KR100655479B1 - 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 분석측정하는 비파괴 검사방법 및 그 방법에 사용되는 비파괴검사장치 - Google Patents

지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 분석측정하는 비파괴 검사방법 및 그 방법에 사용되는 비파괴검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 측정하는 비파괴 검사방법 및 그 방법에 사용되는 비파괴 검사장치의 햄머장치에 관한 것으로, 그 구성은 충격을 가하는 강철의 몸체와, 상기 강철의 몸체와 연결되는 손잡이 및, 충격을 가했을 때 충격의 힘을 측정하는 스트레인 게이지 센서로 구성되고, 그 비파괴 검사방법은 삽입공간부를 형성하는 굴착단계와, 상기 삽입공간부에 원통형 관 삽입단계와, 상기 원통형 관에 수신장치 삽입단계와, 상기 구조물을 타격하는 햄머장치 타격단계 및, 상기 타격에 의한 충격 힘의 신호와 평형 탄성파 신호를 측정 분석하는 분석단계를 포함하되, 상기 원통형 관에 삽입된 수신장치를 일정한 간격으로 순차적으로 상승시키면서, 상기 수신장치가 순차적으로 상승되는 간격에서 순차적으로 타격하여, 상기 햄머장치를 구조물의 측면 또는 평면에 타격할 때 발생되는 충격 힘의 신호와 상기 평형 탄성파 신호를 순차적으로 전송받아 분석기에서 분석 측정함을 특징으로 하는 것으로서, 상기와 같은 햄머장치를 포함하는 비파괴 검사장치를 상기와 같은 비파괴 검사방법에 적용하여 사용함으로써, 심도가 깊은 곳까지 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 확인할 수 있고, 특히 말뚝의 상부에 구조물이 있는 상태에서도 구조물의 하부에 매설된 지중의 말뚝의 근입길이와 그 말뚝의 존재유무를 확인할 수 있는 효과가 있다.
말뚝, 근입길이, 평형 탄성파, 햄머장치, 비파괴 검사장치, 스트레인 게이지, 로드셀

Description

지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 분석 측정하는 비파괴 검사방법 및 그 방법에 사용되는 비파괴 검사장치{ The non-destruction test method for the measure pipe length with underground and the existence or nonexistence of pipe, and the hammer impactor of the non-destruction tester}
도 1은 지중에 매설된 말뚝의 상부에 구조물이 없는 상태에서 말뚝의 근입길이를 측정하는 비파괴 검사방법을 개략적으로 도시화한 구성도.
도 2는 비파괴 검사 장치의 개략적 구성도와 종래의 비파괴 검사장치의 햄머장치의 단면도.
도 3은 비파괴 검사 장치의 구성도.
도 4는 비파괴 검사장치의 개략적 구성도와 본 발명의 비파괴 검사 장치의 햄머장치의 단면도.
도 5는 본 발명의 비파괴 검사방법에 의하여 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 측정하기 위한 공정을 순차적으로 나타낸 공정도.
도 6은 지중에 매설된 말뚝의 상태도와 상기 말뚝의 상태를 본 발명의 비파괴 검사방법으로 측정하였을 때의 파형도.
도 7은 지중에 매설된 또 다른 말뚝의 상태도와 상기 말뚝의 상태를 본 발명 의 비파괴 검사방법으로 측정하였을 때의 파형도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100. 비파괴 검사장치
200. 햄머장치
201. 몸체 202. 손잡이
203. 스트레인 게이지 204. 케이블
205. 케이블 단자 206. 삽입공간부
207. 나사산 208. 체결볼트
209. 타격부
300. 수신장치
400. 분석기
401. 전원보드 402. 인터페이스 보드
403. 필터장치 404. 테이터획득 보드
405. 컴퓨터 보드 406. LCD 모니터
500. 연결수단A 600. 연결수단B
700. 원통형 관
S1. 삽입공간부 굴착단계 S2. 원통형 관 삽입단계
S3. 수신장치 삽입단계 S4. 햄머장치 타격단계
S5. 분석단계
본 발명은 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 말뚝의 존재유무를 측정하는 비파괴 검사방법 및 그 방법에 사용되는 비파괴 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상부의 구조물로 인하여 구조물의 하부에 매설된 말뚝의 존재 유무를 확인할 수 없는 곳의 말뚝의 근입길이, 파손 여부 등을 조사하는데 적용되는 것으로서, 햄머장치를 구조물의 상태에 따라 수평 또는 수직으로 타격하여 평행 탄성파를 발생시키고, 말뚝의 존재가 예상되는 지점의 인근 측면 지중으로 중공을 형성한 PVC 파이프를 매설한 다음, 상기 PVC 파이프의 중공으로 평행 탄성파를 수신할 수 있는 수신장치를 넣어서, 타격한 햄머장치로부터 발생된 평행 탄성파와 일반 토질에서 발생되는 평행 탄성파를 수신하여 분석함으로써, 구조물의 하부에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 확인할 수 있는 비파괴 검사방법에 관한 것이다.
