KR20100043511A - 지반감시유닛 및 이를 포함하는 지반보강장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반의 상태를 상시 감시할 수 있는 지반감시유닛에 관한 것으로서, 하우징; 상기 하우징 내에 삽입되는 삽입부재; 상기 삽입부재에 설치되어 지반의 상태를 측정하는 센서부; 상기 센서부를 구동하기 위한 전원부; 상기 센서부에서 측정된 데이터를 외부로 송출하는 송신부; 및 상기 하우징의 일단을 폐쇄하는 덮개;를 포함하고, 상기 삽입부재는 상기 센서부의 설치 및 교체가 용이하도록 상기 하우징의 길이방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

삽입부재, 밀봉부재, 센서, 전극봉, 지반감시유닛, 지반보강장치

Description

지반감시유닛 및 이를 포함하는 지반보강장치{GROUND SENSING UNIT AND DEVICE FOR REINFORCING GROUND WITH THE SAME}

본 발명은 지반감시유닛 및 이를 포함하는 지반보강장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지반 내부에 매설되는 센서를 통해 지반을 상시 감시할 수 있고, 센서를 용이하게 설치 및 교체할 수 있어 유지보수의 간편화를 도모할 수 있는 지반감시유닛 및 이를 포함하는 지반보강장치에 관한 것이다.

장마철에 큰 비 등에 의해 옹벽, 사면, 지하보도, 지하차도 등의 지반이 느슨해짐에 따라 발생하는 토사의 붕괴 또는 산사태 등에 의한 재해 발생을 사전에 예지할 수 있는 시스템의 개발이 절실하다. 눈으로 식별할 수 있을 정도로 지반에 이상이 생겼다면, 지반 내부에서는 이미 심각한 균열이 발생했다는 것이며, 따라서 재해 발생을 예방하기 위해서는 지중의 상태를 상시 감시할 수 있어야만 한다.

종래 지반의 느슨해짐 등을 검출하는 수단으로서는, 지상에 와이어를 펼쳐 설치하여 두고, 이 와이어가 지반의 변동으로 절단된 것을 가지고 검지하도록 한 것이 있다. 그러나, 이 방식은 광범위에 걸쳐 와이어를 펼쳐 설치하지 않으면 안되므로, 많은 수고와 시간이 걸릴 뿐 아니라, 지반의 변위 장소나 변위 방향을 특 정하기 어렵고, 그 변위 정도를 에측할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또한, 지중에 검출기를 매설하여 지반의 변위를 검출하는 지반검출기가 많이 개발되어져 왔지만, 대부분은 검출기가 지중에 반영구적으로 매립되어, 유지보수에 어려움이 있을 뿐 아니라 센서의 교체 등이 불가능한 경우가 많다.

한편, 지반의 보강을 위해서 지반을 천공하여 지중에 지반보강장치를 매설하게 되는데, 통상 지반보강장치에서는 지반의 보강에만 관심이 있을 뿐, 보강된 지반의 상태를 센서를 사용하여 상시 진단하는 데에는 미치지 못하고 있다. 아울러, 지반보강장치에 센서를 설치한다고 하여도, 지반보강을 위한 그라우팅 작업에 의해 이 센서들이 지반에 반영구적으로 매설되므로 센서의 유지보수에 어려움이 많게 된다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 과제는 지중에의 매설이 간단하면서 용이하고, 추후 유지보수가 간편한 지반감시유닛을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두번째 과제는 통상적으로 사용되는 지반보강장치에 본 발명에 따른 지반감시유닛을 간편하게 설치하여 보강된 지반의 상태를 상시 감시할 수 있는 개선된 지반보강장치를 제공하는 것이다.

상기 첫번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 지반감시유닛은,

하우징;

상기 하우징 내에 삽입되는 삽입부재;

상기 삽입부재에 설치되어 지반의 상태를 측정하는 센서부;

상기 센서부를 구동하기 위한 전원부;

상기 센서부에서 측정된 데이터를 외부로 송출하는 송신부; 및

상기 하우징의 일단을 폐쇄하는 덮개;를 포함하고,

상기 삽입부재는 상기 센서부의 설치 및 교체가 용이하도록 상기 하우징의 길이방향으로 이동가능한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 하우징의 선단에는 전기 비저항 탐사를 위한 전극봉이 부착될 수 있다.

또한, 상기 센서부는 상기 삽입부재의 길이방향을 따라 복수개 설치될 수 있 다.

