KR20100018972A - 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러 및 이를 이용한 표준관입시험 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러 및 이를 이용한 표준관입시험 및 시료채취 방법을 적용함에 있어 형상이 변경된 표준관입시험용 샘플러인 스플릿배럴 샘플러를 표준관입시험을 실시하기 전에 시추시 교란이 발생한 지반에 먼저 회전 관입시킨 후, 교란이 발생하지 않은 원지반에서 표준관입시험을 실시하는 것에 관한 것으로, 상세하게는 기존에 표준형으로 사용되고 있는 길이 81cm용 스플릿배럴 샘플러를 131cm로 50cm 연장하였으며, 이 스플릿배럴 샘플러의 선단슈의 외경을 스플릿배럴의 외경보다 약간 크게 제작하거나 또는 선단슈의 외측면 4방향에 날개를 부착하여 원지반에서 표준관입시험을 실시할 때에 교란된 지반의 마찰력이 원지반까지 미리 회전 관입되어 있는 스플릿배럴 샘플러에 미치는 영향을 제거함으로서 표준관입시험의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 시추시 약 50cm 정도의 교란이 발생하는 교란영역을 관통하여 교란의 영향이 미치지 않는 원지반에서 표준관입시험을 실시함으로서 양질의 시험결과 및 원지반 상태의 시료를 채취할 수 있으며, 또한 시추를 통한 지질조사가 용이한 이점이 있다.

스플릿배럴 샘플러, 표준관입시험, 선단슈, 시추, 지질조사

Description

연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러 및 이를 이용한 표준관입시험 방법{the solf ground barrel and sampler for standard penetration test}

본 발명은 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러 및 이를 이용한 표준관입시험 방법에 관한 것으로, 상세하게는 선단슈의 외경이 튜브의 외경보다 약간 크거나 선단슈의 외측면 4방향에 날개가 부착되고 길이가 기존 보다 50cm 연장된 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러와 원지반에서 표준관입시험을 실시하기 위해서는 시추시 교란이 크게 발생된 지반을 피하여야 함으로써 샘플러를 교란된 지반에서는 인위적으로 회전 관입하여 교란이 발생하지 않은 원지반에 장착시킨 후 원지반에서 표준관입시험을 실시하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 시추조사는 지표로부터 지하 깊은 곳을 직접 눈으로 볼 수 없으므로 시험공을 굴진하여 지반의 성상을 조사하고, 시료의 채취 및 각종 원위치 공내시험을 시행하여 설계 및 시공에 필요한 제반 자료를 제공하는 것을 목적으로 하게 된다. 지표면 아래에 분포하는 흙의 성상을 파악하기 위해서는 시추를 하게 된다. 상기 시추작업의 방법에는 충격식과 회전수세식의 두 종류로 대별된다.

충격식 시추는 굴진장비 자체에 부착되어 있는 해머에 의해 지반에 충격을 주면서 굴진하는 방법으로 지중의 시료를 육안으로 자세하게 파악하지 못한다는 단점이 있다. 회전수세식 시추는 굴진작업 과정에서 물을 주입하면서 작업을 수행하며, 지반의 각종 원위치 시험의 수행을 통해 시료의 육안관찰 및 현장시험들을 시행할 수 있는 시추조사로 현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 작업방법이다.

시추조사 시에 지반의 특성을 파악하기 위하여 실시하는 원위치 시험으로는 많은방법들이 있으나, 시험과 장비가 간단하여 시간과 비용이 많이 절감되고 각종 경험적인 공식들이 가장 많이 연구되어 있어 지반특성을 간단하게 규명할 수가 있으며, 흙의 물리적 특성을 규명하기 위한 시료를 채취할 수가 있는 스플릿배럴 샘플러에 의한 표준관입시험 방법이 가장 널리 사용되고 있다.

상기 표준관입시험 방법은 스플릿배럴 샘플러를 지반에 설치한 후, 63.5kg의 해머를 76cm의 높이에서 자유낙하시켜 스플릿배럴 샘플러를 지반속으로 30cm 관입시키는데 필요한 타격횟수를 구하는 실험으로서(총 45cm를 관입시키는데 처음 15cm는 지반의 교란을 감안하여 예비타로 처리하고 마지막 30cm를 관입할 때의 타격횟수가 N치임) 지표면 아래의 깊은 심도에서 실험을 하기 위해서는 시험 심도까지 시추를 하여야 한다.

국내에서의 시추는 회전수세식 시추방법이 사용되고 있다. 회전수세식 방법을 사용하여 지반속으로 시추를 할 때에는 굴진시 발생하는 시추구멍 내의 슬라임을 지표로 배출하기 위해 물을 사용하게 된다.

