KR102032787B1

KR102032787B1 - 지반조사용 관입 시험장치

Info

Publication number: KR102032787B1
Application number: KR1020190009765A
Authority: KR
Inventors: 김학진
Original assignee: 주식회사 에이스지오
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2019-10-17

Abstract

본 발명은 지반조사용 관입 시험장치에 관한 것으로서, 지반의 분류를 위하여 시료채취와 동시에 지반의 강도를 평가 및 분류하기 위하여 샘플러를 타격시킴으로서 일정 깊이로 관입시키기 위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 지반 굴착공(100)에 관입되어 시료를 채취하는 샘플러(10)와, 상기 샘플러(10)에 타격에너지를 제공하는 타격수단과, 상기 타격수단의 타격력이 전달되도록 샘플러(10) 상부에 연결로드(20)에 의해 연결 구성된 앤빌(30)과, 상기 샘플러(10)의 관입량을 측정하는 관입측정부(40)를 포함하는 지반조사용 관입 시험장치에 있어서, 상기 샘플러(10)에는 내부 공기의 배출을 위한 다수의 체크밸브(11)가 구비되되, 상기 체크밸브(11)는 탄성고무재질의 개폐막(12)이 지지대(13)에 의해 안정적으로 지지되는 구조를 이루며; 상기 샘플러(10)는 연결로드(20)와 나사산(15,25)에 의한 착탈 가능한 결합구조를 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

지반조사용 관입 시험장치{PENETRATION TEST DEVICE FOR GEOTECHNICAL SITE INVESTIGATION}

본 발명은 토목기술 분야의 지반조사에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지반의 분류를 위하여 시료채취와 동시에 지반의 강도를 평가 및 분류하기 위하여 샘플러를 타격시킴으로서 일정 깊이로 관입시키는 지반조사용 관입 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로, 지반조사는 토목기술분야에서 구조물을 안전하고 경제적으로 설계, 시공하기 위해서, 또한 기존 구조물의 유지, 보수 및 안전진단을 위해서 필수적인 조사이다.

그리고, 지반조사를 통하여 지반의 상태, 지층구조, 지지력 등을 판정하게 되며, 획득된 지반조사 결과를 이용하여 시공될 구조물을 안전하고 경제적으로 건설하고 향후 구조물을 유지, 관리하는데 필요한 기초자료로 활용하게 된다.

따라서, 대상지반에 대한 정확하고 신뢰성있는 지반조사가 실시되어야 하지만 지반의 종류가 매우 다양하므로 모든 지반에 동일한 지반조사기법을 적용하는 것은 불가능하다. 또한, 지반의 특성에 따라서 다양한 지반조사기법이 제안되어있고, 각각의 지반특성에 적합한 지반조사 방법 및 해석 방법이 결정되어야 한다.

예를 들어, 연약지반에 대한 지반조사에는 콘관입시험이 사용되는 경우도 일부 있으나, 시험방법의 수월성 및 시료채취가 가능하다는 등의 장점으로 국내에서는 대부분의 지반에 대해서 표준관입시험(Standard penetration test: SPT)이 가장 널리 이용되고 있다. 또한, 종래의 지반조사를 위한 표준관입시험은 635 kg의 금속해머를 75cm의 높이에서 자유낙하시키는 방법으로 스플릿 스푼 샘플러(split spoon sampler)와 연결된 로드(rod)의 상단(앤빌, anvil)을 타격, 샘플러를 지중에 관입시키며, 샘플러의 관입량과 타격 횟수를 측정하고, 교란시료를 채취하는 원위치 시험으로(KS F 2307기준), 샘플러가 30cm 관입되는 데 소요되는 해머 타격 횟수를 N값이라고 하며, 상기 N값을 이용하여 지층의 연경도를 평가하거나 각종 지반정수를 경험적으로 산정할 수 있다.

또한, 북미와 남미의 경우 일반적인 기초설계의 85∼90%가량이 표준관입시험에 의존하여 수행되고 있으며(Bowles, 1988), 일본과 우리나라에서도 대부분의 지반공학적 설계가 이 시험의 결과로 얻어지는 N값에 좌우되고 있는 실정이다. 이와 같은 시험은 원칙적으로 사질토에 한정하여 사용되는 방법이지만 국내에서는 다양한 종류의 흙에서 이 시험을 사용하기도 한다.

