KR101777774B1

KR101777774B1 - 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법

Info

Publication number: KR101777774B1
Application number: KR1020160065121A
Authority: KR
Inventors: 김인철
Original assignee: (주)대안소일텍
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2017-09-12
Anticipated expiration: 2036-05-26
Also published as: CN108026709B; WO2017204400A1; CN108026709A

Abstract

본 발명은 정착장 구간에서의 시멘트 그라우트재의 교반 효과를 증진시키고, 양질의 확대 시멘트 구근을 형성하여 앵커체의 긴장 체결 성능을 높이며, 확대 굴착 및 교반의 시공 시간을 단축할 수 있는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법을 제공한다. 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, (a) 지반에 정착장 구간의 선단까지 아웃케이싱을 인입시켜 천공 작업을 실시하는 아웃케이싱 정착장 천공 단계와; (b) 아웃케이싱의 내부로 1차 시멘트 그라우트재를 정착장 구간에 주입하는 1차 시멘트 그라우트재 주입 단계와; (c) 아웃케이싱을 자유장 구간의 선단까지만 인발하여, 정착장 구간에서 아웃케이싱 제거하는 아웃케이싱 인발 단계와; (d) 인너롯드에 연결된 확대굴착 교반장치를 아웃케이싱의 내부로 삽입한 후, 확대굴착 교반장치에서 2차 시멘트 그라우트재를 분사시키면서 정착장 구간에서 확대굴착 교반장치를 회전과 왕복운동시켜 확대 굴착하여 확대 시멘트 구근을 형성하고, 동시에 교반시 발생된 배압으로 아웃케이싱의 내부로 슬라임을 충진시키는 확대 시멘트 구근 형성 단계와; (e) 확대굴착 교반장치를 아웃케이싱으로부터 인발시켜 제거하면서 동시에, 아웃케이싱으로부터 빠져나간 소량의 슬라임 량만큼 시멘트 그라우트재를 보충하는 확대굴착 교반장치 인발 및 시멘트 그라우트재 보충 단계와; (f) 선단부에 토목섬유(팩) 또는 주름관이 설치된 앵커 조립체를 확대 교반된 정착장 구간에 삽입하여 위치시키는 단계와; (g) 아웃케이싱을 지반에서 추출하여 외부로 제거해내는 아웃케이싱 제거 단계; 및 (h) 앵커 조립체의 팩 또는 주름관 내부로 3차 시멘트 그라우트재를 주입하여 앵커구근을 형성시키는 내부 앵커구근 형성 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.

Description

확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법{Ground anchor construction method for anchoring area extended improvement using extended excavation agitator}

본 발명은 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법에 관한 것으로, 특히 정착장 구간에서의 시멘트 그라우트재의 교반 효과를 증진시키고, 양질의 확대 시멘트 구근을 형성하여 앵커체의 긴장 체결 성능을 높이며, 확대 굴착 및 교반의 시공 시간을 단축할 수 있는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법에 관한 것이다.

일반적으로 지반(특히 N값이 15이하인 연약한 지반)에 그라운드 앵커를 정착해야 하는 경우, 천공 및 주입 과정에서 발생하는 여러 가지 요인들로 인해 목표로 하는 정착력(앵커의 지지력)을 일정하게 확보하기가 어렵고 지반의 특성상 지반의 전단응력에 한계가 있어서 앵커 1공당 정착할 수 있는 정착력에도 제한이 따른다.

따라서 설치해야 하는 앵커의 수량도 증가하게 되고 이에 따른 공사비 및 공사기간 증가는 물론 앵커 상호간의 정착력 중첩 현상, 천공(수세식) 과정에서 기 시공된 앵커공에 미치는 영향에 따른 시공품질의 저하(앵커공의 수평간격 조밀), 천공 작업 시 천공수 및 굴착슬라임의 배토 과정에 따른 배면 지반 침하현상 발생 등 다양한 문제들을 일으키고 있는 것이 현재의 실정이다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 공개특허 공개번호 제10-2009-0094734호(토사면 안정화 공법)이 제안되어 있다. 이는 수압에 의해 암이 펼쳐지면서 회전하는 천공장치에 확장홀을 천공하고 난 후, 바닥에서부터 정착장 천공홀 상부까지 천공장치를 회전시키면서 서서히 끌어올려 정착장 확공홀 내부에 시멘트 그라우트재를 주입하는 방법으로 이루어진다. 이 경우 천공수에 의한 확대굴착 및 슬라임 배토로 확장홀 주변 지반의 교란과 침하를 피할 수 없는 문제가 남는다.

본 발명의 배경이 되는 다른 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1481123호(연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법)이 제안되어 있다. 이 공법에 사용된 연약지반용 확장 천공 장치는 굴절형 정착날개 정착 단계에서 지상에서 당김줄을 잡아당겨 고정밴드를 절단시켜, 탄성력이 발휘되는 탄성부재에 의해 굴절형 정착날개가 확장되는 방법을 채택하고 있어 구성이 복잡해지는 단점이 있다.

