KR20040091317A - 자동 표준 관입 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 표준 관입 시험장치를 개시한다. 본 발명은 양단이 상·하판에 지지되는 복수의 수직 가이드로드와, 수직 가이드로드에 이동 가능하게 결합되는 슬라이더와, 픽업헤드를 상면에 돌출되게 가지며 슬라이더의 하부에서 수직 가이드로드에 이동 가능하게 결합되어 샘플러를 장착한 모루를 타격하는 해머와, 픽업헤드를 파지하여 해머를 모루로부터 소정높이의 낙하위치까지 끌어올린 후 자유낙하시키는 해머인양낙하수단과, 해머의 타격으로 지반에 관입된 샘플러의 관입깊이에 대응하는 높이만큼 슬라이더를 하강시켜 주는 타격위치조정수단과, 해머의 타격에 따른 샘플러의 관입량과 타격횟수를 측정하는 관입량 측정수단 및 관입량 측정수단으로부터 얻어진 데이터를 통해 해머의 타격수행을 제어함과 함께 N값을 산출하고 시험결과를 기록 및 표시하는 제어수단으로 구성된다.

본 발명은 매 타격시 해머의 낙하높이를 일정하게 유지시킬 수 있음은 물론 해머가 모루를 직접 타격하여 타격에너지의 누설 없이 정확한 타격을 보장할 수 있으며, 타격횟수와 관입량을 센싱으로 정확하게 측정함으로써 일련의 시험절차를 자동으로 수행한다.

Description

자동 표준 관입 시험장치{Automatic hammer system for standard penetration test}

본 발명은 지반의 지지력, 지층의 분포상태 및 지질 등을 파악하기 위해 널리 행해지는 표준 관입 시험(Standard Penetration Test: SPT)을 수행하는 장치에 관한 것으로, 특히 샘플러(sampler)의 관입에 관계없이 해머(hammer)의 낙하높이를정확하게 유지하면서 타격할 수 있음은 물론, 해머의 타격횟수 측정과 그에 따른 샘플러의 관입량 측정 등 일련의 시험과정을 자동으로 수행할 수 있도록 한 자동 표준 관입 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 각종 토목공사나 건축공사 등을 시행하기 위해서는 먼저 해당 지역에 대한 지반조사를 실시하여 토질에 따른 지반의 연경도(consistency)와 상대밀도(relative density) 등을 판단함으로써 지반의 지지력과 토층의 구성상태 및 구성성분 등을 파악할 필요가 있다. 이를 위한 방법으로 통상 표준 관입 시험이 이용되고 있다.

표준 관입 시험은 63.5㎏의 해머를 75㎝의 높이에서 자유 낙하시켜 시추공내에 삽입된 스플릿 배럴 샘플러(split barrel sampler, 이하 '샘플러'라 약칭함)를 반복 타격함으로써 샘플러가 30㎝ 관입하는데 소요되는 타격횟수인 N값을 측정하고, 측정된 N값으로부터 해당 지반의 강도·흙의 상대 밀도와 내부 마찰각 등의 토질 정수를 추정하는 대표적인 지반조사 방법이다.

이때, 샘플러가 최초 15㎝ 관입할 때의 N값은 시료가 교란된 것으로 판단하여 예비타로 간주하고, 이후의 30㎝ 관입량에 따른 해머의 타격횟수를 N값으로 정한다. 또한, 타격횟수가 50회를 초과할 경우에는 50회 타격시의 관입깊이를 측정한다.

이러한 표준 관입 시험은 현 지표 아래 1.5m마다 또는 지층이 변할 때마다 실시함이 원칙이나, 동일 지층이 계속될 때는 그 층에서 1회로 마친다.

이를 위해 가장 보편적으로 사용되고 있는 시험방법으로 윈치(winch)를 이용한 표준 관입 시험장치가 있다.

이 기술은 프레임의 하부에 드럼을 고정하여 로프(rope)를 수회 권취하고, 그 상부에 도르래(pulley)를 고정하여 로프를 안내시킨다. 로프의 한쪽 끝에는 통형의 해머가 고정되어 수직으로 설치된 가이드로드에 이동 가능하게 결합되어 있고, 가이드로드에는 해머의 인양위치가 표시되어 있다.

가이드로드의 하단에는 기 시공된 지반의 보링구멍(boring hole)에 삽입되는 드릴로드가 설치된다. 드릴로드의 상부에는 모루(anvil)가 고정되어 있고, 하단에는 지반의 교란 시료를 얻을 수 있는 샘플러가 연결되어 있다.

