건설장비의 종류 및 특성 - 지원장비

[최현기]

1. 지원장비

지원장비는 건설공사의 주공종 및 작업에 직접 사용되지 않고 보조적인 작업에 쓰이는 장비로서 Air Compressor, Generator, Pump, 콘크리트 Mixer, 콘크리트 Slab 미장기, 콘크리트 Spraying Machine, Bar Bender, Bar Cutter 등을 들 수 있다.

이러한 장비들의 구조 및 특성을 중점적으로 설명하였으며, 본 항목에서 설명치 않은 기타 부속장비의 종류도 상당히 많으나, 기본적이고 일반적으로 많이 사용되는 장비를 대상으로 하였다. 그리고, 콘크리트 교량용 P.S 콘크리트 Slab 관련 장비, Slip Form Equipment, 교량가설용 장비, Line Marker 콘크리트 파쇄기 등 특수 장비를 추가로 설명 하였다.

1.1 Air Compressor

1.1.1 개요

공기 압축기는 착암기. Vibrator 등의 동력이 되는 압축공기를 생산하는 장비이다. 압축공기는 공기 Motor, 항타기, 환기용, 청소용의 동력원으로 되기도 하며 Hose나 Pipe를 통하여 작업 장비에 전달된다. 이러한 공기 압축기의 일반적인 형태는 그림 2-7-1과 같다.

제 목 : 그림 2-7-1 Air Compressor의 형태

1.1.2 분류

(1) 압축기구에 의한 분류 : 왕복식, 회전식(Screw, Rotary)

(2) 용도별에 의한 분류 : 고정식, 이동식

(3) 냉각방식에 의한 분류 : 수냉식, 공냉식, 유냉식

(4) 압축단수에 의한 분류 : 1단 압축, 2단 압축

(5) Cylinder 배열에 책한 분류 : 입형, 횡형

(6) 압축실내 윤활방식에 의한 분류 : 급유식, Oil Free식

(7) 구동기와 연결방식에 의한 분류 : 직결식, V-Belt 연결식, Coupling식, 감속기식

기종의 선정은 용도 및 그 규모의 크기에 따라 선정하고, 가능하면 소음 및 진동이 적은 형식을 선택하고, 특히 이동식의 경우는 기동성에 중점을 투고 선택하여야 한다.

1.1.3 종류 및 특성

1.1.3.1 압축기구에 의한 분류

(1) 왕복식 압축기 : Crank 기구에 의한 Cylinder내 Piston의 왕복운동으로 압력을 생성시키는 압축기이다. Cylinder 배열에 따라 입형과 횡형으로 나눠진다. 이 형식의 일반적 특징은 다음과 같다.

- 전단열 효율이 좋고, 단위 동력당 공기량이 많다.

- 용량 조정이 간단하여 효율이 좋다.

- 압력유지 Valve (회전압축기로 Oil 분리기의 분리효율을 유지하기 위해, 사용압력에 관계없이 토출압력을 일정치 이상으로 유지하도록 하는 Valve)를 설치할 필요가 없고, 넓은 압력 범위에 대하여 효율이 좋은 운전이 가능하다.

- 분해 조립 등 보수가 용이하다.

(2) 회전 압축기 : 회전운동으로 압력을 발생시키는 용적형 압축기로, 가변 날개형과 나사형의 2종류가 있다. 이들은 모두 압축과정에 있어 압축기 내부에 Oil을 주입하고, 압축열의 냉각, 내부윤활 및 Seal의 작용을 행하는 압축기로 압축하는 공기는 Oil 분리기로 이송되어 여기에서 Oil을 분리하고, 깨끗한 공기가 되어 Service Valve로 공급한다.

이 형식의 일반적인 특징은

- 흡입 Valve, 토출 Valve가 없고 부품 갯수도 적어서 보수가 용이하다.

- 고속, 소형, 경량으로 Torque가 적고, 진동 소음에 적다.

- 토출공기 온도가 비교적 낮다. (70-80℃)

- 소형화가 가능하고, 공기 압축장치에 있어서 Unit화 할 수 있고, 게다가 기동성도 좋다.

가변날개형 공기압축기의 구조 및 작동원리는 그림 2-7-2와 같고, 나사형 공기압축기의 작동원리는 그럼 2-7-3과 같다.

제 목 : 그림 2-7-2 가변날개형 공기압측기의 구조 및 작동원리

제 목 : 그림 2-7-3 나사형 공기압축기의 작동원리

(3) 기타 압축기 : 최근 대용량의 공기 압축기 수요가 늘어남에 따라, 종래의 압축기 이외에 원시압축기가 제작되었다. 이것은 Vane을 특수한 모양으로 만들어 토출압력 1.0-2.5kg/㎠까지 가능한 것이며, 특징으로는 Oil성분을 포함하지 않은 압축공기를 얻을 수 있고, 대용량이면서 경량, 소형화 시킬 수 있는 점 등을 들 수 있다.

1.1.3.2 용도별 분류

실제로 압축기를 사용할 경우에는, 그 구조상의 차이, 특징 외에 설치조건에 대해서도 고려하지 않으면 아니된다. 아래에 고정식과 이동식으로 나눠 설명한다.

(1) 고정식 압축기 : 다음과 같은 점을 고려하여야 한다.

- 장기적으로 사용하여도 사용목적, 사용장소를 고려하여 경제적으로 유리한 경우를 선택 한다.

- 설치위치는 사용장소와 가까이 정하고, 사용장소가 산재한 때는, 부하의 중심에 집중하도록 설치한다. 또 설치위치는 ‘지반이 좋을 곳’, ‘급배수에 편리할 것’, ‘소음장해가 작을 것’, ‘반입이 용이할 것’, 등을 종합 고려하여 선정한다.

- 압축기는 진동이 적고, 소형경량으로 기초를 작게 만들어도 되고, 보수점검이 쉬운 기종을 선택하여야 한다.

최근 공기 압축장치에 필요기기를 부착하여. Unit화한 Type의 압축기가 제작되고 있으며, 설치가 용이하고, 기동성을 크게 발휘할 수가 있다.

(2) 이동식 압축기 : 특정 기초를 만들지 않고, 간단히 이동 사용할 수 있도록 제작한 압축기를 이동식 압축기라 한다. 이동식 압축기는 다음과 같은 용도에 적합하다.

(2.1) 일정장소 및 시간에 빠른 조치로 사용이 가능하다.

(2.2) 사용기간이 짧고, 기초공사와 배관에 경비를 투자하는 것이 비경제적인 경우

(2.3) 현장의 이동이 심한 작업, 즉 도로공사와 같은 경우

(2.4) 전력과 냉각수 사용이 어려운 산간벽지와 시가지에서의 건설공사

(2.5) 그외 입지조건으로 볼 때, 이동식 압축기를 사용하는 것이 경제적으로 유리한 경우

이와 같은 용도에 적합하도록, 이동식 압축기는 다음과 점은 점을 고려하여 제작한다.

- 이동운행을 용이하도록 가능한 소형 경량으로 하고, 2륜 또는 4륜 Tire를 부착하고, 견인차로 주행할 수 있는 구조로 되어 있다. 용도에 따라서 Skid Base를 갖춘 반이동식, 또는 Truck에 탑재하는 상태로 사용하는 차량식 등, 응용기종도 제작되고 있다.

- 원동기에는 Diesel Engine을 사용하는 것이 많다. 시가지에서는 소음이 적은전동기 구동의 것도 일부 사용되고 있다.

최근, 건설공해상 소음을 심하게 규제하는 도회지를 위해서, 전동기 구동 외에 특히 방음형 압축기가 개발되어 실용화되고 있다.

1.1.4 제원 (Air Compressor)

1.1.5 압축기의 선정과 계획

건설장비로서 압축기를 선정하는 데는 건설공사 특유의 조건으로 요구되는 사용 압력, 토출공기량 등의 압축기 사양, 혹은 고정식이냐, 이동식이냐 등의 압축기 형식, 그리고, 소음, 운전경비, 유지비, 표준기종 등을 종합적으로 고려할 필요가 있다.

1.1.5.1 압축기의 효율

압축기의 효율에는 체적효율과 전단열 효율 2가지가 있다.

(1) 체적효율 : 압축기의 흡입상태로 환산한 실제 토출공기량과 이론 압송공기량과의 비로서, 공기량을 산출하는데 필요한 수치이다. 체적효율은 다음 식으로 구한다.

(실제 흡입 용량/DISPLACEMENT) × 100 = 최적효율(%), 일반적으로 최적효율은 65-95 %정도이다.

(2) 전단열 효율 : 압축기의 효율을 고려할 경우에 냉각의 영향, 공기통로의 저항, 기계손실 등을 각각 구하는 것이 어려워서, 이들을 종합한 전단열 효율이 이용되고 있다. 압축기의 상태는 전동기 구동의 경우는 단위축 동력당의 공기량으로, Engine 구동의 경우는 단위 연료 소비량당의 공기량으로 판매하는 것이 좋다.

또한, 이 수치는 압축기의 토출압력, 구조 등에 따라 변화하므로 주의를 요한다.

1.1.5.2 압축기 용량

압축기의 용량은 공기량과 압력으로 표시되며, 일반적으로 공기량은 C.F.M(Cubic Feet Per Minite) 또는 ㎥/min으로 표시한다.

(1) 토출 공기량 : 일반적으로 공기 압축기의 토출 공기량은 흡입상태(표준대기)에서 Piston의 이동량으로 표시한다. 일반적으로 100% 풍량인 경우 전단열 효율도 최고가 되도록 설계되어 있으므로, 필요 이상으로 과대한 용량의 압축기를 선정하면 저부하로 가동되어 종합적인 효율이 저하된다. 따라서, 압축기의 용량을 결정할 때는 부하특성을 고려하고, 가능하면 전부하에 가까울 정도로 가동시킨다. 또한 변동부하에 있어서는 Pick Load를 감안하여 용량을 결정하여야 할 것이다.

