KR100423384B1 - 연약지반에의 장비진입을 위한 지반 강도 보강방법 및 그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반에의 장비진입을 위한 지반 강도 보강방법 및 그 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강방법은, 지반보강 대상의 연약지반 위에 부등침하 최소화 및 지지력 보강을 위해 토목섬유를 포설하는 단계; 상기 토목섬유 위에 벨트 컨베이어를 설치하여 모래를 분산 포설하는 단계; 소형 드레인 타입 장치를 이용하여 상기 모래가 포설된 연약지반의 상층부에만 드레인을 1차로 타입하는 단계; 및 적정 지지력을 확보한 후, 본 공사 지반 처리를 위한 드레인을 2차로 타입하는 단계를 포함하며, 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반 강도 보강장치는, 모래를 이송하여 포설하기 위한 메인 벨트 컨베이어; 모래를 분산 포설하기 위한 모래 분사장치; 이송된 모래를 컨베이어로부터 분리하기 위한 모래 분리장치; 분리된 모래를 균질하게 하부로 토출하기 위한 슈트; 후방 벨트 컨베이어로부터 모래를 공급받아 그 모래를 전방 벨트 컨베이어로 전달하기 위한 수평 벨트 컨베이어; 및 모래가 포설된 연약지반에 드레인을 타입하기 위한 드레인 타입장치를 포함한다.

Description

연약지반에의 장비진입을 위한 지반 강도 보강방법 및 그 장치{Method for reinforcing ground strength for approach of equipments to the soft ground and apparatus thereof}

본 발명은 연약지반에의 장비진입을 위한 지반 강도 보강방법 및 그 장치에관한 것으로서, 더 상세하게는 연약지반 처리시 지반이 연약하여 지반처리에 필요한 장비진입이 불가능할 경우 장비진입을 위한 주행성(trafficability) 확보를 위한 것으로, 접지압이 최소화 되도록 특수하게 제작된 벨트 컨베이어를 이용하여 향후 압밀 진행시 사용될 수평배수층 모래를 사전에 균질하게 포설하고, 소형 드레인 타입 장치를 이용하여 연약토층 상층부에만 드레인을 타입함으로써 지반 강도를 보강하는, 연약지반에의 장비진입을 위한 지반 강도 보강방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연약지반을 탈수공법에 의해 개량하는 경우 약 50∼150 톤급 정도의 대형 장비를 이용하여 드레인을 박아 지반을 개량하게 되는데, 대상 지반이 해성점성토나 해성점성토로 매립된 지역과 같이 초연약지반인 경우 장비 진입이 불가능하여 장비 진입을 위한 사전 조치를 필요로 하게 된다.

장비 진입을 위한 사전 조치 방법으로는 현재 주로 습지 도저를 이용한 토사 복토 방법과 표층 고화 처리방법이 사용되고 있다.

습지 도저를 이용한 토사 복토 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 연약 토층 상단에 토목 섬유(101)를 깐 후, 그 위에 소형 습지 도저(102)를 이용하여 1회에 약 50cm 정도로 수차례 반복하여 소정의 두께만큼 토사를 포설하는 방법이다. 그러나, 이 방법은 연약토층 위에서 소형 도저(102)로 반복 주행하여 토사를 포설함에 따라 도저 중량 및 잦은 반복 주행에 따른 진동에 의해, 도 2에 도시된 바와 같이 지반의 변형 또는 연약토층이 밀리게 되며, 따라서 단거리 포설의 작은 면적은 가능하나 비교적 장거리를 포설하는 경우는 연약층의 밀림이 누적됨에 따라 토목섬유(101)가 터져 복토가 곤란해지는 경우가 많다. 또한, 토목섬유(101)가 터지지 않더라도 복토층 두께가 균질하게 포설되지 않아 후속 공정인 드레인 타입이 곤란하거나 관입 지연에 따른 지층 연약화로 드레인 장비의 전복의 위험성이 커진다. 뿐만 아니라, 작업 능력이 작은 소형 도저(102)의 사용이 불가피하여 토사 포설 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.

