KR101668944B1 - 앵커를 이용한 사면의 안정성평가방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 앵커를 이용하여 사면의 안정성을 평가하는 방법에 관한 것이다. 자세하게는 사면에 설치되고 적어도 4개 이상의 앵커를 포함하는 흙막이 벽의 상기 앵커 중 임의의 2개의 앵커가 제1 케이블로 연결되고, 상기 제1 케이블에 전류가 공급되는 전류공급단계; 상기 앵커 중 상기 전류공급단계에서 선택된 2개의 앵커를 제외한, 임의의 2개의 앵커에 제2 케이블이 연결되고, 상기 제2 케이블의 전위가 측정되는 전위측정단계; 상기 전류공급단계와 상기 전위측정단계를 통하여 공급된 전류 및 측정된 전위로부터 전기비저항측정기가 사면의 전기비저항을 산출하는 전기비저항산출단계; 및 안정성판단소프트웨어를 포함하는 모니터링기가 상기 전기비저항산출단계에서 산출된 전기비저항을 이용하여 사면의 안정성을 판단하는 안정성판단단계를 포함하고, 상기 앵커는 전도성 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 앵커를 이용한 사면의 안정성평가방법을 제공하는 것이다.

Description

앵커를 이용한 사면의 안정성평가방법{SLOPE STABILITY ASSESSMENT METHOD WITH ANCHOR}

본 발명은 앵커를 포함하는 흙막이 벽이 설치된 사면의 안정성을 평가하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 산사면에 시공된 계단식 흙막이 벽을 나타낸 모습이다. 도 1에서 볼 수 있는 것과 같이, 흙막이 벽에 다수개의 앵커가 타설되어 있다. 앵커공법은 토목이나 건축 구조물을 지반에 정착시키기 위하여 고강도의 강재에 높은 긴장력을 도입하여 구조물에 횡 연직방향의 구속력 또는 선행하중을 가하기 위한 효과적인 공법이다. 우리나라와 같이 산지가 대부분인 곳에 대규모 공장이나, 아파트 단지 또는 도로와 같은 시설물을 건설하는 경우 대부분의 구간에 산사면이 포함된다. 이러한 산사면에 억지말뚝공, 앵커공 등 지반 속에 인장재를 타설하고 이것을 긴장함으로써 구조물로부터의 하중을 지반에 전하는 앵커가 설치된다.

산사면의 안정성을 위하여 산사면의 토질조건, 주변에 미치는 영향, 시공성, 공사비 등을 고려하여 산사면에 흙막이 벽과 앵커를 혼합하여 시공하게 된다. 앵커체, 인장부, 그리고 앵커두부로 구성되어 있는 앵커공법은 지반 혹은 산사면을 천공하여 비스듬히 구멍을 뚫고, 강선 또는 강봉 등을 삽입한 다음 시멘트 혹은 콘크리트로 그라우팅을 하게 된다.

지반을 구성하는 암석은 종류에 따라 고유한 범위의 전기비저항을 가지는데, 이러한 전기비저항은 암석의 공극률, 투수성, 유체의 함량, 공극의 연결성, 이온 농도와 온도 등에 따라 달라진다. 이러한 전기비저항탐사는 암석단열과 공극에 포함된 유체의 특성 및 주변상황의 특성을 효과적으로 반영하므로, 국내에서는 전기비저항탐사가 지반 조사에서 가장 널리 사용되고 있다.

도 2는 4개의 전극 (C1, C2, P1, P2)을 이용하여 지반의 전기비저항을 측정하는 것을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 지반에 삽입된 전류전극(C1, C2)에 전류를 공급하면, 공급된 전류가 지반을 통과하여 흐르게 된다. 이때, 전류전극과 나란히 지반에 삽입된 전위전극(P1, P2)에 의하여 지반에 공급된 전류에 의한 전위차가 측정될 수 있다. 이렇게 지반에 공급된 전류와 이로인한 전위차를 이용하여 지반의 비저항을 측정하게 되는 것이다. 전기비저항 탐사는 일반적으로 4개의 전극을 이용해 탐사하지만 국부적인 부분의 전기비저항탐사를 위하여 2개의 전극을 이용하기도 한다.