이때, 슬라임이 지표로 원활히 배출될 수 있도록 필요한 만큼의 수압을 작용시켜야 하며, 특히 심도가 깊어지면 큰 수압을 사용하여야 한다.

이러한 수압에 의하여 견고한 지반은 15cm 이내의 심도만 교란되기 때문에 예비타 15cm를 적용하는 기존의 표준관입시험을 충분히 사용할 수가 있으나, 예민비가 큰 연약지반의 경우에는 교란영역이 약 50cm까지 영향을 미치기 때문에 기존의 표준관입시험에 의해서는 지반의 특성을 충분히 규명할 수가 없게 되고 시험의 결과치인 N치도 상당히 과소평가하게 되어 설계와 시공에 부정확한 자료를 제공하게 되는 문제점이 있다.

또한 상기 슬라임은 코어 배럴을 사용하지 않고 케이싱 만을 사용하게 될 경우에는 케이싱의 외주면과 토양사이의 간극을 통해 상측으로 이동하게 되는데 상기 간극이 좁아 슬라임을 완전히 처리하기 어려울 뿐만 아니라 이를 위해 매우 큰 수압을 사용하여야 하므로 원지반의 교란영역이 더욱 확대되는 문제점도 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 시추를 할 때 굴진에 따른 슬라임을 완전히 배출하고 연약지반으로 구성된 원지반에는 교란이 발생하지 않게 하는 것이 최선이나 시간과 비용이 과다하게 들어가는 현실적인 문제점들을 감안할 때는 현재의 시추방법을 그대로 사용할 수밖에 없는 실정이므로 현재의 시추방법을 사용하여 교란이 발생한다고 하더라도 교란영역을 벗어난 원지반에서 원활하게 표준관입시험을 실시할 수 있게 됨으로써, 정확한 원지반의 특성과 시험결과치인 N치 등의 자료를 설계와 시공에 충분히 만족할 수 있는 자료로 제공할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 과제 해결 수단은 선단슈와, 스플릿배럴과, 커넥터 헤드로 구성된 스플릿배럴 샘플러에 있어서, 상기 선단슈는 교란 영역에서 발생되는 마찰저항을 최소화하기 위하여 외경이 상기 스플릿배럴보다 크게 형성되고, 외주면에 4방향으로 날개가 일체로 돌출 형성되며, 상기 스플릿배럴은 외경이 상기 선단슈보다 작게 형성되고, 내경은 선단슈보다 크게 형성되며, 2중으로 분할되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 선단슈와, 스플릿배럴과, 커넥터 헤드로 구성된 스플릿배럴 샘플러를 이용한 표준관입시험 방법으로서, 지표면 아래 소요의 깊이까지 시추구멍을 굴착하는 단계; 상기 샘플러를 보링로드에 결합하여 시추구멍 밑부분까지 내려 설치하는 단계; 상기 시추구멍 아래의 지반 50cm에 상기 보링로드를 회전하면서 상기 샘플러를 밀어 넣는 회전관입단계; 상기 보링로드 상부에 노킹헤드 및 가이드용 로드를 장착한 후, 해머를 노킹헤드의 상부면에 장착하는 단계; 및 상기 해머를 76cm 높이까지 들어올린 후, 자유 낙하시켜 타격하여 표준관입시험을 하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러를 이용한 표준관입시험에 의하면, 대용량 유압식 시추기를 사용하는 현재의 시추방법에 의하여 굴착심도 아래에 약 50cm 정도의 교란영역이 발생한다고 하여도 이를 피하여 교란이 전혀 발생하지 않은 원지반에서 원활히 표준관입시험을 수행할 수가 있으므로 정확한 원지반 의 특성을 규명하여 설계와 시공에 양질의 자료를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

현재 서남해안 연안의 대규모 매립 및 부지조성공사에서 연약지반을 개량하기 위하여 많은 비용을 들인 각종 공법들이 활발히 적용되고 있는데, 연약지반의 판정뿐만 아니라 지반개량 전, 후의 개량효과를 확인하기 위하여 가장 간단하고 보편화되어 있는 방법이 표준관입시험이다. 그러나 현재까지는 시추 시에 교란이 크게 발생한 교란영역에서 실시된 기존의 표준관입시험 결과에 의하여 상기의 판정 및 효과 확인을 실시하고 있다. 이에 따라 원지반의 특성과 완전히 다른 매우 부정확한 자료에 의하여 설계 및 시공에 임함으로서 연약지반의 판정을 잘못하여 엄청난 공사비가 추가로 소요되거나 개량효과를 잘못 판정하여 공사기간이 상당히 길어지는 현상을 초래하고 있다. 심지어는 엄청난 비용을 지출하여 각종 연약지반 개량공법을 적용하였음에도 불구하고 지반개량후의 표준관입저항치인 N치가 지반개량전 보다도 작게 나오는 있을 수 없는 결과가 나오기도 하고 있다.