표층 고화 처리방법은 연약토층 상층부의 일정 부분에만 시멘트 등을 주입, 믹싱하여 강도를 증가시키는 방법으로, 우선 공사비가 고가이고, 고화된 지층과 연약토층 간의 토질 특성이 달라 불규칙한 하중 전달로 후속 공정인 하부 연약토층 개량시 악영향을 미치는 경우가 많다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 접지압이 최소화 되도록 특수하게 제작된 벨트 컨베이어를 이용하여 향후 압밀 진행시 사용될 수평배수층 모래를 사전에 균질하게 포설하고, 소형 드레인 타입 장치를 이용하여 연약토층 상층부만 드레인 타입하여 지반 강도를 보강함으로써 연약층의 변형 및 밀림현상을 최소화할 수 있는 연약지반에의 장비진입을 위한 지반 강도 보강방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 습지 도저를 이용한 토사 복토 시공 과정을 보여주는 도면.

도 2는 종래 습지 도저를 이용한 토사 복토 시공 과정에 있어서, 지반의 변형 또는 연약토층의 밀림 현상을 보여주는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강장치에 있어서, 모래 분사장치의 구성을 상세하게 보여주는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강장치에 있어서, 모래 분사장치 대신 채용될 수 있는 날개달린 회전판의 구성을 보여주는 도면.

도 6은 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강장치에 있어서, 모래 분리장치 및 슈트의 구성을 보여주는 도면.

도 7은 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강장치에 있어서, 전방 벨트 컨베이어 후단에 설치된 수평 벨트 컨베이어를 보여주는 도면.

도 8은 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강방법에 따라 연약층 상부에 1차 드레인을 타입하는 과정을 보여주는 도면.

도 9는 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강방법에 따라 모래층 위에 재하층을 성토한 후, 본 드레인을 타입하는 과정을 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

301...메인 벨트 컨베이어 301f...전방 벨트 컨베이어

301r...후방 벨트 컨베이어 302...모래 분사장치

303...모래 분리장치 304...슈트

305...수평 벨트 컨베이어 306...드레인 타입장치

307f...전방 호퍼 307r...후방 호퍼

308...타이어 구동체 309...포스트

310...로프

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강방법은,

(a) 지반보강 대상의 연약지반 위에 부등침하 최소화 및 지지력 보강을 위해 토목섬유를 포설하는 단계;

(b) 상기 토목섬유 위에 벨트 컨베이어를 설치하여 모래를 분산 포설하는 단계;

(c) 소형 드레인 타입 장치를 이용하여 상기 모래가 포설된 연약지반의 상층부에만 드레인을 1차로 타입하는 단계; 및

(d) 적정 지지력을 확보한 후, 본 공사 지반 처리를 위한 드레인을 2차로 타입하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 단계 (c)에서의 연약지반 상층부의 1차 드레인 타입만으로 대형 장비 진입에 필요한 소요 지지력이 부족하거나, 가급적 빠른 시일내에 소정의 지지력 확보가 필요한 경우에는 포설된 모래층 위에 적정 재하토를 재하한 후, 그 재하토 위에서 드레인을 타입한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반 강도 보강장치는,

연약지반 위에 포설된 토목섬유 위에 접지압이 최소화될 수 있는 광폭의 무한 궤도로 설치되며, 모래를 이송하여 포설하기 위한 메인 벨트 컨베이어;

상기 메인 벨트 컨베이어의 선단부에 설치되며, 모래를 분산 포설하기 위한 모래 분사장치;

상기 메인 벨트 컨베이어의 상면부에 복수개가 설치되며, 메인 벨트 컨베이어에 의해 이송된 모래를 컨베이어로부터 분리하기 위한 모래 분리장치;

상기 모래분리 장치가 설치된 부위의 컨베이어의 측면부에 복수개가 설치되며, 모래 분리장치에 의해 분리된 모래를 균질하게 하부로 토출하기 위한 슈트;

상기 메인 벨트 컨베이어의 전방 벨트 컨베이어의 후단에 전방 벨트 컨베이어의 설치방향과 직각방향으로 설치되며, 메인 벨트 컨베이어의 후방 벨트 컨베이어로부터 모래를 공급받아 그 모래를 전방 벨트 컨베이어로 전달하기 위한 수평 벨트 컨베이어; 및

상기 메인 벨트 컨베이어의 일측에 설치되며, 모래가 포설된 연약지반에 드레인을 타입하기 위한 드레인 타입장치를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강장치는 메인 벨트 컨베이어(301), 모래 분사장치(302), 모래 분리장치(303), 슈트(chute)(304), 수평 벨트 컨베이어(305), 드레인 타입장치(306)를 포함하여 구성된다.

