KR100423119B1 - 표준 관입 시험 자동 수행 장치 - Google Patents

Abstract

표준 관입 시험을 자동적으로 수행하기 위한 장치가 개시된다.

본 발명의 장치는 보링장비(200)에 회전 가능하게 고정되는 제1유압실린더(1)에 회전 가능하게 되고, 샘플러의 관입을 위한 로드(600)와 모루(700)를 수용하고, 제2유압실린더(2)를 구비하는 원통형 관체(4)내에 상부가 개방되는 공간이 형성되고 외부에 다수의 요철(10)이 층상으로 형성되는 해머(5)가 놓여지고, 상기 해머(5)를 인양 및 낙하시키기 위하여 상기 제2유압실린더(2)의 피스톤로드(3)에 설치되어 일정한 구간을 승강 이동하는 승강구(11)에 이중관으로 연결되는 잠금장치(6)를 구비하는 것이다.

Description

표준 관입 시험 자동 수행 장치{apparatus for standard penetration test for performming the same}

본 발명은 표준 관입 시험(Standard Penetration Test, SPT)을 수행하기 위한 표준 관입 시험 자동 수행 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 기계적으로 해머를 들어올린 상태에서 해머만을 떨어뜨림으로서 해머의 자유 낙하에 의한 타격시 일정한 낙하고를 유지하면서 낙하 충격이나 하중 재하로 인한 추가 관입을 방지하여 정확한 타격에 의한 샘플러의 관입이 가능하게 하고, 해머의 매회 타격시 타격 회수를 자동으로 측정하여 작업자의 확인 기록에 의한 오차를 미연에 방지하며, 샘플러의 관입량을 자동으로 측정하여 시험의 계속 및 중단을 판단할 수 있도록 하여 최종 결과인 N치를 산출하며, 상기 장치들의 구동을 제어하여 시험을 일괄적 자동적으로 수행해주도록 도우면서 시험 결과를 기록 및 출력하는 제어 장치를 구비하여 정확한 시험 결과를 얻을 수 있게 하는 것이다.

표준 관입 시험(SPT, standard penetration test)은 KS F 2307의 규정에 의하면 스플릿 배럴 샘플러를 지반에 관입시켜 그 저항치(N치)를 기록하고, 동시에 토질 분류 시험 및 실내 시험을 위한 대표적 시료를 채취하는 방법으로 정의되어 있다.이를 자세히 부연하면 63.5kg의 해머가 75cm 높이에서 낙하하면서 작용하는 일정한 타격 에너지에 의해 시추공 내에 관입되는 샘플러를 지반에서 약30cm의 일정 깊이에 관입시키는데 요구되는 타격 회수인 N치를 측정하여 지반의 강도, 흙의 상대 밀도와 내부 마찰각 등의 토질 정수를 추정하며, 동시에 팽창 및 압밀시험을 위한 교란 시료를 얻을 수 있는 원위치 시험 방법이다.이러한 시험법은 절차의 간명함과 수많은 데이터의 축적, 비용의 저렴함 등으로 세계 각국에서 폭넓게 사용되고 있으며 국내 대부분의 토목, 건축 공사 계획시 필수적으로 실시되고 있다.

현재 국내 표준 관입 시험에서 대부분 채택되고 있는 시험 방법은 윈치(winch)에 의하여 해머를 들어올려서 낙하시키는 시험 방법과 자동 해머 장치(auto trip hammer)가 알려져 있다.

도 1은 종래에 윈치를 이용하는 표준 관입 시험 장치를 나타내고 있다.

이 도면에서 참조되는 장치는 지지대(1)에 권취드럼(2)과 도르래(3)를 고정하여 로프(4)를 권취드럼(2)에 2~3회 감아서 도르래(3)에 안내되게 하고, 로프(4)의 단부에 고정되는 해머(5)는 가이드 로드(6)에 안내되어 승강 가능하게 설치된다.상기 가이드 로드(6)의 하부에는 모루(7)가 고정된 로드(8)가 설치되며, 로드(8)의 하단부에는 지반의 교란 시료를 얻을 수 있는 샘플러(도시되지 아니함)가 연결되어 있다. 상기 샘플러는 주로 스플릿 배럴 샘플러가 사용된다.

상기한 장치는 로프(4)를 해머(5)에 연결하고 일정한 방향으로 회전하는 권취드럼(2)에 로프(4)를 감아서 해머(5)를 들어올린 다음 낙하시켜서 모루(7)를 타격함으로 시험을 수행한다.이때 로프(4)에 의하여 승강하는 해머(5)는 가이드 로드(6)에 안내되어 효과적인 타격을 도모하고 타격을 위한 궤도 범위 내에서 승강한다. 해머(5)의 타격은 모루(7)를 통하여 로드(8)로 전달됨으로서 샘플러가 관입된다.