또한, 상기 지반감시유닛은 상기 삽입부재의 선단으로부터 이격된 위치에서 상기 삽입부재와 결합되는 밀봉부재를 더 포함하고, 상기 밀봉부재는 상기 하우징의 내주면과 상기 삽입부재의 외주면 사이에 설치되어, 상기 삽입부재와 상기 하우징 사이를 밀봉할 수 있다.

또한, 상기 밀봉부재는 고무패킹으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 밀봉부재의 외주면에는 수나사부가 형성되고, 상기 하우징의 내주면에는 암나사부가 형성되어, 상기 밀봉부재와 상기 하우징이 나사결합될 수 있다.

또한, 상기 밀봉부재는 상기 삽입부재의 길이방향을 따라 복수개 설치될 수 있다.

또한, 상기 센서부는 온도센서, 가속도센서, 위치센서, 각도센서, 전류센서 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 두번째 과제를 달성하기 위하여

지반에 천공된 시추공에 삽입되어 지반을 보강하는 보강재;

상기 보강재와 천공홀 사이의 간격을 일정하게 유지하도록 상기 보강재가 삽입되는 관통공이 내부에 형성된 하나 이상의 스페이서; 및

본 발명에 따른 지반감시유닛;을 포함하여 지반의 보강과 동시에 지반의 상태를 상시 감시할 수 있는 것을 특징으로 하는 지반보강장치가 제공된다.

여기서, 상기 스페이서의 외주에는 오목부가 형성되고, 상기 오목부에 상기 지반감시유닛이 결합될 수 있다.

또한, 상기 지반감시유닛의 상기 하우징의 선단에는 상기 하우징의 개구를 폐쇄하는 하우징 캡이 부착되고, 상기 하우징 캡에는 상기 하우징 캡을 제거하기 위한 와이어가 연결될 수 있다.

본 발명에 의하면, 지중에의 매설이 간단하고 유지보수의 간소화를 도모할 수 있는 지반감시유닛을 제공할 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 지반보강과 동시에 보강된 지반의 상태를 상시 감시할 수 있는 지반보강장치를 제공할 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 복수개 설치된 지반감시유닛을 통해 지반 전체의 상태를 손쉽게 파악할 수 있으며, 전기 비저항 탐사도 가능하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명에 따른 지반감시유닛(100)의 구성예를 나타난 도면이다.

이 지반감시유닛(100)은 지중에 천공된 시추공(10)에 삽입될 수 있는 하우 징(20)을 가진다. 하우징(20)은 중공관으로서, 그 단면이 원형인 실린더 형태가 바람직하지만, 반드시 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 하우징(20)의 선단에는 전기 비저항 탐사를 위한 전극봉(53)이 부착될 수 있으며, 이 경우 전극봉(53)을 이용하여 공지의 방법으로 전기 비저항 탐사가 가능하다. 한편, 전극봉(53)은 하우징의 선단을 폐쇄하는 역할도 할 수 있다. 따라서, 전극봉(53)은 하우징 선단을 폐쇄하기 위한 커버로 치환될 수 있다. 그리고, 이 커버는 하우징과 일체로 형성될 수 있다.

하우징(20) 내에는 삽입부재(30)가 삽입된다. 삽입부재(30)에는 센서부(50)가 부착되며, 삽입부재(30)를 통해 센서부(50)를 천공된 지중에 위치시켜 지반의 상태를 측정하게 된다. 그리고, 이 센서부(50)는 도 1에 도시된 바와 같이 삽입부재(30)의 길이방향을 따라 복수개 설치될 수 있으며, 이를 통해 원하는 지점의 지반 상태를 상시 측정할 수 있다. 지반에 설치된 센서부(50)에 의해 측정될 수 있는 여러 가지 지반 상태에 관한 데이터 및 이러한 데이터의 응용방법에 대해서는 후술하기로 한다.

하우징(20)의 일단에는 하우징(20)을 폐쇄하는 덮개(60)가 설치된다. 그리고, 이 덮개(60) 상에는 센서부(50)를 구동하기 위한 전원부(51), 센서부(50)로부터 측정된 데이터를 외부로 송출하는 송신부(52)가 설치된다. 이 송신부(52)를 통해 센서부(50)에서 측정된 데이터가 메인 센서(미도시)로 송출되고, 적절한 연산 과정을 거쳐 지반의 상태를 모니터링할 수 있다. 센서부(50)에 전원을 공급하는 전원부(51)는 교체식 배터리 또는 태양전지가 사용될 수 있다. 그리고, 전원 부(51)의 설치 위치는 특별히 한정되지 않지만, 전원부(51)의 유지보수를 위해 도 1에 도시된 바와 같이 덮개(60) 상에 설치되거나, 또는 덮개에 근접한 삽입부재(30) 상에 설치될 수 있다.