한국 공개특허 공개번호 제10-2009-0094734호(토사면 안정화 공법) 한국 등록특허 등록번호 제10-1481123호(연약지반용 확장 천공 장치 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법)

본 발명은 정착장 구간에서의 시멘트 그라우트재의 교반 효과를 증진시키고, 양질의 확대 시멘트 구근을 형성하여 앵커체의 긴장 체결 성능을 높이며, 확대 굴착 및 교반의 시공 시간을 단축할 수 있는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, (a) 지반에 정착장 구간의 선단까지 아웃케이싱을 인입시켜 천공 작업을 실시하는 아웃케이싱 정착장 천공 단계와; (b) 아웃케이싱의 내부로 1차 시멘트 그라우트재를 정착장 구간에 주입하는 1차 시멘트 그라우트재 주입 단계와; (c) 아웃케이싱을 자유장 구간의 선단까지만 인발하여, 정착장 구간에서 아웃케이싱 제거하는 아웃케이싱 인발 단계와; (d) 인너롯드에 연결된 확대굴착 교반장치를 아웃케이싱의 내부로 삽입한 후, 확대굴착 교반장치에서 2차 시멘트 그라우트재를 분사시키면서 정착장 구간에서 확대굴착 교반장치를 회전과 왕복운동시켜 확대 굴착하여 확대 시멘트 구근을 형성하고, 동시에 교반시 발생된 배압으로 아웃케이싱의 내부로 슬라임을 충진시키는 확대 시멘트 구근 형성 단계와; (e) 확대굴착 교반장치를 아웃케이싱으로부터 인발시켜 제거하면서 동시에, 아웃케이싱으로부터 빠져나간 소량의 슬라임 량만큼 시멘트 그라우트재를 보충하는 확대굴착 교반장치 인발 및 시멘트 그라우트재 보충 단계와; (f) 선단부에 토목섬유(팩) 또는 주름관이 설치된 앵커 조립체를 확대 교반된 정착장 구간에 삽입하여 위치시키는 단계와; (g) 아웃케이싱을 지반에서 추출하여 외부로 제거해내는 아웃케이싱 제거 단계; 및 (h) 앵커 조립체의 팩 또는 주름관 내부로 3차 시멘트 그라우트재를 주입하여 앵커구근을 형성시키는 내부 앵커구근 형성 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (b) 단계 및 (d) 단계에서 각기 1차 시멘트 그라우트재와 2차 시멘트 그라우트재는 물-시멘트의 비율이 100%~180%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (h) 단계에서 3차 시멘트 그라우트재는 물-시멘트의 비율이 50% 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 확대굴착 교반장치는, 상기 인너롯드에 일단의 나사 결합을 통해 결합되는 인너롯드 어댑터와; 상기 인너롯드 어댑터의 타단에 결합되어 있고, 고정측 힌지블록과 가동측 힌지블록의 사이의 구간에 위치되어 있는 복수개 이상의 그라우팅 분사구를 갖는 그라우트 주입용 샤프트와; 상기 그라우트 주입용 샤프트의 말단에 결합되어 있는 굴착 헤드와; 상기 그라우트 주입용 샤프트에 삽입되어 상기 인너롯드 어댑터의 타단에 결합되어 고정된 고정측 힌지블록과; 상기 그라우트 주입용 샤프트에 이동가능하게 삽입되어 있는 가동측 힌지블록과; 일단이 상기 가동측 힌지블록에 회전 가능하게 힌지 연결되어 있는 교반날개와; 일단이 가동측 힌지블록에 힌지 연결되고 타단이 상기 교반날개에 힌지 연결되어 있는 교반날개 조작레버와; 상기 그라우트 주입용 샤프트의 외경부에 삽입됨과 동시에 상기 가동측 힌지블록과 굴착 헤드의 사이에 배치되어 상기 교반날개가 벌어지도록 하는 확장력을 제공하는 교반날개 확장용 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 교반날개는 상기 그라우트 주입용 샤프트의 둘레로 90도 간격마다 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우트 주입용 샤프트에는 교반날개가 접어져 있는 상태에서 아웃케이싱을 빠져나오는 순간 초기 확장력을 제공하는 판스프링이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 교반날개가 회전하여 확장될 경우 그 회전 각도를 일정 이내로 제한하기 위해 고정측 힌지블록과 가동측 힌지블록의 사이에 위치되어 상기 그라우트 주입용 샤프트에 고정되어 있는 교반날개용 스톱퍼가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 굴착 헤드는, 일단이 그라우트 주입용 샤프트에 나사 결합되는 헤드 접속부와; 헤드 접속부의 타단에 원추형으로 형성된 굴착 헤드부와; 헤드 접속부로부터 굴착 헤드부의 일정 깊이만큼 연장되어 형성된 그라우팅 주입통로와; 굴착 헤드부의 원추면에 일정 간격마다 부착되어 있는 굴착 비트와; 굴착 헤드부의 최대 외경부에 일정 간격마다 오목하게 형성되어 분사되는 그라우트액이 상기 교반날개측으로 원활하게 흐르도록 하는 통로를 형성시키는 다수의 헤드 홈을 구성하여 제작된 것을 특징으로 한다.

