KR20100048134A

KR20100048134A - 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치 및 이를 이용한 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법

Info

Publication number: KR20100048134A
Application number: KR1020080107159A
Authority: KR
Inventors: 이민희; 최용규
Original assignee: (주)지 텍크; 최용규; 이민희
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2010-05-11

Abstract

본 발명은 유량 순환식 실린더와 동조배관방식을 적용한 재하시험장치 및 이를 이용한 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 실린더를 하나의 가압시스템으로 구성하여 하중 재하시 각각의 실린더가 서로 연동하여 구동하게 한 재하시험장치와 이를 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정에 이용하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 재하시험장치는 상부판, 하부판, 복수개의 실린더, 공급배관, 연결배관, 계측기를 포함하여 구성되며, 상기 공급배관을 통해 실린더에 공급된 공기 또는 유체가 상기 연결배관을 통해 실린더 상호 간을 순환 유동하도록 구성된다. 이와 같은 재하시험장치를 이용하면 각각의 실린더 로드가 동일하게 움직이지 않아 발생하게 되는 하중의 편심 문제를 해결할 수 있다.

동조배관, 실린더, 연동, 재하시험, 현장콘크리트말뚝, 편심

Description

동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치 및 이를 이용한 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법{Loading tester with cylinders acuating synchronously and method for measuring a bearing capacity of cast in plase pile using the same}

일반적으로 구조물의 기초를 안전하게 지탱하기 위하여 기초를 보강하거나 지반의 내력을 보강하는 지정공사가 행해진다. 지정공사는 구체적인 방식에 따라 다짐지정(잡석지정, 모래지정, 자갈지정 등), 뗏목지정, 피어지정, 말뚝지정으로 구분되며, 구조물의 하중, 지반 조건, 시공 여건 등을 고려하여 선택된다. 이중 말뚝지정은 가장 보편적으로 사용되는 방법으로, 말뚝을 지중에 설치하여 말뚝 선 단의 선단지지력과 파일 측면의 마찰지지력으로 내력을 발휘하도록 하는 방식이다.

말뚝지정은 그 시공방법에 따라 기성말뚝지정과 제자리콘크리트(현장콘크리트)말뚝지정의 2가지로 구분된다. 기성말뚝지정은 형강재, 강관, PHC 등의 건식부재를 현장에 반입하여 말뚝박기를 통해 시공하는 방법이며, 제자리콘크리트말뚝지정은 일반적인 현장시공의 콘크리트공사와 마찬가지로 현장에서 지반을 천공한 후 철근배근과 콘크리트 타설 등을 통해 시공하는 방법이다. 기성말뚝지정과 제자리콘크리트말뚝지정은 시공현장여건에 따라 선택하게 되는데, 다만 1000~3000㎜대구경 말뚝의 경우에는 기성말뚝으로 제작하는 경우 운반과 양중이 곤란하기 때문에 제자리콘크리트말뚝지정으로 시공하는 것이 일반적이다.

한편, 말뚝지정을 현장에 적용하기 위해서는 말뚝설계가 선행되어야 하는데, 말뚝설계는 시공할 말뚝의 허용지지력을 산정하는 것에서부터 시작된다. 말뚝의 허용지지력은 말뚝 재하시험을 통해 산정하며, 최근 현장콘크리트말뚝의 경우에는 도 1과 같은 재하시험이 주목받고 있다. 즉, 도 2와 같은 재하시험장치를 조립철근 하부에 긴결시키는 한편 조립철근에 응력계측기를 장착한 다음 이를 굴착공에 관입 설치한 후 콘크리트를 타설 양생시키고 이어 재하시험장치를 구동시켜 하중 재하에 따른 선단지지력과 주면마찰력을 측정하는 것이다.