그러나 표준관입시험에서는 샘플러의 직경, 타격에너지 등의 제약으로 인하여 단단한 지층, 자갈층, 연암층 등에서는 샘플러의 관입이 어려우며 신뢰성있는 N값의 산정에도 많은 문제점이 있다.

한편, 이를 개선하기 위한 종래 기술로서 국내 특허등록 제915544호에서는 지반조사를 위한 대형관입시험장치에 관련된 기술이 개시된 바 있다.

한편, 종래 기술에서는 내부 공기 배출을 위해 샘플러 상부에 볼밸브 및 공기 배출구가 형성되어져 있는데, 상기 형성된 공기 배출구를 통해 외부 이물질이 유입됨으로 볼밸브의 막힘현상이 발생되어 공기의 원활한 배출이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 샘플러 상부에 로드가 일체로 연결 된 구조를 이루고 있는데, 종래 샘플러는 관입과정에서 변형 내지는 손상이 발생되었을 경우 상부 로드를 함께 교체해 주어야 하기 때문에 비용이 증가되는 문제점이 있었다.

대한민국 특허등록 제915544호(2009.08.28.등록) 대한민국 실용등록 제245820호(2001.08.28.등록)

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 샘플러 관입 과정에서 공기의 배출이 원활하게 이루어짐과 함께 샘플러의 교체작업이 보다 신속하고 저비용으로 이루어질 수 있는 기술을 제공함으로서 지반조사 과정에서의 작업효율을 향상시키는데 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 지반에 관입되어 시료를 채취하는 샘플러와, 상기 샘플러에 타격에너지를 제공하는 타격수단과, 상기 타격수단의 타격력이 전달되도록 샘플러 상부에 연결로드에 의해 연결 구성된 앤빌과, 상기 샘플러의 관입량을 측정하는 관입측정수단을 포함하는 지반조사용 관입 시험장치에 있어서, 상기 샘플러에는 내부 공기의 배출을 위한 다수의 체크밸브가 구비되되, 상기 체크밸브는 탄성고무재질의 개폐막이 지지대에 의해 안정적으로 지지되는 구조를 이루며; 상기 샘플러는 연결로드와 나사산에 의한 착탈 가능한 결합구조를 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 타격수단은 유압 또는 공압 방식으로 구동이 이루어지는 구동실린더와, 상기 구동실린더에 의해 승하강이 이루어지는 해머로 구성된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 지반조사용 관입 시험장치는, 단단한 지층, 자갈층, 연암 등과 같은 다양한 지반에 활용이 가능하게 되며, 샘플러를 일정깊이로 관입시 타격횟수를 도출할 수 있게 되어 시험데이타의 취득 및 활용효율을 개선시킬 수 있는 효과를 나타낸다.

특히, 샘플러의 교체가 용이하게 이루어질 수 있게 되며, 체크밸브를 이용한 공기의 배출 신뢰성을 향상시키는 이점을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지반조사용 관입 시험장치 개략 구성도.
도 2는 본 발명에서 샘플러 단면 구조도.
도 3은 도 2의 A부 확대도.
도 4는 본 발명에서의 체크밸브 부품 사시도.
도 5는 본 발명에서의 체크밸브 부품 분해도.
도 6은 본 발명의 관입 시험장치 동작 상태도.
도 7은 본 발명의 동작에 따른 체크밸브 변화상태 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 샘플러 단면 구조도.
도 9는 도 8의 B부 확대도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 체크밸브 단면 구조도.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

따라서, 도면에서 표현한 구성요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략될 수 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 지반조사용 관입 시험장치의 구성을 도 1 내지 도 5를 통해 살펴보면 다음과 같다.

본 실시 예에서의 지반조사용 관입 시험장치는, 지반 굴착공(100)에 관입되어 시료를 채취하는 샘플러(10)와, 상기 샘플러(10)에 타격에너지를 제공하는 타격수단과, 상기 타격수단의 타격력이 전달되도록 샘플러(10) 상부에 연결로드(20)에 의해 연결 구성된 앤빌(30)과, 상기 샘플러(10)의 관입량 및 앤빌(30)에 대한 타격수단의 타격횟수를 측정하기 위한 관입측정부(40)를 포함한다.