본 발명의 발명가는 지반의 전기비저항을 측정하는 장치인 전기비저항 탐사장치를 개발하였고, 이는 현재 국내 특허등록되어 있다. (등록번호 10-1429658).

이러한 전기비저항 탐사장치는 휴대하기 간편하여 혼자서도 지반의 전기비저항을 쉽게 측정할 수 있는 장점이 있다. 그러나 지반이 흙막이 벽과 같은 구조물에 의하여 뒤덮혀 있는 경우 전극을 지반에 삽입하기 매우 곤란할 수 있다. 또한 폭설 등에 의하여 흙막이 벽과 함께 산사면이 무너져 내리는 경우가 발생하므로, 흙막이 벽이 시공된 산사면이라 하더라도 지반의 안정성을 평가할 필요가 있다.

본 발명의 발명가들은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 오랫동안 연구노력한 끝에 완전히 새로운 접근이 가능하다는 결론에 이르러 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 흙막이 벽이 시공된 사면의 안정성을 평가하기 위한 것이다.

일반적인 지반 비저항탐사방법을 이용하여 흙막이 벽이 시공된 사면의 전기비저항을 측정하기 위해서는 전극을 사면에 삽입해야 하는데, 시공된 흙막이 벽 때문에 전극을 삽입하기는 매우 곤란하다. 이에 본 발명은 흙막이 벽에 설치된 다수의 앵커를 이용하여 흙막이 벽 하부의 지반의 비저항을 측정하고자 한다.

전기비저항 탐사를 위하여 요구되는 전극을 지반에 삽입할 필요없이 기설치된 전도성 앵커를 활용함으로써, 탐사의 효율을 높일 수 있다.

전기비저항을 측정하기 위해서는 공급되는 전류와 이로인한 전위를 측정하여야 하므로, 앵커는 전도성 물질로 형성되어야 한다. 즉, 전도성 물질로 형성된 앵커가 박힌 흙막이 벽의 하부 사면의 전기비저항을 측정하고, 이로부터 사면의 안정성을 평가할 수 있는 앵커를 이용한 사면의 안정성평가방법을 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 앵커를 이용한 사면의 안정성평가방법은 사면에 설치되고 적어도 4개 이상의 앵커를 포함하는 흙막이 벽의 상기 앵커 중 임의의 2개의 앵커가 제1 케이블로 연결되고, 상기 제1 케이블에 전류가 공급되는 전류공급단계; 상기 앵커 중 상기 전류공급단계에서 선택된 2개의 앵커를 제외한, 임의의 2개의 앵커에 제2 케이블이 연결되고, 상기 제2 케이블의 전위가 측정되는 전위측정단계; 상기 전류공급단계와 상기 전위측정단계를 통하여 공급된 전류 및 측정된 전위로부터 전기비저항측정기가 사면의 전기비저항을 산출하는 전기비저항산출단계; 및 안정성판단소프트웨어를 포함하는 모니터링기가 상기 전기비저항산출단계에서 산출된 전기비저항을 이용하여 사면의 안정성을 판단하는 안정성판단단계를 포함하고, 상기 앵커는 전도성 물질로 형성된 것을 특징으로 한다.

이때, 앵커는 PC 강봉, PC 강선, 전도성 스트랜드 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전기비저항산출단계는, 실시간으로 비저항을 산출할 수 있다.

또한, 상기 안정성판단단계는, 상기 전기비저항산출단계에서 산출된 전기비저항을 이용하여 실시간으로 사면의 안정성을 판단할 수 있다.

또한, 상기 안정성판단단계에서 판단된 사면의 안정성이 기설정된 안정성 이하인 경우, 상기 모니터링기에 일정 경고를 표시하는 경고표시단계를 더 포함할 수 있다.

위와 같은 본 발명의 과제해결원리에 따르면, 전도성 앵커가 설치된 흙막이 벽 하부 사면의 전기비저항을 측정하고, 이를 바탕으로 사면의 안정성을 평가할 수 있게 된다.

나아가 전기비저항 측정을 위하여 전극의 삽입없이 기설치된 앵커를 활용하여 사면의 전기비저항을 측정할 수 있으므로, 측정이 매우 간편하고 효율적이다.