뿐만 아니라, 말뚝의 수평 두부나 구조물의 측면 또는 평면 등 방향성에 관계없이 구조물을 타격 하더라도 평행 탄성파를 발생시키고, 그 타격한 힘을 측정할 수 있으며, 또한 깊은 심도까지 평형 탄성파가 전달될 수 있도록 하는 비파괴 검사장치의 햄머장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업이 고도화 되어가면서, 교량, 항만, 아파트 등은 날로 거대 화, 고층화되어 가는 추세에 있다.
상기와 같은 거대한 구조물은, 필수적으로 지중에 구조물을 받쳐주는 말뚝을 매설하게 된다.
상기와 같은 말뚝은, 현장타설 말뚝, 대구경 현장타설 말뚝, 항타말뚝, PC, PHC, 강관말뚝 등이 있으며, 상기와 같은 말뚝은 지중의 암반까지 매설하는 것이 원칙이나, 상기 말뚝을 지중의 암반까지 매설하거나 콘크리트로 타설하는 하는 과정에서 항타말뚝, PC, PHC, 강관말뚝은 변형이 되거나 부러지는 문제가 발생되고, 또한 현장타설말뚝은 지하수의 영향에 의하여 심저부에 공극이 생기거나 외부표면이 깎이어 나가는 문제점이 발생될 수 있다.
상기와 같은 문제점을 파악하기 위한 방법으로는, 정동적 재하시험, 충격 탄성파 시험, 공대공 음파 검층 시험, 평형 탄성파 시험 등이 있으나, 상기 시험은 전부 지중에 매설된 말뚝의 상부에 구조물이 없는 상태에서 말뚝의 건전도 시험을 실시하는 비파괴 검사방법에 관한 것이다.
예를 들어, 종래의 말뚝 조사방법에 있어, 상기 4가지 시험 중, 충격 탄성파 시험에 대하여 간략하게 설명하면, 도 1에서 보는 바와 같이, 탄성파 발생부인 헴머장치(1)를 이용하여 말뚝(2)의 두부(3)를 수직으로 타격하여 탄성파(4)를 발생시키고, 상기 탄성파(4)를 수신하는 수신장치인 지오폰(5)을 탄성파(4)를 발생시키는 햄머장치(1)와 같은 선상의 말뚝(2)의 두부(3)에 수평으로 설치하여, 탄성파(4)가 말뚝(2)의 저면에 도달한 후 다시 되돌아오는 탄성파(4)를 지오폰(5)으로 수신하여 말뚝의 근입길이를 측정하는 것이다.
그러나, 상기와 같은 방법은 위에서 언급된 바와 같이 말뚝의 상부에 구조물이 존재하지 않을 때 사용되는 시공방법으로서, 만약 말뚝의 상부에 구조물이 있을 때에는 말뚝의 두부에 수직으로 탄성파를 발생시키 위한 햄머장치를 사용하지 못하게 되는 문제점이 있었다. 상기와 같은 햄머장치를 말뚝의 상부에 구조물이 있을 때 사용하지 못하는 이유는 아래의 비파괴 검사장치의 햄머장치에서 구체적으로 설명하고자 한다.
이와 같이, 상기 말뚝의 상부에 거대한 구조물이 안착된 교량, 항만, 아파트 등이, 상기와 같이 지중의 말뚝이 변형되거나 부러지거나 지하수의 영향에 의하여 심저부에 공극이 생기거나 외부표면이 깎이어 나가는 문제점으로 인하여 부동 침하를 일으켜 구조물에 문제가 발생하였을 경우, 상기 구조물의 기초 요소인 말뚝의 근입길이와 존재유무를 측정하는 것이 필수적이다. 그러나, 현재까지는 상기와 같은 문제점이 있을 때, 거대한 구조물을 파헤쳐 보기 전에는 구조물의 하부의 말뚝의 존재유무나 중간 파손 등을 조사하여 문제점을 해결하기 위한 방법은 없는 실정에 있었다.
상기와 같은 문제점 하에서, 구조물의 지지력을 확인하고 말뚝의 존재유무와 파손 등을 평가하는 방법으로는, 파일 또는 구조물 주위를 굴착하고 눈으로 그 손상의 유무 및 위치를 확인하는 방법과, 구조물의 하부를 코어로 보링하여 침하계와 경사계에 의하여 구조물의 계속적인 침하와 경사도를 측정하는 방법이 있다. 그러 나 상기 후자는 말뚝의 존재유무와는 무관한 방법이다.
상기와 같은 방법에 있어서, 전자의 방법은 구조물 주위를 굴착하여 눈으로 직접 확인하는 것으로, 실제로 구조물의 하부를 굴착하는 것이 용이하지 않고, 굴착을 한다고 하더라도 대규모의 굴착이 필요하며, 굴착에 의한 구조물의 안정성에 대한 문제를 해결하기 위하여 대형장비가 동원되어 막대한 시간과 비용이 발생하는 문제점이 있었다.