이러한 윈치와 로프를 이용한 종래의 방법은 숙련된 작업자가 시험을 수행하더라도 일정한 낙하고를 유지하기 어려우며, 해머와 연결된 로프의 특성이나 노화 정도에 따라 로프가 도르래 및 권취드럼과 접촉하는 마찰 특성이 달라져서 해머의 최종 타격 에너지에 많은 영향을 미치고, 작업자가 로프를 놓는 방법에 따라 로프와 도르래 및 권취드럼에서의 관성력에 의해 로프에 초기 인장력이 발생하여 로프에 요동이 발생하거나 낙하 속도를 감소시키는 등 많은 변수가 작용하여 시험 결과의 신뢰성을 확보하기 어렵다.또한 N치 계수 작업도 작업자의 기억력에 의존하므로 실수에 의하여 결과가 잘못 얻어질 수 있기 때문에 같은 지반에서 시험을 실시하여도 완전히 다른 결과가 나타나는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 국외에서는 자동 해머 낙하 장치가 종종 사용되고 있다.

도 2는 자동 해머 장치의 일례이다. 현재까지 개발된 자동 해머 장치는 간단한 조작으로 정확한 높이에서 타격할 수 있도록 제작되는 것으로, 로프와 도르래를 사용하여 인력에 의존하여 시험을 수행하는 장치보다 편차가 적으며 해머의 낙하 에너지를 보다 많이 로드에 전달할 수 있다.그러나 기존 자동 해머 장치들은 낙하를 위한 복잡한 기계 설비들이 해머 또는 로드와 연결되어 부정확한 결과를 초래할 뿐 아니라 일정 낙하고를 유지하기 위하여 타격을 한 이후 기계 설비가 해머를 재타격하는 현상을 보이며, 해머에 부착되어 있는 설비들이 장치 노화시 낙하 도중 마찰을 일으킬 소지가 있고, 해머에 부착된 설비들이 해머에 비하여 매우 작은 강성을 가지고 있기 때문에 타격시 이 설비들이 진동하여 로드에 전달되어야 할 충격 에너지가 진동 에너지로 흡수되어 정확한 결과를 얻지 못하는 문제점도 있다.

표준 관입 시험을 자동적으로 수행하기 위한 장치로서 본원출원인에 의하여 선출원된 특허출원 10-2000-85051 "표준 관입 시험 자동 수행 방법 및 그 장치"에 개시되어 있다. 상기 문헌에 의하면 표준 관입 시험을 수행함에 있어서 낙하하는 해머의 낙하고가 일정하게 유지되고, 에너지 손실과 이차 충돌 현상이 방지되어 정확한 표준 관입 시험이 가능하게 된다.그러나 해머를 붙잡은 협지구를 수직 방향으로 승강이동시키는 유압 실린더 이외에 해머를 낙하시키기 위하여 협지구를 양쪽으로 벌려주는 유압실린더를 구비하여야 함으로써 설비비 및 유지 관리비가 상승하고, 협지구가 한쪽 고정단부를 중심으로 아래쪽의 자유단부가 선회함으로써 작동 공간을 확보하기 위하여 상기 장치의 외부를 형성하는 하우징의 크기가 커지게 된다.

상기한 문제점을 보완하기 위하여 본 발명에서는 종래의 표준 관입 시험 장치와 같이 해머의 자유 낙하에 방해 요인으로 작용하는 로프와 도르래, 권취드럼을 사용하지 않고, 해머를 자동으로 인양하고 낙하시키는 장치를 별도의 지지대에 고정하여 인양장치에 의한 이차 타격 현상을 배제하여 규정된 타격 에너지를 발휘하도록 하였으며, 해머의 내부에 상부로 부터 개방되는 실린더 형태의 공간을 형성하여 해머를 상승시키기 위한 잠금장치를 수용토록함으로서 장치의 크기를 축소시킬 수 있고, 샘플러의 관입에 따라 해머의 위치가 하강하더라도 잠금장치의 가압력으로 해머를 계속 잡을 수 있도록 하여 기계적으로 해머를 들어올리고 떨어뜨리게 된다.이러한 장치에 의하여 일정한 낙하고를 유지하여 모루 및 로드에 매 시험시 같은 에너지가 전달될 수 있게 되어 타격 회수를 누적 저장하면서 일회 타격시 샘플러의 관입량을 자동적으로 산정 및 누적하여 시험 종료시 N치를 획득할 수 있도록 함으로서 표준 관입 시험의 준비 후 모든 시험절차가 일괄적이고 자동적으로 수행되도록 하였다.