이에 따라 드릴로드를 보링구멍에 삽입하여 가이드로드에 고정한 상태에서, 로프를 잡아당겨 해머를 인양위치까지 들어올린 뒤 자유 낙하시키면 해머가 자중에 의해 가이드로드를 따라 하강하여 모루를 타격하게 된다. 그러면, 해머의 타격에너지가 모루를 통해 드릴로드로 전달됨으로써 샘플러가 검사지반에 관입되며, 이와 같은 동작의 반복으로 시험을 수행하게 된다.

그런데, 이러한 종래의 윈치방식의 표준 관입 시험장치는 타격시 해머의 인양위치를 육안으로 확인해야 하므로 숙련된 작업자가 시험을 수행하더라도 매회의 타격시 낙하높이를 일정하게 유지하기 어렵고, 이에 따라 타격시마다 서로 다른 힘으로 타격되는 문제가 있었다.

또한, 해머를 로프에 의해 인양하기 때문에 낙하시 로프와 권취드럼 및 도르래간에 마찰손실이 발생하게 되고, 이 마찰손실은 로프의 특성이나 노화정도에 따라 달라지게 되어 모루에 부딪치는 해머의 실제 타격에너지가 규정치보다 감소하게 된다.

따라서, 종래의 윈치방식의 시험장치는 시험작업이 번잡하고, 정확한 N값을 측정하기가 곤란할 뿐 아니라, 여러 가지 변수들에 의해 시험 결과의 신뢰성을 확보하기 어려웠다.

더욱이, N값의 계수가 작업자의 기억력에 의존하고 있을 뿐 아니라, 샘플러의 관입깊이도 별도의 측정으로 얻어지므로 자칫 결과가 잘못 얻어질 우려도 있으며, 같은 지반에서 시험을 실시하여도 작업자에 따라 완전히 다른 결과가 나타나는 문제점이 있다.

한편, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 해머를 항시 일정한 높이에서 낙하시킴과 동시에 낙하에 따른 마찰손실을 최소화시킨 자동 유압 해머가 미합중국 특허 제3,934,656호로 제시되어 있다.

이 자동 유압 해머는 2개의 수직가이드에 의해 소정높이로 세팅된 하부서포트(bottom support)와 탑요크(top yoke)가 수직가이드와 나란하게 배치된 2개의 슬라이드로드(slide rod)에 결합 지지되어 있고, 두 수직가이드에는 상면에 화살꼴 리세스(recess)를 갖는 해머가 슬라이딩 가능하게 결합되어 있다.

탑요크 위에는 유압실린더가 장착되어 있고, 탑요크를 관통한 플런저 (plunger)의 화살꼴 헤드는 해머의 리세스에 안착되어 있다. 해머의 상면에는 2개의 클램프가 서로 마주보도록 리세스의 양쪽에 배치되어, 그의 로킹 플런저들이 리세스를 향해 탄성바이어스(elastic bias) 됨으로써 플런저 헤드를 구속하고 있다.

탑요크의 하면에는 경사면을 갖는 2개의 핑거(finger)가 플런저의 양쪽에 배치되고, 각 클램프의 로킹 플런저 상면에는 핑거의 경사면과 대응하는 경사면을 갖는 2개의 트리거(trigger)가 돌출되어 있다.

이러한 자동 유압 해머는 통상의 시험기계에 수직으로 장착되어 하부서포트 (bottom support)가 샘플러를 장착한 모루의 타격면 위에 놓이게 된다. 이 상태에서, 유압실린더를 작동시키면 그의 플런저가 상승함으로써 해머가 수직가이드에 안내되어 동시에 상승한다.

이후, 각 클램프에 구비된 트리거들의 경사면이 탑요크에 매달린 핑거의 경사면에 미끄럼 접촉되고, 이에 따라 클램프의 로킹 플런저들이 스프링을 압축하면서 밀려나게 되어 플런저 헤드의 구속이 해제된다. 이에 따라, 해머의 구속도 동시에 해제됨으로써 해머가 수직가이드를 따라 자유낙하 하여 하부서포트를 타격하게 된다.

그러면, 이 타격에너지에 의해 하부서포트가 슬라이드로드에 안내되어 하강함으로써 샘플러가 검사지반에 관입되며, 이때 탑요크와 유압실린더는 수직가이드에 의해 하부서포트와 일체적으로 연결되어 있어 동시에 하강함으로써 항상 일정한 타격위치를 유지하게 된다.

그러나, 이러한 자동 유압 해머는 해머가 직접 모루를 타격하지 않고, 하부서포트를 타격하여 그 하면에 접촉된 모루에 타격에너지를 전달하는 바, 해머의 타격에너지 일부가 장비로 전달되어 실제로 샘플러에 가해지는 타격에너지가 감소하게 된다.

