KR101065468B1

KR101065468B1 - Measuring Method and Device of Soil Compaction

Info

Publication number: KR101065468B1
Application number: KR1020090116764A
Authority: KR
Inventors: 박근보; 김주형
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-09-19
Also published as: KR20110060235A

Abstract

본 발명은 지반의 다짐 작업을 수행하는 다짐 로울러에 가속도계를 구비하고, 가속도계를 통해 측정된 다짐 작업된 지반의 가속도를 이용하여 지반의 다짐정도를 연속적으로 평가하는 방법 및 이를 위한 평가지표 측정 연산 장치에 관한 것이다.The present invention is provided with an accelerometer in the compaction roller to perform the compaction operation of the ground, a method for continuously evaluating the compaction degree of the ground by using the acceleration of the compacted ground measured by the accelerometer and evaluation index measurement calculation device therefor It is about.

본 발명에서는 지반다짐장비에 가속도계를 장착하여 지반다짐장비가 다짐 작업을 수행하는 과정에서 상기 가속도계를 이용하여 지반의 진동가속도를 연속적으로 측정하고, 측정된 진동가속도를 이용하여 지반의 감쇠비를 구하고, 측정된 진동가속도와 위의 단계에서 구한 지반의 감쇠비를 이용하여 지반의 다짐정도를 평가할 수 있는 지반 정수를 구하여, 이를 이용하여 지반 다짐정도를 평가하는 방법과, 이러한 지반 정수를 측정 연산하는 장치가 제공된다. In the present invention, by accelerometer mounted on the ground compaction equipment to measure the vibration acceleration of the ground continuously using the accelerometer in the process of compacting the ground compaction equipment, using the measured vibration acceleration to obtain the damping ratio of the ground, Based on the measured vibration acceleration and the damping ratio of the ground obtained in the above step, the ground constant can be calculated and the ground compaction can be evaluated using this method. Is provided.

다짐, 다짐 로울러, 가속도, 가속도계, 다짐정도 Compaction, compaction roller, acceleration, accelerometer, compaction degree

Description

Ground compaction evaluation method and compaction evaluation evaluation measurement device {Measuring Method and Device of Soil Compaction}

본 발명은 지반의 다짐정도 평가방법 및 다짐정도 평가지표 측정 연산 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 지반의 다짐 작업을 수행하는 다짐 로울러에 가속도계를 구비하고, 가속도계를 통해 측정된 다짐 작업된 지반의 가속도를 이용하여 지반의 다짐정도를 연속적으로 평가하는 방법 및 이를 위한 평가지표 측정 연산 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for evaluating compaction degree and a compaction evaluation index measurement operation of the ground, and more specifically, to provide an accelerometer on the compaction roller for compacting the ground, the acceleration of the compacted ground measured through the accelerometer It relates to a method for continuously evaluating the degree of compaction of the ground by using and an evaluation index measurement calculation device therefor.

하천제방, 간탁제방, 대규모의 휠댐, 어스댐과 같은 지반 구조물을 축조하거나 도로성토, 철도성토, 공장이나 주택 등의 부지조성, 옥내외 각종 구조물 되메우기 작업 등의 지반 공사를 진행함에 있어서 지반의 다짐 작업이 필수적인데, 지반 다짐은 적정 다짐밀도를 얻을 때까지 흙, 모래, 자갈 등의 지반의 구성재료를 다짐으로써 수행된다. 앞서 언급한 것처럼 다짐에 의해 축조되는 구조물의 기능에 따라 지반 다짐의 목적이 달라지는데, 지반 구조물이 목적하는 기능을 달성하기 위해 서는 지반 구조물이 충분한 다짐정도를 가져야 하며, 더 나아가 지반 구조물이 적정한 다짐정도 이상을 가지는 지를 정확하게 평가하여 파악하는 것이 매우 중요하다. Ground compaction in the construction of ground structures such as river banks, quarry banks, large-scale wheel dams and earth dams, site construction of roads, railroads, factories and homes, and backfilling of indoor and outdoor structures. Work is essential, and ground compaction is carried out by compacting ground constituents such as soil, sand and gravel until a proper compaction density is obtained. As mentioned above, the purpose of the ground compaction depends on the function of the structure constructed by the compaction.The ground structure must have sufficient compaction degree to achieve the desired function. It is very important to accurately assess and understand whether there is an abnormality.

