KR20070038943A - 양방향 시험을 이용한 자동식 하중 시험용 장치 및 방법 - Google Patents

양방향 시험을 이용한 자동식 하중 시험용 장치 및 방법 Download PDF

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KR20070038943A
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Abstract

본 발명은 파일의 정하중 지지력을 시험하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 시험 하중을 인가하기 위한 하나 이상의 수단은 하나의 파일 요소가 시험 하중을 인가하기 위한 수단 위에 있을 수 있고 하나의 파일 요소가 시험 하중을 인가하기 위한 수단 아래에 있을 수 있도록 파일 내에 배치될 수 있다. 시험 하중의 인가시, 시험 하중을 인가하기 위한 수단 위의 파일 요소와 시험 하중을 인가하기 위한 수단 아래의 파일 요소는 분리될 수 있다. 파일에 인가된 시험 하중은 시험 하중의 크기, 파일 요소의 조합 침하율, 파일 요소의 변위, 및 파일 요소의 압축에 응답하여 제어될 수 있다. 시험 절차는 프로그래밍된 절차가 고장 안전 유발 사건이 발생될 때까지 계속될 수 있다.
파일, 정하중, 지지력, 시험 하중, 조합 침하율, 변위

Description

양방향 시험을 이용한 자동식 하중 시험용 장치 및 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC LOAD TESTING USING BI-DIRECTIONAL TESTING}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2004년 7월 30일자로 출원된 미국 가출원 제60/592,484호로부터 우선권을 주장하며, 이 출원은 모든 특징 및 도면을 포함하여 그 전체 내용이 본 발명에 참조로서 합체되어 있다.
본 발명은 엔지니어링 파일(engineering pile)의 정하중 지지력(static load-bearing capacity)을 시험하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
통상 콘크리트로 제조된 파일은 일반적으로 빌딩 또는 기타 대규모 구조물의 기초를 형성하기 위하여 사용된다. 추가의 빌딩 공사를 위하여 기초로서 이러한 파일을 사용하기 전에, 각각의 파일의 정하중 지지력을 시험하는 것이 중요하다. 이는 일반적으로 그의 단부에서 제위치에 고정된 가로 비임을 구비한 반력 시스템에 대해 받쳐진 유압 잭(hydraulic jack)에 의해 시험 하중을 파일의 상부에 인가함으로써 이루어진다. 시험 하중은 일반적으로 잭에 공급되는 유압을 모니터링함으로써 측정되며, 파일의 관련된 변위는 변위 센서를 사용함으로써 측정된다. 흔히, 파일의 변위는 미리 설정된 시간 동안 각각 인가되는 여러 번의 증가하는 시험 하중에 대해 측정된다. 인가되는 시험 하중은 증가하는 경향을 갖기 때문에, 특히 작업자가 파일의 상부에 가깝게 위치된 장비 상에 위치된 하나 이상의 게이지로부터 시험 값을 판독할 것이 요구되는 경우에, 작업자는 가로 비임 또는 이의 고정부가 파괴될 수도 있는 상당한 위험에 처하게 된다.
또한, 인가되는 시험 하중은 잭을 수동을 작동하여 유지 및 조절되어야 하기 때문에, 작업자는 항상 주의를 해야 할 필요가 있다. 한 명의 작업자가 홀로, 특히 밤새(종합적인 정하중 시험을 수행하는 데에 걸리는 전형적인 시간은 흔히 18시간 정도까지 걸릴 수 있음) 작업하는 것은 안전하지 않다. 따라서, 정하중 시험의 전형적인 방법은 느리게 진행될 뿐만 아니라 비용이 많이 든다.
공지된 정하중 시험 장비의 다른 단점은 얻은 데이터의 질이 항상 일관되게 양호하지는 않다는 것이다. 정하중 시험으로부터 요구되는 전형적인 데이터는 파일 헤드의 변위와 인가된 하중의 기록이다. 정하중 시험에서 채용되는 다이얼 게이지의 수동 판독 및 기록이 정확도 및 정규성(regularity)의 관점에서 극복하기 어려운 문제점을 제공하지는 않더라도, 하중의 인가는 일반적으로 데이터의 질이 하락하는 원인이 된다. 이는 주로 임의의 정도의 항상성으로 하중을 유지하기 위해서는 수동 유압 펌프에 대한 계속적인 주의를 필요로 하기 때문이다. 오차의 다른 원인은 캘리브레이션 챠트에 의해 인가되는 시험 하중을 얻기 위하여 압력 게이지를 사용함으로써 발생한다. 하중이 유지될 수 있는 정확도는 게이지가 판독될 수 있는 해상도에 좌우된다. 하중 제어를 수행하는 작업자가 전적으로 전념하여 하중을 유지하기 위하여 최선을 다한다고 가정하면, 그는 압력 또는 하중 컬럼을 최대 1%로 판독할 수도 있다. 이는 하중 변동이 +/-2%를 초과하지는 않을 것이라는 것을 의미한다. 이는 이어서 탄성 수축이 단지 약 5 mm인 파일의 파일 헤드 변위 기록은 이러한 하중 변동에 따라 +/-0.1 mm로 변동할 것이라는 것을 의미한다.
영국 특허 출원 제2323174A호는 파일의 정하중 지지력을 시험하기 위한 방법 및 장치를 교시한다. 그러나, 이 교시는 지면에 적합하게 고정된 반력 부재에 대항하여 받쳐진 잭에 의해 파일의 상부에서의 하중의 인가에 관한 것이어서, 완전한 시험 하중이 시험되는 기초에 인가되어야 할 필요가 있다.
미국 특허 제4,614,110호 및 미국 특허 제5,576,494호는 하중 장치가 파일의 하부와 파일이 위치되는 구멍의 하부 사이에 위치되는, 파일의 하부로부터 하중을 인가하는 방법을 교시한다.
본 발명은 양방향 시험을 사용하는 기초 요소의 자동 하중 시험을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 다이어프램 벽(diaphragm wall), 베렛츠(berrettes), 또는 본 발명의 실시예에서 설명되는 것과 같은 파일 등의 구조적 하중을 지지하기 위한 임의의 기초 요소에 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 시험 하중을 인가하기 위한 수단 또는 하중 장치는 파일이 하중 장치 위의 제1 파일 요소와 하중 장치 아래의 제2 파일 요소로 분할되도록 파일의 2개의 섹션 사이에 위치된다. 파일은, 예컨대 주조 파일(poured pile) 또는 타입 파일(driven pile)일 수 있다. 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단이 시험 하중을 파일에 인가하도록 하중 장치와 통신할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 하중 장치는 하중 장치가 작동된 때 분리될 수 있는 2개의 판을 포함할 수 있다. 하중 장치에 의한 하중의 인가에 의해 상부 판이 제1 파일 요소에 대항하여 상향으로 가압되게 할 수 있고 하부 판이 제2 파일 요소에 대항하여 하향으로 가압되게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 상부 하중 장치가 제1 파일 요소의 상부에 위치될 수 있고, 상부 하중 장치는 제1 파일 요소의 상부에서 하향으로 가압할 수 있다.
시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 또한, 시험 중에 시험 하중의 크기, 하중 장치의 2개의 판 사이의 분리, 제1 파일 요소의 압축, 제1 파일 요소의 상부의 상향 변위, 제2 파일 요소의 압축, 및 제2 파일 요소의 하향 변위 중 하나 이상을 모니터링하여 이에 응답할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예는 파일이 파일의 축에 수직한 평면 내에서 적어도 2개의 파일 요소로 분할될 수 있도록 파일 내의 소정의 수준에서 파일의 구성 중에 잭이 삽입되는 것을 포함한다. 이러한 잭에 의해 제1 파일 요소에 인가되는 하중은 제2 파일 요소로부터의 반력에 기인한다. 이러한 방식으로, 파일은 2개로 분할되는 것으로 고려될 수 있으며, 각각의 파일 요소는 서로에 대한 반력 하중이 발생함으로써 분리 시험되게 된다.
본 발명의 구체적인 실시예의 제1 태양에 따르면,
i) 시험 하중이 파일 섹션 내에 배치된 적어도 하나의 잭에 의해 파일 내부로부터 인가되고,
ii) 시험 하중의 크기가 측정 수단에 의해 측정되어 컴퓨터와 통신되고,
iii) 파일의 각각의 섹션의 최종 변위가 적어도 하나의 변위 센서에 의해 측정되어 컴퓨터와 통신되는, 파일의 정하중 지지력을 시험하는 방법이 제공되며,
iv) 컴퓨터는 시험 하중을 사실상 일정하게 유지하도록 시험 하중의 측정된 크기에 응답하여 잭으로 제어 신호를 보내고,
v) 컴퓨터는 파일의 각각의 섹션에 대한 한정된 침하가 달성된 때 또는 한정된 침하율이 하나의 섹션에 의해 초과된 때를 결정하고 나서, 시험 하중의 미리 설정된 절차에 따라 상이한 크기의 새로운 시험 하중을 파일의 각각의 요소에 인가하도록 잭으로 제어 신호를 보내며,
vi) 시험 절차가 완료될 때까지 단계 vi) 내지 v)를 반복하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구체적인 실시예의 제2 태양에 따르면,
i) 컴퓨터,
ii) 사용시 파일 내에 위치되어, 파일을 분할하는 시험 하중을 인가하고 이어서 분할된 파일의 각각의 요소에 힘을 인가하는 잭,
iii) 시험 하중의 크기를 결정하고 이를 컴퓨터와 통신하는 수단,
iv) 파일의 각각의 섹션의 최종 변위를 측정하고 이를 컴퓨터와 통신하는 적어도 하나의 변위 센서를 포함하는, 파일의 정하중 지지력을 시험하는 장치가 제공되며,
v) 컴퓨터는 시험 하중을 사실상 일정하게 유지하도록 시험 하중의 측정된 크기에 응답하여 잭으로 제어 신호를 보내도록 되어 있고,
vi) 컴퓨터는 파일의 각각의 섹션에 대한 한정된 침하가 달성된 때 또는 한 장된 침하율이 하나의 섹션에 의해 초과된 때를 결정하고 나서, 시험 하중의 미리 설정된 절차에 따라 상이한 크기의 새로운 시험 하중을 각각의 요소에 인가하도록 잭으로 제어 신호를 보내도록 되어 있으며,
vii) 컴퓨터는 시험 절차가 완료될 때까지 단계 v) 및 vi)을 반복하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
자동 데이터 로깅(logging)과 함께 하중 시험 절차의 컴퓨터 제어를 제공함으로써, 본 발명은 얻어질 파일의 각각의 섹션의 구조적 완전성의 보다 상세한 분석을 제공할 수 있다. 이러한 분석은 실시간으로, 유리하게는 표 및/또는 그래프 형태로 제공될 수 있고, 데이터의 수동 처리를 통해 도입되는 오류의 위험을 감소시킬 수 있다.
또한, 컴퓨터가 파일의 각각의 섹션에 인가되는 실제 시험 하중에 관한 데이터를 수신하기 때문에, 예컨대 파일의 하나의 섹션이 변위되거나 파일의 두 섹션 모두가 동시에 변위될 때에도 주어지는 시험 하중을 유지하기 위한 작동 신호가 잭으로 송신될 수 있다. 이는, 인가되는 하중을 수동으로 조절하기 위한 작업자가 존재할 필요 없이 장시간 동안 주어진 시험 하중이 인가될 수 있음을 의미한다. 일 실시예에서, 시험 상세 사항은 최소한의 지속 기간 동안 각각의 하중이 인가될 것을 필요로 할 수 있으며, 추가의 시간 동안 하나 이상의 파일 요소의 침하율이 규정된 값 미만이 되게 할 수 있다. 하나 이상의 파일 요소의 침하율이 규정된 값 미만인 경우, 시험 상세 사항은 최소한의 지속 기간 동안 더 높은 하중이 인가될 것과 하나 이상의 파일 요소의 침하율이 앞서 규정된 값과 동일하거나 상이할 수 있는 소정의 규정된 값 미만일 것을 필요로 할 수 있다. 데이터 로거 또는 컴퓨터는 침하율 측정을 모니터링할 수 있고, 다음 하중 단계가 인가될 수 있는 경우 평가를 위하여 미리 설정된 수준과 비교될 수 있다.
컴퓨터는 각각 미리 설정된 최소한의 시간 동안 또는 한정된 침하율이 파일의 두 섹션 중 어느 하나에 대해 달성될 때까지 다수의 상이한 시험 하중을 파일에 인가하기 위하여 잭을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 요구되는 하중 단계와 간격이 특정 침하율과 함께 한정될 수도 있다. 침하율은 하나 이상의 요소에 대하여 직접적으로 또는 간접적으로 측정될 수 있고/있거나 하나 이상의 요소의 조합 침하율이 결정될 수 있다. 그 후, 컴퓨터는 시험 하중을 제어할 수 있고, 필요에 따라 요구되는 하중 변경이 이루어질 수 있다. 하중 변경은 다음으로 필요로 하는 사실상 일정한 하중 수준이 달성될 때까지 인가되는 하중을 소증분(small increment)으로 연속적으로 증가시킴으로써 수행될 수도 있다. 하중 변경 동안 두 섹션 중 어느 하나의 침하율이 미리 설정된 최대값을 초과한다면, 인가되는 하중의 증가는 침하율이 안정될 때까지 중지될 수도 있다. 구체적인 실시예에서, 잭의 신장은, 예컨대 변위 측정 센서에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 모니터링될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 파일 요소의 조합 침하율은 일 세트의 잭 신장 측정값으로부터 결정될 수 있다. 본 실시예는 두 요소 모두의 침하율이 동시에 모니터링되는 동안 일 세트의 측정값만이 분석될 필요가 있기 때문에 장점을 갖는다.
