이드록사이드와 증류수가 1:2 중량비로 혼합되어 형성될 수 있다. 또한, 실리카졸의 35중량% 만큼의 포타슘 하이드록사이드 수용액이 실리카졸에 첨가되어 보조액의 바인더 졸이 제조될 수 있다.
제조된 바인더 졸을 보조액으로 사용하는 경우, 혼합액과 상기 보조액이 혼합되었을 때 물유리를 사용하는 경우 보다 적은 양으로 겔형성이 가능하며, 겔 형성 이후 주입이 가능한 유동성을 가질 수 있다.
혼합액과 보조액의 혼합비율은 10 : 1 수준이 바람직하며, 보조액의 혼합비율이 높아지면 겔 형성 후 유동성이 낮아져 주입성능이 저하되며 보조액의 혼합비율이 낮아지는 경우 겔의 강도가 낮아져 수중불분리성 확보가 어렵다.
비교예의 경우 주입시 물의 흐름에 따라 재료가 유출되지만, 실시예 3의 경우 물의 흐름에 따라 재료의 유출 없이 주입성능이 향상된 것을 확인할 수 있다.
[실시예]
본 발명에 의한 방조제용 그라우팅 재료 조성물의 실시예는 다음과 같다.
비교예 1은 차수그라우팅에 대표적으로 사용되는 재료를 사용하였다. 본 발명의 혼합액과 비교가능한 A액은 시멘트 밀크로 보통포틀랜드 시멘트를 사용하여 가장 흔히 사용되는 배합인 물비 168%를 적용하였다. 본 발명의 보조액과 비교가능한 B액은 물유리 희석액으로 3종 물유리를 물과 1:1 비율로 혼합하여 제조하였다. A액과 B액의 제조 이후 A액과 B액을 1:1 로 동시 주입하여 혼합된 후 겔을 형성하였다.
실시예 1~3은 본 발명에 제시된 방조제용 그라우팅 재료 조성물을 사용하였다. 혼합액은 CSA 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트 및 고로슬래그를 주 결합재로 제조한 후 물비 200%를 적용하였다. 보조액은 바인더 졸을 적용하였다. 혼합액과 보조액을 10:1 중량비로 혼합하여 겔을 형성시킨 후 주입하였다.
표 1은 비교예 1과 실시예 1~3의 배합표이다. 실시예 1~3의 경우 결합재 주요 배합 외 증점제와 지연제는 각각 결합재의 0.5중량% 및 0.2중량%를 추가 혼합하였다.
표 2는 배합에 따른 실험결과로 각 배합은 표1의 배합표 비율에 따라 계량한 후 혼합액과 보조액을 교반하여 겔 형태의 물질을 형성하는 시간(겔 타임)을 측정하였다.
겔 형태의 물질의 유동성 측정은 지름 100mm 원기둥 플로우 몰드에 겔 형태 물질을 타설한 후 일정 간격 타격을 통해 겔 형태 물질의 퍼진 정도를 측정하였다.
또한 겔 형태 물질을 지름 50mm, 높이 100mm의 원기둥형 몰드에 타설한 후 1일이 지난 시점에 탈형한 후 수중 침지시켜 양생기간 별 일축압축강도를 측정하였다.
한편, 해수에 의한 강도 형성 성상을 확인하기 위해 탈형 후 인공으로 조성된 3배 농도 해수에 침지하여 28일 강도를 별도로 확인하였다.