도 1에는 지반 구조물 시공방법의 일예로서 종래의 성토 시공 과정을 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 성토 시공을 수행하기 위해서 종래에는 우선 지반 구조물에 적합한 성토재료 즉, 성토를 위해 다짐 작업을 수행할 다짐재료를 선정하고, 선정된 다짐재료에 대한 물성(예를 들면, 비중 등)을 토성 시험에 의해서 파악한다. 다짐재료의 물성을 파악한 후에는 KS F2312 등의 규정에 따라 실내 다짐시험을 수행하여 다짐을 위한 최적 함수비를 결정하게 된다. 최적 함수비가 결정되면 선정된 다짐재료와 선정된 최적 함수비를 이용하여 실제 시공에 앞서 현장 상황을 모사할 수 있는 시험시공 즉, 파일롯트(pilot) 성토 작업을 수행하고, 이러한 파일롯트 성토부에 대해 현장 다짐 시험을 수행한다. 이러한 파일롯트 성토부에 대한 현장 다짐시험으로는 KS F 2310에 의한 평판 재하시험, KS F 2311에 따른 모래 치환법에 의한 흙의 밀도 시험방법 등이 있다. 위와 같은 현장 다짐시험에 의해 파일롯트 성토부가 충분한 설계 지지력을 확보하였다고 판단되는 경우에는 본격적인 실제 성토 시공을 수행하여 목적하는 형태의 성토부를 형성하게 된다. 이와 같이 실제 성토 시공이 이루어진 후에는 성토된 지반의 다짐이 적정한 정도로 이루어져 있는지를 평가하는 작업 즉, 지반의 다짐정도 평가작업을 수행한다. 성토 시공 등의 지반 공사를 위해 최근에는 자동화되고 대형화된 다양한 종류의 다짐 장비들이 지반 다짐에 사용되고 있지만, 다짐 장비의 현대화에도 불구하고, 지반의 다짐정도를 평가하는 방법은 낙후되어 있어 작업자의 인위적인 판단에 의해 다짐정도의 평가와 다짐 작업의 수행이 이루어지는 것이 대부분이다. 1 is a schematic flowchart showing a conventional fill construction process as an example of a method for constructing a ground structure. As shown in the drawings, in order to perform the filling construction, conventionally, a filling material suitable for the ground structure, that is, a compacting material to be compacted for the filling is selected, and the physical properties (eg, specific gravity) of the selected compacting material are selected. Etc.) by Saturn test. After determining the physical properties of the compaction material, an indoor compaction test is performed according to the provisions of KS F2312 to determine the optimum water content for compaction. Once the optimum water content is determined, the pilot construction, that is, pilot filling, is performed to simulate the site situation prior to actual construction by using the selected compaction material and the selected optimal water content. Perform a field compaction test. The field compaction test for the pilot fill site includes the plate loading test according to KS F 2310 and the soil density test method using sand replacement method according to KS F 2311. When it is determined that the pilot fill section has sufficient design support by the field compaction test as described above, the fill section of the desired form is formed by performing actual fill construction in earnest. As such, after the actual construction of the ground, the work of evaluating whether the compacted ground is made to an appropriate degree, that is, the ground compaction evaluation is performed. Recently, various types of compaction equipment have been automated and enlarged for ground construction such as landfill construction.However, despite the modernization of compaction equipment, the method of evaluating the level of ground compaction is underdeveloped. In most cases, evaluation of compaction degree and compaction work are performed.

종래에는 다짐정도 평가 작업은 평판 재하시험이나 모래 치환법에 의한 흙 밀도 시험 방법 등과 같은 통상의 다짐 시험방법에 의해 구해진 측정치를 이용하여 이루어졌다. 그런데, 평판 재하시험 등과 같은 통상의 다짐 시험방법은 시간과 비용이 많이 소요되므로, 전체 다짐 영역에서 극히 일부 측정점만을 선정하여 다짐 시험을 수행하게 되고, 더 나아가 복수층으로 다짐을 수행할 때 매 층에 대해서 수행하는 것이 아니라 몇 층씩 건너뛰면서 수행하여, 이를 근거로 전체 다짐 영역에 대한 다짐정도 평가를 수행하는 것이 일반적이다. 즉, 종래에는 지반의 다짐정도를 평가하는 지표로서, 평판 재하시험이나 모래 치환법에 의한 흙 밀도 시험 방법 등과 같이 비용과 시간이 많이 소요되는 통상의 다짐 시험방법에 의하여 구해진 측정치를 이용하였기 때문에, 지반 공사의 전체 다짐 영역 중에서 극히 일부의 측정점에서의 측정 결과에만 근거하여, 전체 지반 다짐 영역에 대한 다짐정도를 평가하였던 것이다. Conventionally, compaction degree evaluation work was performed using the measurement value calculated | required by the conventional compaction test method, such as a flat plate loading test and the soil density test method by the sand replacement method. However, since the conventional compaction test method such as a flat plate loading test takes a lot of time and money, the compaction test is performed by selecting only a few measurement points in the entire compaction area, and furthermore, when performing compaction in multiple layers, It is common to perform a compaction evaluation of the entire compacted area based on this by skipping several layers rather than performing. That is, in the past, as an index for evaluating the compaction degree of the ground, the measurement values obtained by the conventional compaction test method, which is expensive and time-consuming, such as a flat plate loading test or a soil density test method by the sand replacement method, were used. The degree of compaction of the entire ground compaction area was evaluated based only on the measurement results at a few measurement points among the ground compaction areas.

그런데 이와 같이 극히 소수의 측정점은 대표성에 문제가 되므로, 이와 같이 극히 일부 측정점에서의 측정 결과만을 이용하여 전체 지반 다짐 영역의 다짐정도를 평가하는 종래의 방법으로는 실질적으로 국소적인 위치에서만 다짐정도를 평가만 이루어질 뿐이며 전체 지반 다짐 영역에 대한 다짐정도의 평가는 제대로 이루어질 수 없다는 한계가 있다.However, since very few measurement points are problematic for the representativeness, the conventional method of evaluating the compaction degree of the entire ground compaction area using only the measurement results of only a few measurement points, such as the compaction degree in the substantially local position only Only the evaluation is made and there is a limitation that the evaluation of the degree of compaction for the entire ground compaction area cannot be made properly.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 명확한 역학적 원리에 근거하여 다짐정도를 나타내며 다짐 시공 현장에서 신속하고 간편하게 그리고 연속적으로 측정할 수 있어 넓은 영역의 다짐 시공 현장에 대한 전수 조사를 가능하게 하는 지표를 이용하여 지반의 다짐정도를 평가함으로써, 국소적인 위치에 대한 다짐정도가 아니라 지반 공사가 이루어진 전체 지반 다짐 영역에 대하여 신뢰성 있는 다짐정도의 평가가 이루어질 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. The present invention was developed to solve the above problems, it shows the degree of compaction based on a clear mechanical principle and can be measured quickly and easily and continuously at the compaction construction site, it is possible to conduct a full investigation of the compaction construction site of a large area The purpose of this study is to evaluate the compaction level of the ground using the indicators, so that a reliable compaction level can be evaluated for the entire ground compaction area where the ground work is made, not the local compaction level.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 지반다짐장비에 가속도계를 장착하여 지반다짐장비가 다짐 작업을 수행하는 과정에서 상기 가속도계를 이용하여 지반의 진동가속도를 연속적으로 측정하고, 측정된 진동가속도를 이용하여 지반의 감쇠비를 구하고, 측정된 진동가속도와 위의 단계에서 구한 지반의 감쇠비를 이용하여 지반의 다짐정도를 평가할 수 있는 지반 정수를 구하여, 이를 이용하여 지반 다짐정도를 평가하는 방법과, 이러한 지반 정수를 측정 연산하는 장치가 제공된다. In the present invention, in order to achieve the above object, by mounting the accelerometer on the ground compaction equipment to measure the vibration acceleration of the ground by using the accelerometer in the process of compacting the ground compaction equipment, the measured vibration acceleration The method of evaluating the ground compaction rate using the measured vibration acceleration and the ground damping ratio obtained in the above step is obtained. An apparatus for measuring and calculating ground constants is provided.

