KR101761122B1 - 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트레미관홀이 중심에 형성된 상판 및 하판과, 상기 상판의 저면과 상기 하판의 상면에 고르게 압력을 인가하도록 상기 상판과 하판 사이에 배열되어 상판과 하판 중 어느 하나 이상의 부재에 결합되는 실린더와, 상기 상판 및 하판의 변위를 측정하기 위한 변위계측수단과, 상기 실린더와 하판 사이에 형성되어 실린더를 안착하는 롤링플레이트를 포함하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치와, 상기 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치를 이용하여 선단지지력 및 주변 마찰력 측정이 완료된 후 말뚝의 결함을 최소화하기 위해 실린더를 원상태로 복귀시킴으로서 실린더 내부에는 공극이 발생되지 않고 실린더 외부의 공간에는 그라우팅에 의해 빈 공간이 형성되지 아니하므로 시험 후 콘크리트 말뚝의 강도를 증대시킬 수 있는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정방법에 관한 것이다.

Description

개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 및 측정방법{Improved Bi-Directional for Pile Load Test Apparatus and thereof Method}

본 발명은 로드 셀(Load-cell)의 원리를 이용한 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하부면이 라운드형인 피스톤부를 갖는 실린더 및 이를 수용하는 롤링 플레이트(rolling-plate)를 이용함으로써 지지하중 측정을 반복할 수 있고, 롤링 플레이트에 의하여 실린더의 손상 방지에 따른 유압 오일의 누수를 방지되기 때문에 상판과 하판의 변위량을 정확하게 측정할 수 있는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

말뚝기초의 지지력 및 침하량을 추정하기 위한 여러 가지 이론적, 경험적 방법들이 제안되고 있는데, 그 중에서 말뚝정재하시험은 일종의 실물시험으로써 말뚝에 실제의 하중을 가하여 실제 상부구조물이 건설되었을 때를 재현하므로 신뢰도가 높다는 장점이 있다. 그러나, 하중재하를 위한 가압 및 반력 시스템의 선택 및 설치방법, 넓은 시험부지 등이 필요하므로 공기와 현장조건 등의 제약을 많이 받는다.

또한, 대구경 현장타설 말뚝은 말뚝 하나에 작용하는 하중이 매우 크기 때문에 시공 상의 하자로 인해 지지력이 설계값에 미치지 못할 경우, 구조물 전체의 사용성과 안정성에 치명적인 영향을 미친다. 또한, 현장에서 지반에 천공을 하고 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 시공과정에서 부주의 또는 예상치 못한 지반조건의 변화에 따라 현장타설 말뚝의 지지력에 큰 변화가 발생될 수 있다. 그러므로 지반조건을 토대로 토질을 역학적으로 추정한 설계허용하중을 사용하여 설계를 할 경우 설계자들은 보수적인 설계를 할 수 밖에 없고 이는 국가적인 차원에서 볼 때 커다란 낭비 요소가 되고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 고압의 유압식 잭 실린더를 말뚝 내에 설치하여 하중재하에 의해 발생되는 말뚝의 선단지지력과 주면마찰력으로 재하하중에 대한 반력을 상호간에 마련함으로써 말뚝정재하시험과 같이 큰 재하용량이 필요치 아니하고, 별도의 하중재하장치 및 반력장치가 요구되지 아니하며, 좁은 시험공간이나 경사진 곳에서도 적용이 가능한 오스터버그 셀을 이용한 지지하중 측정장치(US 5,576,494)가 고안된 바 있다.

그러나 상기와 같은 오스터버그 셀을 이용한 지지하중 측정장치는, 지지하중을 측정하기 위한 시간이 매우 오래 걸리고, 기초콘크리트와 콘크리트 말뚝이 타설 시기 및 양생 시간이 서로 다르므로 서로 다른 크기의 강도를 가지게 되며, 작은 크기의 하중이 재하될 때의 선단지지력 및 주면마찰력을 측정할 수 없다는 단점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 선단력 측정장치 및 지지하중 측정장치(한국등록특허 제10-0480297호 및 한국등록특허 제10-0725510호)가 본 출원인에 의해 제안된 바 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 선단력 측정장치 및 지지하중 측정장치에 관하여 설명한다.

도 1은 종래의 선단력 측정장치 및 지지하중 측정장치의 내부 구성을 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같이 지지하중 측정장치는, 상판(10) 및 하판(20)과, 상판(10)과 하판(20) 사이에 상호 등간격으로 배열되도록 결합되는 다수의 실린더(30)와, 하판(20)을 상판(10)에 결합시키는 하나 이상의 연결부재(11)와, 상판(10) 및 하판(20)의 변위를 측정하기 위한 변위계측수단(40)을 포함하여 구성되는 선단력 측정기와; 상판(10) 상면에 결합되는 다수의 철근(70)과; 철근(70)에 결합되어 철근(70) 및 콘크리트의 변형률을 계측함으로써 지층의 마찰력을 측정하는 축하중 전이 측정수단(60)을 포함하여 구성된다.