| 구분 | A액 | B액 | |||||
| 보통포틀랜드 시멘트 |
물 | 물유리 | 물 | ||||
| 비교예1 | 250 kg | 420 L | 250 L | 250 L | |||
| 0.5 m3 | 0.5 m3 | ||||||
| 보통포틀랜드 시멘트 |
고로슬래그 | CSA 시멘트 | 물 | 바인더 졸 | |||
| 실시예1 | 161 kg | 129 kg | 32 kg | 587 L | 90 L | ||
| 실시예2 | 129 kg | 145 kg | 48 kg | ||||
| 실시예3 | 96 kg | 161 kg | 64 kg | ||||
| 0.91 m3 | 0.091 m3 | ||||||
| 겔타임 (초) |
겔 형성 후 플로우 (mm) | 압축강도 (MPa) | ||||
| 1일 | 3일 | 28일 | 해수 침지 28일 | |||
| 비교예1 | 75 | 103 | 0.2 | 0.5 | 1.6 | 0.6 |
| 실시예1 | 10 | 145 | 1.2 | 2.2 | 3.1 | 2.7 |
| 실시예2 | 10 | 142 | 1.4 | 2.2 | 3.4 | 3.0 |
| 실시예3 | 8 | 133 | 1.5 | 2.4 | 3.4 | 3.1 |
실험결과, 실시예 1~3은 비교예 1에 비해 겔 형성 후 흐름성이 있으며, 해수 침지 환경을 포함한 모든 재령에서 강도의 발현 성상이 뛰어난 것으로 나타나 방조제용 그라우팅 재료로 사용 시 유효한 효과가 발현될 수 있음을 확인하였다.
CSA 시멘트 및 고로슬래그의 함량이 높은 실시예 3의 경우 실시예 1 및 2에 비해 흐름성은 저하되지만 강도발현이 우수하여 보강하고자 하는 현장의 여건 및 목적에 따라 배합을 조정할 수 있다.
도 4는 비교예 1과 실시예 3의 주입 성상을 볼 수 있는 사진이다.
첨부된 도 4에 따르면, 물이 유출될 수 있는 6개의 구멍이 포함된 사각 기둥 틀에 물을 가득 채운 후 지속적으로 물을 주입하여 물의 흐름을 생성시킨 후 비교예 1 과 실시예 3 을 주입한 결과, 비교예 1의 경우 겔 형성 전 물의 흐름에 따라 주입재가 유출되는 것을 확인할 수 있다. 실시예 3의 경우 물의 흐름에 따라 유출없이 충전되어 주입 시작 후 1분이 경과하는 시점에 충전이 완료되었다.
비교예 1의 경우 같은 주입 시간 동안 절반 수준만 충전되어 실시예 3이 비교예 1보다 유수에서 주입 성상이 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 충격식 주입 그라우팅 장치를 이용한 지반 공사 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6는 본 발명에 따른 충격식 주입 그라우팅 장치를 이용한 지반 공사 방법의 개략도이며, 도 7은 본 발명에 따른 충격식 주입 그라우팅 장치를 이용한 지반 공사 방법에 사용되는 탑비트를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 충격식 주입 그라우팅 장치를 이용한 지반 공사 방법에 사용되는 바이브레이션 패커를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 충격식 주입 그라우팅 장치를 이용한 지반 공사 방법에 사용되는 바이브레이션 패커의 사용 상태를 나타내는 도면이며, 도 10은 본 발명에 따른 충격식 주입 그라우팅 장치를 이용한 지반 공사 방법에 사용되는 진동 발생기를 나타내는 도면이다.
첨부된 도 5 내지 도 10에 따르면, 본 발명에 따른 방조제용 그라우팅 공법은 암반 및 지반에 천공홀을 형성하는 천공 공정(S10)을 수행한 후 천공홀에 바이브레이션 패커(200)를 삽입하여 암반 및 지반에 발생된 미세틈새에 주입재를 주입하는 그라우팅 공정(S20)을 포함한다.
천공 공정(S10)은 크랙, 침하 등이 발생된 암반 및 지반(G)에 주입재를 주입하기 위해 시공될 수 있다. 천공 공정(S10)은 바이브레이션 패커(200)를 삽입하기 위한 천공홀을 형성하는 공정이며, 형성된 천공홀에 바이브레이션 패커(200)를 삽입하여 암반 및 지반(G)에 발생된 크랙(C)에 주입재를 주입하기 위한 전초 공정이다. 천공 공정(S10)을 수행하기 위해서는 천공 장비(100)는 필수적인 요소이다.
