KR100931061B1 - 연약 지반 침하 측정장치 및 이에 따른 침하량 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약 지반 침하 측정장치 및 침하량 측정방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 연약 지반 침하 측정장치는 부동암반층에 위치하는 기준센서와 상기 기준센서보다 상부에 위치하고, 소정 위치에서의 지반의 침하량을 측정하기 위한 침하측정센서 및 지하에 매설되고, 상기 기준센서 및 상기 침하측정센서에 상대압력 상태를 제공하는 압력보정유닛을 구비한다.

또한, 본 발명의 타 측면에 따른 연약 지반의 침하량 측정방법은 지하의 소정 위치에 기준센서 및 침하측정센서에 상대압력 상태를 제공하는 압력보정유닛을 매설하고, 압력보정유닛으로부터 액체공급라인과 에어공급라인이 연결된 기준센서를 부동암반층에 위치시키고, 압력보정유닛으로부터 액체공급라인과 에어공급라인이 연결된 침하측정센서를 측정하고자 하는 위치에 매설하고, 침하측정센서의 위치 변경시 기준센서와의 압력의 차이를 측정하여 지반의 침하량을 측정한다. 이와 같이 구성된 연약 지반 침하 측정장치 및 침하량 측정방법에 의하면, 기준점과 측정위치의 거리를 단축시킬 수 있고, 지표면의 구조물에 의한 토목공사의 방해요인을 제거할 수 있고, 침하 계측시 소요되는 계측비용 및 시간을 단축시킬 수 있다.

연약 지반, 침하, 상대압력

Description

연약 지반 침하 측정장치 및 이에 따른 침하량 측정방법{Measuring instrument for sinking of soft ground and measuring method thereof}

본 발명은 연약 지반 침하 측정장치 및 이에 따른 침하량 측정방법으로서, 보다 상세하게는 지반의 침하량을 측정하는 측정장치를 모두 지중에 매설하여 지표면의 구조물에 의한 토목공사의 방해요인을 제거할 수 있고, 그로 인하여 소요되는 계측비용 및 계측시간을 현저히 줄일 수 있는 연약 지반 침하 측정장치 및 연약 지반의 침하량 측정방법에 관한 것이다.

토목현장에서는 성토작업으로 발생되는 연약 지반을 다음 단계의 강성지반으로 바꾸기 위해서 연약 지반의 상태를 계측하여야 한다.

즉, 토목계측의 목적은 연약 지반의 침하 정도에 대해 정확하게 그 정도를 예측하여 관리함으로써 성토 시공시 원지반 점성토층의 거동 특성, 압밀침하에 의한 강도증가 등을 비교 검토하여 현재 상태의 안정성을 파악하고, 연약지반의 향후 거동과 안정성을 예측하여 다음 단계의 본 공사구간에 반영할 수 있는 정보를 신속 하게 제공하는 것이다.

한편, 연약 지반의 침하량을 계측하는 선행기술로는 하기와 같은 방법이 널리 사용되고 있다.

먼저, 도 1을 참조하면, 지반침하 측정장치(10)는 침하판(11)과 측정봉(12) 및 보호철관(13)으로 이루어지고, 구체적으로 성토 매립지면에 일정한 크기의 철판(11)을 깔고 철판위에 측정봉(12)을 부착하고 측정봉(12)을 토사로부터 보호하기 위하여 보호철관(13)을 씌워 부착시키고, 측정봉(12) 상단을 안정지반의 기준점에서 광파괴 방법 또는 측량기로 그 높이를 측정하여 연약 지반의 침하량이 계측되고 있다.

다음으로, 도 2를 참조하여 다른 일 예를 살펴보면, 지반침하 측정장치(20)는 성토 직전에 삽입된 호스관(21)과 프로파일 게이지(22)로 이루어지고, 이와 같은 측정장치(20)에 의한 측정방법은 먼저 주름진 호스관(21)을 깔고 그 위에 성토(23)를 하고, 이때 액체 정체압력을 이용한 프로파일 게이지(22)를 일정한 주기로 호스관(21)을 통과시키며 일정 위치의 변화를 기점 A를 기준으로 해서 각각 B, C, D 지점의 침하량을 측정하여 이루어진다.

