KR20180086998A - 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반 개량시 목표 개량 반경 지점에 고압 분사에 의한 진동을 감지할 수 있는 감지 센서가 결합된 가이드관을 삽입함으로써 실시간으로 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템에 대한 것이다.
본 발명 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템은 압축공기 또는 압축공기와 초고압수 및 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 공급하기 위한 고압분사로드; 상기 고압분사로드의 하단에 구비되어 개량될 지반 내에 삽입되는 것으로 압축공기 또는 압축공기와 초고압수를 고압 분사하여 지반을 절삭하고, 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 분사하여 원기둥형 고결체를 지반 내에 형성하기 위한 모니터; 목표 개량 반경(R_t)의 지반 내 일지점에 삽입되는 가이드관; 및 상기 가이드관의 일측에 결합되어 고압 분사에 의한 진동을 감지하는 감지 센서; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템{Ground improvement system by high pressure jet grouting}

본 발명은 지반 개량시 목표 개량 반경 지점에 고압 분사에 의한 진동을 감지할 수 있는 감지 센서가 결합된 가이드관을 삽입함으로써 실시간으로 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템에 대한 것이다.

종래 지반 중의 공동이나 사력층(sand gravel layer) 내 공극 등을 충전하거나 연약층을 개량 또는 수중 구조물 시공을 위한 가물 막이 내 수중지반을 개량하기 위해 이중관 또는 삼중관으로 된 고압분사로드를 이용하여 시멘트 페이스트와 같은 응결제를 고압으로 지반에 주입하는 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템이 이용되고 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 고압분사로드(2)의 하단에 결합된 모니터(3)를 개량될 지반(1) 내에 삽입하여 압축공기 또는 압축공기와 초고압수를 고압으로 회전 분사하면서 지반을 절삭한 후 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 분사하여 원기둥형 고결체(6)를 지중에 형성한다.

구체적으로 고압분사로드(2)로 이중관로드를 이용하여 압축공기와 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 고압으로 분사함으로써 지중의 원지반토 등과 응결제가 교반·혼합되어 원기둥형 고결체(6)를 형성할 수 있다.

또는 고압분사로드(2)로 삼중관로드를 이용하여 압축공기와 시멘트 페이스트 또는 모르타르는 물론 초고압수를 분사함으로써 지반을 절삭 및 교반하여 점토와 같이 극히 작은 입자 성분은 지상으로 배출되도록 하면서 지중의 원지반토 등과 응결제가 교반·혼합되어 원기둥형 고결체(6)를 형성할 수 있다.

그러나 이러한 원기둥형 고결체(6)는 지중에 형성되기 때문에 원기둥형 고결체(6)의 반경이 실제 계획한 목표 개량 반경 이상이 되었는지 여부를 확인하는 것은 어려운 실정이다.

KR 10-0942714 B1

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 지반 개량시 고압 분사에 의하여 지중에 원기둥형 고결체를 형성할 때 목표 개량 반경 지점까지 지반이 개량되었는지 여부를 확인할 수 있는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템을 제공하고자 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 압축공기 또는 압축공기와 초고압수 및 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 공급하기 위한 고압분사로드; 상기 고압분사로드의 하단에 구비되어 개량될 지반 내에 삽입되는 것으로 압축공기 또는 압축공기와 초고압수를 고압 분사하여 지반을 절삭하고, 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 분사하여 원기둥형 고결체를 지반 내에 형성하기 위한 모니터; 목표 개량 반경(R_t)의 지반 내 일지점에 삽입되는 가이드관; 및 상기 가이드관의 일측에 결합되어 고압 분사에 의한 진동을 감지하는 감지 센서; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 감지 센서는 가이드관의 내부에 부착되는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 가이드관의 내부에는 부피가 신축 가능한 팽창팩이 구비되고, 상기 팽창팩의 외부에는 고정밴드가 구비되며, 상기 고정밴드의 외부에는 상기 감지 센서가 결합되는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 고정밴드는 각각 감지 센서가 부착되는 복수의 고정판 및 이웃하는 고정판을 상호 연결하는 탄성 재질의 연결부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 팽창팩의 상부에는 견인와이어가 결합되는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 감지 센서는 스트레인 게이지인 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 감지 센서는 압력 센서인 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 감지 센서에 감지된 측정값을 수집하는 모니터링부가 구비되되, 상기 모니터링부는 감지된 측정값의 크기에 따라 고결체의 확산 범위를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면 고압 분사에 의하여 지중에 원기둥형 고결체를 형성하는 지반 개량 시스템에서, 목표 개량 반경 지점에 고압 분사에 의한 진동을 감지할 수 있는 감지 센서가 결합된 가이드관을 삽입함으로써 실시간으로 지반 절삭 상태를 파악할 수 있다.

