KR100847096B1 - 타격관입콘 시험장치 및 이를 이용한 지반 조사방법과강도특성 산정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 국내 중간지반(자갈층, 풍화토, 풍화암 등)에 대한 말뚝기초의 지지력 산정을 위한 기초자료의 제공이 가능하고, 타격관입콘 시험장치의 경우 기존의 표준관입 시험장비의 샘플러 대신 타격관입콘 시험장치를 교체하여 시험이 가능함으로써 별도의 시험장비를 제작할 필요가 없는 타격관입콘 시험장치 및 이를 이용한 지반 조사방법과 강도특성 산정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치는 소정의 직경 및 길이를 갖는 N로드와; 상기 N로드의 상단에 고정 설치되는 해머와; 상기 N로드의 하단부에 결합되며 하부가 역원추형상으로 이루어지고, 지반에 따라 각도를 달리하여 적용되는 관입콘으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치를 이용한 지반 조사방법과 강도특성 산정방법은 관입콘의 선단부의 강성을 증가시키기 위하여 고강도 강재를 사용하여 열처리하거나, 공업용 다이아몬드를 선단에 장착하여 관입콘을 제작하는 단계; 상기 관입콘을 N로드의 하단에 장착 및 N로드의 상단에 해머를 조립하여 타격관입콘 시험장치를 형성하는 단계; 상기 타격관입콘 시험장치를 해머를 사용하여 타격에너지를 변화하면서 시험을 수행하는 단계; 상기 관입콘의 선단부와 N로드의 주면부에 센서를 장착하여 타격관입콘 시험장치의 관입시 선단부 저항력과 주면부 마찰력을 측정하고, 이를 말뚝기초 지지력을 평가하는데 사용하는 단계; 상기 평가 시험시 시험데이터의 정확성, 데이터의 효율적인 처 리 및 관리분석을 위하여 일괄 자동화 측정시스템을 구축하여 시험데이터를 분석 및 처리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 타격관입콘 시험장치 시험자료, 지반특성치 실험자료 그리고 말뚝재하시험자료를 이용하여 타격관입콘 시험장치 지수와 현장시험 및 실내 역학시험에서 구한 지반특성치와의 상관관계를 구하고, 강관말뚝과 현장타설말뚝에 대한 타격콘 관입 지수와 선단 지지력/주면 마찰력과의 상관관계를 구하는 것을 특징으로 한다.

이들 상관관계는 지반의 역학적 특성치 규명, 말뚝기초의 설계, 사면안정해석 등과 같은 지반공학 설계에 적용될 수 있다.

타격관입콘 시험장치, 지반 강도특성, 말뚝 지지력, 말뚝기초설계, 사면안정해석, 중간지반, 풍화대 지반

Description

타격관입콘 시험장치 및 이를 이용한 지반 조사방법과 강도특성 산정방법{The foundation strength characteristic and the pile support power calculation method using driving penetration cone and this}

도 1은 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치를 도시한 예시도,

도 2는 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치 지반조사방법을 이용하여 지반의 강도특성 및 말뚝 지지력을 산정하는 상태를 도시한 예시도.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

10: N로드 12: 타격관입콘 시험장치 주면부

20: 해머 30: 관입콘

32: 타격관입콘 시험장치 선단부 34: 공업용 다이아몬드

40: 센서 50: 자동화 측정시스템

α: 선단각도 C: 타격관입콘 시험장치

본 발명은 타격관입콘 시험장치 및 이를 이용한 지반 조사방법과 강도특성 산정방법에 관한 것으로, 특히 지반조사시 표준 관입 시험 장비에 타격관입콘 시험장치를 장착하여 표준관입 시험과 동일한 타격에너지 또는 타격에너지를 증가하여 시험을 수행하고 이 결과를 통하여 지반특성치를 산정하는데 활용할 수 있는 타격관입콘 시험장치 및 이를 이용한 지반 조사방법과 강도특성 산정방법에 관한 것이다.

기존의 표준관입시험은 지반조사시 시추기로 물과 케이싱을 이용하여 지반을 천공한 후, 상기 케이싱 내부에서 표준관입시험을 수행한다.

