KR100687630B1 - Ground packer test apparatus measuring porewater pressure at the hole - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지반의 투수성을 측정하는 현장시험 중 시추공내에 주수관을 설치하고 시험구간 상단을 밀폐한 후 소정의 압력으로 물을 강제주입하고 그 유량 등을 관찰하여 루젼(lugeon)값을 산출하는 수압시험에 관한 것으로, 지상에서 강제주입되는 물의 압력과 함께 시추공의 시험구간 내 간극수압을 측정함으로써, 루젼(lugeon)값 산정의 기초가 되는 유효주입압을 정확하게 설정할 수 있도록 한 것이다.The present invention is to install a water pipe in the borehole during the field test to measure the permeability of the ground and to seal the upper end of the test section to force injection at a predetermined pressure and observe the flow rate, etc. to calculate the lumen value It relates to the hydraulic test, which measures the pore water pressure in the test section of the borehole along with the pressure of the water forcedly injected from the ground, so that the effective injection pressure, which is the basis for calculating the lugeon value, can be accurately set.
본 발명의 통하여, 지반 수압시험의 신뢰성을 제고하는 효과를 얻을 수 있으며, 지반조사 전반의 정밀도 향상을 통하여 관련 건설사업의 정확한 설계 및 시공에 이바지할 수 있게 되었다.Through the present invention, it is possible to obtain the effect of improving the reliability of the ground pressure test, and through the improvement of the overall precision of the ground survey it is possible to contribute to the accurate design and construction of the related construction projects.
수압시험, 피압대수층(被壓帶水層), 간극수압계, 유효주입압 Hydraulic test, pressured aquifer, pore pressure gauge, effective injection pressure
Description
도 1은 종래의 지반 수압시험 진행도1 is a conventional ground pressure test progress diagram
도 2는 종래의 지반 수압시험 상황도2 is a conventional ground pressure test situation diagram
도 3은 피압대수층에 실시되는 종래의 지반 수압시험 상황도3 is a conventional ground hydraulic pressure test situation performed on the aquifer aquifer
도 4는 본 발명을 이용하여 피압대수층에 실시되는 지반 수압시험 상황도Figure 4 is a ground pressure test situation diagram performed on the aquifer aquifer using the present invention
도 5는 본 발명의 일 실시예 사시도5 is a perspective view of one embodiment of the present invention
도 6은 도 5 실시예의 커플러 발췌 부분절단 사시도FIG. 6 is a perspective view illustrating a partially cut coupler of the embodiment of FIG. 5. FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>
11 : 자유수면대수층(自由水面帶水層)11: Free Water Aquifer
12 : 암반12: bedrock
13 : 피압대수층(被壓帶水層)13: underwater aquifer
21 : 주수(注水)펌프21: water pump
22 : 유량계22: flow meter
23 : 지상수압계23: ground hydraulic pressure gauge
24 : 밸브24: valve
31 : 공기펌프31: air pump
32 : 공기호스32: air hose
40 : 주수관(注水管)40: water supply pipe
41 : 패커(packer)41: packer
42 : 지상관42: ground pipe
49 : 케이싱49: casing
50 : 간극수압계(間隙水壓計)50: pore water pressure gauge
51 : 신호선51: signal line
52 : 출력장치52: output device
60 : 커플러(coupler)60: coupler
61 : 인출구61: outlet
62 : 패킹62: packing
63 : 나사캡63: screw cap
본 발명은 지반의 투수성을 측정하는 현장시험 중 시추공내에 주수관을 설치하고 시험구간 상단을 밀폐한 후 소정의 압력으로 물을 강제주입하고 그 유량 등을 관찰하여 루젼(lugeon)값을 산출하는 수압시험에 관한 것으로, 지상에서 강제주입되는 물의 압력과 함께 시추공의 시험구간 내 간극수압을 측정함으로써, 루젼(lugeon)값 산정의 기초가 되는 유효주입압을 정확하게 설정할 수 있도록 한 것이다.The present invention is to install a water pipe in the borehole during the field test to measure the permeability of the ground and to seal the upper end of the test section to force injection at a predetermined pressure and observe the flow rate, etc. to calculate the lumen value It relates to the hydraulic test, which measures the pore water pressure in the test section of the borehole along with the pressure of the water forcedly injected from the ground, so that the effective injection pressure, which is the basis for calculating the lugeon value, can be accurately set.