그리고, 후자의 방법은, 상부 구조물의 계속적인 침하와 경사는 알 수 있겠지만 정확한 원인을 분석치 못하며, 장기간 계측을 하여야 하는 시간과 이에 따른 막대한 고비용이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 비파괴 검사장치에 있어서, 충격을 가하여 평행 탄성파를 발생시키는 햄머장치(1)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 평행 탄성파를 발생시키는 강철의 몸체(10)와, 상기 몸체(10)의 내부에 평행 탄성파를 발생시킬 때 발생되는 힘을 측정하는 로드셀(11)과, 상기 몸체(10)와 연결되는 손잡이(12)와, 상기 몸체(10)의 일측에 부착되어 충격에 민감한 로드셀(11)을 보호하기 위한 경질용 고무(13)와, 상기 몸체(10)와 손잡이(12)의 내부에 설치되는 것으로 로드셀(11)에서 측정된 힘의 신호를 전송하는 케이블(14)과, 상기 신호를 분석기(15)로 보내기 위하여 분석기(15)와 연결되는 연결 케이블(16)의 일측에 구비된 연결수단(미도시)과 결합되는 케이블 단자(17)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 햄머장치(1)는, 로드셀(11)의 특성상 한 방향에 의한 힘만을 측정하기 때문에, 측정하고자 하는 말뚝 또는 구조물에 있어 한 방향에 대해서만 측정을 할 수 있는 것이어서, 만약 지중에 매설된 말뚝의 근입길이를 측정하고자 할 때, 상기 말뚝의 상부에 구조물이 없는 상태에서는 가능하지만, 상기 말뚝의 상부에 구조물이 있는 경우에는 부득이 말뚝의 근입길이를 측정하지 못하는 문제점이 있었다.
다시 말하면, 지중에 매설된 말뚝의 근입길이를 측정하기 위해서는 위에서 언급된 바와 같이, 말뚝의 두부를 햄머장치로 타격 하여야만 가능하기 때문에, 만약 말뚝의 상부에 구조물이 안착되어 있는 경우에는 구조물의 상부에서 타격 하여야 하는데, 이렇게 되면 말뚝의 근입길이를 정확하게 측정하지 못하는 문제점이 있다.
그리고, 햄머장치로 구조물의 측면을 타격하게 되면, 구조물의 측면 길이를 측정하게 되는 것이지, 구조물의 하부에 매설된 말뚝의 근입길이 및 그 존재유무를 측정하는 것은 아니다.
상기에서 말뚝의 근입길이나 그 존재유무를 측정한다는 표현은, 햄머장치 단독으로 그 존재유무를 확인할 수 있다는 표현이 아니고, 상기 햄머장치와 수신장치 및 분석기로 이루어진 비파괴 검사장치에서 확인할 수 있는 것이다. 단지, 기술 내용을 함축하여 설명하다보니 부득이 표현된 방법이다.
뿐만 아니라, 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 측정하는데 사용되는 햄머장치는 방향성에 관계없이 그 힘의 측정만으로도 충분히 햄머장치로서의 효과를 발휘할 수 있음에도 불구하고, 고가인 로드셀을 사용하고, 또한 상기 로드셀을 보호하기 위하여 몸체의 일측, 즉 충격을 가하는 타격부에 경질용 고무가 부착되어 있어, 햄머장치의 타격에 있어 양질의 탄성파를 멀리 보낼 수 있는 힘이 미약하고, 또한 깊은 심도의 말뚝을 조사하는 데에는 상당한 힘으로 타격 하여야 함으로 인해 충격에 민감한 로드셀이 파손될 우려가 있으며, 만약 로드셀의 파손시에는 수리가 불가능하여 햄머장치를 전체로 교체하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 평형 탄성파를 깊은 심도까지 멀리 보낼 수 있도록 몸체를 전부 강철로 형성하고, 상기 몸체의 내부에 방향성에 전혀 관계없는 스트레인 게이지를 구비하여서 된 햄머장치와, 상기 햄머장치에 의하여 발생된 평형 탄성파 신호를 수신하는 수신장치 및, 상기 햄머장치에서 발생된 충격 힘의 신호와 수신장치에서 수신된 평형 탄성파 신호를 분석하는 분석기를 이용하여, 구조물의 측면이나 평면 또는 말뚝의 두부 등 어느 면을 타격 하더라도 관계없이 말뚝의 근입길이나 그 존재유무를 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 햄머장치의 몸체의 내부에 설치된 스트레인 게이지의 파손시 원활한 교체를 위하여 몸체의 내부에 상기 스트레인 게이지를 삽입/탈거할 수 있는 삽입공간부를 형성하고, 상기 삽입공간부에서 외측으로 나사산을 형성하며, 상기 나사산에 체결되는 체결볼트를 구비하고, 뿐만 아니라 상기 스트레인 게이지는 타격에 의하여 손상되는 것을 방지하기 위하여 타격부의 타측에 구비되고, 또한 에폭시로 몰딩되어 있는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사장치의 햄머장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기와 같은 비파괴 검사장치의 햄머장치와, 수신장치 및 분석기를 이용하여, 측정하고자 하는 지중의 말뚝으로부터 소정의 거리로 이격된 곳에, 지중의 말뚝 끝 지점보다 다소 깊게, 중공을 형성한 원통형 관을 삽입할 수 있도록 