KR100643055B1 - 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템에 관한 것으로, 충격파를 감지하는 지중청음기와 충격에너지를 감지하는 로드셀 및 낙하가능한 중량체를 포함하여 구성되는 휴대가능한 충격재하장치와, 상기 충격재하장치의 지중청음기와 로드셀로부터 출력되는 신호를 입력받아 임시로 저장하는 데이터 로거(data logger)와, 상기 데이터 로거로부터 출력되는 신호와 지역별 지질에 대한 데이터베이스를 기준으로 포장구조체의 탄성계수를 기록된 프로그램에 의하여 추정하는 컴퓨터등의 연산장치로 구성되어, 토공의 다짐관리를 수행하기 위한 다짐도 및 노상 지지력에 대한 시험 결과치를 신속하고 경제적이며 간편한 방법으로 평가할 수 있도록 하는 것이다.

지반, 다짐, 탄성계수, 충격재하, 로드셀, 데이터로거

Description

다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템{Clay compaction administration and load test system}

도 1은 본 발명에 따른 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템을 나타내는 블록도

도 2는 충격재하장치를 나타내는 단면도

도 3a및 도 3b는 센서부를 나타내는 단면도

도 4는 가이드 로드를 나타내는 측면도

도 5는 중량체를 나타내는 단면도

도 6a및 도 6b는 상기 충격재하장치의 릴리즈 매커니즘과 중량체의 결합구조를 나타내는 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 충격재하장치 110 : 로드플레이트

120 : 센서부 122 : 지중청음기

123 : 로드셀 130 : 가이드 로드

140 : 댐핑부 150 : 중량체

160 : 릴리즈 매커니즘 200 : 데이터 로거

300 : 연산장치

본 발명은 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토공의 다짐관리를 수행하기 위한 다짐도 및 노상 지지력에 대한 시험 결과치를 신속하고 경제적이며 간편한 방법으로 평가할 수 있는 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 지반 저면 구조물 축조시 토질실험 및 지질조사 등 각종 원위치시험을 통하여 기초지반의 지지력과 침하의 특성을 정확히 확인 및 추정 예측하여야만 토목 구조물의 기초가 되는 토공사를 합리적으로 시행할 수 있으며 구조물 시공은 우선 필수적으로 안정성 문제가 검증 또는 확보가 된 다음에야 시공이 가능하다.

따라서, 토공의 품질관리를 철저히 하기 위하여 건설교통부에서는 각 건설현장에 의무적으로 품질시험 기사가 상주하도록 법제화하고 있지만 이러한 경우는 대규모 건설공사 현장에서만 적용되고, 규모가 작은 현장에선 비용과 번거로움 때문에 필요시 전문기관에 용역을 의뢰하고 있는 실정이다. 그러나 이와 같이 용역에 의존하는 경우 전문기관은 특정지역을 선정하여 시험 후 그 값을 전체적인 대표값으로 활용하므로 때에 따라서는 상당한 오차가 발생할 수 있으며 이는 곧 부실공사의 원인이 되기도 한다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 지역별 지질에 대한 자료를 수집/분석하여 데이터베이스를 구축하고 휴대가능한 충격재하장치를 사용하여 다짐도 및 노상 지지력에 대한 결과치를 신속하고 경제적이며 간편한 방법으로 평가할 수 있도록 하는 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템은 충격파를 감지하는 지중청음기와 충격에너지를 감지하는 로드셀 및 낙하가능한 중량체를 포함하여 구성되는 충격재하장치와, 상기 충격재하장치의 지중청음기와 로드셀로부터 출력되는 신호를 입력받아 임시로 저장하는 데이터 로거(data logger)와, 상기 데이터 로거로부터 출력되는 신호와 지역별 지질에 대한 데이터베이스를 기준으로 포장구조체의 탄성계수를 기록된 프로그램에 의하여 추정하는 컴퓨터등의 연산장치로 구성된다.

상기한 구성에서 충격재하장치는 지면에 닿도록 수평으로 형성된 로드 플레이트와, 상기 로드 플레이트의 상부면 중심에 설치된 브라켓의 내부에 지중청음기와 다수개의 로드셀이 설치되고 상기 브라켓에는 지중청음기와 로드셀의 신호를 출력하기 위한 케이블 삽입공이 형성된 센서부, 상기 센서부의 상부에 설치되는 가이드 로드와, 상기 가이드 로드의 외주로 설치되는 댐핑부, 상기 가이드 로드의 외주로 이동가능하도록 끼워지는 중량체와, 상기 가이드 로드의 상부에 설치되어 중량체를 잡고있거나 놓아서 중량체의 낙하가 이루어질 수 있도록 하는 릴리즈 매커니 즘으로 구성된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예를 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.

