KR200290351Y1 - 압력식 쏘일네일링용 패커기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 그라우팅 영역을 완전히 밀폐시킨 가압식 그라우팅을 통해 그라우팅 시간을 단축시키고, 천공홀과 지반 사이의 틈새나 지반의 공극에까지도 그라우트 약액을 충진시킴으로써, 지반보강체의 안정성을 향상시키는 압력식 쏘일네일링용 패커기에 관한 것으로서, 네일과, 네일의 길이방향으로 중심부위에 상호 소정의 간격을 두고 끼워지는 제 1, 제 2 패킹과, 제 1 패킹과 제 2 패킹의 외주면을 감싸면서 설치되어 제 1 패킹과 제 2 패킹 사이의 공간을 밀폐하는 부직포와, 제 1 패킹 및 제 2 패킹을 관통하되 그 일단부가 네일의 일단부에 근접한 위치에 설치되고, 그라우팅 영역에 그라우트 약액을 주입하기 위한 제 1 그라우팅관과, 제 1 패킹 및 제 2 패킹을 관통하되 그 일단부가 제 2 패킹에 근접하게 설치되고, 그라우팅에 따른 그라우팅 영역의 공기 및 이물질을 제거하기 위한 공기 및 이물질 제거관과, 제 1 패킹을 관통하되 그 일단부가 제 1 패킹과 제 2 패킹 사이의 공간에 위치하도록 설치되고, 부직포에 의해 밀폐된 공간에 겔화에 따라 부피가 팽창되는 발포우레탄을 주입하기 위한 발포우레탄 주입관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

압력식 쏘일네일링용 패커기{A packer apparatus for pressure type soil nailing}

본 고안은 쏘일네일링 공법에 적용되는 패커기에 관한 것으로서, 특히 천공된 구멍의 긴밀한 밀폐 및 압력에 의한 그라우팅을 통해 시공성을 향상시키는데 적당한 압력식 쏘일네일링용 패커기에 관한 것이다.

일반적으로, 산업이 발달함에 따라 단지 조성이나 신도시 건설 등으로 산지와 같은 급경사지를 개발하는 것이 불가피한 실정이며, 따라서 토지의 이용도를 높이고 주거단지의 안정성과 쾌적성을 확보하면서 시공성, 경제성 및 환경 보전성을 충족시킬 수 있는 사면안정 대책공법의 확립이 요구되고 있다.

사면 안정공법으로 가장 널리 이용되고 있는 쏘일네일링(Soil Nailing)은 지반보강공법으로서, 사면보강 및 굴착면에 대한 유연한 지보 등의 목적으로 유럽 및 미국지역에서 널리 활용되고 있다.

이와 같은 쏘일네일링 공법은 네일을 프리스트레싱 없이 비교적 촘촘한 간격으로 원지반에 삽입하여 원지반 자체의 전체적인 전단강도를 증대시키고 공사도중이나 완료후에 예상되는 지반의 변위를 가능한 억제하는 공법이라 할 수 있다.

특히, 굴착지 대체구조물의 경우, 중량 콘크리트 벽체, 엄지말뚝벽체 및 현장타설 슬러리벽체 등 다른 공법들과 비교할 때 쏘일네일링 공법은 저렴한 공사비, 경량의 시공장비, 현장여건 및 지반조건의 적응성, 유연성 등 상대적인 장점을 지니고 있으며, 지진 등 동적하중의 경우에도 과다한 변위 없이 저항능력을 충분히 발휘할 수 있다는 특징을 갖는다.

이와 같은 쏘일네일링 공법의 기본적인 설계개념은 네일링에 의해 보강된 영역의 토괴가 마치 일체화된 옹벽과 같은 작용을 한다는 것에 의해 보강토 벽체가가정할 수 있는 어떠한 경사면에 대해서도 안정을 유지한다고 하는 것이다.

종래의 쏘일네일링 공법은 지반굴착, 네일의 설치, 숏크리트 타설, 굴착 등의 순서로 이루어지는데, 이를 도 1a 내지 1d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 1a에 도시된 바와 같이, 비탈면이나 터파기 벽면(1)이 자립할 수 있는 안정높이로 지반을 굴착한다. 즉, 전면보호공과 보강재를 설치하기 위한 지반굴착은 일반적인 지반굴착과 근복적으로 동일하다. 그러나 쏘일네일링에서의 굴착면은 본체 구조물로 이용되는 경우가 많으므로 정확한 위치와 형상으로 굴착할 필요가 있으며, 토질에 따라 지반이 자립할 수 있는 굴착깊이, 주입 그라우트나 숏크리트가 소정의 강도를 얻기 위한 양생기간 등을 고려한다. 일반적으로 한계 굴착깊이는 지반의 겉보기 점착력과 관계가 있으며, 단계별 연직굴착은 최대 2m로 제한하는 것이 좋다.