실린더(30)는 상판(10)의 저면에 고정 결합되는 몸체(31)와 하판(20)의 상면에 접촉되도록 결합되는 피스톤(32)을 포함하여 구성되며, 상판(10)과 몸체(31)는 고정 결합되는 반면 하판(20)과 피스톤(32)은 단순히 접촉된 상태를 유지하도록 결합되므로 실린더(30)의 하중은 상판(10)에 직접 인가된다.

변위계측수단(40)은, 상판(10)과 하판(20)간의 변위를 측정하기 위한 전기 저항식 자동변위계(41)와, 상판(10)의 절대 변위를 측정하기 위한 상판변위계(42)와, 하판(20)의 절대 변위를 측정하기 위한 하판 변위계(43)를 포함하여 구성된다. 전기 저항식 자동변위계(41)와 상판변위계(42)와 하판 변위계(43)에서 측정된 데이터는 변위 데이터 처리부(44)로 전달되어 자동 연산 및 저장되며, 콘크리트가 타설되는 구멍의 상부에는 하판 변위계(43)와 상판변위계(42)가 일정한 수직 높이를 유지하며 고정되는 기준빔(50)이 구비된다.

따라서 상기 실린더(30)의 신장력을 측정하고, 상판(10)과 하판(20)의 변위를 측정함으로써, 지반의 지지하중을 계산할 수 있게 된다. 상판변위계(42)와 하판 변위계(43)는 상판 파이프(46) 및 하판 파이프(48) 내부로 인입되는 상판 강봉(47) 및 하판 강봉(49)의 높이를 측정하여 상판(10) 및 하판(20)의 변위를 판단하는데, 상판 강봉(47) 및 하판 강봉(48)은 콘크리트와 직접 접촉되지 아니하며 수직방향으로 이동하게 되므로 보다 정확하게 상판(10)과 하판(20)의 변위를 측정할 수 있게 된다.

축하중 전이 측정수단(60)은, 철근(70)의 외면에 결합되는 축하중 센서(61)와, 축하중 센서(61)와의 신호 및 전류 전달을 위한 센서 전선(63)과, 축하중 센서(61)로부터 측정된 값을 표시 및 저장하는 축하중 데이터 처리장치(62)를 포함하여 구성된다.

또한, 선단력 측정장치 상면의 외측부를 따라 원형으로 배열되도록 수직방향으로 결합되는 다수의 수직철근(71)과, 수직철근(71)의 고정 및 강도 증가를 위하여 다수의 수직철근(71) 외주면을 수평방향으로 감싸도록 결합되는 수평철근(72)과, 수직철근(71) 또는 수평철근(72)에 결합되는 전단철근(73)을 포함한다.

도 2는 종래의 선단력 측정장치 및 단동식 실린더 말뚝재하시험 측정장치 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 상판(10) 및 하판(20)은 하향으로 콘크리트가 관통될 수 있는 형상의 관통구(12, 22)가 다수 형성되고, 실린더(30)는 상판(10) 및 하판(20) 전 면적에 걸쳐 등간격을 이루도록 배열된다. 또한, 종래의 선단력 측정장치는, 하판(20)의 저면에 하향으로 돌출되는 받침다리(21)가 구비되어, 평평하지 아니한 면에서도 보다 안정적으로 수평을 이루며 안착될 수 있으며 하판(20)의 저면에 일정량의 콘크리트를 타설할 수 있다.

도 3은 종래의 양방향 복동식 실린더 말뚝재하시험 측정장치 사시도이고, 도 4는 종래의 양방향 복동식 실린더 말뚝재하시험 측정장치 정면도이며, 도 5는 종래의 양방향 복동식 실린더 말뚝재하시험 측정장치 완료시 양방향 복동식 말뚝재하시험 측정장치 부분 확대도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 양방향 복동식 실린더는 선단지지력 측정을 반복할 수 있고, 선단지지력 측정이 완료된 이후 실린더(30)내의 피스톤(32)을 원래의 상태로 원위치 시킬 수 있음에 따라 실린더 내부에 공극이 발생되지 아니하며, 상판과 하판의 변위량을 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 양방향 복동식 말뚝재하시험 측정장치 및 방법을 이용하면, 선단지지력 측정이 완료된 이후 실린더의 피스톤이 실린더 내부로 재인입됨에 따라 하판(20) 상부면과 실린더(30)의 피스톤(32) 밑면 사이에 발생되는 공간은 그라우팅에 의해 채워져 결국 콘크리트 말뚝의 강도를 보강시킬 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 선단력 측정장치, 단동식 및 양방향 복동식 실린더 말뚝재하시험 측정장치는, 하판(20)의 하부 지면에 하향으로 돌출되어 고정시키는 받침다리가 안착되는 지면이 평평하지 않아서 안정적으로 안착되지 아니하는 경우 하향 축 편심에 따라 실린더가 손상되기 때문에 유압 오일의 누수로 인하여 상판과 하판의 변위량을 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 발생된다.