천공 장비(100)는 암반 또는 지반(G)을 천공하기 위한 장비이며, 천공 장비(100)의 로드(110)를 이용하여 천공작업을 수행할 수 있다. 천공 장비(100)의 로드(110)의 단부에는 탑비트(120)가 구비될 수 있으며, 탑비트(120)에 의해 보다 더 빠르게 천공 작업을 수행할 수 있다.
탑비트(120)는 로드(110)의 단부에 구비될 수 있으며, 천공 장비(100)에서 공급되는 전력에 의해 동작하는 로드(110)로부터 동력을 전달받아 암반 및 지반(G)에 천공을 형성할 수 있다. 탑비트(120)는 몸체(121) 및 비트(122)를 포함할 수 있다.
몸체(121)는 기설정된 수만큼 다단으로 형성될 수 있으며, 다단은 지름이 점점 작아지도록 형성될 수 있다. 또한, 몸체(121)는 사용자의 선택에 따라 몸체(121)의 지름을 다양하게 형성할 수 있다.
여기서, 몸체(121)는 도 3에 도시된 바와 같이, 다단을 3렬로 형성하고 있으나 다단을 3렬로 한정하지 않고, 사용자의 선택에 따라 다수의 단으로 형성할 수 있다.
비트(122)는 몸체(121)에 형성된 다단의 면에 장착될 수 있으며, 각 단마다 적어도 1개 이상 구비될 수 있다. 여기서, 비트(122)는 많을수록 천공 작업을 빠르게 수행할 수 있으나, 비트(122)가 많을수록 몸체(121)에 가해지는 부하가 커져 탑비트(120)가 파손될 가능성이 높기 때문에 적절한 수의 비트(122)를 장착하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 비트(122)는 공업용 다이아몬드가 사용될 수 있으며, 비트(122)가 파손되거나 마모되는 경우 교체하여 사용할 수 있다.
여기서, 비트(122)는 공업용 다이아몬드가 사용될 수 있다고 기재하였으나, 공업용 다이아몬드로 한정하지 않고, 천공 작업이 가능한 대체품으로 대체할 수 있다.
종래의 일반비트가 1렬로 형성되며, 소수의 비트로 형성되어 있는 것에 비해 본 발명의 탑비트(120)는 몸체(121)가 하부에서 상부로 갈수록 지름이 점점 작아지도록 다단으로 형성되면서 각 단마다 다수의 비트(122)가 형성되는 것에 의해 드릴과 같은 기능을 포함하여 종래의 일반비트 대비 현저히 빠른 속도로 천공 작업을 수행할 수 있다. 이에 따라, 공사 기간을 현저하게 단축시킬 수 있으며, 공사 기간이 단축되는 것에 의해 공사 비용도 감소시킬 수 있다.
즉, 본 발명에서는 상기와 같은 천공 장비(100)를 이용하여 원하는 깊이로 지반을 천공함으로써 천공 공정(S10)을 수행할 수 있다.
이때, 천공 장비(100)의 탑비트(120)는 지반의 상태, 천공하고자 하는 깊이 등 다양한 요인에 따라 작업자가 비트(122)의 개수를 설정하여 적절한 개수를 탈착함으로써 천공 작업을 효율적으로 수행할 수 있다.
그라우팅 공정(S20)은 천공 공정(S10) 이후에 이후 수행될 수 있다. 그라우팅 공정(S20)은 천공홀에 바이브레이션 패커(200)를 삽입한 후 바이브레이션 패커(200)를 통해 암반 및 지반에 주입재를 주입하는 공정이다.
바이브레이션 패커(200)를 통해 암반 및 지반에 주입되는 주입재는 그라우팅 시공 시 사용되는 재료로서, 본 발명에서는 앞서 설명하고 있는 겔 형태의 주입재로 이루어져, 사용된다.
