KR100955598B1

KR100955598B1 - 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100955598B1
Application number: KR1020090074396A
Authority: KR
Inventors: 정운상
Original assignee: (주)명성지오시스템
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2010-05-03

Abstract

본 발명은 연약층 변위계측장치와 하나 이상의 지표 침하판을 매칭시켜 성토층 침하량 변위 데이터를 자동계측 표시하며, 근거리 무선통신 모듈을 통해 현장단말과 원격관리 서버로 전송하도록 한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 방법에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 연약지반 개량 성토구역 내의 토층 침하량을 계측하는 방법에 있어서, 상기 연약지반 개량 성토구역 내의 부동 지반층까지 확장 매설되는 일정한 규격을 갖는 지지용 강관에 연약층 변위계측장치를 체결하는 제1 단계와; 상기 연약층 변위계측장치를 중심으로 일정거리 이상 이격되며 개량된 연약지반 성토구역별로 하나 이상의 지표 침하판을 설치하는 제2 단계와; 상기 연약층 변위계측장치 및 상기 하나 이상의 지표 침하판 간의 현장사정을 고려한 초기 위치값을 측량에 의해 설정하는 제3 단계와; 상기 하나 이상의 지표 침하판에 대한 토층 침하량 변위 계측시간 간격을 설정하는 제4 단계와; 상기 계측시간이 1시간 경과하였는지 확인하는 제5 단계 및 하고(S150), 상기 연약층 변위계측장치(200)가 상기 하나 이상의 지표 침하판 각각의 계측시간마다 토층 침하량 변위를 검출하는 제6 단계와; 상기 연약지반의 성토구역별로 검출된 토층 침하량 변위를 기설정된 초기 위치값의 차이에 근거하여 계측시간마다 자동으로 계측하는 제7 단계와; 상기 연약지반의 성토구역별로 자동계측 된 데이터를 분석하여 메모리에 저장하는 제8 단계와; 상기 제8 단계 이후, 최종 계측시간에 도달하였는지 확인하는 제9 단계와; 상기 제9 단계에서 최종 계측시간에 도달하지 않은 경우, 전술한 제5 단계 내지 제8 단계를 반복하여 수행하는 제 10단계 및; 최종 계측시간에 도달한 경우, 상기 저장된 데이터를 LED/문자 표시구동부와 근거리 무선통신 모듈로 전송하는 제11 단계와; 상기 근거리 무선통신 모듈로 전송된 데이터를 연약지반 현장단말 및 원격관리 서버에서 수신하여 모니터링하는 제12 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반 개량 성토구역 내의 토층 침하량을 계측하는 방법을 제공한다.

따라서 본 발명에 의하면, 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역별 토층 침하량을 동시다발적으로 정밀하게 자동계측이 가능하다. 또한, 실시간으로 전송되는 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역별 토층 침하량 데이터를 현장단말 또는 원격관리 서버를 통해 모니터링이 가능하므로, 추가성토량의 예측과 공사기간을 단축하고 계측 근무자의 현장 상주 및 출장과 같은 계측비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.

연약지반, 계측, 연약층 변위계측장치, LED/문자 디스플레이부, 지표 침하판, 근거리 무선통신 모듈, 현장단말, 원격관리 서버

Description

연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템 및 방법{Methode and System for measuring layer settlement of soft ground}

본 발명은 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 계측 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연약층 변위계측장치와 하나 이상의 지표 침하판을 매칭시켜 성토층 침하량 변위 데이터를 자동계측 표시하며, 근거리 무선통신 모듈을 통해 현장단말과 원격관리 서버로 전송하도록 한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 토목 분야에서의 성토란 종전의 지반 위에 다시 흙을 북돋아 쌓는 것을 말한다. 성토는 도로성토, 철도성토, 하천제방, 공항, 플랜트, 택지조성 및 대규모 사력댐 축조 공사 등에서 주로 실시되고 있다. 성토 조성 시에는 성토 본체의 품질관리와 성토로 인한 주변지반의 영향 등이 주요 계측관리 항목이 되며, 성토구조물이 축조되는 원지반의 상태에 따라서도 계측관리 항목이 달라질 수 있다.

특히, 연약지반일 경우 이를 강화 개량하고자 여러 가지 개량공법이 개발되어 적용되어 왔으나, 대체적으로 선행하중(Pre-Load) 또는 상재하중을 이용하여 인 위적인 침하를 유발하는 성토 구조물의 축조가 여전히 이루어져 왔다. 이러한 성토 구조물(혹은, 성토체)의 축조방법은 성토체(10) 중량에 따른 측방유동(11) 현상이 일어나 성토체를 중심으로 지반 내의 응력(12)이 증가하게 되는데, 사절토로 이루어진 지반에서는 전단 파괴나 변형의 정도가 매우 작은 반면에, 연약지반의 경우 시간이라는 변수와 함께 지반 내 응력의 증가에 따른 점성토질의 압밀침하(13)가 상당히 오랜 기간에 걸쳐 진행되기 때문에 성토체의 중량이나 연약지반의 층후(두께), 그리고 수량이나 지하수의 유동 등 여러 가지 상관인자에 따라 압밀침하의 정도가 예상보다 많은 차이를 보이고 있다. 압밀침하량은 공기 단축을 실현하기 위해서 그동안 수많은 실험을 통해서 이론적인 계산 방법과 그에 따른 침하량이 지금까지 발표되고 제안되어 왔으나, 압밀이 완전히 끝나는 시기는 물론 전체 침하량의 실측치와 이론치가 큰 차이를 보이는 것이 일반적이기 때문에 성토진행 및 시간경과에 따른 계측관리는 필수적이라고 할 수 있다(도 1 참조).

