KR101280251B1 - 한 쌍의 수두측정부재 간의 수두차이의 검측을 이용한 대구경 강관말뚝의 수직도 측정장치 및 이를 이용한 대구경 강관말뚝의 수직도 측정방법 - Google Patents

한 쌍의 수두측정부재 간의 수두차이의 검측을 이용한 대구경 강관말뚝의 수직도 측정장치 및 이를 이용한 대구경 강관말뚝의 수직도 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상 구조물의 기초 등으로 사용되는 대구경의 강관말뚝에 대해 강관파일의 최상단에서 복수개의 위치에 설치된 수직관 형태로 이루어져 강관파일의 최상단의 두 개 위치에 설치된 한 쌍의 수두측정부재에 채워진 측정액의 수위를 판독함으로써, 측정액의 수위 변화 및 측정 위치간의 수두 차이를 이용하여 대구경 강관말뚝의 수직도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 강관말뚝(1)의 최상단에서 각각 연직하게 구비되어 있는 한 쌍의 수두측정부재(10)와; 상기 한 쌍의 수두측정부재(10) 사이를 연결하여 서로 연통시키는 측정액 연결공급관(20)과; 측정액 연결공급관(20) 및 수두측정부재(10)에 담겨있는 수위측정액과; 상기한 각각의 수두측정부재(10)가 연직하게 설치될 수 있도록 상기 강관말뚝(1)의 최상단에 분해 조립이 가능하게 결합되어 있되, 강관말뚝(1)의 최상단과 직접 접하게 되는 부재 내면에는 베어링(31)이 구비되어 있어 베어링(31)의 구름 동작에 의해 강관말뚝(1)의 최상단 원주를 따라 쉽게 이동할 수 있는 한 쌍의 결합지그부재(30)를 포함하여 구성되어; 상기 각각의 수두측정부재(10)에 차올라 있는 수위측정액의 수위 변화를 판독하여 강관말뚝(1)의 수직여부를 판정하게 되는 것을 특징으로 하는 강관말뚝의 수직도 측정장치가 제공되며, 아울러 이러한 측정장치를 이용하여 대구경의 강관말뚝의 수직도를 측정하는 방법이 제공된다.

Description

한 쌍의 수두측정부재 간의 수두차이의 검측을 이용한 대구경 강관말뚝의 수직도 측정장치 및 이를 이용한 대구경 강관말뚝의 수직도 측정방법{Apparatus and Method for Estimating Perpendicularity of Large Steel Pile}
본 발명은 대구경 강관말뚝의 수직도를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 해상 구조물의 기초 등으로 사용되는 대구경의 강관말뚝에 대해, 수직관 형태로 이루어져 강관파일의 최상단의 두 개 위치에 설치된 한 쌍의 수두측정부재에 채워진 측정액의 수위를 판독함으로써, 측정액의 수위 변화 및 측정 위치간의 수두 차이를 이용하여 대구경 강관말뚝의 수직도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
강관말뚝은 연직하중을 지지하는 부재이므로, 수직하게 관입설치되는 것이 중요하다. 강관말뚝의 직경이 작은 경우에는, 통상의 경사계를 강관말뚝에 부착하여 강관말뚝의 수직도를 측정할 수 있다. 대한민국 등록특허 제10-1009195호에는 작은 직경의 강관말뚝 내에 레이저 빔을 조사하는 장치를 삽입하여 강관말뚝의 수직도를 측정하는 기술이 제시되어 있다. 이와 같이, 종래의 기술에서는 강관말뚝의 일부 위치에 버블형태의 경사계를 부착하거나 강관말뚝의 내부에 경사도를 측정할 수 있는 장치를 부착 설치하여 강관말뚝의 수직도를 측정하였다.
작은 직경의 강관말뚝에는 이러한 종래의 기술을 사용할 수 있으나, 대구경의 강관말뚝에는 적용할 수 없다는 한계가 있다. 해상 구조물의 경우에는 지름이 5m 이상이 되는 대구경의 강관말뚝이 사용되는데, 이와 같이 대구경의 강관말뚝의 경우 강관말뚝의 크기가 매우 크기 때문에, 강관말뚝의 몇몇 특정 개소에 경사계를 부착해서는 극히 지엽적인 위치에서의 경사정도만 알 수 있을 뿐이고 전체 강관말뚝이 얼마나 기울어졌는지를 알 수는 없다. 또한 강관말뚝 내부에 경사계를 삽입하여 설치하는 종래 기술 역시 대구경의 강관말뚝에는 적용할 수 없다. 왜냐하면 강관말뚝의 내경이 매우 크기 때문에 그에 맞추어서 경사계를 설치할 수 없기 때문이다.