종래에는 고결체 시공 완료 후 보링 조사에 의해 조성 직경 및 개량 상태를 확인하였으나, 본 발명에 따르면 시공중 고결체 직경을 파악할 수 있으며, 작업 정도에 따라 지반 개량 작업의 진행 여부를 결정하여 품질 관리를 보다 효율적으로 할 수 있고, 이에 따라 시공성 및 경제성도 향상된다.

도 1은 종래 고압 분사 지반 개량 공법을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템의 단면도.
도 3은 내부에 감지 센서가 부착된 가이드관의 횡단면도.
도 4는 감지 센서가 부착된 팽창팩을 구비하는 가이드관의 종단면도.
도 5는 팽창팩의 팽창에 따른 감지 센서의 작동 과정을 도시하는 종단면도.
도 6은 고정밴드가 구비된 팽창팩의 사시도.
도 7은 모니터의 인발에 따라 진행되는 팽창팩의 견인 상태를 도시하는 단면도.
도 8은 모니터링부에서 감지 센서에 의해 측정된 측정값을 나타내는 그래프.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템의 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템은 압축공기 또는 압축공기와 초고압수 및 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 공급하기 위한 고압분사로드(2); 상기 고압분사로드(2)의 하단에 구비되어 개량될 지반(1) 내에 삽입되는 것으로 압축공기 또는 압축공기와 초고압수를 고압 분사하여 지반(1)을 절삭하고, 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 분사하여 원기둥형 고결체(6)를 지반(1) 내에 형성하기 위한 모니터(3); 목표 개량 반경(R_t)의 지반(1) 내 일지점에 삽입되는 가이드관(4); 및 상기 가이드관(4)의 일측에 결합되어 고압 분사에 의한 진동을 감지하는 감지 센서(5); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 고압분사로드(2)는 지중에 압축공기와 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 공급하는 이중관로드로 구성되거나 압축공기와 초고압수 및 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 공급하는 삼중관로드로 구성할 수 있다.

상기 모니터(3)는 고압분사로드(2)의 하단에 구비되어 개량될 지반(1) 내에 삽입된다.

상기 모니터(3)는 압축공기 또는 압축공기와 초고압수를 고압 분사하여 지반(1)을 절삭한다. 그리고 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 분사하여 지반(1) 내의 원지반토 등과 교반·혼합되어 지중에 소정 크기로 원기둥형 고결체(6)를 형성할 수 있도록 한다.

상기 가이드관(4)은 목표 개량 반경(R_t)의 지반(1) 내 일지점에 삽입된다.

상기 고압분사로드(2) 및 모니터(3)는 회전하면서 압축공기 또는 압축공기와 초고압수를 고압 분사하므로, 상기 가이드관(4)은 목표 개량 반경(R_t)의 위치 중 어느 일지점에만 설치해도 된다. 그러나 지반(1) 상태에 따라 지반 절삭 범위가 원형을 이루지 않을 수도 있으므로, 목표 개량 반경(R_t) 위치 중 복수의 지점에 가이드관(4)을 삽입하여 둠이 바람직하다.

상기 감지 센서(5)는 가이드관(4)의 일측에 결합되어 고압 분사에 의한 진동을 감지한다.

이에 따라 고압 분사에 의해 지반(1) 절삭시 절삭 범위가 확대되다가 확산 범위가 목표 개량 반경(R_t)의 지점에 이르게 되면 압축공기 또는 초고압수가 가이드관(4)을 직접 타격하게 되어 감지 센서(5)에 진동이 감지된다.

