KR100989630B1 - 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험장치 및 이를 이용한 모의 실험방법 - Google Patents

그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험장치 및 이를 이용한 모의 실험방법 Download PDF

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이명재
유홍남
허갑수
손승현
김정한
전재우
이충렬
이문곤
김상식
오봉환
김영욱
박지호
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(주) 도담이앤씨종합건축사사무소
명지대학교 산학협력단
(주)티섹
(주)대우건설
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Abstract

본 발명은 그라우트체의 주면마찰력을 현장 여건을 모사한 모의 실험을 통해 측정할 수 있도록 함으로써, 실제 시공 및 현장 측정에 따른 비용 및 인력, 시간 등의 부담 및 제약에서 자유로울 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은, 그라우트체가 채워지는 주면마찰력 측정용 몰드와,
상기 몰드 내부로 그라우트액을 주입하는 주입기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험장치 및 이를 이용한 모의 실험방법을 제공한다.

Description

그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험장치 및 이를 이용한 모의 실험방법{simulation apparatus for measuring pillar side frictional force of grout and simulation method using the same}
본 발명은 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 것으로서, 더욱 상세하게는 그라우트체의 주면마찰력을 현장에서 실제 시공하지 않고도 실내 등에서 현장 여건을 모사한 모의 실험을 통해 측정할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 그라우트는 토목공사에서 누수방지 공사나 토질 안정 등을 위하여 지반의 갈라진 틈, 공동 등에 충전재를 주입하는 것으로서, 특히 쏘일네일링 공법, 마이크로파일 공법, 앵커공법 등의 정착부에 충전재를 주입하여 그라우트체를 형성함으로써 그라우트체와 지반과의 주면마찰력에 의해 상기 공법의 지지력을 확보하는 것이다.
이러한 그라우트체의 형성에는 그라우팅을 수행하는 방식에 따라 중력식과 압력식 그라우팅 공법으로 나뉘게 된다.
한편, 상기 중력식 혹은 압력식 그라우팅 공법에 있어서, 그라우트체의 주면마찰력 측정은 현재로서는 실제 현장에서 시공한 후에 인발력을 가하여 측정할 수밖에 없다.
따라서, 그라우트체의 지반과의 주면마찰력을 알기 위해서는 현장 시공이외에는 별다른 방법이 고려되지 않음에 따라, 실제 시공 및 현장 측정에 따른 비용 및 인력, 시간 등의 부담 및 제약이 따르는 실정이다.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그라우트체의 주면마찰력을 현장 여건을 모사한 모의 실험을 통해 측정할 수 있도록 함으로써, 실제 시공 및 현장 측정에 따른 비용 및 인력, 시간 등의 부담 및 제약에서 자유로울 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명은 모의 실험을 통해, 중력식과 압력식 그라우팅의 주면마찰력을 비교함과 아울러, 그라우트의 양생일수에 따른 주면마찰력 및 재령강도의 측정이 이루어지도록 하며, 물-시멘트 비 및 혼화제 첨가율, 양생온도 등의 조건에 따른 주면마찰력 측정 및 압력식 그라우팅에 있어서 주입압력의 크기에 따른 주면마찰력의 측정이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험 장치는, 내부에 그라우트체가 만들어지는 주면마찰력 측정용 몰드와, 상기 몰드 내부로 그라우트체를 형성하기 위한 그라우트액을 주입하는 주입기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험 장치의 다른 형태에 따르면, 내부에 그라우트체가 만들어지는 주면마찰력 측정용 몰드와, 상기 몰드의 그라우트 주입부를 밀폐시키며 그라우트체 주입을 위한 연결관이 형성된 커버체와, 상기 커버체에 형성된 연결관 상에 관로 개폐를 위해 설치되는 밸브와, 상기 연결관 상에 연결되는 그라우트액 공급탱크와, 상기 그라우트액 공급탱크의 그라우트액을 원하는 펌핑 압력으로 몰드 내부로 주입하는 펌프를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모의 실험 방법은, 시멘트와 혼화제 및 물이 교반된 그라우트액을 원통형의 몰드 내부에 가압없이 중력식으로 채워넣는 단계와, 그라우트체의 양생후 내부에 그라우트체가 생성된 몰드를 만능시험기에 투입하는 단계와, 만능시험기를 통해 몰드 내부의 그라우트체에 압축력을 가해 그라우트체를 추출하면서 주면마찰력을 측정하는 단계를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법이 제공된다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 모의 실험 방법에 따르면, 시멘트와 혼화제 및 물이 교반된 그라우트액을 준비하는 단계와, 그라우트액을 원통형의 몰드 내부에 가압하여 채워넣는 단계와, 그라우트체의 양생후 내부에 그라우트체가 생성된 몰드를 만능시험기에 투입하는 단계와, 만능시험기를 통해 몰드 내부의 그라우트체에 압축력을 가해 그라우트체를 추출하면서 주면마찰력을 측정하는 단계를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법이 제공된다.
