KR101010665B1 - 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치에 관한 것으로 특히, 공지된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서, 상부 철근 구조체에 매설되는 철근의 저부에 연장부를 형성하여 지지력 측정기의 상판을 통해 가력장치가 내설된 상기 지지력 측정기의 내부로 돌출시키되, 상기 철근의 연장부는 지지력 측정기 하판의 보조 원통체에 일체로 절곡 형성시킨 철근 결합편에 천공시킨 구멍에 삽입되도록 설치하고, 상기 가력장치가 내설되는 지지력 측정기의 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽에 시멘트 입자는 통과되지 않고 물 입자만 통과시켜 주는 수개의 필터를 설치한 것을 특징으로 한다.

따라서, 재하시험이 완료된 상태에서도 상판 저부로 돌출된 상부 철근 구조체의 철근 연장부가 하판 보조 원통체의 철근 결합편에 천공한 구멍에서 빠지지 않게 되어 회수물체 인출 안내관을 통해 가력장치들을 회수하고 콘크리트를 타설하게 되면 지지력 측정기의 상판에서 저부로 돌출되게 연장 형성된 철근과 하판 보조 원통체의 철근 결합편이 콘크리트에 의해 일체가 되므로 상부 철근 구조체와 하판에 연결된 하부 철근 구조체가 구조적으로 일체가 되어 인발력에 말뚝이 효과적으로 저항할 수 있게 되고, 또 지하수가 차있는 굴착공에 현장 타설 말뚝을 시공할 때 필터를 통해 밀폐된 상태의 지지력 측정기와 회수물체 인출 안내관의 내부로 깨끗한 지하수만 유입되도록 함으로써 지지력 측정기와 회수물체 인출 안내관를 포함하여 이들과 일체로 결합된 상,하부 철근 구조체가 부력에 의해 부상하는 것을 방지 할 수 있어 굴착공 저면에 이들이 안정적으로 안착되므로 현장 타설 말뚝의 시공을 원활하게 진행시킬 수 있는 것이다.

재하시험, 말뚝, 지지력 측정기, 가력장치, 철근 구조체, 필터

Description

양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치{Method for connecting upper and lower steel structures and for protecting rising of tubes for withdrawal materials in liad tested pile load on both way}

본 발명은 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현장 타설 대구경 콘크리트 말뚝에 실 하중을 가하여 말뚝의 지지력을 측정하는 과정에서 실제 상부구조물이 건설되었을 때의 하중을 재현하기 위해 사용하는 가력장치를 말뚝의 재하시험 완료 후 이를 회수하여 재사용할 수 있도록 구성된 제거식 가력장치를 갖는 말뚝의 재하시험장치에 있어서 말뚝의 양방향 재하시험 후 가력장치를 회수물체 인출 안내관을 통해 상,하판 및 원통체 사이로부터 인출 제거한 다음 그 내부로 콘크리트를 주입하여 타설할 때 상,하부 철근 구조체가 원활히 연결되도록 하여 상판의 저부로 돌출된 철근의 연장부가 하판 보조 원통체의 철근 결합편에 일체가 되도록 하여 지지력 측정기에 의해 분리되어 있는 상부 철근 구조체와 하판에 연결된 하부 철근 구조체가 구조적으로 일체가 되도록 함으로써 인발력에 대해 말뚝이 효과적으로 저항할 수 있게 하고, 또 지지력 측정기와 회수물체 인출 안내관 및 이들과 일체로 결 합된 상,하부 철근 구조체가 지하수가 차있는 굴착공에 투입될 때 지하수로 인한 부력에 의해 부상하지 않고 굴착공 저면에 안정적으로 안착하도록 하여 현장 타설 말뚝의 시공이 원활하게 진행될 수 있도록 발명한 것이다.

일반적으로 말뚝기초의 지지력 및 침하량은 여러 가지 이론적, 경험적 방법들에 의해 추정될 수 있다.

현재 사용되고 있는 말뚝의 극한 연직 지지력 결정방법에는 말뚝 연직재하시험, 정동적·동재하시험, 동재하시험과 같은 재하시험을 이용한 방법과, 정역학적 지지력 공식, 동역학적 지지력 공식, 현장시험결과 등에 의한 경험공식 및, 파동방정식, 말뚝해석코드에 의한 추정, 연속체 해석에 의한 추정 같은 지지력 공식을 이용하는 방법 등이 있으며, 이 방법들 중에서 말뚝 연직재하시험의 신뢰도가 가장 높다.

이와 같은 말뚝 연직재하시험은 일종의 실물시험으로 말뚝에 실 하중을 가하여 실제 상부구조물이 건설되었을 때를 재현하므로 신뢰도가 높다는 장점이 있다.

그러나, 이러한 말뚝 연직재하시험을 위해서는 하중재하를 위한 가압장치와 반력 시스템의 선택 및 설치방법, 넓은 시험부지 등이 필요하므로 공기와 현장조건 등의 제약을 많이 받고, 많은 비용과 시간이 소요되는데, 특히 대구경 현장 타설 말뚝은 말뚝 하나의 지지력이 매우 크기 때문에 말뚝 두부에 하중을 가해서 지지력을 측정하는 일반적인 연직재하시험 방법으로는 연직 지지력을 측정하는 것이 매우 어렵고, 또 시공상의 하자로 인해 지지력이 설계 값에 미치지 못할 경우, 구조물 전체의 사용성과 안정성에 치명적인 영향을 미친다.