또한, 상기와 같은 종래의 기술에 따르면, 트레미관을 통해 그라우트 및 콘크리트가 하판 플레이트 밑면으로 배출되어 타설되면 하판 플레이트가 평평하면서 지면과 평행한 경우에 하판의 밑면에서 슬라임 현상이 발생되는 하판 플레이트에 과다 변위가 발생되어 하판의 변위량을 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 발생된다.

(제1특허문헌) 한국등록특허 제10-0480297호 도 4 참조, 5쪽 29줄 내지 6쪽 참조 (제2특허문헌) 한국등록특허 제10-0725510호, 도 1 ~ 도 4, 9쪽 18줄 이하 10쪽 19줄 참조

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하판의 하부 지면에 하향으로 돌출되어 고정시키는 받침부가 안착되는 지면이 평평하지 않아서 안정적으로 안착되지 못하는 경우에 하부면이 라운드형인 피스톤부를 갖는 실린더와 상기 라운드형인 피스톤부를 갖는 실린더를 수용하는 롤링 플레이트에 의하여 하향 축 편심이 발생되더라도 실린더의 손상 방지에 따른 유압 오일의 누수가 방지되어 상판과 하판의 변위량을 정확하게 측정할 수 있는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 의한 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 및 방법을 이용하면, 하판 플레이트의 밑면에 그라우팅 및 콘크리트를 유도하는 구조의 받침부를 형성함으로써 하판 밑면에서 발생되는 슬라임 현상을 억제시키고 그라우팅 및 콘크리트의 유동성을 증진시켜서 하판 플레이트의 과다 변위발생을 억제시킴으로써 보다 안정적으로 하판의 변위량을 정확하게 측정할 수 있는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