이후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 보강재를 설치하기 위해 벽면(1)을 천공한 후, 천공된 구멍에 네일(3)을 설치한다. 이때, 상기 천공은 착암기나 보링기 등을 사용하며, 대부분은 유체(공기, 물, 니수, 시멘트그라우트, 벤토나이트)를 사용한다.

통상, 쏘일네일링 공법에 사용되는 네일(3)은 이형철근이나 강봉 등을 사용할 수 있으며, 그라우트와 부착되는 부분의 유해한 흙이나 기름 등은 사전에 제거되어야 한다.

영구구조물에 사용되는 네일(3)은 설계시 부식에 대한 여유를 고려하거나 방청처리된 강재를 사용해야 하며, 상기 네일(3)은 이음매가 없는 한본을 그대로 사용하는 것이 좋지만 삽입길이가 길어 어쩔 수 없이 연결을 해야 할 경우에는 커플러를 이용해야 하며, 일반용접으로 연결해서는 안된다.

네일(3)의 삽입시에는 그라우트의 최소두께를 확보하기 위하여 네일(3)이 천공구멍의 중앙에 위치하도록 간격재를 사용하는 것이 좋다.

이후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 숏크리트를 타설한 후, 숏크리가 양생되면, 도 1d에 도시된 바와 같이, 다시 지반굴착을 실시한다.

한편, 천공된 구멍에 네일(3)을 설치하는 과정은 다음과 같이 이루어지는데, 먼저, 상기 천공된 구멍(11)에 네일(3)을 삽입한 후, 무압으로 시멘트 밀크(milk)(도시하지 않음)를 공의 내부로 그라우팅한다. 이후, 와이머 메쉬(Wire mesh)(13)를 상기 벽면(1)에 설치한 후, 상기 와이어 메쉬(13) 위에 철근(15)을 가로로 배치한 다음 상기 네일(3)에 체결되는 플레이트(17) 및 너트(19)로 상기 철근(15)을 압착고정한 후, 숏크리트(도시하지 않음)를 타설한다.

이때, 상기 그라우팅은 천공된 구멍(11)의 내부를 완전히 충진하도록 하여야 하며, 그라우팅재가 주변지반에 침투되는 경향에 따라 3~6차례에 걸쳐 반복 실시하여야 한다.

그러나 상기와 같은 종래의 쏘일네일링 공법은 중력식 그라우팅을 적용하므로 고결시간이 길고, 수축현상을 보완하기 위해서는 3~6차례 정도의 그라우팅을 반복하여야 하기 때문에 공정이 길어져 시공성이 저하되므로 공사기간이 길어지는 문제가 있었다.

또한, 천공된 구멍이 하향경사지는 관계로 그라우팅 영역에 그라우트 약액을충진하는 것이 불가능하며, 이는 천공홀과 지반 사이에 틈새를 발생하여 지반보강체에 치명적인 결함을 유발시키는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 패커기에 급결성 팽창제를 주입하여 그라우팅 영역을 완전히 밀폐시킨 상태에서 그라우팅을 진행하는 것에 의해 공기를 단축시킬 수 있고 시공성을 향상시킬 수 있는 압력식 쏘일네일링용 패커기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 가압 방식의 쏘일네일링을 통해 천공홀과 지반 사이의 틈새나 지반의 공극에까지도 그라우트 약액을 충진시킴으로써 지반보강체의 안정성을 향상시키는데 적당한 압력식 쏘일네일링용 패커기를 제공하는데 있다.

도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따른 쏘일네일링 공법을 설명하기 위한 시공 순서도

도 2는 종래 쏘일네일링 공법에 따른 네일의 설치예를 도시한 개념도

도 3은 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기의 사시도

도 4는 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커의 분해사시도

도 5는 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기의 설치 모습을 설명하기 위한 지반단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