본 발명에 의하면, 다짐 로울러 주행 등과 같이 지반다짐장비를 사용하여 다 짐을 수행하는 동안에 연속적으로 지반가속도를 측정하여 이에 근거하여 지반 다짐정도를 평가하게 되므로, 신속하고 간편하며 정확한 다짐평가를 수행할 수 있게 된다. 특히, 다짐평가를 위한 종래 방법에서 시험방법(평판재하시험, 흙의 밀도시험, 흙의 다짐 시험 등)을 시행할 때 유발되었던 구간별 다짐정도의 편차, 과 다짐 등을 획기적으로 줄일 수 있게 된다. According to the present invention, the ground acceleration is continuously measured during the compaction using the ground compaction equipment such as compaction roller driving, and thus the ground compaction is evaluated based on the compaction roller, so that the compaction evaluation can be performed quickly, easily and accurately. Will be. In particular, in the conventional method for compaction evaluation, the variation of compaction degree and over compaction caused by the test method (flat load test, soil density test, soil compaction test, etc.) caused by the section can be drastically reduced. .

본 발명에서는 다짐 작업을 수행하는 과정에서 연속적으로 그리고 실시간으로 진동가속도를 측정하여 지반 정수를 측정하여 지반 다짐정도를 평가하는 본 발명에 의하면 더욱 효율적으로 지반 다짐정도를 평가할 수 있게 되며, 더 나아가 본 발명에 의하면 특정한 측정점에 대한 측정값에 근거한 것이 아니라 전체 다짐 영역에 대한 전수조사가 가능하게 되므로, 전체 다짐 영역에 대해서 더욱 정밀하고 정확한 지반 다짐정도의 평가가 가능하게 된다는 효과가 발휘된다. In the present invention, according to the present invention for evaluating the ground compaction by measuring the ground constant by measuring the vibration acceleration continuously and in real time in the process of compaction, it is possible to evaluate the ground compaction more efficiently, According to the present invention, it is possible to perform a full inspection of the entire compacted area rather than based on the measured value for a specific measuring point, and thus the effect of more accurate and accurate evaluation of the ground compaction level can be achieved for the entire compacted area.

따라서 대형 다짐 시공에서 광범위한 지역의 지반조사비를 상당히 절감할 수 있으며, 그에 따라 시공비를 줄일 수 있고, 공기단축 및 부실공사방지를 할 수 있는 효과를 발휘하게 된다. Therefore, it is possible to considerably reduce the ground survey cost of a large area in the construction of large compaction, thereby reducing the construction cost, and to reduce the air shortage and prevent inadequate construction.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are described as one embodiment by which the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation are not limited.

도 2a에는 지반다짐장비의 일예로서 다짐로울러가 지반 위를 지나가는 형상을 보여주는 개략도가 도시되어 있고, 도 2b에는 본 발명에 따른 지반 다짐정도 평가방법에 의하여 지반 다짐정도를 평가할 수 있도록 지반 다짐정도 평가지표를 측정하여 연산하는 장치(1)(이하, "지반 다짐정도 평가장치"라고 약칭함)의 개략적인 구성도가 도시되어 있다. Figure 2a is shown as a schematic diagram showing the shape of the compaction roller passing over the ground as an example of the ground compaction equipment, Figure 2b is to evaluate the ground compaction degree by the ground compaction evaluation method according to the present invention A schematic configuration diagram of an apparatus 1 (hereinafter, abbreviated as "ground compaction degree evaluation apparatus") for measuring and calculating an index is shown.

본 발명에 따른 지반 다짐정도 평가장치(1)는, 다짐로울러와 같은 지반다짐장비(10)에 장착되어 지반에 가해진 진동하중에 대한 지반으로부터의 진동가속도를 측정하는 가속도계(12)와, 상기 가속도계(12)로부터의 측정 신호 즉, 측정된 진동가속도를 이용하여 지반의 다짐정도를 평가하는 지표인 지반 정수(Compaction Value/ CV)를 연산하는 연산부(14)를 포함하여 구성된다. 필요에 따라서는 상기 연산부(14)에 의하여 연산된 지반 정수(CV)를 작업자가 인지할 수 있도록 하는 디스플레이부(16)가 더 구비될 수 있다. 본 명세서에서 상기 "디스플레이부(16)"라는 용어는 문자 그대로 시각적으로 인지할 수 있는 스크린 등의 장치뿐만 아니라 음향으로 인지할 수 있는 스피커 등의 장치도 모두 포함하는 의미로 사용되었다. The ground compaction degree evaluation apparatus 1 according to the present invention includes an accelerometer 12 which is mounted on the ground compaction equipment 10 such as a compaction roller and measures the acceleration of vibration from the ground to the vibration load applied to the ground. And a calculation unit 14 for calculating a ground constant (Compaction Value / CV) which is an index for evaluating the compaction degree of the ground using the measured signal from (12), that is, the measured vibration acceleration. If necessary, the display unit 16 may be further provided to allow a worker to recognize the ground constant CV calculated by the operation unit 14. The term "display unit 16" is used herein to mean not only devices such as screens that can be visually recognized as well as devices such as speakers that can be recognized by sound.