잭의 램 신장(ram extension)은 변위 측정 센서에 의해 직접적으로 측정될 수 있다. 일 실시예에서, 변위 측정 센서는 잭 둘레에 배치된 또는 잭 내에 매립된 신장계일 수 있다. 이들은, 예컨대 선형 전압 변위 변환기(LVDT) 또는 선형 진동 와이어 변위 변환기(LVWDT)일 수 있다. 일 실시예에서, 잭의 램 신장은 유압 제어 시스템에 의해 잭으로 펌핑되는 유압 유체의 체적을 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 이는 플로트 또는 기타 수단을 구비한 알려진 크기의 저장조 내의 유압 유체의 수준을 결정하는 체적 유량계를 사용함으로써, 또는 임의의 다른 적합한 방법에 의해 달성될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 추가의 변위 센서가 파일의 상부 요소의 임의의 상향 이동을 검출하도록 제공될 수 있다. 구체적인 실시예에서, 하나 이상의 신장계 로드가 팽창 장치의 상부 판 또는 잭의 상부의 상향 이동을 측정하도록 위치될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 잭의 램 신장은 간접적으로 측정될 수 있다. 잭의 램 신장은 상부 판의 상향 이동을 측정하기 위한 수단 또는 하부 판의 하향 이동을 측정하기 위한 수단으로부터의 측정값의 차이로부터 결정될 수 있다. 이러한 수단은, 예컨대 상부 판의 상향 이동을 검출하도록 제공된 하나 이상의 신장계 로드 또는 하부 판의 하향 이동을 검출하도록 제공된 제2 신장계 로드를 포함할 수 있다. 2개의 측정값 사이의 차이는 잭 신장이다. 상부 판의 이동과 하부 파일 요소의 이동을 측정하는 것과 같은 잭의 램 신장을 측정하기 위한 대안적인 방법이 채용될 수 있다. 일 실시예에서, 신장계 로드는 하부 파일 요소의 하향 이동을 측정하도록 사용될 수 있다. 이러한 제2 신장계 로드는 기준점에 대한 하부 판의 하향 이동을 직접 측정하도록 위치될 수 있다. 예를 들면, 구체적인 실시예에서, 기준점은 파일 헤드 또는 신장계 케이싱의 상부일 수 있다. 잭의 램 신장이 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 때, 이는 파일의 하나의 요소의 파괴 또는 진행중인 파괴를 지시하는 것일 수 있으며, 시험 절차를 중지시키기 위한 신호가 발생될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 하부 파일 요소의 하향 이동은 간접적으로 측정될 수 있다. 본 실시예에서, 하부 파일 요소의 하향 이동은 직접 측정된 잭의 램 신장과 직접 측정된 상부 파일 요소의 상향 이동의 차이로부터 결정될 수 있다. 하부 파일 요소의 기부의 이동은 기준으로부터 하부 파일 요소의 기부 아래로 연장하는 텔테일(telltale) 신장계를 구비함으로써 모니터링될 수 있다. 기준은, 예컨대 지면 수준, 콘크리트의 상부 수준, 또는 잭의 하나의 판의 하부면일 수 있다. 본 실시예에서, 잭의 팽창에 의해 신장계의 케이싱이 파괴될 수 있기 때문에, 신장계 케이싱은 요구되는 지점에서의 파괴를 촉진하도록 요구되는 지점에서 파이프를 약화시키도록 스코어링될 수 있다. 각각의 잭의 상부와 하부 및 전체 기초 요소의 상부와 하부의 이동이 또한 모니터링될 수 있다. 구체적인 실시예에서, 신장계 로드 또는 매립된 센서가 잭의 상부와 하부, 상부 파일 요소의 상부, 하부 파일 요소의 하부의 이동을 측정할 수 있다.
양호한 실시예에서, 잭은 유압 제어 시스템에 의해 컴퓨터로 제어되는 유압 잭이다. 인가되는 시험 하중은 잭을 구동하는 유압 제어 시스템 내의 유체 압력을 모니터링함으로써 계산될 수 있다. 그러나, 이 방법은 (유압 유체의 열적 팽창으로 인해) 온도에 민감하며, 시험 하중이 편심으로 인가되는 경우 파일과 접촉하는 지점과 잭 사이의 마찰을 고려하지 않는다는 점에서 단점을 갖는다.
따라서, 대안적인 실시예는 하나 이상의 전자 로드 셀을 사용한다. 추가의 실시예에서, 전자 로드 셀은 동축 요소 둘레에 밸런스드 스트레인 게이지를 채용할 수 있다. 이들은 편심 하중의 위험을 감소시키기 위하여 잭 위에서, 예컨대 구형 좌석 장치 상에 배치될 수 있다. 로드 셀은 파일 요소에 인가되는 실제 하중을 측정하기 때문에, 파일 요소가 변위되는 동안에도 사실상 일정한 하중이 인가되도록 유압 제어 시스템에 의해 동일한 수준에서 잭 또는 잭들을 작동시킬 수 있다. 이러한 피드백 기구는 각각의 요소에 대해 인가되는 하중이 수동으로 작동되는 시스템에서 지금까지 달성되지 못한 정도로 일정하게 유지할 수 있게 한다. 인가되는 하중과 파일 요소 변위의 연속적인 측정의 시간 간격은 수초의 단위, 예컨대 1 내지 5초일 수 있다. 유압 제어 시스템은 이들 측정에 직접 응답하여 그리고 유사한 시간 척도에 대하여 잭 또는 잭들에 인가되는 유압을 조절하도록 설정됨으로써, 이전에는 달성되지 못한 제어의 수준이 달성되어, 시험 결과의 질이 상당히 개선된다.
유리하게는, 컴퓨터는 특정 침하율이 달성될 때까지 하중 인가의 지속 기간을 연장하도록 구성될 수 있다. 또한, 컴퓨터는, 예컨대 소정의 조건이 검출된 때 잭 또는 잭들로의 유압 유체의 유동을 중단시킴으로써 시험 진행을 자동으로 정지시키도록 구성될 수 있다. 이러한 자동 고장 안전 절차는 정하중 시험의 종래의 방법에 비해 추가의 장점을 가지며, 본 발명이 과도한 위험 없이 유지될 수 있게 한다. 고장 안전 조건은, 예컨대 하기의 상황 중 하나 이상으로 유발될 수 있다:
i) 인가된 시험 하중의 크기가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과하는 경우. 이는, 예컨대 잭 또는 로드 셀의 최대 등급일 수 있다.
ii) 인가된 시험 하중의 크기가 일정한 하중이 유지되어야 할 때 한번에 미리 설정된 크기 이상, 예컨대 10%로 하락하는 경우. 이는 반응 시스템의 갑작스런 고장 또는 시험되는 기초의 파괴에 기인할 수 있다. 유압 유체 및 압축 공기와 같은 소모품의 고갈은 본질적인 고장 안전 조건이며, 따라서 이들의 공급을 모니터링할 필요는 없을 수도 있다.
iii) 파일의 두 요소 중 어느 하나의 측정된 변위의 크기가 미리 설정된 값, 예컨대 파일 직경의 10%에 도달하거나 이를 초과하는 경우. 이는 파일 요소의 진행중인 파괴, 또는 구조적 파괴로 인한 파일 요소의 초과의 변위에 기인할 수도 있다.
iv) 컴퓨터에 대한 전력 공급이 미리 설정된 수준 또는 그 미만으로 하락하는 경우. 이러한 경우가 발생하면, 시험은 중단될 수 있고, 패시브 모드(passive mode)에서의 데이터의 저장에 우선권이 주어진다. 12V 배터리가 전원 공급 장치로서 사용되는 실시예에서, 고장 안전 조건은, 예컨대 배터리를 가로지르는 전위차가 10V 미만으로 하락한 때 유발될 수도 있다.
v) 하중 측정 수단 및/또는 변위 센서와 컴퓨터 사이의 통신이 차단된 경우. 이는 컴퓨터와 변위 센서 또는 로드 셀 또는 압력 셀 사이의 전기적 접속이 우발적으로 접속해제되는 결과로서 발생할 수도 있다.
vi) 2개 이상의 변위 센서가 파일 요소의 원주 둘레의 상이한 위치에 배치되는 본 발명의 실시예에서, 2개 이상의 변위 센서에 의해 측정된 변위의 크기들 사이의 차이가 미리 설정된 값, 예컨대 기록되는 평균값의 50%에 도달하거나 이를 초과하는 경우. 이는 의도하지 않은 측방향 하중이 파일에 인가되었음을 나타내며, 이는 극단적으로 영구적인 구조적 손상 또는 파괴로 이어질 수 있다. 이러한 고장 안전은 또한 하나 이상의 변위 센서로부터의 판독 오류를 검출하는 것을 보조한다.
일 실시예에서, 본 발명에 따라 시험이 수행되는 파일 둘레의 영역은 번팅(bunting)으로 차단될 수 있으며, 미세한 와이어 도체 시스템 또는 스트립 와이어가 시험 장소에 대한 허가되지 않은 접근을 검출하도록 설치될 수도 있다. 대안적으로, 광학 시스템이 이 영역에 대한 임의의 허가되지 않은 접근에 의한 광 비임의 직접 차단을 위한 수동형 적외선 검출(passive infrared detection)을 사용하여 채용될 수도 있다. 컴퓨터는 이러한 경우에 고장 안전 조건을 유발시키도록 구성될 수 있다.
고장 안전 조건이 유발된 때, 경고 신호가 발생될 수도 있다. 이 경고 신호는 이동 전화 또는 라디오 링크(radio link)에 의해 또는 임의의 다른 적합한 방법에 의해 작동자에게 또는 원격 장소로 전송될 수도 있다. 또한, 데이터 및 제어 신호는 원격 질의 또는 제어를 허용하도록 컴퓨터로부터 전송되어 이들에 의해 수신될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2 하중 장치는 제1 하중 장치의 아래에서 파일의 2개의 섹션 사이에 위치될 수 있어, 파일은 제1 하중 장치 위의 제1 파일 요소, 제1 및 제2 하중 장치 사이의 제2 파일 요소, 및 제2 하중 장치 아래의 제3 파일 요소로 분할된다. 대안적으로, 제2 하중 장치 또는 부가의 하중 장치가 파일의 하부에 위치될 수 있고, 또는 제3 또는 그 이상의 하중 장치가 파일의 2개의 섹션 사이에 위치될 수 있어 제4 또는 그 이상의 파일 요소를 생성한다. 대안적인 실시예에서, 상부 하중 장치가 파일의 상부에 추가로 위치될 수 있어, 하중이 파일의 상부에 인가될 때 상부 하중 장치는 제1 파일 요소 상에서 하향으로 가압한다. 구체적인 실시예에서, 제1 및 제2 하중 장치는 하중 장치가 작동된 때 분리될 수 있는 2개의 판을 각각 포함할 수 있다. 제1 하중 장치에 의한 하중의 인가에 의해 상부 판이 제1 파일 요소에 대해 상향으로 가압되게 할 수 있고 하부 판이 제1 파일 요소에 대해 하향으로 가압되게 할 수 있으며, 제2 하중 장치에 의한 하중의 인가에 의해 상부 판이 제2 파일 요소에 대해 상향으로 가압되게 할 수 있고 하부 판이 제3 파일 요소에 대해 하향으로 가압되게 할 수 있다.
시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중을 파일에 인가하기 위하여 제1 및 제2 하중 장치와 통신할 수 있다. 제1 및 제2 하중 장치는 프로그래밍된 시험 절차에 따라 및/또는 제1 및 제2 시험 하중의 크기, 제1 하중 장치의 팽창, 제1 파일 요소의 압축, 제1 파일 요소의 상향 변위, 제2 하중 장치의 팽창, 제2 파일 요소의 상향 변위, 제2 파일 요소의 하향 변위, 제2 파일 요소의 압축, 제3 파일 요소의 압축, 제3 파일 요소의 하향 변위 중 하나 이상에 응답하여, 함께 또는 개별적으로 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단에 의해 별도로 제어될 수도 있다.
본 시스템의 다른 적용에서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 파일 내에서 하나를 초과하는 수준에 배치된 일련의 잭들 또는 잭에 의해 하중의 인가를 제어하는 데에 사용될 수도 있다. 각각의 잭 수준에 대한 유압의 자동 제어는 미리 구성되어 미리 설정된 일련의 조건에 따라 자동으로 완전하게 제어될 수 있다. 또한, 각각의 잭 수준에 인가되는 유압은 복수의 펌핑 시스템을 사용함으로써 동시에 인가될 필요는 없다.
도1은 단일 수준 셀(level cell)을 사용하는 정하중 시험 장치의 일반적인 구성을 도시하는 도면이다.
도2는 2중 수준 셀을 사용하는 일반적인 구성을 도시하는 도면이다.
도3은 본 발명과 함께 사용하기 위한 유압 제어 시스템을 도시하는 도면이다.