또한, 사면의 비저항을 실시간으로 측정하고, 이로부터 사면의 안정성을 실시간으로 평가하여 이를 연계 기관 등에 전달하여 줌으로써, 사면의 무너짐, 산사태 등에 대비할 수 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 앵커를 포함하는 흙막이 벽이 시공된 산사면을 나타낸 도면이다.
도 2는 전류와 전위를 이용하여 지반의 전기비저항을 측정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커를 이용하여 사면의 안정성을 판단하고 이를 모바일로 전달하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커에 케이블이 연결된 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커를 이용한 사면의 안정성판단방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 사면의 전기비저항을 나타낸 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 출원에서 사용한 전도성은 전기전도성을 의미하는 것으로서 전도성 물질이라 하면 전기 전도율이 높은 물질을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

우리나라와 같이 산지가 많은 곳에 대규모 단지조성이나 도로와 같은 공공시설물을 건설하는 경우 사면구간이 포함되는 것이 일반적이다. 이러한 사면에 흙막이 벽을 설치하고, 이에 앵커를 시공하여 사면의 안전율을 높이고 있다. 그러나 흙막이 벽의 변형으로 발생되는 주변의 침하, 굴착으로 발생된 문제, 강우로 인한 사면 상태의 변화 등으로 산사태의 위험이 여전히 존재한다.

본 발명은 이러한 사면의 안정성을 미리 체크하고 점검함으로써, 산사태 발생으로 인한 문제들을 사전에 예방하고자 한다. 사면의 안정성은 사면의 전기비저항을 측정하고, 측정된 전기비저항으로부터 사면의 안정성을 판단하게 되는 것이다.

흙막이 설치된 사면의 전기비저항 측정을 위하여 본 발명은 사면에 삽입되어 있는 다수의 앵커를 전류전극과 전위전극으로 활용하고자 한다. 따라서, 본 발명의 적용범위는 사면에 흙막이 벽이 시공되어있고, 이러한 흙막이 벽에 전도성 앵커가 설치된 지역에 한정된다.

전도성 앵커(A)가 흙막이 벽(W)과 함께 사면(S)을 지지하고 있는 경우, 전도성 앵커(A)에 전류를 공급하고, 전위를 측정하여 사면(S)의 전기비저항을 측정하는 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 사면(S)에 설치된 흙막이 벽(W)의 앵커(A) 중 4개의 앵커(A)를 선택하고, 이에 케이블을 연결한다. 즉, 복수의 앵커(A) 중 나란하게 그리고 인접한 2개의 앵커(A)를 선택하여 제2 케이블(200)을 연결하고, 상기 2개의 앵커(A) 외측으로 각각 1개씩의 앵커(A)를 선택하여 선택된 앵커(A)를 제1 케이블(100)로 연결한다. 제1 케이블(100)에는 전류 공급기가 연결되어 제1 케이블(100)에 전류가 공급되며, 제1 케이블(100)로 공급된 전류는 앵커(A)를 타고 사면(S)을 흐르게 된다.

이때 제2 케이블(200)은 전위측정기와 연결되어, 사면(S)을 타고 흐르는 전류에 의한 전위를 측정하게 된다. 공급된 전류와 측정된 전위로부터 저항을 계산하고, 이러한 저항으로부터 사면(S)의 전기비저항을 산출할 수 있는 것이다. 전기비저항은 사면(S)의 지하매질에 따라 달라지며, 암석의 공극률, 투수성, 유체의 함량, 공극의 연결성, 이온 농도와 온도 등에 따라 좌우된다. 따라서 이러한 사면(S)의 전기비저항 측정으로부터 사면(S)의 암석단열과 공극에 포함된 유체량, 주변 상황등을 효과적으로 예측할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커(A)를 이용하여 사면(S)의 안정성을 판단하고 이를 모바일로 전달하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 일반적으로 앵커(A)는 사면(S)의 소일(soil)층을 지나 암반(Rock)층까지 삽입된다. 견고한 암반이 앵커(A)를 지탱하여 사면(S)의 인장에 대비하기 위한 것이다.