아울러, 본 발명에 따른 개선된 양방향 실린더 말뚝재하시험 측정장치는 실린더의 피스톤 외측으로 복수 개의 오링을 형성함으로써 기존의 유압식 잭 실린더의 경우에 한 개의 오링이 구비되어 가압 및 감압 시에 손상의 우려가 있으나, 본 발명에 따르면, 복수 개의 오링을 구비함으로써 가압 및 감압 시에 유압식 잭 실린더의 손상을 줄일 수 있는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치는, 콘크리트가 타설되는 말뚝 구멍 내에 삽입되고, 트레미관홀이 중심에 형성된 상판 및 하판과, 상기 상판의 저면과 상기 하판의 상면에 고르게 압력을 인가하도록 상기 상판과 하판 사이에 배열되어 상판과 하판 중 어느 하나 이상의 부재에 결합되는 실린더와, 상기 상판 및 하판의 변위를 측정하기 위한 변위계측수단 및 상기 실린더와 하판과 사이에 형성되어 실린더를 안착하는 롤링플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정방법은, 지면에 수직 방향으로 구멍을 굴착하는 제1단계, 상판과 하판 사이에 실린더가 마련된 양방향 말뚝재하시험 측정장치를 상기 구멍에 안착시키는 제2단계, 상기 양방향 말뚝재하시험 측정장치에 트레미관을 삽입하는 제3단계, 상기 트레미관을 통해 구멍의 바닥부터 콘크리트를 타설하는 제 4단계, 콘크리트의 양생되면 상기 실린더를 신장시켜 상기 양방향 말뚝재하시험 측정장치의 상측면 및 하측면의 변위를 계측하는 제 5단계, 상기 신장된 실린더에 구비된 유압유량계에 의하여 실린더의 유량실에 투입된 유량에 의하여 실린더의 스트로크 변위를 계측하여 지반의 변위를 계측하는 제6단계, 신장된 상기 실린더를 복원시키는 제7단계, 상기 실린더의 복원에 의해 형성된 상기 상판과 하반 사이의 소정공간에 그라우팅 하는 제8단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 개선된 양방향 실린더 말뚝재하시험 측정장치에 의하여 하판의 하부 지면에 하향으로 돌출되어 고정시키는 받침부가 안착되는 지면이 평평하지 않아서 안정적으로 안착되지 아니하는 경우도 하부면이 라운드형인 피스톤부를 갖는 실린더와 상기 하부면이 라운드형인 피스톤부를 갖는 실린더를 수용하는 롤링 플레이트에 의하여 하향 축 편심이 발생되더라도 실린더의 손상 방지에 따른 유압 오일의 누수가 방지되어 상판과 하판의 변위량을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 개선된 양방향 실린더 말뚝재하시험 측정장치를 이용하면, 하판 플레이트의 밑면에 그라우팅 및 콘크리트를 유도하는 구조의 받침부를 형성함으로써 그라우팅 및 콘크리트의 유동성을 증진시켜서 하판 밑면에서 발생되는 슬라임 현상을 억제시키고 그라우팅 및 콘크리트의 유동성을 증진시켜서 하판 플레이트의 과다 변위발생을 억제시킴으로써 보다 안정적으로 하판의 변위량을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명에 따른 개선된 양방향 실린더 말뚝재하시험 측정장치는 실린더의 피스톤 외측으로 복수 개의 오링을 형성함으로써 기존의 유압식 잭 실린더의 경우에 한 개의 오링이 구비되어 가압 및 감압 시에 손상의 우려가 있으나, 본 발명에 따르면, 복수 개의 오링을 구비함으로써 가압 및 감압 시에 유압식 잭 실린더에 대한 손상을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 선단력 측정장치 및 말뚝재하시험 측정장치의 내부구성도이다.
도 2는 종래의 선단력 측정장치 및 단동식 실린더 말뚝재하시험 측정장치 사시도이다.
도 3은 종래의 선단력 측정장치 및 복동식 실린더 말뚝재하시험 측정장치 사시도이다.
도 4는 종래의 선단력 측정장치 및 복동식 실린더 말뚝재하시험 측정장치 정면도이다.
도 5는 종래의 선단력 측정장치 및 복동식 실린더 말뚝재하시험 측정장치 완료시 양방향 복동식 말뚝재하시험 측정장치 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치의 배면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 비스듬하게 롤링된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 정면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 정면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 정면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치는, 트레미관홀(120)이 형성되는 상판(100)과 하판(200)과, 상판(100)의 저면과 상기 하판(200)의 상면에 고르게 압력을 인가하도록 상판(100)과 하판(200) 사이에 배열되며 상판(100)의 저면에 나사 결합되는 실린더(300)와, 상판(100) 및 하판(200)의 변위를 측정하기 위한 변위계측수단(400)을 포함하여 구성된다.

상기 상판(100) 및 하판(200)을 연결하는 연결부재(110)와, 상기 상판(100) 및 하판(200)의 중심부에는 트레미관홀(120)이 형성되고, 상판(100), 하판(200)에는 콘크리트가 통과할 수 있는 형상의 관통구(130)가 형성된다. 이때, 상기 트레미관홀(120)의 주위에 복수의 실린더(300)가 인접하게 설치되고, 그 직경은 300mm ~ 400mm로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 실린더(300)는 2000kg/㎠ 미만의 압력 셀을 갖는 유압식 잭 실린더로서, 외측 끝단이 상판(100)의 저면에 고정 결합되는 몸체(310)와, 몸체(310)의 내외부로 인입 및 인출이 가능한 구조로 구성되는 피스톤(320)을 포함하여 구성된다.

이때, 상판(100)과 몸체(310)는 결합력 설계 및 결합 작업이 용이하도록 나사결합 구조로 결합되며, 하판(200)은 양 끝단이 상판(100) 및 하판(200)에 각각 결합되는 연결부재(110)에 의하여 상판(100)과 연결된다. 본 발명의 실시 예에서는 연결부재(110)에 실린더의 하중이 인가되지 아니하도록, 실린더의 몸체(310)는 상판(100)에 고정 결합되고 피스톤(320)은 몸체(310)의 내외부로 인입 및 인출이 가능하도록 결합된다. 그러나 실린더의 결합구조는 이에 한정되지 아니하고, 일단이 하판(200)에만 고정 결합되거나 양단이 상판(100)과 하판(200)에 각각 고정 결합되도록 구성될 수 있다.

또한, 이때 실린더(300)는 신장 및 압축이 수 회 반복될 수 있으므로, 본 발명에 의한 양방향 말뚝재하시험 측정장치는 선단지지력 측정을 수 회 반복할 수 있게 된다. 아울러, 상기 실린더(300)는 내부에 유압이 인입되고 인출됨으로써 피스톤(320)이 인출되고 인입되는 유압식 잭 실린더로 적용됨이 바람직하다.