즉 본 발명은 샘플러의 관입에 따른 해머의 위치 변화시 잠금장치가 계속적으로 해머를 집을 수 있도록 해머의 내부에 실린더 형태의 공간을 형성시키고, 밀착력을 이용하여 기계적으로 해머를 들어올리고, 밀착력을 제거하여 해머만을 떨어뜨림으로서 종래와 같은 로프와 권취드럼의 마찰 요인을 배제하여 해머의 자유 낙하를 도우며, 매회 타격시 일정한 낙하고를 유지함으로서 인양 장치의 낙하 충격이나 하중 재하로 인한 추가 관입을 방지하여 정확한 시험이 가능한 해머의 잠금장치와, 해머 타격시 타격 회수를 자동으로 측정하여 작업자의 오차를 미연에 방지할 수 있는 타격 회수 계수 수단과, 샘플러의 관입량을 자동으로 측정하여 시험의 계속 및 중단을 판단할 수 있도록 해주며 최종 결과인 N치를 산출해주도록 하는 관입량 측정수단과, 상기의 장치들의 구동을 제어하여 시험을 일괄적 자동적으로 수행해주도록 도우며 시험 결과를 기록 및 출력하는 제어 장치를 구비하여 원활한 시험이 가능한 표준 관입 시험 방법과 이를 수행하기 위한 장치를 제공한다.

도 1은 종래의 표준 관입 시험 장치의 사시도

도 2는 종래의 표준 관입 시험 장치의 다른 예를 나타낸 단면도

도 3은 본 발명의 설치 상태 사시도

도 4는 본 발명의 잠금장치에서 해머가 구속되지 아니한 상태의 단면도

도 5는 본 발명의 잠금장치에서 해머가 구속된 상태의 단면도

도 6은 본 발명의 승강구의 확대 단면도

도 7은 본 발명의 잠금장치가 해머를 구속하지 아니한 상태의 확대 단면도도 8은 본 발명의 잠금장치가 해머를 구속한 상태의 확대 단면도

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 장치는, 해머와 상기 해머를 이용하여 샘플러를 지반에 관입하기 위한 자동인양낙하장치와, 낙하하는 해머가 모루를 타격하는 회수를 계수하는 타격 회수 계수 수단과, 관입되는 샘플러의 관입량을 측정하는 관입량 측정 수단과, 상기 타격 회수 계수 수단과, 상기 관입량 측정 수단을 통하여 얻어진 데이터를 설정된 기준치와 비교하여 시험의 계속 중지를 판단하고, N치의 산출 및 시험 결과를 기록 출력하는 제어 장치를 구비하는 표준 관입 시험 장치를 형성함에 있어서, 보링장비에 회전 가능하게 수직 하방으로 고정되는 제1유압실린더와; 상기 제1유압실린더의 피스톤로드에 형성되는 연결대에 고정되어 회전 가능하게 되고 샘플러의 관입을 위한 로드와 모루를 수용하는 원통형 관체와; 상기 원통형 관체내에서 모루를 타격할 수 있도록 모루의 상부에 위치하며, 내부는 상부가 개방되는 공간이 되고 외부에는 다수의 요철이 층상으로 형성되는 해머와; 상기 원통형 관체 상부에서 상기 해머와 동일한 수직 중심축상에 설치되는 제2유압실린더와; 상기 제2유압실린더의 피스톤로드에 고정되어 상기 원통형 관체 내에서일정한 구간을 왕복 이동하는 승강구와; 상기 승강구와 함께 해머 내부의 공간에서 승강 이동하고, 해머의 내부 공간에 놓여져서 해머를 인양하여 낙하시키는 잠금장치와; 상기 승강구가 승강함에 따라 상기 잠금장치가 해머를 고정 및 해제할 수 있도록 외관의 내부에 슬라이딩 가능하게 놓여지는 내관으로 되어 한쪽 단부는 승강구에 고정되고, 다른 한쪽의 단부는 잠금장치에 고정되는 이중관;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

자동인양낙하장치는 보링 장비에 회전 가능하게 고정되는 하우징의 상부에 수직 하방으로 고정되고, 피스톤 로드가 일정한 거리를 왕복할 수 있도록 하는 유압실린더와, 상기 유압실린더의 피스톤로드와 연결되어 피스톤로드가 가장 아래까지 하강하여 상승할 때 가압편을 측방향으로 벌려주어 해머의 내주면에 마찰력을 가함으로서 해머를 들어올리고, 피스톤로드가 정해진 위치까지 상승할 때 해머의 내주면에 가하여진 가압편의 마찰력을 제거함으로서 해머를 낙하시키는 잠금장치로 구성된다.

잠금장치는 하우징 내에서 한쌍의 핑거가 회전 가능하게 고정되는 핑거고정구가 일정 구간 내에서 상하로 승강 가능하게 놓여지고, 상기 한쌍의 핑거의 바깥쪽으로 해머의 내측면을 향하는 가압편이 형성되며, 하단부에는 드롭헤드를 구비하여 해머를 인양하게 된다.

승강구는 원통형 관체에 형성되는 가이드홈에 안내되어 일정한 범위 내에서 승강하고, 중앙에는 상하로 슬라이딩 가능하게 고정되는 접속편의 상부에 제2유압실린더의 피스톤로드가 고정되고, 상기 접속편의 하부에는 이중관의 내관이 고정되어 승강구의 상승 작동이 정지한 이후 접속편이 일정한 구간을 더 상승하여 핑거를 해머로 부터 이탈시켜서 해머를 낙하시키게 된다.

타격 회수 계수 수단은 피스톤로드에 부착되어 해머가 정해진 위치까지 올라갈 경우 원통형 관체의 측면에 설치된 홀을 인식하여 작동하는 센서로 구성된다.