삽입공간부를 형성하는 굴착단계와, 상기 삽입공간부에 원통형 관을 삽입하는 원통형 관 삽입단계와, 상기 원통형 관에 평형 탄성파를 수신할 수 있는 수신장치를 삽입하는 수신장치 삽입단계와, 상기 말뚝의 상부에 설치된 구조물의 측면 또는 평면에 햄머장치를 이용하여 타격하는 햄머장치 타격단계와, 상기 햄머장치를 구조물의 측면에 타격할 때 발생되는 충격 힘의 신호와 상기 평형 탄성파 신호를 측정 분석하는 분석단계를 포함하여 이루어진 것을 특징하는 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 분석 측정하는 비파괴 검사방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, (a) 사용자로부터 힘을 발생하는 햄머장치를 통 하여 말뚝이 존재 할 것으로 예상되는 부분의 구조물 상부에서 평행 탄성파를 발생시키기 위한 동작개시 신호를 입력받는 동작개시 신호 입력단계와,
(b) 상기 (a) 단계를 통해 입력받은 평행 탄성파를 시공되어 있을 것으로 예상되는 말뚝의 상부 구조물에 발생시키고 상기 평행 탄성파를 수신하는 수신장치에서 수신하는 평형 탄성파 수신단계와,
(c) 상기 (a)와 (b) 단계를 통하여 수신된 평행 탄성파를 조합하여 말뚝의 근입길이와 존재유무를 기록하고 말뚝의 파손 등에 대한 결과를 데이터 저장 장치에 저장하고 영상출력 장치를 통하여 표시되도록 하는 영상출력 표시단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 분석 측정하는 비파괴 검사방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 측정하는 비파괴 검사방법 및 그 방법에 사용되는 비파괴 검사장치는, 측정하고자 하는 지중의 말뚝으로부터 소정의 거리로 이격된 곳에, 지중의 말뚝 끝 지점보다 다소 깊게, 중공을 형성한 원통형 관을 삽입할 수 있도록 삽입공간부를 형성하는 굴착단계와, 상기 삽입공간부에 원통형 관을 삽입하는 원통형 관 삽입단계와, 상기 원통형 관에 평형 탄성파를 수신할 수 있는 수신장치를 삽입하는 수신장치 삽입단계와, 상기 말뚝의 상부에 설치된 구조물의 측면에 햄머장치를 이용하여 타격하는 햄머장치 타격단계와, 상기 햄머장치를 구조물의 측면에 타격할 때 발생되는 충격 힘의 신호와 상기 평형 탄성파 신호를 측정 분석하는 분석단계를 포함하여 이루어진다.
상기 비파괴 검사장치에 사용되는 햄머장치는, 충격을 가했을 때 평형 탄성파를 발생시키는 몸체와, 상기 몸체와 결합되어 사용자로 하여금 사용의 편익을 제공하는 손잡이 및, 충격을 가했을 때 충격의 힘을 측정하는 센서를 포함하되, 상기 몸체는, 몸체 전부를 강철로 형성하고, 상기 몸체의 일측에는 센서를 삽입할 수 있는 삽입공간부를 형성하며, 상기 삽입공간부의 내측 표면에는, 센서를 삽입하여 볼트에 의해 체결 고정할 수 있는 나사산을 형성하고, 상기 나사산에 체결되는 체결볼트를 구비하여, 강철의 몸체에 의해서 평형 탄성파를 원활하게 발생시키고, 상기 센서가 파손되었을 때 교체를 원활하게 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 더욱 상세하게는, 상기 센서는, 충격에 있어 내구성이 뛰어나고 방향성이 전혀 없는 스트레인 게이지로 사용하고, 상기 스트레인 게이지는, 상기 몸체의 삽입공간부에 삽입되어 삽입공간부에 형성된 나사산과 체결볼트에 의하여 고정 설치되되, 바람직하게는 충격으로부터 보호하기 위하여 타격부의 타측 내부에 에폭시로 몰딩되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 측정하는 비파괴 검사방법 및 그 방법에 사용되는 비파괴 검사장 치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 비파괴 검사장치의 구성도이고, 도 4는 비파괴 검사장치의 개략적 구성도와 본 발명의 비파괴 검사장치의 햄머장치의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 비파괴 검사방법에 의하여 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 측정하기 위한 공정을 순차적으로 나타낸 공정도이며, 도 6은 지중에 매설된 말뚝의 상태도와 상기 말뚝의 상태를 본 발명의 비파괴 검사방법으로 측정하였을 때의 파형도이고, 도 7은 지중에 매설된 또 다른 말뚝의 상태도와 상기 말뚝의 상태를 본 발명의 비파괴 검사방법으로 측정하였을 때의 파형도를 각각 나타낸 것이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 비파괴 검사장치(100)는, 햄머장치(200)와, 수신장치(300)와, 분석기(400) 및, 상기 햄머장치(200)와 분석기(400)를 연결시켜주는 연결수단A(500)와, 상기 수신장치(300)와 분석기(400)를 연결시켜주는 연결수단B(600)를 포함하여 구성된다.