도 2의 재하시험장치는 크게 상·하부판과, 상·하부판 사이의 실린더, 상·하부의 변위를 측정하기 위한 변위계로 구성된 것인데, 이러한 재하시험장치는 실린더의 구동으로 상·하부판에 변위가 발생하면 이때의 변위를 변위계로 측정하는 장치이다. 이와 같은 재하시험장치에서 복수개의 실린더는 도 3의 (a)에서와 같이 실린더의 구동을 위한 공기 또는 유체가 개별적으로 공급되는 형태를 가지는데, 그 결과 각각의 실린더는 도 3의 (b)와 같이 로드(rod)가 균일하지 않게 구동하기 쉽다. 실린더 로드가 균일하지 않게 구동하면 상·하부판에 편심이 작용하면서 균일하지 않은 변위가 일어나고, 그 결과 계측위치에 따라 상·하부판의 변위값이 달라져 현장콘크리트말뚝의 지지력을 신뢰성 있게 측정하지 못하게 된다. 나아가 편심의 작용으로 재하시험에 이용된 현장콘크리트말뚝은 도 4와 같이 기울어질 것이므로 재하시험에 이용된 말뚝이 실제 구조물의 영구말뚝이라면 상부 구조물의 안정성도 문제가 발생한다. 특히, 바렛트말뚝(Barrette Pile)의 경우는 말뚝의 단면이 단면폭보다는 단면 길이가 2배 이상인 직사각형(통상 단면크기(폭×길이)가 1.0m×1.8m, 1.2m×2.8m, 1.2m×4.0m임)이어서 편심문제가 상부구조물의 안정성에 매우 큰 문제로 대두될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수개 실린더를 균일하게 구동시킬 수 있게 함으로써 실린더 로드가 동일하게 움직이지 않아 발생하는 편심문제를 해결할 수 있는 재하시험장치를 제공하는데 기술적 과제가 있다.

또한, 본 발명은 편심문제를 해결하는 재하시험장치를 이용함으로써 지지력 측정값의 신뢰도를 향상시키고 나아가 영구말뚝으로 완성된 현장콘크리트말뚝의 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있는 현장콘크리트말뚝의 지지력을 측정하는 방법을 제공하는데 다른 기술적 과제가 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 상부판; 상기 상부판 아래로 이격 배치된 하부판; 상기 상부판과 하부판 사이에 띄엄띄엄 배치되며 피스톤운동을 하는 복수개의 실린더; 상기 복수개의 실린더 중 하나 이상의 일부 실린더에만 연결되어 연결된 실린더에 공기 또는 유체를 공급하게 되는 공급배관; 상기 공급배관이 연결된 실린더와 공급배관이 연결되지 아니한 다른 실린더를 서로 연통시키고 아울러 공급배관이 연결되지 아니한 실린더 상호 간을 서로 연통시키는 연결배관; 및, 상기 상부판과 하부판의 변위를 측정하는 계측기;를 포함하여 구성되어 상기 공급배관을 통해 실린더에 공급된 공기 또는 유체가 상기 연결배관을 통해 실린더 상호 간을 순환 유동하게 되는 것을 특징으로 하는 위한 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치를 이용하여 현장콘크리트말뚝의 지지력을 측정하기 위한 방법으로, (a)현장콘크리트말뚝에 매입되는 기성구조체 하부에 상기 재하시험장치를 결합시켜 조립체를 제작하는 단계; (b)말뚝 시공위치에 굴착하고 상기 조립체를 굴착공에 관입 설치하는 단계; (c)상기 조립체가 매입되도록 상기 굴착공에 콘크리트를 타설하여 양생시키는 단계; (d)상기 재하시험장치의 실린더를 구동시켜 상·하부판을 가압하는 단계; 그리고, (e)상기 재하시험장치의 계측기로 재하시험장치의 상·하부판의 변위를 계측하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법을 제공한다.

본 발명은 재하시험장치에서 복수개의 실린더를 동조배관시스템으로 구현한 결과 복수개의 실린더가 서로 연동하면서 균일하게 구동하기 때문에, 본 발명에 따른 재하시험장치를 이용하면 각각의 실린더에서 동일한 하중과 동일한 로드(rod) 변위가 발생하게 되어 재하시험시 하중 편심으로 인한 문제점을 해결할 수 있다. 이에 따라 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정에서 신뢰도를 향상시킬 수 있고 나아가 재하시험에 이용된 현장콘크리트말뚝을 실제 구조물의 영구말뚝으로 이용하더라도 상부구조물의 안정성을 보장할 수 있다.