루젼값은 10kg/㎠의 압력으로 주수시 주입길이 1m당 주입량을 리터로 표시한 것으로, 투수성이 비교적 낮은 지반의 투수특성을 결정하는 중요한 요소이며, 각종 구조물의 기초공사는 물론 도로, 지중구조물 등 건설 전반에 걸쳐 설계의 기초자료로 활용된다.The lumen value indicates the amount of injection per liter of injection length in liters at the pressure of 10kg / ㎠, which is an important factor to determine the permeability characteristics of the ground with relatively low permeability, as well as the basic construction of various structures, roads and underground structures. It is used as basic data for design throughout the construction.
지반의 투수성 판단을 위한 현장시험은 대부분 시험대상지점에 시추공을 형성하고, 시추공내 지하수의 유입 또는 유출상태를 관찰함으로써 진행되는데, 도 1에서와 같이, 투수성이 상대적으로 낮은 암반(12)의 경우 시험시간을 단축하기 위하여 펌프와 주수관(40) 등을 이용한 물의 강제주입을 통하여 암반(12)내 물의 유출입을 관찰하게 된다.Most field tests for permeability of the ground are performed by forming boreholes at the test target points and observing the inflow or outflow of groundwater in the boreholes, as shown in FIG. 1. In this case, the inflow and outflow of water in the
통상의 지반 수압시험 과정을 약술하면 다음과 같다.The general ground hydraulic test procedure is as follows.
우선 시험지점에 시추공을 형성하는데, 토사층인 자유수면대수층(11)의 경우 공벽유지가 어려우므로 도 1에서와 같이, 케이싱(49)을 설치할 수도 있으며, 이후 지상에 주수펌프(21), 유량계(22), 지상수압계(23), 밸브(24) 및 공기펌프(31) 등을 설치하고, 시추공 안으로 선단부에 패커(41)가 설치된 주수관(40)을 삽입한다.First, to form a borehole in the test point, in the case of
주수관(40) 선단부에 설치된 패커(41)는 지상의 공기펌프(31)와 공기호스(32)를 통하여 연결되며, 공기펌프(31)가 작동함에 따라 압축공기가 인가되어 팽 창함으로써 시추공 종단상의 시험구간 상단을 밀폐하게 된다.The
도 2에서와 같이, 패커(41)의 팽창이 완료되어 시험구간의 밀폐가 완성되면, 주수펌프(21)에 의하여 물의 강제주입이 시작되고, 이후 세부 시험법에 따라 주입압이 단계적으로 변화하는 소정의 절차에 따라 시험이 진행된다.As shown in FIG. 2, when the expansion of the
지반 수압시험의 기본 개념은 시험구간 지반에 특정한 압력으로 물을 주입했을때 단위 면적당 침투되는 유량을 측정하여 루젼값을 산정하는 것으로서, 이때 루젼값 산정에 기초가 되는 것은 단계적으로 증감되어 적용되는 유효주입압(P)으로 대표될 수 있다.The basic concept of the ground hydraulic test is to calculate the lumen value by measuring the flow rate per unit area when water is injected into the ground at a specific pressure in the test section.The basis of the lumen value calculation is to increase and decrease step by step. It can be represented by the injection pressure (P).