또한, 도 3에 따른 지반침하 측정장치(30)는 PVC관(31)과 자석이 부착된 거미발(32)과 센서(33)로 구성되고, 이러한 측정장치(31)에 의한 측정방법은 보링천공 후 PVC관(31)을 삽입하고, PVC관(31)의 외견을 따라 자석이 부착된 거미발(32a, 32b)을 원하는 위치에 삽입하여 토사와 한 몸이 되게 한 다음 토사의 침하량을 마이크로 스위치가 부착된 센서(33)를 하강시켜 거미발(32a, 32b)의 변화된 위치를 지면의 기준점을 기준으로 측정하여 침하량을 계측하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래 일반적으로 널리 알려진 지반침하 측정장치(10, 20, 30)는 침하량 측정시 다음과 같은 문제점을 드러내고 있다.

먼저, 도 1에 도시된 지반침하 측정장치(10)는 지표면에만 설치가 가능하며 성토높이에 따라 연결증설이 필요한 경우가 빈번하여 소요비용이 증가하게 되는 문제점이 있고, 도 2에 도시된 지반침하 측정장치(20)는 도로 개설공사에 한하여 사용할 수 있는 방법이며 그 기준점은 지상의 안정지반에 설치되어야 하는 한계점이 있고, 도 3에 도시된 지반침하 측정장치(30)는 측정하고자 하는 모든 위치에 천공하여야하고, 한 지점에서의 층별침하만 측정이 가능하다는 한계가 존재하게 된다.

또한, 이러한 종래의 선행기술은 모두 지상의 기준점을 공통적으로 이용하고 있어 기준점과 측정 지점이 길어지는 경우 토목공사의 방해요인이 되어 공사가 지연되는 문제점을 피할 수 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은 기준점으로 정한 지표면이 동시에 침하할 수 있는 경우나 수중 매립공사에 있어 그 기준점을 지상에 설치할 수 없는 경우 지하의 부동암반층을 기준점으로 설정하고, 모든 측정장비를 지하에 매설하며 신호 케이블만이 지상에 노출됨으로써 지상에서 매립 및 성토공사를 함에 있어 구조물에 의한 공사 방해를 제거하여 침하량 측정에 소요되는 비용과 시간을 현저히 줄일 수 있는 연약 지반 침하 측정장치 및 침하량 측정방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 연약 지반 침하 측정장치는, 부동암반층에 위치하는 기준센서와; 상기 기준센서보다 상부에 위치하고, 소정 위치에서의 지반의 침하량을 측정하기 위한 침하측정센서; 및 지하에 매설되고, 상기 기준센서 및 상기 침하측정센서에 상대압력 상태를 제공하는 압력보정유닛을 구비한다.

여기서, 상기 압력보정유닛은 액체를 저장하는 액체저장조와, 에어가 저장되는 에어저장조와, 액체를 상기 기준센서 및 압력센서에 공급하는 액체공급라인과, 에어를 상기 기준센서 및 압력센서에 공급하는 에어공급라인 및 상기 에어저장조에 가하여지는 압력을 액체저장조로 전달시키는 다이어프램을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 다이어프램은, 재질이 탄성체인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따른 연약 지반의 침하량 측정방법은, 지하의 소정 위치에 기준센서 및 침하측정센서에 상대압력 상태를 제공하는 압력보정유닛을 매설하고, 상기 압력보정유닛으로부터 액체공급라인과 에어공급라인이 연결된 기준센 서를 부동암반층에 위치시키고, 상기 압력보정유닛으로부터 액체공급라인과 에어공급라인이 연결된 침하측정센서를 측정하고자 하는 위치에 매설하고, 상기 침하측정센서의 위치 변경시 기준센서와의 압력의 차이를 측정하여 지반의 침하량을 측정한다.