먼저, 본 발명에 따르면, 암반조건에 따라 거칠기계수(JRC)를 구현하여 상대적으로 간편하게 실험실에서의 측정이 가능하다.
그리고, 본 발명은 중력식과 압력식 그라우팅의 주면마찰력 비교를 통해 압력식 그라우팅의 보강효과와 안전율이 증가되는 장점을 확인할 수 있다.
그리고, 손쉽게 실내실험이 가능하므로 그라우트의 양생일수에 따른 주면마찰력 및 재령강도의 측정이 용이하다.
그리고, 물-시멘트 비(w/c)의 변동에 따른 그라우트의 주면마찰력 측정이 용이하며, 기타, 혼화제 첨가율, 현장여건에 따른 양생온도 등의 조건에 대한 실내실험이 가능하다.
또한, 압력식 그라우팅 실험 시에 주입압력의 크기를 달리한 조건으로 모의 실험하는 것이 가능하다.
도 1a는 본 발명에 적용되는 측정용 몰드를 나타낸 것으로서, 중력식 측정용 몰드를 나타낸 사시도
도 1b는 주면마찰력 측정 실험의 모식도
도 2a 내지 도 2j는 본 발명의 그라우트체 주면마찰력 측정방법을 순차적으로 보여주는 참고도로서, 도 1의 측정용 몰드를 이용한 중력식에 있어서의 모의 실험 순서를 보여주는 참고사진
도 3은 본 발명에 적용되는 또 다른 측정용 몰드를 나타낸 것으로서, 압력식 측정용 몰드를 나타낸 사시도
도 4는 도 3의 압력식 측정용 몰드 및 그에 수반되는 주면마찰력 측정장치의 연결 구조를 보여주는 모식도
도 5a 내지 도 5l는 본 발명의 그라우트체 주면마찰력 측정방법을 순차적으로 보여주는 참고도로서, 도 3의 몰드 및 도 4의 장치에 의한 압력식에 있어서의 모의 실험 순서를 보여주는 참고사진
도 6은 본 발명에 적용되는 JRC 거칠기계수를 나타낸 참고도
도 7은 본 발명에 따른 몰드에 의한 중력식 그라우팅과 압력식 그라우팅에 있어서의 주면마찰력 실험 결과를 비교하여 나타낸 그래프
이하, 본 발명의 실시예들에 대해 첨부도면 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예1]
도 1a는 본 발명에 적용되는 측정용 몰드를 나타낸 것으로서, 중력식 측정용 몰드를 나타낸 사시도이고, 도 1b는 주면마찰력 측정 실험의 모식도이며, 도 2a 내지 도 2j는 본 실시예의 중력식 주면마찰력 측정장치에 의한 측정 순서를 보여주는 참고사진이고, 도 6은 JRC 거칠기계수를 나타낸 참고도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험 장치는, 내부에 그라우트체(2)가 만들어지는 주면마찰력 측정용 몰드(1)와, 상기 몰드(1) 내부로 그라우트체(2)를 형성하기 위해 그라우트액(200)을 주입하는 주입기를 포함하여 구성된다. 이때, 측정용 몰드(1) 내면은 원하는 암반조건에 대응하는 거칠기계수(JRC)로 구현된다.
