KR101011013B1 - 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 평가방법 및 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스플릿배럴 샘플러에 선단접지봉을 설치하여 기초가 설치될 설계심도까지 시추하되, 노킹헤드 상부에 하중재하 추를 여러단계로 나누어 재하하면서 하중재하 추에 의한 침하량을 계측함으로써, 원지반의 정적지지력을 신뢰적이고 정확하게 예비평가할 수 있는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 평가방법 및 측정장치에 관한 것이다.

본 발명은, 기초가 설치될 설계심도까지 천공하고, 표준관입시험장치의 스플릿 배럴 샘플러의 선단에 장착된 선단접지봉을 시추면에 밀착하는 제1 단계; 상기 표준관입시험 몸체에 센싱바가 구비된 디지탈변위계측기를 부착하고, 이에 대응하는 로드에 자력을 가지며 받침편을 구비한 침하판을 부착하되, 상기 침하판의 받침편에 디지탈변위계측기의 센싱바가 접촉하도록 방향을 맞추는 제2 단계; 상기 노킹헤드의 상단부에 하중재하판을 설치하되, 상기 하중재하판을 여러 단계별로 나누어 적층하면서 로드에 정적 재하하중을 가하는 제3 단계; 및 정적 재하하중을 가한 단계에 따라 상기 침하판이 하강하는 상태를 센싱바가 감지하여 디지탈변위 계측기에 감지신호를 인가함으로써 침하량을 측정하여 원지반의 강도특성을 평가하는 제4 단계를 포함하는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 평가방법을 제공한다.

표준관입시험장치,스플릿배럴 샘플러, 선단접지봉, 침하판, 하중재하판

Description

표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 평가방법 및 측정장치{The bearing capacity, settlement evaluation, and measurement equipment of in-situ used by standard penetration test equipment}

본 발명은 표준관입시험(Standard Penetration Test, SPT) 장치를 이용하여 구조물의 기초가 놓이게 되는 원지반의 지지력 및 침하량을 평가할 수 있는 방법 및 그 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토목 및 건축 지반조사시 사용되는 표준관입시험장비의 일부 구성을 개조하여 시추와 함께 하중재하 추를 여러 단계별로 재하하고, 각 하중에 가한 단계에 따른 침하량을 예비 평가할 수 있는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 평가방법 및 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 대부분의 지반조사시 원지반의 전단강도를 예측하기 위해 사운딩과 실내실험을 수행하고 있다. 여기서, 상기 사운딩은 정적콘관입시험과 표준관입시험으로 나눌 수 있다.

상기 정적콘관입시험은 연결 로드에 콘을 장착하여 일정한 관입속도로 지중에 관입하여 심도별 관입저항과 마찰력, 간극수압을 측정하는 기법이다. 상기 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.

KS F2307의 규정에 따른 표준관입시험은 스플릿배럴 샘플러를 지반에 관입시킨 후 샘플러의 타격회수(N)를 기록하고, 동시에 토질 분류시험 및 실내시험을 위한 대표적 시료를 채취하는 방법으로 정의되어 있다.

상기 표준관입시험은 사질토를 대상으로 지층의 상대밀도 및 연경도를 파악하기 위하여 개발된 원위치 시험장비로서, 63.5kg의 도넛 형태의 해머를 75cm 높이에서 자유낙하시켜 일정한 동적하중을 가하고, 스플릿샘플러 선단부에 있는 슈가 30cm 관입될때 타격되는 수(N값)를 측정한 후, 이 측정된 깊이에 따라 지반의 강도를 평가하게 된다.

상기한 표준관입시험방법에서 추론할 수 있듯이 샘플러 선단부에 암편이 걸리면 N값은 매우 크게 나타나며, 풍화토나 풍화암에는 관입이 어렵게 된다.

상기한 표준관입시험에서 측정된 N값은 토목 및 건축 구조물의 기초 지내력을 평가하는 방법으로도 활용되고 있다.

상기한 종래의 표준관입시험 방법에서 측정된 N 값은 동적인 하중에 의해 얻어지는 값으로 일반적으로 토목 및 건축구조물이 정적인 하중으로 작용하는 것과 여기서 얻은 N 값이 재차 활용되어 기초의 지지력 및 침하량을 간접적으로 평가하고 있기 때문에, 원지반 강도평가가 정확하지 못할 뿐만 아니라 토목 및 건축 공사초기에 원지반의 특성을 효과적으로 활용하기가 어려운 문제점이 있다.