특히, 본 발명에서의 샘플러(10)에는 내부 공기의 배출을 위한 다수의 체크밸브(11)가 구비되되, 상기 체크밸브(11)는 탄성고무재질의 개폐막(12)이 지지대(13)에 의해 외부 이탈이 방지되는 가운데 안정적으로 지지되는 구조를 이루며, 상기 샘플러(10)는 연결로드(20)와 나사산(15,25)에 의한 착탈 가능한 결합구조를 이루게 된다.

또한, 상기 타격수단은 유압 또는 공압 방식으로 구동이 이루어지는 구동실린더(50)와, 상기 구동실린더(50)에 의해 승하강이 이루어지는 해머(60)로 구성된다.

본 실시 예에서의 관입측정부(40)는, 해머(60)로 앤빌(30)을 타격할 경우, 각 타격당 샘플러(10)의 관입깊이를 1mm 이내의 오차로 측정하고 기록하며, 샘플러가 300mm 관입하였을 때의 관입깊이를 기록하는 통상의 자동 계측장비로 구성된다.

도면 중 미설명 부호 10a는 샘플러(10) 하부에 일체로 구비된 슈이고, 16은 내주면에 나사산(15)이 형성된 체결홈(16)을 나타낸다.

이와 같은 구성을 이루는 본 발명 지반조사용 관입 시험장치의 동작에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.

먼저, 보링장비를 이용하여 원하는 심도까지 지반을 굴착하여 지반 굴착공(100)을 형성하고, 공벽이 무너지지 않도록 케이싱(미도시)을 설치한 상태에서 본 발명의 관입 시험장치의 설치가 이루어지게 된다.

즉, 이때에는 지반 굴착공(100) 바닥면에 연결로드(20)에 연결된 샘플러(10)를 위치시키고 해머(60)와 실린더(50)를 앤빌(30) 상부에 일정 높이로 위치시킴과 함께 지면 일측에는 관입측정부(40)를 설치하게 된다.

이러한 상태에서 실린더(50) 동작에 의해 도 6에서와 같이 해머(60)가 하강되어지면서 앤빌(30)을 타격하면, 샘플러(10) 하단부의 슈(10a)가 지반에 관입되면서 시료가 샘플러(10) 내의 중공부로 유입되어지게 된다.

이때, 샘플러(10) 내부 공기는 체크밸브(11)를 통해 외부로 배출되어지게 되는데, 체크밸브(11)를 막고 있던 개폐막(12)이 내부 공기 압력에 의해 도 7에서와 같이 열려지면서 공기의 순간적인 배출이 이루어지게 되며, 공기 배출이 완료되면 개폐막(12)은 원상태로 복원되어짐으로서 체크밸브(11)가 폐쇄되어 외부 이물질 유입이 차단되어지게 된다.

한편, 해머(60)의 하강 타격에 따라 300mm 깊이까지 샘플러(10)가 관입되면 그 때의 타격횟수가 관입측정부(40)에 의해 자동 기록되어 해머(60)의 타격을 멈추고 샘플러(10)를 지상으로 빼낸다.

이와 같은 과정을 통해 조사된 해머의 타격횟수 N값은 대상지반의 특성을 판정하는데 이용됨과 동시에, 채취된 시료는 실험실에서 흙의 종류를 판별 및 여러가지 관련된 실험을 통해 지반의 물성치를 산정할 수 있게 된다.

또한, 관입과정에서 샘플러(10)의 변형 내지는 파손이 발생되었을 때에는 나사산(15,25) 방식으로 분해 및 교체작업이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있는 이점을 나타내게 된다.

따라서, 본 발명의 지반조사용 관입 시험장치는 단단한 지층, 자갈층, 연암 등과 같은 다양한 지반에 활용이 가능하게 되며, 샘플러를 일정깊이로 관입시 타격횟수를 도출할 수 있게 되어 시험데이타의 취득 및 활용효율을 개선시킬 수 있는 효과를 나타낸다.

특히, 나사체결방식을 이용한 샘플러의 교체가 용이하게 이루어질 수 있게 됨과 함께 관입과정에서 체크밸브를 이용한 공기의 배출 신뢰성을 향상시키는 이점을 나타낸다.