그러므로 지반 절삭 상태를 실시간으로 파악할 수 있다.

이렇게 절삭된 범위가 목표 개량 반경(R_t)에 다다른 것이 확인되면 모니터(3)를 통해 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 주입하여 지중에 소정 크기로 원기둥형 고결체(6)를 형성한다.

상기 감지 센서(5)에 감지된 측정값은 외부의 모니터링부(7)에서 수집하여 작업자가 확인할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에서는 목표 개량 반경(R_t) 지점에 고압 분사에 의한 진동을 감지할 수 있는 감지 센서(5)를 삽입함으로써 압축공기 또는 초고압수의 주입확산 범위를 실시간으로 확인할 수 있다.

상기 감지 센서(5)는 스트레인 게이지로 구성할 수 있다.

감지 센서(5)는 절삭음을 감지하여 절삭 범위를 확인할 수 있는 집음기를 사용할 수 있다. 그러나 지반(1) 상태에 따라 충격음이 오히려 확산될 수 있어 절삭 범위 확인에 오차가 발생할 가능성이 있다.

따라서 감지 센서(5)로 스트레인 게이지를 사용하여 직접적인 타격에 의해 진동을 감지하도록 함이 바람직하다.

보통 스트레인 게이지는 스트레인 게이지가 부착되는 측정 대상물에 변형 발생시 스트레인 게이지의 길이 및 단면적이 변화하여 발생하는 전기 저항값의 변화를 이용하여 변형률을 측정하는 것이다. 이러한 스트레인 게이지는 외력 작용시 측정값에 노이즈가 발생하기 마련이다.

본 발명에서는 고압 분사에 의하여 지반(1)을 절삭할 때 발생하는 충격이 가이드관(4) 또는 스트레인 게이지에 전달되면서 발생하는 측정값의 노이즈를 이용하여 절삭 범위가 목표 개량 반경(R_t)에 도달했는지 확인 가능하다.

상기 감지 센서(5)는 압력 센서로 구성할 수 있다.

즉, 가이드관(4)에 가해지는 압력을 감지할 수 있는 압력 센서를 감지 센서(5)로 이용할 수 있다.

상기 압력 센서로는 센서 표면에 힘을 증가시킬 때 저항이 감소하는 중합체 필름(Polymer film)으로 구성되는 FSR(Force Sensing Resistor) 센서 또는 금속판 사이에 얇은 압전 소자를 삽입한 피에조(Piezo) 센서 등 필름형 센서를 사용 가능하다.

도 3은 내부에 감지 센서가 부착된 가이드관의 횡단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 감지 센서(5)는 가이드관(4)의 내부에 부착할 수 있다.

통상 필름형 감지 센서(5)는 접착제를 이용하여 부착면에 고정하며 손상을 방지하기 위해 그 외부에 보호테이프를 붙인다.

그러나 상기 가이드관(4)의 외부에 감지 센서(5)를 부착할 경우에는 가이드관(4)의 지반(1) 삽입시 외부에 부착된 감지 센서(5)가 탈락될 수 있다.

따라서 감지 센서(5)의 탈락을 방지하기 위하여 가이드관(4)의 내부에 감지 센서(5)를 부착하도록 한다.

이를 위해 도 3의 (a)와 같이 가이드관(4)을 단면상 절반, 즉 반원(4a, 4b)으로 절단한 후, 반원(4a, 4b) 내측에 각각 감지 센서(5)를 부착하고 다시 한 쌍의 반원(4a, 4b)을 용접하여 도 3의 (b)와 같이 구성할 수 있다.

상기 감지 센서(5)는 가이드관(4) 내에서 복수 방향으로 다수 개 부착하여 가이드관(4)의 삽입 방향에 상관없이 주입확산 범위를 감지하도록 구성 가능하다.

상기 감지 센서(5)에는 게이지 리드(미도시)가 연결될 수 있으며, 게이지 리드가 모니터링부(7)로 측정 신호를 전달할 수 있다.