표준관입시험 결과에서 얻은 N 값을 통한 지지력 평가 방법은 경험식을 통해 지반의 특성치인 점착력(c)과 내부마찰각(φ)을 평가하고, 내부마찰각(φ)에 의해 지지력계수를 재차 결정한 후 지지력을 평가하는 식에 입력하여 결과 값을 도출하고, 침하량 평가 방법은 N값을 이용해 탄성계수(E)와 프아송비(υ)를 평가한 후 침하량을 평가하는 식에 입력하여 결과 값을 도출하는 등의 많은 단계를 거치게 되어 그 신뢰도가 점차 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 기존의 표준관입시험에 의한 기초 지지력 및 침하량 평가방법은 표준관입시험이 완료된 자료를 활용하여야 하므로 시간적으로 지반조사가 완료되는 시간까지 기다려야 하는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 스플릿배럴 샘플러에 선단접지봉을 설치하여 기초가 설치될 설계심도까지 시추하되, 노킹헤드 상부에 하중재하 추를 여러단계로 나누어 재하하면서 하중재하 추에 의한 침하량을 계측함으로써, 원지반의 정적지지력을 신뢰적이고 정확하게 예비평가할 수 있는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 평가방법 및 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기초가 설치될 설계심도까지 천공하고, 표준관입시험장치의 스플릿 배럴 샘플러의 선단에 장착된 선단접지봉을 시추면에 밀착하는 제1 단계; 상기 표준관입시험 몸체에 센싱바가 구비된 디지탈변위계측기를 부착하고, 이에 대응하는 로드에 자력을 가지며 받침편을 구비한 침하판을 부착하되, 상기 침하판의 받침편에 디지탈변위계측기의 센싱바가 접촉하도록 방향을 맞추는 제2 단계; 상기 노킹헤드의 상단부에 하중재하판을 설치하되, 상기 하중재하판을 여러 단계별로 나누어 적층하면서 로드에 정적 재하하중을 가하는 제3 단계; 및 정적 재하하중을 가한 단계에 따라 상기 침하판이 하강하는 상태를 센싱바가 감지하여 디지탈변위 계측기에 감지신호를 인가함으로써 침하량을 측정하여 원지반의 강도특성을 평가하는 제4 단계를 포함하는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 평가방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 일측에 지지바가 구비된 표준관입시험 몸체와, 상기 표준관입시험 몸체의 일측에 수직으로 설치되며 상단부에 노킹헤드가 장착되어 지반을 시추하기 위한 로드 및 상기 로드에 의해 시추된 천공홀에 관입되는 케이싱을 포함하는 표준관입시험장비를 이용한 원지반 지지력 침하량 측정장치에 있어서, 천공된 원지반의 시추면에 밀착되는 선단접지봉과, 상기 선단접지봉과 로드를 연결하는 헤드를 구비하여 상기 로드의 선단부에 장착되는 스플릿 배럴 샘플러; 상기 로드의 노킹헤드 상면에 설치되며, 자체 무게에 의해 선단접지봉이 침하될 수 있는 무게를 가지고 상기 노킹헤드에 단계별로 정적 재하하중을 가하기 위한 하중재하판; 및 상기 지상의 로드에 끼워지며, 스플릿 배럴 샘플러의 침하량을 계측하기 위한 침하계측수단을 포함하는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 측정장치를 제공한다.

상기한 본 발명에 따르면, 표준관입시험장비의 스플릿 배럴 샘플러의 선단부에 기존의 슈 대신 단면이 막혀있는 접지봉을 설치하여 시추면과 밀착되도록 함으로써 침하량 계측치의 정확성을 향상시킬 수 있다.

또한, 로드의 노킹헤드 상면에 탈착가능한 재하하중판을 여러단계별로 나누어 정적 재하하중을 가하고, 로드에 설치된 자석식 침하계측장치를 통하여 단계별 재하하중에 따른 침하량을 신뢰적이고 정확하게 측정할 수 있다.

따라서, 지반조사에 기본적으로 활용되고 있는 표준관입시험 장비가 공사 초기에 투입될 때 원지반의 조건 및 지하수위를 고려하여 원지반의 특성을 최대한 효과적으로 활용할 수 있게 되며, 이에 따라 설계변경을 최소화 할 수 있다.

이하, 첨부된 도1 내지 도3을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 표준관입시험장비를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 측정장치 및 평가방법은 표준관입장비의 하중재하 추를 여러단계로 나누어 재하하면서 하중재하 추에 의한 침하량을 계측함으로써, 원지반의 정적지지력을 신뢰적이고 정확하게 예비평가할 수 있도록 구현한 것이다.

