KR102073526B1

KR102073526B1 - 강관다단식 공법용 인발시험장치

Info

Publication number: KR102073526B1
Application number: KR1020190101610A
Authority: KR
Inventors: 이성진
Original assignee: 이성진
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2020-02-04

Abstract

강관(10)을 지반에 매립하여 그라우팅한 상태에서 강관(10)에 인발하중을 가하여 인발시험을 행하는 강관다단식 공법용 인발시험장치는 강관(10) 둘레에서 지면에 설치된 반력판(20); 강관(10)과 결합되는 커플러(31)와, 커플러(31)로부터 연장된 연장부(32)를 포함하는 강봉유니트(30); 강관(10)과 결합된 강봉유니트(30)에 인발하중을 가하는 유압실린더(41) 및 유압펌프(42)와, 인발하중을 측정하는 하중계(43)와, 인발하중에 의한 강봉유니트(30)의 변위를 측정하는 변위계(44)를 포함하는 측정유니트(40); 측정유니트(40)를 지지하는 지지판(51)과, 지지판(51)으로부터 하부로 연장된 복수의 다리(52)를 포함하는 체어(50); 반력판(20)에 대한 체어(50)의 각도를 조절하는 각도기(60); 및 강관(10)에 형성된 결합홀(10a)과 강관(10)의 결합홀(10a)과 대응하도록 커플러(31)에 형성된 결합홀(31a)을 통해 강관(10)과 커플러(31)를 결합시키는 결합부재(70);를 포함하고, 체어(50)의 다리(52)는 지지판(51)과 각도기(60) 사이에서 강관(10)과 커플러(31)의 결합을 위한 작업공간이 확보되는 높이를 갖는다.

Description

강관다단식 공법용 인발시험장치{PULLOUT TESTER FOR STEEL PIPE REINFORCED MULTISTATE GROUTING}

본 발명은 강관다단식 공법용 인발시험장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 절토비탈면이나 터널을 보강하는 강관다단식 공법용 인발시험장치에 관한 것이다.

토목건설분야에서는 절토비탈면을 보강하기 위한 방법의 하나로서 쏘일네일링(soil-nailing) 공법이 사용되어 왔다. 쏘일네일링 공법이란 미리 지반에 구멍을 뚫은 다음 구멍에 네일철근을 삽입하고 시멘트 그라우팅을 행하는 공법을 말한다.

절토비탈면을 보강하는 쏘일네일링 공법에서는 시공이 적절히 행해졌는지를 시험하기 위한 인발시험이 필수적이다. 그러한 인발시험용 장치의 예로는 한국특허 제10-1455753호에 개시된 기술을 들 수 있다.

한편, 터널을 시공할 때는 터널 내부를 보강하기 위한 방법의 하나로서 강관다단식 공법(steel pipe reinforced multistage grouting)이 사용되어 왔다. 강관다단식 공법에서는 네일철근이 아닌 중공형 강관이 사용된다. 터널 내부를 보강하는 강관다단식 공법에서는 인발시험이 행해지지 않는 것이 보통이다.

최근에는 절토비탈면에도 강관다단식 공법을 활용하는 방안이 모색 중에 있다. 문제는 강관다단식 공법에 적용할 인발시험장치가 아직 개발되어 있지 않다는 점이다. 다시 말해, 적절한 인발시험장치가 개발되기 전에는 강관다단식 공법을 절토비탈면에 실제로 적용하기 어려운 실정이다.

또한, 터널 내부를 보강하는 강관다단식 공법의 경우에도 인발시험을 행할 수 있는 장치가 제공된다면 좋을 것이다.