도 2를 참조하면, 밀봉부재(40)는 삽입부재(30)의 선단으로부터 삽입부재(30)의 길이방향으로 이격된 위치에 설치될 수 있다. 이 밀봉부재(40)는 삽입부재(30)의 위치를 하우징(20) 내부에서 일정하게 유지시켜 줄 뿐만 아니라, 천공된 지중으로부터 흘러나올 수 있는 물 등의 액체가 하우징(20)을 통해 흘러나오는 것을 방지하는 역할을 한다. 센서부(50)와의 연결을 위한 케이블(미도시) 등의 배선을 위해 삽입부재(30)는 중공관으로 형성될 수 있지만, 반드시 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 2(a), 2(b)에는 본 발명에 따른 밀봉부재(40) 및 그 변형예가 도시되어 있다. 밀봉부재(40)는 고무패킹으로 형성될 수 있고, 밀봉부재(40)의 설치 개수는 특별히 한정되지 않으며, 1개 또는 복수개 설치될 수 있다. 한편, 도 2(b)에는 밀봉부재(40)의 다른 실시예로서 외주면에 수나사부(41)가 형성된 밀봉부재(40)가 도시되어 있다. 밀봉부재(40)의 외주면과 대향하는 하우징(20)의 내주면에는 암나사부(21)가 형성되어 있다. 따라서, 밀봉부재(40)의 수나사부(41)와 하우징의 암나사부(21)가 나사결합되어, 삽입부재(30)를 회전시킴으로써 삽입 길이를 조절할 수 있다. 삽입부재(30)의 삽입 길이를 용이하게 조절하기 위해서 하우징(20)의 암나사부(21)의 길이는 밀봉부재(40)의 수나사부(41)의 길이보다 더 긴 것이 바람직하다. 또한, 밀봉부재(40) 및 수나사부(41)는 1개 또는 복수개 형성될 수 있고, 하 우징(20)의 암나사부(21)는 밀봉부재(40)의 수나사부(41)에 대응되는 위치에 수나사부(41)와 동일한 개수로 형성될 수 있다. 또한, 암나사부(21)는 수나사부(41)가 복수개 형성된 경우에도 이들과 동시에 나사결합될 수 있도록 충분한 길이를 가진 1개로 형성될 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 지반감시유닛(100)은 지중에 천공된 시추공(10)에 하우징(20)을 매설하고, 하우징(20)의 길이방향을 따라 삽입부재(30)를 삽입하여, 이 삽입부재(30)에 설치된 센서부(50)를 통해 지반의 상태를 측정하거나 전극봉(53)을 이용하여 전기 비저항 탐사를 수행할 수 있다. 또한, 센서부(50)의 교체나 유지 보수가 필요한 경우에는 삽입부재(30)를 하우징(20)으로부터 손쉽게 분리시킬 수 있어 센서부(50)로의 접근이 용이해진다. 즉, 본 발명에서 센서부(50)가 설치되는 삽입부재(30)는 하우징(20)의 길이방향으로 이동가능하게 하우징(20)에 착탈식으로 결합되기 때문에, 센서가 지반에 완전히 매립 고정되어 센서의 유지보수가 실질적으로 불가능한 종래의 지반검출기가 갖는 문제점을 해결할 수 있다.

이하에서는, 지반보강장치로 널리 사용되는 압력식 소일 네일링(soil nailing) 장치에 본 발명에 따른 지반감시유닛을 부착하여 지반의 보강과 동시에 지반의 상태를 상시 감시할 수 있는 지반보강장치에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 압력식 소일 네일링 장치는 지반보강장치의 일 예에 불과하며, 천공된 지반에 보강재를 삽입하여 지반을 보강하는 다양한 지반보강장치에 본 발명에 따른 지반감 시유닛이 결합될 수 있음은 당연하다 할 것이다.

도 3은 옹벽, 사면, 방조제, 지하보도, 지하차도 등에 지반보강장치로 많이 사용되는 압력식 소일 네일링 장치(S)의 상세도이다.