또한, 굴착 헤드부에 복수개 이상의 그라우팅 분사구가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 정착장 구간에 충진된 1차 시멘트 그라우트재 부분에서 2차 시멘트 그라우트재를 주입하면서 확대 굴착이 이루어지기 때문에 교반 효과가 증진된다. 또한, 팩 또는 ERP 주름관의 내부에 충진되어 팽창된 3차 시멘트 그라우트재가 양생되면, 양질의 확대 시멘트 구근이 앵커체의 이탈을 방지하여 긴장 체결 성능이 향상된다. 또한, 정착부 원지반을 확대굴착 교반할 때보다 정착장 구간에 충진된 1차 시멘트 그라우트재 부분에서 확대 굴착 및 교반이 이루어져 시공 시간을 매우 단축할 수 있는 이점을 갖게 된다.

또한, 본 공법에 적용된 확대굴착 교반장치는 별도의 동력을 사용하지 않고 교반날개 확장용 스프링에 의해 기구적으로 교반날개를 자동적으로 확장시킬 수 있도록 함으로써 전기적인 동력장치가 불필요해지고, 구성이 간단해져 제작이 용이하고 고장의 염려가 적어진다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 방법의 공정순서도로서,
도 1은 아웃케이싱의 천공상태도이고,
도 2는 확대굴착 교반장치를 아웃케이싱에 삽입시켜 놓고 정착장 구간에 시멘트 그라우트재를 충진하는 상태도이고,
도 3은 아웃케이싱을 자유장 구간의 선단까지 인발 제거하여 놓은 상태도이고,
도 4는 확대굴착 교반장치를 이용한 확대 굴착 및 교반 상태도이고,
도 5는 아웃케이싱에 삽입된 확대굴착 교반장치를 인발 제거해내는 상태도이고,
도 6은 앵커 조립체를 아웃케이싱의 내부로 삽입하여 팩을 확대 교반된 정착구간에 위치시켜 놓은 상태도이고,
도 7은 앵커조립체를 확대 굴착된 교반층에 삽입시켜 놓은 상태도이고,
도 8a는 앵커조립체의 팩 내부로 시메트 그라우트재를 주입 충진시켜 놓은 상태도이고,
도 8b는 도 8a의 A-A선 단면도이고,
도 9는 본 발명의 시공 공법에 적용되는 확대굴착 교반장치의 일 실시 형태에 따른 사시도이고,
도 10은 도 9의 분해사시도이고,
도 11은 도 10의 일측면도로서 교반날개가 아웃케이싱을 빠져나오는 즉시 확장되어 벌어진 작동상태도이고,
도 12는 도 11의 단면도이고,
도 13은 확대굴착 교반장치의 교반날개가 아웃케이싱내에서 접어진 상태도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 방법의 공정순서도를 나타낸 것이다.

아웃케이싱 정착장까지 천공

먼저, 도 1과 같이 지반(1)의 정착장 구간(S2) 선단까지 아웃케이싱(7)을 인입시키면서 천공 작업을 실시한다. 천공 작업은 일 예로 아웃케이싱(7)의 내부에 물을 가압 주입하여 실시될 수 있다. 이처럼 아웃케이싱(7)을 이용하여 정착장 구간(S2)의 선단까지 천공함에 따라 후술하는 확대굴착 공정시 굴착 영역에 포함된 소일 량이 상대적으로 적어지므로 굴착 부하가 경감되어져 작업속도가 향상되고 확대 굴착이 용이해진다.

1차 시멘트 그라우트재의 주입

그 다음, 도 2와 같이 아웃케이싱(7)의 내부로 1차 시멘트 그라우트재(1a)를 정착장 구간(S2)에 주입시킨다.

이때, 주입되는 시멘트 그라우트재는 물-시멘트의 비율이 중량비로 100%~180%로 이루어짐이 바람직하다. 물-시멘트의 비율이 연약지반인 경우 100%로 접근하며 비연약지반인 경우 180%로 접근하는 것이 바람직하다.

아웃케이싱 자유장구간까지 인발

그 다음, 도 3과 같이 아웃케이싱(7)이 정착장 구간(S2)에서 제거되도록 아웃케이싱(7)을 자유장 구간(S1)의 선단까지만 인발하여 둔다.

따라서 정착장 구간(S2)에 1차 시멘트 그라우트재(1a)가 아웃케이싱(7)이 없는 상태에서 충전되어 남게 된다.

이같이 본 발명에서는 아웃케이싱(7)이 제거된 정착장 구간(S2)에 1차 시멘트 그라우트재(1a)가 남아 있어, 이후 확대굴착 공정에서의 확대 굴착의 성능을 높이게 되고, 교반 시간을 단축할 수 있게 된다.