31 : 네일 33a, 33b : 제 1, 제 2 패킹

35 : 부직포 37 : 제 1 그라우팅관

39 : 공기 및 이물질 제거관 41 : 제 2 그라우팅관

43 : 발포우레탄 주입관

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기는 굴착면에 천공된 구멍에 삽입되어 그라우팅 영역을 밀폐시키기 위한 패커기로서, 네일과; 상기 네일의 길이방향으로 중심부위에 상호 소정의 간격을 두고 끼워지는 제 1 패킹 및 제 2 패킹과; 상기 제 1 패킹과 제 2 패킹의 외주면을 감싸면서 설치되어 제 1 패킹과 제 2 패킹 사이의 공간을 밀폐하는 부직포와; 상기 제 1 패킹 및 제 2 패킹을 관통하되 그 일단부가 상기 네일의 일단부에 근접한 위치에 설치되고, 상기 그라우팅 영역에 그라우트 약액을 주입하기 위한 제 1 그라우팅관과; 상기 제 1 패킹 및 제 2 패킹을 관통하되 그 일단부가 상기 제 2 패킹에 근접하게 설치되고, 상기 그라우팅에 따른 그라우팅 영역의 공기 및 이물질을 제거하기 위한 공기 및 이물질 제거관과; 상기 제 1 패킹을 관통하되 그 일단부가 상기 제 1 패킹과 제 2 패킹 사이의 공간에 위치하도록 설치되고, 상기 부직포에 의해 밀폐된 공간에 겔화에 따라 부피가 팽창되는 발포우레탄을 주입하기 위한 발포우레탄 주입관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제 1 패킹 및 제 2 패킹을 관통하되 그 단부가 상기 제 2 패킹에 근접하도록 설치되어 상기 그라우팅 영역으로 그라우트 약액을 주입하기 위한 제 2 그라우팅관이 더 구비되고, 상기 제 1, 제 2 패킹과 상기 부직포를 결합하기 위해 상기 제 1, 제 2 패킹의 외주면을 따라 상기 부직포의 외측에 설치되고, 나사조임에 의해 상기 부직포를 상기 제 1, 제 2 패킹의 외주면에 밀착결속하는 와이어 링이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기를 설명하기로 한다.

도 3은 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기의 사시도이고, 도 4는 본 고안의 압력식 쏘일네일용 패커의 분해사시도이며, 도 5는 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기의 설치 모습을 설명하기 위한 지반단면도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 외주면에 나사돌기가 형성된 네일(31)의 길이방향으로 상호 소정의 간격을 두고 제 1 패킹(33a)과 제 2 패킹(33b)이 끼워지고, 상기 제 1 패킹(33a)과 제 2 패킹(33b)의 외주면을 감싸면서 상기 제 1 패킹(33a)과 제 2 패킹(33b) 사이의 빈 공간을 밀폐시키는 부직포(35)가 설치된다. 여기서, 상기 부직포(35) 대신에 나일론이나 천막지 등이 사용될 수 있으며, 추후, 상기 제 1 패킹(33a)과 제 2 패킹(33b) 사이의 빈 공간에 주입될 발포우레탄의 부피 팽창에 따른 압력을 충분히 견딜 수 있는 정도의 재질이면 어느 것이어도 무방하며, 상기 제 1 패킹(33a)과 제 2 패킹(33b)의 재질은 고무, 연질 플라스틱, 나무, 철판 등을 사용할 수 있으며, 이중에서 고무재질이 패킹의 재질로서는 가장 바람직하다. 즉, 고무재질의 패킹을 사용할 경우 하기에서 보다 상세하게 설명되어질 그라우팅관이나 공기 및 이물질 제거관, 발포우레탄 주입관 등과 패킹간에 더욱 긴밀한 결속이 가능하기 때문이다.

또한, 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기는 상기 제 1 패킹(33a)과 제 2 패킹(33b)을 관통하고 상기 그라우팅 영역에 1차적으로 그라우트 약액을 주입하기 위한 제 1 그라우팅관(37)이 설치되며, 상기 제 1 패킹(33a)과 제 2 패킹(33b)을 관통하고 상기 그라우팅으로 인한 그라우팅 영역의 공기 및 이물질을 배출하기 위한 공기 및 이물질 제거관(39)이 설치된다.

이때, 상기 제 1 그라우팅관(37)은 그 일단부가 상기 천공홀의 종단부 즉, 상기 네일(31)의 일단부에 근접하도록 설치되는 것이 바람직하고, 상기 공기 및 이물질 제거관(39)의 일단부는 상기 제 2 패킹(33b)에 근접하도록 설치되는 것이 바람직하다.

참고로, 상기 공기 및 이물질 제거관(39)은 그라우트 약액이 주입됨으로 인하여 상기 그라우팅 영역에 발생되는 공기나 물과 같은 이물질 등을 천공홀의 외부로 배출시킬 뿐만 아니라, 공기 및 이물질을 제거한 다음 그 입구를 폐쇄시키는 것에 의해 상기 그라우팅 영역에 압력이 가해질 수 있도록 한다. 이때, 상기 그라우팅 영역에 압력이 가해지면 상기 그라우트 약액이 고결되면서 상기 압력에 의해 천공홀 주변의 지반에 형성된 공극(空隙) 또는 절리에도 상기 그라우트 약액이 긴밀하게 충진되어 쏘일네일의 전체적인 안정성을 향상시킬 수가 있다.