여기서, 상기 표준관입시험은 샘플러를 케이싱 내부에 넣고 지표면에서 63.5kg의 해머를 낙하고 76cm에서 낙하시켜 샘플러가 30cm 관입될 때의 타격횟수(N치)를 측정하는 방법이다.

상기한 표준관입시험법에서 추론할 수 있듯이 샘플러 선단부에 암편이 걸리면 N치는 매우 크게 나타나며, 풍화토나 풍화암에는 관입이 어렵다.

한편, 정적콘관입시험은 1) 우수한 정밀도와 반복성, 2) 느슨하거나 연약한 토질에 대한 상당한 감도, 3) 지반특성에 상당한 정도의 적합성, 4) 마찰지지특성에 대한 비교적 정확한 예측, 5) 선단 콘에 추가 센서 부착의 용이성 등의 장점이 있으며, 표준관입시험과 비교하여 다음과 같은 몇 가지 중요한 특징이 있다.

1) 신속하고 경제적이다.

2) 연속적인 지반조사가 가능하다.

3) 시추공 상의 지반변화를 자세히 알 수 있다.

4) 토질정수를 구하여 지반의 지지력, 침하량 등을 구할 수 있다.

5) 토질채취의 시료가 곤란하다.

6) 단단한 지층에서 관입이 어려운 경우 적용이 곤란하다.

상기의 정적콘관입시험의 특징 중에서 정적콘관입시험은 단단한 지층에 관입이 어려워 단단한 사질토층, 굳은 점토층뿐만 아니라 자갈층, 풍화토층 및 풍화암층에는 시험을 수행하지 못한다.

현재 사질토, 굳은 점토, 자갈, 풍화토 및 풍화암 등의 중간지반에서는 강도특성을 확인하는 데에 공내수평재하시험(PMT)를 수행하고 있으나, 굳은 점토와 일부 풍화암을 제외하고는 시험공의 과다 굴착으로 인하여 프로브의 팽창한계를 초과하여 시험이 극히 곤란하다.

상기의 시험방법들에 대한 설명을 통하여 알 수 있듯이 단단한 사질토, 굳은 점토, 자갈, 풍화토와 풍화암 지반에서는 표준관입시험, 정적콘관입시험 그리고 공내수평재하시험을 적용하기에는 많은 어려움이 있는 것으로 확인되었으며, 비교란 시료 채취에도 많은 어려움이 있어 실내시험으로 지반특성치를 구하는 것도 곤란하다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 국내 중간지반(단단한 사질토, 굳은 점토, 자갈, 풍화토, 풍화암 등)에 대한 기초자료의 제공이 가능한 타격관입콘 시험장치의 경우 기존의 표준관입시험장비의 샘플러 대신 타격관입콘 시험장치를 교체하여 시험이 가능함으로써 별도의 시험장비를 제작할 필요가 없는 타격관입콘 시험장치 및 이를 이용한 지반 조사방법과 강 도특성 산정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치는 소정의 직경 및 길이를 갖는 N로드와; 상기 N로드의 상단에 고정 설치되는 해머와; 상기 N로드의 하단부에 결합되며 하부가 역원추형상으로 이루어지고, 지반에 따라 각도를 달리하여 적용되는 관입콘으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치를 이용한 지반 조사방법과 강도특성 산정방법은 관입콘의 선단부의 강성을 증가시키기 위하여 고강도 강재를 사용하여 열처리하거나, 공업용 다이아몬드를 선단에 장착하여 관입콘을 제작하는 단계; 상기 관입콘을 N로드의 하단에 장착 및 N로드의 상단에 해머를 조립하여 타격관입콘 시험장치를 형성하는 단계; 상기 타격관입콘 시험장치를 해머를 사용하여 타격에너지를 변화하면서 시험을 수행하는 단계; 상기 관입콘의 선단부와 N로드의 주면부에 센서를 장착하여 타격관입콘 시험장치의 관입시 선단부 저항력과 주면부 마찰력을 측정하고, 이를 말뚝기초 지지력을 평가하는데 사용하는 단계; 상기 평가 시험시 시험데이터의 정확성, 데이터의 효율적인 처리 및 관리분석을 위하여 일괄 자동화 측정시스템을 구축하여 시험데이터를 분석 및 처리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치를 도시한 예시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치를 이용하여 지반의 강도특성 및 말뚝 지지력 을 산정하는 상태를 도시한 예시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치는 소정의 직경 및 길이를 갖는 N로드(10)와; 상기 N로드(10)의 상단에 고정 설치되는 해머(20)와; 상기 N로드(10)의 하단부와 결합되며 하부가 역원추형상으로 이루어지고, 지반에 따라 각도를 달리하여 적용되는 관입콘(30)으로 구성된다.