그라우팅 공정(S20)에 사용되는 바이브레이션 패커(200)는 천공홀에 삽입될 수 있으며, 주입재를 암반 및 지반에 발생된 미세틈세 및 공극에 주입할 수 있다. 또한, 바이브레이션 패커(200)는 패커 몸체(210)가 팽창하는 것에 의해 천공홀에 고정될 수 있으며, 패커 몸체(210) 하부에 구비된 진동 발생기(230)에 의해 진동의 감쇠 없이 주입재에 직접적으로 진동을 가할 수 있다. 이에 따라, 진동 발생기(230)에 진동 조절 감속기(260)를 구비하여 지층의 특성에 맞게 진동의 강약을 조절할 수 있어 주입재의 주입 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 바이브레이션 패커(200)는 도 4 내지 5를 참조하면, 패커 몸체(210), 그라우트 토출관(220), 진동 발생기(230), 진동대(240), 진동대 고정수단(250) 및 진동 조절 감속기(260)를 포함할 수 있다.
패커 몸체(210)는 천공홀에 삽입될 수 있으며, 팽창관으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 주입재 주입 작업 수행 시 팽창관이 팽창하여 천공홀에 고정될 수 있으며, 이와 동시에 주입되는 주입재가 역류하는 것을 방지할 수 있다.
그라우트 토출관(220)은 패커 몸체(210)의 내부 중심에 형성될 수 있으며, 지상으로부터 주입되는 주입재를 하단부로 배출하여 암반 및 지반으로 주입할 수 있다.
진동 발생기(230)는 그라우트 토출관(220)의 하부에 위치하고, 그라우트 토출관(220)의 하단과 기설정된 간격만큼 이격된 위치에 구비될 수 있으며, 그라우트 토출관(220)으로부터 토출되는 주입재에 진동을 직접 가할 수 있다. 또한, 진동 발생기(230)는 진동 조절 감속기(260)에 의해 진동의 강약을 조절할 수 있으며, 이에 따라, 지층의 특성에 맞게 진동을 조절하거나 주입재의 주입 효율이 극대화될 수 있는 세기로 조절하여 주입재의 주입 효율 및 공사 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 진동 발생기(230)는 하우징(231), 진동 모터(232), 전력공급라인(233) 및 모터 고정수단(234)을 포함할 수 있다.
하우징(231)은 그라우트 토출관(220)의 내부에 구비된 진동대(240)를 통해 지상과 연결될 수 있으며, 패커 몸체(210)의 하부에 기설정된 간격만큼 이격된 위치에 구비될 수 있다. 또한, 하우징(231)은 내부에 내장 공간이 형성될 수 있으며, 내부에 진동 모터(232)가 구비될 수 있다.
진동 모터(232)는 하우징(231)의 내부에 구비될 수 있으며, 진동대(240)의 내부에 구비된 전력공급라인(243)을 통해 전력을 공급받아 동작할 수 있다. 진동 모터(232)가 작동하는 것에 의해 진동이 하우징(231)에 전달되고, 하우징(231)에 전달된 진동이 주입재에 직접적으로 가해져 주입재가 미세틈새로의 주입 효율을 극대화 할 수 있다.
전력공급라인(233)은 진동대(240)의 내부에 구비될 수 있으며, 일단이 진동 모터(232)와 연결되고, 타단이 지상에 구비된 진동 조절 감속기(260)에 연결되어 진동 모터(232)에 전력을 공급할 수 있다.
모터 고정수단(234)은 하우징(231)의 내측과 진동 모터(232)의 측부 사이에 구비될 수 있으며, 진동 모터(232)를 하우징(231)의 내부에 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 그라우트로부터 진동 모터(232)를 보호하는 것과 동시에 진동 모터(232) 작동 시 발생되는 진동이 손실 없이 하우징(231)에 전달될 수 있다.