메인 벨트 컨베이어(301)는 연약지반 위에 포설된 토목섬유(320) 위에 접지압이 최소화될 수 있는 광폭의 무한 궤도로 설치되며, 모래를 이송하여 포설하기 위한 것이다. 이 메인 벨트 컨베이어(301)는 전방 벨트 컨베이어(301f)와 후방 벨트 컨베이어(301r)로 구성된다.

특히, 후방 벨트 컨베이어(301r)는 단순히 모래를 이송하는 장치로, 이 후방 벨트 컨베이어(301r) 후미에 있는 후방 호퍼(307r)에 덤프 트럭이 직접 모래를 투입할 수 있도록 후방 벨트 컨베이어(301r)의 후단의 높이를 전단의 높이보다 낮추고, 후방 호퍼(307r)의 일측 벽면 높이를 낮게 제작하며, 덤프 트럭과 원활히 밀착될 수 있도록 후방 호퍼(307r)에 완충장치를 설치한다. 도 3에서 참조 부호 307f는 전방 호퍼를 나타낸다.

모래 분사장치(302)는 상기 메인 벨트 컨베이어(301)의 전방 벨트 컨베이어 (301f)의 선단부에 설치되며, 모래를 분산 포설하기 위한 장치이다. 이 모래 분사장치(302)는 도 4에 도시된 바와 같이, 압축 공기를 공급하는 공기 공급 파이프 (302a)와, 공기 공급 파이프(302a)로부터 공급되는 공기를 다수의 토출공을 통해 분산 토출하는 공기 분사 파이프(302b)와, 공기 분사 파이프(302b)를 통해 토출되는 압축 공기에 의해 모래가 분사될 때 모래가 고르게 분사될 수 있도록 소정의 경사각도를 유지해주는 분사 경사판(302c)으로 구성된다.

여기서, 이와 같은 모래 분사장치(302)는 경우에 따라서는 도 5에 도시된 바와 같은, 다수의 날개(501b)가 달린 회전판(501)으로 대체될 수도 있다. 즉, 전방 벨트 컨베이어(301f)의 선단에 상기 모래 분사장치(302) 대신 날개 달린 회전판 (501)을 설치하여, 회전판(501)의 원심력에 의해 전방 벨트 컨베이어(301f)의 선단으로부터 투하되는 모래를 분산 포설하는 것이다. 이와 같은 회전판(501)이 설치될 경우, 회전판(501)의 회전구동을 위해 별도의 모터가 설치된다.

모래 분리장치(303)는 상기 메인 벨트 컨베이어(301)의 전방 벨트 컨베이어(301f)의 상면부에 복수개가 설치되며, 전방 벨트 컨베이어(301f)에 의해 이송된 모래의 일정분을 컨베이어(301f)로부터 분리해주는 역할을 한다. 이 모래 분리장치 (303)는 도 6에 도시된 바와 같이, 컨베이어(301f) 상에 적재되어 이송되는 모래중의 일부를 분리하는 모래 분리판(303p)과, 모래 분리판(303p)을 컨베이어의 주행방향에 대해 직각 방향으로 수평 이동 가능하게 고정 및 지지하는 모래 분리판 지지부재(303s)로 구성된다.

슈트(304)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 모래분리 장치(303)가 설치된 부위의 컨베이어(301f)의 측면부에 복수개가 설치되며, 모래 분리장치(303)에 의해 분리된 모래를 균질하게 하부로 토출한다.

수평 벨트 컨베이어(305)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 메인 벨트 컨베이어(301)의 전방 벨트 컨베이어(301f)의 후단에 전방 벨트 컨베이어(301f)의 설치방향과 직각방향으로 설치되며, 후방 벨트 컨베이어(301r)로부터 모래를 공급받아 그 모래를 전방 벨트 컨베이어(301f)로 전달한다. 이 수평 벨트 컨베이어(305)는 후술되는 드레인 타입 장치(306)에 의한 드레인 타입 시, 전방 벨트 컨베이어 (301f)는 측방향으로 이동하고, 후방 벨트 컨베이어(301r)는 측방향으로 함께 이동하지 못함에 따른 모래 공급의 중단을 방지하기 위한 것이다. 즉, 드레인 타입 시, 후방 벨트 컨베이어(301r)는 그 자리에 정지된 상태에서 벨트 컨베이어의 무한 궤도 주행만 이루어지는 바, 따라서 전방 벨트 컨베이어(301f)가 측방향으로 이동하면서 모래를 포설할 경우, 전방 벨트 컨베이어(301f)와 후방 벨트 컨베이어(301r)간의 모래 이송 경로가 어긋나 후방 벨트 컨베이어(301r)로부터 전방 벨트 컨베이어(301f)로 모래가 전달될 수 없는 상황이 발생되는데, 이것을 방지하기 위해 수평 벨트 컨베이어(305)가 설치되는 것이다. 그럼으로써 전방 벨트 컨베이어(301f)가 측방향으로 이동하면서 모래를 포설해도, 후방 벨트 컨베이어(301r)로부터 이송되어 온 모래는 수평 벨트 컨베이어(305)로 투하되고, 그 모래는 전방 호퍼(307f)를 통해 전방 벨트 컨베이어(301f)로 전달될 수 있는 것이다.