따라서, 시험법에서 규정한대로 정확한 타격을 보장하기 어려울 뿐만 아니라 장비의 내구성에 심각한 악영향을 미치게 된다.

또한, 스프링의 탄성에 의해 유압실린더의 플런저 헤드를 구속하여 해머를 인양가능하게 해주는 클램프가 해머에 일체로 부착되어 있기 때문에 해머의 타격이 반복될수록 심한 충격으로 인해 클램프가 손상 내지는 파손될 우려도 많으며, 해머의 동적특성을 복잡하게 만들어 타격응력 및 에너지의 효율적인 전달을 방해한다.

뿐만 아니라, 해머의 타격에 의한 샘플러의 관입깊이를 별도의 측정에 의해 확인해야 하는 번잡함도 있었다.

그러므로 종래의 자동 유압 해머 역시 N값의 정확성과 신뢰성을 보장하기 어려웠다.

본 발명은 상술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 해머를 자동으로 인양하여 낙하시킬 수 있으면서 샘플러의 관입에 관계없이 해머의 낙하높이를 매 타격시 일정하게 유지시킬 수 있는 자동 표준 관입 시험장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 해머가 모루를 직접 타격하도록 함으로써 주변 구성부품으로의 타격에너지 손실을 최소화하여 모루를 항시 규정된 타격에너지로 정확히 타격할 수 있음은 물론, 타격시의 충격으로 인한 장비의 손상도 최소화시킬 수 있는 자동 표준 관입 시험장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 해머의 타격횟수와 매회 타격에 따른 샘플러의 관입깊이를 자동으로 산정 및 누적하여 정확한 N값을 획득하도록 함으로써 일련의 시험절차를 자동으로 간편하게 수행할 수 있는 자동 표준 관입 시험장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 의한 자동 표준 관입 시험장치를 개략적으로 나타낸 일부 분해 사시도,

도2는 본 발명에 의한 자동 표준 관입 시험장치의 해머 픽업포지션을 나타낸 정면도,

도3은 본 발명에 의한 자동 표준 관입 시험장치의 해머 릴리즈포지션을 나타낸 정면도,

도4는 도2의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도,

도5는 도3의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도,

도6은 해머 픽업유닛을 발췌하여 나타낸 부분 절단 정면도,

도7a 및 도7b는 해머의 픽업과정와 릴리즈과정을 발췌하여 나타낸 정면도들,

도8은 관입깊이 측정유닛을 발췌하여 나타낸 부분 절단 측면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 수직 가이드로드 11: 상판

12: 하판 14: 가이드슬롯

20: 슬라이더 21: 해지블록

22: 체인 안내구멍 30: 해머

32: 픽업헤드 33: 네크

34: 구배 40: 해머인양낙하수단

41: 제1유압실린더 43, 48: 제1 및 제2 스프로킷휠

44: 핑거유닛 46: 훅

46a, 46b: 제1 및 제2 경사면 49: 체인

50: 타격위치조정수단 51: 제2유압실린더

53: 위치센서 60: 관입량 측정수단

61: 가이드랙 63: 인코더

65: 가이드롤러 70: 연결브래킷

80: 모루 90: 보링장비

이와 같은 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 의한 자동 표준 관입 시험장치는, 양단이 상판과 하판에 지지되는 복수의 수직 가이드로드; 수직 가이드로드에 이동 가능하게 결합되는 슬라이더(slider); 픽업헤드(pickup head)를 상면에 돌출되게 가지며, 슬라이더의 하부에 위치하도록 수직 가이드로드에 이동 가능하게 결합되어 샘플러를 장착한 모루를 소정높이에서의 자유낙하에 의해 타격하는 해머; 해머의 픽업헤드를 파지하여 모루로부터 소정높이의 낙하위치까지 끌어올린 후, 픽업헤드의 구속을 해제하여 해머를 자유낙하시키는 해머인양낙하수단; 해머의 타격에 의해 지반에 관입된 샘플러의 관입깊이에 대응하는 높이만큼 슬라이더를 하강시켜 해머의 타격위치를 일정하게 유지시켜 주는 타격위치조정수단; 해머의 타격에 따른 샘플러의 관입량과 타격횟수를 측정하는 관입량 측정수단; 및 관입량 측정수단으로부터 얻어진 데이터를 통해 해머의 타격수행을 제어함과 함께 N값을 산출하고, 시험결과를 기록 및 표시하는 제어수단;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 해머인양낙하수단은 슬라이더의 하면 한쪽에 수직으로 고정되어 하방으로 신장하고 그 피스톤로드의 선단에 제1스프로킷휠(sprocket wheel)을 갖는 제1유압실린더와, 슬라이더의 상면에 고정되는 제2스프로킷휠과, 수직 가이드로드에 이동 가능하게 결합되고 해머의 픽업헤드를 탄성적으로 파지한 후 슬라이더 하면과의 접촉으로 해머의 구속을 해제하는 핑거유닛 (finger unit)과, 일단이 슬라이더에 고정되고 타단이 제1 및 제2 스프로킷휠을 거쳐 핑거유닛에 연결되는 체인으로 이루어진다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 타격위치조정수단은 슬라이더의 하면 타측에 수직으로 고정되고 그 피스톤로드가 슬라이더를 관통하여 상판에 연결되는 제2유압실린더와, 이 제2유압실린더에 장착되어 해머의 위치를 검출하는 위치센서로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 관입량 측정수단은 수직으로 배치되어 양단이 수직 가이드로드를 지지하는 상판과 하판에 고정되고 일측면에 치형을 갖는 가이드랙(guide rack)과, 슬라이더에 설치되고 외주에 가이드랙의 치형과 이맞물림되는 치형을 구비하여 슬라이더의 하강에 따라 회전함으로써 샘플러의 관입깊이를 연산하는 인코더(encoder)로 구성된다.