관입량 측정 수단은 원통형 관체에 설치되어 해머의 인양시 해머의 외주면에 일정한 간격의 층상으로 형성된 요철의 수를 감지하는 센서로 구성된다.

제어 장치는 관입 시험을 위한 기초 데이터가 입력되어있고, 자동인양낙하장치 등 기구적 구성의 구동 및 제어를 담당하고, 타격 회수 계수 수단과 관입량 측정 수단으로부터 전달된 신호를 누적 환산 및 저장하여 분석하고, 이러한 시험 결과를 기록 및 출력한다.

이와 같은 본 발명의 장치에서 유압 실린더는 시험시 일정한 위치까지 해머를 들어올리며, 해머가 정해진 위치까지 올라가면 원통형 관체 상부에 설치된 스토퍼에 잠금장치가 걸리면서 해머를 물고 있는 가압편의 가압력이 해제되어 해머를 떨어뜨리게 된다.이때 해머의 낙하를 방해하는 요소들, 예를들면 종래의 장치에서 볼 수 있었던 권취드럼, 도르래, 로프 등이 해머에 연결되지 않았으므로 자유로운 자유낙하가 가능하게 된다. 해머의 타격에너지는 모루와 로드를 통하여 전달되고 샘플러가 지반을 관입하는 데 이용된다.샘플러의 관입 이후 샘플러와 로드, 해머가 정지하게 되면 왕복 실린더의 왕복 운동에 따라 핑거가 일정한 위치까지 내려오게 되고, 잠금장치의 가압편을 측방향으로 벌려주어서 해머의 내주면에 마찰력을 가함으로서 다시 해머를 잡을 수 있게 된다. 이러한 절차는 샘플러의 누적된 관입량이 규정된 값에 도달하여 시험이 종료될 때 까지 반복된다.

여기에서 샘플러의 관입에 따라 해머가 하강하더라도 계속적으로 잠금장치가 해머를 잡을 수 있도록 해머의 내주면에 실린더 형태의 연속적인 공간이 형성되어 있어서 해머가 모루를 한번 타격한 후 샘플러의 관입량에 따라 해머의 위치가 아래쪽으로 내려가더라도 잠금장치가 해머를 잡는 절대 위치는 항상 동일하게 된다. 즉, 일회 타격 후 잠금장치는 이전에 집은 위치로부터 샘플러 관입량 만큼 위에 있는 부분을 집게 된다.따라서, 해머가 하강하더라도 다른 자동 해머 장치와는 달리 일정한 낙하고를 유지하기 위하여 인양 낙하 장치가 하강할 필요가 없으므로 그에 따른 이차 충돌 문제를 배제할 수 있고 항상 일정한 인양 및 낙하고를 유지하게 된다.

타격 회수 계수 수단은 해머가 정해진 위치까지 올라갈 경우 피스톤 로드에 부착된 센서가 하우징의 측면에 설치된 홀을 감지하게 되며, 이때 발생된 신호가 제어 장치로 전달되어 타격회수를 자동적으로 누적 저장하게 된다.그리고 해머의 누적되는 타격에 의하여 샘플러의 관입량이 규정치를 넘어서게 되면 그때까지의 타격 회수로부터 N치를 산정하게 된다.

관입량 측정 수단은 원통형 관체 내부에 설치되어 해머의 인양시 해머의 외주면에 일정한 간격의 층상으로 형성된 요철의 수를 감지하는 센서로 구성된다.센서는 시험 개시 최초의 해머 인양시 요철의 수를 감지하고, 매타격 이후 해머 인양시 요철의 수를 감지하게 된다. 관입량은 감지된 일정한 간격으로 형성되어 있는 요철 갯수의 차이로부터 산정하게 된다.이러한 센서로부터 발생된 신호는 제어 장치로 전달되고, 관입량 산정, 시험결과의 출력 및 시험의 제어를 위한 데이터로 사용된다.

제어 장치는 자동인양낙하장치의 구동 순서를 제어하며 시험 시작후의 관입량을 계산하여 규정된 관입량까지 시험을 계속하고 N치를 구해준다. 규정에 제시된 시험 종료 기준을 만족시킬 경우 시험을 중지시키고 결과를 출력한다.

즉 본 발명은 자동인양낙하장치의 잠금장치에 의하여 해머를 자동으로 인양하여 상승시킨 다음 잠금장치로부터 분리하여 자유 낙하시키며, 매회 낙하하는 해머의 타격 회수를 측정하여 제어 장치에 누적 저장시킴과 동시에 샘플러의 관입량을 측정하여 제어 장치에 저장시키고, 이렇게 측정된 샘플러의 관입량을 제어장치에 설정된 기준치와 비교하여 관입 시험의 진행 여부를 판단하여 샘플러의 관입량이 설정된 기준치에 도달하여 N치가 산출됨에 따라 시험 데이터를 기록 및 출력하여 의도하는 표준 관입 시험을 수행한다.