특히, 해상공사의 경우 특성상 원거리에 위치하여 접근성이 용이하지 않고, 기후에 따라 현장여건이 수시로 변화하므로, 해상에서 설치되는 강관말뚝의 경우에는 짧은 시간 내에 신속하고 정확하게 강관말뚝의 수직도 즉, 경사진 각도 등을 측정해야 하는데, 위와 같은 종래 기술을 이용해서는 이러한 해상공사의 특성을 충족시킬 수 없다는 한계가 있다.
대구경의 강관말뚝에 대해서도 수직도를 매우 빈번하게 측정하여야 함에도 불구하고, 현재로서는 이러한 대구경 강관말뚝에 효과적으로 적용할 수 있는 수직도 측정장치 및 방법이 제시되지 못하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1009195호(2011. 01. 11. 공고) 참조.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 대구경의 강관말뚝에 대해서도 단시간 내에 수직도를 정밀하고 정확하게 그리고 효과적으로 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 강관말뚝의 최상단에서 각각 연직하게 구비되어 있는 파이프형태로 이루어진 한 쌍의 수두측정부재와; 상기 한 쌍의 수두측정부재 사이를 연결하여 서로 연통시키는 측정액 연결공급관과; 상기 측정액 연결공급관 및 상기 한 쌍의 수두측정부재에 담겨있는 수위측정액과; 상기한 각각의 수두측정부재가 연직하게 설치될 수 있도록 상기 강관말뚝의 최상단에 분해 조립이 가능하게 결합되어 있되, 강관말뚝의 최상단과 직접 접하게 되는 부재 내면에는 베어링이 구비되어 있어 베어링의 구름 동작에 의해 강관말뚝의 최상단 원주를 따라 쉽게 이동할 수 있는 한 쌍의 결합지그부재를 포함하여 구성되어; 상기 각각의 수두측정부재에 차올라 있는 수위측정액의 수위 변화를 판독하여 강관말뚝의 수직여부를 판정하게 되는 것을 특징으로 하는 강관말뚝의 수직도 측정장치가 제공된다.
또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 강관말뚝의 최상단에서 상기 강관말뚝과 분해 조립가능하면서도, 강관말뚝의 최상단과 직접 접하게 되는 부재 내면에는 베어링이 구비되어 있어 베어링의 구름 동작에 의해 강관말뚝의 최상단 원주를 따라 쉽게 이동할 수 있는 한 쌍의 결합지그부재를 설치하고; 상기 한 쌍의 결합지그부재 각각에는 연직한 파이프형태의 수두측정부재를 설치하며; 상기 한 쌍의 수두측정부재 사이는 측정액 연결공급관을 연결하여 서로 연통시키고; 상기 측정액 연결공급관 및 상기 복수개의 수두측정부재에는 수위측정액을 담아서, 상기 각각의 수두측정부재에 차올라 있는 수위측정액의 수위 변화를 판독하여 강관말뚝의 수직여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 강관말뚝의 수직도 측정방법이 제공된다.
위와 같은 본 발명의 장치 및 방법에 있어서, 한 쌍의 결합지그부재 사이에는 판부재로 이루어진 횡단지지판이 연결 설치되어 있고; 상기 측정액 연결공급관은 상기 횡단지지판 위에 놓여서, 상기 횡단지지판에 의해 측정액 연결공급관이 지지되는 구성을 가질 수도 있다. 특히, 이 경우, 현장상황에 따라 다양하게 응용이 가능하도록 상기 횡단지지판의 중간에는 회전 가능한 힌지부가 형성되어 있어서, 횡단지지판의 힌지부를 중심으로 상기 횡단지지판이 절곡됨으로써, 두 개의 수두측정부재가 상기 측정액 연결공급관에 의해 서로 연통된 상태를 유지하면서도 서로 완전히 대향되는 위치가 아닌 위치에 배치될 수 있는 구성을 가질 수도 있다.
본 발명에 의하면, 강관말뚝의 최상단에 구비된 수두측정부재에 채워진 측정액의 채움 높이 변화 즉, 강관말뚝에서의 측정액 수두 변화를 판독하여 강관말뚝의 수직 여부 및 수직도를 측정하게 된다. 이러한 본 발명의 장치는 구성이 간단하며 따라서 종래의 경사계 등의 설치가 실질적으로 불가능한 정도의 대구경 강관말뚝에도 저렴한 비용으로 용이하게 설치하여 쉽게 강관말뚝의 수직도를 측정할 수 있게 된다는 장점을 가진다.