본 발명에 따른 지반 다짐정도 평가방법은 위와 같은 구성의 장치를 이용하여 진행될 수 있는데, 구체적으로 상기 가속도계(12)를 다짐로울러와 같은 지반다짐장비(10)에 장착(예를 들면 다짐 로울러의 바퀴에 장착)하여, 지반다짐장비(10)가 다짐 작업을 수행하는 과정에서 상기 가속도계(12)를 이용하여 하중에 대한 지반으로부터의 진동가속도를 측정한다(S1). 즉, 다짐 작업을 수행하면서 가속도계(12)를 이용하여 지반의 진동가속도를 연속적으로 측정하는 것이다. 물체에 하 중을 가하여, 하중에 의해 물체에서 발생하는 진동가속도를 측정하는 가속도계(12) 자체는 이미 공지된 것으로서, 본 발명에서 사용되는 가속도계(12)는 아날로그 방식이나 반도체칩 형태의 디지털 방식 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있으며 이에 대해 특별한 제한은 없다. Ground compaction degree evaluation method according to the invention can be carried out using the device of the above configuration, specifically, the accelerometer 12 is mounted on the ground compaction equipment 10, such as compaction rollers (for example wheels of compaction rollers) In order to measure the vibration acceleration from the ground to the load using the accelerometer 12 in the process of the compaction equipment 10 performs the compacting operation (S1). That is, the vibration acceleration of the ground is continuously measured using the accelerometer 12 while performing the compaction operation. The accelerometer 12 itself which measures the vibration acceleration generated from the object by the load by applying a load to the object is already known, and the accelerometer 12 used in the present invention is an analog method or a digital method in the form of a semiconductor chip. It can be done in various ways and there is no particular limitation on this.

본 발명에서는 이와 같이 다짐 작업 과정에서 가속도계(12)에 의해 연속적으로 측정한 진동가속도를 이용하여 지반의 다짐정도를 평가할 수 있는 지반 정수(Compaction Value/ CV)를 연산하고, 이러한 지반 정수를 지반 다짐정도 평가의 지표로 삼는다. 우선 다음에서는 이에 대한 이론적 배경을 설명한다. In the present invention, by using the vibration acceleration continuously measured by the accelerometer 12 in the compaction operation as described above, the ground constant (Compaction Value / CV) to evaluate the compaction degree of the ground is calculated, and the ground constant is ground compaction Use it as an indicator of accuracy. First, the theoretical background on this is explained.

지반이 외부로부터 하중을 받게 되면 지반 내부의 미세구조는 외력으로 인해 변화를 일으키게 되며, 미세구조의 변화는 지반의 안정성 및 지반의 역학적 특성들을 변화시킨다. 다짐 과정에서도 지반에 하중이 가해지는 것이므로, 다짐이 이루어질 때 위와 같은 지반 내부에서의 미세구조 변화, 즉 흙 입자간의 구조 변화가 발생된다. 도 3 내지 도 5에는 각각 하중이 가해질 때의 지반의 흙 입자간의 상태 변화를 보여주는 개략적인 단면도(각 도면의 (a))와, 해당 상태에 대한 진동가속도 신호의 형태(각 도면의 (b))가 도시되어 있다. 도 3 내지 도 5의 (a)부분에서 원형으로 된 것은 흙 입자를 나타낸다. When the ground is loaded from the outside, the microstructure inside the ground causes a change due to external force, and the change of the microstructure changes the stability of the ground and the mechanical characteristics of the ground. Since the load is applied to the ground even during the compaction process, when the compaction is made, a microstructure change in the ground, ie, a structural change between soil particles, occurs. 3 to 5 are schematic cross-sectional views (a) of the soil particles of the ground when the load is applied, respectively (a) of the figure, and the form of the vibration acceleration signal for the state (b) of the figure. ) Is shown. What is circular in parts (a) of Figures 3 to 5 represents soil particles.

다짐이 이루어지기 전에는 도 3의 (a)에 도시된 것처럼, 흙 입자간의 공간이 존재하는 느슨한 상태로 지반이 존재한다. 다짐이 수행되는 과정에서는 도 4의 (a)에 도시된 것처럼, 흙 입자 간의 배열 상태에 변화가 생기게 되고, 다짐이 완료되면 도 5의 (a)에 도시된 것처럼 흙 입자간의 공간이 사라져 밀실하게 위치하게 됨으로써 지반의 침하가 일어나고 지반이 단단하게 된다. Before the compaction is made, as shown in (a) of FIG. 3, the ground exists in a loose state in which spaces between soil particles exist. In the process of compaction, as shown in (a) of FIG. 4, a change occurs in the arrangement state between the soil particles. When compaction is completed, the space between the soil particles disappears tightly as shown in FIG. 5 (a). By being located, ground subsidence occurs and the ground becomes hard.

지반의 강성은 흙 입자 사이의 미세 구조와 관계있으며, 따라서 위와 같이 다짐 상태에 따라 흙 입자 사이의 미세 구조가 변화하게 되면 그에 따라 지반의 강성이 변화하게 되고, 이러한 지반 강성의 변화는 진동가속도로 측정할 수 있게 된다. Soil stiffness is related to the microstructures between the soil particles. Therefore, if the microstructures between soil particles change according to the compaction state as above, the soil stiffness changes accordingly. You can measure it.

이러한 원리에 근거하여 본 발명에서는 가속도계(12)를 이용하여 지반의 진동가속도를 측정함으로써, 지반의 다짐정도에 따른 지반 강성의 변화를 측정하는 것이다. Based on this principle, in the present invention, by measuring the vibration acceleration of the ground using the accelerometer 12, it is to measure the change in ground stiffness according to the degree of compaction of the ground.