도4는 단일 하중 장치를 사용하는 본 발명의 실시예의 파일 요소 상의 힘을 도시하는 도면이다.
도5는 2개의 하중 장치를 사용하는 본 발명의 실시예의 파일 요소 상의 힘을 도시하는 도면이다.
본 발명은 양방향 시험을 사용하는 기초 요소의 자동 하중 시험을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 본 발명의 실시예에서 설명되는 다이어프램 벽(diaphragm wall), 베렛츠(berrettes) 또는 파일과 같은 구조적 하중을 지지하기 위한 지면의 임의의 기초 요소에 적용할 수 있다. 본 발명은 시험 하중을 파일에 인가하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 시험 하중을 인가하기 위한 수단은 하중 장치를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 하중 장치는 파일이 하중 장치 위의 제1 파일 요소와 하중 장치 아래의 제2 파일 요소로 분할되도록 파일의 2개의 섹션 사이에 위치된다. 예를 들어, 파일은 현장 타설 콘크리트(bored cast in-situ concrete), 타입 프리캐스터(driven precast concrete), 또는 타입 강관(driven steel tubular) 파일일 수 있다. 강관 파일의 경우, 강관은 지면 내로 타입 또는 가압되고 콘크리트가 부어질 수 있으며, 그 후 강관은 제거될 수 있어 콘크리트 파일이 남게 된다. 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중을 파일에 인가하기 위하여 하중 장치와 통신할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 하중 장치는 하중 장치가 작동된 때 쉽게 분리될 수 있는 2개의 판을 포함할 수 있다. 하중 장치에 의한 하중의 인가에 의해, 상부 판은 제1 파일 요소에 대항하여 상향으로 가압될 수 있고 하부 판은 제2 파일 요소에 대항하여 하향으로 가압될 수 있다. 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 또한 하기의 것들 중 적어도 하나를 모니터링할 수 있다: 시험 하중의 크기; 하중 장치의 2개의 판 사이의 분리(d1); 제1 파일 요소의 압축(Δh1); 제1 파일 요소의 상부의 상향 변위(Δht1); 제2 파일 요소의 압축(Δh2); 및 제2 파일 요소의 하부의 하향 변위(Δhb2).
시험 하중을 인가하기 위한 수단은 또한 가압 유체 공급 라인에 의해 팽창 수단에 연결된 가압 유체 공급 장치를 포함할 수 있으며, 이 팽창 수단은 가압 유 체 공급 라인에 의해 팽창 수단으로 전달되는 가압 유체의 공급에 응답하여 상부 판 및 하부 판을 분리할 수 있다. 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 유압을 모니터링함으로써 시험 하중의 크기를 모니터링할 수 있다. 대안적으로, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 전자 로드 셀(load cell)에 의해 시험 하중의 크기를 모니터링할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 2개의 판은 평행하다. 또한, 가압 유체 배출 라인이 팽창 수단으로부터 가압 유체를 선택적으로 제거할 수 있다.
도4를 참조하면, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단이 하중 장치(33)를 통해 시험 하중(LT1)을 인가할 때, 하중 장치(33)는 초기 변위(d1)로부터 d1+Δd1으로 팽창할 수 있다. 시험 장치(33)의 내부 압력은 제1 파일 요소(2) 상에 상향 힘(LT1) 및 제2 파일 요소(3) 상에 하향으로 동일한 힘(LT1)을 가한다. 하중 장치(33)의 상향 힘(LT1)은 제1 파일 요소(2)의 하향 중량(W1)에 의해 그리고 제1 파일 요소(2)를 둘러싸는 흙 또는 암석에 의한 제1 파일 요소(2)의 측면의 외부 표면 상에 가해지는 표면 마찰 또는 전단력(Fsh1)에 의해 저항하게 된다. 선택적으로, 상부 하중력(Ftop)이 제1 파일 요소(2)의 상부에 인가될 수 있어, 하중 장치(33)의 상향 힘에 추가로 저항하게 된다. 제2 파일 요소(3)의 중량(W2)과 조합된 제2 파일 요소(3) 상의 하중 장치(33)의 하향 힘(LT1)은 제2 파일 요소의 측면 상에서 제2 파일 요소(3)를 둘러싸는 흙 또는 암석에 의해 가해지는 표면 마찰 또는 전단력(Fsh2)과 하부의 지표 지지에 의한 제2 파일 요소(3) 상의 상향 힘(FG)에 의해 저항하게 된다.
하중 장치(33)의 팽창(Δd1)과 제1 및 제2 파일 요소(2, 3)의 이동 사이의 관계는 Δd1 = Δht1 + Δh1 + Δhb2 + Δh2이며, 여기서 Δht1은 제1 파일 요소(2)의 상향 변위이고, Δh1은 제2 파일 요소(2)의 압축이고, hb2는 제2 파일 요소(3)의 하향 변위이며, Δh2는 제2 파일 요소(3)의 압축이다.
구체적인 작동 모드에서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 본 수단의 실시예는 일정한 시험 하중의 인가 및 유지를 가능하게 한다. 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중의 크기, 제1 및 제2 파일 요소(2, 3)의 점진적 변위 또는 압축, 및 하중 장치의 분리(Δd1)를 검출할 수 있으며, 이 정보를 이용하여 일정한 하중을 유지한다. 구체적인 실시예에서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 하기의 측정 중 하나 이상에 응답하여 가압 유체의 팽창 수단으로의 공급을 조절함으로써 일정한 시험 하중을 인가할 수 있다: 시험 하중의 크기; 하중 장치(33)의 2개의 판 사이의 팽창(Δd1); 제1 파일 요소(2)의 압축(Δh1); 제1 파일 요소(2)의 상부의 상향 변위(Δht1); 제2 파일 요소(3)의 압축(Δh2); 및 제2 파이 요소(3)의 하향 변위(Δhb2). 다른 실시예에서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중의 크기를 새로운 값으로 증가시키기 전의 미리 설정된 시간 동안 시험 하중의 크기를 일정하게 유지할 수 있고/있거나 시험 하중을 필요로 하는 비율로 변경할 수 있다. 이러한 방식으로, 요구되는 시험 계획이 실시될 수 있다.
시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단이 시험 실패를 검출할 때까지 하중을 계속 인가할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 시험 실패는 제2 파일 요소(3)가 하향으로 빠르게 이동하게 할 수 있는 LT1 > (Fsh2 + FG - W2)fail인 경우, 또는 제1 파일 요소(2)가 상향으로 빠르게 이동하게 할 수 있는 LT1 > (Fsh2 + Ftop + W1)fail인 경우이며, 여기서 Ftop는 선택 사항이다. 또한, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 하나 이상의 고장 안전 측정(fail-safe measure)이 유발된 때 하중 시험을 중단할 수 있다. 이러한 고장 안전 측정은 시험 하중의 크기에 대한 미리 설정된 값이 도달되는 경우, 시험 하중의 크기의 갑작스런 변경이 검출되는 경우, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단의 전력 또는 통신 오류가 검출되는 경우, 또는 시험 위치에서의 안전상의 위반이 검출되는 경우를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.
구체적인 실시예에서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 LT1 > (Fsh2 + Ftop + W1)fail인 경우 - 여기서, Ftop는 선택 사항임 -, 또는 LT1 > (Fsh2 + FG - W2)fail인 경우를 나타내는 판 분리의 빠른 팽창에 대한 하중 장치 판들의 분리(Δd1)를 측정하기 위한 수단을 모니터링할 수 있고, 시험을 종료할 수 있다. 하중 장치(33)의 빠른 팽창(Δd1)의 검출시, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 하중 시험을 중단할 수 있다. 다른 실시예에서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 제1 파일 요소(2)의 상향 이동에 대한 제1 파일 요소(2)의 상향 변위(Δht1)를 측정하기 위한 수단을 모니터링할 수 있다. 이러한 경우, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단이 LT1 > (Fsh2 + Ftop + W1)fail인 경우를 나타내는 빠른 Δd1 및 빠른 Δht1을 검출한다면, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 하중 시험을 중단할 수 있다. 반대로, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단이 빠른 Δd1은 검출하고 빠른 Δht1은 검출하지 않았다면, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 LT1 > (Fsh2 + FG - W2)fail인 경우를 나타내는 Δhb2가 빠른 경우로 결정할 수 있고, 하중 시험을 중단할 수 있다. 또한, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 제1 파일 요소(2)의 상향 변위(Δht1)와 하중 장치(33)의 팽창(Δd1)으로부터의 유도에 의해 제2 파일 요소(3)의 하향 변위(Δhb2)를 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 추가적으로 또는 대안적으로 제2 파일 요소(3)의 하향 이동에 대한 제2 파일 요소(3)의 하향 변위(Δhb2)를 측정하기 위한 수단을 모니터링할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상부 하중(Ftop)은 상부 파일 요소가 상향으로 빠르게 이동되기 전에 상부 파일 요소에 인가될 수 있는 시험 하중을 증가시키도록 제1 파일 요소(2)의 상부에 인가될 수 있다. 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 제1 파일 요소(2)의 상향 변위(Δht1)를 감소시키도록 상부 하중(Ftop)을 증가시킬 수 있다. 상부 하중(Ftop)은 제1 파일 요소(2)의 상향 하중(LT1)이 제1 파일 요소(2)의 중량(W1)과 제1 파일 요소(2) 상의 표면 마찰(Fsh1)의 합을 초과하지 않도록 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단이 하중 시험에서의 하중의 크기(LT1)를 계속 증가시킬 수 있게 할 수 있고, 시험 하중(LT1)이 인가되기 전의 상부 하중(Ftop)은 표면 마찰(Fsh2), 제2 파일 요소(3)의 중량(W2) 및 하부의 지표 지지에 의한 상향으로의 힘(FG)을 포함하는 제2 파일 요소(3)의 힘의 합을 극복한다.
양호한 실시예에서, 하중 장치(33)는 대체로 동일한 크기의 시험 하중(LT1)이 제1 파일 요소(2)의 빠른 상향 변위 및 제2 파일 요소(3)의 빠른 하향 변위를 일으키기 쉽도록 파일의 길이를 따른 위치에 위치될 수 있다. 구체적으로, 제1 파일 요소(2) 또는 제2 파일 요소(3)의 빠른 변위가 LT1 = (W1 + Fsh1 + Ftop)fail = (Fsh2 + FG - W2)fail - 여기서, Ftop는 선택 사항임 - 보다 큰 시험 하중의 크기에서 쉽게 일어날 수 있다. 파일 내의 하중 장치(33)의 위치는 지면 저항과 전단 저항의 관계에 의존한다. 전형적인 기본 실시예에서, 전단 저항 또는 표면 마찰은 지면 조건에 따라 평가될 수 있어, 단위 표면 마찰(또는 단위면적당 측면 전단)을 파일 또는 기초 요소의 길이를 따라 증분식으로 결정하고 이들의 마찰의 하중 지지력에 대한 공헌도를 함께 더함으로써 강성/강도 및 상이한 지층에 대한 수정을 허용한다. 그 후, 이는 궁극적인 하중 지지력을 결정하도록 최종 지지력에 더해질 수 있다. 단일 수준 하중 장치의 위치는 위와 아래에서 동일한 하중 지지력이 존재하도록 선택될 수 있다. 2개 수준의 하중이 사용되는 구체적인 실시예에서, 하나의 하중 장치는 이러한 단일 레벨 하중 장치의 위치 위에 위치할 수 있고 제2 하중 장치는 단일 수준 하중 장치의 위치 아래에 위치될 수 있다. 구체적인 실시예에서, 하중 장치(33)는 파일의 약 1/3이 하중 장치 아래에 있고 파일의 약 2/3이 하중 장치의 위에 있도록 위치될 수 있다. 파일의 하부 밑의 지면이 충분히 큰 저항을 제공할 것으로 예상되지 않는다면, 하중 장치(33)는 하중 지지를 위하여 전단력에 더 의존하도록 파일 내에서 보다 높게 위치될 수 있다. 상부 하중력의 선택적인 부가는 또한 하중 장치(33)가 파일 내에서 파일의 상부에 더 근접하게 위치되도록 할 수 있다. 또한, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 보다 큰 시험 하중(LT1)이 인가될 수 있도록 FTOP의 크기를 증가시킬 수 있다.
도1을 참조하면, 정하중 시험 구성의 구체적인 실시예가 본 발명에 따라 도시되어 있다. 이 장치는 상부 제1 파일 요소(2)와 하부 제2 파일 요소(3) 사이에 배치된 잭(1)을 포함한다. 기계식 압력 지시기(4)가 잭(1)에 공급되는 가압 유압 라인 내에 장착될 수 있다. 전자 압력 셀(5)이 잭(1)에 대한 가압 공급 장치의 배출 라인 내에 장착되어 데이터 로거(date logger)(6)에 연결될 수 있다. 변위 센서(8)가 제1 파일 요소(2) 둘레에 장착될 수 있고, 기준 프레임(9)에 대한 제1 파일 요소(2)의 변위를 측정하는 데에 사용된다. 추가의 변위 센서(11)는 충분한 압 력이 인가되어 잭(1)이 강철 판을 가압할 때 이 강철 판(12, 13)의 변위를 모니터링할 수 있다. 텔테일 신장계 로드(telltale extensometer rod)(14)는 제1 파일 요소(2)의 탄성 압축이 모니터링될 수 있게 할 수 있다. 변위 센서(8, 11, 14)는 또한 데이터 로거(6)에 연결된다. 이 데이터는 이후의 사용 또는 시험 중의 검토를 위하여 데이터 로거(6) 또는 컴퓨터(7) 상의 하나 이상의 파일로 저장될 수 있다.