이와 같은 본 발명은, 해머인양낙하수단이 항시 규정된 일정높이범위만을 승강하게 되고, 타격시마다 샘플러의 관입량만큼 타격위치조정수단이 해머인양낙하수단이 설치된 슬라이더를 하강시키게 되므로 샘플러의 관입에 관계없이 해머를 자동으로 매 타격시마다 일정한 낙하높이에서 낙하시킬 수 있게 된다.

특히, 해머가 샘플러를 장착한 모루를 직접 타격하게 되어 타격에너지가 장비로 누설되지 않고 그대로 모루에 전달되므로 항시 규정된 타격에너지로 모루를 정확히 타격할 수 있음은 물론, 타격에 따른 장비의 손상우려도 최소화된다.

아울러, 해머의 타격횟수와 매회 타격에 따른 샘플러의 관입깊이 역시 센싱수단들에 의해서 자동으로 산정 및 누적되므로 정확한 N값을 획득할 수 있어 시험의 신뢰성과 편의성 제고 등에 큰 효과를 발휘한다.

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

도1 내지 도5에서, 본 발명에 의한 자동 표준 관입 시험장치는 복수의 수직 가이드로드(10)와, 이 수직 가이드로드(10)를 따라 간헐적으로 하강하는 슬라이더 (20)와, 수직 가이드로드(10)를 따라 일정높이로 승강하면서 샘플러(도시하지 않음)를 장착한 모루(80)를 타격하는 해머(30)와, 해머(30)를 인양하여 낙하시키는 해머인양낙하수단(40)과, 해머(30)의 타격에 따른 샘플러의 관입깊이만큼 슬라이더 (20)를 하강시켜 해머(30)의 낙하높이를 일정하게 유지시켜 주는 타격위치조정수단 (50)과, 해머(30)의 타격에 따른 샘플러의 관입깊이와 타격횟수를 측정하는 관입량 측정수단(60) 및 해머(30)의 타격동작을 제어함과 동시에 N값 등의 시험결과를 기록 및 표시하는 제어수단(도시하지 않음)으로 구성된다.

수직 가이드로드(10)는 예를 들어 4개가 구비되어 사각을 이루도록 배치되고, 그 상단과 하단에 나사를 구비하여 상판(11) 및 하판(12)을 관통한 뒤 너트 (13)와 각각 체결됨으로써 상·하판(11)(12)과 더불어 하나의 프레임을 구성한다. 하판(12)의 후단 중간에는 샘플러를 장착한 모루(80)가 끼워지는 가이드슬롯(guide slot:14)이 형성된다.

이러한 수직 가이드로드(10)는 상판(11)과 하판(12)의 후단에 연결브래킷 (connecting bracket:70)을 부착하여 지반에 시험을 위한 보링구멍(도시하지 않음)을 형성하는 통상의 보링장비(90)의 지지축(91)에 선회 가능하도록 장착된다.

슬라이더(20)는 네 코너부가 4개의 수직 가이드로드(10)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 사각의 판상으로 구성된다. 바람직하기로 슬라이더(20)의 하면 후방에는 후술한 해머인양낙하수단(40)의 핑거유닛(44)이 파지한 해머(30)를 자유낙하 시키도록 그 구속을 해제해 주는 해지블록(21)이 설치된다.

이러한 해지블록(21)은 해머인양낙하수단(40)의 체인(49)이 관통할 수 있도록 체인 안내구멍(22)을 갖는다.