도 4는 감지 센서가 부착된 팽창팩을 구비하는 가이드관의 종단면도이고, 도 5는 팽창팩의 팽창에 따른 감지 센서의 작동 과정을 도시하는 종단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가이드관(4)의 내부에는 부피가 신축 가능한 팽창팩(8)이 구비되고, 상기 팽창팩(8)의 외부에는 고정밴드(9)가 구비되며, 상기 고정밴드(9)의 외부에는 상기 감지 센서(5)가 결합되도록 구성할 수 있다.

전술한 도 3의 실시예와 같이 가이드관(4)을 반원(4a, 4b)으로 나누고 반원(4a, 4b) 내측면에 각각 감지 센서(5)를 부착하여 용접 결합하는 경우, 용접 부위의 간섭 또는 용접열에 의한 스트레인 게이지의 손상 등으로 이웃하는 반원(4a, 4b)의 접합부 주변에 감지 센서(5)를 부착하기 곤란하다.

이에 따라 감지 센서(5)의 부착 방향에 제한이 따를 수밖에 없다.

따라서 팽창팩(8)의 외부에 감지 센서(5)를 구비함으로써, 팽창팩(8)의 팽창에 의해 감지 센서(5)가 가이드관(4) 내측면에 밀착됨에 따라 진동을 감지할 수 있도록 구성할 수 있다.

이 경우 가이드관(4)을 절단하고 다시 용접하는 과정이 생략되므로 설치가 편리하고, 감지 센서(5)를 가이드관(4)의 여러 방향으로 필요한 만큼 배치할 수 있어 정확도가 향상된다.

상기 팽창팩(8)은 팽창팩(8)의 일측에 연결된 주입관(81)을 이용하여 내부에 공기 등을 주입하거나 배출시킬 수 있다.

즉, 주입관(81)을 이용하여 팽창팩(8) 내부에 공기 등을 주입하여 팽창팩(8)을 팽창시키면 도 5와 같이 팽창팩(8) 외부에 구비된 고정밴드(9)가 팽창팩(8)의 팽창과 함께 확장된다. 이에 따라 고정밴드(9) 외부에 결합된 감지 센서(5)가 가이드관(4)의 내측면에 밀착되게 되고, 압축공기 또는 초고압수가 가이드관(4)을 직접 타격하면 감지 센서(5)에 진동이 감지되게 된다.

도 6은 고정밴드가 구비된 팽창팩의 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 고정밴드(9)는 각각 감지 센서(5)가 부착되는 복수의 고정판(91) 및 이웃하는 고정판(91)을 상호 연결하는 탄성 재질의 연결부재(92)로 구성할 수 있다.

상기 팽창팩(8)의 팽창에 따라 고정밴드(9)가 확장하게 되면, 고정밴드(9)의 과도한 길이 변형이 유발되면서 감지 센서(5)가 고정밴드(9)로부터 탈락할 수 있다.

따라서 크기가 고정된 고정판(91)에 감지 센서(5)를 부착하는 한편 이웃하는 고정판(91)을 길이가 자유롭게 신축되는 탄성 재질의 연결부재(92)로 연결하면, 고정밴드(9)가 확장하더라도 감지 센서(5)가 고정밴드(9)에서 탈락되지 않고 견고하게 부착 지지될 수 있다.

도 7은 모니터의 인발에 따라 진행되는 팽창팩의 견인 상태를 도시하는 단면도이다.

도 5 내지 도 7 등에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 팽창팩(8)의 상부에는 견인와이어(82)가 결합될 수 있다.

본 발명 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템을 이용하여 지반(1)을 개량하는 경우, 고압분사로드(2) 및 모니터(3)를 상부로 인발하면서 상향 시공을 진행하게 된다.

따라서 심도별로 주입확산 범위를 확인하기 위해서는 가이드관(4) 역시 고압분사로드(2) 및 모니터(3)와 같이 인발하거나 가이드관(4)에 심도별로 복수의 감지 센서(5)를 부착하여야 한다.