한편, 도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구성을 나타낸 것으로서, 체크밸브(11) 중앙부에는 유입되는 공기를 외측으로 안내하기 위한 가이드벽(11')이 일정 곡률형상을 이루어 구비되고, 체크밸브(11)의 개폐를 단속하는 개폐막(12)에는 유로 개방 후 신속한 원상태 복귀가 이루어질 수 있도록 탄성스프링(12a)이 내부에 매립 구비되며, 상기 지지대(13)에는 탄성스프링(12a)이 관통되어지는 관통공(13a)이 형성되고, 상기 개폐막(12) 테두리측에는 개폐과정에서 체크밸브(11) 내벽면과 마찰에 따른 이물질 제거가 이루어질 수 있도록 브러쉬(12b)가 구비된다.

이와 같은 구성을 이루게 되면, 샘플러(10) 내부에서 배출되는 공기가 가이드벽(11')에 의해 외측으로 안내됨으로서 개폐막(12)의 열림 동작이 보다 효과적으로 이루어지게 되며, 탄성스프링(12a)의 탄성 작용으로 인해 개폐막(12)의 탄성 작용력이 배가되어지게 됨으로서 공기의 배출 후 유로를 폐쇄시키는 동작이 보다 신속하게 이루어짐과 함께 개폐막(12)의 변형에 따른 개폐불량 발생이 방지되어질 수 있게 된다.

또한, 개폐과정에서 브러쉬(12b)가 체크밸브(11) 내벽면과 마찰이 반복되어지게 됨으로 이물질이 내벽면에 부착됨으로 인한 오염 발생이 방지되는 이점을 나타내게 된다.

한편, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 구성을 나타낸 것으로서, 샘플러(10) 상부에는 연결로드(20)와의 나사 체결을 위한 나사산(15)이 형성된 체결홈(16)이 형성되고, 상기 체결홈(16)의 바닥면에는 탄성패드(17)가 구비되며, 상기 탄성패드(17)는 탄성스프링(18)에 의한 탄성 지지가 이루어지게 된다.

또한, 샘플러(10) 내벽면에는 내구성 향상 및 산화 방지를 위한 보강 코팅층(14)이 형성된것을 확인할 수 있다. 이때, 보강 코팅층(14)은 에폭시수지 20~40중량%, 실리콘파우더 10~30중량%, 열가소성 엘라스토머 10~30중량%, 산화아연 1~10중량%, 유리섬유 1~10중량%, 피리독신산 1~5중량%, 올레핀 1~5중량%의 혼합 조성을 이룸이 바람직하다.

이와 같은 구성을 이루게 되면, 샘플러(10)를 연결로드(20)에 체결하는 과정에서 탄성패드(17) 및 탄성스프링(18)에 의한 2중의 탄성 지지력이 작용되어짐으로서 해머(60)의 타격 충격력으로 인한 샘플러(10)와 연결로드(20) 상호간의 풀림현상이 방지되는 가운데 안정적인 결합상태가 유지되어질 수 있게 된다.

또한, 보강 코팅층(14)에는 실리콘파우더 및 열가소성 엘라스토머가 혼합됨으로서 샘플러(10)의 내구성 및 강도를 증대시킬 수 있으며, 산화아연은 시료와의 접촉에 따른 벽면 산화 발생을 방지하게 된다. 특히, 피리독신산은 열가소성 엘라스토머와 실리콘파우더 입자의 결합력을 증대시키게 되고, 불포화 탄화수소인 올레핀은 코팅층의 안정화를 통한 전체적인 두께를 균일하게 유지시키는 기능을 수행하게 된다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 관입 시험장치 구조가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.

예를 들면, 상기 실시 예에서는 타격수단으로 유압 또는 공압 실린더가 사용되는 것으로 설명 및 도시되었으나, 이러한 타격수단을 필요에 따라서는 해머를 자유낙하 시키는 등과 같은 다양한 방식이 적용되어질 수 있게 된다.

따라서, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.