도 1은 본 발명에 따른 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2내지 도 5는 충격재하장치를 나타내는 단면도이며, 도 6a및 도 6b는 상기 충격재하장치의 릴리즈 매커니즘과 중량체의 결합구조를 나타내는 단면도이다.

본 발명에 따른 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템은 도 1에 나타내는 바와 같이 충격파를 감지하는 지중청음기(122)와 충격에너지를 감지하는 로드셀(123) 및 낙하가능한 중량체를 포함하여 구성되는 충격재하장치(100)와, 상기 충격재하장치(100)의 지중청음기(122)와 로드셀(123)로부터 출력되는 신호를 입력받아 임시로 저장하는 데이터 로거(data logger)(200)와, 상기 데이터 로거(200)로부터 출력되는 신호와 데이터베이스에 기록된 지역별 지질에 대한 데이터를 기준으로 포장구조체의 탄성계수를 기록된 프로그램에 의하여 추정하여 모니터 등으로 출력해주는 컴퓨터등의 연산장치(300)로 구성된다.

상기한 구성에서 충격재하장치(100)는 도 2a에 나타내는 바와 같이 지면에 닿도록 수평으로 형성된 로드 플레이트(110)와, 상기 로드 플레이트(110)의 상부면 중심에 설치된 브라켓(124)이 고정설치되고 상기 브라켓(124) 내부에는 지중청음기(geophone센서)(122)와 다수개의 로드셀(123)이 설치되고 상기 브라켓(124)의 측면 에는 지중청음기(122)와 로드셀(123)의 신호를 출력하기 위한 케이블 삽입공(125)이 형성되며 브라켓(124)의 상부에는 구형 고정구(126)가 설치된 센서부(120), 상기 센서부(120)의 상부에 수직으로 설치되는 가이드 로드(130)와, 상기 센서부(130)의 상부에 가이드 로드(130)의 외주로 설치되는 댐핑부(140), 상기 댐핑부(140)의 상부에 가이드 로드(130)의 외주로 삽입되는 중량체(150)와, 상기 가이드 로드(130)의 상부에 설치되어 중량체(150)를 잡고있거나 놓아서 중량체(150)의 낙하가 이루어질 수 있도록 하는 릴리즈 매커니즘(160)으로 구성된다.

상기한 구성에서 센서부(120)는 도 3a의 측단면도 및 도 3b의 평단면도와 같이 내부에 지중청음기(122)와 로드셀(123)이 설치되고, 댐핑부(140)는 가이드 로드(130)외주로 설치되는 부스트커버(142)와, 상기 부스트커버(142)상부에 위치되는 판스프링(144)으로 구성되며, 상기 가이드 로드(130)는 도 4에 나타내는 바와 같이 중심에 단턱(132)이 형성되어 중량체(150)의 내부에 형성된 단턱(152)과 걸리도록 하여 중량체(150)의 충격하중이 로드플레이트(110)로 전달되도록 하며 하부에는 센서부(120)외주로 설치되는 보스(134)와 고정구(126)가 삽입되는 삽입홈(136)이 형성된다.

또한, 상기 중량체(150)는 도 5에 나타내는 바와 같이 내부에 단턱(152)이 형성된다.

그리고, 상기한 구성에서 릴리즈 매커니즘(160)과 중량체(150)의 결합구조를 살펴보면, 도 6a및 도 6b에 나타내는 바와 같이 상기 중량체(150)의 상부에 걸림턱(154)을 형성하고, 릴리즈 매커니즘(160)의 상기 걸림턱(154)과 대응되는 위치에 관통공(162)을 천공하고, 상기 관통공(162)의 내부로는 종단에 걸림턱(154)과 맞물리는 괘지구(164)가 돌출형성된 작동구(165)가 관통되며, 상기 작동구(165)는 관통공(162)의 내부에서 힌지축(166)에 의하여 고정되고, 상기 작동구(165)는 릴리즈 매커니즘(160)의 내부에 관통공(162)과 연결된 횡방향 설치공(167)내에 고정설치된 스프링(168)과 일체로 결합되어, 작동구(165)를 가이드로드(130)측으로 당기면, 작동구(165)가 힌지축(166)을 중심으로 회전하면서 괘지구(164)와 걸림턱(154)의 결합상태가 도 6a에서 도 6b와 같이 해제되면서 중량체(150)가 낙하되도록 하며, 걸림턱(154)과 괘지구(164)가 맞물려있는 상태에서 상기 작동구(165)는 스프링168)(의 탄성력에 의하여 결합상태가 견고하게 유지된다.

한편, 상기한 구성에서 릴리즈 매커니즘과 중량체의 결합구조는 해당업자라면 다양한 방법으로 응용할 수 있다.