드레인 타입장치(306)는 상기 메인 벨트 컨베이어(301)의 후방 벨트 컨베이어(301r)의 일측에 설치되며, 모래가 포설된 연약지반에 배수를 위한 드레인을 타입한다. 여기서, 드레인 타입 장치는 연약층 교란을 최소화하기 위해 유압식 타입장치가 바람직하다. 그리고, 타입 에너지를 줄이기 위해 케이싱 단부는 슈우 타입 케이싱이 바람직하다.

그러면, 이상과 같은 본 발명의 장치를 이용하여 연약 지반을 보강하는 과정에 대해 설명해 보기로 한다.

먼저, 지반보강 대상의 연약지반 위에 부등침하 최소화 및 지지력 보강을 위해 토목섬유(320)를 포설한다. 토목섬유(320) 포설은 현장에서 적정 면적이 확보될 수 있도록 봉합하여 포설하되, 그 재질은 상재하중으로 간극 수압이 발생될 시, 연약층 상부에서 즉시 배수될 수 있고, 연약층 변형과 밀림현상을 최소할 수 있도록 투수 능력이 큰 토목섬유를 이용한다.

토목섬유(320)의 포설 후, 그 토목섬유(320) 위에 위에서 설명한 바와 같은 본 발명의 장치를 설치하여 모래를 분산 포설한다. 이때, 전방 벨트 컨베이어 (301f)는 벨트를 이용한 모래 이송거리를 가급적 최대화하여 연약토층의 변형을 최소화하기 위하여, 벨트의 길이를 길게 제작한다. 그리고, 전방 벨트 컨베이어 (301f)의 주행은 접지압이 적도록 한 광폭의 무한 궤도와 그 사이에 진행방향에 따라 방향전환이 자유로운 타이어식 구동체(308)를 장착하여 주행하도록 한다. 또한, 전방 벨트 컨베이어(301f)의 끝단은 캔티레버(cantilever) 식으로 설치하여, 처음 모래 투하지점에서 일정 거리만큼 연약층에 장비 하중이 직접 닿지 않도록 하며, 이로 인한 벨트 컨베이어(301f)의 처짐을 막기 위하여 전방 무한 궤도 부근에 포스트(309)를 설치하고, 벨트 컨베이어(301f) 단부로부터 로프(310)로 연결한다.

토목섬유 위에 모래를 포설한 후, 벨트 컨베이어(301r)에 함께 설치된 드레인 타입장치(306)나, 도 8에 도시된 바와 같이, 별도의 소형 드레인 타입 장치 (801)를 이용하여 상기 모래가 포설된 연약지반의 상층부에만 드레인(802)을 1차로 타입한다. 이때, 연약층 상층부만 약 3∼4m 정도의 깊이로 일정하게 드레인(802)을 타입한다.

이렇게 하여 연약층 상층부의 드레인 타입 후, 일정 기간 방치하여 소정의 지지력이 확보되면, 본 공사 지반 처리를 위한 드레인 타입을 2차로 실시한다.

이때, 연약지반 상층부의 1차 드레인 타입만으로 대형 장비 진입에 필요한 소요의 지지력이 부족하거나, 가급적 빠른 시일내에 소정의 지지력 확보가 필요한 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이, 포설된 모래층 위에 적정 재하토를 재하한 후, 그 재하토 위에서 2차 드레인(803)을 타입한다.