이와 같이, 연약지반에서는 여러 가지 문제가 발생하기 쉬우므로 견고한 지반을 선정하는 것이 좋지만, 도로, 철로 등의 공사에서 견고한 지반만으로 노선을 선정하는 것은 현실적으로는 어려운 일이다. 연약지반의 토질은 지역에 따라 변화가 심하고, 예견할 수 없는 연약층이 존재하는 경우도 있다. 이러한 현상을 사전에 조사하기 위하여 대표지반에 대한 시추 및 실내시험을 통하여 파악하고 있다. 그러나 이들 시험결과로부터 지반 거동을 정확히 예측하는 것은 용이하지 않다. 따라서 연약지반에 성토하는 경우는 침하관리 및 전단파괴 방지와 대책 공법의 효과를 확인하기 위한 수단으로서 계측관리가 요구된다.

일반적으로, 연약지반에서 개량 공법이 진행될 때 시행되어야 할 계측 항목으로는, 지표 침하판에 의한 토층침하 측정, 지중경사계에 의한 지중수평변위 측정, 층별 침하계에 의한 지중층별침하 측정, 간극수압계에 의한 간극수압 측정, 토압계에 의한 토압측정 및 지하수위계에 의한 지하수위 측정이 공개되어 있다.

한편, 토목 공사 현장에서 널리 사용되는 지반 침하량 측정방법으로는, 철판이나 자석링(Magnetic Ring)으로 만든 침하판(75)을 지하에 매설하고 침하판 가운데에 플라스틱관 혹은 알류미늄관(74)을 묻고 그 관 속으로 줄자(77)에 의해 연결된 침하판 탐지봉(76)을 집어넣고, 리드아웃기(71)의 메타 눈금이 정중앙에 오면 탐지봉(76)이 침하판(75)의 매설위치까지 내려간 신호이므로 줄자 보관드럼(73)에서 줄자를 푸는 것을 중단하고, 탐지봉에 연결된 줄자(77)의 눈금을 읽어서 침하판(75)의 깊이를 재는 방법이다(도 2 참조).

그러나 이 방법은 사용자가 줄자(77)를 직접 손으로 알루미늄관(74) 속으로 주입하므로 계측 시간이 많이 걸리고, 줄자가 관 속에서 계측할 때마다 좌우로 움직이므로 계측 오차가 많은 단점이 있다.

선행기술로는, 대한민국 특허출원 제1997-16988호(출원일: 1997년 05월 02일)의 "엔코더를 이용한 지반 침하량 자동측정장치 및 그 방법"에 의하면, 지반의 침하량을 측정할 지하에 지반과 같이 침하하도록 매설된 침하판(24)과, 상기 침하판으로부터 피아노 강선(20)을 통하여 연결되어 침하판의 침하에 따른 직선운동을 회전운동으로 변환시키는 측정바퀴(41)와, 상기 측정바퀴의 회전에 연동하여 펄스신호를 발생하기 위한 엔코더(53)와, 상기 엔코더로부터 발생된 펄스신호를 카운트하여 지반 침하량을 계산하기 위한 제어수단을 구성하여 지반이 침하되는 물리적인 변화량을 전기적인 펄스신호로 변환하여 이를 카운트함으로써 지반의 침하량을 계측하는 기술이 제안된바 있다(도 3 참조).

그러나 이 선행기술은 지반 침하량 자동측정장치 자체가 연약지반에 설치되므로, 지반 침하와 함께 장치가 침하하기 때문에 정확한 데이터를 생성할 수 없다는 문제점이 있다.

그리고 대한민국 특허출원 제2000-21973호(출원일: 2000년 04월 25일)의 "연약지반 자동 계측시스템"에는, 자동화서버(91), 데이터로거(92) 등을 구성하여 관리자가 현장에 상주하지 아니하더라도 실시간으로 연약지반의 상태를 모니터링 할 수 있게 하고, 전국 어디에서나 시간과 공간의 제약 없이 현장의 자료를 확인 할 수 있는 연약지반 자동 계측시스템이 제안된 바 있다(도 4 참조).