여기서, 상기 관입콘(30)은 특수한 재질의 고강도 강재를 사용하여 열처리하여 제작하거나, 관입콘(30)의 선단부(32)에 공업용 다이아몬드(34)를 부착하여 제작한다.

그리고 상기 관입콘(30)은 지반의 종류에 따라 지반에 관입을 용이하게 할 수 있도록 선단각도(α)를 달리하여 제작한다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치를 이용한 지반조사방법을 설명하면 다음과 같다.

임의 위치의 굴착완료 후 도 2에 도시된 바와 같이, 로드의 선단에 관입콘을 부착하여 굴착공 선단까지 로드를 연결하여 설치한다. 상기 로드의 상부에 설치된 해머를 이용하여 타격하며, 타격시 관입량을 측정한다.

시험 수행과정은 다음과 같다.

1) 타격콘관입 시험위치까지 굴착

2) 시추공 바닥에 로드 설치

3) 로드 상단에 모루대를 접합

4) 모루대의 상단에 해머를 설치

5) 로드 상단 및 해머에 변위측정용 타켓 또는 케이블 설치

6) 관입콘 타격

7) 연약지반에서는 최소 30cm 관입하며, 굴착에 의한 굴착공 바닥의 교란을 고려하여 45cm를 관입(자동화 측정이 아닌 경우 15cm 간격으로 타격횟수를 기록)

8) 단단한 지층에서는 최소 100회를 타격하는 것으로 하며, 굴착공 바닥의 교란을 고려하여 150회를 타격함(단, 50회로 나누어 관입량을 기록)

상기한 바와 같은 시공으로 이루어진 본 발명에 따른 지반의 특성치 산정에 대해 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치를 이용한 지반특성치 산정방법은 관입콘(30)의 선단부(32)의 강성을 증가시키기 위하여 고강도 강재를 사용하여 열처리하거나 공업용 다이아몬드를 선단부(32)에 장착하여 관입콘(30)을 제작하는 단계; 상기 관입콘(30)을 N로드(10)의 하단에 장착 및 N로드(10)의 상단에 해머(20)를 조립하여 타격관입콘 시험장치(C)를 형성하는 단계; 상기 타격관입콘 시험장치(C)를 해머(20)를 사용하여 타격에너지를 변화하면서 시험을 수행하는 단계; 상기 관입콘(30)의 선단부(32)와 N로드(10)의 주면부(12)에 센서(40)를 장착하여 타격관입콘 시험장치(C)의 관입시 선단부(32) 저항력과 주면부(12) 마찰력을 측정하고, 이를 말뚝기초 지지력을 평가하는데 사용하는 단계; 상기 평가 시험시 시험데이터의 정확성, 데이터의 효율적인 처리 및 관리분석을 위하여 일괄 자동화 측정시스템(50)을 구축하여 시험데이터를 분석 및 처리하는 단계로 이루어진다.

여기서, 상기 타격관입콘 시험장치(C)는 소정의 직경 및 길이를 갖는 N로드(10)와; 상기 N로드(10)의 상단에 고정 설치되는 해머(20)와; 상기 N로드(10)의 하단부에 결합되며 하부가 역원추형상으로 이루어진 관입콘(30)으로 이루어진다.

또한, 상기 관입콘(30)은 지반의 종류에 따라 지반에 관입을 용이하게 할 수 있도록 선단각도(α)를 변화시켜 시험을 시행한다.