이와 같은 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 장치가 설치된 상태의 사시도이고 도 4 및 도 5는 단면도를 나타내고 있다.

이 도면을 참조하면 본 발명의 자동인양낙하장치(100)는 공지의 구조를 가지는 보링장비(200)에 형성되는 고정축(300)에 회전 가능하게 고정되는 브라켓(400)(400a)에 고정되어 있다.

자동인양낙하장치(100)는 제1유압실린더(1)와 제2유압실린더(2)를 구비하는데, 제1유압실린더(1)는 피스톤로드가 아래쪽을 향하도록 브라켓(400)(400a)에 수직으로 고정되어 있고, 제2유압실린더(2)는 피스톤로드(3)가 아래쪽을 향하도록 원통형 관체(4) 상부에 고정되며, 상기 원통형 관체(4) 내부에는 후술하는 해머(5) 를 승강 이동시키는 잠금장치(6)가 설치되어 고정축(200)을 중심으로 회전함으로써 시험을 위하여 지반에 관입할 샘플러(도시되지 아니함)의 상부에 위치하게 된다.

제1유압실린더(1)와 원통형 관체(4)는 연결대(500)(500a)로 연결되어 제1유압실린더(1)가 작동함에 따라 원통형 관체(4)가 승강하게 되어 시험 장소에 설치되어 있는 모루(700) 위에 해머(5)를 위치시킬 수 있다.

원통형 관체(4)의 상부에는 상술한 바와 같이 제2유압실린더(2)가 설치되면서 해머(5)를 인양 및 낙하시키기 위하여 승강 이동하는 잠금장치(6)를 안내할 수 있도록 대략 상부의 양쪽으로 가이드홈(7)(7a)이 형성되고, 아래쪽에는 샘플러를 관입하기 위한 로드(600)와 모루(700)가 설치되며, 외주면에는 해머(5)의 이동을 감지하기 위한 센서(9)가 원통형 관체(4)의 내부를 탐지할 수 있게 설치되어 해머(5)의 이동 상태를 감지한다.

상기 가이드홈(7)(7a)은 구체적으로 제2유압실린더(2)에 의하여 승강하고 잠금장치(6)를 견인하는 승강구(11)를 안내하기 위한 것으로, 상부와 하부에는 잠금장치(6)와 동반하여 이동하는 승강구(11)의 이동을 제한하기 위한 상부스토퍼(13a)와 하부스토퍼(13)가 각각 형성되어 있다.특히 하부스토퍼(13)의 상부면에는 낙하 충격을 완화시키기 위한 완충재(14)(14a)가 형성되어 있다.

모루(700)의 윗쪽으로는 해머(5)가 설치되는데, 해머(5)는 상부가 개방되고 내부공간을 형성하는 실린더 형상으로 되면서 외주면에는 층상의 요철(10)이 형성되어 있다.상기 요철(10)은 제2유압실린더(2)와 잠금장치(6)의 작동에 의하여 해머(5)가 매회 타격할 때에 센서(9)가 요철(10)의 이동 숫자를 감지하여 해머(5)의 이동거리를 측정함으로써 관입량을 산출하는 데이터를 얻는다.

승강구(11)는 이동편(12), 부싱(110), 접속편(11)으로 구성된다.

이동편(12)은 부싱(110)이 고정되어 원통형 관체(4)의 가이드홈(7)(7a)에 안내되어 이동하고, 부싱(110)의 중앙에는 제2유압실린더(2)의 피스톤 로드(3)가 고정되는 접속편(111)이 축방향으로 슬라이딩 이동할 수 있게 삽입되어 있다.

잠금장치(6)는 하우징(15), 핑거고정구(16), 핑거(17)(17a), 가압편(18)(18a), 드롭헤드(19), 커넥터(20)로 구성되어 이중관(23)에 연결되어 있다.

하우징(15)은 상하로 관통되는 원통형 공간이 형성되어 핑거고정구(16)와 드롭헤드(19)를 수용하게 되며, 양쪽의 수직 벽면에는 해머(5)를 고정하기 위한 가압편(18)(18a)이 수평상으로 설치되고, 상부에는 커넥터(20)와 핑거고정구(16)가 수직 방향으로 이동 가능하게 놓여져서 핑거(17)(17a)를 고정한다.

핑거고정구(16)는 제2유압실린더(2)가 작동함에 따라 승강하여 핑거(17)(17a)가 가압편(18)(18a)을 이동시키는 동력을 제공한다.

핑거(17)(17a)는 힌지축(21)에 의하여 서로 대향하면서 핑거고정구(16)에 회전 가능하게 고정되어 하단부가 드롭헤드(19)를 붙잡고 놓아줄 수 있게 되며, 벌려지면서 가압편(18)(18a)을 바깥쪽으로 밀어내어 해머(5)를 상승시킬 수 있는 압력을 제공한다.