2차 시멘트 그라우트재의 분사 및 확대 굴착 교반

그 다음, 도 4와 같이 인너롯드(5)에 연결된 확대굴착 교반장치(10)를 아웃케이싱(7)의 내부로 삽입한 후, 확대굴착 교반장치(10)에서 2차 시멘트 그라우트재를 분사시키면서 정착장 구간(S2)을 확대 굴착시킨다. 확대 굴착시 아웃케이싱(7)의 선단 밖으로 확대굴착 장치의 교반날개가 펼쳐지도록 한 후 2차 시멘트 그라우트재를 분사하면서 정착장 구간(S2)을 확대 굴착한다. 교반날개는 회전과 왕복 운동을 한다. 확대굴착 교반장치(10)의 상세한 구성은 후술한다.

이같이 정착장 구간(S2)에서 확대굴착 교반장치(10)가 확대 굴착하는 동안 2차 시멘트 그라우트재는 1차 시멘트 그라우트재와 혼합되며 동시에 소량의 토사가 함께 교반되는 과정이 일어난다. 여기서, 확대굴착 공정시에는 아웃케이싱(7)이 정착장구간까지 천공한 후 인발되어 있는 상태에서 이루어지기 때문에 굴착 영역에 포함된 소일 량이 상대적으로 적어지므로 굴착 부하가 경감되어져 확대굴착 작업속도가 향상되고 확대 굴착이 용이해진다. 또한, 1,2차 시멘트 그라우트재에 비해 상대적으로 소량의 소일만이 혼합되어 시멘트 그라우트재의 밀도가 높아져 양질의 확대 시멘트 구근을 기대할 수 있다.

여기서 물리적인 혼합이 잘 이루어지도록 2차 시멘트 그라우트재는 1차 시멘트 그라우트재의 물-시멘트의 비율(100%~180%)과 동일하게 이루어짐이 바람직하다.

한편, 이 공정에서는 확대굴착 교반장치(10)에서 분사되는 2차 시멘트 그라우트재의 분사 압력으로 인해 배압이 형성되고, 이 배압으로 인해 아웃케이싱(7)의 내부로 정착장 구간(S2)에서 발생된 슬라임이 충진된다. 이 슬라임은 1,2차 시멘트 그라우트재에 소량의 토사가 혼합되어 있는 점액질이다.

확대굴착 교반장치의 제거 및 시멘트 그라우트재 보충

그 다음, 도 5와 같이 확대굴착 교반장치(10)를 아웃케이싱(7)으로부터 인발하여 제거한다. 따라서 정착장 구간(S2)에 1차 시멘트 그라우트재와 2차 시멘트 그라우트재가 혼합되어 확대된 양질의 확대 시멘트 구근(200)이 형성된다.

한편, 확대굴착 교반장치(10)의 인발시 2차 시멘트 그라우트재를 분사함으로써 확대굴착 교반장치(10)의 인발로 인해 제거되는 아웃케이싱(7) 내부의 슬라임을 보충함으로써 자유장 구간(S)의 공벽이 붕괴되는 것을 방지할 수 있다.

앵커 조립체의 삽입

그 다음, 도 6과 같이 선단부에 팩(304)(또는 주름관)이 설치된 앵커 조립체(300)를 아웃케이싱(7)의 내부로 삽입하여 팩(304)을 확대 교반된 정착구간(S2)에 위치시켜 놓는다. 여기서 팩(304)은 토목섬유로 제작될 수 있다. 앵커 조립체(300)의 설치시 팩 또는 주름관에는 추가적으로 주입되는 3차 시멘트 그라우트재의 주입을 위한 호스(미도시)가 연결된다. 미설명부호 '310'은 '강연선'이다.

아웃케이싱 제거

그 다음, 도 7과 같이 아웃케이싱(7)을 지반(1)에서 인발하여 외부로 제거해낸다. 아웃케이싱(7)이 제거된 자유장 구간은 슬라임으로 채워져 있어 지반 붕괴의 염려는 없다.

앵커 조립체에 3차 시멘트 그라우트재 주입 충전

그 다음, 도 8a와 같이 앵커 조립체(300)의 팩(304) 내부로 호스를 통해 물-시멘트의 비율이 50% 이하인 3차 시멘트 그라우트재를 주입시켜 충진하여 놓는다. 이때 3차 시멘트 그라우트재는 앵커 조립체(300)에 구비된 도시안된 주입 호스를 통해 주입이 이루어진다.

따라서 앵커 조립체(300)의 팩(304)은 내부에 충진된 3차 시멘트 그라우트재로 팽창하고, 3차 시멘트 그라우트재가 양생되면 도 8b와 같이 내부 앵커구근(306)이 형성되어 확대 시멘트 구근(200)에서 인발 저항력을 갖게 된다.