해머(30)는 양측에 가이드암(guide arm:31)을 각각 일체로 구비하고, 이들 가이드암(31)이 슬라이더(20)의 하부에서 후방의 두 수직 가이드로드(10)에 이동 가능하게 결합됨으로써 수직 가이드로드(10)에 승강 가능하게 지지된다. 해머(30)의 상면에는 해머인양낙하수단(40)의 핑거유닛(44)이 파지할 수 있도록 픽업헤드 (32)가 돌출되어 구비된다.

픽업헤드(32)는 대략 포핏(poppet) 모양으로 구성되고, 해머(30) 본체와의 사이에 네크(neck:33)를 형성한다. 픽업헤드(32)의 주면에는 후술한 핑거유닛(44)의 훅(46)이 그를 용이하게 파지할 수 있도록 안내하기 위한 구배(34)가 적정각도로 구비된다.

해머인양낙하수단(40)은 슬라이더(20)에 수직으로 설치되는 제1유압실린더 (41)와, 슬라이더(20)와 해머(30) 사이에 위치되도록 후방의 두 수직 가이드로드 (10)에 이동 가능하게 결합되는 핑거유닛(44)과, 양단이 슬라이더(20)와 핑거유닛 (44)에 연결되어 제1유압실린더(41)의 신축에 의해 핑거유닛(44)을 승강시키는 체인(49)으로 구성된다.

제1유압실린더(41)는 그 피스톤로드(42)가 하방을 향하도록 슬라이더(20)의 하면 한쪽에 수직으로 매달리고, 피스톤로드(42)의 선단에 체인(49)을 지지하기 위한 제1스프로킷휠(43)을 갖는다. 이러한 제1유압실린더(41)의 스트로크(stroke)는 해머(30)의 낙하높이(75㎝)와 동일하게 설정된다.

핑거유닛(44)은 도6 내지 도7b에 도시한 바와 같이, 중앙에 긴 조립슬롯 (45a)을 가지고 후방의 두 수직 가이드로드(10)에 이동 가능하게 결합되는 바디플레이트(body plate:45)와, 이 바디플레이트(45)의 조립슬롯(45a)을 상하로 관통하도록 설치되어 해머(30)의 픽업헤드(32)를 파지하는 2개의 훅(46)으로 이루어진다.

각각의 훅(46)은 바디플레이트(45)의 조립슬롯(45a) 내에서 간격을 두고 배치되어 상단부가 힌지 결합으로 지지되고, 그 상단부가 스프링(47)에 의해 외측으로 탄성바이어스 된다. 이때, 스프링(47)의 탄성은 두 훅(46)을 외측으로 밀어줄 수 있는 정도면 족하며, 핑거유닛(44)의 하강시 그 자중에 의해 두 훅(46)이 픽업헤드(32)와의 미끄럼접촉으로 벌어질 수 있도록 구성된다.

바디플레이트(45)의 상부로 돌출된 각 훅(46)의 상단에는 핑거유닛(44)의 상승시 슬라이더(20)의 하면에 구비된 해지블록(21)과의 접촉에 따라 훅(46)이 반탄성방향으로 회전하여 벌어질 수 있도록 외측 하방으로 적절히 경사진 제1경사면 (46a)이 각각 형성된다.

또한, 각 훅(46)의 하단에는 훅(46)이 픽업헤드(32)를 용이하게 파지할 수 있도록 해머(30)의 픽업헤드(32)의 구배(34)에 대응하여 내측 상방으로 경사진 제2경사면(46b)이 각각 형성된다.

한편, 슬라이더(20) 상면의 체인 이송경로에는 체인(49)의 방향전환을 안내하는 제2스프로킷휠(48)이 설치되고, 이에 따라 체인(49)은 슬라이더(20)를 이중으로 관통하는 지그재그 형태로 배열되어 제1유압실린더(41)의 신축에 따라 핑거유닛 (44)을 일정높이 범위로 승강시킨다.

타격위치조정수단(50)은 슬라이더(20)의 하면 다른 쪽에 수직으로 매달려 설치되는 제2유압실린더(51)와, 이 제2유압실린더(51)에 부착되어 해머(30)의 위치를 검출하는 위치센서(53)로 구성된다.

제2유압실린더(51)는 그 피스톤로드(52)가 상방을 향하도록 슬라이더(20)의 하면에 고정되고, 피스톤로드(52)는 슬라이더(20)를 관통한 뒤 수직 가이드로드(10)를 지지하는 상판(11)의 하면에 매달린 연결소켓(connecting socket:15)에 나사결합으로 연결된다.

위치센서(53)는 제2유압실린더(51)의 하단부에 설치되어 해머(30)의 타격 후 제2유압실린더(51)의 작동에 따라 하강하여 모루(80) 위에 위치한 해머(30)의 유무를 검출한 뒤, 그 신호를 제어수단으로 송출한다. 따라서, 위치센서(53)는 해머 (30)의 상단부를 검출하게 된다.