진동대(240)는 그라우트 토출관(220)의 내부에 구비될 수 있으며, 일단이 지상에 구비된 진동 조절 감속기(260)에 연결되고, 타단이 진동 발생기(230)의 하우징(231)에 연결될 수 있다. 내부에 전력공급라인(233)이 구비되는 공간이 형성될 수 있으며, 내부에 구비된 전력공급라인(233)을 주입재로부터 보호할 수 있다. 진동대(240)는 그라우팅 공정 진행시 그라우트 토출관(220) 내측에 삽입될 수 있다. 이때, 진동대(240) 하단이 그라우트 토출관(220) 하단 하부에 위치되도록 삽입될 수 있다. 진동대(240)는 그라우트 토출관(220)의 내부면과 이격되도록 삽입되어 고정될 수 있다.
진동대 고정수단(250)은 그라우트 토출관(220) 내부에 구비될 수 있으며, 그라우트 토출관(220)의 내측과 진동대(240) 사이에 구비될 수 있다. 이에 의해, 진동대(240)가 주입재에 의해 휘청거리는 것을 방지할 수 있으며, 진동대(240)의 위치를 고정하는 것과 동시에 진동대(240)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 다른 실시 예에서 진동대 고정수단(250)이 없는 형태로 실시될 수 있다. 이 경우, 진동대(240)의 진동에 의해, 그라우트 토출관(220) 내부의 주입재가 진동에 의해 고착되지 않고 하부로 원할하게 이동될 수 있다. 따라서, 주입재 공급 속도가 향상될 수 있다. 아울러, 그라우트 토출관(220) 하부로 배출된 주입재가 진동발생기(230)의 진동에 의해 고착되지 않고 용이하게 측부로 번질 수 있다.
진동 조절 감속기(260)는 지상이 구비되어 진동대(240)의 내부에 구비된 전력공급라인(233)을 통해 연결된 진동 발생기(230)에 전력을 공급할 수 있으며, 진동 발생기(230)의 진동을 조절할 수 있다. 이에 따라, 진동 발생기(230)의 진동을 지층의 특성에 맞게 조절하거나 주입재의 주입 효율이 극대화될 수 있는 세기로 조절하여 주입재의 주입 효율 및 공사 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에서는 상기와 같은 바이브레이션 패커(200)를 이용하여 그라우팅 공정(S20)을 수행할 수 있다.
더욱 상세하게 설명하면, 그라우팅 공정(S20)은 바이브레이션 패커(200)를 설치한 뒤, 주입·진동 공정 및 패커 이송 공정을 반복적으로 수행함으로써 그라우팅 작업을 완료할 수 있다.
상술하면, 그라우팅 공정(S20)에서는 먼저 바이브레이션 패커(200)를 설치하게 되는데, 바이브레이션 패커(200)를 천공홀에 삽입시킨 뒤, 패커 몸체(210)를 팽창시켜 천공홀 내주면을 가압하는 것으로 바이브레이션 패커(200)를 고정할 수 있다.
이때, 진동 발생기(230)는 천공홀의 최하부에 배치된 상태가 되는데, 진동 발생기(230)의 끝단이 천공홀의 바닥으로부터 부유된 상태로 배치되게 하여 이후 주입된 주입재가 바닥면으로 쉽게 주입되는 한편, 진동 발생기(230)로부터 가해지는 진동이 그라우팅재로 적절하게 전달될 수 있게 한다.
한편, 바이브레이션 패커(200)의 설치 이후, 충격식 주입 그라우팅 장치(1)의 주입재 배출관(22)과 바이브레이션 패커(200)를 연결하여 그라우팅 장치(1)로부터 주입재를 전달받을 수 있다.
이후, 그라우팅 공정(S20)에서는 기설정된 압력으로 주입재를 천공홀 내로 주입하게 되며, 주입 이후 설정된 시간이 초과한 이후, 진동 발생기(230)가 동작되게 함으로써 주입재에 진동을 가하며, 이에 따라 주입재가 암반 및 지반 내로 주입되게 한다.