구체적인 실시예에서, 변위 센서(11)는 유압 잭의 램 신장(ram extension)을 모니터링한다. 이 변위 센서(11)는, 예컨대 선형 전압 변위 변환기(LVDT) 또는 선형 진동 와이어 변위 변환기(LVWDT)와 같은 신장계일 수 있다. 제1 파일 요소(2) 및 제2 파일 요소(3)의 조합 침하율(combined settlement rate)은 일 세트의 잭 램 신장 측정값으로부터 결정될 수 있다. 본 실시예는, 단지 일 세트의 판독이 분석에 필요하지만, 두 요소의 침하율이 동시에 모니터링되기 때문에 장점을 갖는다. 잭의 램 신장은 또한 유압 제어 시스템(10)에 의해 잭(1)에 펌핑되는 유압 유체의 체적을 측정함으로써 모니터링될 수 있다.
제2 파일 요소(3)의 하향 이동은 간접적으로 측정될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 파일 요소(3)의 하향 이동은 잭(1)의 직접 측정된 램 신장과 변위 센서(8)를 이용하여 직접 측정된 상부 파일 요소의 상향 이동의 차이로부터 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 잭의 램 신장은 유압 제어 시스템(10)에 의해 잭(1)에 펌핑되는 유압 유체의 체적을 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 이는 플로트(float) 또는 기타 수단을 갖는 알려진 크기의 저장조 내의 유압 유체의 수준을 결정하는 (도시 안된) 체적 유량계를 사용하여, 또는 임의의 다른 적합한 수단을 사용하여 달성될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 잭(1)의 램 신장은 간접적으로 측정될 수 있다. 잭(1)의 램 신장은 잭(1)의 상부 판의 상향 이동을 검출하도록 제공되는 신장계(14)와 잭(1)의 하부 판의 하향 이동을 검출하도록 제공되는 (도시 안된) 제2 신장계 로부터의 측정값들의 차이로부터 결정될 수 있다. 이 제2 신장계 로드는 기준점에 대한 하부 판의 하향 이동을 직접 측정하도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 구체적인 실시예에서, 기준점은 파일 헤드 또는 신장계 케이싱의 상부일 수 있다. 잭(1)의 램 신장이 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 때, 이는 하나의 파일 요소의 실패 또는 진행중인 실패의 지시일 수 있으며, 신호가 시험 공정을 중단시키도록 발생될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 하부 파일 요소의 이동은 하부 파일 요소의 선단으로 신장하는 텔테일 신장계를 통해 모니터링될 수 있다. 본 실시예에서, 잭의 팽창은 신장계의 케이싱의 파괴를 야기할 수 있으므로, 신장계 케이싱은 요구되는 지점에서의 파괴를 촉진하기 위하여 요구되는 지점에서 파이프를 약화시키도록 스코어링될 수 있다.
이하에서 더욱 상세히 설명될 유압 제어 시스템(10)은 잭(1)에 대한 압력을 제어하도록 역할할 수 있다. 인가된 시험 하중은 잭(1)을 구동하는 유압 제어 시스템(10)의 유체 압력을 모니터링함으로써 계산될 수 있다. 그러나, 이 방법은 ( 유압 유체의 열적 팽창으로 인해) 온도에 민감하며, 시험 하중이 편심으로 인가되는 경우에 파일과 접촉하는 지점과 잭 사이의 마찰을 고려하지 않는다는 점에서 단점을 갖는다. 따라서, 대안적인 실시예는 하나 이상의 전자 로드 셀을 사용한다. 다른 실시예에서, 전자 로드 셀은 동축 요소 둘레의 밸런스드 스트레인 게이지(balanced strain gauge)를 채용할 수 있다. 이들은 편심 하중의 위험을 감소시키도록, 예컨대 구형 착석 장치(spherical seating arrangement) 상에서 잭(1) 위에 배치될 수도 있다.
다른 실시예에서, 팽창 시스템(도2 참조)은 잭(1)이 작동되어 제2 파일 요소(2)와 제2 파일 요소(3)를 분리할 때 과도한 응력이 유압 공급 라인에 가해지지 않는 것을 보장하도록 이용될 수 있다. 이러한 장력 감소 장치는 각각의 유압 공급 라인에 대해 이용될 수 있으며, 예컨대 콘크리트의 진입을 차단하기 위하여 절첩된 파이프를 캡슐화함으로써 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 측정 센서 시스템 및 유압 제어 시스템(10)이 데이터 로거(6)에 연결되어 작용될 수 있는, 이는 이어서 호스트 개인용 컴퓨터(PC)(7)에 연결될 수 있다. 데이터 로거(6)는 호스트 컴퓨터(7)에 직접, 또는 예컨대 라디오 링크 또는 디지털 이동 전화 시리얼 데이터 접속(15)에 의해 도시 안된 소정의 이격된 위치에서 호스트 PC에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 로거(6)는 Campbell Scientific으로부터 입수 가능한 데이터 로깅 컴퓨터이며 흔히, 예컨대 기상 기구(weather balloon) 내에 사용되는 "CR10"일 수도 있다. 데이터 로거(6)는 기능의 일부 또는 전부를 조절하도록 쉽게 프로그래밍될 수 있다. 데이터 로거(6)는 예컨대 2.5초의 간격으로 변위 센서(8, 11, 14)를 측정할 수 있으며, 선택된 간격에서 데이터를 기록할 수 있다. 데이터 로거(6)는 또한 잭(1)에 의해 각각의 간격에서 제1 파일 요소(2) 및 제2 파일 요소(3)에 인가되는 하중을 확인할 수 있고, 예컨대 잭(1)에 공급되는 유압 제어 시스템(10)을 제어함으로써 인가되는 하중에 필요한 임의의 변경을 달성할 수 있다. 데이터 로거(6)는 또한 시험의 안전한 진행을 확인하고 요구되는 모든 하중 변경을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다.
구체적인 실시예에서, 측정 모니터링 및 제어는, 배터리로 전원이 공급되고 30,000개의 데이터 값까지 저장할 수 있는 적합하게 프로그래밍된 CR10 데이터 로거(6)에 의해 수행될 수 있다. 기능의 획득 및 처리는, 데이터 로거(6)에 의해 모니터링되는 실제 데이터를 보여주는 디스플레이 단말기로서도 역할하는 호스트 PC(7)로부터의 표준 RS232 통신 데이터 링크를 통해 다운로드되는 프로그램 형식 내의 사용자에 의해 입력된 명령에 의해 제어된다. 호스트 PC(7)는 또한 데이터 로거(6)에 의해 기록되는 최종 데이터를 수신 및 저장할 수 있어, 갱신된 상태를 유지하고 접속이 이루어지는 모든 시점에서 전송을 요구하지는 않는다. 호스트 PC(7)는 모든 제어 및 측정 기능이 데이터 로거(6) 자체에 의해 수행되는 동안의 디스플레이 단말기로서 역할할 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 통신 링크는 모뎀 또는 디지털 이동 라디오(15) 또는 전화 링크를 통해 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 로거(6)는 인가되는 하중을 모니터링하도록 채용되는, 온도 보상을 갖는 4-와이어 풀 브릿지 측정 기능(four-wire full bridge measurement facility)과 같은 내장형 기능을 가질 수 있다. 표준 아날로그 입력 채널은 변위 센서(8, 14)의 측정을 위하여 사용된다. 이들 측정을 위하여, 2.5 V의 선택된 전체 스케일 범위에 대한 333 μV의 해상도가 사용된다. 100 mm의 이동 거리를 갖는 이상적인 변위 센서의 경우, 이는 0.013 mm의 해상도와 동등하다. 도시 안된 표준 진동 와이어 인터페이스가 로거에 연결될 수 있어, 선형 진동 와이어 변위 변환기가 측정 및 데이터 로거(6)로의 입력을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 2개의 선택기 스위치(도시 안됨)가 디지털 채널에 연결될 수 있어, i) 대기, ii) 데이터, iii) 판독 및 iv) 로깅으로부터의 작동 모드의 수동 선택 및 i) 10초, ii) 1분, iii) 5분 및 iv) 10분으로부터 데이터 로깅의 간격의 선택을 허용한다. 대안적으로, 로거 내의 제어 변수는 호스트 PC(7)에 의해 또는 링크(15)에 의해 직접 편집될 수 있다.
작동 중, 데이터 값은 파일 요소들에 대한 상대적인 변경의 계산에 이어서 하나 이상의 파일로 저장될 수 있다. 예를 들면, 시험의 시작시 기록된 데이터 값은 시험으로 인한 상대적인 변경이 직접 디스플레이 및 기록될 수 있도록 후속 판독으로부터 추출될 수 있다.
일 실시예에서, 10 턴 전위차계(ten turn potentiometer)가 요구되는 하중의 데이터 로거(6)에 대한 수동 입력을 위해 제공되는 디지털 판독기(digital readout)와 함께 전방 패널 상에 제공될 수 있다. 이러한 가변 저항의 정확한 캘리브레이션은, 해석된 요구되는 하중이 PC(7)의 스크린 상에 직접 디스플레이되기 때문에 필요하지 않다. 이 전위차계의 임의의 추가의 후속 판독을 막기 위한 제어 소프트웨어 내의 기능이 또한 포함될 수 있는데, 이는 선택된 요구되는 하중이 예상되는 것과 같이 항상 일정하지 않기 때문이다. 이러한 기능이 프로그램 내에 포함되면, 변수 위치는 호스트 PC(7)로부터 직접 접근 가능하게 만들어질 수 있으며, 정밀하게 변경될 수 있다. 전위차계는 백업 솔루션으로서 유지될 수 있다.
데이터 세트는 날짜와 시간, 변위 센서(8, 11, 14)의 판독값, 및 인가될 요구되는 압력과 함께 측정되는 유압을 포함하도록 프로그래밍될 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 로거(6)를 위한 전력은 16 A/h 배터리 백업이 마련되어 완전 충전 배터리에 의해 최소 5일의 연속 제어 및 로깅을 제공하는 무정전 전원 장치(도시 안됨)로부터 유래한다. 시스템의 작동은 실제로 연속적일 수 있기 때문에, 호스트 PC(7)에 대한 주 전력을 제공하고 동시에 가능할 때 배터리를 충전시키도록 휴대용 발전기가 사용될 수도 있다.
유리하게는, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 컴퓨터(7) 또는 데이터 로거(6)는, 예컨대 소정의 조건이 검출된 때 유압 유체의 잭(12)으로의 유동을 정지시킴으로써 시험 공정을 자동으로 중단하도록 구성될 수 있다. 이 자동 고장 안전 절차는 공지된 정하중 시험의 방법에 비해 추가의 장점을 가지며, 본 발명이 과도한 위험 없이 작업자 부재 상태로 있게 할 수 있다. 고장 안전 조건은, 예컨대 하기의 상황 중 하나 이상으로 유발될 수 있다:
i) 인가된 시험 하중의 크기가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과하는 경우. 이는, 예컨대 잭(1) 또는 로드 셀의 최대 등급일 수 있다.
ii) 인가된 시험 하중의 크기가 일정한 하중이 유지되어야 할 때 한번에 미 리 설정된 크기 이상, 예컨대 10%로 하락하는 경우. 이는 반응 시스템의 갑작스런 고장 또는 시험 하의 기초의 파괴에 기인할 수 있다. 유압 유체 및 압축 공기와 같은 소모품의 고갈은 본질적인 고장 안전 조건이며, 따라서 이들의 공급을 모니터링할 필요는 없을 수도 있다.
iii) 제1 파일 요소(2) 또는 제2 파일 요소(3)의 측정된 변위의 크기가 미리 설정된 값, 예컨대 파일 직경의 10%에 도달하거나 이를 초과하는 경우. 이는 제1 파일 요소(2) 또는 제2 파일 요소(3)의 진행중인 파괴, 또는 구조적 파괴로 인한 제1 파일 요소(2) 또는 제2 파일 요소(3)의 초과의 변위에 기인할 수도 있다.
iv) 컴퓨터(7) 또는 데이터 로거(6)에 대한 전력 공급이 미리 설정된 수준 또는 그 미만으로 하락하는 경우. 이러한 경우가 발생하면, 시험은 중단될 수 있고, 패시브 모드(passive mode)에서의 데이터의 저장에 우선권이 주어진다. 12V 배터리가 전원 공급 장치로서 사용되는 실시예에서, 고장 안전 조건은, 예컨대 배터리를 가로지르는 전위차가 10V 미만으로 하락한 때 유발될 수도 있다.
v) 하중 측정 수단(4, 5) 및/또는 변위 센서(8, 11, 14)와 컴퓨터(7) 또는 데이터 로거(6) 사이의 통신이 차단된 경우. 이는 데이터 로거(6)와 변위 센서(8, 11, 14) 또는 로드 셀 또는 압력 셀(5) 사이의 전기적 접속이 우발적으로 접속해제되는 결과로서 발생할 수도 있다.
vi) 2개 이상의 변위 센서가 파일 요소의 원주 둘레의 상이한 위치에 배치되는 본 발명의 실시예에서, 2개 이상의 변위 센서에 의해 측정된 변위의 크기들 사이의 차이가 미리 설정된 값, 예컨대 기록되는 평균값의 50%에 도달하거나 이를 초 과하는 경우. 이는 의도하지 않은 측방향 하중이 파일에 인가되었음을 나타내며, 이는 극단적으로 영구적인 구조적 손상 또는 파괴로 이어질 수 있다. 이러한 고장 안전은 또한 하나 이상의 변위 센서로부터의 판독 오류를 검출하는 것을 보조한다.