가속도계(12)에 의해 측정된 진동가속도는 실질적으로 지반의 강성을 보여주게 되는데, 도 3 내지 도 5의 각 도면에서 (b)는 (a)로 도시된 각 지반의 흙 입자 상태에서 측정된 진동가속도의 형태를 보여주는 그래프도이다. 도 3에 도시된 것처럼, 느슨한 상태의 지반은 진동 감쇠 정도가 높으며, 따라서 지반에 전파되는 진동하중에 의한 진동가속도는 지반의 감쇠로 인해 작은 값을 나타낸다. 다짐이 수행되면서 지반의 강성이 증가하게 되고 그에 따라 도 4에 도시된 것처럼 진동가속도의 측정값이 증가하게 되고, 도 5에 도시된 것처럼 다짐이 완료되어 지반이 단단하게 되면 강성은 높아지고 지반의 진동 감쇠 능력이 작아지므로, 진동가속도 측정값은 매우 높아지게 된다. Vibration acceleration measured by the accelerometer 12 shows the ground stiffness substantially, in each of Figures 3 to 5 (b) is the vibration measured in the soil particles of each ground shown in (a) This is a graph showing the form of acceleration. As shown in FIG. 3, the loose ground has a high degree of vibration attenuation, and therefore, the vibration acceleration due to the vibration load propagated to the ground has a small value due to the ground attenuation. As the compaction is performed, the stiffness of the ground is increased and accordingly, the measured value of the vibration acceleration is increased as shown in FIG. 4, and when the compaction is completed and the ground is hard as shown in FIG. 5, the rigidity is increased and the ground vibration is increased. As the damping capacity becomes smaller, the vibration acceleration measurement value becomes very high.

가속도계(12)를 이용하여 지반의 진동가속도를 측정할 때, 지반으로 전파되는 하중의 크기는, 충격력에 대한 지반의 감쇠비와 관련이 있다. 따라서 지반에서의 충격력은 아래의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다. When measuring the vibration acceleration of the ground using the accelerometer 12, the magnitude of the load propagating to the ground is related to the damping ratio of the ground to the impact force. Therefore, the impact force on the ground can be expressed by Equation 1 below.

상기 수학식 1에서 DF는 지반의 충격력이며, a는 가속도이다. d_CAV는 지반 충격력의 감쇠에 관련된 계수 즉, 지반의 감쇠비이다. In Equation 1, DF is the impact force of the ground, and a is the acceleration. d _CAV is a coefficient related to the damping of the ground impact force, that is, the damping ratio of the ground.

상기 지반의 감쇠비 d_CAV는, 하중에 의해 지반에 발생되는 충격력을 최대충격력으로 정규화한 값이 되는데, 아래의 수학식 2로 표현된다.The damping ratio d _CAV of the ground is a value obtained by normalizing the impact force generated on the ground by the load to the maximum impact force, which is represented by Equation 2 below.

수학식 2에서 t는 시간이며, tmax는 1초이다. In Equation 2, t is time and tmax is 1 second.

또한 상기 수학식 2에서 a(t)는 진동가속도를 함수로 표현한 것이며, 분자로 표현된

는 지반의 충격력이 되며, 수학식 2에서 분모로 표현된

는 1초 동안에 지반에 가해진 최대충격력이 된다. In addition, in Equation 2, a (t) is expressed as a function of vibration acceleration, expressed as a molecule

Is the impact force of the ground, represented by the denominator in equation (2)

Is the maximum impact force on the ground for 1 second.

위의 수학식 2로 표현되는 상기 지반의 감쇠비 d_CAV는, 해당 지반의 감쇠 정도를 상대적으로 표현하는 계수인데, d_CAV=0이면 감쇠가 없는 상태로서 지반이 완전 탄성상태에 있다는 것을 의미하며, d_CAV=1.0이면 지반에 하중이 가해졌을 때, 지반에 의해 하중이 완전히 흡수되는 상태를 나타낸다.The damping ratio d _CAV of the ground represented by Equation 2 above is a coefficient expressing the degree of damping of the ground relatively, and d _CAV = 0 means that the ground is in a completely elastic state without damping. d _CAV = 1.0 indicates that the load is completely absorbed by the ground when the ground is loaded.

다짐은 결국 지반에 외부 하중이 가해져서 그로 인하여 지반이 단단해지는 과정이다. 따라서 하중이 가해지면 지반의 입자 사이의 접촉면 간에 응력이 집중되면서 지반의 감쇠 정도가 줄어든다. 이러한 현상을 반영하고 진동의 파형, 주파수와 시간이력에 독립적인 다짐정도 평가 계수를 정의하기 위하여, 상기 수학식 1의 양변을 적분하게 되면 지반의 다짐정도를 평가할 수 있는 지반 정수(CV)를 만들 수 있다. Compaction is the process by which an external load is ultimately applied to the ground and thereby the ground is hardened. Therefore, when a load is applied, stress is concentrated between the contact surfaces between the particles of the ground, and the ground attenuation decreases. In order to reflect these phenomena and define the compaction degree evaluation coefficient independent of vibration waveform, frequency and time history, when both sides of Equation 1 are integrated, a ground constant (CV) can be created to evaluate the level of ground compaction. Can be.

즉, 지반다짐장비(10)에 의한 강제 진동하에서 자유장 지반계에 나타나는 다짐정도를 나타내는 값인 지반 정수(CV)는 아래의 수학식 3으로 표현된다. That is, the ground constant CV, which is a value representing the degree of compaction appearing in the free field ground system under the forced vibration by the ground compaction apparatus 10, is expressed by Equation 3 below.

상기 수학식 3에서 CV는 지반 정수이며, DF 및 기타 기호는 앞의 수학식 1 및 수학식 2에 제시된 것들이다. In Equation 3, CV is a ground integer, and DF and other symbols are those shown in Equations 1 and 2 above.

이와 같이, 지반 정수는, 진동 하중에 대한 적분법을 적용하여 구해지는 지수로서, 진동의 파형, 크기, 시간 등 진동하중 특성치 모두가 고려되어 지반의 다짐정도를 보여주는 지표가 된다. In this way, the ground constant is an index obtained by applying the integral method to the vibration load, and is an index showing the compaction degree of the ground in consideration of all vibration load characteristics such as vibration waveform, magnitude, and time.