이하 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

1. 재하시험장치

도 5는 본 발명에 따른 재하시험장치의 일실시예를 도시하며, 도 6은 도 5의 재하시험장치에서 실린더(130)의 구동을 위한 배관시스템(도 5(a)), 실린더(130)의 구동과정(도 5(b)) 및 실린더(130)의 구동에 따른 변위상태(도 5(c))를 도시하며, 도 7은 도 5의 재하시험장치에서 실린더(130) 구동시의 슬립조인트로 결합된 제2피복이 하부판(120)과 분리되는 상태를 도시한다. 본 발명에 따른 재하시험장치는 종래의 양방향 재하시험장치와 전반적으로 동일하나, 복수개의 실린더(130)가 상호 연동하도록 구성된다는 점에서 큰 차이가 있다. 즉, 복수개의 실린더(130)를 구동시키기 위해 공급되는 공기 또는 유체가 실린더(130) 상호 간을 순환 유동하도록 구성한 것이다.

구체적으로 본 발명에 따른 재하시험장치는 상부판(110), 하부판(120), 복수개의 실린더(130), 공급배관(131), 연결배관(132), 계측기(140)를 포함하여 구성되며, 상기 공급배관(131)을 통해 실린더(130)에 공급된 공기 또는 유체가 상기 연결배관(132)을 통해 실린더(130) 상호 간을 순환 유동하도록 구성된다.

상부판(110)과 하부판(120)은 서로 이격 배치되며, 복수개의 실린더(130)는 상기 상부판(110)과 하부판(120) 사이에 띄엄띄엄 배치된다. 다만, 상부판(110)과 하부판(120)은 슬립조인트에 의한 연결봉(115)에 의해 탈착가능하게 연결될 수 있으며, 아울러 복수개의 실린더(130)은 상부판(110) 또는 하부판(120)에 결합 고정시킬 수 있다. 상기 실린더(130)의 피스톤운동에 의해 상·하부판(120)에 피스톤압이 상·하향으로 전달되며, 이로써 상·하부판(110, 120)은 재하되는 피스톤압을 받은 일종의 재하판이 되고, 실린더(130)는 피스톤압을 재하하는 일종의 하중 재하 기가 된다.

본 발명에 따른 재하시험장치는 현장콘크리트말뚝의 지지력을 측정하기 위해 제안된 것이기에, 도 5에서는 이러한 사용처를 고려하여 상부판(110)에 하나 이상의 관통구(111)를 형성시키는 한편 상기 상부판의 관통구(111)에 깔때기(112)를 장치하고 있다. 또한 도 5에서는 하부판(120)에 관통구(121)를 형성시키는 한편 하부판(120)의 하면에 봉형상의 받침다리(122)를 접합하고 있다. 이로써, 본 발명에 따른 재하시험장치 위로 콘크리트를 타설할 때 상부판의 관통구(111)와 깔때기(112)를 통해 상부판(110) 아래까지 콘크리트를 밀실하게 타설할 수 있으며, 나아가 하부판의 관통구(121)를 통해 하부판(120) 아래까지 콘크리트를 밀실하게 타설할 수 있게 된다(도 10 참조). 또한, 하부판(120) 아래의 받침다리(122)는 본 발명에 따른 재하시험장치를 말뚝 굴착공에 설치할 때 굴착공 바닥에 슬라임이 있더라도 안정적으로 안착할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 재하시험장치에서, 실린더(130)는 복수개를 등간격으로 균형있게 배치하도록 하며, 단동식은 물론 복동식도 채택 가능하다. 단동식 실린더라면 공급배관이 실린더와 연결되게 구성한 것만으로 충분하며, 다만 실린더 로드에 스프링이 장치된다면 실린더 복원에 더욱 유리한 작용을 할 것이다. 한편, 복동식 실린더라면 공급배관이 실린더와 연결되게 구성하는 것 외에 별도의 2차배관을 마련해야 한다.

공급배관(131)은 상기 복수개의 실린더(130) 중 하나 이상의 일부 실린더(130)에만 연결되어 펌프(133)로부터 이와 연결된 일부의 실린더(130)에 직접 공기 또는 유체를 공급하는 역할을 한다. 도 5와 도 6에서는 상기 공급배관(131)으로, 하나의 공급주관(131a); 상기 공급주관에서 둘 이상으로 분기되어 복수개의 실린더(130) 중 둘 이상의 일부 실린더(130)로 연결된 공급분배관(131b);으로 구성된 것을 채택한 예를 보여준다. 공기 또는 유체는 현장상황에 따라 저압 또는 고압으로 공급할 수 있으며, 공기 또는 유체가 고압으로 공급되는 경우라면 공급배관(131)은 고압에 잘 견디는 고압호스로 준비한다.