또한, 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기는 상기 부직포(35)에 의해 밀폐된 공간에 발포성 우레탄과 같은 급결성 팽창제를 주입하기 위한 발포우레탄 주입관(43)이 상기 제 1 패킹(33a)을 관통하도록 설치된다. 이때, 상기 발포우레탄 주입관(43)의 일단부는 상기 제 1 패킹(33a)과 제 2 패킹(33b) 사이의 공간에 위치한다.

상기 발포성 우레탄은 네일(31)이 설치된 상태에서 우레탄 약액으로 주입되어 겔화되는데, 상기 우레탄 약액은 상기 제 1 패킹(33a)과 제 2 패킹(33b) 사이의 공간에서 겔화가 진행되고 그로 인해 부피 팽창을 수반한다. 일반적으로, 우레탄 약액은 발포 배율, 기계적 강도 등 제반 물성을 매우 다양하게 조절할 수 있다는 장점이 있고, 실제로 우레탄 약액이 겔화되는 시간은 불과 수분 정도에 지나지 않으므로 이를 부직포(35)에 의해 밀폐된 공간에 충진할 경우, 얼마 지나지 않아서 1차 그라우트 약액을 주입할 수가 있다.

상기 부직포(35)와 상기 제 1, 제 2 패킹(33a)(33b)을 결합하기 위해 상기 제 1, 제 2 패킹(33a)(33b)의 외주면을 따라 상기 부직포(35)의 외측에 와이어 링(45)이 설치되는데, 상기 와이어 링(45)은 나사조임 방식에 의해 상기 부직포(35)를 제 1, 제 2 패킹(33a)(33b)의 외주면과 밀착 결속해 줌으로써 우레탄 약액이 부직포(35)내에 주입되어 부피 팽창이 일어나더라도 보다 견고한 지지가 가능하다.

추가하여, 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기는 제 2 그라우팅관(41)을 더 포함하는데, 상기 제 2 그라우팅관(41)은 상기 제 1 패킹(33a) 및 제 2 패킹(33b)을 관통하되 그 일단부가 상기 제 2 패킹(33b)에 근접하도록 설치된다.

이와 같은 제 2 그라우팅관(41)은 1차 그라우팅 후 시멘트의 건조수축에 의해 천공홀 내부에 빈공간이 생기는 경우 이를 메우기 위한 2차 그라우트 약액을 주입하는 관으로서, 1차 그라우트 약액이 충진되지 않는 공간에 가압 방식에 의해 2차로 그라우트 약액을 충진하여 그라우트 영역 전체에 걸쳐 긴밀한 충전이 이루어질 수 있도록 함과 동시에 천공홀 주변의 지반에 형성된 공극에까지도 충분히 그라우트 약액이 충진되도록 한다.

이와 같은 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기를 이용한 쏘일네일링 공법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 비탈면이나 터파기 벽면이 자립할 수 있는 안정높이로 지반을 굴착한 다음, 보강재를 설치하기 위해 벽면을 천공한후, 천공된 구멍에 도 3과 같은 압력식 쏘일네일링용 패커기가 장착된 네일(31)을 끼워넣어 설치한다.

이후, 발포우레탄 주입관(43)을 통해 상기 부직포(35)에 의해 밀폐된 제 1 패킹(33a)과 제 2 패킹(33b) 사이의 공간에 우레탄 약액과 같은 급결성 팽창제를 주입한다.

상기 우레판 약액은 앞에서도 잠시 언급한 바와 같이, 겔화되는 속도가 매우 빠르므로 주입된 후 수분이 경과되면 겔화되어 부피 팽창이 일어나고, 이는부직포(35)의 팽창을 의미하므로 상기 부직포(35)의 직경이 천공홀의 내경과 긴밀하게 밀착되는 결과를 가져온다.

이후, 그라우트 영역을 시멘트 밀크(Cement milk)와 같은 그라우트 약액으로 충진시키기 위해 상기 제 1 그라우팅관(37)을 통해 1차 그라우트 약액을 주입한다. 이때, 상기 그라우트 영역에는 그라우트 약액이 충진됨과 동시에 공기나 이물질 등이 발생하게 되는데, 이것들은 상기 공기 및 이물질 제거관(39)을 통해 천공홀의 외부로 배출된다.