상술하면, 작업자가 그라우팅 장치(1)의 개폐밸브(60)의 구동 주기를 설정하고, 설정된 주기에 따라 개폐밸브(60)가 주입재 배출관(22)을 개폐함에 따라 주입재가 바이브레이션 패커(200)로 공급될 수 있으며, 이때, 토출량 회전 조절 볼륨 스위치(33)를 조작하는 것으로 그라우팅 장치(1)로부터 배출되는 주입재의 양이 조절될 수 있다.
한편, 상기와 같이 주입재가 공급된 이후에는 진동 발생기(230)를 통해 적절한 진동을 주입재에 가함으로써 주입재를 암반 및 지반에 형성된 미세공극이나 틈새로 주입할 수 있다.
이때, 진동 발생기(230)의 진동은 지반의 특성이나 주입재의 공급 압력 등에 의해 조절될 수도 있다.
한편, 상기와 같은 과정에 의해 주입재의 주입 및 진동 부여가 시작된 이후, 주입재가 충분이 그라우팅될 정도의 시간이 소요된 이후에는 바이브레이션 패커(200)를 상방으로 이동시키며, 이송된 위치에서 다시 주입재의 주입 및 진동 부여하는 과정이 반복적으로 이루어지면서 단계적으로 암반 및 지반의 그라우팅할 수 있다.
이때, 바이브레이션 패커(200)의 상승 정도는 현장의 환경에 따라 결정될 수 있으며, 이는 작업자가 적절하게 설정할 수 있다. 특히, 높이에 따라 암반 및 지반의 상태가 달라지는 경우, 암반 및 지반의 상태에 따라 그라우팅 장치(1)의 구동 주기 및 주입재의 토출량을 변경하거나 진동 발생기(230)의 세기를 변경하는 것으로 주입재의 주입효율을 향상할 수 있다.
한편, 하기에서는 진동 부여의 유무에 따라 공시체의 강도 시험 결과에 대해 설명하기로 한다.
실험조건.
모사시험을 수행하기 위해 내부공간이 가로, 세로 및 높이가 각각 70cm, 70cm 및 120cm(체적 : 558L)인 몰드를 제적하였고, 이의 전면부는 도 11a와 같이, 투영한 아크릴로 제작하여 육안으로 공정의 진행과정을 관찰할 수 있게 하였다.
이때, 마주보는 한 쌍의 측면 패널에는 지름이 5mm인 홀을 20개(4개씩 5열)을 형성하여 내부에 수용된 물이 외부로 배출될 수 있게 하였으며, 몰드의 상단에 설치된 물 주입 밸브에는 유량계를 설치하여 몰드로 주입되는 물의 양을 모니터링할 수 있게 하였다.
한편, 상기와 같이 설정된 몰드에는 도 11b와 같이, 40mm 이하 크기이되, 실적율이 67%이고, 비중이 2.58인 쇄석을 골재로서 채워 넣었으며, 골재의 채움시, 주입재를 공급하되 바이브레이션 패커를 설치할 수 있도록 케이싱을 몰드의 가운데에 설치하였다.
골재의 채움이 완료된 이후에 몰드 내에 물을 채워 넣었으며, 몰드에 수용된 물은 타공된 홀을 통해 지속적으로 누출될 수 있게 유지하였고, 물을 공급하는 동안 케이싱에 바이브레이션 패커를 설치하였다.
상기와 같은 설치 과정이 완료된 이후, 주입재를 바이브레이션 패커를 통해 주입하였으며, 이때, 비교예에서는 바이브레이션 패커가 단순히 주입재를 골재의 내부로 주입하는 역할만 할 뿐 주입재에 진동을 가하지 않았으며, 실시예의 경우, 본 발명의 충격식 주입 그라우팅 장치를 이용한 지반 공사 방법에 따라 주입재에 진동을 가하는 과정을 수행하였다.
이후, 비교예와 실시예의 공시체는 케이싱 내부에 채워진 것을 획득하는 것으로 제작되었다.