연결배관(132)은 상기 공급배관(131)이 연결된 실린더(130)와 공급배관(131)이 연결되지 아니한 다른 실린더(130)를 서로 연통시키는 한편 공급배관(131)이 연결되지 아니한 실린더(130) 상호 간을 서로 연통시키도록 연결 배관되는데, 상기 연결배관(132)은 공급배관(131)을 통해 일부의 실린더(130)로 공급된 공기 또는 유체를 다른 실린더(130)로 순환 유동시키는 역할을 한다. 이로써 복수개의 실린더(130)는 도 6(a)에서와 같이 서로 연동하며, 이에 따라 복수개의 모든 실린더(130)에는 도 6(b)에서와 같이 동일한 피스톤압이 가해지면서 동일한 로드 변위가 나타나며, 결국 복수개의 실린더(130) 사이에서는 하중 편심에 대한 문제가 원천적으로 발생하지 않게 된다.

상기 공급배관(131)과 연결배관(132)은 에너지 손실을 최소화하기 위해 배관의 직선성을 유지하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 곡관(bend)과 엘보우(elbow)는 공기나 유체 흐름의 방향을 바꾸므로 흐름의 관성에 의해 안쪽 벽면에 박리현상이 일어나거나 2차원흐름이 발생하여 큰 와류와 함께 에너지 손실을 증가시킬 우려가 있기 때문이다.

계측기(140)는 상기 상부판(110)과 하부판(120)의 변위를 측정하는 구성이다. 계측된 변위 값은 실린더를 통해 재하되는 재하하중 값과 함께 현장콘크리트말뚝의 선단지지력 산정에 이용된다.

특히, 본 발명에서는 변위 측정을 위한 계측기로, 도 9에서와 같이 강봉(141a, 142a), 피복(141b, 142b) 및 변위계(141c, 142c)로 구성된 계측기(140)를 제안한다. 즉, 상부판(110)의 변위를 측정하기 위한 것으로 하단부가 상기 상부판(110)의 상면에 결합하는 제1강봉(141a); 상기 제1강봉(141a)이 콘크리트에 비부착 매입되게 제1강봉의 외표면을 피복하는 제1피복(141b); 및, 인식센서가 상기 제1강봉(141a)에 장착되어 제1강봉의 변위를 측정하는 제1변위계(141c);로 구성된 것을 제안하고, 하부판(120)의 변위를 측정하기 위한 것으로 하단부가 상기 상부판(110)을 관통하여 하부판(120)의 상면에 결합하는 제2강봉(142a); 상기 제2강봉(142a)이 콘크리트에 비부착 매입되게 제2강봉의 외표면을 피복하는 제2피복(142b); 및, 인식센서가 상기 제2강봉(142a)에 장착되어 제2강봉의 변위를 측정하는 제2변위계(142c);로 구성된 것을 제안한다. 다만, 재하시험결과의 정확도를 높이기 위해서라면 제3변위계(143c)를 더 마련하는 것이 바람직한데, 상기 제3변위계(143c)는 인식센서가 상부판(110)과 하부판(120) 사이에 배치되어 실린더(130) 로드의 변위를 측정한다.

한편, 변위 측정을 위한 계측기(140)에서 제1,2피복(141b, 142b)은 본 발명에 따른 재하시험장치를 현장콘크리트말뚝의 변위 측정에 이용할 때 제1,2강봉(141a, 142a)이 현장에서 타설되는 콘크리트에 비부착 매입되게 마련된 것인데, 그래야만 실린더(130) 구동에 따라 상·하부판(110, 120)에 변위가 발생할 때 그 발생된 변위가 그대로 제1,2강봉(141a, 142a)으로 전달되기 때문에 제1,2강봉(141a, 142a)의 변위를 곧 상·하부판(120)의 변위로 대신할 수 있게 된다. 특히, 도 9에서는 상기 제1,2피복(141b, 142b)을, 각각 제1,2강봉(141a, 142a)이 인입되는 관형상의 케이싱으로 마련함과 동시에, 상기 제1피복(141b)은 하단부를 상부판(110)의 상면에 고정 결합시키는 한편, 상기 제2피복(142b)은 하단부를 하부판(120)의 상면에 슬립조인트(142d)로 결합시키고 있다. 슬립조인트(142d)에 의한 결합은 도 7에서와 같이 실린더(130) 구동시 콘크리트에 구속된 제2피복(142b)이 하부판(120)의 변위를 방해하지 않게 하기 위함이다.