본 발명의 목적은 절토비탈면이나 터널을 보강하는 강관다단식 공법용 인발시험장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 강관(10)을 지반에 매립하여 그라우팅한 상태에서 상기 강관(10)에 인발하중을 가하여 인발시험을 행하는 강관다단식 공법용 인발시험장치에 있어서, 상기 강관(10) 둘레에서 지면에 설치된 반력판(20); 상기 강관(10)과 결합되는 커플러(31)와, 상기 커플러(31)로부터 연장된 연장부(32)를 포함하는 강봉유니트(30); 상기 강관(10)과 결합된 상기 강봉유니트(30)에 인발하중을 가하는 유압실린더(41) 및 유압펌프(42)와, 상기 인발하중을 측정하는 하중계(43)와, 상기 인발하중에 의한 상기 강봉유니트(30)의 변위를 측정하는 변위계(44)를 포함하는 측정유니트(40); 상기 측정유니트(40)를 지지하는 지지판(51)과, 상기 지지판(51)으로부터 하부로 연장된 복수의 다리(52)를 포함하는 체어(50); 상기 반력판(20)에 대한 상기 체어(50)의 각도를 조절하는 각도기(60); 및 상기 강관(10)에 형성된 결합홀(10a)과 상기 강관(10)의 결합홀(10a)과 대응하도록 상기 커플러(31)에 형성된 결합홀(31a)을 통해 상기 강관(10)과 상키 커플러(31)를 결합시키는 결합부재(70);를 포함하고, 상기 체어(50)의 상기 다리(52)는 상기 지지판(51)과 상기 각도기(60) 사이에서 상기 강관(10)과 상기 커플러(31)의 결합을 위한 작업공간이 확보되는 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 강관다단식 공법용 인발시험장치가 제공된다.

상기 각도기(60)는, 그 가장자리를 따라 복수의 나사홀(61a)이 방사상으로 형성되고 상기 반력판(20)에 대한 각도가 조정되는 각도조정판(61)과, 상기 나사홀(61a)에 나사 결합되어 상기 반력판(20)에 대한 상기 각도조정판(61)의 각도를 조절하는 복수의 각도조정볼트(62)를 포함할 수 있다.

상기 체어(50)의 상기 다리(52)와 상기 각도기(60)의 상기 각도조정판(61)은 일체로 형성될 수도 있고, 분리 가능하게 결합될 수도 있다.

상기 각도조정볼트(62)는 머리가 상기 각도조정판(61) 위에 배치될 수도 있고, 그 아래에 배치될 수도 있다.

상기 연장부(32)는 외주면에 수나사가 형성된 나사강봉일 수 있다.

상기 강봉유니트(30)의 상기 커플러(31)와 상기 연장부(32)는 일체로 형성될 수 있고, 상기 커플러(31)는 상기 강관(10)의 내측에 결합될 수 있다.

상기 강봉유니트(30)의 상기 커플러(31)는 중공형으로서 상기 강관(10)의 외측에 결합되고, 그 내주면의 적어도 일부에 암나사가 형성될 수 있고, 상기 연장부(32)는 상기 커플러(31)와 나사 결합될 수 있다.

상기 연장부(32)는 그 전방 단부에서 상기 강관(10)의 후방 단부에 압축력을 가하도록 상기 커플러(31)와 결합될 수 있다.

상기 강관다단식 공법용 인발시험장치는 상기 커플러(31)에 길이 방향으로 결합된 보조커플러(33)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 절토비탈면이나 터널을 보강하는 강관다단식 공법용 인발시험장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 강관(10)에 강봉유니트(30)를 결합시킴으로써 쏘일네일링 공법용 인발시험장치에서 사용되는 강선의 문제점, 즉 시험이 반복됨에 따라 강선과 네일철근 사이의 접합부에서 불규칙한 길이의 신장이 일어나는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 강봉유니트(30)를 강관의 단부에 압축력을 가하도록 결합함으로써 강관(10)의 결합홀(10a)이 인발하중으로 인해 후방으로 왜곡 변형됨에 따라 강관(10)의 후방 단부가 신장되는 문제점을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 각도조정판(61)과 각도조정볼트(61)를 포함하는 각도기(60)를 사용함으로써 체어(50)에 지지되는 측정유니트(40)의 자세를 쉽게 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 강관다단식 공법용 인발시험장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에서 강관과 강봉유니트의 분리사시도이다.
도 3은 도 1에서 체어의 개략 사시도이다.
도 4는 도 1에서 각도기의 개략 사시도이다.
도 5는 강봉유니트의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 커플러와 보조커플러의 결합상태를 나타낸 단면도이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 강관다단식 공법용 인발시험장치의 개략도이다.

본 명세서에서, '전방'이란 도 1에서 좌하 방향 혹은 강관(10)이 매립된 지반 쪽을 말하고, '후방'이란 그 반대 방향 혹은 반대쪽을 말한다.

본 실시예에 따른 강관다단식 공법용 인발시험장치(이하 '본 인발시험장치'로 약칭함)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 지반에 매립되고 시멘트 그라우팅으로 보강된 강관(10)에 인발하중을 가하여 인발시험을 행하는 장치이다.