10 : 샘플러 11 : 체크밸브
12 : 개폐막 13 : 지지대
15,25 : 나사산 16 : 체결홈
20 : 연결로드 30 : 앤빌
40 : 관입측정부 50 : 실린더
60 : 해머 100 : 지반 굴착공

Claims

지반 굴착공(100)에 관입되어 시료를 채취하는 샘플러(10)와, 상기 샘플러(10)에 타격에너지를 제공하는 타격수단과, 상기 타격수단의 타격력이 전달되도록 샘플러(10) 상부에 연결로드(20)에 의해 연결 구성된 앤빌(30)과, 상기 샘플러(10)의 관입량을 측정하는 관입측정부(40)를 포함하는 지반조사용 관입 시험장치에 있어서,
상기 샘플러(10)에는 내부 공기의 배출을 위한 다수의 체크밸브(11)가 구비되되, 상기 체크밸브(11)는 탄성고무재질의 개폐막(12)이 지지대(13)에 의해 안정적으로 지지되는 구조를 이루며;
상기 샘플러(10)는 연결로드(20)와 나사산(15,25)에 의한 착탈 가능한 결합구조를 이루고;
상기 체크밸브(11) 중앙부에는 유입되는 공기를 외측으로 안내하기 위한 가이드벽(11')이 구비되고, 상기 개폐막(12)에는 유로 개방 후 신속한 원상태 복귀가 이루어질 수 있도록 탄성스프링(12a)이 내부에 매립 구비되며, 상기 지지대(13)에는 탄성스프링(12a)이 관통되어지는 관통공(13a)이 형성되고, 상기 개폐막(12) 테두리측에는 개폐과정에서 체크밸브(11) 내벽면의 이물질 제거가 이루어질 수 있도록 브러쉬(12b)가 구비된 것을 특징으로 하는 지반조사용 관입 시험장치.
청구항 1에 있어서,
상기 타격수단은 유압 또는 공압 방식으로 구동이 이루어지는 구동실린더(50)와, 상기 구동실린더(50)에 의해 승하강이 이루어지는 해머(60)로 구성된 것을 특징으로 하는 지반조사용 관입 시험장치.
삭제
지반 굴착공(100)에 관입되어 시료를 채취하는 샘플러(10)와, 상기 샘플러(10)에 타격에너지를 제공하는 타격수단과, 상기 타격수단의 타격력이 전달되도록 샘플러(10) 상부에 연결로드(20)에 의해 연결 구성된 앤빌(30)과, 상기 샘플러(10)의 관입량을 측정하는 관입측정부(40)를 포함하는 지반조사용 관입 시험장치에 있어서,
상기 샘플러(10)에는 내부 공기의 배출을 위한 다수의 체크밸브(11)가 구비되되, 상기 체크밸브(11)는 탄성고무재질의 개폐막(12)이 지지대(13)에 의해 안정적으로 지지되는 구조를 이루며;
상기 샘플러(10)는 연결로드(20)와 나사산(15,25)에 의한 착탈 가능한 결합구조를 이루고;
상기 샘플러(10) 내벽면에는 내구성 향상 및 산화 방지를 위한 보강 코팅층(14)이 형성되되, 상기 보강 코팅층(14)은 에폭시수지, 실리콘파우더, 열가소성 엘라스토머, 산화아연, 유리섬유, 피리독신산, 올레핀의 혼합 조성을 이루는 것을 특징으로 하는 지반조사용 관입 시험장치.
지반 굴착공(100)에 관입되어 시료를 채취하는 샘플러(10)와, 상기 샘플러(10)에 타격에너지를 제공하는 타격수단과, 상기 타격수단의 타격력이 전달되도록 샘플러(10) 상부에 연결로드(20)에 의해 연결 구성된 앤빌(30)과, 상기 샘플러(10)의 관입량을 측정하는 관입측정부(40)를 포함하는 지반조사용 관입 시험장치에 있어서,
상기 샘플러(10)에는 내부 공기의 배출을 위한 다수의 체크밸브(11)가 구비되되, 상기 체크밸브(11)는 탄성고무재질의 개폐막(12)이 지지대(13)에 의해 안정적으로 지지되는 구조를 이루며;
상기 샘플러(10)는 연결로드(20)와 나사산(15,25)에 의한 착탈 가능한 결합구조를 이루고;
상기 샘플러(10)의 상부에는 연결로드(20)와의 나사 체결을 위한 나사산(15)이 형성된 체결홈(16)이 형성되고, 상기 체결홈(16)의 바닥면에는 탄성패드(17)가 구비되며, 상기 탄성패드(17)는 탄성스프링(18)에 의한 탄성 지지가 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반조사용 관입 시험장치.