상기 실린더(300)의 피스톤(320) 외측으로는 복수 개의 오링(325)이 형성된다. 따라서, 기존의 유압식 잭 실린더의 경우에 한 개의 오링이 구비되어 가압 및 감압 시에 손상의 우려가 있으나, 본 발명에 따르면, 복수 개의 오링(325)을 구비함으로써 가압 및 감압 시에 유압식 잭 실린더의 손상을 줄일 수 있는 효과가 있다.

상기 실린더(300)의 피스톤(320)의 일단은 몸체(310)의 내외부로 인입 및 인출되고, 피스톤(320) 타측의 외측 끝단면이 외측으로 돌출되는 둥근 라운드 형상으로 형성되어, 하판(200)에 고정 결합되며 상부가 내측으로 오목한 롤링 플레이트(330)에 피스톤(320)의 타측부의 외측으로 돌출된 둥근 라운드 형상의 끝단면이 안착되도록 형성된다. 이때, 하판(200)과 롤링 플레이트(330)는 결합력 설계 및 결합 작업이 용이하도록 나사결합 구조로 결합된다.

따라서, 실린더(300)의 피스톤(320)이 상기 롤링 플레이트(330)에 롤링되어 하중에 의하여 발생될 수 있는 편심에 의한 실린더의 손상을 방지할 수 있기 때문에 실린더(300) 몸체(310)의 손상 방지에 따른 유압 오일의 누수가 방지되어 상판과 하판의 변위량을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

상기 변위계측수단(400)은, 상판(100)의 변위를 측정하기 위하여 하측 끝단이 상판(100)에 결합되는 상판 파이프(410)와, 상판 파이프(410) 내부로 인입되어 하측 끝단이 상판(100)에 결합되는 상판 강봉(412)과, 상판 강봉(412)의 변위를 측정하는 상판변위계(미도시)와, 하판(200)의 변위를 측정하기 위하여 하측 끝단이 상판(100)을 관통하여 하판(200)에 결합되는 하판 파이프(420)와, 하판 파이프(420) 내부로 인입되어 하측 끝단이 하판(200)에 결합되는 하판 강봉(422)과, 하판 강봉(422)의 변위를 측정하는 하판 변위계(미도시)를 포함하여 구성된다. 또한 하판 파이프(420)의 하측 끝단과 하판(200)이 결합되는 부위에는 하판 파이프(420)가 끼워지는 맞춤 구조로 삽입 가능하도록 내경이 형성되는 강체 파이프(424)가 마련되어, 하판 파이프(420) 내부로 이물질이 인입되는 현상을 방지한다. 이와 같이 상판 강봉(412)과 하판 강봉(422)을 이용하여 상판(100)과 하판(200)의 변위를 측정하는 변위계측수단(400)은 종래의 변위계측수단과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 배면도이다. 도 6 내지 도 8에서와 같이 본 발명에 적용되는 양방향 말뚝재하시험 측정장치는, 하부 지층이 평평하지 아니한 면에서도 보다 안정적으로 수평을 이루며 안착될 수 있으며, 한 번의 기초콘크리트 타설을 통해 하판(200)의 저면에 일정량의 콘크리트가 채워질 수 있도록, 하판(200)의 저면에 하향으로 돌출되는 받침부(210)를 포함한다.

상기 받침부(210)는 상기 하판(200)에 고정되며, 트레미관홀로 인입되는 트레미관으로 부터 배출되어 타설되는 그라우트 및 콘크리트의 유동을 증진시키기 위하여, 하판 플레이트의 밑면에 소정의 높이를 갖고 트레미관홀(120)측의 내측 중심부로 구부러진 경사진 유도면이 복수개로서 적어도 4개 이상으로 고정 배치되어 형성되며, 상기 경사진 유도면에는 복수개의 관통홀(220)이 형성되어 있는 구조이다. 즉 말뚝의 직경이 커지는 경우 실린더의 수량도 증가하게 되며, 그에 따라 상기 받침부(210)의 수량도 증가하게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치를 이용하면, 하판(200) 플레이트의 밑면에 그라우팅 및 콘크리의 유동을 증진시키는 구조의 유도하는 경사진면을 갖는 받침부(210)를 형성함으로써 상기 받침부(210)의 그라우팅 및 콘크리트를 유도하는 경사진면에 의하여 그라우팅 및 콘크리트의 유동성을 증진시켜서 종래의 하판 밑면이 평면인 구조에서 잔존하게 되는 슬라임의 발생을 억제시킴으로써 슬라임에 의한 하판(200) 플레이트의 과다 변위 발생이 억제되어 보다 안정적으로 하판 변위량의 적확한 측정으로 인하여 지반의 변위 측정이 가능한 효과가 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 하판(200) 하부에 저면 지층의 유동으로 인하여 받침부(210)가 평평하지 않거나, 또는 하중에 의하여 실린더에 편심이 발생되는 경우에도, 상기 피스톤(320)과 롤링 플레이트(330)의 자연스러운 롤링동작에 의하여 실린더 몸체(310)의 손상을 방지할 수 있기 때문에 유압 오일의 누수가 방지되어 상판과 하판의 변위량을 정확하게 측정할 수 있다.