강관(10)은 지면에 수직으로 매립되는 것이 이상적이지만, 현실적으론 임의의 경사각도를 이루는 경우가 대부분이며, 이를 감안하여 후술하는 측정유니트(40)를 설치하려면 이 경사각도를 조정하기 위한 후술하는 각도기(60)가 필요하다. 강관(10)에는 두 개의 결합홀(10a)이 형성되어 있다(도 2 참조). 결합홀(10a)의 개수는 반드시 두 개에 한하지 않으며, 설계상 필요에 따라 조정될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 인발시험장치는 반력판(20)과, 강봉유니트(30)와, 측정유니트(40)와, 체어(50)와, 각도기(60)와, 결합부재(70)를 포함한다.

반력판(20)은 강관(10) 둘레에서 지면에 설치된다. 반력판(20)의 중심에는 강관(10)이 통과하도록 관통공(20a)이 형성되어 있다. 반력판(20)의 재질은 일반 강재이며, 크기는 후술할 각도기(60)의 각도조정판(61)보다 큰 것이 바람직하다. 그 형상은 각도조정판(61)의 형상과 대략 동일한 것이 바람직하다. 예컨대, 각도조정판(61)이 원형이면 반력판(20)도 원형인 것이 바람직하다. 다만, 형상은 반드시 동일해야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 달라질 수도 있다. 반력판(20)의 두께는 가해지는 인발하중을 충분히 견딜 수 있을 정도로 적절히 설계될 수 있다.

강봉유니트(30)는 강관(10)와 결합되는 커플러(31)와, 상기 커플러(31)로부터 후방으로 연장된 연장부(32)를 포함한다.

커플러(31)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 강관(10)과 결합하는 것으로서, 본 실시예에서는 강관(10)의 외부에 결합되도록 중공형으로 구성되어 있다. 커플러(31)에는 강관(10)의 결합홀(10a)에 대응하는 두 개의 결합홀(31a)이 형성되어 있다. 결합홀(10a)과 결합홀(31a)이 대응하도록 커플러(31)가 강관(10)의 외부에 끼워진 상태에서 핀(71)을 끼우고 너트(72)를 핀(71)의 단부에 형성된 나사에 체결함으로써 커플러(31)와 강관(10)이 단단히 결합된다. 커플러(31)의 내주면의 후방부에는 암나사가 형성되어 있다.

연장부(32)는 외주면에 수나사가 형성된 나사강봉으로 구성되어 있다. 연장부(32)의 전방부는 커플러(31)의 내주면에 형성된 암나사와 나사 결합된다. 이처럼 연장부(32)를 나사강봉으로 구성하여 커플러(31)와 나사 결합되게 하면, 종래 쏘일네일링 공법용 인발시험장치에서 사용된 강선의 문제점, 즉 시험이 반복됨에 따라 강선과 네일철근 사이의 접합부에서 불규칙한 길이의 신장이 일어나는 문제점을 해결할 수 있다.

도 1을 참조하면, 연장부(32)의 전방 단부와 강관(10)의 후방 단부 사이에 소정 길이의 갭(G)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 측정유니트(40)에 의해 가해지는 인발하중에 대한 강관(10)의 저항력이 충분할 때는 이처럼 갭(G)이 형성되도록 연장부(32)와 커플러(31)가 체결되어도 별 문제가 없다. 하지만 인발하중에 대한 강관(10)의 저항력이 충분하지 않을 때는 강관(10)의 결합홀(10a)이 인발하중으로 인해 후방으로 왜곡 변형될 수 있고, 이에 따라 강관(10)의 후방 단부가 변형에 의해 신장될 수 있다. 실제로 예비시험을 행한 결과 이러한 문제점이 종종 발생함이 확인되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 연장부(32)의 전방 단부가 강관(10)의 후방 단부에 압축력을 가하도록 최대한 연장부(32)를 전방으로 전진시켜서 커플러(31)에 체결하는 것이 바람직하다.

연장부(32)의 후방부는 측정유니트(40)와 결합되어 있다. 측정유니트(40)는 강관(10)과 결합된 강봉유니트(30)에 인발하중을 가하는 유압실린더(41) 및 유압펌프(42)와, 가해진 인발하중을 측정하는 하중계(43)와, 인발하중에 의한 강봉유니트(30)의 변위를 측정하는 변위계(44)를 포함한다. 하중계(43)는 로드셀인 것이 바람직하고, 변위계(44)는 다이얼게이지인 것이 바람직하다. 유압실린더(41) 및 유압펌프(42)와, 하중계(43)와, 변위계(44)는 모두 기술분야에서 잘 알려진 것이므로 상세한 설명을 생략한다.