따라서 본 발명의 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러를 이용한 표준관입시험을 실시하게 되면 원지반의 정확한 지반특성을 규명하여 양질의 자료를 설계와 시공에 제공할 수가 있으므로 정밀해석 및 분석을 통한 공사비의 절감은 물론 공사기간의 단축할 수 있는 효과가 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면중 도 2는 본 발명에 따른 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러의 구조를 도시한 단면 구성도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 확대 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러의 구조를 다른 실시예를 도시한 단면 구성도이고, 도 5는 도 4의 B-B선 확대 단면도이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러(20)는, 선단슈(10)와; 스플릿배럴(11)과; 커넥터 헤드(12)로 구성된다.

상기 선단슈(10)는 하단 외주면의 날끝이 예각을 이루면서 뾰쪽하게 형성되어 있어 해머에 의한 타격시 샘플러가 지반속으로 원활하게 관입 될 수 있는 역할을 하게 된다.

그리고, 선단슈(10) 외경은 스플릿배럴(11) 외경보다 약간 크게 형성하고, 외주면에는 4방향으로 날개(16)를 일체로 형성함으로써 표준관입시험시 교란된 영역에서 발생할 수 있는 마찰저항을 최소화할 수 있는 역할을 하게 된다.

또한, 선단슈(10)를 스플릿배럴(11)에 조립하고, 분해할 때 렌치 사용을 편리하게 하기 위하여 외주면에 그립을 형성할 수도 있으며, 선단슈(10)의 상부 내주연에는 스플릿배럴(11)과 결합하기 위한 나사가 형성된다.

상기 스플릿배럴(11)은 선단슈(10)의 상부로 연장되어 원통형상을 이루게 되는데, 상기와 같이 교란된 영역에서의 마찰저항을 최소화하기 위하여 스플릿배럴(11)의 외경은 선단슈(10)보다 작게 형성되어 있으며, 그 내경은 선단슈(10) 보다 크게 형성됨으로써 원지반에서 표준관입시험을 실시할 때에 교란된 지반을 관통하면서 스플릿배럴(11) 내부에 관입되는 교란지반의 마찰저항을 최소화하고, 또한 채취된 시료가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 역할을 하게 된다.

또한, 스플릿배럴(11)은 그 길이가 기존 보다 50cm 연장되게 되는데, 이는 상기와 같이 내부에 관입되어 있는 교란지반이 표준관입시험시 압축됨으로 인하여 시험결과에 미치는 영향을 최소화하기 위한 역할을 하게 된다.

즉, 도 1에 도시된 기존의 스플릿배럴(11)은 56cm(도면에는 560mm로 기재)로 이루어진 것을 50cm 연장하여 106cm로 구성하게 된다.

그리고, 스플릿배럴(11)은 채취된 시료의 관찰 및 수거를 용이하게 할 수 있도록 2등분으로 분할할 수 있도록 구성된다. 또한, 스플릿배럴(11)의 상하부에는 선단슈(10) 및 커넥터 헤드(12)와 결합하기 위한 나사가 각각 형성된다.

상기 커넥터 헤드(12)는 스플릿배럴(11)의 상부에 분리 가능하게 나사 체결된다. 그리고, 커넥터 헤드(12) 내경은 스플릿배럴(11)의 내경보다 작게 즉, 두께가 두껍게 구성하여 해머의 타격시에 변형이 발생하지 않도록 하여 로드를 따라 전달되는 타격에너지를 스플릿배럴(11)에 정확하게 전달될 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.

또한, 커넥터 헤드(12) 내주연에는 움직일 수 있는 구형의 볼 밸브(13)가 내장되어 있어 채취된 시료를 지표로 인발하여 시료를 추출할 때까지 시료가 이탈되지 않도록 시료 채취시 부압을 발생시키는 역할을 하게 되고, 그 중앙 영역에는 4개의 물빼기 구멍(14)을 관통 형성하여 부압 및 수압을 쉽게 제거할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.