관입량 측정수단(60)은 도8에 도시된 바와 같이, 수직 가이드로드(10)와 나란하게 수직으로 배치되는 가이드랙(61)과, 슬라이더(20)에 설치되어 가이드랙(61)에 구름접촉 됨으로써 슬라이더(20)의 하강높이를 측정하여 제어수단으로 송출하는 인코더(63)로 구성된다.

가이드랙(61)은 양단이 수직 가이드로드(10)들을 지지하는 상판(11)과 하판 (12)에 고정되고, 그 한쪽 면에 일정피치로 치형(62)을 갖는다.

인코더(63)의 외주에는 가이드랙(61)의 치형(62)에 이맞물림 되는 치형(64)이 구비된다. 바람직하기로 인코더(63)에는 가이드랙(61)의 이면에 구름접촉 하여 가이드랙(61)과 인코더(63)가 이탈없이 안정적으로 접촉되도록 지지해주는 가이드롤러(65)가 더 구비된다.

제어수단은 측정값을 표시하기 위한 인디케이터(indicator) 등을 포함하며, 시험에 필요한 각종 기준 데이터가 저장된다.

다음, 이와 같이 구성된 본 발명에 의한 자동 표준 관입 시험장치의 작동에 대하여 설명하기로 한다.

시험장치는 보링장비(90)의 지지축(91)에 장착되어 있다. 타격위치조정수단 (50)의 제2유압실린더(51)는 완전히 수축된 상태로 있고, 이에 따라 슬라이더(20)는 수직 가이드로드(10)들의 상부에 위치하게 된다. 또한, 해머인양낙하수단(40)의 제1유압실린더(41) 역시 수축된 상태이며, 해머(30)는 그 픽업헤드(32)가 핑거유닛 (44)의 두 훅(46)에 파지된 상태로 지지되어 있다.

이 상태에서 먼저, 보링장비(90)를 사용하여 목표 심도까지의 보링 작업이 끝나면, 하단에 샘플러가 장착된 모루(80)를 보링구멍에 삽입한다. 다음, 보링장비 (90)의 지지축(91)을 중심으로 시험장치를 선회시켜 시험장치를 지반의 보링구멍 상부에 위치시킨 뒤, 시험장치를 하강시킨다.

그러면, 도2에 도시한 바와 같이, 상대적으로 모루(80)가 수직 가이드로드 (10)를 지지하는 하판(12)의 가이드슬롯(14)을 통해 하판(12)의 상부로 충분히 돌출되어 해머(30)의 하면에 접촉하게 된다.

이와 같이 해머(30)가 모루(80)의 상단 타격면 상에 얹혀지면 시험장치의 하강을 멈추고, 이때의 위치를 원점으로 설정한 후 장치를 구동시킨다.

그러면, 제1유압실린더(41)가 작동되어 그 피스톤로드(42)가 하방으로 신장하고, 이에 따라 체인(49)이 제1 및 제2 스프로킷휠(43)(48)에 안내되어 당겨지게됨으로써 도3에 도시한 바와 같이 도르래의 원리에 의해 핑거유닛(44)이 수직 가이드로드(10)를 따라 상승하게 된다. 이때, 핑거유닛(44)에 파지된 해머(30)도 함께 상승함은 물론이다.

이후, 핑거유닛(44)이 슬라이더(20)에 근접하여 그 해지블록(21)에 닿게 되면, 핑거유닛(44)의 두 훅(46)이 외측으로 벌어져 파지하고 있던 픽업헤드(32)의 구속을 해제하게 된다.

즉, 핑거유닛(44)의 훅(46)은 그 바디플레이트(45)의 조립슬롯(45a)을 상하로 관통하여 힌지 결합되어 있고, 상부로 돌출된 상단에 제1경사면(46a)이 형성되어 있는 바, 도7b에 도시한 바와 같이 핑거유닛(44)의 상승시 먼저 두 훅(46)의 최상단이 슬라이더(20)의 해지블록(21) 하면에 닿은 후 각 훅(46)이 그 제1경사면 (46a)에 의해 반탄성방향으로 회전하여 상부가 근접하게 되며, 따라서 두 훅(46)의 하부가 픽업헤드(32)의 네크(33)로부터 빠지게 됨으로써 픽업헤드(32)의 구속을 해제시키게 되는 것이다.

그러면, 해머(30)가 자중에 의해 수직 가이드로드(10)에 안내되면서 자유낙하 하여 하부에 위치된 모루(80)의 상단을 타격함으로써 샘플러를 지반에 관입시키게 된다. 이때, 해머(30)는 모루(80) 위에 얹혀진 상태로 모루(80)의 관입에 따라 동반 하강하게 된다.