이와 같이 구성된 본 실시 예에 따른 모의 실험 장치를 이용한 그라우트체의 주면마찰력 측정 과정은 다음과 같다.
먼저, 주면마찰력 측정을 위한 측정용 몰드(1) 및 교반기등 실험장치를 준비한 상태에서, 시멘트와 혼화제를 혼합한 다음, 물을 넣고 전동교반기 등으로 교반시킨다.
이어 시멘트와 혼화제 및 물이 교반된 그라우트액(200)을 원통형의 몰드(1) 내부에 가압없이 중력식으로 채워넣어, 시료 제작을 완료한다.
그 후, 그라우트체(2)의 양생이 완료되어 시료 준비가 끝나면 내부에 그라우트체(2)가 생성된 몰드(1)를 만능시험기(6)에 투입하게 된다.
시험을 위한 세팅이 끝나고, 만능시험기(6)를 통해 몰드(1) 내부의 그라우트체(2)에 압축력을 가해 그라우트체(2)를 추출하면서 주면마찰력을 측정하게 된다.
이러한 본 실시 예의 주면마찰력 측정방법은, 측정용 몰드(1) 내면을 암반조건에 대응하는 거칠기계수(JRC)로 구현하여, 실제 현장 여건을 모사하여 그라우트체(2)의 주면마찰력을 측정하는 것이 가능하며, 손쉽게 실내실험이 가능하므로 그라우트의 양생일수에 따른 주면마찰력 및 재령강도의 측정이 용이하다.
그리고, 물-시멘트 비(w/c)의 변동에 따른 그라우트의 주면마찰력 측정이 용이하며, 기타 혼화제 첨가율, 현장여건에 따른 양생온도 등의 조건에 대한 실내실험이 가능하다.
[실시예2]
도 3은 본 발명에 적용되는 압력식 측정용 몰드를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 압력식 측정용 몰드 및 그에 수반되는 주면마찰력 측정장치의 연결 구조를 보여주는 모식도이며, 도 5a 내지 도 5l은 본 실시예의 그라우트체 주면마찰력 측정장치를 이용한 측정 순서를 보여주는 참고사진이고, 도 6은 JRC 거칠기계수를 나타낸 참고도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험 장치는, 내부에 그라우트체가 만들어지는 주면마찰력 측정용 몰드(1)와, 상기 몰드(1)의 그라우트 주입부를 밀폐하게 되며 그라우트액 주입을 위한 연결관(31)이 형성되는 커버체(3)와, 상기 연결관(31) 상에 관로 개폐를 위해 설치되는 밸브(32)와, 상기 연결관(31)을 통해 몰드(1) 내부로 그라우트액(200)을 공급하도록 설치되는 그라우트액 공급탱크(4)와, 상기 그라우트액 공급탱크(4)의 그라우트액을 원하는 펌핑 압력으로 몰드(1) 내부로 주입하는 펌프(5)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 커버체(3)는 몰드(1)의 주입측 및 배출측 양측에 설치될 수 있다. 본 실시예 역시, 측정용 몰드(1) 내면은 원하는 암반조건에 대응하는 거칠기계수(JRC)로 구현된다.
이와 같이 구성된 본 실시 예에 따른 모의 실험 장치를 이용한 그라우트체의 주면마찰력 측정 과정은 다음과 같다.
먼저, 주면마찰력 측정을 위한 측정용 몰드(1) 및 그라우트액 공급탱크(4), 펌프(5) 등 실험장치를 준비하는 한편, 시멘트와 혼화제 및 물이 교반된 그라우트액(200)을 준비하여 그라우트액 공급탱크(4)에 채운다.