특히, 본 발명에서는 육안으로도 쉽게 판독할 수 있으므로, 이러한 강관말뚝의 수직도를 짧은 시간 내에 측정할 수 있으므로, 원거리에 위치하여 접근성이 용이하지 않고 기후에 따라 현장여건이 수시로 변화하는 특성을 가지는 대구경 강관말뚝의 해상시공에서 매우 유용하게 사용할 수 있다는 장점을 가진다.
또한 본 발명에서는 횡단지지판의 힌지부를 중심으로 상기 횡단지지판이 절곡되도록 구성함으로써, 소수의 작업자만으로도 수직도의 측정을 용이하게 수행할 수 있게 될 뿐만 아니라, 현장상황에 따라 측정 위치를 변경하는 등의 다양한 응용이 가능하게 되어 활용도가 매우 높다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 강관말뚝 수직도 측정장치를 대구경의 강관말뚝 최상단에 설치한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 원 A부분의 개략적인 확대 사시도이다.
도 3은 도 2의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 상태를 연직방향에서 바라 본 평면도이다.
도 5는 도 1에 대응되는 도면으로서, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6은 도 5의 원 D 부분의 개략적인 확대도이다.
도 7 및 도 8은 각각 도 1의 화살표 C 방향으로 바라본 개략적인 측면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 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.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 의한 강관말뚝 수직도 측정장치를 대구경의 강관말뚝 최상단에 설치한 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 원 A부분의 개략적인 확대 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 4에는 도 1의 상태를 연직방향에서 바라 본 평면도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 강관말뚝 수직도 측정장치는, 강관말뚝(1)의 최상단에서 2개의 위치에 각각 연직하게 구비되어 있는 파이프형태의 수두측정부재(10)와; 상기 복수개의 수두측정부재(10) 사이를 연결하여 서로 연통시키는 측정액 연결공급관(20)과; 상기 측정액 연결공급관(20) 및 상기 2개의 수두측정부재(10)에 담겨있는 수위측정액과; 상기한 각각의 수두측정부재(10)가 연직하게 설치될 수 있도록 상기 강관말뚝(1)의 최상단에서 분해 조립이 가능하면서도 상기 강관말뚝(1)의 원주를 따라 이동가능하게 결합되는 결합지그부재(30)를 포함하여 구성된다.
본 발명에는 2개의 수두측정부재(10)가 한 쌍을 이루어 구비되어 있는데, 각각의 수두측정부재(10)는 결합지그부재(30)에 결합되어 대구경의 강관말뚝(1)의 최상단에서 연직하게 설치된다. 상기 수두측정부재(10)에는 측정액이 채워져 있는 높이를 파악할 수 있는 높이식별표지가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 높이식별표지는 측정액의 채움 높이를 육안으로 식별할 수 있도록 단순히 수두측정부재(10)의 표면에 새겨져 있는 눈금으로 이루어질 수도 있지만, 수위를 측정할 수 있는 공지의 센서로 이루어질 수도 있다.
한편, 상기 한 쌍의 수두측정부재(10)는 측정액 연결공급관(20)에 의해 서로 연결되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 측정액 연결공급관(20)은 튜브로 이루어져서 상기 수두측정부재(10) 각각의 하단에 결합됨으로써, 한 쌍의 측정액 연결공급관(20)을 서로 연통시키게 된다. 상기 측정액 연결공급관(20)에는 측정액이 담겨져 있으며, 따라서 한 쌍의 수두측정부재(10)가 각각 결합지그부재(30)에 의해 강관말뚝(1)의 최상단에 연직하게 설치되면 측정액 연결공급관(20)에 담겨진 측정액은 한 쌍의 수두측정부재(10) 각각에 소정 높이로 차오르게 된다.
한편, 상기 결합지그부재(30)는, 강관말뚝(1)의 최상단에 분해 조립이 가능하게 결합되는데, 특히 본 발명에서 상기 결합지그부재(30)는 강관말뚝(1)의 최상단 원주를 따라 이동하도록 설치된다. 이를 위해서 결합지그부재(30)에서 강관말뚝(1)의 최상단과 직접 접하게 되는 부재 내면에는 베어링(31)이 구비될 수 있다. 따라서 고고정볼트를 풀은 상태에서는 베어링(31)의 구름 동작에 의해 결합지그부재(30)가 강관말뚝(1)의 최상단 원주를 따라 쉽게 이동할 수 있다. 측정위치가 정해지면 고정볼트를 조여서 결합지그부재(30)가 정해진 위치에 고정되도록 한다.