본 발명에서는 이러한 지반 정수(CV)에 근거하여 지반의 다짐정도를 판단하게 되는데, 측정 진동가속도에 근거하여 구해진 지반 정수(CV)가 소정의 사전 설정된 값 지반 정수의 최소값 이상이 되면 적정한 되는지의 여부를 확인함으로써 지반의 적정한 다짐이 이루어졌는지의 여부를 평가하게 된다. In the present invention, the degree of compaction of the ground is determined based on the ground constant CV. If the ground constant CV obtained based on the measured vibration acceleration becomes more than a minimum value of the predetermined predetermined ground constant, whether or not it is appropriate. By verifying, it is evaluated whether proper ground compaction has been made.

즉, 본 발명에서는 지반다짐장비(10)에 가속도계(12)를 장착하여 지반다짐장비(10)가 다짐 작업을 수행하는 과정에서 상기 가속도계(12)를 이용하여 지반의 진동가속도를 연속적으로 측정하고(S1), 측정된 진동가속도를 상기 수학식 2에 대입하여 지반의 감쇠비 d_CAV를 구하고(S2), 측정된 진동가속도와 위의 단계에서 구한 지반의 감쇠비를 수학식 3에 대입하여 지반의 다짐정도를 평가할 수 있는 지반 정수(CV)를 구하며(S3), 구해진 지반 정수가 소정의 사전 설정된 기준 지반 정수값(적정한 다짐이 이루어졌다고 인정할 수 있는 상태에서의 지반 정수값) 이상인지의 여부를 판단함으로써 지반 다짐정도를 평가하게 되는 것이다(S4). 적정한 다짐이 이루어졌다고 인정할 수 있는 상태의 지반 정수값 즉, 기준 지반 정수값은, 사전에 미리 설정하는 것으로서, 예를 들면 미리 실험실 등에서의 다짐시험을 통해 적정한 다짐 상태를 형성한 후 이 때에 측정된 지반 정수값을 기준 지반 정수값으로 설정할 수 있다. That is, in the present invention, by measuring the vibration acceleration of the ground by using the accelerometer 12 in the process of mounting the accelerometer 12 to the ground compaction equipment (10) to compact the ground compaction equipment (10) (S1), by substituting the measured vibration acceleration into Equation 2 above to obtain the damping ratio d _CAV of the ground (S2), and by substituting the measured vibration acceleration and the damping ratio of the ground obtained in the above step into Equation 3, A ground constant (CV) for evaluating the degree is obtained (S3), and the determined ground constant is determined whether or not the predetermined ground constant is equal to or greater than a predetermined preset reference ground constant value (ground constant value in a state where proper compaction has been made). By doing so to evaluate the degree of ground compaction (S4). The ground constant value, that is, the reference ground constant value in a state that can be recognized as appropriate compaction is set in advance, and is measured at this time after forming a proper compaction state through, for example, a compaction test in a laboratory or the like. The ground constant value can be set as the reference ground integer value.

이와 같은 가속도계(12)에 근거한 지반의 감쇠비 d_CAV및 지반 정수(CV)의 연산은, 마이크로 프로세서로 이루어진 연산부(14)에서 이루어진다. 연산된 지반 정수(CV)는 디스플레이장치(16)를 통해서 작업자에게 전달될 수 있는데, 지반 정수(CV)가 사전 설정된 값에 미치지 못하는 것으로 나타나게 되면, 작업자는 충분한 다짐이 이루어지지 아니한 것으로 판정하고, 해당 구역에 대해 추가적인 다짐 작업을 수행하게 된다. The calculation of the ground attenuation ratio d _CAV and the ground constant CV based on the accelerometer 12 is performed by the calculation unit 14 made of a microprocessor. The calculated ground constant CV may be transmitted to the operator through the display device 16. If the ground constant CV appears to fall below a preset value, the operator determines that sufficient compaction has not been made. Additional compaction work will be performed on the area.

위와 같이 본 발명에 따른 위와 같은 지반 다짐정도 평가방법에서는, 지반의 다짐정도를 평가할 수 있는 지표인 지반 정수를 지반의 다짐 과정이 이루어짐과 동시에 현장에서 연속적으로 구할 수 있게 되고, 더 나아가 특정한 일부 지점이 아니라 다짐이 이루어지는 전체 다짐 영역 전체에서 고르게 복수의 지점에서 간편하게 지반 정수를 구하여 이에 근거하여 지반의 다짐정도를 평가할 수 있게 된다. 그러므로 종래의 다짐정도 평가방법의 문제점으로 지적되던 극히 소수의 측정점의 대표성 문제 즉, 극히 일부 측정점에서의 측정 결과만을 이용한 다짐정도 평가로 인한 전체 지반 다짐 영역의 부실한 다짐정도 평가라는 한계를 극복할 수 있게 되는 효과가 있다. In the above ground compaction evaluation method according to the present invention as described above, the ground constant, which is an index for evaluating the compaction degree of the ground can be obtained continuously in the field at the same time as the compaction process of the ground, furthermore, a certain point In addition, it is possible to easily obtain ground constants at a plurality of points evenly in the whole compaction area where compaction is made, and to evaluate the compaction degree of the ground based on this. Therefore, it is possible to overcome the limitation of the representative compactness problem of the whole ground compaction area due to the compaction degree evaluation using only the measurement result of only a few measurement points, which is pointed out as a problem of the conventional compaction degree evaluation method. It is effective to be.

특히, 작업자는 다짐이 이루어진 즉시 지반 정수를 확인할 수 있고, 이러한 지반 정수 확인을 통해 지반의 다짐정도를 즉각적으로 평가할 수 있어, 불충분한 다짐 상태에 대해 신속하게 대처할 수 있게 된다. In particular, the operator can check the ground constant immediately after the compaction is made, it is possible to immediately evaluate the degree of compaction of the ground through such ground constant check, it is possible to quickly cope with the insufficient compaction state.