그러나 이 선행기술의 경우는 공개된 계측 항목인 지중경사계에 의한 지중수평변위 측정, 층별침하계에 의한 지중층별침하 측정, 간극수압계에 의한 간극수압 측정, 토압계에 의한 토압측정 및 지하수위계에 의한 지하수위 측정 등은 모두 센서 자체만으로도 자동계측이 가능하지만, 연약지반 성토와 같은 지표 침하판에 의한 토층침하 측정은 보다 복잡한 데이터를 처리해야 하므로 단순한 센서 기능만으로는 정밀한 자동계측은 불가능하다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 구체적인 목적은, 연약층 변위계측장치와 하나 이상의 지표 침하판을 매칭시켜 계측된 성토층 침하량 변위 데이터를 LED/문자 디스플레이부로 표시하며, 근거리 무선통신 모듈을 통해 현장단말과 원격관리 서버로 전송함으로써, 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역별 토층 침하량을 자동으로 정밀 계측할 수 있도록 한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적은, 실시간으로 전송되는 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역별 토층 침하량 데이터를 현장단말 또는 원격관리 서버를 통해 모니터링할 수 있도록 한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 연약지반 개량 성토구역 내의 토층 침하량을 계측하는 방법에 있어서, 상기 연약지반 개량 성토구역 내의 부동 지반층까지 확장 매설되는 일정한 규격을 갖는 지지용 강관에 연약층 변위계측장치를 체결하는 제1 단계와; 상기 연약층 변위계측장치를 중심으로 일정거리 이상 이격되며 개량된 연약지반 성토구역별로 하나 이상의 지표 침하판을 설치하는 제2 단계와; 상기 연약층 변위계측장치 및 상기 하나 이상의 지표 침하판 간의 현장사정을 고려한 초기 위치값을 측량에 의해 설정하는 제3 단계와; 상기 하나 이상의 지표 침하판에 대한 토층 침하량 변위 계측시간 간격을 설정하는 제4 단계와; 상기 계측시간이 1시간 경과하였는지 확인하는 제5 단계와; 및 상기 연약층 변위계측장치(200)가 상기 하나 이상의 지표 침하판 각각의 계측시간마다 토층 침하량 변위를 검출하는 제6 단계와; 상기 연약지반의 성토구역별로 검출된 토층 침하량 변위를 기설정된 초기 위치값의 차이에 근거하여 계측시간마다 자동으로 계측하는 제7 단계와; 상기 연약지반의 성토구역별로 자동계측 된 데이터를 분석하여 메모리에 저장하는 제8 단계와; 상기 제8 단계 이후, 최종 계측시간에 도달하였는지 확인하는 제9 단계와; 상기 제9 단계에서 최종 계측시간에 도달하지 않은 경우, 전술한 제5 단계 내지 제8 단계를 반복하여 수행하는 제 10단계 및;

최종 계측시간에 도달한 경우, 상기 저장된 데이터를 LED/문자 표시구동부와 근거리 무선통신 모듈로 전송하는 제11 단계를 포함하며, 또한, 상기 근거리 무선통신 모듈로 전송된 데이터를 연약지반 현장단말 및 원격관리 서버에서 수신하여 모니터링 하는 제12 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반 개량 성토구역 내의 토층 침하량을 계측하는 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 연약지반 상에 성토가 추가될 경우, 상기 지지용 강관은 커넥터 혹은 커플링에 의해 수직으로 확장 가능하며 상기 메모리에 저장된 데이터를 재설정하고, 전술한 제3 단계 내지 제12 단계를 반복하여 수행하는 제13 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 방법에 따르면 다음 과 같은 효과를 기대할 수 있다.

연약층 변위계측장치와 하나 이상의 지표 침하판을 매칭시켜 계측된 성토층 침하량 변위 데이터를 LED/문자 디스플레이부로 표시하며, 근거리 무선통신 모듈을 통해 현장단말과 원격관리 서버로 전송함으로써,

(1) 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역별 토층 침하량을 동시다발적으로 정밀하게 자동계측이 가능하다.

(2) 실시간으로 전송되는 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역별 토층 침하량 데이터를 현장단말 또는 원격관리 서버를 통해 모니터링이 가능하므로, 추가성토량의 예측과 공사기간을 단축하고 계측 근무자의 현장 상주 및 출장과 같은 계측비용을 크게 절감할 수 있다.

(3) 종래의 기술은 부동지반과 연약지반을 달리하여 계측장비와 지표 침하판을 설치함으로써 계측장비의 설치가 번거롭고 측정 오차율이 높은 반면에, 본 발명은 연약지반 성토구역에 계측장비와 지표 침하판을 직접 설치함으로써 종래 기술의 문제점을 극복할 수 있는 독특한 효과를 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 통상의 연약지반에서의 성토에 따른 측방유동에 의한 침하 및 융기 현상을 설명하기 위한 도면, 도 2는 토목 공사 현장에서 널리 사용되는 지반 침하량을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면, 도 3은 종래 기술의 연약지반 계측 시스템을 개략적으로 나타낸 도면, 도 4는 종래 기술의 엔코더를 이용한 지반 침하량 자동측정장치를 나타낸 도면, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템을 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역에 설치된 모습을 나타낸 도면, 도 6은 상기 도 5에 대한 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역에 설치된 다른 모습을 나타낸 도면, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템에 대한 연약층 변위계측장치를 나타낸 블록도, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 방법에 대한 흐름도, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도 및 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 근거리 무선통신 모듈을 나타낸 블록도를 각각 나타낸다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약 지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템의 핵심 기술적 구성은, 기본적으로 지지용 강관(100), 연약층 변위계측장치(200), LED/문자 디스플레이부(270), 하나 이상의 지표 침하판(300), 현장단말(400), 원격관리 서버(500)로 이루어진다.

먼저, 도 5 및 도 6을 참조하여, 상기 지지용 강관(100)은, 연약층 변위계측장치들을 체결하기 위한 지지수단으로, 연약지반 및 상기 연약지반 성토구역(10)내의 부동 지반층(14)까지 매설되어 지상에서 성토되는 토층의 높이에 따라 수직으로 확장가능 하도록 일정한 길이 및 규격을 갖는다.

또한, 상기 지지용 강관(100)은, 상기 연약지반 상에 추가로 성토될 경우, 상기 지지용 강관(100)은 커넥터(connector) 혹은 커플링(coupling)에 의해 수직으로 확장 가능하도록 제작된다.