(2) 압력 : 압축기의 토출압력은 실제의 사용압력에 후부냉각기 등의 기기, 배관 등의 압력손실을 가미하여 결정하여야 할 것이다. 7kg/㎠의 후부냉각기의 압력손실은 0.2kg/㎠ 정도이고, 배관내의 압력손실도 고려하여 다소의 여유를 두는 것이 좋다. 일반적으로 정격압력 근처에서 전단열 효율이 최고로 되며, 압력이 떨어지면 전단열효율도 저하된다. 따라서, 압력손실을 과대하게 설정하여 압축기를 선정하면 실제 운전에서는 효율이 떨어진다.

(3) 표준 기종의 선정 : 다소 토출공기량 압력이 달라도 ‘공기압축기 제원’에 기재된 표준 기종 중에서 선정하는 것이 납기도 빠르고, 설치비도 싸며 부품의 보급도 신속하고 Service가 좋아서 경제적이다.

(4) 대수 제어장치 : 최근 압축기 운동의 자동화, Energy 절약 등의 경제성도 주목하여야 한다. 특히, Tunnel 공사에서는 상당한 공기랑의 변동이 있어서 여러대의 압축기를 병렬 운전할 경우 부하의 사용 공기량의 변동이 따라서 적절한 운전대수를 선택하면 경제적인 운전이 가능하다. 이것을 대수 제어장치로 작동시킬 수 있다.

(5) 송기관에서의 손실 : 압축공기를 공급함에 있어서 송기관에 의한 손실은 무시할 수 없는 것이다. 송기관에 있어서의 손실에는 작은구멍, 이음구멍 등으로 인한 누설손실과 마찰에 의한 압력저하 등의 손실이 있다. 이와 같은 공급중의 손실은 많은 동력비의 손실이외에도 그 압축공기를 사용하는 기계의 능률을 크게 저하시키게 된다. 송기관에 직경 6mm 정도의 작은 구멍이 1개소 있을 때에는 이것에 Jack Hammer 1대의 상시 구동할 수 있는 압력을 손실하게 된다.

압축공기는 누설되어도 무취, 무색이고 또 위험성도 적으므로 주의하지 않는 경향이 있다. 그러나, 이는 큰 문제가 될 수 있는 것이므로 공기관의 접착, 분기 Hose의 이음부, Hose의 꼬임 등 압축공기의 공급에 지장이 있을 요인을 미리 제거하여 압력손실 방지에 최선을 다해야 한다. 다시 바꿔 말하면 관직경에 작은 것을 써서 비용을 절약하려다가 송기손실로 인한 비용의 손실을 초래하는 수가 있으므로 유념해야 할 것이다.

이외에도 공기 중에 포함된 수분, 즉 증기가 송기관내에서 응축되어 물이 되고, 이 물이 관내 저부에 고이면 압축공지의 송기단면을 제거 하여 압력강하를 일으키게 되므로 송기관에는 배출용 Drain Coke를 설치하여 수시로 제거하여 압력 강하를 방지하고, 또 녹방지 등에 유의하여야 한다.

한 예로서 토공작업용 공기압축기의 소요 압축공기량을 표 2-7-1에 소개한다.

제 목 : 표 2-7-1 토공작업용 공기압축기의 소요압축공기량 (㎥/mim) {기준압력 7kg/㎠)

(주) 이 표는 가장 좋은 조건인 때의 값이다.

1.1.5.3 압축기의 공해방지

(1) 소음대책 : 공기 압축기에서 발생되는 소음 중 가장 큰 것은 흡입소음이고, 다음은 압축기 전체, 공기조, 후부냉각기, 공기배관 등으로부터 발생하는 토출소음이다. 따라서, 소음에 대한 공해 대책으로 소음원에 방음장치를 부착, 압축기 전체를 방음벽으로 쌓음, 전자 두가지의 겸용방안 등이 있다.

(2) 진동대책 : 압축기의 진동공해는 경우에 따라서 소음으로부터 처리하기 어려운 것도 있다. 공해가 되는 진동에는 크게 지반 혹은 구조물과 같은 고체에 전파되는 것 등이 있으나, 대개는 가청음역 이하의 저주파수의 것이기 때문에 귀로는 감지할 수 없으나, 넓게 해석하면 소음에 속한다.

첫번째에 대한 대책으로는 직접부착법과 방진지지법이 있다. 직접부착법에는 정, 동하중이 걸리는 쪽을 지내력보다 충분히 적게 하고, 동시에 지반과의 공진을 피하기 위해 기초중량과 기초 Mat를 크게 하여 기초의 진폭을 줄여야 한다. 방진지지법에는 압축기가 받는 가진력을 고무, 금속 Spring 등의 방진재로 흡수하고, 바닥 또는 지반에 전파되는 가진력을 적게 한다. 건설현장의 사용조건에 따라 방진고무, 기계용 받침대 등을 사용하는 후자의 방법이 경제적인 효과가 큰 것으로 생각된다.

1.2 Power Equipment

1.2.1 개요

상용 전력을 끌어 오기에 불편한 공사현장, 며칠만 잠시 전력을 필요로 하는 현장, 혹은 상용 전력 정전시의 예비전원으로서 Diesel Engine 등으로 구동하는 발전기가 널리 이용되고 있다. 비상용, 상용의 자가 발전 설치시에는 정치식의 것과 Package식의 것이 있으나, 공사현장 등에 사용되는 발전 설비로는 발전기, Engine, 배전반, 시동 장치, 연료 Tank 등 구성기기의 모든 것을 Frame 위에 탑재한 Package식이 편리하다.

최근에는 설치장소, 사용장소의 환경을 고려한 소음 대책형, 진동 대책형도 실용화 되고 있다.

1.2.2 구조, 분류 및 특성

1.2.2.1 구조

(1) Generator

- 발전방식 : 교류발전기에 의한 3상 교류 발전이 대표적이고, 필요에 따라 단상취출도 가능하다. 이 3상 교류 발전은 50Hz또는 60Hz로 고압의 경우는 6.6KV급 또는 3.3KV급, 저압의 경우는 400V급 또는 200V급이 사용되고 있다.

- 극수에 의한 분류 : 극수는 2P-16P 정도까지 사용된다. Package식에는 4P가 일반적이고, 보다 Compact화한 것은 2P형도 많이 사용되고 있다.

- 여자장치에 의한 분류 : Brush의 유무에 의한 종류가 있다. Brush가 있는 형식은 약 3,000시간 마다 Brush 정비를 요하나, 가격이 저렴하고 Compact화 할 수 있는 특징이 있다. 그리고, Brush가 없는 형식은 소모품으로서 Carbon Brush를 사용할 필요가 없어 정비가 필요 없는 이점이 있다. 또한, 초기 여자 전원을 외부로부터 넣을 필요가 없는 PMG(Permanent Magnetic Generator) Brushless방식도 채택되고 있다.

정격 출력과 부하 발전기의 정격출력은 부하의 소비전력량을 조달하는 외에 Motor의 시동전류에도 감당할 수 있어야만 한다. 상자형 유도 전동기에 부하가 걸려있는 경우에는 큰 시동전류에 의한 전압강하가 격심하고, 기타 다른 요인에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 이런 경우는 전동기의 시동방식을 변화시켜서 시동 전류를 어느 정도 낮출 수 있다. 그리고,대용량의 기기를 먼저 시동함으로써 발전기의 효율을 높일 수 있다.

3상 발전기에 단상부하를 접속하면 Unbalance가 되고 전압파형이 일그러져서 이상 진동을 발생시키며, 단상부하는 가능한 작게 하여야 하나 Transformer를 사용해서, 3상간의 Balance를 유지하도록 한다.

(2) Engine : Engine은 상용, 비상용, 이동식이 있으며, 용도, 연료, 발전기 용량에 따라 선정 한다.

- 상용 Engine : Running Cost와 수명을 중시하여, 저속 Engine (거의 500rpm 이하) 또는 중속 Engine (거의 500-1,200rpm)등이 사용된다. 연료는 일반적으로 A중유이나, 2,000KVA 이상에서는 경제적인 C중유를 사용하고 있다.

- 비상용 Engine : 연료와 윤활유의 경제성 때문에 소형이며, 설치비가 저렴한 고속 Engine (거의 1,000rpm 이상)을 사용한다. 2,000 KVA까지의 경우는 연료로 경유 또는 A중유를, 2,000KVA 이상의 경유는 중속 Engine으로 A중유를 사용한다.

- 100KVA 이상의 발전설비에 사용되는 Engine : 거의 연료의 과급기를 부착하여 출력의 증대를 꾀하고 있다. 이 경우 주의를 하지 않으면 과급기를 부착한 것으로 인하여 부하 투입율이 50~75%로 떨어지게 되고, 큰 부하를 일정하게 받으면 Engine은 정지하게 된다.

- Engine의 연료 소비율 : 용량과 연소방식에 따라 차이가 있으나, 대개 0.17-0.20kg/ ps.h 이다.

- Engine의 냉각 : Engine은 적당한 온도를 유지하도록 냉각하여야 한다. 냉각수는 거의 30L/ps.h이 필요하며, 정치식 발전설비의 경우 수조 순환식, Cooling Tower식, 방수식 등이 사용된다.

Package식의 경우는 정치식과 같이 사용할 수도 있으나, 물 공급이 불편한 장소에서의 사용과 간이화를 위한 것이고, Radiator식에 있어서는 냉각수의 상시 공급이 불가능한 경우가 많다. Radiator식의 경우는 물을 연속 사용하지 않아도 되는 큰 이점이 있으나, 냉각 효율이 다소 떨어지는 관계로 Engine 출력을 다소 작게 잡아야 한다.

- Engine의 출력에 영향을 주는 요인 : Engine 출력은 사용하는 장소의 온도, 습도, 표고에 따라 영향을 받는다. 표준적인 사용 조건으로는 온도 5-40℃ 습도 85%이하, 표고 150m 이하이다. 표고에서는 150m를 넘어서면 300m마다 2.5%의 출력 감소를 보인다.

(3) 배전반 : 발전설비의 배전반에는 주회로 차단기, 발전기 여자장치, 조작용 제어장치, 자동시동장치. 각종 보호 Relay 계기류, 상태표시품 등이 조립되어 있고, 조작, 감시, 보호의 모든 기능을 갖고 있다.

- 설치위치 : 정치식인 경우는 별도 설치지반이 있어야 하나, Package형 발전설비의 경우는 발전기에 Frame을 설치하고 탑재한다.