체어(50)는 전방에서 각도기(60)에 의해 지지되고 후방에서 측정유니트(40)를 지지하는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 측정유니트(40)를 지지하는 지지판(51)과, 지지판(51)으로부터 전방으로 연장된 복수의 다리(52)를 포함한다. 지지판(51)은 대략 원형의 일반 강판으로 형성되고, 그 중앙에는 강봉유니트(30)의 연장부(32)가 통과되는 관통공(51a)이 형성되어 있다. 지지판(51)의 크기와 두께는 측정유니트(40)를 충분히 지지할 수 있도록 적절히 설계될 수 있다. 다리(52)의 개수는 세 개인 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한하지는 않는다. 다리(52)의 길이는 지지판(51)과 각도기(60) 사이에서 강관(10)과 커플러(31)의 결합을 위한 작업공간이 충분히 확보할 만큼 긴 것이 바람직하다.

각도기(60)는 반력판(20)에 대한 체어(50)의 각도를 조절하는 것으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 각도조정판(61)과, 복수의 각도조정볼트(62)를 포함한다. 각도조정판(61)에는 그 가장자리를 따라 복수의 나사홀(61a)이 방사상으로 형성되어 있고, 각 나사홀(61a)에는 각 각도조정볼트(62)가 나사 결합된다. 도면에는 각도조정볼트(62)와 나사홀(61a)이 각각 네 개씩 도시되어 있지만, 그 개수는 설계상 필요에 따라 적절히 가감될 수 있다. 나사홀(61a)에 대한 각도조정볼트(62)의 체결 깊이(또는 높이)를 조정함으로써 반력판(20)에 대한 각도조정판(61)의 각도를 조절할 수 있음은 물론이다. 이에 따라 측정장치(40)를 강관(10)의 중심선에 일치되게 설치함으로써 안정된 자세로 정확한 측정을 행할 수 있다.

도 1과 도 4에는 각도조정볼트(62)의 머리가 위쪽, 즉 후방에 배치된 예가 도시되어 있지만, 설계상 혹은 작업상 필요에 따라 볼트 머리가 아래쪽, 즉 전방에 배치되게 구성할 수도 있다.

체어(50)의 다리(52)와 각도기(60)의 각도조정판(61)은 일체로 형성될 수 있다. 이렇게 하면 제조의 효율을 높일 수 있다. 필요에 따라, 다리(52)와 각도조정판(61)는 그 사이의 거리가 가변되도록 분리 가능한 구조로 결합될 수도 있다. 이렇게 하면 현장에서 작업공간의 크기를 조정하는 데 유리하다.

결합부재(70)는 상술한 핀(71)과 너트(72)를 포함한다. 핀(71)과 너트(72)를 이용하여 강관(10)과 강봉유니트(30)를 결합하는 방법은 앞에서 설명하였으므로 반복 설명을 생략한다.

본 실시예에서는 결합부재(70)가 핀(71)과 너트(72)로 구성된 예를 설명하였지만, 결합부재(70)는 반드시 이에 한하지 않으며, 기술분야에서 알려진 다른 결합수단도 필요에 따라 사용될 수 있다. 또한 핀(71)과 너트(72)는 강관(10)에 결합홀(10a)이 형성된 경우에 바람직하게 사용될 수 있는 결합부재(70)의 구성요소이므로, 만일 강관(10)에 다른 형태의 결합부가 형성된다면 그에 맞추어 결합부재(70)의 구성도 변화될 수 있음은 물론이다.

이하 본 발명의 변형된 실시예들을 설명한다.

상술한 실시예에서는 강봉유니트(30)의 커플러(31)와 연장부(32)가 분리형으로 나사 결합되는 구성이 설명되었지만, 커플러(31)와 연장부(32)는 도 5에 도시된 바와 같이 일체로 형성될 수도 있다. 이렇게 하면 강봉이 가진 상술한 바와 같은 장점을 유지하면서 강봉유니트(30) 전체의 무게를 줄일 수 있다. 이런 구성의 경우, 커플러(31)는 강관(10)의 내측에 결합되도록 외경이 감소하고 중실형으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상술한 실시예에서는 강봉유니트(30)의 커플러(31)가 하나만 사용된 구성을 설명하였지만, 커플러(31)의 후방 단부에는 도 6에 도시된 바와 같이 보조커플러(33)가 결합될 수 있다. 이렇게 하면 지반으로부터의 강관(10)의 돌출 길이가 불규칙적으로 긴 경우에 적절히 대응할 수 있다.