이러한 유효주입압(P)은, 주수펌프(21)에 의하여 인가되는 수압으로서 지상수압계(23)에 의하여 측정되는 주수압(P0)과, 도 2에서와 같이, 지상수압계(23)와 시험구간 중간점의 표고차(h1), 시추공내 자유수면과 시험구간 중간점의 표고차(h2)에 의하여 다음과 같은 산식에 의하여 결정된다.This effective injection pressure P is a water pressure applied by the
P = P0 + γ(h1-h2-hL)/10P = P0 + γ (h1-h2-hL) / 10
여기서, γ와 hL은 각각 물의 단위중량(kg중/㎤)과 주수관(40)내 손실수두(損失水頭, m)이며, 압력 및 길이의 단위는 각각 kg중/㎠ 및 m이다.Here, γ and hL are the unit weight of water (in kg / cm 3) and the head of loss in the
즉, 유효주입압(P)이란 실제로 시험구간에 침투하는 물의 압력을 나타낸다고 할 수 있으며, 이는 시험조건에 따라 주수펌프(21)에 의하여 인가되는 주수압(P0)과 상당한 차이를 가질 수 있으므로, 정확한 시험을 위해서는 시추공내 수위의 면밀한 관찰은 물론 주수펌프(21)의 출력 또는 밸브(24) 등의 조정을 통한 압력의 세심한 조절이 필요하다.That is, the effective injection pressure (P) can be said to represent the pressure of the water actually penetrating the test section, which may have a significant difference from the main water pressure (P0) applied by the
그런데, 도 3에서와 같이, 시험구간에 피압대수층(被壓帶水層)(13)이 형성되어 있는 경우, 시추공 내에 형성된 자유수면만으로는 실제 시험구간의 지하수 수두를 반영한다고 할 수 없으므로 정확한 유효주입압(P)의 설정에 심각한 문제가 발생하게 된다.However, as shown in FIG. 3, when the pressure-bearing
즉, 도 3에서와 같은 피압대수층(13)의 경우 유효주입압(P) 결정에 적용되어야 할 실제 시추공내 수두는 h2가 아니라, h2+Δh라고 할 수 있으나, 이를 현장에서 즉시 확인할 수 없으므로, 종래의 시험에서는 이를 무시한채 일반적인 지반과 동일하게 h2를 적용하는 오류를 범하게 되어, 실제 루젼값과 거리가 있는 결과를 도출해왔던 것이다.That is, in the case of the pressure-bearing
이러한 피압대수층(13)의 실제 수두를 측정하기 위한 방법으로 별도의 시추공 즉, 관측정(觀測井)을 주변에 천공하여 관측하는 방법을 생각할 수 있으나, 해당 피압대수층(13)을 벗어날 수 있을 뿐 아니라, 유의한 관측을 위한 정상(定常)상태의 수위에 도달하는데 상당한 시간이 소요되므로 현장 적용성이 거의 없다고 할 수 있다.As a method for measuring the actual head of the aquifer aquifer (13) can be thought of a separate borehole, that is, a method of perforating the observation well (觀測 井) around the periphery, but not only can escape the corresponding aquifer aquifer (13) However, it can be said that there is little field applicability since it takes considerable time to reach steady state level for significant observations.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 지상수압계와는 별도로 주수관의 하단부에 간극수압계를 설치하여 가압주수(加壓注水)에 선행된 시추공내 간극수압 측정을 실시하고, 측정된 간극수압을 유효주입압 설정에 적용함으로써, 피압대수층에서 빈발하는 유효주입압의 오판을 근본적으로 방지하였다.The present invention has been made in view of the above-described problems, and the pore water pressure measurement in the borehole followed by the pressurized water is carried out by installing a pore water pressure gauge at the lower end of the main water pipe separately from the ground water pressure gauge. By applying the above-mentioned pore water pressure to the effective injection pressure setting, it is fundamentally prevented that the effective injection pressure frequently occurring in the aquifered aquifer is prevented.
또한, 시험편의성을 고려하여, 주수관과 지상관을 연결하는 커플러를 구성하되, 이 커플러에 간극수압계와 출력장치를 연결하는 신호선이 통과하는 인출구를 형성하고, 패킹 및 나사캡 등을 통하여 인출구의 수밀성을 확보하였다.In addition, in consideration of the test convenience, a coupler for connecting the main water pipe and the ground pipe is constituted, and the coupler forms an outlet through which a signal line connecting the pore pressure gauge and the output device passes, and the outlet is formed through a packing and a screw cap. The watertightness of was secured.
본 발명의 상세한 구성 및 원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.The detailed configuration and principle of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
우선 도 4는 본 발명이 지반 수압시험의 시험구간 중 피압대수층(13)이 포함된 경우에 적용된 상황을 도시한 것으로, 주수관(40) 하부의 간극수압계(50)는 시험구간의 간극수압을 측정하여 출력장치(52)를 통하여 출력하게 되는데, 간극수압의 측정은 가압주수(加壓注水) 전에 실시하는 것이 바람직하며, 통상 간극수압의 측정은 주변지반의 포화상태, 즉 토립자의 공극에 물이 가득 찬 상태에서 이루어지는 것이 원칙인 바, 본 발명이 적용되는 수압시험에 있어서 피압대수층(13)의 경우, 상시 포화상태일 뿐 아니라, 일반적으로 시추공의 굴착과 동시에 주변 지하수의 유입이 이루어지므로 간극수압의 측정에는 무리가 없게 되나, 만일 시험구간에 물이 차지 않을 경우에는 적당량의 물을 비가압(非加壓)상태로 투입하여 시험구간을 물로 채울 필요가 있다.First, FIG. 4 illustrates a situation in which the present invention is applied to the case where the
측정된 간극수압(Pv, kg중/㎠)은 다음 산식을 통하여 유효주입압(P) 결정에 적용된다.The measured pore water pressure (Pv, in kg / cm 2) is applied to determine the effective injection pressure (P) through the following equation.