- 주회로 차단기 : 고압의 경우는 진공차단기(VCB), 저압의 경우는 공기중차단기 (ACB), 또는 배선용차단기(MCB)가 사용되고 있다. Package식 발전기의 경우, 대개 MCB가 사용되고 있다.

- 발전기의 보호 : 예상되는 고장요인들에 대해서, Engine정지, 차단기 개방 Lamp 표시, Bell이나 Buzz 경보를 한다. 고장요인에는 냉각수 온도상승, 윤활유 압력저하, 과속도, 과전압, 과전류, 비상정지 등이 있다.

(4) 부대설비 : 발전설비에는 다음과 같은 부대설비를 필요로 한다.

- 연료저장설비 : 발전기의 운전시간과 연료 보급간격으로부터 Tank 용량이 결정된다. Tank는 소방법의 규제를 받아야 하는 것에 주의를 요한다. 정치식의 경우는 발전기실에 보조 Tank를 설치하고, Package식의 경우는 소형연료 Tank를 탑재한다. 특별히 지하 Main Tank를 설치할 경우는 탑재연료 Tank에의 공급 System을 자동화하는 것이 좋다.

- 냉각수 설비 : Engine에 냉각수를 공급하는 설비로는, Cooling Tower와 지하수조 등의 수원을 준비한다. 비상용 발전기를 사용해야 하는 경우, 외부로부터 전력공급이 중단되면 냉각수를 공급하는 전력도 마찬가지로 차단되므로 지하 수조의 물을 Pump로 가동할 수 없으므로 높은 위치의 수조를 준비하여 자연낙하 현상을 이용하여 냉각수를 공급해야 한다. Package식의 경우는 Engine 직결의 Raditor로 냉각하는 경우가 많고, 특별한 설비는 필요가 없다.

- 직류 전원설비 : 발전기가 Start Motor로 시동할 경우는 이를 위한 전원으로서 초기 여자용, 차단기 투입용 몇 옥외용, 또한 계전기의 작동과 배전반면의 Lamp 표시용으로 직류전원 설비를 필요로 한다. 일반적으로 직류전원 설비는 정류기와 축전지를 병행 사용하고, 축전지는 항상 충전 상태를 유지하고 있어야 한다.

1.2.2.2 시동방식

시동 방식으로는 Start Motor식과 압축공기식 2가지 방식으로 대별된다. 정치식 발전기의 경우를 두가지 방식 중 어느 것이든 가능하고, Package식 발전기의 경우는 Start Motor 시동이 채택되는 것이 많다.

(1) Start Motor 방식 : 미리 용량이 큰 축전지에 충전한 직류전원을 사용하여 Start Motor를 돌려서 그 동력으로 Engine을 시동한다.

(2) 압축공기 시동방식 : 미리 공기 압축기로부터 Art Tank에 3kg/㎠ 정도의 공기를 충진시키고, 시동 지시에 따라 전자 Valve를 통하여 Engine Cylinder 또는 Engine 부속의 Air Motor에 공기를 보내서 초기 회전을 받는다. 시동으로부터 송전까지의 제어는 수동식에서는 어느 정도의 시간이 필요하다. 이 때문에 비상용에서는 특히 오작동을 피하기 위해서도 자동 시동방식이 좋다. 자동시동방식에서는 상업성 전원의 정전을 확인하고, 시동조작으로부터 10-40초 이내에 송전개시가 이뤄진다.

1.2.3 제원(Generator)

1.2.4 발전설비의 계획

발전설비를 계획할 때 고려해야 할 사항은 다음과 같다.

(1) 부하의 종류와 용량, 시동방식, 과부하의 유무

(2) 발전기의 사용빈도, 상용이냐, 비상용이냐의 구분

(3) 설치장소의 기온, 습도, 환경 조건 및 표고

(4) 설치장소의 옥내외 구분

(5) 소음, 진동 대책의 필요성과 구체적인 자료의 유무

(6) 연료의 종류

(7) 냉각수의 공급 조건

(8) 발전설비에 사용가능한 상업용 전원의 유무 및 종류

1.2.5 용량

발전설비용량은 다음의 각 사항에 대해 계산을 하여 최대용량인 조건을 기준으로 하여 기종을 선정해아 한다.

(1) 부하의 정상운전에 대 충분한 용량이야 할 것

(2) 부하의 시동 등에 의한 순간전압 강하가 허용치 이내일 것

(3) 부하의 시동에 대해 충분한 용량이어야 할 것

기타 부하의 종류와 용량, 시동순서 등을 충분히 검토하고, 여유를 생각하여 결정한다.

1.2.6 기초와 고정

기초는 기기의 운전에 의해 발생하는 가진력에 충분히 견디며, 운전에 의해 발생하는 진동이 다른 기기 및 건물 등에 영향을 주지 않아야 한다. 초기 크기의 결정방법으로 다음과 같이 2가지가 있으며, 어느 경우도 지내력이 충분하여야 한다.

(1) 기초 질량을 크게 하여 진동전달을 감소하는 방법

기초의 중량 = C × W × √n [Ton] (Maller의 실험식) ·········· 식 (2-7-1)

여기서

W : 장치의 중량 (Ton)

n : Engine의 회전수(rpm)

C : 실험계수 (약 0.2)

(2) 방진장치에 의해 진동을 줄이는 방법 : 방진장치가 있는 경우는 (1)의 직접고정방법에 비해 기초중량이 1/10이하로 작아진다.

기초의 중량 (방진장치가 있는 경우) (WF') = αWF [Ton]

1.2.7 연료 Tank의 설치

Power Equipment에 사용되는 연료 Tank는 설치 유형에 따라 옥외저장 Tank, 옥내저장 Tank, 지하저장 Tank, Engine 탑재 연료 Tank 등이 있으며, Engine의 운전시간, 연료의 종류, 기타 설비와의 공용유무 등을 검토하여 사용 Tank의 유형을 선정한다.

연료 Tank는 저장하는 연료의 종류, 저장량 등에 의해 각종의 기술 기준이 정해져 있다

(1) Tank용량의 계산 : Tank용량 = Tank의 내용적 × 90 / 100

(2) 옥외저장 Tank (그림 2-7-4 참조)

(2.1) 공지 : Tank의 주위에 폭 1m 이상의 공지를 보유, 또는 방화상 유효한 벽을 설치한다. (개구부가 없는 내화구조 또는 방화구조의 벽으로 되어 있는 경우는 대상에서 제외할 수 있다.)

(2.2) 연료 Tank의 용량과 판두께

- Tank용량 40L이하 : 강판두께 1.0mm이상

- Tank용량 40-100 L : 강판두께 1.2mm이상

- Tank용량 100-250 L : 강판두께 1.6mm이상

- Tank용량 250-400 L : 강판두께 2.0mm이상

* (주) : 강판두께는 KS에 규정한 호칭치수를 말한다.

(2.3) 지정수량의 1/5이상, 지정수량 미만의 Tank(압력 Tank는 제외)에는 유효한 통기관 등을 화재방지상 안전한 방법으로 설치할 것.

제 목 : 그림 2-7-4 옥외저장 Tank의 설치 예

(3) 옥내저장 Tank (그림 2-7-5 참조)

- 격리 : 해당 Tank와 벽 또는 공작물과의 사이에 0.5m 이상의 간격을 둘 것. 단, 점검 등에 지장에 없을 경우는 0.5m 이하로 할 수 있다.

- Tank의 용량과 판두께, 통기 등은 옥의저장 Tank에 준한다.

제 목 : 그림 2-7-5 옥내저장 Tank의 설치 예

(4) 지하저장 Tank (그림 2-7-6 참조)

- Tank의 판두께 : 두께 3.2mm 이상의 강판, 또는 이것과 동등 이상의 성능을 갖는 유리섬유 강화 Plastic으로 조밀하게 만들 것으로 압력 Tank를 제외한 Tank에서는 0.7kg/㎠의 압력이며, 압력 Tank에서는 최대 상용압력의 1.5배 압력일 것.

- 배관 : Tank의 배관은 해당 Tank의 꼭대기에 설치할 것.

(통기관) 건물의 개구부에서 1000m이상 떼어 놓는다. 등유, 경유의 경우는 인화방지용 동강을 설치한다.

(주) (1) 서비스탱크용량, 내연기관의 연료사용량은 지정수량 미만으로 한다.

(2) 오일탱크보다 서비스탱크가 하부에 있는 예를 표시 한다.

제 목 : 그림 2-7-6 지하저장 Tank 설치 예

1.3 Pump

1.3.1 개요

건설공사용으로서 Pump의 용도는 급수용, 배수용, 준설, Grout등 상당히 다방면에 걸쳐 있기 때문에 Pump의 형식, 기종도 다양하다. 기종의 선정에 있어서는 단순한 수량과 양정 이외에 대상 액체성질, 사용장소 등의 조건을 고려하여, 범용 Pump, Sand Pump, 수중 Pump중에서 어떤 것을 선택할 것인가를 판단하고, 또 공사현장에 사용될 경우는 취급이 용이하고 튼튼한 것으로서 필요용량 이상에서 사음하여도 Engine에 과부하를 발생시키지 않는 것을 선택하여야 한다.

1.3.2 종류

Pump는 그 종류에 따라서 작용원리와 구조 등이 다르며, 여러 가지 특징이 있고 용도 및 적용 범위도 달라진다. 주요한 작용원리에 따라 크게 분류하여 보면 다음과 같다.

(1) Turbo형 Pump : Centrifugal Pump, 사류 Pump, 축류 Pump/편흡입 Pump, 양흡입 Pump/1단 Pump, 다단 Pump/횡축 Pump, 입축 Pump/육상 Pump, 수중 Pump

(2) 왕복동 Pump : Piston Pump, Plunger Pump, Diaphragm Pump

(3) 회전식 Pump : Gear식 Pump, Screw형 Pump, Vane Pump

(4) 특수 Pump : 와류 Pump (마찰 Pump), Jet Pump, 기포형 Pump, 전자 Pump

1.3.2.1 Turbo Pump

Centrifugal Pump, 사류 Pump(Mixed Flow Pump), 축류 Pump(Axial Flow Pump)등으로 나눠지며, Centrifugal Pump는 다음 그림 2-7-7(a)와 같이 Impeller의 반경방향으로 유출한 물을 Centrifugal Casing에 모아 토출구로 인도된다. Centrifugal Pump는 Pump속에 Impeller가 있고, 출구쪽에는 안내 Impeller가 있어 여기서 물이 가지고 있는 운동 Energy 일부를 압력으로 변환한 것을 Turbine Pump, 안내 Impeller가 없는 것을 Volute Pump라고 한다. Centrifugal Pump에서는 Impeller의 등을 맞대게 하고, 흡입구를 양측에 설치한 형식을 양흡입형이라 한다.