즉, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치는, 상기 하판(200) 하부에 저면 지층의 유동으로 인하여 받침부(210)가 평평하지 않거나, 또는 상부로부터의 하중에 의하여 실린더에 편심이 발생되는 경우에, 피스톤(320)과 롤링플레이트(330)는 롤링동작에 의하여 롤링플레이트(300)는 수직한 중심선으로부터 미소 변위가 발생되어 변위 d 만큼 기울어지며, 또한 상기 롤링플레이트(330)가 고정 결합되는 하판(200) 역시도 미소변위를 일으키어 좌우 양측이 변위 d 만큼 기울어지게 됨으로써 실린더(300)의 몸체(310)에는 하중이 가해지지 않게 되어 실린더 몸체의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치 정면도이다. 상기 피스톤(320)과 롤링플레이트(330)의 접촉구조는 도 7에서와 같이 국한되지 않고, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(320)과 롤링플레이트(330) 사이에 볼(340)을 삽입할 수 있는 공간을 구비하여 편심에 의해서도 롤링이 가능한 구조로 접촉될 수 있다.

따라서, 도 10에 따른 본 발명의 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치는, 상기 도 9의 동작원리와 동일하게 상기 하판(200) 하부에 저면 지층의 유동으로 인하여 받침부(210)가 평평하지 않거나, 또는 상부로부터의 하중에 의하여 실린더에 편심이 발생되는 경우에, 피스톤(320)과 롤링플레이트(330)는 삽입된 볼(340)에 의한 피스톤(320)과 롤링플레이트(330)의 롤링동작에 의하여 롤링플레이트(300)는 수직한 중심선으로부터 미소 변위가 발생되어 변위 d 만큼 기울어지며, 또한 상기 롤링플레이트(330)가 고정 결합되는 하판(200) 역시도 미소변위를 일으키어 좌우 양측이 변위 d 만큼 기울어지게 됨으로써, 실린더 몸체(310)에 하중이 가해지지 않게 되어 실린더의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 본 발명에 의한 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치가 묻히도록 콘크리트를 타설하여 콘크리트 말뚝을 시공하는 공정을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 지면에 수직 방향으로 굴착하여 말뚝 구멍을 형성한다. 양방향 말뚝재하시험 측정장치를 상기 말뚝 구멍의 바닥면에 안착시킨다. 바닥면에 안착된 양방향 말뚝재하시험 측정장치의 상부로 트레미관홀(120)에 트레미관(미도시)을 하강시켜 상기 양방향 말뚝재하시험 측정장치의 상판(100) 및 하판(200)에 형성된 트레미관홀(120)에 관통시킨다. 상기 트레미관이 트레미관홀(120)에 인입되면 콘크리트가 상기 트리미관홀(120) 내측으로 배출된다. 상기 트리미관홀(120)로부터 배출되는 콘크리트는 말뚝 구멍의 바닥면으로부터 한 번의 기초콘크리트 타설을 통해 하판(200)의 저면에 일정량의 콘크리트가 채워질 수 있도록, 하판(200)에 고정된 받침부(210)의 경사진 유도면과 관통홀(220) 및 상판(100) 및 하판(200)의 관통구(130)를 통해 콘크리트가 차오르게 된다. 콘크리트의 타설이 완료되면, 콘크리트에 강도가 형성되도록 일정기간 양생기간을 거친다.

상기와 같이 콘크리트의 양생이 완료되면 양방향 말뚝재하시험 측정장치에 마련된 실린더(300)에 유압을 인가하여 신장시킨다. 유압에 의해 상기 피스톤(320)이 인출되면 그 하중에 의하여 하판(200)은 일정 거리 하향으로 이동되고, 이에 대한 반력에 의하여 상판(100)은 상향으로 이동된다. 이에 따라, 연결부재(110)는 하판(200)과 분리되고, 하판 파이프(422)는 강체 파이프(424)로부터 분리된다. 이때, 사용자는 변위계측수단(400)을 이용하여 상판(100)의 변위량과 하판(200)의 변위량, 측면에 형성되는 마찰력을 측정함으로써 지반의 지지하중을 측정할 수 있다.