일 실시예에서, 본 발명에 따라 시험이 수행되는 파일 둘레의 영역은 번팅(bunting)으로 차단될 수 있으며, 미세한 와이어 도체 시스템 또는 스트립 와이어가 시험 장소에 대한 허가되지 않은 접근을 검출하도록 설치될 수도 있다. 대안적으로, 광학 시스템이 이 영역에 대한 임의의 허가되지 않은 접근에 의한 광 비임의 직접 차단의 수동형 적외선 검출(passive infrared detection)을 사용하여 채용될 수도 있다. 컴퓨터는 이러한 경우에 고장 안전 조건을 유발시키도록 구성될 수 있다.
고장 안전 조건이 유발된 때, 경고 신호가 발생될 수도 있다. 이 경고 신호는 이동 전화 또는 라디오 링크에 의해 또는 임의의 다른 적합한 방법에 의해 작동자에게 또는 원격 장소로 전송될 수도 있다. 또한, 데이터 및 제어 신호는 원격 질의 또는 제어를 허용하도록 컴퓨터(7) 또는 데이터 로거(6)로부터 전송되어 이들에 의해 수신될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2 하중 장치는 제1 하중 장치(33)의 아래에서 파일의 2개의 섹션 사이에 위치될 수 있어, 파일은 제1 하중 장치(33) 위의 제1 파일 요소(2), 제1 및 제2 하중 장치 사이의 제2 파일 요소(3), 및 제2 하중 장치 아래의 제3 파일 요소(17)로 분할된다. 대안적으로, 제2 하중 장치 또는 부가의 하중 장치가 파일의 하부에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 제3 또는 그 이상의 하중 장치가 파일의 2개의 섹션 사이에 위치될 수 있어 각각 제4 또는 그 이상의 파일 요소를 생성한다. 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중을 파일에 인가하기 위하여 제1 및 제2 하중 장치와 통신할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 제1 및 제2 하중 장치는 하중 장치들이 작동된 때 분리될 수 있는 2개의 판을 각각 포함할 수 있다. 제1 하중 장치(33)에 의한 하중의 인가에 의해 그의 상부 판이 제1 파일 요소(2)에 대항하여 상향으로 가압되게 할 수 있고 그의 하부 판이 제2 파일 요소(3)에 대항하여 하향으로 가압되게 할 수 있으며, 제2 하중 장치에 의해 하중의 인가에 의해 그의 상부 판이 제2 파일 요소(3)에 대항하여 상향으로 가압되게 할 수 있고 그의 하부 판이 제3 파일 요소(17)에 대항하여 하향으로 가압되게 할 수 있다. 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 제1 및 제2 하중 장치에 인가되는 시험 하중의 크기를 별개로 제어할 수 있다. 또한, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 또한 하기의 것 중 적어도 하나를 모니터링할 수 있다: 제1 및 제2 시험 하중의 크기; 제1 하중 장치(33)의 팽창(Δd1); 제1 파일 요소(2)의 압축(Δh1); 제1 파일 요소(2)의 상향 변위(Δht1); 제1 파일 요소(3)의 압축(Δh2); 제2 하중 장치의 팽창(Δd2); 제2 파일 요소(3)의 상향 변위(Δht2); 제2 파일 요소(3)의 하향 변위(Δhb2); 제3 파일 요소(17)의 압축(Δh3); 및 제3 파일 요소(17)의 하향 변위(Δhb3).
도5를 참조하면, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 프로그래밍된 시 험 절차에 따라 및/또는 예컨대 제1 및 제2 시험 하중의 크기; 제1 하중 장치(33)의 팽창(Δd1); 제1 파일 요소(2)의 압축(Δh1); 제1 파일 요소(2)의 상향 변위(Δht1); 제2 하중 장치(34)의 팽창(Δd2); 제2 파일 요소(3)의 압축(Δh2); 제2 파일 요소(3)의 상향 변위(Δht2); 제2 파일 요소(3)의 하향 변위(Δhb2); 제3 파일 요소(17)의 압축(Δh3); 또는 제3 파일 요소(17)의 하향 변위(Δhb3) 중 하나 이상에 응답하여 함께 또는 개별적으로 제1 및/또는 제2 하중 장치(33, 34)에 시험 하중을 인가할 수 있다. 제1 하중 장치(33)가 d1으로부터 d1 + Δd1으로 팽창함에 따라, 제1 하중 장치(33)의 상향 힘(LT1)은 제1 파일 요소(2)의 하향 중량(W1)에 의해 그리고 제1 파일 요소(2)를 둘러싸는 흙 또는 암석의 힘에 의해 발생되는 표면 마찰(Fsh1)에 의해 저항된다. 상부 하중력(Ftop)은 하중 장치(33)의 상향 힘에 추가로 저항하도록 제1 파일 요소(2)의 상부에 선택적으로 인가될 수 있다. 제2 하중 장치(34)가 d2로부터 d2 + Δd2로 팽창함에 따라, 제2 파일 요소(3) 상에 가해지는 힘은 제2 파일 요소(3)의 중량(W2)과 조합된 제1 하중 장치(33)의 하향 힘(LT1), 제2 하중 장치(34)의 상향 힘(LT2), 및 파일의 상향 이동에 저항하는 전단력(Fsh2) 또는 제2 파일 요소(2)를 둘러싸는 흙 또는 암석의 힘에 의해 발생되는 파일의 하향 이동에 저항하는 전단력(Fsh2)인 최종 전단력(Fsh2)에 의해 인가되는 상대적인 힘들에 의 존할 수 있다. 제3 파일 요소(17)의 중량(W3)과 조합된 제2 하중 장치(34)의 하향 힘(LT2)은 제3 파일 요소(17)를 둘러싸는 흙 또는 암석에 의해 발생되는 표면 마찰(Fsh3)에 의해 그리고 하부의 지표 지지(FG)에 의해 저항된다.
다른 실시예에서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은, 예컨대 제1 및/또는 제2 시험 하중의 크기, 제1 하중 장치(33)의 팽창(Δd1), 제1 파일 요소(2)의 압축(Δh1), 제1 파일 요소(2)의 상향 변위(Δht1), 제2 하중 장치(34)의 팽창(Δd2), 제2 파일 요소(3)의 압축(Δh2), 제2 파일 요소(3)의 상향 변위(Δht2), 제2 파일 요소(3)의 하향 변위(Δhb2), 제3 파일 요소(17)의 압축(Δh3), 또는 제3 파일 요소(17)의 하향 변위(Δhb3)를 포함하는 하나 이상의 모니터링되는 측정값에 응답하여 각각 제1 및 제2 하중 장치(33, 34)의 팽창 수단으로의 가압 유체의 공급을 조절함으로써 시간에 대한 일정한 시험 하중을 유지할 수 있다.
구체적인 실시예에서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단이 시험 파괴를 검출할 때까지 파일에 인가되는 하중을 계속 조절할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 시험 파괴는 제1 파일 요소(2)가 상향으로 빠르게 이동하게 할 수 있는 LT1 > (Fsh1 + Ftop + W1)fail인 경우 - 여기서, Ftop는 선택 사항임 -, 또는 제3 파일 요소(17)가 상향으로 빠르게 이동하게 할 수 있는 LT2 > (Fsh3 + FG - W3)fail인 경우에 발생할 수 있다. 시험 하중의 크기를 제어 하기 위한 수단은 또한 하나 이상의 고장 안전 측정이 유발된 때 하중 시험을 중단할 수 있다. 이러한 고장 안전 측정은 시험 하중의 크기에 대한 미리 설정된 값에 도달한 경우, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단의 전력 또는 통신 오류가 검출된 경우, 또는 시험 위치에서의 안전상의 위반이 검출된 경우를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.
본 실시예는, 시험이 하부 파일 요소 상에 작용하는 전단력, 하부 파일 요소의 중량 및 하부의 지표 지지(FG)에 의한 상향 힘을 포함하는 하부 파일 요소의 힘들의 합을 초과하는 시험 하중(LT1)으로 인한 시험 파괴를 나타내기 전에 파일에 인가되는 시험 하중이 제1 파일 요소(2)의 중량(W1)과 전단력(Fsh1)의 합을 초과하는 시험 하중(LT1)으로 인한 상향 이동을 발생시키지 않도록 파일 내의 단일 하중 장치(33)의 배치가 신중하게 계산될 것을 필요로 하기 때문에 장점을 갖는다. 선택적인 상부 하중(Ftop)의 추가는 또한 더 큰 하중이 인가될 수 있게 하며, 제1 하중 장치(33)의 상향 힘에 추가로 저항할 수 있게 한다.
도2에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 제1 잭(1)은 파일을 잭(1) 위의 제1 파일 요소(2)와 잭(1) 아래의 제2 파일 요소(3)로 분할하도록 배치된다. 이는 제2 잭(16)에 의해 보완되는데, 이는 파일을 잭(16) 위에 제2 파일 요소(3)가 위치되게 하고 잭(16) 아래에 제3 파일 요소(17)를 생성하도록 추가로 분할한다. 추가의 변위 센서(18)가 잭(16) 위의 강철 판(19)과 잭(16) 아래 의 강철 판(20)을 가로질러 배치된다. 추가 세트의 게이지(21)가 제2 파일 요소(3)의 탄성 압축을 측정하도록 배열된다. 이들 게이지 또는 신장계는 드릴링된 샤프트/파일 헤드(도시 안됨)에 설치되도록 또는 상부 잭(1)의 강철 판(13) 아래에 장착되도록 배열될 수 있다.
하부 잭(16)을 위한 별도의 유압 공급 파이프가 드릴링된 샤프트/파일의 상부까지 이어질 수 있다. 팽창 시스템(24)은 잭(1)이 작동되어 제1 파일 요소(2)와 제2 파일 요소(3)를 분리할 때 과도한 응력이 유압 공급 라인 상에 가해지지 않는 것을 보장하도록 이용될 수 있다. 이러한 인장 감소 장치는 각각의 유압 공급 라인에 대하여 이용될 수 있고, 예컨대 콘크리트의 진입을 배제하도록 절첩된 파이프를 캡슐화함으로써 구성될 수 있다.
하부 잭(16)을 위한 제어 시스템은 유압 파이프의 복귀 라인 상에 추가의 압력(22)과 (도시 안된) 제2 펌프로부터의 적합한 추가의 공급을 제공하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 제2 펌프는 시기적절한 방식으로 유압 유체의 충분한 체적을 전달하기 위하여 펌프(10)와 병렬로 연결될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 단일 펌프(10)가 솔레노이드 밸브/스위치(23)를 통해 펌프(10)로부터의 압력 공급을 재배향시킴으로써 가압 유체를 잭(16)에 공급하는 데에 사용될 수 있다.
구체적인 실시예에서, 잭(1)과 잭(16)의 총 단면적이 동일하다면, 단일 펌프가 또한 고응력 탄성 계수를 결정하기 위하여 알려진 압축력을 제2 파일 요소(3)에 인가할 수 있다. 이는 유압을 둘 모두의 잭들로 동시에 공급할 수 있는 단일 펌프(10)와 밸브(23)에 의해 달성될 수 있다. 잭(1)과 잭(16)이 상이한 단면적을 갖는 경우, 2개의 펌프(10)가 사용될 수 있다. 전기적으로 제어되는 단일 유압 밸브(23)와 하나의 펌프(10)를 사용하는 것의 장점은 완전한 시험 계획이 데이터 로거(6) 내에 프로그래밍될 수 있고, 최소한의 구성요소에 대한 수동 개입 없이 수행된다는 것이다. 복수의 펌프(10)가 필요/이용할 수 있는 경우, 역시 데이터 로거(6)가 전체 시험 계획을 수생하도록 적합하게 프로그래밍될 수 있다. 일 실시예에서, CR10 데이터 로거(6)는 유압 제어 시스템(10)을 작동하기 위하여 편리한 방식으로 배열된 수개의 출력 포트를 제어하도록 프로그래밍될 수 있다.
유압 제어 시스템(10)의 구체적인 실시예가 도3에 도시되어 있다. 펌프(25)가 제1 잭(1) 및/또는 제2 잭(16)에 인가되는 압력을 증가시킬 수 있다. 유압은 수동 제어 밸브(35)를 작동시킴으로써 수동으로 또는 솔레노이드 제어 밸브(29)를 작동시킴으로써 자동으로 감소될 수 있다. 구체적인 실시예에서, 데이터 로거(6)로부터의 출력은, 예컨대 MOSFET(metal-oxide semiconductor field effect transistor) 또는 유압 제어 시스템(10) 내의 솔레노이드 제어 밸브(29)를 스위칭할 수 있는 기타 전자 릴레이를 구동시키는 데에 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 컴퓨터(7)로부터 송신된 컴퓨터 신호는 솔레노이드 제어 밸브(29)를 스위칭하는 데에 사용될 수 있다. 대안적으로, 컴퓨터 내에 저장된 데이터 파일은 솔레노이드 제어 밸브를 스위칭할 수 있는 전자 릴레이를 구동시키는 데에 사용될 수 있다.