사류 Pump는 그림(b)와 같이 Impeller를 통해 흐르는 물의 방향에 축에 대하여 경사 방향으로 향해 있는 것이다.

제 목 : 그림 2-7-7 Turbo Pump의 종류

1.3.2.2 왕복동 Pump

Piston식, Plunger식, Diaphragm식이 있다. Piston식과 Plunger식은 왕복운동에 의하여 올라온 물을 흡입 Valve, 토출 Valve의 교체 운동을 통하여 Pumping하는 것이다. 이는 증기, 공기, 유압을 써서 직접 왕복운동을 일으키는 것과, 전동기 등의 회전기계, 즉 Crank 기구 등에 의한 왕복운동을 일으키게 하는 것 두 종류가 있다. 또한, Diaphragm식은 편심축 Cam과 Plunger Arm의 작동으로 Rubber Diaphragm을 압축 및 팽창시켜 Pumping 한다. (그림 2-7-8 참조)

제 목 : 그림 2-7-8 왕복동 Pump의 종류

1.3.2.3 회전식

Casing과 Gear 등의 구조로 된 Rotor로 구성되어 있고, Rotor와 Casing 사이로 들어 온 액체를 흡입측으로부터 토출방향으로 회전하여서 이동 시키는 Pump이다. 왕복동 Pump와 마찬가지로 토출측의 압력에 영향에 없이 일정량을 송출하는 것으로서 많은 종류가 있지만, Gear Pump, Vane Pump, Screw Pump가 대표적인 기종이다.

1.3.2.4 특수형 Pump

Turbo, 왕복동, 회전식 Pump에 속해 있지 않은 것으로 소토출량일 때만 해당되고, 생산비가 적으나 사용하는 경우가 드물다.

1.3.3 Pump의 성능

Pump의 성능은 토출량(양수량), 양정, 회전수, 축동력 등에서 계산되는 Pump 효율로 표시한다.

1.3.3.1 Pump 구경과 토출량

Pump의 용량은 토출구경으로 표시할 수도 있으나, 토출량으로 표시하는 것이 일반적이다. 구경의 단위는 mm로, Pump의 토출속도는 보통 2-3 m/sec로, 토출량은 보통 ㎥/min로 나타낸다. 일반적으로 일정 물의 양에 대하여 양정이 크면 클수록 구경은 작고, Pump의 용량과 양정이 서로 함수 관계에 있다. Pump의 용량은 그 형식, 구조, 설치상태에 따라 다르나, 횡축형 축류 Centrifugal Pump는 구조상의 제한을 거의 받지 않으므로 물의 량에 따라 큰 것을 쓰기도 한다. 그러나, Impeller의 크기는 가능한 2,800mm 이하로 하고, 특수 용도로 최대 3,800mm 까지도 있다.

대체로

- Q〈 2㎥/min 일 때 : 구경 (D) = 100. Q ·········· 식 (2-7-2)

- Q 〉2㎥/min 일 때 : 구경 (D) = 90. Q ·········· 식 (2-7-3)

여기서 Q : 토출량 (㎥/sec)

표 2-7-2에 Pump의 구경과 토출량과의 관계를 소개한다.

제 목 : 표 2-7-2 Pump의 구경과 토출량의 관계

1.3.3.2 양정

Pump의 능력은 전양정으로 표시한다. 말하자면, Pump의 발생양정은 실양정 (실제의 흡입출 양수면의 고저차), 관로 손실수두 및 토출속도 등의 총합으로 표시된다.(그림 2-7-9 참조)

제 목 : 그림 2-7-9 Pump의 양정

Pump의 전양정과 실양정의 관계를 표시하면 그림 2-7-9와 같이 Pump의 전양정(H)는 다음의 식으로 구해진다.

H = Ha + Δhp + hℓ + (Vd²/2g) ·········· 식 (2-7-4)

여기서

H : 전양정 (m)

Ha : 실양정 (m) [토출면과 흡수면의 수위차로 토출수면이 높을 때 (+)]

Δhp : 수면에 받는 압력의 수두차(m), Δhp = hp2 - hp1

hℓ : 관로, Valve등의 제 손실 수두 (m) {hℓ = hℓd + hℓs (Pump외의 손실)}

Vd²/2g : 토출 속도수두 (m)

g : 중력 가속도(9.8m/sec²)

(1) Pump외의 손실 : 관의 마찰에 의한 손실(폐수로, 계수로), Screen에 의한 손실, 유체의 성질(층류, 난류), 점도, 속도에 의한 손실, 관의 형태 (곡관, 굴절관)에 의한 손실, Valve의 열림정도에 따른 손실 등이 있다.

1.3.3.3 축동력 Pump 효율

Pump의 소요동력은 Pump의 수동력과 Pump 효율에 따라 결정된다. 수동력은 Pump 양수시 이론 동력을 말하며, 다음 식으로 나타낸다.

Pw = 0.163 ηQH(Kw) = 0.22 ηQH(PS) ·········· 식 (2-7-5)

여기서

Pw : 수동력(Kw 또는 PS)

Q : Pump토출량(㎥/min)

η : 취급액의 비중(g/㎤)

H : Pump전양정(m)

Pump 운전에 필요한 축동력은 Pump내에서 생기는 손실동력 만큼 수동력보다 커지며, 그 식은 다음과 같다.

PS = pw/ηp = 0.163ηQH/ηp (Kw) = 0.222 ηQH/ηp (PS) ·········· 식 (2-7-6)

여기서

PS : Pump 축동력(Kw 또는 PS)

ηp : Pump 효율

Pump효율은 Pump의 용량, 기종, 형식 등에 따라 달라지나, 일반용 Pump의 표준 효율을 표시하면 그림 2-7-10과 같다.

제 목 : 그림 2-7-10 일반용 Pump의 표준 효율

Pump 축동력에 대한 원동기의 동력은 사용 중의 양정변동, 압력강하와 주파수의 변동 등에 대한 적당한 여유(α)를 둘 필요가 있다. 또한, 원동기와 직접 연결한 경우 이외에는 전달 효율(ηt)도 고려할 필요가 있다. 이들 제반 수치와 Pump 축동력(PS)로부터 원동기 소요동력 (Pm)이 결정된다.

제 목 : 표 2-7-3 여유율

제 목 : 표 2-7-4 전달 효율

Pm = Ps × (1 + α)/ηt ·········· 식 (2-7-7)

여기서

Pm : 원동기 소요마력(Kw 또는 PS)

ηt : 전달효율

α : 여유율(전압 및 주파수의 변동, 연료의 적부 등)

1.3.3.4 Pump의 운전성능

Pump의 성능곡선과 실제 운전상태와의 관계는 성능곡선중의 토출량, 양정곡선과 관로의 저항곡선과의 교점으로 나타낸다. 그림 2-7-11에서 정상상태의 Pump의 운전점을 p라 하면, Valve를 달아서 토출량을 조절할 수 있는 Pump는 저항을 받아 운전점이 p'으로 이동된다. 일반적으로, Pump의 성능곡선화 회전수와의 관계는 다음 그림 2-7-11과 같으며, 토출량, 양정, 출력 및 회전수와의 비례관계는 다음과 같다.

QαN, HαN², KWαN³ ·········· 식 (2-7-8)

여기서

Q : 토출량

H : 양정

KW : 출력

N :회전수

제 목 : 그림 2-7-11 Pump회전수와 성능 곡선

1.3.4 Sand Pump와 운전성능

모래 수송용 Pump로는 특별히 Impeller수를 줄이고, Impeller 밑둥치를 두텁게 한 Sand Pump가 사용된다. Sand Pump의 성능은 수송대상 물체 입자의 대소와 농도에 따라 각각 다르다. 일례로서 그림 2-7-12(a) 입자가 가는 것과 (b) 입자가 거친 것을 비교하여 보면 입자가 거친 경우는 바로 Oil Pump와 유사한 성능변화를 하는데 반해, 입자가 거친 경우는 발생양정과 효율이 현저히 저하되는 것을 알게 된다. 이와 같은 경향은 일반 모래, 자갈 등의 경우에서도 마찬가지이며, Pump를 선정할 때에는 이들의 성능 체감에 대해서도 충분히 고려할 필요가 있다.

제 목 : 그림 2-7-12 입도와 Pump성능과의 관계

진흙, 모래를 수습할 경우의 관 저항에 있어서는 다음과 같은 실용식이 있다.

hf/hfw = 1 + β(r - 1) ·········· 식 (2-7-9)

여기서

β :토질계수(그림 2-7-13 참조)

r : 혼합물의 비중

hf : 진흙, 모래를 함유한 물의 관마찰 손실 수두

hfw : 맑은 물의 관마찰 손실 수두

제 목 : 그림 2-7-13 토질 계수

1.3.5 공사용 수중 Pump

공사용 수중 Pump는 일반 육상 Pump에 비해 소형 경량이고, Pump실 등을 필요로 하지 않아 취급에 용이하다. 또한, 크고 작은 진흙 모래를 양송할 경우에 Pump부품의 내마모성이 어느 정도 고려되어야 하나, 특히 흙 모래를 양송할 목적이라면 수중 Sand Pump를 사용하며, 또 폭발성의 Gas가 있는 장소에서는 수중폭발 방지용 Pump를 채택하는 등 용도에 맞는 선정이 절실히 필요하다.

Pump의 종류로는 소형 Turbine 형식으로부터 구경 300-400mm의 대용량의 것과 1단 Turbine으로 200m를 끌어 올릴 수 있는 공사용 고양정 Pump도 개발되어 있다. 또한, Pump의 토출 방식에는 그림 2-7-14 에 나타난 것처럼 외장형, 내장형 및 반 내장형이 있고, Motor 냉각과 Pump내의 통로 형상에 따라 구분된다. 일반적으로 Sand용으로 불리워지는 것으로는 외장형 혹은 반 내장형이 채택되고 있다.