상기와 같이 과정에 의해 취득한 공시체의 외관은 도 12에 도시된 바와 같이, 주입재가 겔 형태로 형성되기 때문에 본 발명에서는 진동을 부여하는 경우, 진동을 부여하지 않은 경우보다 상대적으로 공시체의 외부에 공극이 발생하지 않는 것을 알 수 있는 바, 진동을 부여하는 것이 주입재의 확산에 큰 영향을 주는 것을 알 수 있다.
한편, 획득한 공시체는 20℃ 습윤양생을 통해 1일, 7일 및 28일 재령에서 각각 강도를 확인하였으며, 아울러, 공시체를 4주간 인공해수에 침지하여 강도감소율을 확인하였고, 이는 하기 표 3과 같다.
| 구분 | 압축강도(㎫) - 상온 수중양생 | 압축강도(㎫) - 해수침지 | |||
| 1일 | 7일 | 28일 | 28일 | 강도감소율 (%) | |
| 진동없음 | 0.8 | 4.0 | 4.3 | 4.0 | 7.0 |
| 진동부여 | 1.0 | 4.3 | 4.6 | 4.4 | 4.3 |
| 강도증가율 (%) | 25.0 | 7.5 | 7.0 | - | |
상기 표 3에 따르면, 진동을 부여한 공시체가 진동을 부여하지 않은 공시체보다 강도가 더 높은 것을 알 수 있으며, 인공해수에 침지하였을 때, 강도감소율 또한 더 낮은 것을 알 수 있다.
상기한 결과에 따르면, 본 발명에 따른 주입재가 그라우팅된 지반은 주입재가 미세공극 및 틈새까지 확산되어 방조제 하부 지반을 안정적으로 보강할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 알 수 있다.
1 : 충격식 주입 그라우팅 장치
10 : 가압펌프 11 : 주입재
12 : 주입재 보관함 13 : 리턴관
20 : 수장실
21 : 주입재 유입관 22 : 주입재 배출관
23 : 배출구 24 : 지지대
25 : 바퀴 30 : 공기 압축판
31 : 공간 32 : on/off 스위치
33 : 토출량 회전조절 볼륨 스위치
34 : 토출압조절 및 압력 유지장치
35 : 컨트롤 박스 40 : 타이머
50 : 모터 51 : 축
60 : 개폐밸브 61 : 통공
70 : 공기압력게이지 80 : 공기
90 : 유입압력게이지 95 : 토출압력게이지
100 : 천공 장비
110 : 로드
120 : 탑비트 121 : 몸체
122 : 비트
200 : 바이브레이션 패커
210 : 패커 몸체 220 : 그라우트 토출관
230 : 진동 발생기 231 : 하우징
232 : 진동 모터 233 : 전력공급라인
234 : 모터 고정수단
240 : 진동대 250 : 진동대 고정수단
260 : 진동 조절 감속기
G : 지반 C : 크랙(틈새)
10 : 가압펌프 11 : 주입재
12 : 주입재 보관함 13 : 리턴관
20 : 수장실
21 : 주입재 유입관 22 : 주입재 배출관
23 : 배출구 24 : 지지대
25 : 바퀴 30 : 공기 압축판
31 : 공간 32 : on/off 스위치
33 : 토출량 회전조절 볼륨 스위치
34 : 토출압조절 및 압력 유지장치
35 : 컨트롤 박스 40 : 타이머
50 : 모터 51 : 축
60 : 개폐밸브 61 : 통공
70 : 공기압력게이지 80 : 공기
90 : 유입압력게이지 95 : 토출압력게이지
100 : 천공 장비
110 : 로드
120 : 탑비트 121 : 몸체
122 : 비트
200 : 바이브레이션 패커
210 : 패커 몸체 220 : 그라우트 토출관
230 : 진동 발생기 231 : 하우징
232 : 진동 모터 233 : 전력공급라인
234 : 모터 고정수단
240 : 진동대 250 : 진동대 고정수단
260 : 진동 조절 감속기
G : 지반 C : 크랙(틈새)
Claims (10)
- 천공 장비를 이용하여 대상 암반 및 지반에 천공홀을 형성하는 천공 공정(S10); 및 상기 천공홀에 바이브레이션 패커를 삽입하여 상기 대상 암반 및 지반에 주입재를 주입하는 그라우팅 공정(S20);을 포함하고,
상기 주입재는,
결합재와 물이 혼합된 혼합액과, 바인더 졸로 구성된 보조액의 혼합으로 이루어지고,
상기 혼합액의 결합재는,
CSA시멘트 10 중량% 내지 20 중량%, 고로슬래그 40 중량% 내지 50 중량%, 보통포틀랜드 시멘트 30 중량% 내지 40 중량%, 및 수용성 폴리머계 증점제 0.3 중량% 내지 0.6 중량%를 포함하며,