한편, 이와 같이 해머(30)가 자유낙하 할 때에도 타격위치조정수단(50)의 위치센서(53)는 해당위치를 지나가는 해머(30)의 유무를 검출하여 송출하지만, 이때에는 제2유압실린더(51)가 동작하지 않아 슬라이더(20)가 하강하지 않으므로 관입량 측정수단(60)의 인코더(63)는 동작되지 않는다.

해머(30)가 모루(80)를 타격하고 나면, 타격위치조정수단(50)의 제2유압실린더(51)가 작동하여 그 피스톤로드(52)가 신장된다. 그러면, 슬라이더(20)를 관통하여 상판(11)에 고정되어 있는 피스톤로드(52)에 대해 슬라이더(20)에 고정된 제2유압실린더(51)의 몸체가 상대적으로 하강함으로써 슬라이더(20)를 하강시킨다.

이에 따라 제2유압실린더(51)에 부착된 위치센서(53)가 동시에 하강하여 모루(80) 위에 얹혀진 해머(30)를 감지하여 그 신호를 제어수단으로 송출하게 되고, 이 신호에 따라 제어수단은 제2유압실린더(51)의 작동을 중지시킨다. 이때, 슬라이더(20)가 하강한 높이는 샘플러가 해머(30)의 타격에 의해 관입된 깊이에 대응하는 바, 해머(30)의 타격높이가 일정하게 유지된다.

한편, 이와 같이 슬라이더(20)가 하강하면 도8에 도시한 바와 같이 이에 부착된 관입량 측정수단(60)의 인코더(63)도 동시에 하강하게 되는데, 이 인코더(63)는 외주에 치형(64)을 구비하여 상판(11)과 하판(12)에 양단이 고정된 가이드랙 (61)의 치형(62)과 맞물려 있으므로 슬라이더(20)의 하강에 따라 회전하게 됨으로써 그 회전각에 의해 슬라이더(20)의 하강높이를 측정하여 송출한다.

그런데, 슬라이더(20)의 하강높이는 샘플러의 관입깊이와 동일한 바, 제어수단은 인코더(63)로부터 입력된 슬라이더(20)의 하강높이를 해머(30)의 타격에 의한샘플러의 관입깊이로 저장하며, 이러한 인코더(63)로부터의 신호를 1회 타격으로 계수하게 된다.

다음, 슬라이더(20)의 하강이 정지하고 나면, 해머인양낙하수단(40)의 제1유압실린더(41)가 동작하여 그 피스톤로드(42)가 축소되며, 이에 따라 체인(49)에 매달린 핑거유닛(44)이 자중에 의해 수직 가이드로드(10)를 따라 하강한다.

이후, 도7a에 도시한 바와 같이 핑거유닛(44)의 두 훅(46)이 모루(80)에 얹혀져 있는 해머(30)의 픽업헤드(32)에 미끄럼 접촉하여 벌어진 후 그 하단부가 픽업헤드(32)의 네크(33)에 탄성적으로 끼워짐으로써 픽업헤드(32)를 다시 파지하게 된다.

즉, 해머(30)의 픽업헤드(32)는 주면에 구배(34)를 갖는 포핏 모양으로 형성되어 있고 핑거유닛(44)의 두 훅(46) 하단에는 픽업헤드(32)의 구배(34)에 대응하는 제2경사면(46b)들이 형성되어 있는 바, 핑거유닛(44)이 자중에 의해 하강하게 되면 그 훅(46)의 제2경사면(46b)들이 픽업유닛(44)의 구배(34)에 미끄럼 접촉함으로써 상단부를 구속하고 있는 스프링(47)을 압축하면서 벌어지게 되고, 구배(34)의 하단을 지나면 다시 스프링(47)의 복원탄성에 의해 오므라듦으로써 픽업헤드(32)의 네크(33)를 파지하게 되는 것이다.

한편, 이와 같이 핑거유닛(44)이 해머(30)의 픽업헤드(32)를 다시 파지하고 나면, 전술한 과정의 반복으로 매 타격에 따른 관입깊이를 산출하여 누적함으로써필요한 N값을 간편하고 정확하게 얻을 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 자동 표준 관입 시험장치에 의하면, 해머의 타격에 의한 샘플러의 관입량에 대응하여 매 타격 후마다 해머인양낙하수단이 하강하므로 샘플러의 관입에 관계없이 해머의 낙하높이를 매 타격시 일정하게 유지시킬 수 있다.