제 목 : 그림 2-7-14 Pump의 토출 방식

공사용 수중 Pump의 주요 부분인 Motor축 관통부의 축 봉입장치는 Oil Seal과 Mechanical Seal을 조립하여 만든 것으로부터 4단면만 초경 Sic로 만들고 이중 Mechanical Seal을 장치한 것 등이 있다. 수중 Motor로부터 외부로 취출한 Cap-Tire-Cable의 방수구조도 중요하며, 이들이 없어서 Motor 내부로 침수되면 절연 불량에 따라 수명이 다하게 된다. 또, Motor내부에 온도 상승을 감지하는 것과 Motor 내부로 침수되는 것을 감지하는 보호장치를 갖고 있는 것도 있다.

공사용 수중 Pump는 특히 용도상, 안전확보란 점에서 다음 사항을 엄수하여야 한다.

(1) 감전방지를 위해서 필히 누전차단기를 부착하여 사용할 것

(2) Earth선(녹색)을 완전히 접지시킬 것

(3) 정격전압, 주파수, 회전방향을 확인할 것

(4) Cap-Tire-Cable을 단단히 죄서 충격을 받지 않도록 할 것

(5) 운전 수위의 한계는 흡입구로 공기 흡입만을 고려할 것이 아니라, 형식에 따라서는 전동기의 발열을 냉각할 수 있도록 운전수위를 유지할 것

(6) 일반 공사용 수중 Pump로 뽑아 올리는 물은 토사의 용적비를 2% 이하로 유지 할 것

1.3.6 Well Point Pumps

예로부터 일찍이 대부분의 용수 공급은 우물로부터 뽑아 올렸다. 이런 우물은 수위로부터 돌을 달아 구멍을 만든 것인데, 최근 Well Point란 형태의 집수 및 수위 조절용 공법이 널리 보급되어 왔다

Well Point는 직경 1.1/2"이고 길이가 15'되는 Pipe로, 그 끝에는 약 3-4' 길이의 Screen이 있는 Well Point Head가 있다. 이 Well Point Head는 Ball Valve가 있는 Hollow Shell과 Water Ject를 수행하는 Tip로 구성되어 있다.

그림 2-7-15에 보는 바와 같이 Ba11 Valve의 위치에 따라 Jetting작업과 Pumping 작업을 수행한다. 그리고 이들 Pipe는 Head Pipe에 그림 2-7-16과 같은 Swing Joint로 연결하여 Pump로 양수한다. Head Pipe는 직경이 6", 8"인 것으로 길이는 20' 가량 된다.

제 목 : 그림 2-7-15 Well Point Head의 Jetting ＆ Pumpiag

제 목 : 그림 2-7-16 Swing Joint

Well Point Pump는 Well Point 공법을 위하여 특별히 제작된 것이다. 공기와 물을 Pumping하는데 필수적인 두가지 요인이 있다. 1가지 요인은 Well Point가 Centrifugal Pump의 흡입 Hose와 닮았다는 것이고, 다른 요인은 제한된 지역에 자연상대의 토양투수성의 넓은 변위가 유량에 영향을 미치고, 각 Well Point에 불균형한 물량이 흐르게 된다는 점이다. 즉, 몇 군데 Well Points에서의 물량이 무시할 정도라도 Pump에의 공급은 급격히 달리게 되고 Air가 들어오게 된다.

Well Point Pump의 기본 장치는 Centrifugal Pump이다. Centrifugal Pump는 Air를 Pumping하지 않기 때문에 2차 Pump (진공 Pump)을 Air Pumping을 할 수 있도록 설치되어 있다.

제 목 : 그림 2-7-17 Well Point Pump 및 Pipe Line 설치 예

제 목 : 그림 2-7-18 Well Point System 설치 단면도

공기를 Well Point System으로부터 진공 Pump로 뽑아내기 시작하여, 진공이 완전 형성되면 대기 압력이 물을 Well Points로 뽑아낸다. 처음공기 즉, 공기와 물의 혼합체는 분리되어 Separation Chamber로 밀려나고, 공기는 Chamber로부터 밀려 그 위에 있는 Float Chamber로 뽑혀 올라가 진공 Pump로 대기 중에 방출 된다.

공기와 물의 혼합물이 상당한 속도로 Separation Chamber로 이르게 되면, 갑작스런 부력 증가로 급격히 속도가 떨어지게 된다. 따라서, 공기는 표면에서 거품으로 일어나고 Float Chamber를 통하여 빠져 나가게 된다. Separation Chamber 전체가 물로 가득 채워지게 되면, 물은 곧장 Orifice를 통하여 Float Chamber로 이동하게 된다. 그리고, Float는 올라가게 되는데 이와 동시에 진공 Pump는 막히고, 마중물용 Centrifugal Pump를 작동시키게 된다. 그러면, Separation Pump로 물이 빠져 나가서 방출하게 된다. 만약, 공기가 다시 들어오게 되면 Float Chamber에 축적 되었다가 수위와 Float를 떨어뜨리게 된다. 물이 일정 수위에 이르게 되면 Centrifugal Pump는 헛돌게 되어 진공 Pump는 축적된 공기를 제거하게 된다. 그리고, 앞에서 언급한 Cycle이 반복하게 된다.

Centrifugal Pump는 그림 2-7-19의 Check Valve를 통하여 물을 방출시킨다.

제 목 : 그림 2-7-19 Discharge Check Valve

제 목 : 그림 2-7-20 Well Point Pump

Pump가 수압을 충분히 증가시키게 되면 Valve가 열리게 되고, 압력이 없어지게 되면 Spring이 Valve를 닫으면서 공기가 Pump로 들어오지 못하게 한다. 이 Valve를 조절함으로써 Well Point Pump는 Jetting Pump로 치환할 수 있다. 일반적으로, Jetting Pump는 고압 Pump이어야 함으로 Jetting에 필요할 정도의 압력을 생성하여야 한다. 그리고, 진공 Pump는 Rotary식 이거나 Piston식 이고, 물이나 Oil Seal을 이용한다.

1.3.7 Air Lift Pump

Air Lift Pump는 기존 Pump와는 달리 Air Compressor를 사용한다. 이 Pump는 효율은 비교적 좋지 않으나 간단하게 조작할 수 있고 다량의 부유 물질을 처리 할 수 있는 장점 때문에 강변의 보박이에 쌓여 있는 진흙, 모래나 자갈들을 준설하는데 사용하고 있다.

Pumping 원리는 수면 아래 설치한 방출용 Pipe 안에 압축 공기를 불어 넣어 물, 공기와 토양을 혼합시켜 수직형태의 배출 Pipe로 방출시키는 것이다.

Clamshell로 하구 바닥을 준설한 후 남은 연약한 진흙을 깨끗이 청소하는데 사용되며, 잠수부의 조력으로 흡입구 부분을 Jetting Water로 쏘아 주어 확실하게 처리하게 한다.(그림 2-7-21 참조)

제 목 : 그림 2-7-21 강변하구 바닥 Clamshell 작업 및 Air Lift Pump 설치 작업 예

미세입자의 모래에 보다 효율적이고, 특히 진흙층인 경우는 Water Jet의 조력을 받아야 한다. Air Lift Pump 는 진흙 및 자갈을 제거하는데 비교적 효과적이면서 간단하다. Air Lift Pump는 직경이 8-14"이고, 배출 Pipe는 그 끝에 Elbow가 있는 간단한 구조로 흡입구 쪽에 Air 장치와 배출 Pipe가 직결되어 있다. 압축공기 Pipe는 배출 Pipe를 따라 나란히 동여 매여진 작은 Pipe로 직경은 1.1/2" 에서 2.1/2" 정도이다.

공기는 흡입구 쪽에서 고리 모양의 방과 많은 작은 구멍을 통하여 공급된다. 이들 작은 구명은 수많은 작은 이 물질로 막히게 되나, Pipe 내의 물로 인하여 곧 세척이 가능하다. Pipe의 공기를 포함한 물은 비교적 비중이 낮은 입자를 불어 내고, 비교적 큰 입자를 이송시킨다. 큰 입자들이 흡입될수록 Pipe를 막아주어 이송시키는 힘을 오히려 증가시키게 된다. 그리고, 작은 입자들로 막혀지지 않도록 흡입구를 잘 살려야 한다. 필요 공기 소요량은 Pipe 직경과 관련하는데 다음과 같다.

Φ10" : 800cfm, Φ12" : 1,200cfm, Φ14" : 1,600-1,800cfm

1.4 Concrete Mixer

1.4.1 개요

Concrete Mixer는 모래, 자갈, Cement, 물을 소정의 비율대로 투입하며 균일하게 혼합 비빔하는 장비로서 이는 재료를 되도록 단시간예 혼합하여야 하므로 Mixer 동체 내에서 골재와 Cement가 서로 분리되는 일이 없도록 상하, 좌우, 전후로 교반 혼합한다. 소정의 비율로 재료들이 서로 잘 비벼지게 되는 원리는 Drum이 자중에 의한 관성 Energy로 회전하면서 Spiral 사이에서 Concrete의 비빔작용이 이루어지는 것이다. 특수 Concrete는 외력에 의한 강제 비빔방법을 채택하고 있다.

이와 같은 Mixer의 크기는 1회 비빔 할 수 있는 콘크리트량을 공칭용량으로 한다. 형식은 자중에 의한 중력식, 강제비빔을 하는 강제식으로 대별할 수 있다. 또한, 모양에 따라서 입방체형과 소규모 공사용인 원통형이 있고, 재료의 처리 방법에 따라서 후방에 재료를 넣고 전방에서 배출하게 하는 원추형식, 혼합할 때는 경사가 되고 재료 투입구와 배출구가 같은 곳으로 된 형식 등이 있다.

1.4.2 중력식 Mixer

1회 비빔 재료를 동체 내에 넣고 내면에는 Spiral이 있으므로 회전하면서 혼합과 비빔이 되게 한 장비로서 배출방법에 따라 가경식과 비가경식에 있다. 중력식 Mixer의 성능은 다음 표 2-7-5와 같다.