솔레노이드 제어 밸브(29) 또는 수동 제어 밸브(35)는 또한 펌프(25)로의 공기 유입과 가스 공급으로부터의 펌프(25)로의 주입을 제어할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 가스 공급은 100 psi(689 kPa)로 공급될 수 있다. 압력 조절기(28)가 이 공급을 일정한 값으로 유지할 수 있다. 이 가스 공급은 공기 압축기(30)로부터 발생될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 가스 공급은 하나 이상의 가스 용기로부터 발생될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 가스 용기는 무산소 질소(oxygen-free nitrogen)로 충전될 수 있다. 무산소 질소는 추운 날씨에서의 펌프(25)의 올바른 작동을 방해할 수 있는 펌프(25) 내측의 응축 및 이에 따른 냉동을 최소화할 수 있는 건조 가스이기 때문에 유리하다. 일 실시예에서, 펌프(25)의 저장조로 복귀하는 배출률은 게이트 값(27)에 의해 제어될 수 있다.
구체적인 실시예에서, 펌프(25)는 Maximator RTM "S"-type 공기 구동형 유압 펌프, 또는 Haskel 또는 SC Hydraulics에 의해 제조된 것과 같은 유사한 수단일 수 있다. 펌프(25)는 (도시 안된) 보다 작은 유압 피스톤에 기계적으로 연결된 (도시 안된) 공기 구동 피스톤의 넓은 표면적으로 공기를 인가하는, 차동 영역 피스톤 원리에 의해 작동할 수 있다. 이는 공압 에너지를 유압 동력으로 변환한다. 피스톤의 자동 전환은 서보 슬라이드 밸브(servo slide valve)(도시 안됨)에 의해 유발될 수 있는 파일롯 밸브(pilot valve)에 의해 달성될 수 있다. 이 밸브는 압력 밸런스 제어가 없기 때문에, 정상 작동 중에 멈춰지지 않는다. 작동시, 펌프(25)는 특정한 최대 압력에 접근함에 따라 보다 느리게 순환할 수 있고, 유압력 및 공압력이 균형을 이룬 때 정지될 수 있다. 펌프(25)는 추가의 개입 또는 에너지 소비 없이 특정한 압력 출력을 유지할 수 있다.
다시 도2를 참조하면, 제1 파일 요소(2)의 하부 및 제2 파일 요소(3)의 상부 에 대한 하중 인가는 유압 잭(1)을 사용함으로써 수행될 수 있다. 구체적인 실시예에서, 수동으로 작동되는 핸드 펌프가 잭(1)의 대강의 하중 제어를 위해 사용될 수 있고, 수동 제어 밸브(35)를 사용하여 조절될 수 있다. 종래의 시험 장치의 이러한 태양이 유지될 수 있고, 제어 시스템의 자동 부분의 고장의 경우 시험은 수동으로 계속될 수 있다.
수동 하중 제어 동안, 하중은 단지 1% 부근으로 결정될 수 있는 유압 게이지(36)를 사용하여 측정될 수 있고, 실제 최종 하중 제어는 대략 2%를 초과하지는 않는다. 대조적으로, 자동 제어 동안, 전자 압력 셀(5 및/또는 22) 및 컴퓨터화된 하중 유지 장치(10)를 채용함으로써, 인가될 하중의 상대적 크기는 매 수초마다 확인될 수 있고, 편차가 미리 설정된 크기, 예컨대 5 kN을 초과한다면 적합한 보정이 인가될 하중에 대해 이루어질 수 있다. 대부분의 전형적인 시험 하중에 대하여 0.2% 이내로 인가될 하중을 일정하게 유지하기 위하여 본 하중 측정 시스템의 해상도에 의존할 수도 있음에 유의한다.
요구되는 임의의 하중 보정의 크기는 데이터 로거(6) 또는 컴퓨터(7) 내에서 결정될 수 있다. 구체적인 실시예에서, 데이터 로거(6)는 매 2.5초마다 요구되는 크기를 결정할 수 있다. 그러면, 이 크기는 유압의 증감을 수행하도록 솔레노이드 제어 밸브(29)로 송신되는 타이밍 신호로 전환될 수 있다. 또한, 크기조정 인자(scaling factor)가 시스템을 잭(1) 및/또는 잭(16)의 가변 크기를 수용하기 위한 충분한 융통성을 부여하도록 채용될 수 있고, 엄격한 경계 내에서 하중을 유지하여 필요한 경우에 하중을 변경시키는 2개의 주요 기능을 성공적으로 수행할 수 있다.
간단한 제어 알고리즘이 필요로 하는 하중 변경에 상응하는 미리 설정된 기간 동안 솔레노이드 제어 밸브(29)를 개방할 수 있는 제어 펄스의 지속 기간을 결정하도록 채용될 수 있다. 타이밍 간격은 방정식 tp = C0 + C2x2로부터 유도될 수 있으며, 여기서 tp는 제어 펄스의 지속 기간이고, C0은 최소 펄스 폭이며, C2는 제어 루프의 게인이고, x는 인가된 하중과 필요한 하중 사이의 차이이다. 최소 펄스 폭(C0)은, 예컨대 솔레노이드를 포함하는 전기적으로 작동되는 기계적 시스템이 일단 활성화되면 작동되는 시간이 제한되기 때문에, 기계식 솔레노이드 밸브가 작동되기 전의 최소의 시간을 나타낸다. 3 MN 내지 10 MN 범위의 대부분의 전형적인 잭(1) 및/또는 잭(16)의 경우, 최적 C2 값은 22이고, C0은 1.5로 일정하게 유지된다.
하중이 변경된 때, 타이밍 회로의 작동은 바람직하게는 대략 1.5초의 최소값으로 제한된다. 통상, 소프트웨어의 올바른 작동을 보장하기 위해서는 2.5초 미만의 프로그램 주기를 갖는다. 하중은 매우 제어된 방식으로 2.5초의 주기당 전형적으로 20 kN의 조절 가능한 단계에서 연속하여 단계적으로 상승 및 하강된다.
컴퓨터화된 유압 제어 시스템(10)의 중요한 장점은 인가된 하중이 엄격한 제어 가능한 제한 내에서 아주 일정하게 유지될 수 있다는 것이다. 결과적으로, 시험되는 기초 시스템의 시간의 변위는 도입된 하중 변동 및 이에 따른 탄성 단축의 변경에 의해 왜곡되지 않는다.
많은 적합한 전자 변위 센서(8, 11, 14, 18 및 21)가 구매 가능하여, 우수한 해상도로 250 mm까지의 총 변위가 측정될 수 있다. 현재 양호하고 가장 신뢰성 있는 센서(8, 14)는 Penny & Giles로부터 센서(전형적인 예: HLP190/FS1/100/4k)와 같은 카본 스트립을 채용하는 저항 요소이고, 매립형 변위 센서(11, 18, 21)의 경우는 Geocon LVWDT type 4450-3 시리즈이다.
일부 센서에 대하여 구현될 수 있는 변경은 센서의 경고의 경로가 그의 완전하게 신장된 위치까지 스프링 하중식인 것을 보장하도록 (도시 안된) 복귀 스프링을 설치하는 것이다. Penny & Giles는 스프링 하중식 센서를 제공한다. 센서(8, 14)와 관련하여, 게이지가 고정되어 기준 프레임(9) 또는 신장계 외부 튜빙에 신속하게 부착되는 것을 허용하는 적합한 장착 장치가 설치될 수 있다. 센서(11, 18, 21)는 또한 적합한 장착 장치를 이용할 수 있다.
변위 센서(8, 11, 14, 18, 21)의 캘리브레이션은 또한 상이한 센서(8)들 사이의 항상성을 유지하는 것을 보장하는 것이 바람직하다. 이 캘리브레이션은 디지털 버어니어 캘리퍼(digital vernier caliper) 또는 캘리브레이션된 스페이서 블록(calibrated spacer block)에 대해 수행될 수도 있다. 캘리브레이션 동안 전형적으로 직면하는 가장 큰 부정확성 중 하나는 기준 표준에 대한 게이지의 수직성이라는 것에 유의한다. 이는 단지, 1:1000 미만을 나타내는 0.1°의 변동만으로 측정의 반복성으로 높은 정확성이 확보되는 경우에 중요하게 된다. 이는 0.1%의 변위의 변동과 동등할 수 있다. 이러한 게이지의 수직성의 부정확성은 파일 헤드 이동의 측정에도 적용될 수 있다.
본 명세서에 참조된 또는 인용된 모든 특허, 특허 출원, 가출원 및 공보는 모든 특징과 표를 포함하는 전체 내용이 본 명세서의 명백한 교시와 불일치하지 않는 정도까지 본 명세서에 포함되어 참조된다.
본 명세서에 설명된 예 및 실시예는 단지 예시의 목적이며, 본 출원의 사상과 범주 내에 포함되는 이에 대한 다양한 수정과 변경이 본 기술 분야의 숙련자에게 제안될 것이다.

Claims (78)

  1. 파일의 정하중 지지력을 시험하기 위한 장치이며,
    시험 하중을 인가하기 위한 수단으로서, 파일이 시험 하중을 인가하기 위한 상기 수단 위의 제1 파일 요소와 시험 하중을 인가하기 위한 상기 수단 아래의 제2 파일 요소로 분할되도록 파일 내에 배치되는, 시험 하중을 인가하기 위한 수단과,
    시험 하중의 크기를 결정하기 위한 수단과,
    제1 파일 요소와 제2 파일 요소의 조합 침하율을 결정하기 위한 수단과,
    시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단을 포함하며,
    시험 하중의 크기를 제어하기 위한 상기 수단은 시험 하중의 크기 및 제1 파일 요소와 제2 파일 요소의 조합 침하율을 모니터링하고 시험 하중의 크기 및 제1 파일 요소와 제2 파일 요소의 조합 침하율에 응답하여 시험 하중의 크기를 제어하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 파일 요소와 제2 파일 요소의 조합 침하율을 결정하기 위한 수단은 제1 파일 요소와 제2 파일 요소 사이의 분리의 변경을 결정하기 위한 수단을 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 수단은,
    상부 판과,
    상부 판과 평행하고 상부 판으로부터 이격된 하부 판과,
    팽창 수단을 포함하며,
    상기 팽창 수단은 상부 판과 하부 판 사이에 위치되고, 상기 팽창 수단은 팽창 수단으로의 가압 유체의 공급에 응답하여 상부 판과 하부 판을 분리할 수 있는 팽창 수단을 포함하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 제1 파일 요소와 제2 파일 요소 사이의 분리의 변경을 결정하기 위한 수단은,
    상부 판과 하부 판 사이의 분리의 변경을 측정하기 위한 수단을 포함하며,
    상부 판과 하부 판 사이의 분리의 변경을 측정하기 위한 상기 수단은 하나 이상의 신장계를 포함하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 신장계는 선형 전압 변위 변환기를 포함하는 장치.
  6. 제4항에 있어서, 신장계는 진동 와이어 변위 변환기를 포함하는 장치.
  7. 제3항에 있어서, 제1 파일 요소와 제2 파일 요소 사이의 분리의 변경을 결정하기 위한 수단은 팽창 수단으로 공급되는 유체의 체적을 측정하기 위한 수단을 포함하는 장치.
  8. 파일의 정하중 지지력을 시험하기 위한 장치이며,
    파일이 제1 파일 요소와 제2 파일 요소로 분할되도록 파일 내에 배치되는 시험 하중을 인가하기 위한 수단으로서, 상기 제1 파일 요소는 시험 하중을 인가하기 위한 상기 수단 위에 있고 상기 제2 파일 요소는 시험 하중을 인가하기 위한 상기 수단 아래에 있는, 시험 하중을 인가하기 위한 수단과,
    시험 하중의 크기를 결정하기 위한 수단과,
    제1 파일 요소의 상향 변위를 결정하기 위한 수단과,
    제2 파일 요소의 하향 변위를 결정하기 위한 수단과,
    시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단을 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중의 크기, 제1 파일 요소의 상향 변위 및 제2 파일 요소의 하향 변위를 모니터링하고, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중의 크기, 제1 파일 요소의 상향 변위 및 제2 파일 요소의 하향 변위에 응답하여 시험 하중의 크기를 제어하는 장치.
  10. 제8항에 있어서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중의 크기, 제1 파일 요소의 상향 변위 및 제2 파일 요소의 하향 변위를 모니터링하고, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 시험 하중의 크기, 제1 파일 요소의 상향 변위율 및 제2 파일 요소의 하향 변위율에 응답하여 시험 하중의 크기를 제어하는 장치.
  11. 제8항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 수단은 파일이 파일의 축에 수직한 평면 내에서 분할되도록 파일 내에 배치되는 장치.
  12. 제8항에 있어서, 제1 파일 요소와 제2 파일 요소 사이의 분리의 변경을 결정하기 위한 수단을 더 포함하며, 제1 파일 요소와 제2 파일 요소 사이의 분리의 변경은 제1 파일 요소의 상향 변위와 제2 파일 요소의 하향 변위의 합인 장치.