여기서 본 발명의 실시예에 따른 상기 연약층 변위계측장치(200)와 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)간의 연약지반 개량 성토구역 내의 토층 침하량을 산정하는 방법을 설명한다.

상기 지지용 강관(100)의 중간부분에 체결된 상기 연약층 변위계측장치(200)와 상기 연약층 변위계측장치(200)를 중심으로 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)이 연약지반 개량 성토구역 내에 설치된다. 또한, 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)에는 상기 연약층 변위계측장치(200)의 침하량 센싱부(230)에서 송출되는 신호들(예를 들어, RF, 레이저, 적외선, 초음파 중 어느 하나의 신호)을 수신하여 피드백시키는 반사판(310)을 구비하며, 상기 반사판(310)은 상기 하나 이상의 침하 판(300)의 상부면에 장착(도 5 참조)되거나 일정한 높이의 수직파이프 상에 장착(도 6 참조)될 수 있다.

이때, 상기 연약층 변위계측장치(200)와 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)간의 초기 위치값(h1=a1)은, 사용자가 상기 연약층 변위계측장치(200)와 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)을 1:1로 매칭시켜 측량한 값으로 높이(a1)와 거리(b1)에 대한 빗변의 길이(r1)를 갖는다,

또한, 설정된 계측시간 동안의 연약지반 개량 성토구역 내의 검출된 토층 침하량의 변위값(h2=a1')은, 높이(a1')와 거리(b1')에 대한 빗변의 길이(r1')을 갖는다.

즉, r1² = a1²+b1² 및 r1'² = a1'²+b1'²로 하는 수학식이 성립되고, 상기 수학식으로부터 a1=h1 및 a1'=h2 값을 산출한다.

이와 같은 수학식에 의한 연약지반의 토층 침하량 변위값 측정은, 상기 연약층 변위계측장치(200)와 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)간에는 90° 각도가 유지되어야 하므로, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술(도 5의 A 참조)처럼 부동지반과 연약지반을 달리하여 변위계측장치와 지표 침하판을 설치하는 것이 아니라, 연약층 변위계측장치와 지표 침하판을 함께 연약지반 성토구역 내에 설치한다.

따라서 본 발명에서는 연약지반 개량 성토구역별로 실제 침하된 토층의 침하 량 자동계측을 위하여 상기 산출된 값에 근거한 RF, 레이저, 적외선, 초음파 중 어느 하나의 신호를 선택하고 이용하여 계측하며, 후술하는 기술적 구성수단들에 의해 자동계측 할 수 있게 되는 것이다.

도 7을 참조하여, 상기 연약층 변위계측장치(200)는, 연약지반 및 연약지반 개량 토층의 침하량 변위를 자동으로 계측하기 위한 수단으로, 제어부(210), 기준값 설정부(220), 침하량 센싱부(230), 침하량 산정부(240), 메모리(250), LED/문자 표시구동부(260), 근거리 무선통신 모듈(280) 및 무선 안테나(281), 배터리(600)를 포함한다.

여기서 상기 연약층 변위계측장치(200)는, 상기 지지용 강관(100)의 중간부분에 체결되어 본 발명의 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템 전체를 제어하며, 기설정된 계측 시간마다 상기 침하량 센싱부(230)로부터 검출된 데이터에 따라 연약지반 및 상기 연약지반 개량 토층의 침하로 인한 토층 침하량의 변위를 산정하고, 분석 저장된 데이터를 LED/문자 디스플레이부(270)와 근거리 무선통신 모듈(280)로 전송하도록 제어한다.

또한, 상기 연약층 변위계측장치(200)와 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)간에는 현장사정을 고려한 측량에 의해 초기 위치값이 설정되며, 상기 연약층 변위계측장치(200)는 상기 침하량 센싱부(230)에 의해 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역별로 검출된 토층 침하량의 변위를 기설정된 초기 위치값의 차이에 근거하여 기설정된 계측시간마다 자동으로 계측되도록 한다.

여기서, 현장사정이란, 상기 연약층 변위계측장치(200)와 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)의 설치에 따른 자체 중량 및 크기와 이들 상호간의 매칭에 따른 초기 위치값의 측량 오차율 등을 말하며, 오차율을 최대한 줄이기 위해서는 연약지반 및 성토체에 대한 다양한 실험데이터를 사전에 확보하여 두는 것으로 한다.

또한, 상기 연약층 변위계측장치(200)는, 침하량 센싱부(230)로부터 검출된 검출값을 상기 연약층 변위계측장치(200)와 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)간의 설정된 초기 위치값을 감산처리하고, 상기 감산값을 기설정값에 매칭시켜 상기 토층 침하량의 변위를 1mm ~ 1cm 단위로 산정되도록 한다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템에 대한 연약층 변위계측장치(200)의 세부 구성을 설명한다.

먼저, 상기 제어부(210)는, 상기 연약층 변위계측장치(200) 전반을 제어하며, 상기 기준값 설정부(220)의 기준값 설정, 상기 침하량 센싱부의 선택, 상기 침하량 산정부(240)의 침하량 연산, 상기 메모리(250)의 데이터 저장, 상기 LED/문자 표시구동부(260)의 구동신호, 상기 근거리 무선통신 모듈(280) 및 송수신 안테나(281)로 계측된 침하량 데이터를 전송하도록 각각 제어명령을 하달한다.