드롭헤드(19)는 외주면에 걸림턱(22)이 형성되어 하우징(15)내에서 이탈되지 아니하며, 상단부는 하강하는 핑거(17)(17a)에 접촉되어 핑거(17)(17a)의 하단부를벌려주는 역할을 수행한다.

상기 잠금장치(6)가 고정되는 이중관(23)은 내관(230)과 외관(231)으로 구성되어 승강구(11)와 연결된다.

이중관(23)의 내관(230)은 상단부가 승강구(11)의 부싱(110)에 접촉되지 아니하는 상태에서 접속편(111)의 하단부와 고정되고, 내관(3)의 하단부는 잠금장치(6)의 커넥터(20)를 통하여 핑거고정구(16)의 상단부에 고정된다.

외관(231)의 상단부는 승강구(11)의 부싱(110)의 하단부에 고정되고, 하단부는 커넥터(20)에 고정된다.

또한 잠금장치(6)와 승강구(11)는 지지봉(25)(25a)에 의하여 지지되어 내관(230)과 외관(231)의 지지력을 보강시켜 주는데, 한쪽의 지지봉(25a)은 부싱(110)을 관통한 상단부에 센서(26)가 설치되어 있다.상기 센서(26)는 제2유압실린더(2)의 피스톤 로드(3)가 작동하는 횟수를 계측하게 되는데, 피스톤 로드(3)의 1회 작동에 의하여 해머(5)가 1회 낙하하게 됨으로 해머(5)가 모루(700)를 타격하는 회수를 계측한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 공지된 보링 장비(200)를 사용하여 목표 심도까지의 보링 작업이 끝나면, 표준 관입 시험을 위한 로드(600)와 모루(700)를 연결하고, 도 3에서 보는 바와 같이 고정축(300)을 중심으로 자동인양낙하장치(100)를 가상선 A의 위치로 회전시켜서 자동인양낙하장치(100)가 정확하게 보링홀(도시되지 아니함)의 상부에 위치하도록 한다. 그리고 제1유압실린더(1)를 조작하여 자동인양낙하장치(100)를 상승 또는 하강시켜서 장치 내부의 해머(5)가 모루(700)에 얹혀진 상태에서 잠금장치(6)가 해머(5)의 내부 공간에서 적정한 위치에 놓여지도록 높이를 조절한다.

이때 잠금장치(6)는 도 4에서 보는 바와 같이 해머(5)의 내측에 설치되면서 핑거(17)(17a)가 가압편(18)(18a)과 접촉하지 아니하여 가압편(18)(18a)은 해머(5)의 내주면에 밀착되는 힘이 가하여 지지 아니한 자유로운 상태에 있다.

이와 같은 상태에서 제2유압실린더(2)를 작동시키면 피스톤로드(3)는 승강구(11)의 접속편(11)에 연결되어 있고, 여기에 다시 내관(230)과 외관(231)으로 되는 이중관(23)이 연결되면서 내관(230)은 피스톤로드(3)에 고정된 접속편(111)과 잠금장치(6)의 핑거고정구(16)와 연결되어 있고, 외관(231)은 승강구(11)의 부싱(12a)과 잠금장치(6)의 하우징(15)이 연결되어 있어서, 제2유압실린더(2)의 피스톤로드(3)가 하강할 때에 이동편(12)이 가이드홈(7)(7a)에 안내되어 하부 스토퍼(13)의 완충재(14)가 위치한 거리 만큼 하강하고, 잠금장치(6)가 해머(5)의 상부면에 도달하게 된다.이때 도 8에서 보는 바와 같이 드롭헤드(19)가 잠금장치(6) 내부로 밀려들어오면서 상단부가 양쪽 핑거(17)(17a)에 접촉하면 핑거(17)(17a)는 힌지축(21)을 중심으로 하단부가 벌어지면서 가압편(18)(18a)을 바깥쪽으로 밀어내서 해머(5)의 내측 벽면에 밀착되는 가압력이 작용하여 해머(5)를 잡아주게 된다.이렇게 핑거(17)(17a)가 드롭헤드(19)를 붙잡고 있는 동안에는 가압편(18)(18a)이 계속해서 해머(5)의 내측 벽면에 압착된 상태를 유지하고 있기 때문에 피스톤로드(3)가 상승하면 승강구(11)와 잠금장치(6)가 함께 상승할 수 있게 되고, 또한 잠금장치(6)와 동반하여 해머(5)가 상승할 수 있게 된다.