그리고, 측정용 몰드(1)의 연결관(31)에 그라우트액 공급관을 연결한 다음, 펌프(5)를 작동시켜 그라우트액 공급탱크(4)의 그라우트액(200)이 측정용 몰드(1) 내부에 채워지도록 한 다음, 배출측 밸브(32)를 닫아 측정용 몰드(1) 내부에 일정한 압력이 유지되도록 한 다음, 주입측의 밸브(32)를 닫는다.
그 후, 상기 몰드(1) 내부에 가압 상태로 채워진 그라우트액의 양생이 완료되도록 기다린 다음, 양생이 완료되어 주면마찰력 측정을 위한 시료 준비가 끝나면 시료(즉, 그라우트체(2)가 생성된 몰드)를 만능시험기(6)에 투입하여 세팅하게 된다.
세팅이 끝나고 나면 만능시험기(6)를 작동시켜 몰드(1) 내부의 그라우트체(2)에 압축력을 가해 그라우트체(2)를 추출하면서 주면마찰력을 측정하게 된다.
이와 같은 압력식으로 생성된 그라우트체(2)에 대한 주면마찰력을 측정하는 본 실시예에 따르면, 전술한 중력식에 있어서의 그라우트체의 주면마찰력 값과의 비교가 가능해진다.
또한, 그라우트액의 주입압력의 크기를 달리하면서 주면마찰력의 크기를 측정하는 모의 실험이 가능하다.
그리고, 본 실시 예의 주면마찰력 측정방법 역시, 측정용 몰드(1) 내면을 암반조건에 대응하는 거칠기계수(JRC)로 구현하여, 실제 현장 여건을 모사하여 그라우트체(2)의 주면마찰력을 측정하는 것이 가능하며, 손쉽게 실내실험이 가능하므로 그라우트의 양생일수에 따른 주면마찰력 및 재령강도의 측정이 용이하다.
또한, 본 실시예에서도 물-시멘트 비(w/c)의 변동에 따른 그라우트의 주면마찰력 측정이 용이하며, 기타 혼화제 첨가율, 현장여건에 따른 양생온도 등의 조건에 대한 실내실험이 가능하다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 몰드(1)에 의한 중력식 그라우팅과 압력식 그라우팅에 있어서의 주면마찰력 실험 결과를 비교하여 나타낸 그래프로서, 압력식 시료가 중력식 시료보다 응력-변형율 곡선상에서 응력이 크게 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 압력식 그라우팅이 중력식에 비해서 주면마찰력이 더 증가하게 됨을 알 수 있다.
따라서, 압력식의 경우 파일 설치간격이 조정됨으로써 파일공수 감소가 가능하고, 3~6회 반복 주입에 따른 공동 발생 및 충진 불량 등의 문제점을 지닌 중력식 보다 1회의 압력 그라우팅만으로 보강 성능이 향상되고 효율성이 증가하게 됨을 알 수 있다.
압력식 그라우팅은 토사지반에서 압력으로 인한 유효경 증가에 따른 부착력 증가 등의 보강효과가 향상되어 중력식 그라우팅에 비하여 전체적인 안전율이 증가되는 장점이 있는데, 본 발명에서는 현장여건을 모사할 수 있도록 특수 제작된 몰드(1)를 이용하여 상대적으로 간편한 실험을 통해 암반에서의 압력식 그라우팅 효과를 증명할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 현장 여건을 모사하여 실험실 차원에서 주면마찰력 크기를 손쉽게 측정함으로써 실제 시공 및 현장 측정에 따른 비용 및 인력, 시간 등의 부담 및 제약에서 자유로울 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한 여러 가지 다양한 형태로 변형 및 수정될 수 있음은 물론이다. 즉, 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
본 발명은 그라우트체의 주면마찰력을 현장 여건을 모사한 모의 실험을 통해 상대적으로 간편하게 측정할 수 있도록 함으로써, 실제 시공 및 현장 측정에 따른 비용 및 인력, 시간 등의 부담 및 제약에서 자유로울 수 있다.