상기 기준값 설정부(220)는, 현장사정을 고려한 측량에 의해 결정된 상기 연약층 변위계측장치(200)와 상기 지표 침하판(300)간의 초기 위치값을 입력하고, 상기 계측시간 간격 및 최종 계측시간을 설정한다.

여기서, 상기 초기 위치값은, 공지된 도 5의 A와 같이, 상기 지표 침하판(10)을 이용한 수준 측량에 의해서 초기 위치값을 획득할 수가 있다. 본 발명에서는 진보된 전자장치인 연약층 변위계측장치를 사용함으로써 더욱 용이하게 측량 가능하도록 구성하였다.

상기 침하량 센싱부(230)는, 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역 내에 설치된 복수개의 지표 침하판(300)으로부터 토층의 침하량을 검출하기 위한 수단으로, 상기 다수개의 지표 침하판(300)과 사전에 매칭시킨 후, 계측 설정시간 동안 주기적인 교신을 통해 연약지반의 개량 토층의 침하량을 검출한다.

여기서, 상기 침하량 센싱부(230)는, 상기 지표 침하판(300)에 RF, 레이저, 적외선, 초음파 중 어느 하나의 신호를 상기 지표 침하판(300)으로 송출하며, 이때 상기 지표 침하판(300)은 상기 침하량 센싱부(230)의 신호를 받아 반사판(310)을 통해 피드백시킴으로써 설정된 계측시간 동안 주기적으로 교신하여 침하량을 검출한다.

또한, 상기 침하량 센싱부(230)는 상기 선택된 어느 하나의 신호를 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)으로 송출이 가능하도록 360° 써클(circle) 모양으로 형성시키는 것으로 한다.

상기 침하량 산정부(240)는, 연약지반의 토층 침하량을 산정하는 수단으로, 상기 침하량 센싱부(230)로부터 검출된 데이터를 상기 기준값 설정부(220)의 초기 위치값과 감산 처리하여 기설정값과 매칭시켜 연약지반 개량 성토구역내의 토층 침하량의 변위를 연산 처리하는 수단이다.

상기 메모리(250)는, 상기 연약층 변위계측장치에 입력된 기준값 및 초기 위치값, 상기 설정된 계측시간 간격과 최종 계측시간 및 상기 토층 침하량의 변위 데이터를 저장한다.

여기서 상기 메모리(250)는, 연약지반 상에 추가로 성토될 경우, 상기 지지용 강관(100)은 커넥터 혹은 커플링에 의해 수직으로 확장되며, 상기 확장된 지지용 강관(100)의 변동된 높이를 고려하여 상기 메모리(250)에 저장된 데이터를 재설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 LED/문자 표시구동부(260)는, 상기 메모리(250)에 저장된 데이터를 현장에서 즉시 확인 가능하도록 LED/문자디스플레이부(270)를 구동시키기 위한 수단으로 상기 제어부(210)의 명령을 수행한다.

상기 근거리 무선통신 모듈(280) 및 무선 안테나(281)는, 상기 메모리(250)에 저장된 침하량 데이터를 현장단말(400) 및 원격관리 서버(500)로 전송하기 위한 수단으로, 통신방식으로는 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth), 적외선 통신장치(IrDA) 및 UWB(Ultra-wideband) 중에서 어느 하나가 선택되는 것으로 한다.

본 발명의 실시예에서 근거리 무선통신 모듈(280)을 사용하는데, 종래의 기술에 따른 GPS의 경우, 측정 오차가 크기 때문에 연약지반에서 요구되는 허용오차를 만족하기 어렵다. 예를 들면, GPS를 이용할 경우, 수 m의 오차가 발생하게 되는데, 연약지반에서 요구되는 허용오차는 mm 단위이기 때문에, 상대적으로 허용오차를 감소시킬 수 있는 근거리 무선통신 모듈(280)을 사용하게 된다.

여기서, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템에 대한 근거리 무선통신 모듈(280)인 지그비의 특징 및 그 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

먼저, 근거리 무선통신 모듈(280)인 지그비의 특징은, 첫째, 블루투스가 주파수 도약 스펙트럼 확산 방식(Frequency-Hopping Spread Spectrum)을 사용하여 720kbps의 망 접속 데이터를 전송하는 반면, 지그비는 128kbps의 망 접속 데이터를 전송하는 점, 둘째, 8비트 연산용 컨트롤러에서 32KB 미만의 메모리 리소스를 차지하는 간단한 통신 스택을 처리하는 점, 셋째, 신속하게 연결되어 간단한 스택 통신을 처리한 후 절전모드로 복귀될 수 있으므로 베터리 수명이 길게 유지될 수 있는 점, 넷째, 수천 개의 클라이언트 및 수만 개의 노드를 구성할 수 있는 점 등을 들 수 있다. 이러한 지그비 기술은 수십 m 내지 최대 수 km의 통신 거리상에서 250kbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있고, 다양한 네트워크 토폴리지를 형성하여 수만 개의 기기를 연결할 수 있으며, 소비 전력이 작다는 특징(참고로, AA 알카라인 건전지 2개로 수개월에서 수년까지 사용할 수 있음)을 가질 수 있다.