제 목 : 표 2-7-5 중력식 Mixer의 성능 예

(1) 가경식 Mixer(그림 2-7-22, 23, 표 2-7-6 참조) : 가경식 Mixer는 배출시에 Drum축 직각방향으로 50-60˚, 하향으로 경사지므로 배출이 용이하게 된다. 그러므로, 최대입경이 큰 골재를 사용한 Dam Concrete나, Slump가 적은 Concrete도 용이하게 혼합하고 배출할 수 있으므로 Ready Mixed Concrete등에 광범위하계 사용되고 있다.

가경식 Mixer에도 투입구와 배출주가 같은 것은 1방향 개폐식이라 하고, 투입구와 배출구가 다른 것은 양방향 개폐식이라 한다.

제 목 : 그림 2-7-22 가경식 Mixer 구조

제 목 : 그림 2-7-23 가경식 Mixer Drum 구조

제 목 : 표 2-7-6 가경식 Mixer의 제원

(2) 비가경식 Mixer(그림 2-7-24, 표 2-7-7 참조)

Concrete의 배출은 혼합부에 있는 Gate나 Drum에서 직접 Chute로 행하며, Two Opening인 것은 뒤쪽의 고정 Chute에 재료를 투입하고 앞쪽 Hinge에 연결된 Chute로 Concrete를 배출하게 한다. 이때, Drum속의 Pick-up Blade에 의해 Discharge Chute에 Concrete를 떨어뜨리게 된다. 용량이 큰 Mixer에서는 Chute를 압축 공기 또는 유압에 의하여 움직인다. 비가경식 Mixer는 Concrete의 배출과 내부청소가 문제이며, 골재입경이 작은 것을 사용한 Concrete나 Slump 값이 큰 Concrete 생산에 사용되고 있다.

제 목 : 그림 2-7-24 비가경식 Mixer

제 목 : 표 2-7-7 비가경식 Mixer의 제원

1.4.3 가경식 Mixer

강제로 혼합하는 Mixer로 Mixing Drum을 고정시키고 내부의 Spiral이 회전하면서 강제로 비벼주는 것으로 중력식 보다 Mixing Time이 짧아져서 시간당 배출용량이 많다. 그러나, 동력소모량이 많고 내부의 마모가 큰 것이 결점이다. 강제식 Mixer도 회전축의 방향에 따라 수직축 Mixer와 수평축 Mixer로 나눈다.

(1) 수직축 Mixer(Vertical Shaft Mixer) : 수직축 Mixer는 Turbine, Pan Mixer등이 있으며 중심부에 Motor, Gear 등을 내장하고 있고, 수직축에 Blade나 Paddle이 붙어 있어 고속으로 회전하게 되므로 혼합속도가 빠르다. 그러나, 동력소요가 크며 장비의 마모가 심하므로 유지비가 커진다. 골재입경 2'/2"-3"이하의 최대입경을 갖는 골재를 사용한 Concrete는 Slump 값에 영향을 받지 않고 생산할 수 있다. Concrete 배출은 바닥에 설치된 몇 개의 Gate를 통하여 배출하므로 Gate의 선택에 따라 배출방향이 달라질 수가 있다.(그림 2-7-25 참조)

제 목 : 그림 2-7-25 수직축 Mixer

Vertical Shaft Mixer는 시동시에 큰 부하가 걸리며, Load Indicator를 설치하여 Load의 변화에 따라 혼합정도를 판단할 수가 있다. Mixer가 가동을 시작하면 Load Indicator에 순간적으로 150%의 Load가 걸리며, 2~3초 후에 125%, 10-15초 후에는 100%이하로 떨어지고, 혼합이 계속되는 동안 85%~75% 정도까지 저하하며, 75% 정도가 되면 혼합이 아주 잘 된 것으로 본다. 위에서 말한 Load의 변화는 Batch량, 최대골재입경, 사용 Cement량, Slump 값 등에 따라 차이가 있을 수 있다.

수직축 Mixer는 Shear에 의하여 혼합이 되지 않고, 혼합실내에서 헛돌게 된다. Concrete 혼합정도는 Concrete의 파도를 육안으로 보고 알 수 있으며, 수직축 Mixer는 고속으로 회전하므로 Over Mixing을 하며 장비의 마모뿐 아니라 매분 0.5℃의 온도상승을 가져와 Slump Loss가 커지게 한다.(표 2-7-8 참조)

제 목 : 표 2-7-8 수직축 Mixer의 제원

(2) 수평축 Mixer(Horizontal Shaft Mixer) : 아주 건조한 Concrete나 기층재를 혼합하는데 적합한 Mixer이며, Cylinder형의 Blade 또는 Paddle이 부착되어 있다. Cylinder형의 상단에서 재료를 투입하고, 물은 Spray Bar로 첨가해 준다. 이 형식의 Mixer는 동력소모와 기계마모가 크다.

1.5 Concrete Spraying Machine

1.5.1 취부공법의 개요

취부 Concrete공법은 압축공기로 Cement, 세골재, 조골재, 급결재, 물 등의 첨부 재료를 고압 Hose 또는 Pipe로 고압 수송하여 끝에 부착된 Nozzle로부터 고속의 분사 Energy로 타입하여 고결시킴으로써 각 재료를 격돌, 부착시키는 공법이다.

종래의 취부공법은 Concrete 구조물의 누수개소와 연악지점의 보수, 법면보호 등의 목적으로 Mortar, 석회 등의 취부에 한정되었지만, 최근 Tunnel 건설공사에서는 굴삭면과 주변지역의 붕괴를 방지하는 것을 목적으로 급결제를 혼합한 Concrete의 취부 공법이 주류를 이루고 있다.

그리고, 취부 Concrete는 단독으로 이용하지 않고, 금속망, Steel Fiber, 강제 지보공, Rock Bolt 등의 각종 보강재와 병용하여 널리 사용되고 있다.

1.5.2 종류

(1) 건식취부기 : Cement와 약간 축축한 골재를 혼합하여 이것을 취부기로 Hose 내에 압축공기와 함께 고속으로 수송한다. 즉, Hose의 끝 Nozzle부분에서 안개모양으로 분출하는 물과 혼합하여 시공면에 취부하는 방법이다.

(2) 습식취부기 : 보통 Concrete와 같이 물을 섞어 혼합한 Concrete를 압축공기나 기계적 방법으로 Hose 내를 수송하여 Nozzle부분 앞에서 압축공기를 보내서 Concrete를 고속으로 취부하는 방식이다.

1.5.3 건식공법과 습식공법의 비교

건식공법과 습식공법의 시공순서와 공법의 비교는 다음과 같다.

1.5.4 취부공법의 특징

많은 재료의 부착성이 좋기 때문에 거푸집이 없이 시공이 가능하고, 높은 장소와 좁은 장소 등에서도 Hose의 연장만으로 시공이 가능하다. 그리고, 강도, 내투수성, 내구성 등이 우수하다. Concrete취부기의 일반적인 형태는 다음 그림 2-7-26과 같다.

제 목 : 그림 2-7-26 Concrete 취부기

이러한 특징을 살리고, 토목공사에서는 Tunnel등의 채굴현장의 안정과 1차 복공 Linning, 철도, 도로 등의 법면보호, 구조물의 보수 등에 본 공법이 사용되고 있다. 최근, NATM공법에서 취부 Concrete공법은 필수적으로 사용되고 있다. 이 공법이 보편화됨에 따라 노동환경의 개선, 능률의 향상을 위하여 Nozzle Man을 대체할 Concrete Spraying Robot가 다양하게 실용화되고 있다.(그림 2-7-27 참조)

제 목 : 그림 2-7-27 Concrete 취부 Robot

구조는 기존의 유압 Shovel 등의 Base Machine에 Spraying Nozzle Attachment를 장착하여 유압 구동시키고, Nozzle의 지지, 선회, Slide 등을 자동화시킨 것이다. 건축공사에서는 건축의 미장재료(미장, 방음재), 철골구조물의 내화 피복재 등의 취부에 이용되고 있다.

1.6 Concrete Vibrator

1.6.1 개요

Concrete 타설시 혼합된 Concrete에 적당한 진동을 주게 되면 내부의 기포가 제거되어 밀도가 높은 Concrete가 얻어진다. 그리고, 초강 Concrete에서 동일 강도에 대해서는 Cement량이 절약될 수 있다. 진동기에는 작게는 25mm 정도의 봉형 진동기로부터 크게는 적재하중 10Ton 이상의 Table 진동기까지 다양하지만, 그 진동원리로는 편심중추를 원동기로 회전시킴으로써 그 원심력을 이용하는 것, Piston의 왕복운동을 이용하는 것, 유성운동 방식으로 원동기회전수의 3-4배 타격진동 하는 것 등이 있다. Concrete에 진동을 가하는 방법은 Concrete 내부에 직접 주는 방법, 거푸집 밖에서 간접적으로 주는 방법, Concrete 표면에 직접 진동판을 압착하는 방법 등이 있다. Concrete 진동기는 그 적용방식에 따라 내부 진동기, 거푸집 진동기, 표면 진동기, Table 진동기로 분류된다.

1.6.2 내부진동기

Concrete의 중간에 진동기를 삽입하고 직접 진동을 보내는 것으로 각 방면에서 다양하게 사용되고 있다. 진동기의 형식과 크기는 다양하고, 진동부로는 원통형의 봉형 진동기가 가장 많이 사용되고 있다. 기진체는 진동통에 내장되어 있고, 원동기와의 결합 방식에 따라 다음과 같은 종류가 있다.(그림 2-7-28, 29참조)

(1) Flexible형 : 진동통과 원동기 사이를 Flexible Shaft로 연결하고, 전동기, Engine, Air Motor 등으로 운전한다. 작업시, Flexible Shaft의 취급에 주의하지 않으면 이 부분에 고장이 나기 쉽다.

제 목 : 그림 2-7-28 전기식 봉형 진동기의 구조

제 목 : 그림 2-7-29 Engine식 봉형 진동기의 구조

(2) 직결형 : 진동통과 원동기와를 직접 연결하는 형식으로서 진동기, Air Motor 또는 유압 Motor로 운전한다. Dam용 등으로 큰 직경 및 중량이 큰 것에 있으나, 일반적으로 소형 경랑으로 작업이 용이한 기종이 많다.