또한, 현장에서 현장 타설 말뚝의 시공을 위해 지반에 천공을 하고 콘크리트를 타설하여 양생하는 시공과정에서 부주의 또는 예상치 못한 지반조건의 변화로 인해 현장 타설 말뚝의 지지력에 큰 변화가 발생될 수 있으므로 지반조건을 토대로 토질역학적으로 추정한 설계허용지지력을 사용하여 설계를 할 경우 설계자들은 보수적인 설계를 할 수밖에 없고 이는 국가적인 차원에서 볼 때 커다란 낭비요소가 되고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 현장에서 말뚝을 설치할 때 고압의 유압식 잭을 말뚝 내에 설치하여 하중재하에 의해 발생되는 말뚝의 선단지지력과 주면 마찰력을 재하하중에 대한 상호 간의 반력으로 사용함으로써 기존의 말뚝 연직재하시험과 같이 큰 재하 용량을 필요치 아니하고, 별도의 하중재하장치 및 반력장치가 요구되지 아니하며, 좁은 시험공간이나 경사진 곳에서도 적용이 가능한 오스터버그 셀을 이용한 지지하중 측정장치(US 5,576,494)가 제안된 바 있다.

이와 같은 종래 오스터버그 셀을 이용한 지지하중 측정장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 평판 형상의 상판(1) 및 하판(2)과, 상판(1)의 저면에 결합되는 실린더 로드(3-2)와 하판(2)의 상면에 결합 접촉되는 몸체(3-4)로 구성되는 실린더(3)와, 양 끝단이 상판(1)의 저면과 하판(2)의 상면에 각각 용접됨으로써 상판(1)과 하판(2)을 결합시키는 연결부재(4)와, 상판(1) 및 하판(2)의 변위를 측정하기 위한 변위계(5) 및, 실린더에 수압을 가하여 실린더 로드(3-2)가 인출됨에 따라 발생된 공극을 시멘트 액으로 채우기 위한 그라우팅 관(30)을 포함하는 오스터버그 셀을 이용하도록 구성되어 있다.

이때, 상기 변위계(5)는 상판(1)에 고정 결합되어 상판(1)의 변위량을 측정하는 상판 변위계(5-2)와, 하판(2)에 고정 결합되어 하판(2)의 변위량을 측정하는 하판 변위계(5-4)를 포함하도록 구성되어 있으며, 상판 변위계(5-2)와 하판 변위계(5-4)의 수직거리 기준이 되도록 지면에 고정되는 기준빔(6)이 추가로 구비된다.

그리고 상기 그라우팅 관(30)은 말뚝의 지지하중 측정 후 상판(1)과 하판(2) 사이에 발생한 공극에 시멘트 액을 주입하기 위한 그라우팅 인입용 관(30-1)과 공극에 과다하게 주입된 시멘트 액을 배출하기 위한 그라우팅 인출용 관(30-2)로 구성된다

또 상기 실린더(3)는, 물의 인입 및 인출을 통하여 실린더 로드(3-2)가 가력되도록 구성되어 있다.

또한, 오스터버그 셀이 삽입되는 구멍은, 구멍을 굴착하는 과정에서 발생되는 각종 자갈과 이물질로 인하여 바닥면이 평평하게 형성되지 아니하므로, 하판(2)을 말뚝 선단에서 이격시켜 설치하고, 하판의 저면으로부터 수평을 이루며 고정될 수 있도록 일정량의 기초콘크리트(F)를 타설한다.

상기에 있어서, 실린더(3)에 유압을 가하면 실린더 로드(3-2)는 몸체(3-4)의 외부로 인출되는데, 상판(1)과 하판(2)은 연결부재(4)에 의하여 고정 결합되므로 위치가 이동되지 아니한다. 실린더 로드(3-2)의 인출력이 증가하여 연결부재(4)의 결합이 끊어지게 되면, 하판(2)은 하향으로 움직여 선단 지지력을 발생시키고, 상 판(1)은 동일한 힘으로 상향으로 움직이면서 콘크리트 말뚝(P)에 주면 마찰력을 발생시킨다.

또한 콘크리트 말뚝(P)의 두부가 아닌 선단이나 기타 임의의 위치에서 하중을 재하하므로 주면 마찰력과 선단 지지력은 서로에 대해 반력으로 작용하게 됨에 따라 오스터버그 셀을 이용한 지지하중 측정장치는 별도의 하중 재하반력장치 없이도 지지하중을 측정할 수 있게 된다.

한편, 오스터버그 셀의 팽창 후에는 실린더 로드(3-2)가 인출됨에 의해 실린더(3) 내부와 함께 하판(2)과 콘크리트 말뚝(P) 사이에도 공극이 발생하게 되는데, 이중 하판(2)과 콘크리트 말뚝(P) 사이에서 발생한 공극는 그라우팅 관(3)을 통해 시멘트 액을 충진하여 지지하중 측정한 콘크리트 말뚝(P) 내부에 발생하는 공극으로 인한 말뚝의 강도저하를 일부 방지하지만, 이때 실린더(3) 내부에 발생하는 공극으로 인해 말뚝의 강도저하를 방지하지 못하고 말뚝 하단부의 공극에 충진된 시멘트 액에 대한 시공품질도 확인을 할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 최근 들어 이와 같은 문제점을 부분적으로 해결하기 위한 방안으로 국내 등록특허공보 10-2007-0043282호 "양방향 복동식 말뚝재하시험 측정장치 및 측정방법"이 제안된 바 있다.