다음은 근거리 무선통신 모듈(280)인 지그비의 기술적 구성은, 무선 안테나(281), RF 수신부(282), 위상동기회로(PLL; Phase Locked Loop)(283), 전력제어회로(284), RF 송신부(285), MAC 처리부(286) 및 모듈 제어부(287)를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근거리 무선통신 모듈(280)인 지그비는, 무선으로 통신할 수 있는 통신 방법을 기반으로 하여 다른 근거리 무선통신 모듈과 통신하는 역할을 수행하며, 통신 시에는 근거리 무선통신 모듈 각각의 위치 정보를 기반으로 하여 통신해야 한다. 또한, 근거리 무선통신 모듈의 상위 시스템인 연약층 변위계측장치(200) 또는 현장단말(400) 및 원격관리 서버(500) 간에 근거리 무선통신 모듈을 통하여 정보의 전달이 가능하여야 한다.

상기 RF 수신부(282)와 RF 송신부(285)는, 증폭기, 필터 등을 구비하여 해당대역의 주파수 신호를 처리하는데, 위상동기회로(283)는 RF 수신부(282)와 RF 송신부(285)가 중간 주파수 신호를 합성하도록 기준 주파수 신호를 제공하고, 전력제어회로(284)는 수신 신호의 세기를 판별하여 송신 전력량을 조정하는 기능을 수행한다. 이때, IEEE 802.15.4 표준은 2가지 종류(2.4 GHz, 866/915 MHz)의 PHY 계층을 정의하며, 2.4 GHz 대역에는 16채널, 902 MHz 내지 928 MHz 대역에서는 10채널, 868 MHz 내지 870 MHz 대역에는 1개 채널이 할당된다.

상기 RF 수신부(282)와 RF 송신부(285)는, DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)를 이용하며, 2.4 GHz 대역의 경우, 32 PN 코드 길이의 O-QPSK(Offset-Quadrature Phase-Shift Keying) 변조 방식이 사용되고, 1 GHz 이하 대역의 경우 15 PN 코드 길이의 BPSK(Binary Phase-Shift Keying) 변조 방식이 이용된다.

이와 같이 아날로그 신호가 처리되면, 상기 RF 수신부(282)와 RF 송신부(285)는 베이스밴드 영역의 디지털 신호를 처리하는데, RF 수신부(282)의 경우 디지털 신호의 동기화(Synchronization), 역확산(Despreading), 복조(Demodulation), 디지털 필터링 등을 처리하고, RF 송신부(285)의 경우 확산, 신호 정형(Pulse Shaping) 등을 처리한다. 이때, BPSK 변조 방식이 사용되는 경우, RF 수신부(282)와 RF 송신부(285)가 구성하는 베이스밴드 처리 경로(Path)는 하나 로 통합 구현가능 하다.

상기 MAC(Media Access Controller) 처리부(286)는, PHY 계층의 디지털 처리가 끝나면, 전송된 데이터 프레임 구조를 해석하여 프레임을 승인하고, 에러를 감지하여 (Error Detection; CRC 또는 Checksum을 통하여 감지함) 재전송 여부를 결정하며, 패킷 라우팅을 처리한다.

즉, 상기 MAC 처리부(286)는 초기의 하드웨어적 네트워크 연결을 처리하는 구성부로서, 시간 동기를 위한 비콘 및 GTS(Guaranteed Time Slot; 충돌/지연 방지를 가능케 함)와 관련된 부가적 프레임 구조를 제공하며, CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방식으로 채널 접속을 처리한다.

상기 모듈 제어부(287)는, 나머지 MAC 계층의 기능(상기 MAC 처리부(Hardware-MAC)와 대응하여 "Software-MAC"이라 함), 네트워크 계층의 기능, 프레임워크 계층의 기능을 수행하여 네트워크 토폴로지를 구성하고, 응용 계층의 기능을 수행하여 소정의 데이터를 전송할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 근거리 무선통신 모듈(280)인 지그비는, 유/무선 통신모듈(미도시)을 추가로 포함하여 현장 단말과 유/무선으로 통신할 수 있다. 또한, 상기 유/무선 통신모듈은 근거리 무선통신 모듈(280)의 최초 위치 정보 입력 시에 사용될 수 있다.

또한, 상기 근거리 무선통신 모듈(280)인 지그비는, 자가진단 모듈(도시되지 않음)을 추가로 포함함으로써, 무선통신 모듈의 상태를 점검하여 현장 단말에게 전송할 수 있다. 여기서, 상기 무선 안테나(281)는 다이폴 안테나로 구현될 수 있다.

도 8을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 연약지반 개량 성토구역 내의 토층 침하량을 계측하는 방법은,

먼저, 상기 연약지반 개량 성토구역 내의 부동 지반층(14)까지 확장 매설된일정한 규격을 갖는 지지용 강관(100)에 연약층 변위계측장치(200)를 체결한다(S110).

다음으로, 상기 연약층 변위계측장치(200)를 중심으로 일정거리 이상 이격되며 개량된 연약지반 성토구역별로 하나 이상의 지표 침하판(300)을 설치한다(S120).

다음으로, 상기 연약층 변위계측장치(200) 및 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)간의 현장사정을 고려한 초기 위치값을 측량에 의해 설정한다(S130).

다음으로, 상기 하나 이상의 지표 침하판(300)에 대한 토층 침하량 변위 계측시간 간격을 설정한다(S140).

다음으로, 상기 계측시간, 예를 들면, 1시간이 경과하였는지 확인하고(S150), 상기 연약층 변위계측장치(200)가 상기 하나 이상의 지표 침하판(300) 각각의 계측시간마다 토층 침하량 변위를 검출한다(S160).