그리고 나서 제2유압실린더(2)의 피스톤로드(3)가 상승하는데, 이때 원통형 관체(4)의 외벽에 설치되어 있는 센서(9)가 해머(5)의 측면에 형성되어 있는 요철(10)의 이동 개수를 감지하여 해머(5)의 이동 거리를 측정하게 된다.제2유압실린더(2)의 피스톤로드(3)가 해머(5)를 일정 높이 만큼 끌어올리면, 승강구(11)에서 외부로 돌출되어 있는 이동편(12)이 원통형 관체(4)에 형성되어 있는 가이드홈(7)(7a)에 안내되어 상승하고, 도 5에서 보는 바와 같이 승강구(11)가 원통형 관체(4)의 상부에 설치되어 있는 상부 스토퍼(13a)에 걸리는 가상선 B의 위치에 도달하면, 승강구(11)의 부싱(110)과 잠금장치(6)의 하우징(15)은 이중관(23)의 외관(231)에 고정되어 있기 때문에 승강구(11)에 연결되어 있는 외관(231)과 잠금장치(6)의 하우징(15)은 상승을 멈추지만, 피스톤로드(3)에 고정된 접속편(14)은 승강구(11)의 부싱(110)에 슬라이딩 가능하고, 이러한 승강구(11)에 고정된 내관(230)의 하단부에 고정된 핑거고정구(16)도 하우징(15)에서 슬라이딩 이동이 가능하게 되어 있음으로, 제2유압실린더(2)의 피스톤로드(3)에 연결되어 있는 내관(230)과 잠금장치(6)에서 핑거(17)(17a)를 고정하고 있는 핑거고정구(16)는 상승을 계속하여 상대적으로 잠금장치(6) 내에서 핑거(17)(17a)가 위로 상승한다.따라서 핑거(17)(17a)는 드롭헤드(19)에서 이탈하여 위로 상승하고, 해머(5)의 내측 벽면을 가압하고 있던 가압편(18)(18a)은 가압력이 해제되어 해머(5)와 잠금장치(6)가 완전히 분리되는 상태가 됨으로서 해머(5)는 아래로 자유낙하하여 모루(700)를 타격하고 이로써 로드(600)가 관입된다.

한편 승강구(11)가 상부스토퍼(13a)에 도달하는 과정에서 타격 횟수를 측정하는 센서(26)에 의하여 1회의 타격 횟수를 계측한다.

해머(5)가 자유낙하한 후 제2유압실린더(2)의 피스톤로드(3)는 다시 하강하고, 승강구(11)가 하부스토퍼(13)에 걸리면, 이번에는 이중관의 외관(231)과 잠금장치(6)의 하우징(15)은 하강을 멈추고, 내관(230)과 잠금장치(6)의 핑거고정구(16) 및 핑거(17)(17a)는 계속 하강하므로, 상대적으로 잠금장치(6) 내에서 핑거(17)(17a)가 아래로 밀려 내려가도록 동작한다.따라서 핑거(17)(17a)는 다시 드롭 헤드(19)에 접촉하면서 벌어지고, 이로 인해 가압편(18)(18a)이 다시 측방으로 벌어져서 해머(5)의 내측 벽면을 가압하게 됨으로서 해머(5)를 구속하게 된다.이때 첫번째 타격으로 인해 모루(700)의 위치가 아래로 내려가고 결과적으로 해머(5)의 위치 역시 첫번째보다 아래에 위치한다 하더라도, 제2유압실린더(2)에 연결된 잠금장치(6)가 상승 및 하강하는 절대 높이는 상부 스토퍼(12) 및 하부 스토퍼(13)의 위치에 좌우되므로 언제나 일정한 값을 유지한다.따라서 잠금장치(6)가 해머(5)를 다시 구속하는 위치는 이전 타격과 비교하여 로드(600)가 지반에 관입된 깊이 만큼 더 위쪽에 위치하게 되며, 따라서 모루(700)에 상대적으로 해머(5)가 상승하는 높이는 매 타격시 마다 항상 일정하다.

다시 잠금장치(6)가 해머(5)를 구속하여 인양하는 과정에서, 상기 과정과 마찬가지로 원통형 관체(4)의 외벽에 설치되어 있는 센서(9)가 해머(5)의 측면에 형성되어 있는 요철(10)의 개수를 측정하게 되며, 이전 과정에서 측정된 요철의 개수를 현재 측정된 요철의 개수에서 감산하여 일회 타격으로 관입된 깊이를 요철의 개수 단위로 얻어낼 수 있으며, 여기에 요철의 간격을 곱하여 일회 타격으로 관입된 깊이를 구할 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해 수행되는 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖게 된다.

자동인양낙하장치 및 잠금장치의 작동으로 해머의 낙하고를 일정하게 유지할 수 있고, 잠금장치가 해제되면서 해머만 자유 낙하를 함으로 상호 간섭에 의한 에너지 손실이나 이차 충돌 현상이 발생하지 않아 정확한 관입ㅁ 시험이 기능하게 된다.또한, 잠금장치가 해머의 내부에서 해머의 내측면에 밀착되는 가압력에 의하여 해머를 인양함으로서 장치가 설치되는 공간을 줄일 수 있다.또한 센서를 이용한 계수 장치를 이용하여 해머의 타격 회수를 자동으로 측정하면서, 해머 타격에 의한 샘플러의 관입량 또한 센서를 이용하여 자동적으로 측정하며, 시험의 계속 및 종료 판단과 N치를 산정하는 제어 장치에 의하여 모든 시험 절차를 자동적으로 수행한다.