  13. 제8항에 있어서, 제1 파일 요소의 상향 변위를 결정하기 위한 수단은 제1 파일 요소의 상향 변위를 측정하기 위한 수단을 포함하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 제1 파일 요소의 상향 변위를 측정하기 위한 수단은 적어도 하나의 변위 센서를 포함하는 장치.
  15. 제13항에 있어서, 제2 파일 요소의 하향 변위를 결정하기 위한 수단은,
    제1 파일 요소의 상향 변위를 측정하기 위한 수단과,
    제1 파일 요소와 제2 파일 요소 사이의 분리의 변경을 측정하기 위한 수단을 포함하며,
    제2 파일 요소의 하향 변위는 제1 파일 요소와 제2 파일 요소 사이의 분리의 변경에서 제1 파일 요소의 상향 변위를 뺀 것인 장치.
  16. 제8항에 있어서, 제2 파일 요소의 하향 변위를 결정하기 위한 수단은 제2 파일 요소의 하향 변위를 측정하기 위한 수단을 포함하는 장치.
  17. 제8항에 있어서, 제1 파일 요소의 압축을 측정하기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 제1 파일 요소의 압축을 측정하기 위한 수단은 하나 이상의 신장계를 포함하며, 신장계는 제1 파일 요소 내에 배치되고 시험 하중을 인가하기 위한 수단과 제1 파일 요소의 상부 사이의 거리에 걸쳐 연장되는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 제2 파일 요소의 압축을 측정하기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  20. 제8항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 수단은,
    상부 판과,
    상부 판과 평행하고 상부 판으로부터 이격된 하부 판과,
    팽창 수단으로서, 상기 팽창 수단은 상부 판과 하부 판 사이에 위치되고, 상기 팽창 수단에 대한 가압 유체의 공급에 응답하여 상부 판과 하부 판을 분리할 수 있는 팽창 수단과,
    팽창 수단에 연결되어, 팽창 수단으로 가압 유체를 전달하는 가압 유체 라인과,
    가압 유체 라인을 통하여 가압 유체를 팽창 수단으로 공급하는 가압 유체 공급 장치를 포함하는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 팽창 수단에 연결된 가압 유체 배출 라인을 더 포함하며, 가압 유체 배출 라인은 팽창 수단으로부터 가압 유체를 선택적으로 제거하는 장치.
  22. 제20항에 있어서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 가압 유체 공급 장치의 유체의 압력을 조절하기 위한 수단을 포함하며, 가압 유체 공급 장치의 유체의 압력을 조절함으로써 시험 하중의 크기를 조절하는 장치.
  23. 제22항에 있어서, 가압 유체 공급 장치의 유체의 압력을 조절하기 위한 수단은 가압 유체 공급 장치의 유체의 압력을 수동으로 조절할 수 있게 하는 장치.
  24. 제22항에 있어서, 가압 유체는 유압 유체이며, 가압 유체 공급 장치의 유체의 압력을 조절하기 위한 수단은,
    가압 유체 공급 장치의 유체의 압력을 제어하는 공압 대 유압 펌프와,
    가압 가스 공급 장치와,
    가압 가스 공급 장치로부터 공압 대 유압 펌프로의 가압 가스의 유입을 제어함으로써 가압 유체 공급 장치의 유체의 압력을 제어하는, 가압 가스 공급 장치로부터 공압 대 유압 펌프로의 가압 가스의 유입을 제어하기 위한 수단을 포함하는 장치.
  25. 제24항에 있어서, 가압 가스 공급 장치로부터 공압 대 유압 펌프로의 가압 가스의 유입을 제어하기 위한 수단은 솔레노이드 제어 밸브를 포함하는 장치.
  26. 제20항에 있어서, 시험 하중의 크기를 측정하기 위한 수단은 전자 압력 셀을 포함하며, 전자 압력 셀은 유체 배출 라인 내의 유체 압력을 측정하도록 가압 유체 배출 라인 내에 위치되고 유체 배출 라인 내의 유체 압력을 시험 하중의 크기를 제어하기 수단과 통신시키고, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 유체 압력으로부터 시험 하중의 크기를 결정하는 장치.
  27. 제20항에 있어서, 시험 하중의 크기를 측정하기 위한 수단은 하나 이상의 전자 로드 셀을 포함하며, 하나 이상의 전자 로드 셀은 시험 하중을 측정하고 시험 하중의 크기를 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단과 통신시키는 장치.
  28. 제8항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 수단은 적어도 하나의 유압 잭을 포함하는 장치.
  29. 제8항에 있어서, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 고장 안전 유발 요인을 검출하고 나서, 파일의 하중 지지력의 측정을 자동으로 중단시키기 위하여 시험 하중의 인가를 중단하도록 시험 하중을 인가하기 위한 수단과 통신하는 장치.
  30. 제29항에 있어서, 고장 안전 유발 요인은,
    a) 시험 하중의 크기가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과하는 경우,
    b) 시험 하중의 크기가 미리 설정된 값까지 하락하는 경우,
    c) 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단과 시험 하중의 크기를 측정하기 위한 수단 사이의 통신에 실패한 경우,
    d) 시험 하중의 크기가 잭 또는 로드 셀의 최대 등급에 도달하거나 이를 초과하는 경우,
    e) 일정한 하중이 유지되어야 하는 시점에서 시험 하중의 크기가 10%까지 하락하는 경우,
    f) 파일의 수평면의 원주 둘레의 상이한 위치에 위치된 2개 이상의 변위 센서에 의해 측정된 변위의 크기들 사이의 차이가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과하는 경우,
    g) 제1 파일 요소와 제2 파일 요소 사이의 변위의 변경의 크기가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과하는 경우,
    h) 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단과, 제1 파일 요소와 제2 파일 요 소 사이의 변위의 변경을 측정하기 위한 수단 사이의 통신에 실패한 경우,
    i) 상향 변위의 크기가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과하는 경우,
    j) 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단과 제1 파일 요소의 상향 변위를 측정하기 위한 수단 사이의 통신에 실패한 경우,
    k) 제1 파일 요소의 측정된 변위의 크기가 파일 직경의 10%에 도달한 경우,
    l) 하향 변위의 크기가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 경우,
    m) 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단과 제2 파일 요소의 하향 변위를 측정하기 위한 수단 사이의 통신에 실패한 경우,
    n) 제2 파일 요소의 측정된 변위의 크기가 파일 직경의 10%에 도달한 경우,
    o) 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단과 제1 파일 요소의 압축을 측정하기 위한 수단 사이의 통신에 실패한 경우, 및
    p) 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단과 제2 파일 요소의 압축을 측정하기 위한 수단 사이의 통신에 실패한 경우 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
  31. 제8항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 수단은 제1 파일 요소의 하부에 상향 하중(LT)과 제2 파일 요소의 상부에 하향 하중(LT)을 인가하며, 시험 하중을 인가하기 위한 수단은 대략 동일한 크기의 시험 하중(LT)에 의해 제1 파일 요소의 상향 변위로부터의 시험 파괴를 야기하고 제2 파일 요소의 하향 변위로부터 시험 파괴를 야기하도록 파일 내에 배치되며, 시험 파괴는 제1 파일 요소와 제2 파일 요 소의 빠른 이동을 야기하는 시험 하중의 크기에서 발생하는 장치.
  32. 제8항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 수단은 제1 파일 요소의 하부에 상향 하중(LT)과 제2 파일 요소의 상부에 하향 하중(LT)을 인가하며, 시험 하중을 인가하기 위한 수단은 제1 파일 요소의 상향 하중 용량(Fsh1 + W1)이 제2 파일 요소의 하향 하중 용량(Fsh2 + FG - W2)과 대략 동일하도록 파일 내에 배치되고, 여기서 Fsh1은 제1 파일 요소의 측면 상의 전단력이며, W1은 제1 파일 요소의 중량이고, Fsh2는 제2 파일 요소의 측면 상의 전단력이며, FG는 하부의 지표 지지에 의해 제2 파일 요소의 하부에 가해지는 상향 힘이고, W2는 제2 파일 요소의 중량인 장치.
  33. 제8항에 있어서, 제1 파일 요소의 상부에 시험 하중을 인가하기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  34. 제8항에 있어서,
    제2 파일 요소의 하부와 파일이 위치되는 구멍의 하부 사이에 배치되는 제2 시험 하중은 인가하기 위한 수단으로서, 상기 제2 파일 요소는 상기 제2 시험 하중을 인가하기 위한 수단 위에 배치되는, 제2 시험 하중을 인가하기 위한 수단과,
    제2 시험 하중의 크기를 결정하기 위한 수단과,
    제2 파일 요소의 하부와 구멍의 하부 사이의 분리의 변경을 결정하기 위한 수단을 더 포함하며,
    시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 제2 시험 하중의 크기와 제2 파일 요소의 하부와 구멍의 하부 사이의 분리의 변경을 모니터링하고, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 제2 시험 하중의 크기를 제어하는 장치.
  35. 제34항에 있어서, 제2 시험 하중을 인가하기 위한 수단은,
    제2 상부 판과,
    제2 상부 판과 평행하고 제2 상부 판으로부터 이격된 제2 하부 판과,
    제2 팽창 수단으로서, 상기 제2 팽창 수단은 제2 상부 판과 제2 하부 판 사이에 위치되며, 상기 제2 팽창 수단은 상기 제2 팽창 수단으로의 가압 유체의 공급에 응답하여 제2 상부 판과 제2 하부 판을 분리할 수 있는, 제2 팽창 수단을 포함하며,
    제2 파일 요소의 하부와 구멍의 하부 사이의 분리의 변경을 결정하기 위한 수단은 제2 상부 판과 제2 하부 판 사이의 분리를 측정하기 위한 수단을 포함하는 장치.
  36. 제35항에 있어서, 제2 시험 하중을 인가하기 위한 수단은,
    제2 팽창 수단에 연결되어, 제2 팽창 수단으로 가압 유체를 전달하는 제2 가압 유체 라인과,
    제2 가압 유체 라인을 통하여 가압 유체를 제2 팽창 수단으로 공급하는 제2 가압 유체 공급 장치를 더 포함하는 장치.
  37. 제35항에 있어서, 가압 유체 공급 장치는 솔레노이드 밸브 또는 스위치에 의해 대응하는 가압 유체 라인에 연결되는 장치.
  38. 제35항에 있어서, 제2 가압 유체 라인을 통하여 가압 유체를 제2 팽창 수단으로 공급하는 제2 가압 유체 공급 장치를 더 포함하는 장치.
  39. 제8항에 있어서,
    파일이 3개의 파일 요소로 분할되도록 파일 내에 배치되는 제2 시험 하중 인가하기 위한 수단으로서, 상기 제2 파일 요소는 제2 시험 하중을 인가하기 위한 상기 수단 위에 있고 제3 파일 요소는 제2 시험 하중을 인가하기 위한 상기 수단 아래에 있는, 제2 시험 하중을 인가하기 위한 수단과,
    제2 시험 하중의 크기를 결정하기 위한 제2 수단과,
    제2 파일 요소와 제3 파일 요소 사이의 분리의 변경을 결정하기 위한 제2 수단을 더 포함하며,
    시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 제2 시험 하중의 크기 및 제2 파일 요소와 제3 파일 요소 사이의 분리의 변경을 모니터링하고, 시험 하중의 크기를 제어하기 위한 수단은 제2 시험 하중의 크기를 제어하는 장치.
  40. 제39항에 있어서, 제2 시험 하중을 인가하기 위한 수단은 파일이 파일의 축에 수직한 평면 내에서 분할되도록 파일 내에 배치되는 장치.
  41. 제39항에 있어서, 제3 파일 요소의 압축을 측정하기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  42. 제39항에 있어서, 제2 시험 하중을 인가하기 위한 수단은,
    제2 상부 판과,
    제2 상부 판과 평행하고 제2 상부 판으로부터 이격된 제2 하부 판과,
    제2 팽창 수단으로서, 상기 제2 팽창 수단은 제2 상부 판과 제2 하부 판 사이에 위치되고, 상기 제2 팽창 수단은 상기 제2 팽창 수단에 대한 가압 유체의 공급에 응답하여 제2 상부 판과 제2 하부 판을 분리할 수 있는 제2 팽창 수단과,
    제2 가압 유체 라인과,
    가압 유체 공급 장치를 제2 팽창 수단에 연결하는 제2 가압 유체 배출 라인을 포함하는 장치.
  43. 제42항에 있어서, 제2 가압 유체 공급 장치를 더 포함하며, 대응하는 가압 유체 라인은 제2 가압 유체 공급 장치를 대응하는 팽창 수단에 연결하는 장치.
  44. 제42항에 있어서, 가압 유체 공급 장치는 솔레노이드 밸브 또는 스위치에 의해 대응하는 가압 유체 라인에 연결되는 장치.
  45. 제39항에 있어서, 제1 파일 요소의 상부에 시험 하중을 인가하기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  46. 제39항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 수단과 제2 시험 하중을 인가하기 위한 수단은 유압 잭을 포함하는 장치.
  47. 제46항에 있어서, 유압 잭들은 상이한 단면적들을 갖는 장치.
  48. 제39항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 추가의 수단이 파일의 하부와 파일이 위치되는 구멍의 하부 사이에 배치되는 장치.