도1은 본 발명에 의한 표준관입시험장비의 구성을 나타낸 개략도이고, 도2는 본 발명의 요부인 스플릿 배럴 샘플러의 구성을 나타낸 부분 단면도이고, 도3a 내지 도3c는 본 발명의 요부인 선단접지봉, 침하판 및 하중재하판의 구성을 나타낸 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 표준관입장비를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 측정장비는 도면에 도시한 바와 같이, 원동기 및 변속장치가 탑재되어 있는 표준관입시험 몸체(2)와; 소정의 길이 및 직경을 가지고 상기 표준관입시험 몸체(2)의 일측에 수직으로 설치되며 상단부에 노킹헤드(6)가 장착되어 지반을 시추하기 위한 로드(4)와; 천공된 원지반의 시추면에 밀착되는 선단접지봉(22)과, 상기 선단접지봉(22)과 로드(4)를 연결하는 헤드(24)를 구비하며, 상기 로드(4)의 선단부에 장착되는 스플릿 배럴 샘플러(10)와; 상기 로드(4)의 노킹헤드(6) 상면에 설치되며, 상기 노킹헤드(6)에 단계별로 정적 재하하중을 가하기 위한 하중재하판(12)과; 상기 지상의 로드(4)에 끼워지며, 스플릿 배럴 샘플러(10)의 침하량을 계측하기 위한 자력식 침하계측장치(13) 및 상기 로드에 의해 시추된 천공홀에 관입되는 케이싱(14) 을 포함한다.

미설명부호 8은 상기 로드(4)의 노킹헤드(6)를 타격하기 위한 해머를 나타내며, 16은 천공홀을 나타낸다. 여기서, 상기 해머(8)는 본 발명과는 관련성이 없으며, 단지 기존의 표준관입시험장치의 구성에 해당한다.

상기 선단접지봉(22)은 도3a에 도시한 바와 같이 기존의 슈 대신에 설치되는 것으로, 침하량을 정밀하게 측정할 수 있도록 선단부가 막혀있는 원형통으로 이루어져 있다.

상기 하중재하판(12)은 도3b에 도시한 바와 같이 자체 무게에 의해 선단접지봉(22)이 침하될 수 있는 무게(본 실시예에서는 10kg의 재하하중)을 가지며, 상기 로드(4)에 쉽게 끼워지도록 하기 위하여 일측부가 개방된 슬롯(12a)을 포함한다.

또한, 상기 자력식 침하계측장치(13)는 표준관입시험 몸체(2)의 지지바(2a)에 설치된 제1 자석판(32)과; 상기 제1 자석판(32)에 부착되는 돌출편(34a)이 일측에 구비되어 상기 제1 자석판(32)에 의해 위치고정되는 디지탈변위 계측기(34)와; 상기 디지탈변위 계측기(34)의 저면에 돌출되게 구비되며, 로드의 하강변위를 감지하는 센싱바(36)와; 도3c에 도시한 바와 같이 상기 로드(4)에 끼워지도록 원호형상을 가지며, 일측면에 상기 디지탈변위 계측기(34)의 센싱바(36)에 접촉하도록 수평으로 돌출된 받침편(38a)이 구비된 침하판(38)을 포함한다.

여기서, 상기 침하판(38)은 자력을 가지고 있어 상기 로드(4)에 견고하게 지지되며, 또한 본 발명에서 상기 디지탈변위 계측기(34) 대신에 다이얼 게이지가 채용될 수 있음은 주지의 사실이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 표준관입시험장비를 이용하여 원지반의 지지력 및 침하량을 평가하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 기초가 설치될 설계심도까지 천공을 실시하고, 표준관입시험장치의 스플릿 배럴 샘플러(10) 선단에 장착된 선단접지봉(22)을 시추면 상부(18)에 밀착시킨다. 상기 표준관입시험 몸체(2)의 지지바(2a)에 설치된 제1 자석판(32)에 돌출편(34a)을 부착시켜 디지탈변위 계측기(34)가 위치고정되도록 하고, 이에 대응하는 로드(4)에 자력을 가진 침하판(38)을 끼워 고정하되, 받침편(38a)상에 디지탈변위계측기(34)의 센싱바(36)가 접촉하도록 방향을 맞춘다.