여기서, 상기 압력보정유닛은 대기압에 해당하는 공기압을 인위적으로 부가하여 상기 기준센서 및 침하측정센서에 인위적인 상대압력을 생성시키는 것이 바람직하다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

상기와 같은 연약 지반 침하 측정장치 및 이에 따른 침하량 측정방법을 다음과 같은 효과를 제공한다.

기준점으로 정한 지표면이 동시에 침하할 수 있는 경우나 수중 매립공사에 있어 그 기준점을 지상에 설치할 수 없는 경우 지하의 부동암반층을 기준점으로 설정하고, 모든 측정장비를 지하에 매설하며 신호 케이블만이 지상에 노출됨으로써 지상에서 매립 및 성토공사를 함에 있어 구조물에 의한 공사 방해를 제거하여 침하량 측정에 소요되는 비용과 시간을 현저히 줄일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 연약 지반 침하 측정장치 및 이에 따른 침하량 측정방법에 대해 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명의 연약 지반 침하 측정장치는 지하에 매설되어 대기압이 작용되지 못하는 액체 및 압력게이지에 대기압을 인위적으로 가하여 상대압력의 상태를 만들어 지반의 정확한 침하량을 측정하고자 한다.

현재 시중에서 사용되고 있는 모든 압력게이지는 액체의 수직거리에 따라 액체정체압력이 변화하는 것을 압력게이지로 측정함에 있어 자연의 대기압을 고려한, 즉 상대 압력 상태로 제작되어진다.

한편, 지상 또는 지표면에 침하 측정장치를 설치할 경우에는 토목 공사의 방해 요인이 되고, 그로 인하여 지중에 침하 측정장치를 매설하여 침하량을 측정할 필요성이 대두되고 있는 현실이다.

그러나, 지중에 현재 시중에서 사용되고 있는 압력게이지를 지중에 매설할 경우에는 토사에 의해 대기압이 작용할 수 없고, 그로 인하여 정확한 침하량의 측량이 불가능한 문제점이 발생하게 된다.

본 발명의 연약 지반 침하 측정장치는 이러한 문제점을 극복하고자, 지하에 매설되는 압력게이지의 작동에 필수적인 상대압력 상태를 매설된 압력게이지에 인위적으로 만들어준다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연약 지반 침하 측정장치(100)는 기준센서(110)와 침하측정센서(120) 및 압력보정유닛(130)을 구비한다.

상기 기준센서(110)는 종래 일반적인 지반 침하 측정장치의 기준점이 지상에 설치되는 것과 달리 지중의 부동암반층에 위치하고, 그로 인하여 상부 지반의 침하시에도 기준센서(110)가 나타내는 계측량은 변화가 없게 된다.

상기 침하측정센서(120)는 계측하고자 하는 연약 지반의 소정 위치에 위치하고, 도 4를 참조하면 압력보정유닛(130)로부터 분지되어 복수 개의 침하측정센서(120b, 120c, 120d, 120e, 120f, 120g)를 지중에 형성시킬 수 있으며 각 지점(B, C, D, E, F)의 침하량을 동시에 계측할 수 있다. 한편, 상기 침하측정센서(120)는 부동암반층에 위치(A 지점)하는 기준센서(110) 보다 상부에 위치할 수 있다.

이하, 압력보정유닛(130)에 대해 자세히 살펴보도록 한다.

도 5를 참조하면, 상기 압력보정유닛(130)은 상기 기준센서(110)에 상대압력 상태를 제공하는 것으로써, 액체를 저장하는 액체저장조(131)와 에어가 저장되는 에어저장조(132)와 액체를 상기 기준센서(110)에 공급하는 액체공급라인(133)과 에어를 상기 기준센서(110) 및 침하측정센서(120)에 공급하는 에어공급라인(134) 및 상기 에어저장조(132)에 가하여지는 압력을 액체저장조(131)로 전달시키는 다이어프램(135)을 구비한다.