필요에 따라서는 상기 측정액 연결공급관(20)을 받쳐서 지지하는 횡단지지판이 상기 결합지그부재(30)에 더 구비될 수 있다. 즉, 한 쌍의 한 쌍의 수두측정부재(10)를 각각 설치하기 위해서는 결합지그부재(30)도 한 쌍으로 구비되는데, 한 쌍의 결합지그부재(30) 사이에 판부재로 이루어진 횡단지지판(32)을 연결하여 설치하고, 상기 횡단지지판(32) 위에 상기 측정액 연결공급관(20)을 올려 놓아서, 상기 횡단지지판(32)에 의해 측정액 연결공급관(20)이 지지되도록 하는 것이다. 이러한 구성에 의하면 측정액 연결공급관(20)이 과도하게 처지는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 5에는 본 발명에 따른 또다른 실시예를 보여주는 도 1에 대응되는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 원 D부분의 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 본 발명에서는 도 1에 도시된 실시예처럼 한 쌍의 수두측정부재(10)는 강관말뚝(1)의 지름에 맞추어 서로 완전히 대향되는 위치에 마주보도록 설치될 수도 있지만, 도 5에 도시된 실시예처럼, 완전히 대향된 위치에서 벗어난 위치 즉, 강관말뚝(1)의 원 중심에서 볼 때 한 쌍의 수두측정부재(10) 사이의 각도가 180도 보다 작은 각도가 되도록 설치될 수 있다. 이를 위해서는 도 6에 도시된 것처럼, 횡단지지판(32)의 중간점을 회전가능한 힌지형태로 구성한다. 즉, 횡단지지판(32)의 중간에 회전가능한 힌지부를 설치하여, 이러한 횡단지지판(32)의 힌지부를 중심으로 횡단지지판(32)을 절곡함으로써, 두 개의 수두측정부재(10)가 상기 측정액 연결공급관(20)에 의해 서로 연통된 상태로, 완전히 대향되는 위치가 아닌 위치에 배치될 수 있는 것이다. 위와 같은 횡단지지판(32)의 절곡 가능 구성에 의하면 강관말뚝(1)에서 수두측정부재(10)의 위치를 자유롭게 선택하여 배치할 수 있게 되며, 따라서 현장 여건에 맞추어서 본 발명의 장치를 효율적으로 사용할 수 있게 되는 장점이 발휘된다. 도 6에서 도면부호 33은 횡단지지판(32)에 측정액 연결공급관(20)을 고정하기 위한 고정핀(33)을 나타내며, 도면부호 34는 횡단지지판(32)의 힌지부(34)를 나타낸다.
도 7 및 도 8에는 각각 도 1의 화살표 C 방향으로 바라본 개략적인 측면도가 도시되어 있는데, 도 7에는 강관말뚝(1)이 수직한 경우가 도시되어 있고, 도 8에는 강관말뚝(1)이 수직하게 위치하지 않고 기울어진 경우가 도시되어 있다. 도 7 및 도 8에서 G로 표시된 점선은 동일한 수위 즉, 수평선을 나타낸다.
도 7에 도시된 것처럼 강관말뚝(1)이 수직한 경우에는, 측정액 연결공급관(20)에 담겨져서 수두측정부재(10)에 채워진 측정액의 수두가 동일하게 된다. 즉, 한 쌍의 수두측정부재(10)에서 측정액이 채워져 있는 높이가 모두 동일하다.
그러나 도 8에 도시된 것처럼 강관말뚝(1)이 연직선으로부터 θ의 각도로 기울어지게 되면, 기울어지면서 높게 솟아오르게 되는 측면에 위치하는 수두측정부재(10)에서는 측정액의 수두가 낮아지게 되어 수두측정부재(10)에서 확인되는 측정액의 채움 높이는 줄어들게 되며, 반대로 강관말뚝(1)이 기울어지면서 낮아지는 측면에 위치하는 수두측정부재(10)에서는 측정액의 수두가 높아지게 되어 수두측정부재(10)에서 확인되는 측정액의 채움 높이가 증가하게 된다.