압력식 소일 네일링 장치(S)를 통해 지반을 보강하는 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 천공된 대상 지반에 보강재(1), 그라우팅호스(2), 공기배출호스(3), 고무패킹(4a, 4b), 패커충진호스(5), 스페이서(6) 등으로 구성된 소일 네일링 장치(S)를 삽입한다. 이후, 패커충진호스(5)를 통해 고무패킹(4a, 4b) 사이를 충진재(예를 들면 우레탄)로 충진한다. 그리고, 공기배출호스(3)를 이용하여 공기를 배출하면서 그라우팅호스(2)를 통해 그라우팅제를 시추공에 충진시킨다. 이러한 그라우팅 작업은 고무패킹(4a, 4b) 사이에 충진된 충진재에 의한 압력으로 보다 확실히 수행될 수 있다.

이러한 종래의 지반보강장치에, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 지반감시유닛을 설치하면, 보강된 지반의 상시 진단이 가능하다.

구체적으로 살펴보면, 도 4는 천공된 지반에 보강재를 삽입하여 지반을 보강하는 지반보강장치(예를 들면 압력식 소일 네일링)에 지반감시유닛(100)이 설치된, 본 발명에 따른 지반보강장치(200)를 도시한 도면이다. 지반감시유닛(100)은 스페이서(210)(도 5에 자세히 도시됨)에 끼워져 지반보강장치(200)에 결합된다. 도 5를 참조하면, 스페이서(210)의 중앙에는 보강재(220)가 삽입되는 관통공(211)이 형성되어 있고, 스페이서(210)의 외주에는 오목부(212)가 둘레방향으로 복수개 형성되어 있다. 이 오목부(212)에 지반감시유닛(100)이 고정되어, 본 발명에 따른 지 반보강장치(200)가 구성된다. 한편, 지반감시유닛(100)은 스페이서(210)에 오목부(212) 외에도 어떠한 형태(예를 들면 개구)로도 고정될 수 있음은 물론이다. 하지만, 지반감시유닛(100)이 반드시 지반보강장치의 스페이서(210)를 통해 고정 될 필요는 없으며, 다양한 방식으로 지반감시유닛(100)을 지반보강장치 내부에 적절히 설치할 수 있다.

도 6은 지반감시유닛(100)의 하우징(20)의 선단을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 지반보강장치(200)를 사용하여 그라우팅 작업을 수행할 경우에, 만약 지반감시유닛(100)의 하우징 선단에 전극봉이 설치되지 않은 경우라면, 그라우팅제가 지반감시유닛(100)의 하우징(20) 내부로 스며들 수 있으므로, 이를 방지하기 위한 별도의 부재가 필요하다. 도 6에는 이러한 부재의 일 예로서 와이어(22)가 부착된 하우징 캡(23)이 도시되어 있다. 이들의 사용방법은 다음과 같다. 하우징 캡(23)에 의해 하우징(20)의 선단이 폐쇄된 채로 하우징(20)이 포함된 지반보강장치(200)를 천공된 시추공에 삽입하고, 이후 그라우팅 작업을 수행한 다음 와이어(22)를 이용하여 하우징(20)으로부터 하우징 캡(23)을 분리한다. 그 후, 상술한 바와 같이 센서부(50)가 설치된 삽입부재(30)를 하우징 내부로 삽입하여, 지중에 센서부(50)를 위치시키고 보강된 지반의 상태를 측정한다. 여기서, 하우징 캡(23) 및 와이어(22)는 지반보강장치(200)의 그라우팅 작업시에 하우징(20) 내부로 그라우팅제가 유입되는 것을 방지하기 위한 것이므로, 당업자라면 이러한 목적을 달성하기 위해 다양한 변형예를 구현할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 지반보강장치(200)의 활용방법은 다음과 같다.

먼저, 센서부(50)는 온도센서, 가속도센서, 속도센서, 위치센서, 각도센서, 전류센서 등 지반의 상태를 측정할 수 있는 여러 가지 센서 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 센서부(50)에 의해 측정된 데이터와 이를 활용하여 지반의 상태를 감시하는 방법들은 여러 공지된 방법을 사용할 수 있다. 일 예로서, 센서부(50)를 가속도 센서로 하고, 센서로부터 검출된 데이터를 송신부(52)를 통해 메인 센서(미도시)로 보내 이 데이터를 실시간으로 처리하여 지반보강장치가 설치된 위치의 변위 크기, 변위 방향 등을 검출할 수 있다. 또한, 지반보강장치는 도 7에 도시된 바와 같이 일반적으로 일정한 간격을 두고 복수개 설치되기 때문에, 각 위치별로 지반의 이동량의 방향과 크기를 계산한 후, 이로부터 전체의 변화와 방향을 지도상에 매핑 처리하여 지반의 변위 상태를 실시간으로 한번에 감시할 수 있다. 그리고, 이를 관측함으로써, 지반이 안정상태인가 위험한 상태인가를 판별할 수 있다.