이후, 통상의 방법을 통해 앵커 조립체(300)는 긴장 체결되고, 확대 시멘트 구근(200)의 내부에서 내부 앵커구근(306)에 의해 앵커 조립체(300)는 높은 인발 저항력을 갖게 된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명은, 정착장 구간(S2)에 충진된 1차 시멘트 그라우트재 부분에서 2차 시멘트 그라우트재를 추가적으로 주입하면서 확대 굴착이 이루어지기 때문에 교반 효과가 증진되고, 상대적으로 소일량이 적고 시멘트 그라우트재가 다량 혼합되어 있는 양질의 확대 시멘트 구근(200)을 형성하게 된다. 따라서 확대 시멘트 구근(200)의 강도가 높아져 앵커 조립체(300)의 인발에 따른 파괴의 염려가 줄어든다. 뿐만 아니라 확대 시멘트 구근(200)은 시멘트 밀도가 높은 양질의 시멘트층을 이루어 내부 앵커구근(306)과의 부착력이 증가되어 주면마찰력이 향상됨으로써 인발저항력이 증대된다.

또한, 팩(304) 또는 주름관의 내부에 충진되어 팽창된 3차 시멘트 그라우트재가 양생되면 내부 앵커구근(306)이 형성되고, 이 내부 앵커구근(306)은 확대 시멘트 구근(200)과 일체로 지반에서 인발저항력을 발휘하게 된다.

또한, 정착부의 원지반을 확대굴착 교반할 때보다 정착장 구간(S2)에 충진된 1차 시멘트 그라우트재 부분에서 확대 굴착 및 교반이 이루어지기 때문에 시공 시간을 매우 단축할 수 있는 이점을 갖게 된다.

한편, 본 공법의 확대굴착 교반 공정시에 적용되는 확대굴착 교반장치(10)에 대하여 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명한다.

도 9 내지 도 13에서와 같이 확대굴착 교반장치(10)는 인너롯드(5)의 선단에 연결되어 앵커 정착장의 확대굴착 및 그라우팅 교반을 수행한다. 인너롯드(5)는 도시안된 구동드라이버에 연결되어 회전과 지반에 삽입되는 관입이 이루어지고, 내부에 그라우트액의 주입통로가 되는 중공이 형성된 구조이다.

확대굴착 교반장치(10)는 인너롯드 어댑터(12), 그라우트 주입용 샤프트(14), 굴착 헤드(15), 고정측 힌지블록(16), 가동측 힌지블록(18), 교반날개(20), 교반날개 조작레버(22), 교반날개 확장용 스프링(24)을 포함하여 구성된다.

인너롯드 어댑터(12)는 중심축상에 그라우트재의 통로가 되는 관통된 중공을 갖고, 외주면으로 나사부(121)와 나사부(121)에서 원추각을 가지고 연장된 원추부(122)가 형성되어 있다. 이때 원추부(122)의 최대 외경은 아웃케이싱(7)의 내경보다 작게 형성된다. 따라서 인너롯드 어댑터(12)는 일단의 나사부(121)를 통해 인너롯드(5)의 선단과 나사 결합된다. 원추부(122)는 확대굴착 교반장치(10)가 확대 굴착을 위해 아웃케이싱(7)의 선단을 빠져나간 후 다시 아웃케이싱(7)의 내부로 인입될 시 확대굴착 교반장치(10)의 중심축이 아웃케이싱(7)의 중심축과 쉽게 일치되게 정렬하도록 안내하는 역할도 한다.

그라우트 주입용 샤프트(14)는 중심축상에 그라우트재의 통로가 형성되도록 중공형으로 제작된다. 그라우트 주입용 샤프트(14)는 본 실시 예에서 원형 단면에 사방(좌우상하)으로 면취를 하여 사각 단면의 형상을 가지고 있다. 따라서 그라우트 주입용 샤프트(14)는 가동측 힌지블록(18)의 이동시 회전을 방지하고 직선 이동을 안내하게 된다. 그러나 그라우트 주입용 샤프트(14)의 단면 형상은 이러한 사각 단면에 한정되는 것은 아니며 설치될 교반날개(20)의 개수에 따라 3방향에서 면취되거나 5방향 이상으로 면취가 이루어질 수 있다. 또한 가동측 힌지블록(18)의 이동을 다른 가이드수단(예로 키)을 통해 안내하도록 한다면 그라우트 주입용 샤프트(14)는 원형 단면으로 구성할 수도 있다. 그라우트 주입용 샤프트(14)는 인너롯드 어댑터(12)와 굴착 헤드(15)를 연결시킨다. 그라우트 주입용 샤프트(14)는 양단이 각기 나사결합을 통해 인너롯드 어댑터(12)와 굴착 헤드(15)에 연결 조립된다.

그라우트 주입용 샤프트(14)에는 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 사이의 구간에 위치되어 있는 복수개 이상의 그라우팅 분사구(141)를 갖는다. 복수개 이상의 그라우팅 분사구(141)는 일정 간격으로 원형 배열을 갖을 수 있다.