다음으로, 상기 연약지반의 성토구역별로 검출된 토층 침하량 변위를 기설정된 초기 위치값의 차이에 근거하여 계측시간마다 자동으로 계측한다(S170).

다음으로, 상기 연약지반의 성토구역별로 자동계측 된 데이터를 분석하여 메모리(250)에 저장한다(S180).

다음으로, 최종 계측시간에 도달하였는지 확인하고(S190), 최종 계측시간에 도달하지 않은 경우, 전술한 S150 내지 S180 단계를 반복하여 수행한다.

또한, 상기 확인단계(S190)에서 최종 계측시간에 도달한 경우, 상기 저장된 데이터를 LED/문자 표시구동부(260)와 근거리 무선통신 모듈(280)로 전송한다(S200).

다음으로, 상기 근거리 무선통신 모듈(280)로 전송된 데이터를 연약지반 현장단말(400) 및 원격관리 서버(500)에서 수신하여 모니터링 한다(S210).

또한, 상기 연약지반 상에 성토지반이 추가로 성토될 경우, 상기 지지용 강관(100)은 커넥터 혹은 커플링에 의해 수직으로 확장 가능하며 상기 메모리(250)에 저장된 데이터를 재설정하고, 전술한 S130 내지 S210 단계를 반복하여 수행한다(S220).

다시 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템에 대한 LED/문자 디스플레이부(270)를 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 따른 상기 LED/문자 디스플레이부(270)는, 상기 침하량 센싱부(230)에 의해 검출된 침하량 데이터를 현장 근무자가 즉시 확인 가능하도록 LED램프 점등 및 문자, 숫자로 표시하는 수단이다.

또한, LED/문자 디스플레이부(270)는, 상기 지지용 강관(100)의 상부측에 2개의 지지용 가로쇠와 1개의 버팀줄 고리에 의해 체결되며, 한쪽에는 LED디스플레이부(270a)를, 타측에는 문자디스플레이부(270b)가 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, LED/문자 디스플레이부(270)는, 다수개의 LED램프로 구성되며 상기 다수개의 LED램프의 상부 일단에는 상기 연약층 변위계측제어장치(200)와 상기 지표 침하판(300)간의 초기 위치값이 녹색(G)으로 점등되고 상기 상부 일단 이후부터는 상기 연약층변위계측장치(200)에 의한 토층 침하량을 빨간색(R)으로 점등되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 LED램프는 다수개의 열과 행으로 구성하며, 하나의 열 간격은 계측된 연약지반의 토층 침하량이 1mm ~ 1cm 변위 단위인 것을 특징으로 한다.

또한, LED/문자 디스플레이부(270)는, 통상적인 LCD, PDP, LED 중에 어느 하나가 선택되며, 계측일자, 현재일자, 성토표고, 침하표고, 현재표고의 내용을 표시하는 것을 특징으로 한다.

또한, LED/문자 디스플레이부(270)는, 연약지반 및 상기 연약지반 성토구역 내의 복수개의 지표 침하판(300)에 대한 토층 침하량 변위를 나타낼 경우 상기 지표 침하판(300) 설치 개수만큼 화면을 분할하여 표시되는 것을 특징으로 한다.

상기 배터리(600)는, 상기 연약층 변위계측제어장치(200)의 전자소자와 상기 LED/문자 디스플레이부(270)에 전원을 공급하며 충전이 가능하다.

상기 지표 침하판(300)은, 상기 침하량 센싱부(230)와 연동하는 일종의 센서수단으로, 상기 지지용 강관(100)을 중심으로 상기 연약지반의 개량성토 구역상에 하나 또는 다수개로 설치되며, 상기 침하량 센싱부(230)부터 송출된 RF, 레이저, 적외선, 초음파 중 어느 하나의 신호를 반사판(310)을 통해 피드백시킴으로써 상기 침하량 센싱부(230)가 토층의 침하량을 주기적으로 검출할 수 있도록 한다.

도 8을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템에 대한 현장단말(400) 및 원격관리 서버(500)를 설명한다.

먼저, 현장단말(400)은, 상기 연약층 변위계측장치(200)에 유선 또는 무선으로 연결되어 토층 침하량 변위 데이터를 현장 근무자가 수신하여 분석하는 수단으로, 상기 연약층 변위계측장치(200)의 I/O 인터페이스(미도시)에 유선 또는 무선으로 연결되거나, 상기 연약층 변위계측장치(200)의 근거리 무선통신 모듈(280)에 무선으로 연결되며, 상기 자동으로 계측되는 토층 침하량 변위 데이터를 수신하여 사무실 근무자가 모니터링 할 수 있도록 한다. 이때, 상기 연약층 변위계측장치(200)가 토층 침하량을 분석할 수 있지만, 연약지반 현장단말(400)이 토층 침하량을 분석할 수도 있다.

또한, 원격관리 서버(500)는, 무선모뎀(상기 근거리 무선통신 모듈) 등을 사용하여 상기 현장단말(400)과 무선으로 연결되어 상기 토층 침하량 변위 데이터를 포함하는 계측데이터를 원격 관리할 수 있다. 따라서 종래에는 토층 침하량을 자동 계측하지 못하였지만, 본 발명의 실시예에서는 침하량 센싱부(230)로부터 실시간으로 검출된 침하량 데이터를 자동 계측함으로써, 원격 관리가 용이해진다 .