이와 같은 복동식 지지력선단력 측정기와 이를 이용한 지지하중 측정장치 및 측정방법은, 지반에 하향으로 굴착된 구멍에 콘크리트를 타설하기 위한 트레미관 홀이 중심에 형성된 상판 및 하판과, 상기 상판의 저면과 상기 하판의 상면에 압력을 고르게 인가하도록 상기 상판과 하판 사이에 배열되면서 상판과 하판 중 어느 하나의 부재에 결합되는 복동식 실린더와, 상기 상판 및 하판의 변위를 측정하기 위한 변위계측수단을 포함하는 지지력 측정기와; 지지하중 측정시험이 진행되면서 상기 상판과 하판의 변위 발생으로 인해 말뚝 내부에 발생한 공극을 시멘트액으로 채우기 위한 그라우팅 관과; 지지력 측정기 상면과 하면에 결합되는 다수의 철근으로 구성되어 있다.

이와 같은 구성에서는 복동식 실린더에 유압을 가해서 대구경 현장 타설 말뚝의 선단 지지력 및 주면 마찰력을 측정하는 시험을 완료한 후 말뚝의 결함을 최소화하기 위해 복동식 실린더의 실린더 로드을 원상태로 복귀시킴으로써 실린더 내부에 공극이 발생하지 않도록 하고 실린더 하단과 하판 사이에 발생하는 공간에는 그라우팅 관을 통해 시멘트액을 주입해서 말뚝 내부에 빈 공간이 형성되지 않도록 해서 말뚝 재하시험 후에도 콘크리트 말뚝의 강도를 유지해서 구조물의 기초 말뚝으로 사용할 수 있도록 하고 있다.

그러나, 상기한 종래 오스터버그 셀을 이용한 지지하중 측정장치를 포함하여 상기와 같은 구성을 갖는 복동식 지지력 선단력 측정기와 이를 이용한 지지하중 측정장치 모두는 고가의 지지력 측정기 및 가력장치들이 자체가 지반에 타설되는 콘크리트 말뚝과 함께 지하에 매립된 상태에서 지지하중을 측정하기 때문에 지지하중 측정이 완료된 후에도 이들이 회수되지 않고 지하에 계속 매설된 형태를 유지하는 폐기물이 되므로 그로 인해 불필요하고 막대한 경제적 손실을 가져오고 있음은 물론 말뚝의 지지하중을 측정한 후에 그라우팅 관을 통해서 말뚝의 하부 공간부에 충진되는 시멘트 액에 대한 시공품질을 확인할 방법이 없는 등의 문제점이 있다.

따라서 본 출원인은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 "제거식 가력장치를 갖는 말뚝의 연직재하시험장치 및 그 방법"을 개발하여 국내 특허출원 10-2008-038272호로 제시한 바 있는데, 이는 수개의 철근을 원통체 형상으로 결속하여 콘트리트 투입용 트레미관들과 함께 지면에 수직하게 굴착한 구멍에 순차적으로 삽입 설치되는 길이가 서로 다른 상,하부 철근 구조체와; 상,하판과 원통체 및 로드 셀과 유압 실린더로 구성된 수개의 가력장치를 구비하고 구멍의 내부에서 상기 상,하부 철근 구조체 사이에 결합된 형태로 설치되는 지지력 측정기로 구성된 말뚝 연직재하시험장치에 있어서, 상기 지지력 측정기의 내부에서 가력장치의 저부와 하판 사이에 설치되어 지상의 제어부에서 출력되는 신호에 부응하여 작동되어 가력장치를 회수물체 인출 안내관의 중앙부 측으로 이동시켜 주는 가력장치 이송수단과; 지상에서 상기 지지력 측정기의 상판을 통해 원통체의 내부와 연통되는 형태로 설치되어 가력장치 및 가력장치 이송수단과 연결된 유체공급 호스 및 전선 등과 같은 부대시설을 안내해 주는 기능을 수행함은 물론 해당 콘크리트 말뚝의 선단 지지력 및 주면 마찰력 측정 후 원통체의 내부에서 가력장치들이 이송수단에 의해 중앙으로 이동되어 오면 이를 지상으로 회수할 수 있도록 안내 역할을 하는 회수물체 인출 안내관;이 설치된 구성으로 되어 있다.

그러나 이와 같은 구성을 갖는 제거식 가력장치를 갖는 말뚝의 연직재하시험장치에서는 유압 실린더를 구비한 가력장치가 설치된 지점을 기준으로 상부 철근 구조체(즉, 상부 말뚝)에 배근된 상부 철근과 하부 철근 구조체(즉, 하부 말뚝)에 배근된 하부 철근이 연결되어 있지 않기 때문에 가력장치 회수 후 상,하판과 두 원 통체로 구성되는 지지력 측정기와 회수물체 인출 안내관에 콘크리트를 타설하면 지지력 측정기 내부가 무 철근 콘크리트로 타설됨에 따라 콘크리트는 자체적으로 인장력에 매우 취약하다는 점을 고려할 때 지지력 측정기 부분이 구조적으로 인발력에 매우 취약한 문제점을 갖게 된다.