또한, 본 발명은 모의 실험을 통해, 중력식과 압력식 그라우팅의 주면마찰력을 비교함에 있어, 그라우트의 양생일수에 따른 주면마찰력 및 재령강도의 측정, 물-시멘트 비 및 혼화제 첨가율, 양생온도, 압력식 그라우팅에 있어서 주입압력 등 조건의 변화에 따른 주면마찰력의 측정이 용이하게 이루어질 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높은 발명이다.
1: 몰드 2: 그라우트체
200: 그라우트액 3: 커버체
31: 연결관 32: 밸브
4: 그라우트액 공급탱크 5: 펌프
6: 만능시험기

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 시멘트와 혼화제 및 물을 교반하여 그라우트액을 생성하는 단계와;
    그라우트액을 원통형의 몰드 내부에 가압없이 중력식으로 채워넣는 단계와;
    그라우트체의 양생후 몰드 내부에 그라우트체에 압축력을 가해 그라우트체를 추출하면서 주면마찰력을 측정하는 단계;를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법.
  3. 시멘트와 혼화제 및 물을 교반하여 그라우트액을 생성하는 단계와,
    그라우트액을 원통형의 몰드 내부에 가압없이 중력식으로 채워넣는 단계와,
    그라우트체의 양생후 몰드 내부에 그라우트체가 생성된 몰드를 만능시험기에 투입하는 단계와,
    만능시험기를 통해 몰드 내부의 그라우트체에 압축력을 가해 그라우트체를 추출하면서 주면마찰력을 측정하는 단계를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법.
  4. 그라우트체가 채워지는 주면마찰력 측정용 몰드와,
    상기 몰드의 그라우트 주입부를 밀폐시키며 그라우트체 주입을 위한 연결관이 형성된 커버체와,
    상기 커버체에 형성된 연결관 상에 관로 개폐를 위해 설치되는 밸브와,
    상기 연결관 상에 연결되는 그라우트액 공급탱크와,
    상기 그라우트액 공급탱크의 그라우트액을 원하는 펌핑 압력으로 몰드 내부로 주입하는 펌프를 포함하여 구성되되,
    상기 주면마찰력 측정용 몰드의 내면은, 현장 여건을 모사할 수 있는 거칠기계수를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연결관이 형성된 커버체는 몰드의 주입측 및 배출측 양측에 설치됨을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험장치.
  6. 삭제
  7. 시멘트와 혼화제 및 물이 교반된 그라우트액을 준비하는 단계와;
    그라우트액을 원통형의 몰드 내부에 가압하여 채워넣는 단계와;
    그라우트체의 양생후 몰드 내부의 그라우트체에 압축력을 가해 그라우트체를 추출하면서 주면마찰력을 측정하는 단계;를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법.
  8. 시멘트와 혼화제 및 물이 교반된 그라우트액을 준비하는 단계와;
    그라우트액을 원통형의 몰드 내부에 가압하여 채워넣는 단계와;
    그라우트체의 양생후 내부에 그라우트체가 생성된 몰드를 만능시험기에 투입하는 단계와;
    만능시험기를 통해 몰드 내부의 그라우트체에 압축력을 가해 그라우트체를 추출하면서 주면마찰력을 측정하는 단계;를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법.
  9. 제 2 항, 제 3 항, 제 7 항, 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰드 내면에는 암반조건에 따라 거칠기계수(JRC)가 구현됨을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법.
  10. 제 2 항, 제 3 항, 제 7 항, 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰드로 주입된 그라우트액의 양생일수를 달리하는 것을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법.
  11. 제 2 항, 제 3 항, 제 7 항, 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    그라우트액을 이루는 물-시멘트 비(w/c)를 달리하는 것을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법.
  12. 제 2 항, 제 3 항, 제 7 항, 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    그라우트액의 양생 온도를 달리하는 것을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법.
  13. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    그라우트액의 주입압력의 크기를 달리하여 측정하는 것을 특징으로 하는 그라우트체의 주면마찰력 측정을 위한 모의 실험방법.
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