(3) 내장형(Motor Impact형) : 진동통의 내부에 기진체와 Motor를 조립하고, 보호 Hose를 달아서 작업한다. 전기식은 보통, 저 전압인 200/240V의 고주파 전원을 사용하는 고주파 Motor 내장의 것이 많이 이용되고 있다. 중량이 가볍고 취급이 용이하여, 최근 많이 사용되고 있다.

1.6.3 거푸집 진동기

거푸집의 외부에 부착되었거나, 또는 손으로 눌러 잡고 Concrete에 진동을 가하는 진동기로서 건물의 벽, Tunnel, 교량, Concrete 2차 제품의 제조에 이용된다.

(1) 취부형 : 전기식은 내진형 유도전동기의 Rotor축에 편심중추를 부착하여 회전시키는 형식의 것이 가장 많고, 상용전원으로 직접 운전할 수 있는 것과는 달리 Coverter 또는 고주파 발전기를 필요로 하는 고주파형이 있다. 공기식은 Air Motor 내장형과 Piston왕복 운동형이 있다. 거푸집에의 부착을 위하여 다양하고도 간단한 Attachment가 만들어져 있다.

(2) 수작업형 : 직결형은 정류자 Motor를 사용한 것이 많으며, 가볍고 취급이 쉽다. 또한, Flexible형도 있다.

1.6.4 표면진동기

거푸집을 진동 Table위에 설치하여 거푸집과 Concrete 전체를 진동하는 방식으로서 주로 공장에서 Concrete 제품의 제조에 사용되고 있다. 전기식이 많고, 상용전원과, 고주파 전원을 이용한 고주파 진동형도 있다. 이 방식은 성형시간이 극히 짧아서 능률적 이지만, 최근 진동 소음문제 해결을 위한 연구개선도 필요시 되고 있다.(그림 2-7-30 참조)

제 목 : 그림 2-7-30 Engine식 표면진동기

1.6.5 Beam Type Vibrator

Beam Type Vibrator는 Concrete Tamper라고도 하는데, Building, 공장, 창고 등 비교적 넓은 면적의 Concrete미장에 사용한다. 종래 수작업으로 하던 미장에 비교하여 능률적이고, Guide Rail등의 부속 기구가 불필요하여 경제적이다.(그림 2-7-31 참조)

제 목 : 그림 2-7-31 Beam Type Vibrator

주요 특징은 다음과 같다.

(1) 특수한 내마모성 경합금으로 타설면에 대한 하중이 극히 작아서 Rail을 사용하지 않아도 침하되지 않는다.

(2) 원동기는 Engine식과 Motor식이 없고, 길이는 1.5m와 2.5m짜리가 있다.

1.6.6 선정방법과 취급상 주의

Concrete 진동계의 선정은 사용상황, Concrete의 Slump, 골재의 크기, 거푸집의 형상 등에 따라 종합적으로 결정하여야 하므로 획일적으로 판정하는 것이 불가능하지만, Concrete의 다짐에서는 3G 이상의 진동가속도를 필요로 하고, 일반적인 용도로서 봉형 진동기는 직경의 10배 정도의 유효 범위로 고려하여 선정한다. 또한, 진동 다짐시간이 길어지면 분리를 일으키기 때문에 봉형 진동기의 경우는 Slump 3cm 이하에서는 약 20-30초, 또 15-18cm에서는 약 10초 정도가 적당하다.

1.7 Concrete Slab 작업기

1.7.1 Power Trowel

Concrete 타설 후 완전히 굳지 않은 바닥의 표면을 4개의 Plate의 회전과 각도의 조정으로 요철이 있는 Concrete의 표면을 평탄하게 고르는 대장작업을 할 수 있는 동력 흙손 미장기이다. 빌딩, 공장, 창고, 주차장, Gasoline Stand 등의 넓은 Slab의 Concrete 미장을 단기간에 행할 수 있다.(그림 2-7-32 참조)

제 목 : 그림 2-7-32 Triple Unit Power Trowel

1.7.2 Concrete 연마기

Slab 연마기로서 조작이 간단하고, 보다 빠르게, 보다 안전하게 연마를 실현하기 위한 기계이다.(그림 2-7-33 참조)

제 목 : 그림 2-7-33 Concrete 연마기

1.7.3 진공 Concrete 공법

일반적인 Slab 미장공법은 Concrete의 응결속도에 따라서 미장작업이 진행되기 때문에 Concrete 타설 후 최종 미장까지 7-8 시간이 소요되어 거의 철야작업이 되지만, 진공법은 타설 직후부터 서서히 진공탈수를 하면서 Finisher로 균일하게 미장하기 때문에 최종 Concrete 타설 종료 후 약 3시간이면 작업이 종료되기 때문에 작업시간이 크게 단축된다. 진공 처리한 Concrete는 건조수축의 감소, 표면경도의 증대, 강도의 증대 등의 특징이 있고, 또한 한냉한 때의 Concrete의 양생으로 원가절감을 이루고, Concrete를 동해에서 지켜준다.(그림 2-7-34 참조)

제 목 : 그림 2-7-34 진공 Concrete 공법의 시공사례

1.8 Concrete 교량 가설장비

1.8.1 개요

P.S Concrete 교량은 장대교량을 건설시 Concrete 단면을 줄일 목적으로 사용되어 왔다. P.S Concrete 교량 가설공법의 발달 과정을 보면 초기에는 지면으로부터 동바리를 설치하여 교량을 가설하고 동바리 가설공법과 Precast Girder를 공장에서 Pretension방식으로 제작하고, 가설위치까지 운반하여 조립하는 Precast 공법위주로 사용되어 왔다. 1950년대 이후에 Cantilever공법, 이동식 비계공법 (M.S.S) 압출공법(I.L.M)등이 개발되어 P.S. Concrete교량의 건설에 사용되고 있다.

P.S. Concrete 교량 가설장비는 공장에서 미리 제작하는 Precasting Glider를 제외하고는 모두 Post Tensioning을 채택하고 있다.

Post Tensioning 장치는 P.C. 강선 P.C. 강봉, P.C Strand, Sheath Tube, Tendon의 힘을 Concrete에 전달하기 위한 정착장치(Anchorage) 등이 있으며, 장비로는 Sheath내에 Strands를 삽입하기 위한 Pushing Machine, Tensioning을 위한 Jack, Tension 후 Sheath Tube 내의 공간을 Grout하기 위한 Grouting Mixer와 Pump가 있다.(그림 2-7-35, 36, 37, 38, 39, 40 참조) 그리고, Tendon을 연장하여 사용하여야 할 필요가 있을 경우는 그림 2-7-41과 같은 Coupler를 이용하기도 한다.

제 목 : 그림 2-7-35 정착장치의 종류

제 목 : 그림 2-7-36 Pushing Machine의 배치도

제 목 : 그림 2-7-37 자동 Jack의 외관도

제 목 : 그림 2-7-38 P.S 강선 Jacking 순서

제 목 : 그림 2-7-39 Grouting Pump

제 목 : 그림 2-7-40 Grouting Mixer

제 목 : 그림 2-7-41 Tendon 연결장치(Coupler)

Prestressing 방법으로는 Pre-Tension과 Post-Tension이 있으며, 거의 일반적으로 사용하는 Post-Tension 방법은 Tendon 정착장치(Anchorage), Jack, 인장방법에 따라 각종 방식이 있다.

Pretension방식으로는 Long Line Method, Individual Mould Method가 있다.

그리고, Post Tension 방식으로는 Freyssinet방식, BBRV방식, Drwidag방식, Leoba방식, SEEE방식, VSL방식, CCL방식, Strong Hold방식 등이 있다.

이상과 같이 양생한 P.S Concrete 교량을 가설하는 공법은 지금까지 많이 개발되어 왔다. 이들 공법 중 대표적 공법인 압출공법(I.L.M.), 이동식 비계공법(M.S.S.), Free Cantilevering Method(F.C.M.)에 들어가는 각종 장치를 소개하고자 한다.

1.8.2 압출공법 (I.L.M.)

압출공법은 1960년대 초 서독의 Leonhardt, Baur, Andra 등 3인에 의해서 개발된 공법으로 동바리를 전혀 필요로 하지 않고, 교대후면에 설치된 작업장(Span-Factory)에서 상부구조를 15-20m 길이로 한 Segment씩 생산하여 교량의 종방향으로 압출시키는 교량가설 공법이다.

상부 주조 작업은 그림 2-7-42처럼 우선 철근 Concrete Sag 기초를 타설한 후 Girder Grill을 설치하여 그 위에 외부 거푸집을 고정시킨다. Girder Grill에서 Concrete Sag 기초로의 힘 전달은 12개의 유압 Jack에 의하며, 외부 거푸집 제거는 유압 Jack을 이용하여 Gilder Grill을 15cm가량 침하시킴으로써 이뤄진다.

제 목 : 그림 2-7-42 작업장 및 Form Work

압출 방식에는 Pushing방법, Pulling방법, 수평. 수직 Jack방법, 이상 3가지를 조합하는 방법 등이 있다. 그림 2-7-43은 Pulling Jack으로 상부구조를 교대전면까지 압출시킨 후, 수평. 수직 Jack으로 압출하는 방식으로 제1, 2단계는 상부구조가 수평. 수직 Jack방식으로 압출한다.

수평. 수직 Jack은 그림 2-7-44와 같이 중간에 위치한 Vertical Jack의 상면에는 압출시 Jack에 의한 압출력을 상부구조에 전달할 수 있도록 표면에 톱니 모양으로 만들어진 강판이 놓여 있으며, Vertical Jack의 하부에는 Cr과 Ni에 Teflon을 입힌 미끄럼판에 설치되어 있다.

제 목 : 그림 2-7-43 Pulling Jack과 수평. 수직 Jack방식에 의한 압출방식도

제 목 : 그림 2-7-44 수평. 수직 Jack 압출 방식

1.8.3 이동식 비계 방법 (M.S.S.)