특히 선단 지지력이 작은 마찰말뚝의 경우에는 양방향 재하시험을 수행하기 위해 말뚝의 중간 깊이에 지지력 측정기(또는 가력장치 및 유압잭)를 두게 되는데, 이때 상부 및 하부 철근 구조체가 지지력 측정기에 의해 단절되고 재하시험 후에 지지력 측정기의 상판과 하판도 이격되기 때문에 말뚝에 인발력이 작용하면 이 부분이 인발력에 대해 매우 취약하게 되며, 경우에 따라서는 이 부분에서 말뚝이 절단되는 등의 문제점이 있다.

또한, 기 제안한 시험법에서는 가력장치의 회수를 위해 가력장치가 위치하는 지지력 측정기와 회수물체 인출 안내관을 완전 밀폐된 상태에서 지하수가 차있는 굴착공에 투입하기 때문에 부력에 의해 지지력 측정기와 회수물제 인출 안내관 및 이들과 일체로 구비되는 상,하부 철근 구조체 자체가 굴착공 저면에 안착되지 않고 상부로 부상함으로써 현장 타설 말뚝의 시공성에 큰 문제를 유발하는 등의 문제점도 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 하중 지지능력이 큰 대구경의 콘크리트 말뚝이 매설되는 지점의 선단 지지력 및 주면 마찰력을 측정하기 위해 말뚝의 하단부 또는 중간부에 설치되는 지지력 측정기 중 가력장치는 해당 말뚝의 선단 지지력 및 주면 마찰력 측정 후 지상으로 회수하여 재사용할 수 있도록 구성된 제거식 가력장치를 갖는 말뚝의 재하시험장치에 있어서 가력장치가 내설되는 지지력 측정기의 상판 저부로 상부 철근 구조체에 매설되는 철근을 연장 설치하되, 상기 철근의 연장부를 하판의 보조 원통체에 일체로 절곡 형성시킨 철근 결합편의 구멍에 삽입되도록 설치함으로써 재하시험이 완료된 상태에서도 상판 저부로 돌출된 상부 철근 구조체의 철근이 연장부를 통해 하판 보조 원통체의 철근 결합편에 천공한 구멍에서 빠지지 않게 되어 회수물체 인출 안내관을 통해 가력장치들을 회수하고 콘크리트를 타설하면 지지력 측정기의 상판에서 저부로 돌출되게 연장 형성된 철근과 하판 보조 원통체의 철근 결합편이 콘크리트에 의해 일체가 되므로 상부 철근 구조체와 하판에 연결된 하부 철근 구조체가 구조적으로 일체가 되어 인발력에 말뚝이 효과적으로 저항할 수 있는 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 가력장치가 내설되는 지지력 측정기의 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽에 시멘트 입자는 통과되지 않고 물 입자만 통과되는 수개의 필터를 설치하여 지하수가 차있는 굴착공에 현장 타설 말뚝을 시공할 때 필터를 통해 밀폐된 상태의 지지력 측정기와 회수물체 인출 안내관의 내부로 깨끗한 지하수만 유입되도록 함으로써 지지력 측정기와 회수물체 인출 안내관, 그리고 이들과 일체로 결합된 상,하부 철근 구조체가 부력에 의해 부상하지 않고 굴착공 저면에 안정적으로 안착되어 현장 타설 말뚝의 시공이 원활하게 진행될 수 있는 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 장치는, 수개의 철근을 원통체 형상으로 결속하여 콘트리트 투입용 트레미관들과 함께 지면에 수직하게 굴착한 구멍에 순차적으로 삽입 설치되는 길이가 서로 다른 상,하부 철근 구조체와; 상,하판과 원통체 및 로드 셀과 유압 실린더로 구성된 수개의 가력장치를 구비하고 구멍의 내부에서 상기 상,하부 철근 구조체 사이에 결합된 형태로 설치되는 지지력 측정기와; 상기 지지력 측정기의 내부에서 가력장치의 저부와 하판 사이에 설치되어 지상의 제어부에서 출력되는 신호에 부응하여 작동되어 가력장치를 회수물체 인출 안내관의 중앙부 측으로 이동시켜 주는 가력장치 이송수단과; 지상에서 상기 지지력 측정기의 상판을 통해 원통체의 내부와 연통되는 형태로 설치되어 가력장치 및 가력장치 이송수단과 연결된 유체공급 호스 및 전선 등과 같은 부대시설을 안내해 주는 기능을 수행함은 물론 해당 콘크리트 말뚝의 선단 지지력 및 주면 마찰력 측정 후 원통체의 내부에서 가력장치들이 이송수단에 의해 중앙으로 이동되어 오면 이를 지상으로 회수할 수 있도록 안내 역할을 하는 회수물체 인출 안내관을 포함하여 구성된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서,