상기 햄머장치(200)는, 도 4에서 보는 바와 같이, 충격을 가하고 또한 충격을 가했을 때 발생되는 충격 힘을 측정하여 분석기(400)로 전송하는 것으로, 그 구성은 충격을 가하는 몸체(201)와, 상기 몸체(201)와 연결되는 손잡이(202)와, 상기 몸체(201)의 내부에 설치되어 충격을 가했을 때 충격의 힘을 측정하는 스트레인 게 이지 센서(203)및, 상기 스트레인 게이지(203)와 연결되고 손잡이(202)의 내부에 설치되어 상기 스트레인 게이지(203)에서 측정된 충격 힘의 신호를 분석기(400)에 전달하기 위한 케이블(204)과, 상기 케이블(204)과 연결되고 손잡이(202)의 내부 끝단부에 설치되어 분석기(400)와 연결시켜 주는 연결수단A(500)와 체결되는 케이블 단자(205)를 포함하여 구성된다.
더욱 상세하게는, 상기 몸체(201) 전부를 강철로 형성하고, 상기 몸체(201)의 일측에는 스트레인 게이지(203)를 삽입할 수 있는 삽입공간부(206)를 형성하며, 상기 삽입공간부(206)의 내측 표면에는 스트레인 게이지(203)를 삽입하여 볼트에 의해 체결 고정할 수 있는 나사산(207)을 형성하고, 상기 나사산(207)에 체결되는 체결볼트(208)를 구비하여, 강철의 몸체(201)에 의해서 탄성파를 원활하게 발생시키고, 상기 스트레인 게이지(203)가 파손되었을 때 교체를 원활하게 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스트레인 게이지(203)는, 상기 몸체(201)의 삽입공간부(206)에 삽입되어 삽입공간부(206)에 형성된 나사산(207)과 체결볼트(208)에 의하여 고정 설치되되, 바람직하게는 충격으로부터 보호하기 위하여 타격부(209)의 타측 내부에 에폭시로 몰딩되어 설치된다.
상기 햄머장치(200)의 몸체(201)와 손잡이(202)의 형상은, 사용용도에 따라서, 원통형 기둥, 사각형 기둥, 육각형 기둥, 삼각형 기둥 등 어떠한 형태이던 상관이 없으나, 사용자가 타격하기 쉽도록 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 햄머장치(200)는 몸체(201)를 전부 강철로 형성하였기 때문에 평형 탄성파를 심도가 깊은 곳까지 멀리 보낼 수 있다.
또한, 평형 탄성파를 발생시킬 때 발생되는 충격 힘의 신호를 측정하는 센서를 방향성에 전혀 관계가 없는 스트레인 게이지(203)를 사용하였다.
상기와 같이 강철의 몸체(201)와, 방향성이 전혀없는 스트레인 게이지(203)를 포함하여서 된 햄머장치(200)를, 수신장치(300)와 분석기(400)로 사용 연결하여 사용함으로써, 지중에 매설된 말뚝의 근입길이나 그 존재유무를 확인하고자 할 때, 심도가 깊은 곳까지 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 확인할 수 있고, 또한 지중에 매설된 말뚝에 있어서, 상기 말뚝의 수평 두부나 또는 말뚝의 상부에 안착된 구조물의 측면 또는 평면을 타격 하더라도 지중에 매설된 말뚝의 근입길이나 그 존재유무를 확인할 수 있다.
더욱 구체적으로 설명하면, 상기 스트레인 게이지(203)는 방향성에 관계없이 충격 힘의 신호를 측정할 수 있는 것으로, 상기 스트레인 게이지(203)를 비파괴 검사장치(100)의 햄머장치(200)에 적용하여, 지중에 매설된 말뚝의 근입길이 또는 그 존재유무를 확인하고자 할 때, 상기 말뚝의 상부에 구조물이 있는 것과 무관하게 확인할 수 있다.
다시 말하면, 말뚝의 상부에 안착된 구조물의 측면 또는 평면을 햄머장치(200)로 타격 하더라도 말뚝의 근입길이 및 그 존재유무를 측정할 수 있다는 것이다.