구체적으로, 외부로부터 대기압의 압력을 인위적으로 에어저장조(132)에 가하여 주면 다이어프램(135)을 통하여 그 대기압이 동일하게 액체저장조(131)에도 가하여지고, 그로 인하여 기준센서(110)의 A'면 및 B'면에도 동일하게 대기압이 작용하게 되어 상쇄되게 되며 액체공급라인(133)에 의한 액체의 정체압력만이 기준센서(110)에 의해 계측되게 되는 것이다.

여기서, 상기 다이어프램(135)은 에어저장조(132)에 가하여지는 압력이 동일하게 액체저장조(131)에 전달될 수 있도록 재질이 탄성체인 것이 바람직하다.

한편, 상기 압력보정유닛(130)은 침하측정센서(120)와도 동일한 방법에 의해 연결되어진다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연약 지반 침하량 측정방법에 대해 상술하도록 한다.

본 발명에 따른 연약 지반 침하량 측정방법은, 지하의 소정 위치에 기준센서 및 침하측정센서에 상대압력 상태를 제공하는 압력보정유닛을 매설하고, 상기 압력보정유닛으로부터 액체공급라인과 에어공급라인이 연결된 기준센서를 부동암반층에 위치시키고, 상기 압력보정유닛으로부터 액체공급라인과 에어공급라인이 연결된 침하측정센서를 측정하고자 하는 위치에 매설하고, 상기 침하측정센서의 위치 변경시 기준센서와의 압력의 차이를 측정하여 지반의 침하량을 측정한다.

도 5를 참조하여 압력보정유닛(130)과 기준센서(110)의 연결 방법을 살펴보면, 기준센서(110)의 밸브(136)를 오픈시킨 뒤 액체의 기포발생을 방지하기 위하여 기준센서(110)를 압력보정유닛(130) 보다 높은 위치에 놓고, 밸브(137)를 열어 외 부로부터 액체를 유입시켜 액체공급라인(133)을 충진시킨다. 그 후, 밸브(136, 137)를 닫고 에어라인의 밸브(138)를 오픈시킨 뒤 외부로부터 인위적으로 대기압인 공기압 1 kg/㎠를 충전하고 밸브(138)를 닫는다.

다음으로, 기준센서(110)를 압력보정유닛(130)보다 아래 위치로 내리면, 내린만큼의 액체공급라인(133)의 직선거리에 따른 정체압력과 다이어프램(135)을 통해 가해지는 공기압의 합이 기준센서(110)의 A'면에 가해지고, 외부로부터 가하여지는 공기압이 에어저장조(132)로부터 에어공급라인(134)을 통해 기준센서(110)의 B'면에 가하여진다.

따라서, 기준센서(110)에서 계측되는 압력은 A'면 및 B'면에 가해지는 공기압이 상쇄된 액체의 정체압력이 측정될 수 있는 것으로써, 압력보정유닛(130)이 매설된 지반의 침하로 인하여 액체의 수직거리가 변화하면 기준센서(110) 압력의 변화로 나타나며 압력의 변화량은 수직거리의 변화량으로 환산될 수 있다.

한편, 압력보정유닛(130)과 침하측정센서(120)와의 연결 방법도 상기와 같이 동일하게 적용될 수 있다.

이러한 원리를 이용한 연약 지반의 침하량 측정방법을 도 4를 통해 보다 구체적으로 살펴보면, 토목공사에서 측정하고자 하는 여러 지점 중 한 지점 위치에 보링작업에 의하여 지하 부동암반층까지 천공을 한 다음 기준센서(110)를 부동암반의 소정 위치(A)에 설치하고, 측정이 필요한 각 지점(B, C, D, E, F, G)에 침하측정센서(120b, 120c, 120d, 120e, 120f, 120g)를 매설하고, 침하측정센서(120b, 120c, 120d, 120e, 120f, 120g)의 위치 변화시 정체압력의 변화에 따른 토사의 침 하량을 측정하게 되는 것이다.