따라서 한 쌍의 수두측정부재(10) 각각에서의 측정액의 채움 높이가 변화되는지를 관찰하여 채움 높이가 낮아지는 부분은 솟아오르는 위치이고 채움 높이가 높아지는 부분은 가라 않은 위치로 파악하게 되어, 강관말뚝(1)이 경사졌는지를 매우 쉽게 확인할 수 있게 된다. 강관말뚝(1)의 중심축이 수직축으로부터 기울어진 각도를 강관말뚝(1)의 수직도라고 한다면, 복수개의 수두측정부재(10) 각각에서의 측정액 채움 높이차를 이용하여 위와 같은 강관말뚝(1)의 수직도를 수치적으로 매우 쉽게 연산할 수 있게 된다.
특히, 앞서 설명한 것처럼 본 발명에서 결합지그부재(30)는 강관말뚝(1)의 최상단 원주를 따라 쉽게 이동할 수 있으므로, 한 쌍의 결합지그부재(30)를 강관말뚝(1)의 원주를 따라 움직여서 강관말뚝(1)의 최상단에서 한 쌍의 수두측정부재(10)가 설치된 위치를 변경해가면서 위와 같은 충진액의 채움 높이를 판독하여 강관말뚝(1)의 수직 상태를 판독할 수 있다. 따라서 적은 수의 작업인원만으로도 강관말뚝(1)의 여러 위치에서의 충진액 채움 높이를 판독할 수 있게 되며, 그에 따라 수직도의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 종래의 경사계 등을 이용하여 수직도를 측정할 수 없는 대구경의 강관말뚝에 대해서도 측정액의 수두차를 이용하여 강관말뚝의 수직 여부를 쉽게 파악할 수 있게 된다.
1: 강관말뚝
10: 수두측정부재
20: 측정액 연결공급관
30: 결합지그부재

Claims (3)

  1. 강관말뚝(1)의 최상단에서 각각 연직하게 구비되어 있는 파이프형태로 이루어진 한 쌍의 수두측정부재(10)와;
    상기 한 쌍의 수두측정부재(10) 사이를 연결하여 서로 연통시키는 측정액 연결공급관(20)과;
    상기 측정액 연결공급관(20) 및 상기 한 쌍의 수두측정부재(10)에 담겨있는 수위측정액과;
    상기한 각각의 수두측정부재(10)가 연직하게 설치될 수 있도록 상기 강관말뚝(1)의 최상단에 분해 조립이 가능하게 결합되어 있되, 강관말뚝(1)의 최상단과 직접 접하게 되는 부재 내면에는 베어링(31)이 구비되어 있어 베어링(31)의 구름 동작에 의해 강관말뚝(1)의 최상단 원주를 따라 쉽게 이동할 수 있는 한 쌍의 결합지그부재(30)를 포함하여 구성되어;
    상기 각각의 수두측정부재(10)에 차올라 있는 수위측정액의 수위 변화를 판독하여 강관말뚝(1)의 수직여부를 판정하게 되는 것을 특징으로 하는 강관말뚝의 수직도 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    한 쌍의 결합지그부재(30) 사이에는 판부재로 이루어진 횡단지지판(32)이 연결 설치되어 있고;
    상기 측정액 연결공급관(20)은 상기 횡단지지판(32) 위에 놓여서, 상기 횡단지지판(32)에 의해 측정액 연결공급관(20)이 지지되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강관말뚝의 수직도 측정장치.
  3. 강관말뚝(1)의 최상단에서 상기 강관말뚝(1)과 분해 조립가능하면서도, 강관말뚝(1)의 최상단과 직접 접하게 되는 부재 내면에는 베어링(31)이 구비되어 있어 베어링(31)의 구름 동작에 의해 강관말뚝(1)의 최상단 원주를 따라 쉽게 이동할 수 있는 한 쌍의 결합지그부재(30)를 설치하고;
    상기 한 쌍의 결합지그부재(30) 각각에는 연직한 파이프형태의 수두측정부재(10)를 설치하며;
    상기 한 쌍의 수두측정부재(10) 사이는 측정액 연결공급관(20)을 연결하여 서로 연통시키고;
    상기 측정액 연결공급관(20) 및 상기 복수개의 수두측정부재(10)에는 수위측정액을 담아서, 상기 각각의 수두측정부재(10)에 차올라 있는 수위측정액의 수위 변화를 판독하여 강관말뚝(1)의 수직여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 강관말뚝의 수직도 측정방법.
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