상기 상부 철근 구조체에 매설되는 철근의 저부에 연장부를 형성하여 지지력 측정기의 상판을 통해 가력장치가 내설된 상기 지지력 측정기의 내부로 돌출시키되, 상기 철근의 연장부는 지지력 측정기 하판의 보조 원통체에 일체로 절곡 형성시킨 철근 결합편에 천공시킨 구멍에 삽입되도록 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 가력장치가 내설되는 지지력 측정기의 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽에 시멘트 입자는 통과되지 않고 물 입자만 통과시켜 주는 수개의 필터를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 필터는 3개 내지 8개 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 필터는 사각 및 원형 및 원형 판체 또는 원기둥의 형상을 갖음은 물론 100-200㎛ 공극을 구비하도록 발포폴리에스테르로 성형한 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서 사각 및 원형 및 원형 판체 형상을 갖는 필터는 지지력 측정기의 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽에서 소정부위에 무리를 이루도록 천공한 수개의 물 유입공들을 막아주도록 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽 외측면에 배치한 후 고정구를 통해 일체로 고정 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기에 있어서 원기둥형 필터는 일단부를 막고 있는 원판과 주연부에 수개의 물 배출공이 천공된 다공 파이프에 삽입 설치하고, 상기 다공 파이프가 지지 력 측정기의 내부로 돌출되는 형태로 설치되도록 그 타단부를 상기 지지력 측정기의 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽에 뚫은 3-8개의 구멍에 각각 용접 고정 설치한 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 장치에 의하면, 가력장치가 내설되는 지지력 측정기의 상판 저부로 상부 철근 구조체에 매설되는 철근을 연장 설치하여 이 철근의 연장부들이 하판의 보조 원통체에 일체로 절곡 형성시킨 철근 결합편의 구멍에 삽입되도록 설치하여 줌으로써 재하시험이 완료된 상태에서도 상판 저부로 돌출된 상부 철근 구조체의 철근 연장부가 하판 보조 원통체의 철근 결합편에 천공한 구멍에서 빠지지 않게 되어 회수물체 인출 안내관을 통해 가력장치들을 회수하고 콘크리트를 타설하게 되면 콘크리트에 의해 지지력 측정기의 상판에서 저부로 돌출되게 연장 형성된 철근과 하판 보조 원통체의 철근 결합편이 일체가 되므로 상부 철근 구조체와 하판에 연결된 하부 철근 구조체가 구조적으로 일체가 되어 인발력에 말뚝이 효과적으로 저항할 수 있게 되는 것이다.

또한, 가력장치가 내설되는 지지력 측정기의 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽에 시멘트 입자는 통과되지 않고 물 입자만 통과되는 수개의 필터를 설치하여 지하수가 차있는 굴착공에 현장 타설 말뚝을 시공할 때 필터를 통해 밀폐된 상태의 지지력 측정기와 회수물체 인출 안내관의 내부로 깨끗한 지하수만 유입되도록 함으로써 지지력 측정기와 회수물체 인출 안내관를 포함하여 이들과 일체로 결합된 상, 하부 철근 구조체가 부력에 의해 부상하는 것을 방지할 수 있어 굴착공 저면에 이들이 안정적으로 안착되므로 현장 타설 말뚝의 시공을 원활하게 진행시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 장치가 실시된 양방향 재하시험용 말뚝의 종 단면도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명 장치가 실시된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서 가력장치를 제거한 상태의 종 단면도를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명 장치의 일 실시 예가 실시된 지지력 측정기의 분해 사시도를 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명 장치의 다른 실시 예가 실시된 지지력 측정기의 확대 종 단면도를 나타낸 것이다.

또한, 도 6은 본 발명 장치가 실시된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서 지지력 측정기 내 가력장치가 작동된 상태의 종 단면도를 나타낸 것이고, 도 7은 본 발명 장치가 실시된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서 재하시험 후 지지력 측정기 내의 가력장치를 수거하는 상태를 보인 종 단면도를 나타낸 것이며, 도 8은 본 발명 장치가 실시된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서 가력장치를 수거하고 지지력 측정기의 내부와 회수물체 인출 안내관 내에 콘크리트를 타설하는 상태를 보인 종 단면도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 장치는, 가로 세로 방향으로 배치되는 수개의 철 근(71)(81)을 원통체 형상으로 결속하여 콘트리트 투입용 트레미관(9)들과 함께 지면에 수직하게 굴착한 구멍(10)에 순차적으로 삽입 설치되는 길이가 서로 다른 상,하부 철근 구조체(7)(8)와; 상,하판(111)(112)과 원통체(113) 및 로드 셀과 유압 실린더로 구성된 수개의 가력장치(115)를 구비하고 구멍(10)의 내부에서 상기 상,하부 철근 구조체(7)(8) 사이에 설치되는 지지력 측정기(11)와; 상기 지지력 측정기(11)의 내부에서 가력장치(115)의 저부와 하판(112) 사이에 설치되어 지상의 제어부(15)에서 출력되는 신호에 부응하여 작동되어 가력장치(115)를 회수물체 인출 안내관(13)의 중앙부 측으로 이동시켜 주는 가력장치 이송수단(12)과; 지상에서 상기 지지력 측정기(11)의 상판을 통해 원통체(113)의 내부와 연통되는 형태로 설치되어 가력장치(115) 및 가력장치 이송수단(12)과 연결된 체인과 유체공급 호스(14) 및 전선과 같은 부대시설을 안내해 주는 기능을 수행함은 물론 해당 콘크리트 말뚝의 선단 지지력 및 주면 마찰력 측정 후 원통체(113)의 내부에서 가력장치(115)들이 이송수단(12)에 의해 중앙으로 이동되어 오면 이를 지상으로 회수할 수 있도록 안내 역할을 하는 회수물체 인출 안내관(13)을 포함하여 구성된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서,