또한, 하우징(20) 선단에 부착된 전극봉(53)을 이용하여 지반의 전기비저항 탐사를 수행할 수 있다. 일반적인 전기 비저항 탐사는 저항을 측정하기 위해 도체에 일정한 전류를 흘려주어 두 지점의 전위차를 측정함으로써 두 지점 사이의 저항을 계산하는 원리를 이용한 것이다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수개 설치된 지반보강장치(200)의 전극봉(53)에 연결된 케이블(미도시)에 일정한 전류를 흐르게 하고 타 시추공에 삽입된 전극봉(53) 간의 전위차를 계측하여 지질 구조를 측정할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예이 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 지반감시유닛의 상세도이다.

도 2(a), (b)는 본 발명에 따른 지반감시유닛의 밀봉부재 및 그 변형예를 도시한 도면이다.

도 3은 지반보강장치로 널리 쓰이는 압력식 소일 네일링 장치의 개략도이다.

도 4는 지반감시유닛이 포함된 본 발명에 따른 지반보강장치를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 지반보강장치의 스페이서의 정면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 지반감시유닛의 하우징의 선단을 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 지반보강장치가 사면에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.

Claims (11)

1. 지반의 상태를 상시 감시할 수 있는 지반감시유닛에 있어서,

   하우징;

   상기 하우징 내에 삽입되는 삽입부재;

   상기 삽입부재에 설치되어 지반의 상태를 측정하는 센서부;

   상기 센서부를 구동하기 위한 전원부;

   상기 센서부에서 측정된 데이터를 외부로 송출하는 송신부; 및

   상기 하우징의 일단을 폐쇄하는 덮개;를 포함하고,

   상기 삽입부재는 상기 센서부의 설치 및 교체가 용이하도록 상기 하우징의 길이방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 지반감시유닛.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하우징의 선단에는 전기 비저항 탐사를 위한 전극봉이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 지반감시유닛.
3. 제1항에 있어서,

   상기 센서부는 상기 삽입부재의 길이방향을 따라 복수개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 지반감시유닛.
4. 제1항에 있어서,

   상기 삽입부재의 선단으로부터 이격된 위치에서 상기 삽입부재와 결합되는 밀봉부재를 더 포함하고,

   상기 밀봉부재는 상기 하우징의 내주면과 상기 삽입부재의 외주면 사이에 설치되어, 상기 삽입부재와 상기 하우징 사이를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 지반감시유닛.
5. 제4항에 있어서,

   상기 밀봉부재는 고무패킹으로 형성된 것을 특징으로 하는 지반감시유닛.
6. 제4항에 있어서,

   상기 밀봉부재의 외주면에는 수나사부가 형성되고, 상기 하우징의 내주면에는 암나사부가 형성되어, 상기 밀봉부재와 상기 하우징이 나사결합되는 것을 특징으로 하는 지반감시유닛.
7. 제4항에 있어서,

   상기 밀봉부재는 상기 삽입부재의 길이방향을 따라 복수개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 지반감시유닛.
8. 제1항에 있어서,

   상기 센서부는 온도센서, 가속도센서, 위치센서, 각도센서, 전류센서 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 지반감시유닛.
9. 지반에 천공된 시추공에 삽입되어 지반을 보강하는 보강재;

   상기 보강재와 천공홀 사이의 간격을 일정하게 유지하도록 상기 보강재가 삽입되는 관통공이 내부에 형성된 하나 이상의 스페이서; 및

   제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 지반감시유닛;을 포함하여 지반의 보강과 동시에 지반의 상태를 상시 감시할 수 있는 것을 특징으로 하는 지반보강장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 스페이서의 외주에는 오목부가 형성되고,

    상기 오목부에 상기 지반감시유닛이 결합되는 것을 특징으로 하는 지반보강장치.
11. 제9항에 있어서,

    상기 지반감시유닛의 상기 하우징의 선단에는 상기 하우징의 개구를 폐쇄하는 하우징 캡이 부착되고, 상기 하우징 캡에는 상기 하우징 캡을 제거하기 위한 와이어가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 지반보강장치.

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