Claims (5)

1. 샘플러를 지반에 관입시키는 해머와, 낙하하는 해머가 모루를 타격하는 회수를 계수하는 타격 회수 계수 수단과, 관입되는 샘플러의 관입량을 측정하는 관입량 측정 수단과, 상기 타격 회수 계수 수단과, 상기 관입량 측정 수단을 통하여 얻어진 데이터를 설정된 기준치와 비교하여 시험의 계속 중지를 판단하고, N치의 산출 및 시험 결과를 기록 출력하는 제어 장치를 구비하는 표준 관입 시험 장치를 형성함에 있어서,

   보링장비(200)의 고정축(300)에 회전 가능하게 고정되는 브라켓(400)(400a)에 고정되는 제1유압실린더(1)와;

   상기 제1유압실린더(1)의 피스톤로드에 고정되는 연결대(500)(500a)에 고정되어 회전 가능하게 되고, 상부에는 가이드홈(7)(7a)이 형성되며, 샘플러의 관입을 위한 로드(600)와 모루(700)를 수용하는 원통형 관체(4)와;

   상기 원통형 관체(4) 내에서 모루(700)를 타격할 수 있도록 모루(700)의 상부에 위치하며, 내부는 상부가 개방되는 공간이 되고 외부에는 다수의 요철(10)이 층상으로 형성되는 해머(5)와;

   상기 원통형 관체(4) 상부에서 상기 해머(5)와 동일한 수직 중심축상에 설치되는 제2유압실린더(2)와;

   상기 제2유압실린더(2)의 피스톤로드(3)에 고정되어 상기 원통형 관체(4) 내에 형성된 가이드홈(7)(7a)에 안내되어 상하 왕복 이동하는 승강구(11)와;

   상기 승강구(11)와 함께 해머(5) 내부의 공간에서 승강 이동하고, 해머(5)의 내부 공간에 놓여져서 해머(5)를 인양하여 낙하시키는 잠금장치(6)와;

   상기 승강구(11)가 승강함에 따라 상기 잠금장치(6)가 해머(5)를 고정 및 해제할 수 있도록

   상단부는 승강구(11)의 부싱(110)에 접촉되지 아니하는 상태에서 접속편(111)에 고정되고, 하단부는 잠금장치(6)의 커넥터(20)를 통하여 핑거고정구(16)에 고정되는 내관(230)과 슬라이딩 가능하게 되어 상단부는 승강구(11)의 부싱(110)에 고정되고, 하단부는 커넥터(20)에 고정되는 외관(231)으로 되는 이중관(23)과;

   상기 원통형 관체(4)에 고정되어 해머(5)가 상승할 때에 요철(10)의 이동 갯수를 계측하여 샘플러의 관입량을 측정하는 센서(9)와;

   상기 제2유압실린더(2)의 피스톤로드(3)와 함께 승강 이동하면서 제2유압실린더(2)의 1회 왕복작동으로 낙하하는 해머(5)가 모루(700)를 타격하는 회수를 계수하는 센서(26)를 구비하는 것을 특징으로 하는 표준 관입 시험 자동 수행 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 승강구(11)는 원통형 관체(4)에 형성된 가이드 홈(7)에 안내되어 승강하는 이동편(12)의 부싱(110)에 상하로 슬라이딩 가능하게 고정되는 접속편(111)의 상부에 제2유압실린더(2)의 피스톤로드(3)가 고정되고, 상기 접속편(111) 하부에는 이중관의 내관(230)이 고정되는 것을 특징으로 하는 표준 관입 시험 자동 수행 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 잠금장치(6)는 하우징(15) 내에서 핑거(17)(17a)가 회전 가능하게 고정되는 핑거고정구(16)가 일정 구간 내에서 상하로 승강 가능하게 놓여지고, 상기 핑거(17)(17a)의 바깥쪽으로 해머(5)의 내측면을 향하여 가압편(18)(18a)이 형성되며, 하단부에는 드롭헤드(19)를 구비하는 것을 특징으로 하는 표준 관입 시험 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 잠금장치(6)가 하강하여 드롭헤드(19)가 잠금장치(6) 내부로 밀려들어오면서 핑거(17)(17a)를 힌지축(21)을 중심으로 선회시켜서 가압편(18)(18a)이 해머(5)의 내측 벽면에 밀착되어 해머를 인양하게 되는 것을 특징으로 하는 표준 관입 시험 장치.
5. 제 2 항에 있어서, 승강구(11)는 원통형 관체(4)에 형성되는 가이드홈(7)(7a)에 안내되어 일정한 범위 내에서 승강하고, 중앙에는 상하로 슬라이딩 가능하게 고정되는 접속편(111)의 상부에 제2유압실린더(2)의 피스톤로드(3)가 고정되고, 상기 접속편(111)의 하부에는 이중관(23)의 내관(230)이 고정되어 승강구(11)의 상승 작동이 정지한 이후 접속편(111)이 일정한 구간을 더 상승하여 핑거(17)(17a)를 해머(5)로 부터 이탈시켜서 해머(5)를 낙하시키게 되는 것을 특징으로 하는 표준 관입 시험 장치.