상기 상부 철근 구조체(7)에 매설되는 철근(71)의 저부에 연장부(72)를 형성하여 지지력 측정기(11)의 상판(111)을 통해 가력장치(115)가 내설된 상기 지지력 측정기(11)의 내부로 돌출시키되, 상기 철근(71)의 연장부(72) 단부는 지지력 측정기(11) 하판(112)의 보조 원통체(114) 상면에 일체로 절곡 형성시킨 철근 결합편(114a)에 천공시킨 구멍(114b)에 삽입되도록 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 가력장치(115)가 내설되는 지지력 측정기(11)의 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽에 시멘트 입자는 통과되지 않고 물 입자만 통과시켜 주는 수개의 필터(25)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 필터(25)는 3개 내지 8개 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 필터(25)는 사각 및 원형 및 원형 판체 또는 원기둥의 형상을 갖음은 물론 100-200㎛ 공극을 구비하도록 발포폴리에스테르로 성형한 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서 사각 및 원형 및 원형 판체 형상을 갖는 필터(25)는 지지력 측정기(11)의 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽에서 소정부위에 무리를 이루도록 천공한 수개의 물 유입공(27a)들을 막아주도록 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽 외측면에 배치한 후 고정구(26)를 통해 일체로 고정 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기에 있어서 원기둥형 필터(25)는 일단부를 막고 있는 원판(281)과 주연부에 수개의 물 배출공(282)이 천공된 다공 파이프(28)에 삽입 설치하고, 상기 다공 파이프(28)가 지지력 측정기(11)의 내부로 돌출되는 형태로 설치되도록 그 타단부를 상기 지지력 측정기(11)의 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽에 뚫은 3-8개의 구멍(27b)에 각각 용접 고정 설치한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명 장치는 수개의 철근(71)(81)이 매설된 상,하부 철근 구조체(7)(8)와, 지지력 측정기(11), 가력장치 이송수단(12), 회수물체 인출 안내 관(13)을 포함하여 구성된 공지의 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서, 상기 상부 철근 구조체(7)에 매설되는 철근(71)의 저부에 연장부(72)를 형성하여 하판(112)의 보조 원통체(114) 상면에 일체로 절곡 형성시킨 철근 결합편(114a)에 천공시킨 구멍(114b)에 삽입 설치되도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.

즉, 상기 상부 철근 구조체(7)에 매설되는 철근(71)의 저부에 연장부(72)를 형성하여 도 2 및 도 3과 같이 지지력 측정기(11)의 상판(111)을 통해 가력장치(115)가 내설된 상기 지지력 측정기(11)의 내부로 돌출되게 하되, 하판(112)의 보조 원통체(114) 상면에는 철근의 연장부(72)가 끼워지는 구멍(114b)이 천공된 철근 결합편(114a)들을 일체로 절곡 형성하여 상기 상판(111)을 통해 지지력 측정기(11)의 내부로 돌출되는 철근(71)의 연장부(72)가 상기 하판(112) 보조 원통체(114)의 철근 결합편(114a)에 천공시킨 구멍(114b)에 삽입되도록 한 것이다.

이와 같은 상태에서 재하시험을 위해 상기 지지력 측정기(11) 내에 내설된 가력장치(115)를 작동시켜 가력장치(115)에 의해 상,하판(111)(112)이 상승 및 하강되도록 하면서 도시 생략된 변위계측수단을 이용하여 상기 지지력 측정기(11)의 상측면 및 하측면의 변위를 계측하고, 상기 지지력 측정기(11) 내 가력장치(115)의 팽창이 완료되면 변위계측수단을 이용하여 상기 지지력 측정기(11)의 상측면 및 하측면의 최종 변위를 계측하고 해당 콘크리트 말뚝의 선단 지지력 및 주면 마찰력을 측정하는 재하시험을 할 경우, 상기 상판(111) 저부로 돌출된 상부 철근 구조체(7)의 철근(71) 연장부(72)가 도 6과 같이 하판(112) 보조 원통체(114)의 철근 결합편(114a)에 천공된 구멍(114b)에서 빠지지 않고 끼워진 상태를 유지하게 된다.