한편, 커넥터 헤드(12)를 스플릿배럴(11)과 보링로드(15)에 조립하고 분해할 때 렌치의 사용을 편리하게 하기 위하여 외주면에 4방향에 그립을 형성할 수도 있으며, 커넥터 헤드(12)의 하부와 상부에는 스플릿배럴(11)과 보링로드(15)와 결합하기 위한 나사가 형성된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러를 이용한 표준관입시험 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 6a,6b에 도시된 바와 같이, 표준관입시험을 실시하기 위하여 지표면 아래 소요의 깊이까지 회전수세식방법에 의하여 시추구멍(a)을 굴착하게 된다.

상기 샘플러(20)를 보링로드(15)에 결합하여 시추구멍(a) 밑부분까지 내려 설치한다.

굴착 및 슬라임 처리를 위한 수압에 의하여 시추구멍(a) 아래의 지반은 약 50cm정도 교란되므로, 보링로드(15)를 회전하면서 샘플러(20)를 50cm정도 아래로 밀어넣는다.

상기 보링로드(15) 상부에 노킹헤드(40) 및 가이드용 로드(50)를 장착한 후, 해머(30)를 노킹헤드(40)의 상부면에 설치한다.

상기 해머(30)를 76cm 높이까지 들어올린 후, 자유 낙하하여 타격을 실시한다. 이를 샘플러(20)가 45cm(예비타격 15cm+본 타격 30cm)관입될 때까지 타격을 계속한다.

이 방법은 기존의 방법과 달리 슬라임과 시료교란의 영향이 미치지 아니하므로 예비타격 15cm는 필요없이 바로 본 타격 30cm를 실시하여도 무방하다.

지표에 샘플러(20)를 올려 선단슈(10)와 커넥터 헤드(12)를 분리한 다음, 스 플릿배럴(11)을 2분할 하여 채취된 시료중에서 시추시에 교란이 발생하지 않은 영역에 해당하는 하부의 30cm에 대해서만 시료를 관찰 실시하고, 대표적인 시료를 용기에 담아 밀봉한다.

본 발명은 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 종래 스플릿배럴 샘플러 구조를 도시한 단면 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러의 구조를 도시한 단면 구성도.

도 3은 도 2의 A-A선 확대 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러의 구조를 다른 실시예를 도시한 단면 구성도.

도 5는 도 4의 B-B선 확대 단면도.

도 6a,6b는 본 발명에 따른 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러를 이용한 표준관입시험 방법을 나타낸 구성도.

<도면의 주요부에 사용된 기호의 설명>

10 : 선단슈 11 : 스플릿배럴

12 : 커넥터 헤드 13 : 볼밸브

14 : 물빼기 구멍 15 : 보링로드

16 : 날개 20 : 스플릿배럴 샘플러

30 : 해머 40 : 노킹 헤드

50 : 가이드용 로드

Claims (3)

1. 선단슈(10)와, 스플릿배럴(11)과, 커넥터 헤드(12)로 구성된 스플릿배럴 샘플러(220)에 있어서,

   상기 선단슈(10)는 교란 영역에서 발생되는 마찰저항을 최소화하기 위하여 외경이 상기 스플릿배럴(11)보다 크게 형성되고, 외주면에 4방향으로 날개(16)가 일체로 형성되며,

   상기 스플릿배럴(11)은 외경이 상기 선단슈(10)보다 작게 형성되고, 내경은 선단슈(10)보다 크게 형성되며, 2중으로 분할되도록 구성된 것을 특징으로 하는 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러.
2. 제1항에 있어서, 상기 스플릿배럴(11)은 그 길이를 106cm로 연장한 것을 특징으로 하는 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러.
3. 선단슈(10)와, 스플릿배럴(11)과, 커넥터 헤드(12)로 구성된 스플릿배럴 샘플러(220)를 이용한 표준관입시험 방법으로서,

   지표면 아래 소요의 깊이까지 시추구멍(a)을 굴착하는 단계;

   상기 샘플러(20)를 보링로드(15)에 결합하여 시추구멍(a) 밑부분까지 내려 설치하는 단계;

   상기 시추구멍(a) 아래의 지반 50cm에 상기 보링로드(15)를 회전하면서 상기 샘플러(20)를 밀어 넣는 회전관입단계;

   상기 보링로드(15) 상부에 노킹헤드(40) 및 가이드용 로드(50)를 장착한 후, 해머(30)를 노킹헤드(40)의 상부면에 장착하는 단계; 및

   상기 해머(30)를 76cm 높이까지 들어올린 후, 자유 낙하시켜 타격하여 표준관입시험을 하는 단계;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연약지반 전용 스플릿배럴 샘플러 를 이용한 표준관입시험 방법.

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