상기 보조액의 바인더 졸은 실리카졸에 포타슘 하이드록사이드 수용액을 첨가하여 제조되고,
상기 실리카졸은 콜로이드 실리카와 증류수를 1.5 : 1 중량부로 혼합하여 제조되며,
상기 콜로이드 실리카의 40 중량%인 실리카 고형분이 상기 콜로이드 실리카에 포함되고,
상기 포타슘 하이드록사이드 수용액은 포타슘 하이드록사이드와 증류수가 1:2 중량부로 혼합되어 형성되며,
상기 실리카졸의 35 중량% 만큼의 상기 포타슘 하이드록사이드 수용액이 상기 실리카졸에 첨가되고,
상기 그라우팅 공정(S20)에서는,
상기 혼합액과 상기 보조액을 부피비 10:1로 혼합하여 유동성이 있는 겔을 형성한 뒤, 지반에 주입하는 것을 특징으로 하는 방조제용 그라우팅 공법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 CSA 시멘트는,
명반석(Alunite)를 사용하여 제조된 것으로 칼슘설포알루미네이트(3CaO·3Al2O3·CaSO4), 칼슘랑베나이트(2CaSO4·K2SO4) 및 칼슘실리케이트(2CaO·SiO2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방조제용 그라우팅 공법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 그라우팅 공정(S20)에서는,
바이브레이션 패커(200)를 천공홀에 삽입시킨 뒤, 패커 몸체(210)를 팽창시켜 천공홀 내주면을 가압하는 것으로 바이브레이션 패커(200)를 고정하는 것을 특징으로 하는 방조제용 그라우팅 공법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 그라우팅 공정(S20)에서는,
바이브레이션 패커(200)를 고정시킨 후, 기설정된 압력으로 주입재를 천공홀 내로 주입하게 되며, 주입 이후 설정된 시간이 초과한 이후, 진동 발생기(230)가 동작되게 함으로써 주입재에 진동을 가하는 것을 특징으로 하는 방조제용 그라우팅 공법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 그라우팅 공정(S20)에서는,
바이브레이션 패커(200)의 최하단에 구비된 진동 발생기(230)의 진동이 진동 조절 감속기(260)에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방조제용 그라우팅 공법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 그라우팅 공정(S20)에서는,
바이브레이션 패커(20)와 연결된 그라우팅 장치(1)의 개폐밸브(60)의 구동 주기를 설정하고, 설정된 주기에 따라 개폐밸브(60)가 주입재 배출관(22)을 개폐함에 따라 주입재가 바이브레이션 패커(200)로 공급되게 하는 것을 특징으로 하는 방조제용 그라우팅 공법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 그라우팅 공정(S20)에서는,
바이브레이션 패커(20)와 연결된 그라우팅 장치(1)의 토출량 회전 조절 볼륨 스위치(33)를 조작하는 것으로 그라우팅 장치(1)로부터 배출되는 주입재의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 방조제용 그라우팅 공법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 그라우팅 공정(S20)은,
바이브레이션 패커(20)를 단계적으로 상승시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방조제용 그라우팅 공법.
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-
2023
- 2023-07-24 KR KR1020230096339A patent/KR102637263B1/ko active IP Right Grant
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