서독의 Strabag사에서 연구 개발한 이 공법은 교량의 상부구조 (Super Structure) 건설시 거푸집이 부착된 이등식 비계를 교각위로 이동시켜 한 경간씩 시공하여 나가는 공법으로 1959년 서독의 Kettiger Hang 교량에 처음 시공된 후 공법의 많은 발전을 가져와 현재 선진각국에서 널리 사용되고 있는 공법이다.(그림 2-7-45 참조)

제 목 : 그럼 2-7-45 M.S.S 시공 예

이 공법에 사용되는 장비는 경간길이의 2배인 중앙의 추진보(Stepping Service Girder)와 경간길이와 동일한 길이를 갖고 있는 비계보(Service Girder) 2개 등 모두 3개의 Girder로 구성되어 있다.

부속장비로는 전방의 Front-Crane-Wagon과 Connection Rahmen 후방의 Rear-Crane Wagon과 Suspension Post, 그리고, 외부 양쪽의 비계보(Service Girder)에 부착된 철재 거푸집(Steel Form work)과 Concrete 중량을 교각에 전달하는지지 Bracket(Bearing Bracket)등이 있다.

제 목 : 그림 2-7-46 M.S.S. 공사 단면도

제 목 : 그림 2-7-47 이동중인 Service Girder의 모양

1.8.4 F.C.M(Cantilever공법)

F.C.M 공법은 일반적으로 교량하부에서 지지하도록 되어 있는 동바리를 필요로 하지 않고, 기시공된 교각으로부터 좌우로 평행을 맞추면서 이동식 작업차(Form Traveller)나 이동식 가설 Truss(Moving Gantry)를 이용하여 3-5m 길이의 Segment로 순차적으로 시공하는 공법이다.

이 공법에는 현장타설 공법과 공장에서 제작한 Segment를 가설 현장에서 각종 장비를 이용하여 순차적으로 연결하여 나가는 Precast Segment 공법 등이 있다.

현장타설 공법은 그림 2-7-48과 같은 이동식 작업차를 이용하며, 이동식 작업차는 타설시 처짐이 생기지 않도록 충분한 강성을 가져야 한다. 이동식 작업차를 이용한 Girder 교량의 시공에는 그림 2-7-49와 같다.

제 목 : 그림 2-7-48 현장 타설공법의 이동식 작업차

제 목 : 그림 2-7-49 이동식 작업차를 이용한 현장타설 공사의 시공방법

그리고. Precast Segment공법은 그림 2-7-50과 같은 순서로 수직 이동을 위한 Crane과 Hoist, 수평이동을 위한 Gantry로 구성되어 있다.

제 목 : 그림 2-7-50 Pre Cast Segment 공법의 작업순서도

1.9 Line Marker

통행 차량의 시선유도 효과에 의한 안전확보와 보행자 보호를 목적으로 하며, 중앙선, 외측선, 횡단선, 문자 등을 노면에 기계적으로 도포하는 것이다. 이 기종은 공항 등에서도 사용된다.

Line Mark 시공방법에 따른 분류와 용도는 다음과 같다.

제 목 : 그림 2-7-51 Line Marker

제 목 : 그림 2-7-52 Line Marking 작업광경

그리고, 도장기구에 따른 구분은 유압 Airless Spray식, 공압 Airless Spray식, Air Spray식, Rotary 회전 Spray식, Slit식이 있다.

1.10 Concrete 파쇄기

1.10.1 개요

최근 시가지 재개발, 토지의 고도 유효 이용, 생산활동의 변혁에 따른 건물의 기능 저하 등의 원인으로 기존 Concrete 구조물의 해체 공사가 급속히 증대하고 있다. 한편, 시가지에서 해체공사를 행할 경우에는 그때 발생하는 소음, 진동, 분진에 대한 대책이 큰 문제가 된다.

지금까지의 해체공사가 대부분은 Steel Ball, Breaker 등으로 인한 충격 Energy를 이용하는 방법이 주체가 되고 있으나, 주변에 공해 문제를 끌어 낸 것도 점점 발생되고 있다. 이와 같은 상황에 따라서 진동, 소음의 저감을 목적으로 하는 기계 및 공법의 개발이 요사이 계속 활발하여 지고, 아울러 다양한 유압을 이용한 Concrete 파쇄기의 진전이 주목되고 많은 해체공사에 사용되고 있다. 따라서, 최근의 사회적 정세에 기저한 Energy 절약화를 반영하고, 해체된 Concrete부재, 노반재 등을 2차 파쇄하여 골재로서 재이용되는 Recycle Plant의 개발도 이뤄져 실용화가 시작되고 있다.

1.10.2 주요 해체기계, 공법과 선정 Flow

해체기계, 공법은 저공해 공법이라고 칭하기도 하며, 다음 표 2-7-9와 같이 각종 다양한 것이 있고, 적용 해체공사의 환경조건, 소음·진동의 억제 Level, 경제성 등을 가미하여 합리적인 기계와 공법의 선정을 행할 필요가 있다.

제 목 : 표 2-7-9 주요 저공해 해체 기계·공법

일본 건설성 "건설공사 환경개선 기술의 연구개발"의 연구성과품인 "해체기계, 공법 선정을 위한 기본 Flow"를 소개하면 그림 2-7-53과 같다.

제 목 : 그림 2-7-53 해체기 공법 선정의 기본 Flow

첫번째 단계는 환경조건, 시공조건, 다른 조건 등의 사전 조사를 행하여 환경조건 Level을 설정한다. 두번째 단계는 해체기계 공법의 선정을 행하고, 시공 기본계획을 입안한다. 제 3단계는 시공 상세 계획을 입안하여 공사를 실시한다.

제 목 : 그림 2-7-54 유압식 Concrete 파쇄기

1.10.3 Power Spritter

경암을 완전하면서, 조용하고, 경제적으로 파쇄하는 새로운 암파쇄기 이다. 저진동 저소음 때문에 거의 모두 Cabin 내에서 한명이 행한다. 또한, Air Compressor내장에 의한 기동성, Operator의 쾌적한 주거성과 주위의 환경을 중시한 Dust Collector의 탑재 등 다양하고 새로운 기능을 부가하였다. 도시 주변에서의 택지조성과 도로건설, 저진동, 저소음이 요구되는 압파쇄 공사에 유효하다.(그림 2-7-55 참조)

제 목 : 그림 2-7-55 Power Spritter

(1) 쐐기 장치는 유압 Cylinder의 추력으로 작동하고, 500ton의 착암력이 있다. 쐐기 관입력이 할 입력으로 되어 유효하게 움직이게 되므로 쐐기와 Guide 사이에 저마찰판을 넣어서 항상 Gear Oil로 윤활하여 저항력을 경감한다. 따라서, 쐐기와 Guide의 사이에 돌가루가 들어가지 못하도록 방진막으로 보호하고 있다.

(2) Drift와 쐐기를 1개의 Guide Cell로 겸용한 Twin Head 구조를 채택하고 있다.

천공이 완료되면 Dirll하게 뽑기 위해 쐐기 장치를 반전하여 Smooth하게 다음 할암작업으로 이동이 가능하다.

(3) Guide Cell은 좌·우로 20℃ Swing하기 위해 차체의 경사보정과 Bench에 평행한 경사 시공이 용이하다.

(4) 조정석 내의 조작으로 쐐기 장치의 175°선회가 가능하고, 할암방향을 자유로이 선택할 수 있다. 이렇게 함으로써 암의 절리에 따라 할암이 가능하기 때문에 공간 Pitch를 크게 하는 것이 가능하여 작업 효율을 높일 수 있다.

제 목 : 그림 2-7-56 쐐기 착암 장치

(5) 신뢰성이 높고 Compact한 Z-Screw방식의 Air Compressor를 내장하고 있다. 현장 이동시의 Air Compressor의 견인과 Hose 처리도 불필요하여 기동성이 높다.

(6) 선회 Arm과 Guide Cell의 조작으로 노반파괴와 구멍굴삭, 구석면 굴삭처리 등 각종 할암 작업이 가능하다.

제 목 : 그림 2-7-57 Power Spritter의 할암 작업 System

1.11 Concrete Slipform Equipment

콘크리트 구조물 공사에는 P.C공법과 현장타설 공법으로 크게 대별할 수 있다. P.C공법은 동일종류 및 치수의 대량 구조물을 설치할 때에 경제성이 있으나, 대체로 P.C공장이 시공현장에서 멀리 떨어져 수송경비의 부담이 있다. 그러나, 현장타설공법은 복잡한 구조물인 경우에 특히 경제적이어서 대형 산업용 건물, 발전소, 교량 등에 사용 되고 있다.

현장타설공법으로 Climbing식 거푸집 공법이 있으며, 이에는 Crane을 사용하는 방법과 Self Climbing 공법으로 나눠진다. Crane을 사용하는 방법은 일정구간에서 다음 상부구간으로 잠시 이동을 하기 위하여 Crane이 필요하여 Crane의 가동율을 저하시키게 된다. 그리하여, 최근에는 Self Climbing공법이 각종 공사에 실용화되어 그 경제성을 인정받아 왔다.

Slipform Panel을 올려주는 장치는 주로 Jack을 이용하게 된다. 이들 Jack은 철제 Rod와 Tube를 두개의 Jaw가 서로 반대로 물었다가 풀었다가 하면서 올라갔다가 Spring의 힘으로 복원된다.

이들 Jack의 용량은 표 2-7-10과 같으며, 외관은 그림 2-7-58과 같다.

제 목 : 표 2-7-10 Jack의 제원표

제 목 : 그림 2-7-58 Jack 및 주변장치의 단면도

이들 Jack을 조합하여 Climbing Equipment를 만들어 현장타설공법에 사용한다.

그리고, Doka사는 유압 Cylinder와 Tie Points를 원격자동제어하는 Self Climbing 장치를 개발하기도 하였다.(그림 2-7-60 참조)

제 목 : 그림 2-7-59 Climbing Equipments

제 목 : 그림 2-7-60 자동제어 Climbing 장치

이들 Climbing장치는 Silo, Water Tower, 교량 Piers/Columns/Pylons, 대형주거용 및 사무실용 건물, 공장, Caisson, 해안구조물, Concrete Dam 등 각종 구조물에 이용되고 있다.(그림 2-7-61 참조)

제 목 : 그림 2-7-61 시공 광경

제 목 : 그림 2-7-62 F식 C1imbing Form 공법 시공 예