2. 지지력 측정방법

도 8은 본 발명에 따른 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법의 순서도로서, 도 9는 도 8에서 기성조립체와 재하시험장치가 결합된 조립체를 설치한 상태를, 도 10a 내지 도 10d는 도 9와 같이 조립체가 설치된 후에 진행되는 후속공정을, 도 11은 재하시험을 통해 완성된 현장콘크리트말뚝을 도시하고 있으며, 이들 도면을 참조하여 본 발명에 따른 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법을 단계적으로 설명한다.

(a)조립체 제작단계

현장콘크리트말뚝에 매입되는 기성구조체 하부에 상기 재하시험장치를 결합시켜 조립체를 제작하는 단계이다. 기성구조체는 현장콘크리트말뚝에서 현장에서 타설 시공되는 콘크리트에 구속되어 구조적인 내력을 발휘하는 구성이며, 이러한 기성구조체는 도 9에서와 같은 조립철근(300)은 물론 각종 형강, 강관, 콘크리트 파일도 될 수 있다.

완성된 현장콘크리트말뚝의 지지력을 정확하게 측정하기 위해서는 현장콘크리트말뚝의 구조적인 내력을 측정할 필요가 있는데, 이에 따라 본 발명에서는 제1,2응력계측기(210, 220)를 더 마련하고 있다. 즉, 말뚝의 지지력은 선단지지력과 주면마찰력으로 평가되므로, 선단지지력은 재하시험장치의 의해 측정되는 재하판의 재하하중에 따른 변위값을 통해 산정하는 한편, 주면마찰력은 제1,2응력계측기(210, 220)에 의해 측정되는 현장콘크리트말뚝의 내력값을 통해 산정하는 것이다. 제1응력계측기(210)는 인식센서가 기성구조체 표면에 접착되어 현장콘크리트말뚝에서 기성구조체의 내력을 측정하며, 제2응력계측기(220)는 인식센서가 콘크리트에 매입되게 하여 현장콘크리트말뚝에서 콘크리트의 내력을 측정한다.

제1,2응력계측기(210, 220)는 응력을 측정하고자 하는 위치에 설치되는 인식센서와, 상기 인식센서에서 인식하는 신호 및 전류를 전달하는 센서전선과, 인식센서가 인식한 값을 처리하는 데이터처리장치를 포함하여 구성된다. 현장콘크리트말뚝의 깊이별 응력분포를 구하여 각 지층별 주면마찰력을 구하고자 한다면, 인식센 서는 일정간격 다수개 장착될 수 있다. 센서전선은 인장에 의하여 단선되지 아니하도록 여유분을 마련하는 것이 바람직한데, 도 9에서는 센서전선 일부가 'S'자 형상을 이루도록 구성하는 것으로 여유분을 마련하고 있다. 다만 이 경우에는 센서전선의 'S'자 형상이 용이하게 펴질 수 있도록 센서전선의 'S'자 형상의 여유분에는 보호덮개로 피복하는 것이 바람직하다. 이와 같은 제1,2응력계측기(210, 220)의 구성(인식센서, 센서전선, 데이터처리장치)은 재하시험장치에서 제3변위계(143c)에도 동일한 방식으로 적용할 수 있다.

한편, 도 9는 기성구조체로 수직철근(310)과 수직철근을 둘러싸는 수평띠철근(320)이 조립된 조립철근(300)을 채택한 예를 보여주는데, 조립철근의 수직철근(310)은 재하시험장치에서 상부판(110)에 접합(용접접합, 볼트접합 등)되고, 제1응력계측기(210)의 인식센서는 수직철근(310) 표면에 장착되고, 제2응력계측기(220)의 인식센서는 수평띠철근(320) 사이에 시스터바형으로 장착되고 있다. 상기 조립철근(300)은 수직철근(310)과 수평띠철근(320) 외에 비틀림 하중을 저항하는 전단철근(330)을 더 포함시켜 조립할 수 있다.

(b)관입 설치단계

말뚝 시공위치에 굴착하여 상기 조립체를 굴착공에 관입 설치하는 단계이다. 이로써 도 9와 같은 설치상태가 된다.