이와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 방법은, 연약지반 및 상기 연약지반 성토구역(10)내의 부동 지반층(14)까지 매설되는 일정한 길이 및 규격을 갖는 지지용 강관(100)을 수직으로 설치하는 단계와, 상기 지지용 강관(100)에 연약층 변위계측장치(200)와 LED/문자 디스플레이부(270)를 체결하는 단계와, 상기 연약층 변위계측장치(200)를 중심으로 연약지반 성토구역(10)내의 복수개의 지표 침하판(300)을 매칭시켜 침하량을 검출하는 단계와, 상기 검출된 데이터를 연약층 변위계측장치(200)에서 산정하는 단계와, 상기 산정된 데이터를 상기 LED/문자 디스플레이부(270)에 표시하고 근거리 무선통신 모듈(280)로 전송하는 단계를 포함하며, 이를 현장단말(400) 및 원격관리 서버(500)에서 수신하는 단계 및 최종 계측시간 도달여부에 따라 자동계측을 반복수행하는 단계를 더 포함함으로써, 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역별 토층 침하량을 자동으로 계측하여 현장 또는 원격지에서 실시간으로 모니터링 가능하도록 한 것에 그 특징이 있다.

이상의 설명은, 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 통상의 연약지반에서의 성토에 따른 측방유동에 의한 침하 및 융기 현상을 설명하기 위한 도면.

도 2는 토목 공사 현장에서 널리 사용되는 지반 침하량을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 3은 종래 기술의 연약지반 계측 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.

도 4는 종래 기술의 엔코더를 이용한 지반 침하량 자동측정장치를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템을 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역에 설치된 모습을 나타낸 도면.

도 6은 상기 도 5에 대한 연약지반 및 상기 연약지반 개량 성토구역에 설치된 다른 모습을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템에 대한 연약층 변위계측장치를 나타낸 블록도.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 방법에 대한 흐름도.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연약지반 개량에 따른 토층 침하량 자동계측 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 근거리 무선통신 모듈을 나타낸 블록도.

< 도면부호의 간단한 설명 >

100 : 지지용 강관 200 : 연약층 변위계측장치

210 : 제어부 220 : 기준값 설정부

230 : 침하량 센싱부 240 : 침하량 산정부

250 : 메모리 260 : LED/문자 표시구동부

270 : LED/문자 디스플레이브 270a : LED 디스플레이부

270b : 문자 디스플레이부 271 : 초기 설정값

272 : 침하량 변위값 280 : 근거리 무선통신 모듈

281 : 무선 안테나 282 : RF수신부

283 : 위상동기회로 284 : 전력제어회로

285 : RF송신부 286 : MAC처리부

287 : 모듈제어부 300 : 지표 침하판

400 : 현장단말 500 : 원격관리 서버

Claims

연약지반 개량 성토구역 내의 토층 침하량을 계측하는 방법에 있어서,

상기 연약지반 개량 성토구역 내의 부동 지반층까지 확장 매설되는 일정한 규격을 갖는 지지용 강관에 연약층 변위계측장치를 체결하는 제1 단계와;

상기 연약층 변위계측장치를 중심으로 일정거리 이상 이격되며 개량된 연약지반 성토구역별로 하나 이상의 지표 침하판을 설치하는 제2 단계와;

상기 연약층 변위계측장치 및 상기 하나 이상의 지표 침하판간의 현장사정을 고려한 초기 위치값을 측량에 의해 설정하는 제3 단계와;

상기 하나 이상의 지표 침하판에 대한 토층 침하량 변위 계측시간 간격을 설정하는 제4 단계와;

상기 계측시간이 1시간 경과하였는지 확인하는 제5 단계 및 상기 연약층 변위계측장치(200)가 상기 하나 이상의 지표 침하판 각각의 계측시간마다 토층 침하량 변위를 검출하는 제6 단계와;

상기 연약지반의 성토구역별로 검출된 토층 침하량 변위를 기설정된 초기 위치값의 차이에 근거하여 기설정된 계측시간마다 자동으로 계측하는 제7 단계와;

상기 연약지반의 성토구역별로 자동계측 된 데이터를 분석하여 메모리에 저장하는 제8 단계와;

상기 제8 단계 이후, 최종 계측시간에 도달하였는지 확인하는 제9 단계와;

상기 제9 단계에서 최종 계측시간에 도달하지 않은 경우, 전술한 제5 단계 내지 제8 단계를 반복하여 수행하는 제 10단계 및;

최종 계측시간에 도달한 경우, 상기 저장된 데이터를 LED/문자 표시구동부와 근거리 무선통신 모듈로 전송하는 제11 단계를 포함하며,

또한, 상기 근거리 무선통신 모듈로 전송된 데이터를 연약지반 현장단말 및 원격관리 서버에서 수신하여 모니터링 하는 제12 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반 개량 성토구역 내의 토층 침하량을 계측하는 방법.
제1 항에 있어서, 상기 연약지반 상에 성토가 추가될 경우, 상기 지지용 강관은 커넥터 혹은 커플링에 의해 수직으로 확장 가능하며 상기 메모리에 저장된 데이터를 재설정하고, 전술한 제3 단계 내지 제12 단계를 반복하여 수행하는 제13 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반 개량 성토구역 내의 토층 침하량을 계측하는 방법.