또한, 해머가 장비의 일부를 타격하여 간접적으로 모루에 타격에너지를 전달하지 않고 직접 모루를 타격하기 때문에 타격에너지의 감소가 없어 항상 정확한 에너지로 모루를 타격할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 장비로의 타격에너지의 전달이 거의 없어 장비의 손상이 적고 내구성도 좋아진다.

아울러, 해머의 타격횟수와 매회 타격에 따른 샘플러의 관입깊이도 센싱수단들에 의해서 자동으로 산정 및 누적되므로 별도의 측정작업 없이도 정확한 N값을 획득할 수 있게 된다.

그러므로 본 발명은, 표준 관입 시험의 정확성과 신뢰성 및 편의성 제고 등에 기여하는 매우 우수한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 양단이 상판과 하판에 지지되는 복수의 수직 가이드로드;

   상기 수직 가이드로드에 이동 가능하게 결합되는 슬라이더;

   픽업헤드를 상면에 돌출되게 가지며, 상기 슬라이더의 하부에 위치하도록 상기 수직 가이드로드에 이동 가능하게 결합되어 샘플러를 장착한 모루를 소정높이에서의 자유낙하에 의해 타격하는 해머;

   상기 해머의 픽업헤드를 파지하여 모루로부터 소정높이의 낙하위치까지 끌어올린 후, 픽업헤드의 구속을 해제하여 해머를 자유낙하시키는 해머인양낙하수단;

   상기 해머의 타격에 의해 지반에 관입된 샘플러의 관입깊이에 대응하는 높이만큼 상기 슬라이더를 하강시켜 해머의 타격위치를 일정하게 유지시켜 주는 타격위치조정수단;

   상기 해머의 타격에 따른 샘플러의 관입량과 타격횟수를 측정하는 관입량 측정수단; 및

   상기 관입량 측정수단으로부터 얻어진 데이터를 통해 상기 해머의 타격수행을 제어함과 함께 N값을 산출하고, 시험결과를 기록 및 표시하는 제어수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 표준 관입 시험장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 해머인양낙하수단은 상기 슬라이더의 하면 한쪽에 수직으로 고정되어 하방으로 신장하고 그 피스톤로드의 선단에 제1스프로킷휠을 갖는제1유압실린더와, 상기 슬라이더의 상면에 고정되는 제2스프로킷휠과, 상기 수직 가이드로드에 이동 가능하게 결합되고 상기 해머의 픽업헤드를 탄성적으로 파지한 후 슬라이더 하면과의 접촉으로 해머의 구속을 해제하는 핑거유닛과, 일단이 슬라이더에 고정되고 타단이 상기 제1 및 제2 스프로킷휠을 거쳐 상기 핑거유닛에 연결되는 체인으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 표준 관입 시험장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 핑거유닛은 상기 수직 가이드로드에 결합되어 승강하며 조립슬롯을 갖는 바디플레이트와, 이 바디플레이트의 조립슬롯을 관통하여 서로 마주보도록 힌지 조립되고 바디플레이트의 상측으로 돌출된 상단에 경사면을 각각 갖는 2개의 훅 및 각 훅의 상단부를 외측으로 탄성바이어스 시키는 스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 표준 관입 시험장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 해머의 픽업헤드 주면에 적정각도의 구배가 형성되고, 상기 각 훅의 하단에 상기 픽업헤드의 구배에 대응하는 경사면이 구비된 것을 특징으로 하는 자동 표준 관입 시험장치.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬라이더의 하면에, 체인 안내구멍을 가지며 상기 핑거유닛의 상승시 그 훅 상단의 경사면에 접촉함으로써 각 훅이 벌어져 상기 해머의 구속을 해제시키도록 하는 해지블록이 구비된 것을 특징으로 하는 자동 표준 관입 시험장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타격위치조정수단은 상기 슬라이더의 하면 타측에 수직으로 고정되고 그 피스톤로드가 슬라이더를 관통하여 상판에 연결되는 제2유압실린더와, 이 제2유압실린더에 장착되어 상기 해머의 위치를 검출하는 위치센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 표준 관입 시험장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관입량 측정수단은 수직으로 배치되어 양단이 상기 수직 가이드로드를 지지하는 상판과 하판에 고정되고 일측면에 치형을 갖는 가이드랙과, 상기 슬라이더에 설치되고 외주에 상기 가이드랙의 치형과 이맞물림되는 치형을 구비하여 슬라이더의 하강에 따라 회전함으로써 샘플러의 관입깊이를 연산하는 인코더로 구성된 것을 특징으로 하는 자동 표준 관입 시험장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 인코더에 상기 가이드랙의 이탈이 방지되도록 그 이면에 구름접촉하는 가이드롤러가 구비된 것을 특징으로 하는 자동 표준 관입 시험장치.