이때, 기준센서(110)는 부동암반의 소정 위치(A)에 고정되고, 압력보정유닛(130) 자체도 각각의 침하측정센서(120b, 120c, 120d, 120e, 120f, 120g)와 함께 토사의 침하에 따라 같이 침하하나, (A-U)-(B-U) = A-B, (A-U)-(C-U) = A-C, 즉 압력보정유닛(130)이 침하되는 것과 상관없이 기준센서(110)를 기점으로 각각의 침하측정센서(120b, 120c, 120d, 120e, 120f, 120g)의 액체 수직거리가 산출되는 것이다.

그리고, 상기와 같은 연약 지반 침하 측정장치는 지상에 구조물을 설치할 수 없는 해양의 연약 지반 침하량 측정시에도 유용하게 적용될 수 있다. 해저의 부동암반층의 소정 위치에 기준센서를 설치하고 압력보정유닛과 침하측정센서를 침하가능성이 있는 해양의 지반에 설치 후 통신케이블 및 무선모뎀 장치와 같은 주변기기를 해수면의 부유층에 설치함으로써 토목 공사의 방해요인을 최소화하면서도 공사비용을 획기적으로 줄일 수 있는 이점이 발생하게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래 일반적인 지반 침하 측정장치의 일 예를 나타낸 개략도이고,

도 2는 종래 일반적인 지반 침하 측정장치의 다른 예를 나타낸 개략도이고,

도 3은 종래 일반적인 지반 침하 측정장치의 다른 예를 나타낸 개략도이고,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연약 지반 침하 측정장치를 도시한 도면이고,

도 5는 도 4에 도시된 압력보정유닛을 구체적으로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100... 연약 지반 침하 측정장치 110... 기준센서

120... 침하측정센서 130... 압력보정유닛

131... 액체저장조 132... 에어저장조

133... 액체공급라인 134... 에어공급라인

135... 다이어프램 136~138... 밸브

Claims (5)

1. 부동암반층에 위치하는 기준센서와;

   상기 기준센서보다 상부에 위치하고, 소정 위치에서의 지반의 침하량을 측정하기 위한 침하측정센서; 및

   지하에 매설되고, 상기 기준센서 및 상기 침하측정센서에 상대압력 상태를 제공하는 압력보정유닛을 구비하는 연약 지반 침하 측정장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 압력보정유닛은, 액체를 저장하는 액체저장조와, 에어가 저장되는 에어저장조와, 액체를 상기 기준센서 및 압력센서에 공급하는 액체공급라인과, 에어를 상기 기준센서 및 압력센서에 공급하는 에어공급라인 및 상기 에어저장조에 가하여지는 압력을 액체저장조로 전달시키는 다이어프램을 구비하는 것을 특징으로 하는 연약 지반 침하 측정장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 다이어프램은, 재질이 탄성체인 것을 특징으로 하는 연약 지반 침하 측정장치.
4. 지하의 소정 위치에 기준센서 및 침하측정센서에 상대압력 상태를 제공하는 압력보정유닛을 매설하고,

   상기 압력보정유닛으로부터 액체공급라인과 에어공급라인이 연결된 기준센서를 부동암반층에 위치시키고,

   상기 압력보정유닛으로부터 액체공급라인과 에어공급라인이 연결된 침하측정센서를 측정하고자 하는 위치에 매설하고,

   상기 침하측정센서의 위치 변경시 기준센서와의 압력의 차이를 측정하여 지반의 침하량을 측정하는 연약 지반의 침하량 측정방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 압력보정유닛은 대기압에 해당하는 공기압을 인위적으로 부가하여 상기 기준센서 및 침하측정센서에 인위적인 상대압력을 생성시키는 것을 특징으로 하는 연약 지반의 침하량 측정방법.

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