따라서, 상기 재하시험이 완료된 후 도 7과 같이 회수물체 인출 안내관(13)을 통해 가력장치(115)들을 회수하고 상기 회수물체 인출 안내관(13)을 통해 도 8과 같이 콘크리트를 유입시켜 가력장치(115)가 설치되어 있던 공간부와 지지력 측정기(11)의 팽창에 의해 형성된 상,하판(111)(112) 사이의 공간부를 포함하여 회수물체 인출 안내관(13) 내의 공간부에 콘크리트를 타설하여 이들 공간부를 모두 메우게 될 경우, 상기 지지력 측정기(11)의 상판(111)에서 저부로 돌출되게 연장 형성된 철근(71)의 연장부(72)와 하판(112) 보조 원통체(114)의 철근 결합편(114a)이 타설 콘크리트에 의해 일체가 되므로 상부 철근 구조체(7)와 하부 철근 구조체(8)가 구조적으로 일체가 되어 인발력에 대하여 말뚝이 효과적으로 저항할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 상기 가력장치(115)가 내설되는 지지력 측정기(11)의 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽에 수개의 필터(25)를 설치하여 지하수가 차있는 굴착공에 현장 타설 말뚝을 시공할 때 상기 지지력 측정기(11) 주변에 있는 시멘트 입자와 물들 중 시멘트 입자는 통과되지 않고 깨끗한 물 입자만 상기 필터(25)를 통해 밀폐된 상태의 지지력 측정기(11)와 회수물체 인출 안내관(13)의 내부로 유입되도록 한 것을 또 다른 주요기술 구성요소로 한다.

이때, 본 발명에서는 상기 필터(25)를 적어도 3개 이상 8개 이하를 설치하는 것을 예시하였으나, 이를 한정하는 것은 아니며 상기 지지력 측정기(11)의 크기나 현장 타설 말뚝의 시공이 이루어지고 있는 지반 속의 지하수 량 등에 따라 그의 설치 갯수는 변경할 수 있다.

또, 상기 필터(25)는 설치 위치에 대응하여 도 2 내지 도 4와 같이 사각 및 원형 및 원형 판체 또는 도 5와 같이 원기둥의 형상을 갖도록 발포폴리에스테르로 성형하게 되는데, 상기 발포폴리에스테르를 이용하여 필터(25) 자체를 사각 및 원형 판체 또는 원기둥 형상으로 성형할 때 100-200㎛ 크기의 공극들이 구비되도록 성형한 것이다.

상기에 있어서 사각 및 원형 판체 형상을 갖는 필터(25)는 도 2 내지 도 4와 같이 지지력 측정기(11)의 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽 외측면에 고정구(26)를 통해 설치하기 위한 것이고, 원기둥형 필터(25)는 도 5와 같이 다공 파이프(28)에 삽입하여 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽을 통해 지지력 측정기(11)의 내부로 돌출되게 설치하기 위한 것이다.

즉, 상기에 있어서 사각 및 원형 판체 형상을 갖는 필터(25)의 경우는 지지력 측정기(11)의 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽에서 소정부위에 무리를 이루도록 천공한 수개의 물 유입공(27a)들을 막아주도록 외측면에 배치하고, 고정구(26)를 통해 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽에 일체로 고정시킨 것으로, 상기 고정구(26)는 볼트나 스크류를 통해 착탈 가능하게 고정시킬 수도 있고 용접을 통해 일체로 고정시킬 수도 있다.

또한, 상기에 있어서 원기둥형 필터(25)의 경우는, 상기 지지력 측정기(11)의 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽에 3-8개의 구멍(27b)을 뚫고, 상기 원기둥형 필터(25)는 일단부를 막고 있는 원판(281)과 주연부에 수개의 물 배출공(282)이 천공된 다공 파이프(28)에 삽입 설치한 다음 상기 다공 파이 프(28)가 지지력 측정기(11)의 내부로 돌출되도록 한 상태에서 그 타단부를 상기 구멍(27b)들에 각각 용접 고정 설치하는 형태로 설치한다.

이와 같이 가력장치(115)가 내설되는 지지력 측정기(11)의 상판(111)이나 하판(112) 또는 원통체(113)의 측벽에 시멘트 입자는 통과되지 않고 물 입자만 통과되는 수개의 필터(25)를 설치하여 주게 되면 지하수가 차있는 굴착공에 현장 타설 말뚝을 시공할 때 상기 필터(25)를 통해 지지력 측정기(11)와 회수물체 인출 안내관(13)의 내부로 깨끗한 지하수만 유입되므로 밀폐된 상태에 있는 지지력 측정기(11)와 회수물체 인출 안내관(13)를 포함하여 이들과 일체로 결합된 상,하부 철근 구조체(7)(8)가 물의 부력에 의해 부상하는 것을 미연에 방지할 수 있어 굴착공 저면에 이들이 안정적으로 안착되므로 현장 타설 말뚝 시공을 원활하게 진행시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기에 있어서는 필터(25)는 발포폴리에스테르를 이용하여 100-200㎛ 크기의 공극들이 구비된 사각 및 원형 판체 또는 원기둥 형상의 것만을 제시하였으나 이에 한정하는 것은 아니며, 아주 미세한 입자까지 필터링할 필요는 없으므로 미세 공극을 가진 부직포형 원단으로 형성할 수도 있고, 또 다공 파이프(28)에 삽입 설치되는 필터(25)의 경우 알갱이 형태로 제작하여 삽입 설치할 수 있는 등 다양한 형태의 또 다른 필터들을 설치하여도 무방(즉, 시멘트 입자의 필터링이 가능한 필터라면 어떠한 필터도 무방)하다.