굴착 헤드(15)는 그라우트 주입용 샤프트(14)의 말단에 결합되어 있다. 굴착 헤드(15)는 다양한 형태가 될 수 있으나 예시된 바와 같이 일단이 그라우트 주입용 샤프트(14)에 나사 결합되는 헤드 접속부(151), 헤드 접속부(151)의 타단에 원추형으로 형성된 굴착 헤드부(152), 헤드 접속부(151)로부터 굴착 헤드부(152)의 일정 깊이만큼 연장되어 형성된 그라우팅 주입통로(153), 굴착 헤드부(152)의 원추면에 다수로 배열 분포되어 있는 굴착 비트(154), 굴착 헤드부(152)의 최대 외경부에 일정 간격마다 오목하게 형성되어 분사되는 그라우트액이 교반날개(20)측으로 원활하게 흐르도록 하는 통로를 형성시키는 다수의 헤드 홈(155)을 구성하여 제작되어 있다.

굴착 헤드(15)에는 그라우팅 주입통로(153)와 연통되어 굴착 헤드부(152)에 형성되어 있는 복수개 이상의 그라우팅 분사구(156)를 더 갖을 수 있다.

여기서 그라우팅 분사구(156)는 굴착 헤드부(152)의 선단측 단면 중앙과 원추면에 형성된다. 이때 굴착 헤드부(152)의 원추면에 형성된 그라우팅 분사구(156)는 그라우트재의 분사효과의 증대를 고려하여 굴착 헤드(15)의 중심축에 대하여 15°~60°각도로 형성됨이 바람직하다.

고정측 힌지블록(16)은 그라우트 주입용 샤프트(14)에 삽입되어 상기 인너롯드 어댑터(12)의 타단에 볼트 체결로 결합되어 있다. 고정측 힌지블록(16)은 교반날개(20)를 회전 지지하기 위해 사방으로 힌지핀(17a)이 결합되어 있다.

가동측 힌지블록(18)은 그라우트 주입용 샤프트(14)에 미끄럼 이동가능하게 삽입되어 있다. 가동측 힌지블록(18)은 내경이 그라우트 주입용 샤프트(14)의 외경 단면과 동일하여 회전이 억제되고 직선 이동만 가능하게 되어 있다. 가동측 힌지블록(18)은 사방으로 힌지핀(17b)이 결합되어 있다.

교반날개(20)는 일단이 가동측 힌지블록(18)에 힌지핀(17a)을 매개로 결합되어 회전 가능하게 연결되어 있다. 교반날개(20)는 예시된 길이에 한정되는 것은 아니며 확대 굴착에 필요한 회전 반경에 따라 증감될 수 있다. 본 실시 예에서는 4개의 교반날개(20)가 상호 90도 간격을 가지고 원주상에 배치되어 있으나, 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 힌지 개소에 따라 2개~6개까지 증감이 가능하다.

교반날개 조작레버(22)는 일단이 가동측 힌지블록(18)에 힌지핀(17b)을 매개로 연결되고 타단이 교반날개(20)에 힌지핀(17c)을 매개로 연결되어 있다. 교반날개 조작레버(22)는 가동측 힌지블록(18)의 이동 방향에 따라 교반날개(20)를 펴서 도 3과 같이 확장시키거나 도 5와 같이 접는 역할을 한다. 또한 교반날개 조작레버(22)는 확대굴착 교반장치(10)가 확대 굴착을 위해 아웃케이싱(7)의 선단을 빠져나간 후 다시 아웃케이싱(7)의 내부로 인입될 시 교반날개(20)가 접히게 되면서 가동측 힌지블록(18)을 이동시켜 교반날개 확장용 스프링(24)을 압축시킨다.

교반날개 확장용 스프링(24)은 교반날개(20)가 펼쳐져 있도록 하는 힘을 압축반발력으로 제공한다. 교반날개 확장용 스프링(24)은 그라우트 주입용 샤프트(14)의 외경부에 삽입됨과 동시에 가동측 힌지블록(18)과 굴착 헤드(15)의 사이에 압축되어 배치되어 있다. 따라서 교반날개 확장용 스프링(24)은 압축 반발력으로 가동측 힌지블록(18)을 밀어 교반날개 조작레버(22)를 매개로 교반날개(20)를 벌려 놓는다. 그러므로 도 5와 같이 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)의 내부에 위치하고 있는 경우 교반날개(20)가 접어져 교반날개 확장용 스프링(24)은 더욱 압축되고, 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)의 선단으로부터 빠져나올 때 교반날개 확장용 스프링(24)에 축적된 압축반발력으로 교반날개(20)가 펼쳐져 벌어진다.