(c)콘크리트 타설 양생단계

상기 조립체가 매입되도록 상기 굴착공에 콘크리트(C)를 타설하여 양생시키는 단계이다. 콘크리트 타설은 도 10a에서와 같이 트레미관(T)을 서서히 끌어올리는 과정으로 진행한다. 즉, 트레미관(T)을 굴착공 내부에 인입시켜 굴착공 바닥에까지 근접시킨 후 트레미관을 서서히 끌어올리면서 콘크리트(C)를 타설하면 굴착공 바닥에서부터 콘크리트(C)가 타설되는 것이다. 트레미관(T)을 굴착공 바닥에까지 근접시키는 것은 상·하부판(110, 120)에 관통구(111, 121)가 형성됨과 동시에 상부판(110)에 깔때기(112)가 장치된 재하시험장치를 채택함으로써 용이하게 실현된다. 콘크리트(C) 타설이 완료되면, 일정시간 양생시킨다.

(d)실린더 구동단계

재하시험장치의 실린더(130)를 구동시켜 상·하부판(120)을 가압하는 단계로서, 본 단계의 진행으로 실린더 로드가 신장(伸張)하면서 도 10b와 같은 변위가 일어나게 된다.

실린더(130)의 구동은 실린더(130)에 공기나 유체를 공급하는 것을 통해 이루어지는데, 특히 본 발명에서는 실린더(130)가 동조배관되기 때문에 복수개의 실린더(130)는 서로 연동하면서 균일하게 구동한다(도 6 참조). 실린더(130)의 구동으로 재하시험장치의 하부판(120)이 일정 거리 하향 이동하거나 상부판(110)이 상향 이동하는데, 복수개 실린더(130)가 균일하게 구동하기 때문에 상·하부판(120) 또한 편심을 일으키지 않으면서 균일하게 이동한다(도 11 참조). 이때 하부판(120)과 슬립조인트(142d)로 결합된 제2피복(142b)은 하부판(120)에서 분리되며 (도 7 참조), 그 결과 도 10의 (d)에서와 같이 하부판(120)(200) 상부로 틈새가 형성된다. 이렇게 형성된 틈새는 실린더(130)의 구동으로 현장콘크리트말뚝에 하중을 재하함에 따라 발생한 침하량으로 평가할 수 있다.

(e)계측단계

재하시험장치의 계측기(140)로 상·하부판(120)의 변위을 계측하는 단계이다. 실린더(130)의 균일한 구동을 통해 상·하부판(120)의 균일한 변위를 유도하기 때문에 상·하부판(120)의 계측위치에 무관하게 상·하부판(120)의 변위를 정확하게 계측할 수 있게 된다.

계측기(140)의 계측결과(변위)는 실린더(130)에 가해진 재하하중 값과 함께 곧 현장콘크리트말뚝의 선단지지력과 주면마찰력을 산정하는데 이용된다. 상부판의 재하하중에 따른 변위값은 주면마찰력 산정에 이용되고, 하부판의 재하하중에 따른 변위값은 선단마찰력 산정에 이용된다. 물론, 제1,2응력계측기(210, 220)가 장착된 경우라면, 제1,2응력계측기(210, 220)의 계측결과도 현장콘크리트말뚝의 주면마찰력을 산정하는데 활용할 수 있다.

이로써 재하시험을 통한 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정이 가능해진다. 측정된 선단지지력과 주면마찰력은 실제 시공현장에서 구조설계에 따라 수행되는 말뚝공사의 적정성 평가에 이용된다. 즉, 구조설계는 시공현장여건이 반영되지 않은 수치적 해석에 따른 것이므로 구조설계 결과의 지지력(선단지지력과 주면마찰력)과 실제 시공 현장에서의 재하시험 결과에 따른 지지력을 비교함으로써 실제 시공 현 장에서 수행하는 말뚝공사의 구조적인 안정성과 경제성을 평가할 수 있는 것이다.

(f)실린더 복원단계

도 10c에서와 같이 재하시험장치의 실린더(130)를 복원시키는 단계로서, 실린더 로드의 신장으로 형성된 실린더 내부의 빈 공간을 제거하는 단계이다. 도 10c는 실린더(130)가 상부판(110)에 결합 고정된 재하시험장치가 적용되었기 때문에 실린더(130)가 하부판(120)과 떨어진 상태로 복원되고 있다.

단동식 실린더라면 공급배관을 통한 실린더의 구동을 멈추는 것으로 실린더를 복원시키게 되며, 다만 실린더 로드에 스프링이 장치되었다면 스프링의 복원력으로 실린더 로드의 복원속도를 가속시킬 수 있을 것이다. 복동식 실린더라면 공급배관을 통한 실린더 구동을 멈추는 것과 함께 2차배관을 통한 실린더의 2차 구동으로 실린더 로드의 압축을 직접 유도함으로써 실린더를 복원시키게 되며, 이 경우 실린더 로드의 복원시간을 단축할 수 있다.