이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 벨트 컨베이어를 이용하여 모래를 포설하는 대신 쇄석 골재나 슬래그를 사용할 경우에도 동일한 방법으로 시행하면 된다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 연약지반에의 장비진입을 위한 지반 강도 보강장치 및 그 방법은 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 본 발명의 장치에 있어서의 벨트 컨베이어 단부가 캔티레버식으로 되어 있어, 일정 거리만큼 연약층에 직접 하중을 주지 않고 모래 포설이 가능하고, 컨베이어 단부에서 분사 방식으로 모래를 포설하므로 초연약지반에서도 소성변형이나 연약층 밀림 현상을 최소화하면서 균질한 포설이 가능하다.

둘째, 위와 같이 모래의 균질한 포설이 가능하므로, 수평 배수층 유지가 가능하고, 인근 연약층과 비슷하게 침하됨에 따라 압밀도중에 압밀 배수가 용이하여 압밀의 품질관리가 용이하다.

셋째, 복토 방법이 추가 골재를 이용하는 것이 아니고, 향후 포설될 수평 배수층을 사전에 포설하는 것이므로, 추가 재료비 없이 포설비만으로 비용충당이 가능하고, 추가 복토가 없기 때문에 향후 드레인 타입 길이가 복토 두께 만큼 짧고 드레인 타입이 용이하여 시공성이 향상된다.

넷째, 배수층 포설만으로 소정의 지지력 확보가 곤란할 경우, 향후 재하할 토사를 소정의 두께 만큼 배수층 모래위에 추가로 포설한 후, 드레인을 타입함에 따라 추가적인 복토공사비의 지출없이 시공이 가능하여 경제적이다.

Claims (5)

1. (a) 지반보강 대상의 연약지반 위에 부등침하 최소화 및 지지력 보강을 위해 토목섬유를 포설하는 단계;

   (b) 상기 토목섬유 위에 벨트 컨베이어를 설치하여 모래를 분산 포설하는 단계;

   (c) 소형 드레인 타입 장치를 이용하여 상기 모래가 포설된 연약지반의 상층부에만 드레인을 1차로 타입하는 단계; 및

   (d) 적정 지지력을 확보한 후, 본 공사 지반 처리를 위한 드레인을 2차로 타입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 단계 (c)에서의 연약지반 상층부의 1차 드레인 타입만으로 대형 장비 진입에 필요한 소요의 지지력이 부족하거나, 가급적 빠른 시일내에 소정의 지지력 확보가 필요한 경우에는 포설된 모래층 위에 적정 재하토를 재하한 후, 그 재하토 위에서 드레인을 타입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강방법.
3. 연약지반 위에 포설된 토목섬유 위에 접지압이 최소화될 수 있는 광폭의 무한 궤도로 설치되며, 모래를 이송하여 포설하기 위한 메인 벨트 컨베이어;

   상기 메인 벨트 컨베이어의 선단부에 설치되며, 모래를 분산 포설하기 위한 모래 분사장치;

   상기 메인 벨트 컨베이어의 상면부에 복수개가 설치되며, 메인 벨트 컨베이어에 의해 이송된 모래를 컨베이어로부터 분리하기 위한 모래 분리장치;

   상기 모래분리 장치가 설치된 부위의 컨베이어의 측면부에 복수개가 설치되며, 모래 분리장치에 의해 분리된 모래를 균질하게 하부로 토출하기 위한 슈트;

   상기 메인 벨트 컨베이어의 전방 벨트 컨베이어의 후단에 전방 벨트 컨베이어의 설치방향과 직각방향으로 설치되며, 메인 벨트 컨베이어의 후방 벨트 컨베이어로부터 모래를 공급받아 그 모래를 전방 벨트 컨베이어로 전달하기 위한 수평 벨트 컨베이어; 및

   상기 메인 벨트 컨베이어의 일측에 설치되며, 모래가 포설된 연약지반에 드레인을 타입하기 위한 드레인 타입장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 모래 분사장치는 압축 공기를 공급하는 공기 공급 파이프와, 공기 공급 파이프로부터 공급되는 공기를 다수의 토출공을 통해 분산 토출하는 공기 분사 파이프와, 공기 분사 파이프를 통해 토출되는 압축 공기에 의해 모래가 분사될 때 모래가 고르게 분사될 수 있도록 소정의 경사각도를 유지해주는 분사 경사판으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 모래 분사장치는 다수의 날개가 달린 회전판인 것을 특징으로 하는 연약지반에의 장비진입을 위한 지반강도 보강장치.