다음에서는 실제 사례에 대해 본 발명에 따라 지반 정수를 측정하여 다짐정 도를 평가한 것과 종래의 방법에 의해 다짐정도를 평가한 것에 대해 설명한다. In the following, the evaluation of the compaction degree by measuring the ground constant according to the present invention for the actual case and the evaluation of the compaction degree by the conventional method will be described.

<실시예><Examples>

본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실제 도로 시공 현장에서 20m ㅧ 40m의 크기를 가지는 사각형 부지에 대해 본 발명에 따른 다짐정도 평가 방법을 실시하였다. In order to confirm the effect of the present invention, the compaction degree evaluation method according to the present invention was carried out on a rectangular site having a size of 20m ㅧ 40m at the actual road construction site.

시공 현장에서 사용된 흙은 통일분류법(USCS)에 의해 분류에서 "GP"에 해당하는 것이었으며, 다짐두께를 30cm로 설정하여 위치별로 진동다짐기를 이용하여 4회, 8회, 12회로 각각 다짐을 수행하였다. 본 발명에 따라 다짐작업이 이루어지는 동안 진동다짐기에 가속도계를 부착하여 연속적으로 그리고 실시간으로 진동가속도를 측정하여 지반 정수(CV)를 산정하였다. The soil used at the construction site was equivalent to "GP" in the classification by the Uniform Classification Method (USCS), and the compaction thickness was set to 30 cm and the compaction was performed 4 times, 8 times, and 12 times using the vibration compactor for each location. Was performed. Ground constant (CV) was calculated by measuring the acceleration of the vibration continuously and in real time by attaching an accelerometer to the vibration compactor during the compaction operation according to the present invention.

도 6은 위와 같은 측정결과에 근거하여 산출한 지반 정수(CV)값을 다짐시작지점부터의 거리와 다짐회수에 따라 도시한 그래프도이다. 도 6에서 알 수 있는 것처럼, 현장 연속다짐 시공에서는 지반 정수(CV)값은, 다짐회수가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보인다. 즉, 다짐회수가 증가하여 지반의 다짐정도가 높을수록 지반 정수(CV)값이 증가하는 것을 알 수 있으며, 이러한 결과는 지반 정수(CV)가 지반의 다짐정도를 나타내는 지표로서 효과적으로 기능하게 됨을 확인시켜주는 것이다. 6 is a graph showing ground constants (CV) values calculated based on the above measurement results according to the distance from the compaction start point and the compaction frequency. As can be seen in Figure 6, in the field continuous compaction construction, the ground constant (CV) value tends to increase as the number of compaction increases. In other words, it can be seen that the ground constant (CV) value increases as the compaction frequency increases and the ground compaction level increases, and these results confirm that the ground constant (CV) functions effectively as an indicator of the compaction level of the ground. It will let you.

한편, 종전에 사용해오던 평판재하시험의 결과에 근거하여 지반의 다짐정도를 평가하기 종래의 방법과 본 발명에 의한 지반 정수 이용 지반 다짐정도 평가방 법을 비교하기 위하여, 위의 지반 정수(CV)값의 변화가 심하게 발생하는 위치에서 평판재하시험을 수행하였으며, 평판재하시험 결과로부터 지반강성계수 K₃₀을 산정하였다. 도 7 및 도 8에는 각각 평판재하시험 측정값으로부터 산정된 K₃₀값이 그래프도와 표로 도시되어 있다. On the other hand, in order to evaluate the degree of compaction of the ground based on the results of the plate loading test that has been used in the past, in order to compare the ground compaction degree evaluation method using the ground constant according to the present invention, the above ground constant (CV) The plate loading test was performed at the position where the change of value occurred severely, and the ground stiffness coefficient K ₃₀ was calculated from the plate loading test results. 7 and 8 show the K ₃₀ values calculated from the flat load test measurements, respectively, in graphs and tables.

도 7 및 도 8에 도시된 것처럼, 4회 다짐 후에는 약 23 ∼ 25 kg/cm³, 8회 다짐 후에는 약 25 ∼ 31 kg/cm³, 및 12회 다짐 후에는 36 ∼ 43 kg/cm³ 정도의 K₃₀이 측정되었다. K₃₀값 역시 다짐회수가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타낸다. As shown in FIGS. 7 and 8, about 23 to 25 kg / cm ³ after 4 compactions, about 25 to 31 kg / cm ³ after 8 compactions, and 36 to 43 kg / cm after 12 compactions ^A degree of K ₃₀ of ³ was measured. The K ₃₀ value also tends to increase with increasing compaction frequency.

도 9는 평판재하시험 측정값과 지반 정수(CV)값의 비교를 위하여 하나의 그래프로 측정값을 도시한 그래프도이다. 도 9에서 알 수 있는 것처럼, 동일 위치에서 평판재하시험의 K₃₀값에 100배한 결과와 본 발명에 따라 구해진 지반 정수(CV)값과 일치하는 경향이 나타났다. 즉, 본 발명에 따른 지반 정수(CV)가 지반 다짐정도를 측정하는 지표로서 종래의 평판재하시험에 의한 결과를 대체할 수 있음을 알 수 있다. FIG. 9 is a graph showing measured values in one graph for comparison between plate loading test values and ground constant (CV) values. As can be seen in Figure 9, the results of 100 times the K ₃₀ value of the plate loading test at the same position and the tendency to coincide with the ground constant (CV) value obtained according to the present invention appeared. In other words, it can be seen that the ground constant (CV) according to the present invention can replace the results of the conventional flat load test as an index for measuring the level of ground compaction.