(g)그라우트재 주입단계

도 10d에서와 같이 실린더 복원으로 형성된 그라우트재(G)를 주입하는 단계이다.

재하시험을 한 현장콘크리트말뚝은 실제 구조물에서 지지력을 발휘하는 영구말뚝이 되는데, 재하시험을 마친 현장콘크리트말뚝에서 틈새는 말뚝침하의 요인이 되므로 이러한 말뚝침하를 억제하기 위해 그라우트재(G)를 주입하고 있다.

그라우트재(G)의 주입은 케이싱 형태의 제2피복(142b)을 통해 이루어질 수 있으며, 이는 하부판(120)에 슬립조인트(142d)로 결합된 제2피복(142b)이 실린더(130) 구동으로 하부판(120)에서 분리됨에 따라 가능해진 것이다.

이로써 재하시험을 통한 지지력 측정을 마친 현장콘크리트말뚝이 실제 구조물의 영구말뚝으로 완성되며, 완성된 현장콘크리트말뚝은 도 11에서와 같이 편심을 일으키지 않은 상태로 안정성을 가지게 된다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 실시예는 본 발명의 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

도 1은 현장콘크리트말뚝의 지지력을 측정하기 위해 종래의 재하시험장치가 설치된 상태를 도시한다.

도 2는 도 1에서 재하시험장치의 상세를 도시한다.

도 3은 도 2의 재하시험장치에서 실린더의 구동을 위한 배관시스템과 실린더의 구동에 따른 실린더의 변위상태를 도시한다.

도 4는 도 3의 배관시스템을 가지는 재하시험장치를 이용하여 완성한 현장콘크리트말뚝을 도시한다.

도 5는 본 발명에 따른 재하시험장치의 일실시예를 도시한다.

도 6은 도 5의 재하시험장치에서 실린더의 구동을 위한 배관시스템(a), 실린더의 구동과정(b) 및 실린더의 구동에 따른 변위상태(c)를 도시한다.

도 7은 도 5의 재하시험장치에서 실린더 구동시의 슬립조인트로 결합된 제2피복이 하부판과 분리되는 상태를 도시한다.

도 8은 본 발명에 따른 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법의 순서도이다.

도 9는 도 8에서 기성조립체와 재하시험장치가 결합된 조립체를 설치한 상태를 도시한다.

도 10a 내지 10d는 도 9와 같이 조립체가 설치된 후에 진행되는 후속공정을 도시한다.

도 11은 도 5의 재하시험장치를 이용하여 완성된 현장콘크리트말뚝을 도시한다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 상부판

120: 하부판

130: 실린더

131: 공급배관

132: 연결배관

133: 펌프

140: 계측기(미표시부호)

141c, 142c, 143c: 제1,2,3계측기

210: 제1응력계측기

220: 제2응력계측기

300: 조립철근

310: 수직철근

320: 수평띠철근

330: 전단철근

Claims

상부판(110);

상기 상부판(110) 아래로 이격 배치된 하부판(120);

상기 상부판(110)과 하부판(120) 사이에 띄엄띄엄 배치되며, 피스톤운동을 하는 복수개의 실린더(130);

상기 복수개의 실린더(130) 중 하나 이상의 일부 실린더(130)에만 연결되어 연결된 실린더(130)에 공기 또는 유체를 공급하게 되는 공급배관(131);

상기 공급배관(131)이 연결된 실린더(130)와 공급배관(131)이 연결되지 아니한 다른 실린더(130)를 서로 연통시키고, 아울러 공급배관(131)이 연결되지 아니한 실린더(130) 상호 간을 서로 연통시키는 연결배관(132); 및,

상기 상부판(110)과 하부판(120)의 변위를 측정하는 계측기(140);

를 포함하여 구성되어 상기 공급배관(131)을 통해 실린더(130)에 공급된 공기 또는 유체가 상기 연결배관(132)을 통해 실린더(130) 상호 간을 순환 유동하게 되는 것을 특징으로 하는 위한 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치.
제1항에서,

상기 공급배관(131)은,

하나의 공급주관(131a);