흙막이 벽(W)에 설치된 복수의 앵커(A) 중 4개의 앵커(A)를 선택하고, 선택된 4개의 앵커(A) 중 2개는 제1 케이블(100)과 연결되고, 나머지 2개는 제2 케이블(200)과 연결되는 것이다. 이때, 제1 케이블(100)과 연결되는 2개의 앵커(A)가 제2 케이블(200)과 연결되는 2개의 앵커(A) 외측으로 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 일반적으로 흙막이 벽(W)에는 수십개의 앵커(A)가 설치되어 있으므로, 다양한 위치의 앵커(A)를 선택하여 전기비저항을 측정하여 보다 정확하게 사면(S)의 안정성을 평가해 볼 수 있다.

제1 케이블(100)과 연결되는 두개의 앵커(A)는 전류전극(C1, C2)로 이용되고, 제2 케이블(200)과 연결되는 두개의 앵커(A)는 전위전극(P1, P2)으로 이용된다. 이때, 제1 케이블(100)과 제2 케이블(200)은 전기비저항측정기(C)에 연결되고, 전기비저항측정기(C)에서는 제1 케이블(100)을 이용하여 전류를 공급하고, 제2 케이블(200)과 연결되어 전위를 측정하게 된다.

사면(S)에 공급된 전류와 이때 측정된 전위를 가지고 전기비저항측정기(C)는 사면(S)의 저항을 산출하고, 산출된 저항으로부터 전기비저항을 계산하게 된다. 이렇게 계산된 전기비저항은 안전성판단소트프웨어를 포함하는 모니터링기(M)로 전송이되고, 모니터링기(M)는 전송된 전기비저항으로부터 사면(S)의 안정성을 평가하게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 사면(S)의 전기비저항을 나타낸 것으로, 충적층 사면(S)에서 실시한 전기비저항수치로서, 사면(S)에 3개의 측선을 설정하고, 3개의 측선에서 각각 4개의 앵커(A)를 선택한 다음, 상술한 방법에 의한 전기비저항을 측정할 수 있다. 가능한 많은 앵커(A)에 케이블을 연결하여 복수의 지점에서 전기비저항을 측정하여 더욱 정확하게 사면(S)의 안정성을 평가하는 것이 바람직하다. 도 6의 맨 아래 위치한 바는 전기비저항에 따라 다양한 색을 표시한 것으로서, 오른쪽으로 갈수록 전기비저항 값이 커지는 것을 나타낸다. 전기비저항이 크다는 의미는 고비저항으로서 사면(S)을 이루는 성분의 간극이 작아 전류가 잘 흐르지 않는 다는 것을 의미할 수 있다. 즉, 사면(S)이 단단하다는 것을 의미한다. 반대로 전기비저항이 작다는 것은 저비저항으로서 사면(S)을 이루는 성분의 간극이 커서 전류가 잘 흐른다는 것을 의미하고, 따라서 사면(S)이 단단하지 않아 위험할 수 있음을 표시할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커(A)에 케이블이 연결된 것을 나타낸 도면이다. 다양한 방식에 의하여 앵커(A)와 케이블이 연결될 수 있겠다. 보통 쐐기방식으로 강선이 흙막이 벽(W)에 결합되고, 강봉은 너트방식으로 흙막이 벽(W)에 연결된다. 흙막이 벽(W)에 설치된 전도성의 강봉 또는 강선 등을 직접 케이블에 연결하여 전류가 강선 또는 강봉을 타고 흐르게 하는 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커(A)를 이용한 사면(S)의 안정성평가방법을 나타낸 공정도이다. 전류를 공급하고, 전위를 측정하며, 공급된 전류와 측정된 전위로부터 전기비저항을 산출하고, 산출된 전기비저항으로부터 사면(S)의 안정성을 판단하며, 판단된 안정성이 기설정된 안정성 이하인 경우 경고로 사면(S) 지역 주민(P) 등에게 전달할 수 있다.

전류공급단계는 적어도 4개 이상의 앵커(A)가 설치된 사면(S)에 임의의 2개의 앵커(A)를 선택하여 제1 케이블(100)로 연결하고, 제1 케이블(100)에 전류를 공급하여, 공급된 전류가 앵커(A)를 타고 사면(S)을 흐르게 되는 것이다. 이때의 앵커(A)는 전도성 물질로 형성되어야 하며, 바람직하게는 PC 강봉, PC 강선, 전도성 스트랜드 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.