상기 노킹헤드(6)의 상단부에는 10kg의 하중재하판(12)을 올려놓아 로드(4)가 침하되도록 하되, 상기 하중재하판(12)을 여러 단계별로 나누어 적층시킴으로써 정적 재하하중을 로드(4)에 가한다. 정적 재하하중을 가하는 단계에 따라 로드(4)와 함께 침하판(38)이 하강하게 되고, 받침편(38a)상에 접촉되어 있는 센싱바(36)가 감지하게 된다. 이 감지신호는 디지탈변위 계측기(34)에 인가되어 침하량을 측정하게 되는 것이며, 이러한 디지탈변위 계측기(34)에서 계측된 침하량을 이용하여 원지반의 강도특성을 평가하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도1은 본 발명에 의한 표준관입시험장비의 구성을 나타낸 개략도

도2는 본 발명의 요부인 스플릿 배럴 샘플러의 구성을 나타낸 부분 단면도.

도3a 내지 도3c는 본발명의 요부인 선단접지봉, 침하판 및 원형하중판의 구성을 나타낸 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2: 표준관입시험 몸체 4: 로드

6 : 노킹헤드 10: 스플릿 배럴 샘플러

12: 하중재하판 22: 선단접지봉

32: 제1 자석판 34: 디지탈변위 계측기

36: 센싱바 38: 침하판

Claims (5)

1. 기초가 설치될 설계심도까지 천공하고, 표준관입시험장치의 스플릿 배럴 샘플러(10)의 선단에 장착된 선단접지봉(22)을 시추면에 밀착하는 제1 단계;

   표준관입시험 몸체(2)에 센싱바(36)가 구비된 디지탈변위 계측기(34)를 부착하고, 이에 대응하는 로드(4)에 자력을 가지며 받침편(38a)을 구비한 침하판(38)을 부착하되, 상기 침하판(38)의 받침편(38a)에 디지탈변위 계측기(34)의 센싱바(36)가 접촉하도록 방향을 맞추는 제2 단계;

   상기 로드(4)에 설치된 노킹헤드(6)의 상단부에 하중재하판(12)을 설치하되, 상기 하중재하판(12)을 여러 단계별로 나누어 적층하면서 로드(4)에 정적 재하하중을 가하는 제3 단계; 및

   정적 재하하중을 가한 단계에 따라 상기 침하판(38)이 하강하는 상태를 센싱바(36)가 감지하여 디지탈변위 계측기(34)에 감지신호를 인가함으로써 침하량을 측정하여 원지반의 강도특성을 평가하는 제4 단계

   를 포함하는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 평가방법.
2. 일측에 지지바(2a)가 구비된 표준관입시험 몸체(2)와, 상기 표준관입시험 몸체(2)의 일측에 수직으로 설치되며 상단부에 노킹헤드(6)가 장착되어 지반을 시추하기 위한 로드(4) 및 상기 로드(4)에 의해 시추된 천공홀에 관입되는 케이싱(14)을 포함하는 표준관입시험장비를 이용한 원지반 지지력 침하량 측정장치에 있어서,

   천공된 원지반의 시추면에 밀착되는 선단접지봉(22)과, 상기 선단접지봉(22)과 로드(4)를 연결하는 헤드(24)를 구비하여 상기 로드(4)의 선단부에 장착되는 스플릿 배럴 샘플러(10);

   상기 로드(4)의 노킹헤드(6) 상면에 설치되며, 자체 무게에 의해 선단접지봉(22)이 침하될 수 있는 무게를 가지고 상기 노킹헤드(6)에 단계별로 정적 재하하중을 가하기 위한 하중재하판(12); 및

   지상의 로드(4)에 끼워지며, 스플릿 배럴 샘플러(10)의 침하량을 계측하기 위한 침하계측수단(13)

   을 포함하는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 측정장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 선단접지봉(22)은 침하량을 정밀하게 측정할 수 있도록 선단부가 막혀있는 원통으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 측정장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 하중재하판(12)은 10kg의 재하하중을 가지며, 상기 로드(4)에 쉽게 끼워지도록 하기 위하여 일측부가 개방된 슬롯(12a)을 갖는 원형판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 측정장치.
5. 제 2 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 침하계측수단(13)은

   표준관입시험 몸체(2)의 지지바(2a)에 설치된 제1 자석판(32);

   상기 제1 자석판(32)에 부착되는 돌출편(34a)이 일측에 구비되어 상기 제1 자석판(32)에 의해 위치고정되는 디지탈변위 계측기(34);

   상기 디지탈변위 계측기(34)의 저면에 돌출되게 구비되며, 로드(4)의 하강변위를 감지하는 센싱바(36);

   상기 로드(4)에 끼워지도록 원호형상을 가지며, 일측면에 상기 디지탈변위 계측기(34)의 센싱바(36)에 접촉하도록 수평으로 돌출된 받침편(38a)이 구비된 침하판(38)

   을 포함하는 표준관입시험장치를 이용한 원지반의 지지력 및 침하량 측정장치.

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