상기 공급주관에서 둘 이상으로 분기되어 복수개의 실린더(130) 중 둘 이상의 일부 실린더(130)로 연결된 공급분배관(131b);을 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치.
제1항에서,

상기 실린더(130)는 단동식으로 구동하는 실린더임을 특징으로 하는 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치.
제1항에서,

상기 복수개의 실린더(130) 중 하나 이상의 실린더(130)에 연결되어 상기 실린더(130)를 복동식으로 구동하게 하는 2차배관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치.
제1항에서,

상기 계측기(140)는,

하단부가 상기 상부판(110)의 상면에 결합하는 제1강봉(141a);

상기 제1강봉(141a)이 콘크리트에 비부착 매입되게 제1강봉의 외표면을 피복 하는 제1피복(141b);

인식센서가 상기 제1강봉(141a)에 장착되어 제1강봉의 변위를 측정하는 제1변위계(141c);

하단부가 상기 상부판(110)을 관통하여 하부판(120)의 상면에 결합하는 제2강봉(142a);

상기 제2강봉(142a)이 콘크리트 비부착 매입되게 제2강봉의 외표면을 피복하는 제2피복(142b);

인식센서가 상기 제2강봉(142a)에 장착되어 제2강봉의 변위를 측정하는 제2변위계(142c);

를 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치.
제5항에서,

상기 계측기(140)는,

인식센서가 상기 상부판(110)과 하부판(120) 사이에 배치되어 실린더(130) 로드의 변위를 측정하는 제3변위계(143c);를 더 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치.
제5항 또는 제6항에서,

상기 제1,2피복(141a, 142a)은 각각 제1,2강봉(141b, 142b)이 인입되는 관형상의 케이싱으로,

상기 제1피복(141b)은 하단부가 상부판(110)의 상면에 고정 결합하며,

상기 제2피복(142b)은 하단부가 하부판(120)의 상면에 슬립조인트(142d)로 결합하는 것을 특징으로 하는 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,

상기 상부판(110)은 하나 이상의 관통구(111)가 형성된 것임을 특징으로 하는 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치.
제8항에서,

상기 하부판(120)은 하나 이상의 관통구(121)가 형성되고 그 하면에 봉형상의 받침다리(122)가 접합된 것임을 특징으로 하는 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치.
제8항에서,

상기 상부판의 관통구(111) 중 어느 하나 이상에 깔때기(112)가 장치되는 것을 특징으로 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 동조배관방식 실린더로 구성된 재하시험장치를 이용하여 현장콘크리트말뚝의 지지력을 측정하는 방법으로,

(a)현장콘크리트말뚝에 매입되는 기성구조체 하부에 상기 재하시험장치를 결합시켜 조립체를 제작하는 단계;

(b)말뚝 시공위치에 굴착하여 상기 조립체를 굴착공에 관입 설치하는 단계;

(c)상기 조립체가 매입되도록 상기 굴착공에 콘크리트(C)를 타설하여 양생시키는 단계;

(d)상기 재하시험장치의 실린더(130)를 구동시켜 상·하부판(110, 120)을 가압하는 단계; 그리고,

(e)상기 재하시험장치의 계측기(140)로서 재하시험장치의 상·하부판(110, 120)의 변위를 계측하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법.
제11항에서,

상기 (a)단계는 기성구조체 표면에 제1응력계측기(210)의 인식센서를 장착하고 기성구조체 표면에서 이격하게 제2응력계측기(220)의 인식센서를 장착하는 과정을 더 포함하여 이루어지며,

상기 (e)단계는 상기 제1,2응력계측기(210, 220)로 계측하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법.
제12항에서,

상기 (a)단계의 기성구조체는 수직철근(310)과 수직철근을 둘러싸는 수평띠철근(320)이 조립된 조립철근(300)이며,

상기 (a)단계는 기성구조체의 수직철근(310)을 재하시험장치의 상부판(110)에 접합시키고 제1응력계측기(210)를 수직철근(310) 표면에 장착하는 한편 제2응력계측기(220)를 수평띠철근(320) 사이에 시스터바형으로 장착하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법.
제11항에서,

상기 (e)단계 후에,

(f)상기 재하시험장치의 실린더(130)를 복원시키는 단계;와,

(g)상기 재하시험장치의 실린더와 하부판 사이 틈새에 그라우트재(G)를 주입 하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 현장콘크리트말뚝의 지지력 측정방법.