  49. 제39항에 있어서,
    파일이 3개 이상의 파일 요소로 분할되도록 파일 내에 배치되는 시험 하중을 인가하기 위한 하나 이상의 추가의 수단으로서, 제2 시험 하중을 인가하기 위한 수단 아래의 상기 제3 파일 요소는 시험 하중을 인가하기 위한 상기 하나 이상의 추가의 수단 위에 있고, 시험 하중을 인가하기 위한 상기 하나 이상의 추가의 수단은 시험 하중을 인가하기 위한 상기 하나 이상의 추가의 수단 아래의 대응하는 파일 요소를 갖는, 시험 하중을 인가하기 위한 하나 이상의 추가의 수단과,
    시험 하중의 크기를 결정하기 위한 대응하는 추가의 수단과,
    시험 하중을 인가하기 위한 상기 하나 이상의 추가의 수단 위의 파일 요소와 시험 하중을 인가하기 위한 상기 하나 이상의 추가의 수단 아래의 파일 요소 사이의 분리의 변경을 결정하기 위한 대응하는 추가의 수단을 더 포함하는 장치.
  50. 제49항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 하나 이상의 추가의 수단은 파일이 파일의 축에 수직한 평면 내에서 분할되도록 파일 내에 배치되는 장치.
  51. 제49항에 있어서, 추가의 파일 요소의 압축을 측정하기 위한 대응하는 수단을 더 포함하는 장치.
  52. 제49항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 수단, 제2 시험 하중을 인가하기 위한 수단, 그리고 시험 하중을 인가하기 위한 하나 이상의 추가의 수단은 유압 잭을 포함하는 장치.
  53. 제52항에 있어서, 잭들은 상이한 단면적들을 갖는 장치.
  54. 제49항에 있어서, 시험 하중을 인가하기 위한 하나 이상의 추가의 수단은,
    대응하는 추가의 상부 판과,
    대응하는 추가의 상부 판과 평행하고 대응하는 추가의 상부 판으로부터 이격된 대응하는 추가의 하부 판과,
    대응하는 추가의 팽창 수단으로서, 상기 대응하는 추가의 팽창 수단은 대응하는 추가의 상부 판과 대응하는 추가의 하부 판 사이에 위치되고, 상기 대응하는 추가의 팽창 수단에 대한 가압 유체의 공급에 응답하여 대응하는 추가의 상부 판과 대응하는 추가의 하부 판을 분리할 수 있는 대응하는 추가의 팽창 수단과,
    대응하는 추가의 가압 유체 라인과,
    가압 유체 공급 장치를 대응하는 추가의 팽창 수단에 연결하는 대응하는 추가의 가압 유체 배출 라인을 포함하는 장치.
  55. 제54항에 있어서,
    제3 또는 그 이상의 가압 유체 라인을 더 포함하며, 대응하는 추가의 가압 유체 라인이 제3 또는 그 이상의 가압 유체 공급 장치를 대응하는 추가의 팽창 수단에 연결하는 장치.
  56. 제54항에 있어서, 가압 유체 공급 장치는 솔레노이드 밸브 또는 스위치에 의해 대응하는 가압 유체 라인에 연결되는 장치.
  57. 파일의 정하중 지지력을 시험하기 위한 방법이며,
    파일이 시험 하중을 인가하기 위한 수단 위의 제1 파일 요소와 시험 하중을 인가하기 위한 수단 아래의 제2 파일 요소로 분할되도록 파일 내에 시험 하중을 인가하기 위한 수단을 위치시키는 단계와,
    제1 파일 요소의 하부에 상향 힘(LT)과 제2 파일 요소의 상부에 하향 힘(LT)을 인가하는, 시험 하중을 인가하기 위한 수단에 의해 시험 하중을 인가하는 단계와,
    시험 하중의 크기를 결정하는 단계와,
    제1 파일 요소와 제2 파일 요소의 조합 침하율을 결정하는 단계와,
    시험 하중의 크기 및 제1 파일 요소와 제2 파일의 조합 침하율에 응답하여 시험 하중의 크기를 시험 절차가 완료될 때까지 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  58. 파일의 정하중 지지력을 시험하기 위한 방법이며,
    a) 파일이 시험 하중을 인가하기 위한 수단 위에 있는 제1 파일 요소와 시험 하중을 인가하기 위한 수단 아래에 있는 제2 파일 요소로 분할되도록 파일 내에 시험 하중을 인가하기 위한 수단을 위치시키는 단계와,
    b) 제1 파일 요소의 하부에 상향 힘(LT)과 제2 파일 요소의 상부에 하향 힘(LT)을 인가하는, 시험 하중을 인가하기 위한 수단에 의해 시험 하중을 인가하는 단계와,
    c) 시험 하중의 크기를 결정하는 단계와,
    d) 제1 파일 요소의 변위를 결정하는 단계와,
    e) 제2 파일 요소의 변위를 결정하는 단계와,
    f) 시험 하중의 크기, 제1 파일 요소의 변위 및 제2 파일 요소의 변위에 응답하여 시험 하중을 제어하는 단계와,
    g) 시험 절차가 완료될 때까지 (b), (c), (d), (e) 및 (f) 단계를 반복하는 단계를 포함하는 방법.
  59. 파일의 정하중 지지력을 시험하기 위한 방법이며,
    a) 적어도 하나의 잭에 의해 파일 내부로부터 시험 하중을 공급하여, 각각의 잭 위와 각각의 잭 아래의 파일 요소의 합성 변위를 발생시키는 단계와,
    b) 측정 수단에 의해 시험 하중의 크기를 결정하고 시험 하중의 크기를 전자 컴퓨터와 통신시키는 단계와,
    c) 적어도 하나의 변위 센서에 의해 파일의 각각의 섹션의 합성 변위를 측정하고 파일의 각각의 섹션의 합성 변위를 전자 컴퓨터와 통신시키는 단계와,
    d) 전자 컴퓨터가 시험 하중을 사실상 일정하게 유지시키도록 시험 하중의 크기에 응답하여 잭에 제어 신호를 발생시키는 시험 하중을 사실상 일정하게 유지시키는 단계와,
    e) 파일의 임의의 요소에 대한 한정된 침하율이 달성된 때를 결정하고, 시험 하중의 미리 설정된 시험 절차에 따라 상이한 크기의 새로운 시험 하중을 파일 내의 잭에 인가하는 단계로서, 전자 컴퓨터는 파일의 임의의 요소에 대한 한정된 침하율이 달성된 때를 결정하고 나서 시험 하중의 미리 설정된 시험 절차에 따라 상 이한 크기의 새로운 시험 하중을 파일 내의 잭에 인가하도록 주어진 수준에서 잭 또는 잭들로 제어 신호를 보내기 위하여 적어도 하나의 변위 센서에 의해 측정된 변위 값에 응답하여 작동하며, 시험 절차는 파일의 결집된 정하중 지지력을 평가하기에 충분한 복수의 상이한 시험 하중을 포함하는 단계와,
    f) 시험 절차가 완료될 때까지 단계 b 내지 단계 e를 반복하는 단계를 포함하는 방법.
  60. 제59항에 있어서, 미리 설정된 시험 절차에 따라 상이한 크기의 새로운 시험 하중을 파일 내의 잭에 인가하는 단계는,
    상이한 크기의 새로운 시험 하중을 파일 본체 내에서 하나를 초과하는 상이한 수준에 위치된 하나 이상의 잭에 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  61. 제59항에 있어서, 적어도 하나의 추가의 변위 센서에 의해 파일의 하나의 요소의 상향 이동을 측정하는 단계와,
    전자 컴퓨터가 파일의 하나의 요소의 상향 이동률이 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 것으로 결정한 때 정하중 지지 시험을 중단하도록 고장 안전 신호를 유발시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  62. 제59항에 있어서,
    적어도 하나의 추가의 변위 센서에 의해 파일의 하나의 요소의 하향 이동을 직접적으로 또는 간접적으로 측정하는 단계와,
    전자 컴퓨터가 파일의 하나의 요소의 하향 이동률이 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 것으로 결정한 때 정하중 지지 시험을 중단하도록 고장 안전 신호를 유발시키는 단계를 포함하는 방법.
  63. 제59항에 있어서, 측정 수단에 의해 시험 하중의 크기를 결정하는 단계는 전자 압력 셀에 의해 시험 하중의 크기를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  64. 제59항에 있어서,
    a) 인가된 시험 하중의 크기가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과하는 경우,
    b) 인가된 시험 하중의 크기가 적어도 미리 설정된 크기까지 하락하는 경우,
    c) 파일의 임의의 요소의 측정된 변위의 크기가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과하는 경우,
    d) 컴퓨터에 대한 전원 공급이 미리 설정된 수준으로 또는 그 미만으로 하락하는 경우,
    e) 하중 측정 수단 및/또는 변위 센서와 컴퓨터 사이의 통신이 차단된 경우 중 하나 이상의 조건이 발생한 것으로 전자 컴퓨터가 결정한 때 정하중 지지 시험을 중단하도록 고장 안전 신호를 유발시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  65. 제59항에 있어서,
    파일 요소의 원주 둘레의 상이한 위치에 배치된 2개 이상의 변위 센서의 변위의 크기들 사이의 차이를 측정하는 단계와,
    전자 컴퓨터가 변위 센서에 의해 측정된 변위의 크기들 사이의 차이가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 것으로 결정한 때 정하중 지지 시험을 중단하도록 고장 안전 신호를 유발시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  66. 제59항에 있어서, 전자 컴퓨터가 잭에 공급된 유압 유체의 체적이 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 것으로 결정한 때 정하중 지지 시험을 중단하도록 고장 안전 신호를 유발시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  67. 제64항에 있어서, 고장 안전 신호가 유발된 때 경고 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  68. 제67항에 있어서, 원격통신 링크에 의해 원격 위치로 경고 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  69. a) 전원 공급 장치를 구비한 전자 컴퓨터와,
    b) 사용시 파일 내에서 배치되어 파일 요소들의 합성 변위를 발생시키는 잭과,
    c) 시험 하중의 크기를 측정하고 이를 컴퓨터와 통신하는 수단과,
    d) 파일의 각각의 요소의 합성 변위를 측정하고 이를 컴퓨터와 통신하는 적어도 하나의 변위 센서를 포함하는 파일의 정하중 지지력을 시험하기 위한 장치이며,
    e) 전자 컴퓨터는 시험 하중을 사실상 일정하게 유지하도록 시험 하중의 측정된 크기에 응답하여 잭으로 제어 신호를 보내도록 되어 있으며,
    f) 전자 컴퓨터는 파일의 요소에 대한 한정된 침하율이 달성되고 나서 시험 하중의 미리 설정된 시험 절차에 따라 상이한 크기의 새로운 시험 하중을 파일에 인가하도록 잭으로 제어 신호를 보내기 위하여 적어도 하나의 변위 센서에 의해 측정된 변위 값에 응답하여 작동되며, 절차는 파일의 결집된 정하중 지지력을 평가하기에 충분한 주어진 복수의 상이한 시험 하중으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  70. 제69항에 있어서, 시험 절차는 파일 본체 내에서 하나를 초과하는 상이한 수준에 위치된 잭에 대한 하중의 인가를 포함할 수 있는 장치.
  71. 제69항에 있어서, 파일의 하나의 요소의 상향 이동을 측정하기 위한 적어도 하나의 추가의 변위 센서를 포함하며, 전자 컴퓨터가 상향 이동률이 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 것으로 결정한 때 정하중 지지 시험을 중단하도록 고장 안전 신호가 유발되는 장치.
  72. 제69항에 있어서, 파일의 하나의 요소의 하향 이동을 측정하기 위한 적어도 하나의 추가의 변위 센서를 포함하며, 전자 컴퓨터가 하향 이동률이 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 것으로 결정한 때 정하중 지지 시험을 중단하도록 고장 안전 신호를 유발하는 장치.
  73. 제69항에 있어서, 인가된 시험 하중을 측정하기 위한 수단은 전자 로드 셀인 장치.
  74. 제69항에 있어서,
    a) 인가된 시험 하중의 크기가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과하는 경우,
    b) 인가된 시험 하중의 크기가 적어도 미리 설정된 크기까지 하락하는 경우,
    c) 파일의 임의의 요소의 측정된 변위의 크기가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과하는 경우,
    d) 컴퓨터에 대한 전원 공급이 미리 설정된 수준으로 또는 그 미만으로 하락하는 경우,
    e) 하중 측정 수단 및/또는 변위 센서와 컴퓨터 사이의 통신이 차단된 경우 중 하나 이상의 조건이 발생한 것으로 전자 컴퓨터가 결정한 때 정하중 지지 시험을 중단하도록 고장 안전 신호를 유발시키기 위한 수단을 포함하는 장치.
  75. 제69항에 있어서, 2개 이상의 변위 센서가 파일 요소의 원주 둘레의 상이한 위치에 배치되며, 전자 컴퓨터가 변위 센서에 의해 측정된 변위의 크기들 사이의 차이가 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 것으로 결정한 때 정하중 지지 시험을 중단하도록 고장 안전 신호가 유발되는 장치.
  76. 제69항에 있어서, 전자 컴퓨터가 잭에 공급되는 유압 유체의 체적이 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 초과한 것으로 결정한 때 정하중 지지 시험을 중단하도록 고장 안전 신호가 유발되는 장치.
  77. 제74항에 있어서, 고장 안전 신호가 유발되는 경우 경고 신호가 발생되는 장치.
  78. 제77항에 있어서, 경고 신호가 원격통신 링크에 의해 원격 위치로 전송되는 장치.
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