여기서, 말뚝의 근입길이 및 그 존재유무를 측정 또는 확인할 수 있다는 표 현은, 햄머장치(200)로만 확인할 수 있다는 개념이 아니라, 강철의 몸체(201)와 스트레인 게이지(203)를 포함하여 이루어진 햄머장치(200)를 수신장치(300) 및 분석기(400)와 상호 연결시켜서, 상기 햄머장치(200)의 충격에 의하여 발생된 평형 탄성파의 신호와 충격 힘의 신호를 분석기(400)로 전송하여, 상기 신호를 분석한 파형에 의하여 확인할 수 있다는 의미이다.
여기서, 상기 스트레인 게이지(203)에 대하여 간략하게 설명하면, 스트레인게이지는 전기식으로 측정하는 전기식 스트레인게이지(electrical strain gage)와 기계식으로 측정하는 기계식 스트레인게이지(mechanical strain gage)의 2종류로 구분할 수 있다. 전기식 스트레인게이지는 구조체가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 변형률을 측정하는 것이며, 기계식 스트레인게이지는 두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 변형률을 측정하는 것이다.
본 발명의 햄머장치(200)는, 전기식 스트레인 게이지(203)에 관한 것으로, 내구성이 뛰어나고, 방향성이 전혀 없다는 것이 장점이지만, 미세한 떨림이나 미세한 이동 또는 충격에 의해서도 힘의 신호를 발생하는 것이어서, 상기 스트레인 게이지(203)를 햄머장치(200)에 적용하기 위해서는 일정한 힘의 영역에서만 충격 힘의 신호를 수신하는 스트레인 게이지(203)를 사용하거나 또는 분석기(400)의 내부에 일정한 충격 힘의 영역에서만 신호를 감지할 수 있는 필터장치를 구비할 필요가 있다.
상기에서 일정한 힘의 영역이란, 미세한 떨림이나 미세한 충격에 의하여 발생되는 충격 힘을 제거하여, 실제로 햄머장치(200)를 이용하여 구조물에 타격을 가할 때 발생되는 충격 힘만을 측정하는 것을 의미하는 것으로, 일반적으로 상한 대여폭과 하한 대역폭을 주어 상기 대여폭에 사이에 들어오는 힘만의 신호를 측정하는 것을 의미한다.
도 3에서 보는 바와 같이, 수신장치(300)는 햄머장치(200)에 의하여 발생되는 평형 탄성파를 수신하여 분석기(400)로 전송하는 것으로, 일반적으로 사용되는 것은 속도계와 지오폰 등이 있다.
도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 분석기(400)는 햄머장치(200)와 수신장치(300) 및 분석기(400)에 전원을 인가하기 위한 전원보드(401)와, 상기 햄머장치(200)와 수신장치(300)에서 수신한 데이터 신호를 필터장치(403)로 전송하는 인터페이스 보드(402)와, 상기 인터페이스 보드(402)를 통하여 전송받은 테이터가 측정하고자 하는 상한/하한 대여폭의 신호인지를 확인하여 대여폭에 해당되는 신호만을 데이터획드 보드(404)로 전송하는 필터장치(403)와, 상기 필터장치(403)에서 획득된 데이터를 저장하는 데이터획득 보드(404)와, 상기 데이터획득 보드(403)에 저장된 데이터를 기본 알고리즘과 비교분석하여 말뚝의 근입길이 또는 그 존재유무를 판단하는 프로세서를 포함하는 컴퓨터 보드(405)와, 상기 컴퓨터 보드(405)에서 얻어진 테이터를 파형으로 영상출력하는 LCD모니터(406)를 포함하여 구성된다.
상기 비파괴 검사장치(100)는, 컴퓨터로 실행하기 위한 프로그램과, 상기 프로그램을 기록하고 또한 비파괴 검사방법에서 획득된 데이터를 저장하는 프로세스 보드와, 상기 프로그램과 획득한 데이터를 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 비파괴 검사방법에 의하여 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 측정하기 위한 공정은, 충격을 가하고 또한 충격을 가했을 때 충격에 의한 힘의 신호를 측정할 수 있는 스트레인 게이지 센서(203)를 포함한 햄머장치(200)와, 상기 햄머장치(200)의 타격에 의해 발생된 평형 탄성파 신호를 수신하는 수신장치(300) 및, 상기 햄머장치(200)를 타격하였을 때 스트레인 게이지 센서(203)에 의하여 측정된 충격 힘의 신호와 상기 수신장치(300)에서 수신한 평형 탄성파 신호를 수신받아 측정 분석하는 분석기(400)를 포함하여 이루어진 비파괴 검사 장치(100)를 이용하되, 측정하고자 하는 지중의 말뚝으로부터 소정의 거리로 이격된 곳에, 지중의 말뚝 끝 지점보다 다소 깊게, 중공을 형성한 원통형 관(700)을 삽입할 수 있도록 삽입공간부를 형성하는 굴착단계(S1)와, 상기 삽입공간부에 원통형 관(700)을 삽입하는 원통형 관 삽입단계(S2)와, 상기 원통형 관(700)에 평형 탄성파를 수신할 수 있는 수신장치(300)를 삽입하는 수신장치 삽입단계(S3)와, 상기 말뚝의 상부에 설치된 구조물의 측면에 햄머장치(200)를 이용하여 타격하는 햄머장치 타격단계(S4)와, 상기 햄머장치(200)를 구조물의 측면에 타격할 때 발생되는 충격 힘의 신호와 상기 평형 탄성파 신호를 측정 분석하는 분 석단계(S5)를 포함하여 이루어진다.