한편, 확대굴착 교반장치(10)에서 그라우트 주입용 샤프트(14)에는 교반날개(20)가 접어져 있는 상태에서 아웃케이싱(7)을 빠져나오는 순간 교반날개(20)가 잘 벌어질 수 있도록 초기 확장력을 제공하는 판스프링(13)이 더 설치되어 있다. 판스프링(13)은 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 사이에 위치되어 그라우트 주입용 샤프트(14)에 볼트 결합되거나 용접으로 접합되어 고정될 수 있다. 판스프링(13)은 중앙측 고정 부분을 제외한 양단 또는 어느 일단이 상향으로 만곡되어 탄성반발력으로 발휘하게 되어 있다. 본 실시 예에서 판스프링(13)은 4개가 구비되어 교반날개(20)에 각기 일대일 대응되게 그라우트 주입용 샤프트(14)의 면취된 부분에 설치되어 있다. 따라서 도 5와 같이 아웃케이싱(7) 내에서 교반날개(20)가 접혀있는 경우 판스프링(13)은 교반날개(20)에 눌려져 양단이 탄성반발력을 가지게 된다. 따라서 도 3과 같이 교반날개(20)가 접어져 있는 상태에서 아웃케이싱(7)을 빠져나오는 순간 판스프링(13)에 의해 교반날개(20)의 초기 확장 동작이 일어난다.

또한, 확대굴착 교반장치(10)에는 교반날개(20)가 회전하여 확장될 경우 그 회전 각도를 일정 이내로 제한하기 위해 교반날개용 스톱퍼(142)가 더 설치될 수 있다. 교반날개용 스톱퍼(142)는 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 사이에 위치되어 그라우트 주입용 샤프트(14)에 스톱퍼 볼트(143)를 통해 고정되어 있다. 본 실시예에서 교반날개용 스톱퍼(142)는 링형으로 구성하였으나 이러한 형태에 제한되는 것은 아니다. 이때 스톱퍼 볼트(143)는 그라우트 주입용 샤프트(14)의 절취홈(14a)에 위치되어 체결됨으로써 교반날개용 스톱퍼(142)의 위치를 고정시킨다.

또한, 확대굴착 교반장치(10)는 인너롯드 어댑터(12)와 고정측 힌지블록(16)에 외주면으로 시멘트 구근의 형성시 슬라임의 배토를 원활하게 하는 슬라임 배출통로(19)가 다수 형성됨이 바람직하다. 슬라임 배출통로(19)는 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)을 빠져나가 확대 굴착 및 교반작업으로 1차 확대 시멘트 구근을 형성한 후, 확대굴착 교반장치(10)가 아웃케이싱(7)의 내부로 재인입된 상태에서 인발될 시 2차 시멘트구근을 형성하면서 슬라임의 배출을 원활하게 한다.

이와 같이 구성된 확대굴착 교반장치(10)는 확대 시멘트 구근 형성 작업을 위해 도 13과 같이 교반날개(20)를 강제적으로 접은 상태에서 아웃케이싱(7)의 내부로 장입된 후, 도 4와 같이 아웃케이싱(7)의 선단을 빠져나오게 되면, 교반날개 확장용 스프링(24)의 압축 반발력에 의해 교반날개(20)가 자동으로 펼쳐져 확대 굴착 준비를 할 수 있게 된다.

따라서 확대굴착 교반 공정에서는 교반날개(20)가 벌어져 있는 상태에서 회전하고 그라우팅 분사구(156)를 통해 시멘트 그라우트재가 토출되어 굴착 및 교반작업이 동시에 이루어져 양생 후 양질의 확대 시멘트 구근(200)을 형성하게 된다.

이와 같이 확대굴착 교반장치(10)는 별도의 동력을 사용하지 않고 교반날개 확장용 스프링(24)에 의해 기구적으로 교반날개(20)를 자동적으로 확장시킬 수 있도록 함으로써 전기적인 동력장치가 불필요해지고, 구성이 간단해져 제작이 용이하고 고장의 염려가 적어진다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

7: 아웃케이싱
10: 확대굴착 교반장치
12: 인너롯드 어댑터
14: 그라우트 주입용 샤프트
16: 고정측 힌지블록
18: 가동측 힌지블록
20: 교반날개
22: 교반날개 조작레버
24: 교반날개 확장용 스프링
200: 확대 시멘트 구근
300: 앵커 조립체