전위측정단계는 4개의 앵커(A) 중 선택된 2개의 앵커(A)를 제외한 나머지 앵커(A)에 제2 케이블(200)을 연결하고, 이러한 제2 케이블(200)을 통하여 전위를 측정하게 된다. 제1 케이블(100)로부터 공급된 전류가 앵커(A)를 통하여 사면(S)을 흐르고, 사면(S)을 흐르는 전류는 나머지 앵커(A)를 타고 흐르게 되어, 이때 나머지 앵커(A) 사이의 전위를 측정할 수 있게 된다.

전기비저항산출단계는 전류공급단계와 전위측정단계를 통하여 공급된 전류 및 측정된 전위로부터 전기비저항측정기(C)가 사면(S)의 전기비저항을 산출하는 것이다. 즉, 공급된 전류와 측정된 전위로부터 저항을 산출하고, 산출된 저항을 이용하여 전기비저항을 구할 수 있게 된다.

안정성판단단계는 모니터링기(M)에서 이루어지며, 이때 모니터링기(M)는 안정성판단소프트웨어를 포함한다. 안정성판단소프트웨어에는 사면(S)에 따른 안정한 범위의 전기비저항값을 보유하고 있으며, 따라서, 측정된 전기비저항값이 이러한 안정한 범위의 전기비저항 값에 미치지 못하는 경우, 사면(S)이 위험하다고 판단하게 된다.

이러한 일련의 과정들 즉, 전기비저항을 산출하고, 전기비저항으로부터 안정성을 판단하는 과정들은 실시간으로 이루어질 수 있다. 즉, 실시간으로 전류를 공급하여, 전기비저항을 산출하고, 이로부터 사면(S)의 안정성을 판단할 수 있다. 이렇게 실시간으로 판단된 사면(S)의 안정성이 기설정된 안정성 이하인 경우, 모니터링기(M)에 경고를 표시하여 사면(S)의 위험성을 알릴 수 있다.

이때 모니터링기(M)는 모니터링기(M)에 등록된 지역 주민 또는 연계 기관에 이러한 위험성을 전달하여, 이에 대한 대비를 할 수 있도록 할 수 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

A: 앵커
S: 사면
W: 흙막이 벽
100: 제1 케이블
200: 제2 케이블
C: 전기비저항측정기
M: 모니터링기

Claims (5)

1. 적어도 4개 이상의 전도성 앵커를 포함하는 흙막이 벽이 설치된 사면의 안정성을 평가하는 사면의 안정성평가방법으로서,
   사면에 설치되고 적어도 4개 이상의 앵커를 포함하는 흙막이 벽의 상기 앵커 중 임의의 2개의 앵커가 제1 케이블로 연결되고, 상기 제1 케이블에 전류가 공급되는 전류공급단계;
   상기 앵커 중 상기 전류공급단계에서 선택된 2개의 앵커를 제외한, 임의의 2개의 앵커에 제2 케이블이 연결되고, 상기 제2 케이블의 전위가 측정되는 전위측정단계;
   상기 전류공급단계와 상기 전위측정단계를 통하여 공급된 전류 및 측정된 전위로부터 전기비저항측정기가 사면의 전기비저항을 산출하는 전기비저항산출단계; 및
   안정성판단소프트웨어를 포함하는 모니터링기가 상기 전기비저항산출단계에서 산출된 전기비저항을 이용하여 사면의 안정성을 판단하는 안정성판단단계를 포함하고,
   상기 앵커는 상기 사면에 상기 사면의 안정성을 위해 미리 설치되어 있는 것으로서, 전도성 물질로 형성되고,
   상기 전기비저항산출단계는,
   실시간으로 전기비저항을 산출할 수 있으며,
   상기 안정성판단단계는,
   상기 전기비저항산출단계에서 산출된 전기비저항을 이용하여 실시간으로 사면의 안정성을 판단하고,
   상기 안정성판단단계에서 판단된 사면의 안정성이 기설정된 안정성 이하인 경우, 상기 모니터링기에 일정 경고를 표시하는 경고표시단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커를 이용한 사면의 안정성평가방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 앵커는 PC 강봉, PC 강선, 전도성 스트랜드 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커를 이용한 사면의 안정성평가방법.
   
   
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