이어, 상기 공기 및 이물질 제거관(39)을 폐쇄하고 그라우트 약액 주입을 계속함으로써 상기 그라우트 영역에 가압충진이 수행되도록 한다. 이와 같은 그라우트 약액의 가압충진으로 천공홀 주변의 지반에 형성된 공극이나 절리에도 그라우트 약액이 충진되게 된다.

한편, 상기 그라우팅 영역에 1차 그라우트 약액의 충진을 완료한 후, 수십분이 지나면 충진된 그라우트 약액, 즉 시멘트 밀크가 고화되면서 건조수축이 일어나 상기 제 2 패킹(33b) 인근에는 빈 공간이 존재하게 되는데, 상기 빈 공간에 그라우트 약액을 주입하기 위해서는 그라우트 약액의 추가적인 주입이 요구된다.

이에, 상기 제 2 그라우팅관(41)을 통해 2차 그라우트 약액을 주입한다. 이때, 상기 제 2 그라우팅관(41)은 그 일단부가 상기 제 2 패킹(33b)에 근접하도록 설치되므로 건조 수축으로 인해 1차 그라우트 약액이 충진되지 못했던 상기 제 2 패킹(33) 인근에 2차로 주입하는 그라우트 약액을 보다 손쉽게 충진시킬 수가 있다.

이와 같이 그라우팅이 완료되면, 와이어 메쉬(Mesh)를 벽면에 설치한 후, 상기 와이어 메쉬 위에 철근을 가로로 배치한 다음, 상기 네일(31)에 체결되는 플레이트 및 너트로 상기 철근을 압착고정한 후, 숏크리트를 타설하면 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기를 이용한 쏘일네일링이 완료된다.

이상에서 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 고안은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수가 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서, 상기 기재 내용은 하기의 실용신안등록청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 고안의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 고안의 압력식 쏘일네일링용 패커기는 다음과 같은 효과가 있다.

급결성 팽창제를 주입한 패커기를 이용하여 천공홀의 내면을 견고하게 밀폐시킨 상태에서 가압에 의한 그라우팅을 진행하므로 그라우팅 작업을 단시간에 완료할 수 있어 그 만큼 시공시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 가압식 쏘일네일링을 통해 지반에 형성된 공극 또는 절리에까지도 그라우팅 약액을 견고하게 충진시킬 수 있기 때문에 지반보강체의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 굴착면에 천공된 구멍에 삽입되어 그라우팅 영역을 밀폐시키기 위한 패커기로서,

   네일과;

   상기 네일의 길이방향으로 중심부위에 상호 소정의 간격을 두고 끼워지는 제 1 패킹 및 제 2 패킹과;

   상기 제 1 패킹과 제 2 패킹의 외주면을 감싸면서 설치되어 제 1 패킹과 제 2 패킹 사이의 공간을 밀폐하는 부직포와;

   상기 제 1 패킹 및 제 2 패킹을 관통하되 그 일단부가 상기 네일의 일단부에 근접한 위치에 설치되고, 상기 그라우팅 영역에 그라우트 약액을 주입하기 위한 제 1 그라우팅관과;

   상기 제 1 패킹 및 제 2 패킹을 관통하되 그 일단부가 상기 제 2 패킹에 근접하게 설치되고, 상기 그라우팅에 따른 그라우팅 영역의 공기 및 이물질을 제거하기 위한 공기 및 이물질 제거관과;

   상기 제 1 패킹을 관통하되 그 일단부가 상기 제 1 패킹과 제 2 패킹 사이의 공간에 위치하도록 설치되고, 상기 부직포에 의해 밀폐된 공간에 겔화에 따라 부피가 팽창되는 발포우레탄을 주입하기 위한 발포우레탄 주입관을 구비한 압력식 쏘일네일링용 패커기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 패킹 및 제 2 패킹을 관통하되 그 단부가 상기 제 2 패킹에 근접하도록 설치되어 상기 그라우팅 영역으로 그라우트 약액을 주입하기 위한 제 2 그라우팅관이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 압력식 쏘일네일링용 패커기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 패킹과 상기 부직포를 결합하기 위해 상기 제 1, 제 2 패킹의 외주면을 따라 상기 부직포의 외측에 설치되고, 나사조임에 의해 상기 부직포를 상기 제 1, 제 2 패킹의 외주면에 밀착결속하는 와이어 링이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 압력식 쏘일네일링용 패커기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 패킹은 고무재질인 것을 특징으로 하는 압력식 쏘일네일링용 패커기.