P = P0 - Pv + γ(h1-hL)/10P = P0-Pv + γ (h1-hL) / 10
이렇듯, 지상의 주입압과 시추공내 시험구간의 간극수압을 병측(竝測)함으로써, 피압대수층(13)의 지반 수압시험에 시추공내 자유수면 수두를 적용하는 오류를 범하지 않게된다.In this way, the pore water pressure between the ground injection pressure and the borehole test section is parallel, so that the error of applying the free water head in the borehole to the ground hydraulic test of the
도 5는 본 발명의 주수관(40)을 예시한 것으로서, 시추공에 투입되는 주수관(40)과 주수펌프(21)와 각종 계측기 및 밸브(24) 등이 설치되는 지상관(42)을 연결하는 커플러(coupler)(60)를 구성하되, 이 커플러(60)에 도 6에서와 같이 간극수압계(50)와 출력장치(52)를 연결하는 신호선(51)이 통과할 수 있도록 인출구(61)를 형성함으로써, 주수관(40)의 투입과 동시에 간극수압계(50)의 설치가 이루어질 수 있도록 한 것이다.FIG. 5 illustrates the
특히, 도 6을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 외주면에 나사가 형성된 인출구(61)에는 패킹(62)을 설치하고 인출구(61)와 결합되어 패킹(62)을 압착하는 나사캡(63)을 구성하여, 커플러(60)의 수밀성을 확보하였다.Particularly, as can be seen from FIG. 6, a packing 62 is installed at an
한편, 지반수압시험의 주수관(40)은 도시된 예와 같이 선단부에 하나의 패커(41)가 설치되어 패커(41) 하단에서 시추공 저면까지를 시험구간으로 하는 싱글패커(41)형과 주수관(40)에 한쌍의 패커(41)가 소정거리 이격되어 설치되고 이 이격구간의 주수관(40)에 다수의 통공이 형성된 더블패커(41)형으로 분류될 수 있는데, 후자의 경우 간극수압계(50)는 양 패커(41)의 사이에 설치되게 된다.On the other hand, the
결국 본 발명의 기술요지는 하부에 패커(41)가 설치되어 시추공에 투입되는 주수관(40)과, 주수관(40)과 지상관(42)을 통하여 연결되어 물을 주입하는 주수펌프(21)와, 패커(41)와 공기호스(32)를 통하여 연결되어 공기를 공급하는 공기펌 프(31)가 포함된 지반 수압시험장치에 있어서, 주수관(40)의 하단부에 간극수압계(50)가 설치되고, 간극수압계(50)는 지상의 출력장치(52)와 연결되어, 시추공의 시험구간내 간극수압을 측정함을 특징으로 하는 시추공내 간극수압 병측형 지반 수압시험장치로서, 지상관(42)과 주수관(40)은 커플러(60)를 통하여 연결되되, 커플러(60)에는 외주면에 나사가 형성되고 신호선(51)이 통과하는 인출구(61)가 구성되고, 인출구(61)에는 패킹(62)이 삽입되며, 패킹(62)을 압착하는 나사캡(63)이 결합됨을 특징으로 하는 시추공내 간극수압 병측형 지반 수압시험장치이다.Eventually, the technical gist of the present invention is provided with a
본 발명의 통하여, 지반 수압시험의 신뢰성을 제고하는 효과를 얻을 수 있으며, 지반조사 전반의 정밀도 향상을 통하여 관련 건설사업의 정확한 설계 및 시공에 이바지할 수 있게 되었다.Through the present invention, it is possible to obtain the effect of improving the reliability of the ground pressure test, and through the improvement of the overall precision of the ground survey it is possible to contribute to the accurate design and construction of the related construction projects.
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