더욱 구체적으로, 상기 삽입공간부를 형성하는 굴착단계(S1)와, 상기 삽입공간부에 원통형 관 삽입단계(S2)와, 상기 원통형 관에 수신장치 삽입단계(S3)와, 상기 햄머장치로 구조물을 타격하는 타격단계(S4) 및, 상기 햄머장치 타격에 의한 충격 힘의 신호와 평형 탄성파 신호를 측정 분석하는 분석단계(S5)를 포함하되, 상기 원통형 관(700)에 삽입된 수신장치(300)를 일정한 간격으로 순차적으로 상승시키면서(S31), 상기 햄머장치(200)를 이용하여 구조물의 측면을, 상기 수신장치(300)가 순차적으로 상승되는 간격에서 순차적으로 타격하여(S41), 상기 햄머장치(200)를 구조물의 측면에 타격할 때 발생되는 충격 힘의 신호와 상기 평형 탄성파 신호를 순차적으로 전송받아 분석기(400)에서 분석 측정함을 특징으로 한다.
여기서, 상기 원통형 관(700)은 강관이나 알루미늄관 및 PVC관을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 PVS관을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, (a) 사용자로부터 힘을 발생하는 햄머장치를 통하여 말뚝이 존재 할 것으로 예상되는 부분의 구조물 상부에서 평행 탄성파를 발생시키기 위한 동작개시 신호를 입력받는 동작개시 신호 입력단계와,
(b) 상기 (a) 단계를 통해 입력받은 평행 탄성파를 시공되어 있을 것으로 예상되는 말뚝의 상부 구조물에 발생시키고 상기 평행 탄성파를 수신하는 수신장치에서 수신하는 평형 탄성파 수신단계와,
(c) 상기 (a)와 (b) 단계를 통하여 수신된 평행 탄성파를 조합하여 말뚝의 근입길이와 존재유무를 기록하고 말뚝의 파손 등에 대한 결과를 데이터 저장 장치에 저장하고 영상출력 장치를 통하여 표시되도록 하는 영상출력 표시단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기와 같은 햄머장치와 수신장치 및 분석기로 이루어진 비파괴 검사장치를 이용하여 본 발명의 비파괴 검사방법을 구체적으로 설명한다.
도 6에서 보는 바와 같이, 측정하고 하는 지중의 말뚝(800) 근처에 햄머장치(200)와 수신장치(300) 및 분석기(400)로 이루어진 비파괴 검사장치(100)를 설치한 후, 측정하고자 하는 지중의 말뚝(800)으로부터 소정의 거리로 이격된 곳에, 지중의 말뚝(800) 끝 지점보다 다소 깊게, 중공을 형성한 원통형 관(700)을 삽입할 수 있도록 삽입공간부를 형성하여, 상기 삽입공간부에 원통형 관(700)을 삽입하고, 상기 원통형 관(700)에 평형 탄성파(201)를 수신할 수 있는 수신장치(300)를 삽입하여 원통형 관(700)의 하부까지 내려놓는다.
상기와 같은 일반적인 과정은 그 공정 순서를 달리할 수도 있다.
다시 말하면, 원통형 관(700)을 삽입할 수 있는 삽입공간부를 먼저 형성한 다음 비파괴 검사장치(100)를 설치할 수도 있다.
상기와 같은 과정이 완료된 후, 햄머장치(200)로 구조물(801)의 측면을 타격 하게 되면, 평행 탄성파(802)는 구조물(801)를 따라, 상기 구조물(800)의 하부에 매설된 말뚝(800)으로 전달됨과 동시에, 상기 수신장치(300)는 평행 탄성파(802)를 수신하여 분석기(400)로 전송되고 또한 햄머장치(200)로 구조물(801)의 측면을 타격할 때 발생된 충격 힘의 신호도 분석기(400)로 전달된다.
상기와 같이 일련의 과정을 통하여 분석기(400)로 전달된 신호는 파형으로 표시되고, 상기 파형에 의하여 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 확인할 수 있다.