이와 같이 구성된 다짐도 관리 및 지면 지지력 평가 시스템의 사용예를 살펴보면, 우선 충격재하장치(100)의 로드플레이트(110)를 대상지반에 놓고 상기 릴리즈 매카니즘(160)을 조작하여 중량체(150)를 80cm높이에서 자유낙하시킨다.

그리고, 상기 중량체(150)를 10kg, 15kg, 20kg으로 단계로 실험한다.

이때 다짐된 지반으로부터 발생되는 충격파는 지중청음기(122)에 의하여 수집되고 충돌에너지는 로드셀(123)에 의하여 수집된 후 데이터로거(200)에 저장되었다가 연산장치(300)에서 연산되는데, 상기 지중청음기(122)는 1㎛의 분해능을 가지고 Max. 2000㎛인 것을 채택하고, 로드셀(123)은 400Hz까지 반응하는 제품을 사용 한다.

그리고, 상기 연산장치(300)에는 각 지역별 지질에 대한 자료를 수집/분석하여 구축한 지역별 지반 특성치가 기록되어 있으며, 국내 공사현장에서 다짐관리를위해 가정 널리 사용되는 대표적인 흙의 충격하중으로 인한 시험지반의 응답함수, 지반특성치인 밀도, 지지력관계등의 자료가 기록되고, 지반에 대하여 다짐도 관리, 노상 지지력 평가 장비를 통하여 획득한 신호를 분석하여 현장밀도시험과 다짐시험, 평판재하시험 등을 통하여 획득한 데이터와의 연계성을 정립하여 지반의 다짐도 및 노상 지지력, 지질에 대한 지반 특성치를 구할 수 있도록 하는데, 이러한 프로그램으로 기존 FWD(Falling Weight Defelctometer)법등이 있다.

상기 프로그램의 충격하중에 의한 일련의 표면처짐치는 재하중심과 재하중심으로부터 일정간격(예를들면 30cm) 떨어진 다수개소의 지점에 가속도계를 설치하고, 상기 가속도계로부터 측정된 표면처짐을 역해석하여 포장구조체의 물성을 추정하는데, 그 일련의 과정을 살펴보면, 우선 하중재하 및 측정단계와, 속도계를 통해서 표면처짐을 측정한 후 이를 1차 수치적분하여 포장구조체의 표면처짐값을 측정하는 표면처짐단계, 상기 표면처짐값을 이용해서 포장구조체의 탄성계수를 추정하기 위하여 역해석을 수행하는 물성추정단계로 구성된다.

상기 역해석은 정해석의 수치해석 결과가 현장계측결과와 일치하도록 수치해석 모형의 미지 매개변수를 정의하는 해석과정을 말하며, 크게 역순법과 System Identification법등으로 분류된다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 의하면 토질실험의 다짐시험과 원위치시험의 평판재하시험을 동시에 만족할 수 있는 시험장비이므로, 종래에 현장에서 시료를 채취하여 시험실에서 실내실험을 통해 결과치를 얻기까지 소요되는 시간과 번거로움 및 경비를 대폭 감소시키는 효과가 있다.

또한, 현장에서 원하는 곳에 부담없이 실험을 실시할 수 있으며 특정지역에서 산정한 대표값이 아닌 실질적인 값을 가지고 구조물 시공에 반영할 수가 있어 공비절감은 물론이고 품질관리에 만전을 기할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 충격파를 감지하는 지중청음기와 충격에너지를 감지하는 로드셀 및 낙하가능한 중량체를 포함하여 휴대가 가능하도록 구성되는 충격재하장치와,

   상기 충격재하장치의 지중청음기와 로드셀로부터 출력되는 신호를 입력받아 임시로 저장하는 데이터 로거(data logger)와,

   상기 데이터 로거로부터 출력되는 신호와 지역별 지질에 대한 데이터베이스를 기준으로 포장구조체의 탄성계수를 기록된 프로그램에 의하여 추정하는 컴퓨터등의 연산장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 충격재하장치는

   지면에 닿도록 수평으로 형성된 로드 플레이트와,

   상기 로드 플레이트의 상부면 중심에 설치된 브라켓 내부에 지중청음기와 다수개의 로드셀이 설치되고 상기 브라켓에는 지중청음기와 로드셀의 신호를 출력하기 위한 케이블 삽입공이 형성된 센서부,

   상기 센서부의 상부에 설치되는 가이드 로드와,

   상기 가이드 로드의 외주로 설치되는 댐핑부,

   상기 가이드 로드의 외주로 삽입되는 중량체와,

   상기 가이드 로드의 상부에 설치되어 중량체를 잡고있거나 놓아서 중량체의 낙하가 이루어질 수 있도록 하는 릴리즈 매커니즘으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다짐도 관리 및 노상 지지력 평가 시스템.

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