도면에는 보조커플러(33)의 길이가 커플러(31)의 길이와 대략 비슷하게 도시되어 있지만, 보조커플러(33)의 길이는 현장 사정에 맞게 적절히 조정될 수 있다. 또한, 필요에 따라 처음부터 미리 정해진 몇 가지 길이의 보조커플러(33)를 준비해둘 수도 있고, 길이가 같거나 다른 복수의 보조커플러(33)가 직렬로 연결되어 사용될 수도 있다. 또한 도면에는 보조커플러(33)에 결합홀이 형성되어 있지 않은 예가 도시되어 있지만, 필요에 따라 보조커플러(33)에도 커플러(31)의 결합홀(31a)과 같은 결합홀이 형성될 수 있음은 물론이다.

10: 강관 10a: 결합홀
20: 반력판 20a: 관통공
30: 강봉유니트 31: 커플러
31a: 결합홀 32: 연장부
33: 보조커플러 40: 측정유니트
41: 유압실린더 42: 유압펌프
43: 하중계 44: 다이얼게이지
50: 체어 51: 지지판
51a: 관통공 52: 다리
60: 각도기 61: 각도조정판
61a: 관통공 61b: 나사홀
62: 각도조정볼트 70: 결합부재
71: 핀 72: 너트
G: 갭

Claims

강관(10)을 지반에 매립하여 그라우팅한 상태에서 상기 강관(10)에 인발하중을 가하여 인발시험을 행하는 강관다단식 공법용 인발시험장치에 있어서,
상기 강관(10) 둘레에서 지면에 설치된 반력판(20);
상기 강관(10)과 결합되는 커플러(31)와, 상기 커플러(31)로부터 연장된 연장부(32)를 포함하는 강봉유니트(30);
상기 강관(10)과 결합된 상기 강봉유니트(30)에 인발하중을 가하는 유압실린더(41) 및 유압펌프(42)와, 상기 인발하중을 측정하는 하중계(43)와, 상기 인발하중에 의한 상기 강봉유니트(30)의 변위를 측정하는 변위계(44)를 포함하는 측정유니트(40);
상기 측정유니트(40)를 지지하는 지지판(51)과, 상기 지지판(51)으로부터 하부로 연장된 복수의 다리(52)를 포함하는 체어(50);
상기 반력판(20)에 대한 상기 체어(50)의 각도를 조절하는 각도기(60); 및
상기 강관(10)에 형성된 결합홀(10a)과 상기 강관(10)의 결합홀(10a)과 대응하도록 상기 커플러(31)에 형성된 결합홀(31a)을 통해 상기 강관(10)과 상키 커플러(31)를 결합시키는 결합부재(70);를 포함하고,
상기 체어(50)의 상기 다리(52)는 상기 지지판(51)과 상기 각도기(60) 사이에서 상기 강관(10)과 상기 커플러(31)의 결합을 위한 작업공간이 확보되는 높이를 갖고,
상기 연장부(32)는 외주면에 수나사가 형성된 나사강봉이고,
상기 강봉유니트(30)의 상기 커플러(31)는 중공형으로서 상기 강관(10)의 외측에 결합되고, 그 내주면의 적어도 일부에 암나사가 형성되어 있고,
상기 연장부(32)는 상기 커플러(31)와 나사 결합되고,
상기 연장부(32)는 그 전방 단부에서 상기 강관(10)의 후방 단부에 압축력을 가하도록 상기 커플러(31)와 결합된 것을 특징으로 하는 강관다단식 공법용 인발시험장치.
제1항에 있어서,
상기 각도기(60)는, 그 가장자리를 따라 복수의 나사홀(61a)이 방사상으로 형성되고 상기 반력판(20)에 대한 각도가 조정되는 각도조정판(61)과, 상기 나사홀(61a)에 나사 결합되어 상기 반력판(20)에 대한 상기 각도조정판(61)의 각도를 조절하는 복수의 각도조정볼트(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관다단식 공법용 인발시험장치.
제2항에 있어서,
상기 체어(50)의 상기 다리(52)와 상기 각도기(60)의 상기 각도조정판(61)은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 강관다단식 공법용 인발시험장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 각도조정볼트(62)는 머리가 상기 각도조정판(61)과 상기 반력판(20) 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 강관다단식 공법용 인발시험장치.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 커플러(31)에 길이 방향으로 결합된 보조커플러(33)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강관다단식 공법용 인발시험장치.