그러나 가이드관(4)을 인발하기 위해서는 별도의 장비가 필요하다. 또한, 가이드관(4)에 심도별로 복수의 감지 센서(5)를 부착하기 위해서는 감지 센서(5)의 비용이 증가하여 비경제적이다.

따라서 가이드관(4) 내부에 구비된 팽창팩(8) 및 이와 결합된 감지 센서(5)를 모니터(3)의 상승에 따라 동일하게 상승시켜 심도별로 주입확산 범위를 확인하도록 한다.

상기 팽창팩(8)은 수축 후 상부로 인양하며, 주입 위치에서 다시 팽창시켜 감지 센서(5)를 가이드관(4) 내부에 밀착시키는 과정을 반복하여 상향 시공을 진행하여 심도별로 주입확산 범위를 확인한다.

상기 팽창팩(8)은 상부에 결합된 견인와이어(82)에 의하여 상부로 견인 가능하며, 상기 견인와이어(82)는 인력 또는 구동기에 의해 견인 가능하다.

도 8은 모니터링부에서 감지 센서에 의해 측정된 측정값을 나타내는 그래프이다.

도 8에 도시된 바와 같이 측정된 측정값이 목표값인 A_T에 도달하게 되면 고결체(6)가 목표 개량 반경(R_t)에 도달한 것으로 간주하여 해당 위치에서의 그라우팅 작업을 중지하면 된다.

아울러 상기 모니터링부(5)가 감지된 측정값의 크기에 따라 고결체(6)의 확산 범위를 디스플레이하도록 구성할 수도 있다.

즉, 측정값의 변화에 따라 고결체(6)의 확산 상태 및 확산 속도를 확인하는 것도 가능하다.

1: 지반
2: 고압분사로드
3: 모니터
4, 4a, 4b: 가이드관
5: 감지 센서
6: 원기둥형 고결체
7: 모니터링부
8: 팽창팩
81: 주입관
82: 견인와이어
9: 고정밴드
91: 고정판
92: 연결부재

Claims (8)

1. 압축공기 또는 압축공기와 초고압수 및 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 공급하기 위한 고압분사로드(2);
   상기 고압분사로드(2)의 하단에 구비되어 개량될 지반(1) 내에 삽입되는 것으로 압축공기 또는 압축공기와 초고압수를 고압 분사하여 지반(1)을 절삭하고, 시멘트 페이스트 또는 모르타르를 분사하여 원기둥형 고결체(6)를 지반(1) 내에 형성하기 위한 모니터(3);
   목표 개량 반경(R_t)의 지반(1) 내 일지점에 삽입되는 가이드관(4); 및
   상기 가이드관(4)의 일측에 결합되어 고압 분사에 의한 진동을 감지하는 감지 센서(5); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템.
   
2. 제1항에서,
   상기 감지 센서(5)는 가이드관(4)의 내부에 부착되는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템.
   
3. 제1항에서,
   상기 가이드관(4)의 내부에는 부피가 신축 가능한 팽창팩(8)이 구비되고, 상기 팽창팩(8)의 외부에는 고정밴드(9)가 구비되며, 상기 고정밴드(9)의 외부에는 상기 감지 센서(5)가 결합되는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템.
   
4. 제3항에서,
   상기 고정밴드(9)는 각각 감지 센서(5)가 부착되는 복수의 고정판(91) 및 이웃하는 고정판(91)을 상호 연결하는 탄성 재질의 연결부재(92)로 구성되는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템.
   
5. 제3항에서,
   상기 팽창팩(8)의 상부에는 견인와이어(82)가 결합되는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템.
   
6. 제1항에서,
   상기 감지 센서(5)는 스트레인 게이지인 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템.
   
7. 제1항에서,
   상기 감지 센서(5)는 압력 센서인 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템.
   
8. 제1항에서,
   상기 감지 센서(5)에 감지된 측정값을 수집하는 모니터링부(7)가 구비되되, 상기 모니터링부(5)는 감지된 측정값의 크기에 따라 고결체(6)의 확산 범위를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 주입확산 범위 확인이 가능한 고압 분사 그라우팅 지반개량 시스템.

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