앞서 설명한 것처럼, 종래에는 평판재하시험 등의 방법을 통해서 얻어진 측정값에 의하여 지반 다짐정도를 평가하였으나, 본 발명에서는 이러한 평판재하시험 등과 같은 지반 다짐정도를 평가하던 종래의 지표를 대신하여 진동가속도에 근거하여 구해지는 지반 정수(CV) 값을 이용하여 지반 다짐정도를 평가하게 된다. 따라서 다짐 작업을 수행하는 과정에서 연속적으로 그리고 실시간으로 진동가속도를 측 정하여 지반 정수를 측정하여 지반 다짐정도를 평가하는 본 발명에 의하면 더욱 효율적으로 지반 다짐정도를 평가할 수 있게 되며, 더 나아가 본 발명에 의하면 특정한 측정점에 대한 측정값에 근거한 것이 아니라 전체 다짐 영역에 대한 전수조사가 가능하게 되므로, 전체 다짐 영역에 대해서 더욱 정밀하고 정확한 지반 다짐정도의 평가가 가능하게 된다는 효과가 발휘된다. As described above, in the prior art, the ground compaction degree was evaluated by the measured value obtained through a method such as a flat plate load test, but in the present invention, instead of the conventional indexes for evaluating the ground compaction level such as the flat plate test, etc. Ground compaction is evaluated using the ground constant (CV) value calculated on the basis of the ground. Therefore, according to the present invention for evaluating the ground compaction by measuring the ground constant by measuring the vibration acceleration continuously and in real time in the process of compaction, it is possible to more efficiently evaluate the ground compaction, and furthermore, According to the present invention, it is possible to perform a full inspection of the entire compacted area rather than based on the measured value for a specific measuring point, and thus the effect of more accurate and accurate evaluation of the ground compaction level can be obtained.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다. So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 지반 구조물 시공방법의 일예로서 종래의 성토 시공 과정을 보여주는 개략적인 흐름도이다. 1 is a schematic flowchart illustrating a conventional fill construction process as an example of a method for constructing a ground structure.

도 2a는 지반다짐장비의 일예로서 다짐로울러가 지반 위를 지나가는 형상을 보여주는 개략도이다.Figure 2a is a schematic diagram showing the shape of the compaction roller passes over the ground as an example of the ground compaction equipment.

도 2b는 본 발명에 따른 지반 다짐정도 평가방법에 의하여 지반 다짐정도를 평가할 수 있도록 지반 다짐정도 평가지표를 측정하여 연산하는 장치의 개략적인 구성도이다. Figure 2b is a schematic configuration diagram of an apparatus for measuring and calculating the ground compaction degree evaluation index to evaluate the ground compaction degree by the ground compaction degree evaluation method according to the present invention.

도 3 내지 도 5는 각각 하중이 가해질 때의 지반의 흙 입자간의 상태 변화를 보여주는 개략적인 단면도(각 도면의 (a))와 해당 상태에 대한 진동가속도 신호의 형태를 보여주는 도면(각 도면의 (b))이다. 3 to 5 are schematic cross-sectional views showing the state change between soil particles in the ground when a load is applied, respectively (a) of the figure, and a diagram showing the shape of the vibration acceleration signal for the corresponding state ( b)).

도 6은 종래의 평판재하시험에 의한 측정결과에 근거하여 산출한 지반 정수(CV)값을 다짐시작지점부터의 거리와 다짐회수에 따라 도시한 그래프도이다. 6 is a graph showing ground constants (CV) values calculated on the basis of measurement results by conventional plate loading tests according to the distance from the starting point of compaction and the number of compaction times.

도 7 및 도 8은 각각 평판재하시험 측정값으로부터 산정된 K₃₀값에 대한 그래프도와 표이다. 7 and 8 are graphs and tables for K ₃₀ values calculated from plate loading test measurements, respectively.

도 9는 평판재하시험 측정값과 지반 정수(CV)값의 비교를 위하여 하나의 그래프로 측정값을 도시한 그래프도이다.FIG. 9 is a graph showing measured values in one graph for comparison between plate loading test values and ground constant (CV) values.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

12 : 가속도계12: accelerometer

14 : 연산부14: calculation unit

Claims

An accelerometer 12 for measuring vibration acceleration from the ground with respect to the vibration load applied to the ground is mounted on the ground compaction equipment 10 so that the ground compaction equipment 10 uses the accelerometer 12 in the process of compacting. Continuously measuring the vibration acceleration of the ground (S1);

Calculating the damping ratio d _CAV of the ground by substituting the measured vibration acceleration into Equation 2 below (S2);

Calculating a ground constant (CV) which is an index for evaluating the compaction degree of the ground by substituting the measured vibration acceleration and the obtained damping ratio d _CAV into the following equation (S3); And

And determining (S4) whether or not the calculated ground constant CV is equal to or greater than a predetermined reference ground integer value.

(Equation 2)

(Equation 3)

In equations (2) and (3), t is time, tmax is 1 second, a is measured vibration acceleration, a (t) is a function of measured vibration acceleration, and is expressed as a molecule.

Is the impact force of the ground, expressed in the denominator

Is the maximum impact force on the ground during 1 second, CV is the ground constant, and DF is the impact force on the ground.

An accelerometer 12 mounted on the ground compaction apparatus 10 for measuring vibration acceleration from the ground with respect to the vibration load applied to the ground;

A calculation unit (14) for calculating a ground constant (CV) which is an index for evaluating the compaction degree of the ground by using the measured vibration acceleration from the accelerometer (12);

The operating section 14 is to obtain a damping ratio d _CAV of the ground by applying the vibration acceleration measured by the accelerometer 12, equation (2) below, mathematical below the damping ratio d _CAV of the measured vibration acceleration and the calculated ground A ground compaction evaluation index measuring and calculating device, characterized in that the ground constant (CV), which is an index for evaluating the compaction degree of the ground, is substituted by Equation 3.

(Equation 2)

(Equation 3)

Is the impact force of the ground, expressed in the denominator