실시예 1
도 6에서 보는 바와 같이, 예를 들어, 말뚝의 근입길이가 4.5M라고 가정한다면, 수신장치를 삽입할 수 있는 원통형 관은 5.5M로 삽입하여, 상기 수신장치를 원통형 관의 하부까지 내려놓은 다음 햄머장치로 구조물의 측면을 타격하면, 상기 말뚝의 근입길이가 4.5M임으로 인해, 말뚝을 타고 내려온 평행 탄성파는 5.5M에서 발생되지 않아 아무런 신호가 잡히지 않는다.
상기 수신장치를 0.5M 상승시킨 5M에서 햄머장치로 타격 하더라도, 말뚝의 근입길이가 4.5M임으로 인해 아무런 신호가 잡히지 않는다.
이와 같이 일정한 간격으로 수신장치를 상승시키면서 구조물에 타격을 가하게되면, 말뚝이 존재하는 부분에서는 수신장치가 평형 탄성파를 감지하게 되고, 상기 감지된 평형 탄성파는 말뚝의 매질 저항에 의하여 수평 파형에서 일정부분 변동된 파형이 발생된다. 상기 변동된 파형이 있다는 것은 말뚝이 존재한다는 것을 의미한다.
상기 변동 파형이 시간 축을 따라서 대각선으로 표시되는 것은 말뚝의 깊이에 따라서, 평형 탄성파가 전달되는 시간이 길어지기 때문이다. 즉 다시 말하면, 수신장치에서 평형 탄성파를 감지하는 시간이 길어진다는 것이다.
도 6에 도시된 파형도를 보면, P1은 말뚝이 시작되는 부분이고, P4는 말뚝이 끝나는 부분을 표시한 것으로, 말뚝이 존재하는 부분에서는 이와 같이 파형이 뛰게된다. 상기와 같은 변형 파형을 대각선으로 그은 길이가 말뚝의 근입길이가 된다.
실시예 2
도 7에서 보는 바와 같이, 상기와 같은 비파괴 검사방법으로 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 확인함에 있어, 말뚝의 중간부분이 끊어졌을 때, 말뚝의 근입길이를 파형으로 도시화한 것이다.
상기와 같이 구조물의 하부에 매설된 말뚝과, 상기 말뚝으로부터 끊어진 말뚝 사이에는 말뚝의 매질과 다른 매질이 존재하기 때문에 끊어진 매질로는 평형 탄성파가 전달되지 않아 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 확인할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었어나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
상기에서와 같이 본 발명에 따른 지중에 매설된 말뚝의 근입길이와 그 존재유무를 측정하는 비파괴 검사방법 및 그 방법에 사용되는 비파괴 검사장치는, 지중에 매설된 말뚝의 상부에 구조물이 있는 상태에서도 말뚝의 근입길이 및 그 존재유무를 측정할 수 있고, 또한 몸체를 전부 강철로 형성하였기 때문에 평형 탄성파를 멀리까지 보낼 수 있어, 심도가 깊은 곳까지의 말뚝 근입길이 및 그 존재유무를 측정할 수 있으며, 뿐만 아니라 탄성파를 발생시킬 때 발생되는 충격 힘을 측정하는 센서를 방향성이 전혀 없는 스트레인 게이지를 사용하였기 때문에 지중에 매설된 말뚝의 근입길이를 측정할 때, 상기 말뚝의 수평 두부나 또는 상기 말뚝의 상부에 안착된 구조물의 측면 또는 평면을 타격 하더라도 상기 본 발명의 비파과 검사장치에 의하여 지중에 매설된 말뚝의 근입길이 및 그 존재유무를 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 충격을 가하고 또한 충격을 가했을 때 충격에 의한 힘을 측정할 수 있는 센서를 포함한 햄머장치에 있어,
    몸체와 손잡이 및 충격을 가했을 때 충격의 힘을 측정하는 센서; 를 포함하되,
    상기 몸체는, 몸체 전부를 강철로 형성하고,
    상기 몸체의 일측에는 센서를 삽입할 수 있는 삽입공간부를 형성하며,
    상기 삽입공간부의 내측 표면에는, 센서를 삽입하여 볼트에 의해 체결 고정할 수 있는 나사산을 형성하고,
    상기 나사산에 체결되는 체결볼트를 구비하여,
    강철의 몸체에 의해서 탄성파를 원활하게 발생시키고, 상기 센서가 파손되었을 때 교체를 원활하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사장치의 햄머장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서는,
    충격에 있어 내구성이 뛰어나고 방향성이 없는 스트레인 게이지로 사용하고,
    상기 스트레인 게이지는, 상기 몸체의 삽입공간부에 삽입되어 삽입공간부에 형성된 나사산과 체결볼트에 의하여 고정 설치되되, 바람직하게는 충격으로부터 보호하기 위하여 타격부의 타측 내부에 에폭시로 몰딩되어 설치되는 것을 특징으로 하는 햄머장치.
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