또한, 본 발명에서는 상기 가력장치(115)를 포함한 가력장치 이송수단(12) 등의 구체적인 구성과 양방향 재하시험에 따른 구체적인 방법 및 가력장치 제거방 법 등을 상세히 설명하지 않았는데, 이는 이미 공지된 것으로 본 발명의 주요기술 구성과 무관하여 상세한 설명을 생략하였음을 밝혀 두는 바입니다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

도 1은 종래 오스터버그 셀을 이용한 지지하중 측정장치의 구성도.

도 2는 본 발명 장치가 실시된 양방향 재하시험용 말뚝의 종 단면도.

도 3은 본 발명 장치가 실시된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서 가력장치를 제거한 상태의 종 단면도.

도 4는 본 발명 장치의 일 실시 예가 실시된 지지력 측정기의 분해 사시도.

도 5는 본 발명 장치의 다른 실시 예가 실시된 지지력 측정기의 확대 종 단면도.

도 6은 본 발명 장치가 실시된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서 지지력 측정기 내 가력장치가 작동된 상태의 종 단면도.

도 7은 본 발명 장치가 실시된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서 재하시험 후 지지력 측정기 내의 가력장치를 수거하는 상태를 보인 종 단면도.

도 8은 본 발명 장치가 실시된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서 가력장치를 수거하고 지지력 측정기의 내부와 회수물체 인출 안내관 내에 콘크리트를 타설하는 상태를 보인 종 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

7,8 : 상,하부 철근 구조체 9 : 트레미관

10 : 구멍 11 : 지지력 측정기

12 : 가력장치 이송수단 13 : 회수물체 인출 안내관

14 : 유체공급 호스 15 : 제어부

25 : 필터 26 : 고정구

27a : 물 유입공 27b : 구멍

28 : 다공 파이프 71, 81 : 철근

72 : 연장부 111, 112 : 상,하판

113 : 원통체 114 : 보조 원통체

114a : 철근 결합편 114b : 구멍

115 : 가력장치 281 : 원판

282 : 물 배출공

Claims (6)

1. 수개의 철근을 원통체 형상으로 결속하여 콘트리트 투입용 트레미관들과 함께 지면에 수직하게 굴착한 구멍에 순차적으로 삽입 설치되는 길이가 서로 다른 상,하부 철근 구조체와; 상,하판과 원통체 및 로드 셀과 유압 실린더로 구성된 수개의 가력장치를 구비하고 구멍의 내부에서 상기 상,하부 철근 구조체 사이에 결합된 형태로 설치되는 지지력 측정기와; 상기 지지력 측정기의 내부에서 가력장치의 저부와 하판 사이에 설치되어 지상의 제어부에서 출력되는 신호에 부응하여 작동되어 가력장치를 회수물체 인출 안내관의 중앙부 측으로 이동시켜 주는 가력장치 이송수단과; 지상에서 상기 지지력 측정기의 상판을 통해 원통체의 내부와 연통되는 형태로 설치되어 가력장치 및 가력장치 이송수단과 연결된 유체공급 호스 및 전선 등과 같은 부대시설을 안내해 주는 기능을 수행함은 물론 해당 콘크리트 말뚝의 선단 지지력 및 주면 마찰력 측정 후 원통체의 내부에서 가력장치들이 이송수단에 의해 중앙으로 이동되어 오면 이를 지상으로 회수할 수 있도록 안내 역할을 하는 회수물체 인출 안내관을 포함하여 구성된 양방향 재하시험용 말뚝에 있어서,

   상기 상부 철근 구조체에 매설되는 철근의 저부에 연장부를 형성하여 지지력 측정기의 상판을 통해 가력장치가 내설된 상기 지지력 측정기의 내부로 돌출시키되, 상기 철근의 연장부는 지지력 측정기 하판의 보조 원통체에 일체로 절곡 형성시킨 철근 결합편에 천공시킨 구멍에 삽입되도록 설치한 것을 특징으로 하는 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 가력장치가 내설되는 지지력 측정기의 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽에 시멘트 입자는 통과되지 않고 물 입자만 통과시켜 주는 수개의 필터를 더 설치한 것을 특징으로 하는 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 필터는 3개 내지 8개 설치한 것을 특징으로 하는 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 필터는 100-200㎛ 공극을 구비하도록 발포폴리에스테르를 이용하여 사각 및 원형 판체 또는 원기둥의 형상으로 성형한 것을 특징으로 하는 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 사각 및 원형 판체형 필터는, 지지력 측정기의 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽에서 소정부위에 무리를 이루도록 천공한 수개의 물 유입공들을 막아주도록 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽 외측면에 배치한 후 고정구를 통해 일체로 고정 설치한 것을 특징으로 하는 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 원기둥형 필터는, 일단부를 막고 있는 원판과 주연부에 수개의 물 배출공이 천공된 다공 파이프에 삽입 설치하고, 상기 다공 파이프가 지지력 측정기의 내부로 돌출되는 형태로 설치하여 그 타단부를 상기 지지력 측정기의 상판이나 하판 또는 원통체의 측벽에 뚫린 3-8개의 구멍 내측에 각각 용접 고정 설치한 것을 특징으로 하는 양방향 재하시험용 말뚝의 상,하부 철근 구조체 연결 및 회수물 인출관 부상 방지장치.

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