Claims

(a) 지반(1)에 정착장 구간(S2)의 선단까지 아웃케이싱(7)을 인입시켜 천공 작업을 실시하는 아웃케이싱 정착장 천공 단계와;
(b) 아웃케이싱(7)의 내부로 1차 시멘트 그라우트재를 정착장 구간(S2)에 주입하는 1차 시멘트 그라우트재 주입 단계와;
(c) 아웃케이싱(7)을 자유장 구간(S1)의 선단까지만 인발하여, 정착장 구간(S2)에서 아웃케이싱(7)을 제거하는 아웃케이싱 인발 단계와;
(d) 인너롯드(5)에 연결된 확대굴착 교반장치(10)를 아웃케이싱(7)의 내부로 삽입한 후, 확대굴착 교반장치(10)에서 2차 시멘트 그라우트재를 분사시키면서 정착장 구간(S2)에서 확대굴착 교반장치(10)를 회전과 왕복운동시켜 확대 굴착하여 확대 시멘트 구근(200)을 형성하고, 동시에 교반시 발생된 배압으로 아웃케이싱(7)의 내부로 슬라임을 충진시키는 확대 시멘트 구근 형성 단계와;
(e) 확대굴착 교반장치(10)를 아웃케이싱(7)으로부터 인발시켜 제거하면서 동시에, 아웃케이싱(7)으로부터 빠져나간 소량의 슬라임 량만큼 시멘트 그라우트재를 보충하는 확대굴착 교반장치 인발 및 시멘트 그라우트재 보충 단계와;
(f) 선단부에 토목섬유(팩) 또는 주름관이 설치된 앵커 조립체(300)를 확대 교반된 정착장 구간(S2)에 삽입하여 위치시키는 단계와;
(g) 아웃케이싱(7)을 지반(1)에서 추출하여 외부로 제거해내는 아웃케이싱 제거 단계; 및
(h) 앵커 조립체(300)의 팩(304) 또는 주름관 내부로 3차 시멘트 그라우트재를 주입하여 앵커구근(306)을 형성시키는 내부 앵커구근 형성 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 1항에 있어서,
상기 (b) 단계 및 (d) 단계에서 각기 1차 시멘트 그라우트재와 2차 시멘트 그라우트재는 물-시멘트의 비율이 100%~180%로 이루어진 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 1항에 있어서,
상기 (h) 단계에서 3차 시멘트 그라우트재는 물-시멘트의 비율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 1항에 있어서,
상기 확대굴착 교반장치(10)는,
상기 인너롯드(5)에 일단의 나사 결합을 통해 결합되는 인너롯드 어댑터(12)와;
상기 인너롯드 어댑터(12)의 타단에 결합되어 있고, 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 사이의 구간에 위치되어 있는 복수개 이상의 그라우팅 분사구(141)를 갖는 그라우트 주입용 샤프트(14)와;
상기 그라우트 주입용 샤프트(14)의 말단에 결합되어 있는 굴착 헤드(15)와;
상기 그라우트 주입용 샤프트(14)에 삽입되어 상기 인너롯드 어댑터(12)의 타단에 결합되어 고정된 고정측 힌지블록(16)과;
상기 그라우트 주입용 샤프트(14)에 이동가능하게 삽입되어 있는 가동측 힌지블록(18)과;
일단이 상기 가동측 힌지블록(18)에 회전 가능하게 힌지 연결되어 있는 교반날개(20)와;
일단이 가동측 힌지블록(18)에 힌지 연결되고 타단이 상기 교반날개(20)에 힌지 연결되어 있는 교반날개 조작레버(22)와;
상기 그라우트 주입용 샤프트(14)의 외경부에 삽입됨과 동시에 상기 가동측 힌지블록(18)과 굴착 헤드(15)의 사이에 배치되어 상기 교반날개(20)가 벌어지도록 하는 확장력을 제공하는 교반날개 확장용 스프링(24)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 4항에 있어서,
상기 교반날개(20)는 상기 그라우트 주입용 샤프트(14)의 둘레로 90도 간격마다 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 4항에 있어서,
아웃케이싱(7) 내에서 빠져나오는 접힌 교반날개(20)에 초기 확장력을 제공하기 위해, 상기 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 사이에 위치되어 그라우트 주입용 샤프트(14)에 고정된 판스프링(13)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 4항에 있어서,
상기 교반날개(20)가 회전하여 확장될 경우 그 회전 각도를 일정 이내로 제한하기 위해 고정측 힌지블록(16)과 가동측 힌지블록(18)의 사이에 위치되어 상기 그라우트 주입용 샤프트(14)에 고정되어 있는 교반날개용 스톱퍼(142)가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 4항에 있어서,
상기 굴착 헤드(15)는,
일단이 그라우트 주입용 샤프트(14)에 나사 결합되는 헤드 접속부(151)와;
헤드 접속부(151)의 타단에 원추형으로 형성된 굴착 헤드부(152)와;
헤드 접속부(151)로부터 굴착 헤드부(152)의 일정 깊이만큼 연장되어 형성된 그라우팅 주입통로(153)와;
굴착 헤드부(152)의 원추면에 일정 간격마다 부착되어 있는 굴착 비트(154)와;
굴착 헤드부(152)의 최대 외경부에 일정 간격마다 오목하게 형성되어 분사되는 그라우트액이 상기 교반날개(20)측으로 원활하게 흐르도록 하는 통로를 형성시키는 다수의 헤드 홈(155)을 구성하여 제작된 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 4항에 있어서,
상기 인너롯드 어댑터(12)와 고정측 힌지블록(16)에는 외주면에 시멘트 구근의 형성시 슬라임의 배토를 원활하게 하는 슬라임 배출통로(19)가 다수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.
제 8항에 있어서,
상기 굴착 헤드부(152)에 복수개 이상의 그라우팅 분사구(156)가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 확대굴착 교반장치를 이용한 정착장 확대개량형 그라운드앵커 시공 공법.