상기 신장된 실린더(300)에 구비된 유압유량계(315)에 의하여 실린더의 유량실(316)에 투입된 유량에 의하여 실린더(300)의 스트로크 변위를 계측하여 지반의 지지하중에 의한 변위를 계측할 수 있다. 선단지지력을 측정하는 방법은 종래의 선단지지력 측정방법과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 지반의 지지하중의 측정 완료 후, 신장된 상기 실린더를 복원시키면, 상기 상판(100)과 하판(200) 사이에는 상기 실린더(300)의 복원에 의한 빈 공간이 형성된다. 상기 빈 공간으로 시멘트를 그라우팅하기 위해 사용자는 포틀랜드시멘트와 물의 혼합비가 40%~50% 유지되도록 충분히 혼합하여 그라우트를 준비한다. 이 때 그라우팅재는 강도 보강을 위하여 폴리우레탄이나 유리섬유 혹은 탄소섬유가 혼합된 그라우팅재를 사용할 수도 있다.

한편, 상기 빈 공간으로의 그라우팅 전, 상기 하판(200)의 하판 파이프(420)에 연결되는 관에 물을 일정량 주입한다. 이후 상기 하판 파이프(420)를 통해 상기 하판(200)의 빈 공간으로 그라우팅한다. 이와 같이, 하판(200) 상부에 형성된 빈 공간을 그라우팅하여 콘크리트로 채움으로써, 지지하중 측정에 사용되었던 콘크리트 말뚝은 기초용 말뚝으로 사용이 가능하다.

이때, 종래에는 하판(200)의 밑면구조가 평평하여 하판(200)의 밑면에서 슬라임 현상에 의하여 하판에 변위가 발생되었으나, 본 발명에서는 상기 하판 파이프(420)을 통해 상기 하판(200)의 빈 공간으로 그라우팅시 트레미관홀(120) 또는 관통구(130)가 통과하는 주변의 하판(200) 밑면에 고정된 받침부(210)의 유도면과 관통홀(220)에 의하여 콘크리트의 유동성을 증진시켜서 슬라임 현상을 방지함으로써 잔존하게 되는 슬라임에 의하여 하판(200) 플레이트에 과다 변위가 발생되지 않기 때문에 하판의 지지하중 측정은 물론 보다 안정적으로 지반의 하중에 의한 변위 측정이 가능하도록 하는 효과가 있다.

본 발명에 의한 콘크리트 말뚝재하시험 측정장치 및 방법은, 상기 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치의 실린더(300)에 의한 선단지지력의 측정 완료시, 상기 실린더(300)가 신장된 후 피스톤(320)이 실린더 몸체(310) 내부로 인입되고, 상기 하판(200) 상부에 형성된 빈 공간을 그라우팅하여 채움으로써 선단지지력 콘크리트 말뚝의 강도를 보강시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 양방향 말뚝재하시험 측정장치에 마련되는 실린더와 트레미관홀(120)의 다양한 배치 상태에 따라서 즉, 상판(100)과 하판(200) 사이에 결합되는 실린더(300)의 개수 및 배열 형상은 사용자의 필요에 따라 변경될 수 있다. 이와 같이 실린더(300)의 개수가 변경되더라도, 실린더(300)는 상판(100) 및 하판(200)에 고르게 압력을 인가할 수 있도록 배열되는 것이 바람직하다. 즉, 실린더(300)는, 상판(100) 및 하판(200)의 전체 면적 중 압력을 가하는 면적이 8.95%~58.52% 이내에서 배치되도록 구성됨이 바람직하고, 상기 말뚝 구멍의 단면적에 대한 면적이 6.4% ~ 47.4% 이내에서 배치되는 것이 바람직하다.

상기 실린더(300)가 상판(100) 및 하판(200)의 전체 면적에 대해 배치되는 다양한 실시예들은 상판(100) 및 하판(200)에 결합되는 실린더의 면적비와, 말뚝에 대한 실린더 면적비는 종래의 선단지지력 측정방법과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 상판 110 : 연결부재
120 : 트레미관홀 130 : 관통구
200 : 하판 210 : 받침부
220 : 관통구 300 : 실린더
310 : 몸체 320 : 피스톤
325 : O-링 330 : 롤링 플레이트
340 : 볼 400 : 변위계측수단
410 : 상판 파이프 412 : 상판 강봉
420 : 하판 파이프 422 : 하판 강봉
424 : 강체 파이프

Claims (18)