즉, 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치(C)는 국내의 풍화토와 풍화암을 관입할 수 있도록 충분한 강도를 가지는 재질로서 관입콘(30)을 제작하여야 하는데 50회 이상의 타격을 수행하여도 관입콘(30)의 내구성에는 문제가 없어야 하므로 국내의 풍화토 및 풍화암에 대하여 더욱 세분화하여 지층을 구분할 수 있다.

국내지반의 경우 모암이 화강암인 경우 풍화암 이더라도 강도가 크다. 따라서, 타격관입콘 시험장치(C)를 관입시키기 위해서는 관입콘(30)의 강도가 매우 커야 한다.

그러므로 관입콘(30)의 제작시 도 1에 도시된 바와 같이, 특수한 재질의 고강도 강재를 사용하여 열처리하거나 또는 더욱 큰 강도를 필요로 할 때에는 관입콘(30)의 선단부(32)에 선단 보강용 공업용 다이아몬드(34)를 부착하여 제작한다.

또한, 상기 타격관입콘 시험장치의 선단각도(α)를 지반종류별로 다르게 제안하여 타격관입콘 시험장치(C) 시험시 최적의 시험결과를 얻을 수 있는 관입콘(30)의 각도를 제안한다.

그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 일괄 자동화 측정시스템(50)을 이용하여 타격횟수, 관입콘(30)의 관입량, 에너지 효율 등 자동측정하여 타격콘 관입콘(C) 시험장치 시험의 자동화 측정을 위하여 항타에너지의 측정과 항타높이 측정, 1회 타격시 항타관입량의 측정을 한다.

따라서, 상기한 측정자료를 통해서 국내지반 중 코어의 채취가 어려운 풍화대를 포함한 중간지반(풍화토, 풍화암, 자갈, 단단한 사질토, 굳은 점토 등)의 지반공학 설계를 위한 기초자료의 제시 및 설계방안을 제시할 수 있음을 밝혀둔다.

타격콘 관입시험의 많은 자료를 통하여 타격 관입콘지수와 선단 지지력, 주면 마찰력의 상관관계를 도시할 수 있을 것이다.

이를 통하여 타격 관입콘(30) 관입 시험과 말뚝기초의 설계 인자와의 상관관계 및 사면안정해석에 적용가능한 설계 인자들의 상관성을 나타낼 수 있다.

- 타격관입콘지수 vs 현장 및 실내 지반특성치

- 타격관입콘지수 vs 선단지지력(항타강관말뚝/현장타설말뚝)

- 타격관입콘지수 vs 주면마찰력(항타강관말뚝/현장타설말뚝)

- 사면안정해석에의 적용성

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 타격관입콘 시험장치 및 이를 이용한 지반 조사방법과 강도특성 산정방법은 국내 코어의 채취가 어려운 풍화대를 포함한 중간지반(풍화토, 풍화암, 자갈, 단단한 사질토, 굳은 점토 등)의 말뚝기초 설계를 위한 기초자료의 제시 및 설계방안을 제시할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 관입콘(30)의 선단부(32)의 강성을 증가시키기 위하여 고강도 강재를 사용하 여 열처리하거나 또는 공업용 다이아몬드를 장착하여 관입콘(30)을 제작하는 단계;

   상기 관입콘(30)을 N로드(10)의 하단에 장착 및 N로드(10)의 상단에 해머(20)를 조립하여 타격관입콘 시험장치(C)를 형성하는 단계;

   상기 타격관입콘 시험장치(C)를 해머(20)를 사용하여 타격에너지를 변화하면서 시험을 수행하는 단계;

   상기 관입콘(30)의 선단부(32)와 N로드(10)의 주면부(12)에 센서(40)를 장착하여 타격관입콘 시험장치(C)의 관입시 선단부(32) 저항력과 주면부(12) 마찰력을 측정하고, 이를 지반특성치를 평가하는데 사용하는 단계;

   상기 평가 시험시 시험데이터의 정확성, 데이터의 효율적인 처리 및 관리분석을 위하여 일괄 자동화 측정시스템(50)을 구축하여 시험데이터를 분석 및 처리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 타격관입콘 시험장치를 이용한 지반 조사방법과 강도특성 산정방법.

Images