1. 콘크리트가 타설되는 말뚝 구멍 내에 삽입되고, 트레미관홀이 중심에 형성된 상판 및 하판과;
   상기 상판의 저면과 상기 하판의 상면에 고르게 압력을 인가하도록 상기 상판과 하판 사이에 배열되어 상판과 하판 중 어느 하나 이상의 부재에 결합되는 실린더와;
   상기 상판 및 하판의 변위를 측정하기 위한 변위계측수단과;
   상기 실린더와 상기 하판 사이에 형성되어 상기 실린더를 안착하는 롤링플레이트와;
   상기 하판은 양 끝단이 상판 및 하판에 각각 결합되는 연결부재에 의하여 상판과 연결되며, 상기 하판의 저면에 일정량의 콘크리트가 채워질 수 있도록, 하판의 저면에 하향으로 돌출되는 받침부를 포함하며,
   상기 받침부는, 상기 하판에 고정되며, 소정의 높이를 갖고 트레미관홀 측의 내측 중심부로 구부러진 경사진 복수개의 유도면과, 상기 경사진 유도면에는 복수개의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 실린더는,
   외측 끝단이 상판의 저면에 고정 결합되는 몸체와, 상기 몸체의 내외부로 인입 및 인출이 가능한 구조로 구성되는 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 실린더의 피스톤의 일단은 몸체의 내외부로 인입 및 인출되고, 타측은 외측 끝단이 외측으로 돌출되는 라운드 형상으로 형성되어 상기 하판에 고정 결합되며 상부가 내측으로 오목한 롤링 플레이트에 상기 피스톤의 타측 끝단이 안착되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 실린더의 피스톤 외측으로는 복수 개의 오링이 구비되는 것을 특징으로 하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하판은 양 끝단이 상판 및 하판에 각각 결합되는 연결부재에 의하여 상판과 연결되는 것을 특징으로 하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 지면에 수직 방향으로 구멍을 굴착하는 제 1단계;
   상판과 하판 사이에 실린더와, 상기 하판의 저면에 일정량의 콘크리트가 채워질 수 있도록, 하판의 저면에 하향으로 돌출되는 받침부를 포함하며, 상기 받침부는, 상기 하판에 고정되며, 소정의 높이를 갖고 트레미관홀 측의 내측 중심부로 구부러진 경사진 복수개의 유도면과, 상기 경사진 유도면에는 복수개의 관통홀이 마련되며, 상기 실린더와 하판과 사이에는 실린더를 안착하는 롤링플레이트를 포함하는 양방향 말뚝재하시험 측정장치를 상기 1단계에서 굴착된 구멍에 안착시키는 제 2단계;
   상기 양방향 말뚝재하시험 측정장치에 트레미관을 삽입하는 제 3단계;
   상기 트레미관을 통해 구멍의 바닥부터 콘크리트를 타설하는 제 4단계;
   상기 제 4단계에서 타설된 콘크리트가 양생되면 상기 실린더를 신장시켜 상기 양방향 말뚝재하시험 측정장치의 상측면 및 하측면의 변위를 계측하는 제 5단계;
   상기 신장된 실린더에 구비된 유압유량계에 의하여 실린더의 유량실에 투입된 유량에 의하여 실린더의 스트로크 변위를 계측하여 지반의 변위를 계측하는 제 6단계;
   상기 제 5단계 및 제6단계에서 신장된 상기 실린더를 복원시키는 제 7단계;
   상기 실린더의 복원에 의해 형성된 상기 상판과 하반 사이의 소정공간에 그라우팅하는 제 8단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정방법.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 제 8단계는,
   포틀랜드 시멘트와 물을 혼합하여 그라우트를 준비하는 제 8-1단계;
   상기 하판의 하판 파이프에 연결되는 관을 통하여 물을 일정량 주입하는 제 8-2단계;
   상기 하판 파이프를 통하여 상판과 하판 사이의 공간으로 그라우트를 주입하는 제 8-3단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정방법.
10. 청구항 8에 있어서, 양방향 말뚝재하시험 측정장치는,
    트레미관홀이 중심에 형성된 상판 및 하판과,
    상기 상판의 저면과 상기 하판의 상면에 고르게 압력을 인가하도록 상기 상판과 하판 사이에 배열되어 상판과 하판 중 어느 하나 이상의 부재에 결합되는 실린더와,
    상기 상판 및 하판의 변위를 측정하기 위한 변위계측수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 실린더는, 외측 끝단이 상판의 저면에 고정 결합되는 몸체와, 상기 몸체의 내외부로 인입 및 인출이 가능한 구조로 구성되는 피스톤을 포함하며, 상기 실린더의 피스톤의 일단은 몸체의 내외부로 인입 및 인출되고, 타측은 외측 끝단이 외측으로 돌출되는 라운드 형상으로 형성되어 상기 하판에 고정 결합되며 상부가 내측으로 오목한 롤링 플레이트에 상기 피스톤의 타측 끝단이 안착되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 실린더의 피스톤 외측으로는 복수 개의 오링이 구비되는 것을 특징으로 하는 개선된 양방향 말뚝재하시험 측정방법.
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